17.3. Опалубочные работы

Назначение опалубки и требования к ней

Опалубка - это временная конструкция, которой ограждается бетонируемый блок и в которую укладывают бетонную смесь. Она обеспечивает размеры и форму блоков, которые в своей совокупности обеспечивают размеры и форму сооружения в целом. Поверхности блока, подлежащие ограждению опалубкой, называются опалубливаемыми поверхностями, а отношение площади опалубливаемой поверхности блока S (м²) к его объему V (м³) - коэффициентом опалубливаемой поверхности Коп (м² /м³ ):

Коп=S/V; (17.3)

Этот коэффициент характеризует массивность конструкций. При К< I м²/м³ конструкции относят к массивным, при К > 1 м²/м³ – к тонкостенным. Для массивных бетонных плотин (Красноярская, Братская, Усть-Илимская) Коп= 0,15-0,30; для блоков здания ГЭС - Коп =0,4-0,6 м²/м³. В отдельных конструкциях (стенки, бетонные крепления) Коп > 1,0 и может достигать 5,0 м²/м³ (колонны, балки, перекрытия). По данным практики осредненный расход опалубки для гидротехнических сооружений составляет (в m2/m3): для массивных плотин- 0,26; для массивных частей здания ГЭС - 0,68; для шлюзов- 0,43; в целом для гидроузлов- 0,5 м²/м³.

Внутри огражденного опалубкой пространства бетонная смесь твердеет, превращаясь в бетон. После набора бетоном определенной прочности опалубка может быть снята. Такая опалубка называется съемной.

Некоторые виды опалубки не снимают, а оставляют в бетоне в качестве элемента конструкции. Такая опалубка называется несъемной

Операция по снятию съемной опалубки называется распалубкой. Сроки распалубки регламентируются соответствующими техническими условиями и правилами, исходя из условий сохранности и трещеностойкости бетонируемых конструкций. Так, распалубливание бетонных конструкций массивных гидротехнических сооружений допускается после набора бетоном прочности не менее 1,5 МПа и условии соблюдения требований теплового режима блока. Снятые опалубочные щиты очищают от налипшего бетона и грязи, ремонтируют, после чего повторно используют для опалубливания следующих блоков. Повторное использование опалубочных щитов называется оборачиваемостью опалубки. Для разных типов опалубки она колеблется в широких пределах: от 8-10 для деревянной опалубки до 50 для металлической.

Таким образом, в целом комплекс опалубочных работ включает:

• изготовление отдельных опалубочных щитов на специальных подсобных предприятиях - опалубочных цехах лесозаводов или деревообделочных мастерских;

• их транспортировку к мосту установки;

• установку и закрепление щитов в заданном положении;

• снятие щитов (распалубку);

• очистку и ремонт опалубочных щитов.

В соответствии со своим назначением опалубка должна удовлетворять следующим требованиям:

• быть жесткой, неизменяемой в пространстве под воздействием нагрузок при укладке бетонной смеси (в пределах допустимых отклонений по СНиПУ);

• обеспечивать точность размеров конструкции сооружения (в зависимости от требований к конструкции сооружения);

• обеспечивать плотность стыков между отдельными щитами и исключать утечку цементного раствора;

• обеспечивать легкость сборки, раскрепления, распалубки и очистки, т.е. технологичность и малую трудоемкость.

Опалубка - неотъемлемая составляющая комплекса бетонных работ на всех видах строительства, однако в каждом виде строительства имеются свои особенности и специальные требования к опалубке, а потому и применяемые типы и конструкций применяемой опалубки отличаются друг от друга.

Особенностью гидротехнического строительства являются большие общие объемы бетонных работ, большие размеры бетонируемых блоков, относительная простота форм блоков и их большая повторяемость, Отсюда - одно из основных требований к опалубке в гидротехническом строительстве: максимальная оборачиваемость применяемого типа опалубки, технологичность сборки, установки и распалубки. Это обусловило наибольшее распространение для бетонирования массивных сооружений таких типов опалубки, как сборно-разборная щитовая, сборно-разборная консольная.

