Глава 24б. Подводное бетонирование
24Б.1. Подводное бетонирование и требования к нему
Подводным бетонированием называется укладка бетона под водой без устройства перемычек и производства водоотливных работ.
Подводное бетонирование применяется при строительстве и реконструкции сооружений, ремонте сооружений, закреплении оболочек в пробуренных в скальных грунтах скважинах, выравнивании оснований, заполнении пустотелых железобетонных конструкций, при устройстве плит низких свайных ростверков.
Подводное бетонирование производится с применением труда водолазов в задачу которых входит: подготовка блоков бетонирования, установка опалубки, заделка щелей в опалубке, установка бетонолитных труб, наблюдение за производством работ.
В состав подготовительных работ входит: очистка бетонируемого участка от захламления; покрытие каменной постели мелким щебнем, песком, мешками с бетоном; устранение заилённости; снятие слабого слоя ранее уложенного бетона; удаление пятен нефти и мазута; водолазное обследование с составлением акта на скрытые работы.
При производстве подводного бетонирования применяются следующие типы опалубки: щитовая деревянная балластированная; деревометаллическая; металлическая оборачиваемая; железобетонная не оборачиваемая. Опалубка, применяемая при подводном бетонировании должна отвечать следующим требованиям: непроницаемость для цементного раствора, неизменяемость геометрической формы; простота при установке под водой; стыки должны иметь уплотнения. При установке опалубки с внешней стороны её укрепляют двумя рядами мешков, заполненных на 2/3 песком или камнем, которые в свою очередь могут быть дополнительно пригружены камнем. При использовании оборачиваемой опалубки соприкасающаяся с бетоном поверхность прикрывается мешковиной, пропитанной битумом или синтетическими полотнищами.
При укладке бетона должны соблюдаться следующие требования: укладываемый бетон не должен соприкасаться с водой; бетонирование должно производиться без перерывов до достижения проектных отметок.
24Б.2. Способы подводного бетонирования
Различают следующие способы подводного бетонирования:
Вертикально перемещающейся трубы (ВПТ).
Восходящего раствора (ВР).
Укладка бетонной смеси *кюбелями*.
Втрамбовывания бетонной смеси (метод *островка*).
Укладка бетонана в мешках.
Укладка бетона бетононасосами.
Инъекционный.
Гидровибрационный.
В зарубежной практике применяется подводное бетонирование известное под названиями *Колькрет* (Франция), *Препакт* (США), *Беното*(Франция), *Като* (Япония) и другие, являющиеся в той или иной степени модификациями выше перечисленных способов.
Способ вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Метод ВПТ применяется при глубинах воды от 1 до 50м. Для подачи бетонной смеси применяются металлические инвентарные трубы Dт=200-300мм, с толщиной стенок 4-6мм. Бетонолитные трубы составляются из звеньев длиной 1-3м. Звенья труб по концам имеют фланцы. При соединении звеньев между фланцами устанавливаются резиновые прокладки. Бетон в трубу подаётся через воронку, диаметр которой назначается не менее 4диаметров бетонолитной трубы (Dв>4Dт ). Воронка выполняется из металла толщиной 3-5мм. Объём воронки назначается приблизительно равным максимальному объёму бетонолитной трубы.
Укладка бетона методом ВПТ производится в следующей последовательности: площадка бетонирования оборудуется подъездными путями, краном, лебёдкой, подъёмником; бетонолитная труба устанавливается на дно блока бетонирования; в трубе устанавливается пробка из дерева, опилок пакли или другого плавучего материала; трубу заполняют бетоном; приподнимают трубу; пробка выходит из трубы; бетон растекается по дну блока бетонирования; по достижении бетоном уровня выше конца трубы, трубу приподнимают на следующий уровень и так до окончания бетонирования блока.
Заглубление низа трубы в бетоне должно поддерживаться на уровне 0,8-1,5м. Интенсивность подачи смеси обеспечивают на уровне 0,3 куб.м/час на 1кв.м.