В отдельных частях сооружений к опалубке применяют специальные требования, вытекающие из требований к опалубливаемой поверхности бетона. Так, к водосливным поверхностям плотин предъявляются требования по обеспечению повышенной прочности бетона на внешней поверхности и стойкости против кавитации. Это достигается применением специальных видов опалубки.

Виды и типы опалубки

Съемная опалубка конструктивно состоит из несущего каркаса, сплошного настила, непосредственно соприкасающегося с бетоном и называемого палубой, элементов крепления между собой каркаса и палубы и крепления щита на месте установки (рис. 17.8). В зависимости от материала изготовления щитов различаются следующие виды опалубки: деревянная; металлическая; деревометаллическая; бетонная или железобетонная.

Рис.17.8 Схемы щитовой опалубки: а- общая схема опалубочного щита; б- схема деревянного щита

1- несущий каркас; 2- палуба (обшивка); 3- анкерные болты для крепления; 4- ребра; 5- прогоны; 6-положение крайнего ребра при двухъярусной опалубке; 7- диагональные откосы (схватки)

Первые три вида опалубки относятся к съемным; бетонная и железобетонная опалубка, а иногда и специальная металлическая (металлическая облицовка различных труб, отверстий, штраб), относятся к несъемной и остаются в сооружениях в качестве элемента конструкции. По конструктивным признакам, условиям разборки и крепления опалубку подразделяют: на разборно-переставную (щитовую); подъемно-переставную (консольную); передвижную (катучую); скользящую; стационарную.

Разборно-переставная (щитовая) опалубка состоит из отдельных деревянных или деревометаллических щитов (рис.17.9), которые раскрепляют на месте установки с помощью тяжей. Тяжи крепят к анкерам или выпускам из ранее уложенного бетона или к другим жестким конструкциям (например, армокаркасам). В зависимости от возможности установки опалубки вышележащего по высоте блока со, снятием или без снятия опалубки нижележащего блока (яруса) различают одноярусную и двухъярусную (многоярусную) опалубку (рис.17.9).

Рис. 17.9. Основные схемы крепления опалубочных щитов: а - при одноярусной щитовой опалубке; б - при двухъярусной щитовой опалубке; в - при одноярусной консольной опалубке; г - при двухъярусной консольной опалубке

1 - несущий каркас; 2 - палуба; 3 - анкерные болты для крепления; 4 - тяжи для крепления; 5 - соединение анкеров и тяжей с помощью тальрепов или сваркой; 6 - анкерные болты или анкеры, закладываемые в бетон; 7 - опалубочный щит нижележащего блока; 8 -опалубочный щит бетонируемого блока; 9 - крепление верхнего щита к нижележащему; 10- плавающий анкерный болт; 11 - регулировочное устройство (домкрат)

Подъемно-переставная (консольная) опалубка по конструкции самого щита мало отличается от щитовой. Принципиальное отличие заключается в способе крепления. Если в щитовой опалубке для крепления применяют тяжи, стесняющие внутреннее пространство блока, то в консольной опалубке такие тяжи отсутствуют. Крепление опалубки осуществляют с помощью несущего каркаса, выполненного в виде консольных балок или ферм и скрепляемого с нижележащим блоком с помощью анкеров, заложенных в нижележащий блок. Так же как и щитовая опалубка, эта опалубка может быть одноярусной и двухъярусной (многоярусной). Наибольшее распространение в гидротехническом строительстве получила двухъярусная опалубка "чиркейского" или "саянского" типа (рис. 17.10.).

Рис. 17.10.Двухъярусная консольная опалубка "чиркейского" и "саянского"типа

1 - несущий каркас; 2 - подвижной щит-палуба; 3 – щит утеплитель; 4 - плавающий анкерный болт; 5 – регулировочное устройство (домкрат)

Передвижная (катучая) опалубка конструктивно состоит из передвижной тележки, перемещающейся, как правило, по рельсам, несущей рамы и закрепляемых на ней щитов. На несущей раме предусматривают домкратные устройства, устанавливающие опалубочные щиты требуемого очертания в нужное проектное положение. Эти же домкраты, поддерживающие щиты в период бетонирования, используются для отрыва щитов (распалубки) и перевода их в транспортное положение (рис 17.11).

Рис. 17.11. Передвижная катучая опалубка тоннелей

1 – передвижная рама; 2 – опалубка, 3 - домкраты

Скользящая опалубка представляет собой систему щитов, перемещающуюся с помощью домкратов по специальным направляющим конструкциям (рис.17.12). Такая опалубка эффективно применяется при бетонировании высоких конструкций постоянного сечения (труб, трубопровода ГЭС, стен и т.п.).

Рис. 17.12. Схемы скользящей опалубки для высоких конструкций: тонкостенных (а); толстостенных (б)

1 - передвижные опорные конструкции и рамы; 2 –опалубочные щиты; 3 - шагающий домкрат; 4 - опорные арматурные стержни

Стационарная опалубка - опалубка, собираемая на месте (по месту) из отдельных элементов - досок и брусьев. Применяется для опалубливания элементов сооружений, имеющих сложную форму (переходные криволинейные участки, колена отсасывающих труб, прискальные блоки и т.п.). Конструктивно состоит из тех же элементов, что и щитовая.

Кроме перечисленных в гидротехническом строительстве применяют съемную опалубку и других видов, в частности, специальную опалубку для бетонирования водосливных граней плотин (опалубку водосливных граней о.в.г.) (рис. 17.13). Конструктивно этот тип опалубки представляет собой большие щиты, перекрывающие весь водосливной пролет, не имеющие никаких креплений и выпусков в пролете и закрепляемые вне водосливного пролета на участке разделительных быков.

Рис. 17.13. Схема специальной опалубки для водосливной грани плотины; а - положение блока; б - узел «А»

I - забетонированная часть плотины; 2 - бетонируемый блок; 3 - несущий каркас опалубки; 4 - палуба; 5- адсорбирующий сдой; 6 - направляюще конструкции; 7 - крепление; 8- соседние блоки водосливной грани; 9 - бычки водосливных пролетов

Для возможности упрочнения поверхностного слоя бетона на поверхность палубы опалубки накладывают влагопоглощающий (адсорбирующий) слой, отсасывающий в период твердения часть свободной воды из бетона и тем самым снижающий водоцементное отношение в поверхностном слое бетона, что ведет к повышению его прочности. Такая опалубка называется адсорбирующей. Опыт применения такой опалубки свидетельствует о больших качественных преимуществах бетона, уложенного в адсорбирующей опалубке. Такой бетон отличен от обычного уже по внешнему виду. Поверхность его ровная, гладкая, без песчаных жил и раковин, пор и пустот, являющихся следствием защемленных в наружном слое бетона воздушных пузырьков. Дополнительной обработки (торкрет, штукатурка, затирка) такие поверхности не требуют. Прочность бетона, уложенного в адсорбирующей опалубке, в среднем выше обычной на 30-60%, Значительно увеличивается плотность, а, следовательно, морозостойкость и водонепроницаемость. Материалом адсорбирующей облицовки опалубки могут служить различные легковесные деревоволокнистые плиты, листы картона, геотекстиля.

На криволинейных участках водосливных пролетов (на оголовках и носках) с той же целью применяют вакуум-опалубку (рис. 17.14.).