Радиус действия бетонолитной трубы (R) зависит от подвижности бетонной смеси и интенсивности бетонирования и может быть определён по зависимости R = h + 0,6 H, где h – высота расположения верха воронки над поверхностью воды, Н – глубина воды над верхом подводного бетона, но назначается не более 6м (Рис. 24Б.1). На уровне низа трубы давление столба бетона поддерживается в пределах 0,1 – 0,25МПа (10 – 25т/кв.м).
Рис. 24Б.1. Способ вертикально перемещающейся трубы
1 – электрическая лебедка, 2 – опоры эстакады, 3 – автосамосвал-бетоновоз, 4 – эстакада, 5 – металлическая опалубка, 6 – уложенный бетон, 7 – вертикально перемещающаяся труба, 8 – приемный бункер
При прорыве воды в бетонолитную трубу бетонирование прекращают. Возобновление бетонирования возможно после достижения бетоном прочности 2МПа (200т/кв.м, 20кг/кв.см). Слой бетона толщиной 10 – 15см снимают. Перед возобновлением бетонирования проводят весь комплекс подготовительных работ.
Требования к бетонной смеси. Осадка конуса бетонной смеси должна быть 14 – 20см без применения вибрации и 6 – 12см с применением вибрации. В бетонную смесь, приготовленную из гравия или смеси гравия с 20 – 30% щебня вводят пластифицирующие добавки. Марка подводного бетона назначается на 10% выше, чем предусмотрено в проекте для возводимого сооружения.
Бетонирование прекращается при достижении укладываемым бетоном отметки на 10 – 12см превышающую проектную. При достижении бетоном прочности 2МПа (20кг/кв.см) верхний слой удаляется.
Бетонирование большой площади. Размеры блока бетонирования в плане под одну трубу назначаются не более 2R. При необходимости бетонирования больших площадей устанавливается группа труб с перекрытием всей площади. При этом ширину блока и расстояние между осями труб назначают не более 6м. Приёмный бункер устраивают на несколько труб. Бетон подают с помощью хоботов. Хобот и воронки оборудуются заслонками.
Оборудование для подачи бетона. Место бетонирования оснащается подмостями, понтонами, бадьями, бетононасосами, вагонетками, транспортёрами.
Контроль за ходом бетонирования. Для контроля заглубления трубы на неё наносятся метки. Уровень бетона контролируется отвесом.
Эффект вибрирования. Вибрирование труб позволяет сократить расход цемента на 10 – 12% и увеличить долговечность сооружения. На трубу обычно устанавливают два вибратора – на конце и в середине.
Способ восходящего раствора (ВР) (рис. 26.2). Метод восходящего раствора (ВР) или метод раздельного бетонирования применяется на глубинах от 1 до 50м. Сущность метода заключается в том, что бетонируемый блок заполняется камнем или щебнем, а затем нагнетается цементный раствор, который распространяясь в стороны от трубы и поднимаясь с низу в верх вытесняет из пустот в наброске воду.
Рис. 24Б.2. Способ восходящего раствора
1 – электрическая лебедка, 2 – опоры эстакады, 3 – автосамосвал-бетоновоз, 4 – эстакада, 5 – металлическая опалубка, 6 – уложенный бетон, 7 – вертикально перемещающаяся труба, 8 – приемный бункер, 9 – трубы для подачи раствора, 10 – каменная наброска
При бетонировании методом ВР применяется камень крупностью 150- 400мм, щебень крупностью 40- 150мм, песок крупностью – 2,5мм. Прочность камня должна быть не менее 10МПа (100кг/кв.см ). Объём пустот в каменной отсыпке должен составлять 45%. Прочность бетона должна быть не менее 15МПа (150кг/кв.см).