Рис. 17.14. Схема вакуум-опалубки оголовка и носка водосливной плотины: а - общая схема; б - принципиальная схема щита вакуум-опалубки

I - несущий каркас; 2 - щиты вакуум-опалубки; 3 - палуба; 4 - уплотнения; 5 - фильтрующий слой; 6 - штуцер вакуум-разводки; 7 - шланги или трубы; 8 - соединение с вакуум-установкой

Щиты бетонирования такой опалубки имеют внутреннее замкнутое пространство, соединенное с поверхностью бетона через фильтровальный слой, В этом замкнутом пространстве с помощью вакуум-насоса создается вакуум (разрежение). Разрежением через фильтровальный слой отсасывается часть свободной воды и воздуха из поверхностного слоя бетона, что ведет к его дополнительному уплотнению и упрочнению за счет снижения водоцементного отношения. В благоприятных условиях вакуумированием удается упрочнить слой бетона до 20-25 см и извлечь из него до 15-17% воды от того количества, которое было введено в бетонную смесь при затворении. Бетон, обработанный вакуумированием, имеет большие преимущества по сравнению с обычным. Повышенная плотность обеспечивает его высокую сопротивляемость истиранию и попеременному действию воды и мороза, что увеличивает его долговечность. Кроме того, повышенная прочность бетона в раннем возрасте позволяет осуществлять более быстрое распалубливание и увеличивать темпы бетонирования.

Типы несъемной опалубки

К несъемной относится такая опалубка, которая после бетонирования не снимается, а остается на месте установки в бетоне и становится элементом конструкции сооружения. Эта опалубка состоит из отдельных сборных бетонных, железобетонных или металлических элементов (плит, балок, коробов, облицовок, сеток и т.п.). В зависимости от конструктивного исполнения опалубки она может выполнять или роль только опалубки или дополнительно участвовать и в работе будущей конструкции. В первом случае конструкция опалубки и ее армирование рассчитываются только на условия работы и нагрузки при бетонировании. Во втором случае - дополнительно на условия работы в сооружении с расположением в ней основной рабочей арматуры.

Примером первого типа опалубки являются бетонные и железобетонные плиты и балки, при опалубливании ими межблочных и межстолбчатых швов, при столбчатой и секционной разрезке, при укладке укатанного бетона и т.д., а также металлические сетки в межблочных швах (рис. 17.15).

Рис. 17.15. Несъемная железобетонная опалубка межстолбчатых швов: а - общая схема расположения опалубки; б - схема железобетон ной плиты-опалубки

1 - ребра; 2 - стенки; 3 - выпуски для крепления

Примером опалубки второго типа являются плиты-оболочки, армо-плиты, обетонированные закладные части на лицевых поверхностях бетонных и железобетонных конструкций и различные металлические облицовки как снаружи, так и внутри конструкций (рис. 17.16, 17.17).

Рис. 17.16. Сборно-монолитные конструкции: а) армопанели для бетонирования бычка; б) сборно-монолитное перекрытие отсасывающей трубы

1 - плоские армопанели; 2 - предварительно омоноличенные пазовые конструкции; 3 - армопанель оголовка бычка; 4 - рабочая арматура; 5 - нижняя продольная арматура балок; 6 - верхняя поперечная и продольная арматура; 7- балки

Рис. 17.17. Схемы опалубливания бычков водосливной плотины плитами-оболочками и армоплитами: а - схема с применением плит-оболочек; б - схема с применением армоплит

1 - плита-оболочка; 2 - арматурная змейка; 3 - обрамление; 4 - армоплита; 5 - выпуски рабочей арматуры; 6 – рабочая арматура армоплиты; 7 - стыки рабочей арматуры; 8 - нащельники; 9 - железобетонные короба пазов затворов с омоноличенными закладными частями; 10 - закладные части

Железобетонная опалубка является, безусловно, дорогой по сравнению со съемной опалубкой. Поэтому ее применение оправдывается тогда, когда это дает значительные преимущества в темпах возведения сооружений, в сокращении трудозатрат и других ресурсов.

Расчет опалубки

Основными расчетными нагрузками на опалубку являются: горизонтальное статическое боковое давление бетонной смеси; горизонтальные динамические нагрузки от сотрясений при выгрузке бетонной смеси; вертикальные нагрузки от расположенного на ней оборудования, инженерных и транспортных коммуникаций (при их наличии).

Суммарная горизонтальная нагрузка может быть определена по эпюре максимальной интенсивности бокового давления в зависимости от высоты блока бетонирования (рис.17.18):

Рис 17.18. Эпюра давления бетонной смеси на опалубку. Hбл -выоота блока; R - радиус действия вибратора; Рд – динамическая нагрузка

(17.4) (17.5)

где - плотность бетонной смеси (приблизительно 2,5 т/м³ для гидротехнического бетона); Н. - высота слоя уложенного бетона, мм; R-радиус действия вибраторов (для поверхностных 1,0 м, для глубинных около 0,76 м); Рдин - динамическая нагрузка от бетонной смеси при разгрузке бадьи (равная примерно 0.4 т/м² для бадей емкостью до 0,8 м³, 0,6 т/м² для бадей > 0,8 м³, 0,2 т/м² - при спуске по хоботам, лоткам).

Вертикальная нагрузка определяется по конкретным условиям технологии производства работ, но чаще всего ее можно не учитывать.

Главными расчетными элементами опалубки являются обшивка (палуба), ребра, прогоны, тяжи и анкеры крепления. Обшивку, ребра и прогоны рассчитывают как неразрезную конструкцию на прочность и проверяют на допустимый максимальный прогиб. Для наружных поверхностей бетона этот прогиб не должен быть более 1/400 пролета, а для внутренних - не более 1/250.

Определение мощности предприятий по изготовлению опалубки

Для определения типов и размеров опалубки для каждого сооружения составляют схемы опалубливания, на которых указывают принципиальные типы опалубки и их размеры. На основании этой схемы определяют объемы работ по изготовлению и монтажу опалубки различных типов (рис. 17.19).

Рис. 17.19. Общая схема распределения типов опалубки: а - высокая гравитационная плотина; б - низконапорная плотина на мягких грунтах

- верховая грань-консольная двухъярусная опалубка; 2- межстолбчатые швы - щитовая опалубка со штрабами (консольная); 3 - межсекционные швы- щитовая опалубка (консольная); 4 - прямолинейная часть водосливной плотины-специальная адсорбирующая опалубка водооливной грани; 5 - криволинейные участки водосливной грани- вакуум-опалубка; 6 -бычки плотины-плиты оболочки; 7 - межблочные швы - щитовая опалубка; 8 - верховая грань - щитовая опалубка, армоплиты

Для приготовления различных типов опалубки в составе производственной базы предусматривают соответствующие предприятия.

Деревянную опалубку изготавливают в опалубочных мастерских, железобетонную - на заводах или полигонах сборного железобетона. Производительность этих предприятий зависит от интенсивности бетонных работ с учетом оборачиваемости данного типа опалубки. Мощность предприятий обычно рассчитывается на среднемесячную потребность опалубки данного типа в пиковый год строительства. Общую среднемесячную потребность в опалубке различного вида можно определить по формуле

(17.6)

а производительность отдельных цехов

(17.7)

где J - среднемесячная интенсивность бетонных работ в пиковый год строительства, м³/мес; qоп - средний удельный расход опалубки в м² на I м³ бетона (по расчету или аналогам: 0,3 - для гидроузлов о массивными бетонными сооружениями; 0,5 -.для гидроузлов иного типа);

Ki - доля данного типа опалубки в общей опалубливаемой поверхности; Кнер - коэффициент неравномерности опалубочной мастерской в течение года (по опыту Кнер=1,2); 0i - оборачиваемость опалубки i -го типа.

По аналогичной формуле определяется и потребность в железобетонной опалубке.