Для подводного бетонирования методом ВР применяются бетонолитные трубы d=37 – 100мм. Металлические воронки должны иметь скос не менее 30. Пробки в бетонолитные трубы перед началом бетонирования устанавливаются при применении труб d>75мм на глубине H>10м. Радиус действия бетонолитных труб принимается при заполнении блока бетонирования камнем R=3м и при заполнении щебнем R=2м. Расстояние между трубами назначается в пределах 2-2,5м. Предельно рациональная площадь действия одной трубы устанавливается до 18кв.м. Интенсивность подачи раствора обеспечивается на уровне 0,3куб.м/час на 1кв.м бетонируемой площади.
Различают две разновидности бетонирования методом ВР – напорный и безнапорный.
Безнапорный способ. При безнапорном способе бетонирование осуществляется через заранее установленную шахту, исключающую заклинивание трубы при её подъёме. Отверстия в стенках шахты назначаются размером составляющим 2/3 от наименьшего размера заполнителя. Площадь всех отверстий должна быть не менее 50% от общей площади поверхности шахты. Заглубление трубы в укладываемом бетоне поддерживается на уровне 0,8м.
Напорный способ. При этом способе трубы устанавливаются ярусами. По мере подъёма раствора в работу включаются трубы следующего более высокого яруса. После окончания бетонирования трубы из бетонного массива не вытаскивают. Верхняя часть труб, расположенная вне блока бетонирования срезается. Превышение труб над уровнем воды может быть определена по формуле:
h=( R-1,5D H)/3D, где
R- радиус действия трубы,
D – средняя крупность заполнителя,
Н – высота воды над уровнем раствора.
Практически рекомендуется превышение трубы над уровнем воды назначать не менее 5м.
По сравнению с ВПТ метод ВР является вспомогательным и применяется при невозможности или не экономичности применения метода ВПТ. При применении метода ВР снижается расход цементного раствора, но увеличивается расход металлических труб, заполнение пустот не достаточно надёжно. Во избежание расслоения блока бетонирования перерывы в работе должы быть абсолютно исключены.
Метод укладки бетона кюбелями. Метод укладки бетона кюбелями применяется на глубинах до 20м в сооружениях не требующих прочности бетона выше 200кг/кв.см. К таким сооружениям относятся конструкции с защитной оболочкой, работающих на вертикальную нагрузку (оболочки большого диаметра, опускные колодцы, колонны-оболочки), выравнивающие бетонные подготовки оснований под сооружения.
Для производства работ используется бетон марки М200 с осадкой конуса 1-5см. Первый слой бетона содержит цемента на 15-20% больше расчётного. Кюбели (бункер, ящик, бадья, грейфер) применяются вместимостью 0,1- 3куб.м.
Порядок укладки бетона кюбелями следующий. Полностью заполненный бетонной смесью кюбель подаётся под воду. Вдавливается в ранее уложенную смесь на 5-10см. Производится его раскрытие. Следующая порция смеси укладывается до начала схватывания предыдущей.
При производстве бетонирования исключается вытекание цементного раствора, проникновение воды в кюбель, сбрасывание смеси через толщу воды.
Недостатками метода являются: слоистость укладки, частичный размыв смеси при разгрузке кюбеля, необходимость использовния труда водолазов для контроля за укладкой бетонной смеси, её разравнивания и удаления шлама.
Способ втрамбовывания (способ *островка*) (рис. 24Б.3) . Метод втрамбовывания (*островка*) применяется: при возведении сооружений на глубинах не более 1,5- 2,0м; в сооружениях не требующих армирования; с маркой бетона не выше 300; для выравнивания оснований на отлогих скальных берегах; при проведении ремонтно-восстановительных работ на мелководье; при возведении берегозащитных сооружений; при возведении бетонных низких свайных ростверков.
Рис. 24Б.3. Способ втрамбовывания
5 – металлическая опалубка (стена ограждения), 8 – приемный бункер
Требование к материалам. Марка укладываемого бетона принимается на 20% выше требуемого в сооружении. Осадка конуса бетонной смеси 5-10см. Наименьший плановый размер блока должен быть больше толщины бетонирования.
Порядок проведения работ. Работы выполняются в следующей последовательности: устанавливается опалубка, предохраняющая смесь от размыва; с помощью бетонолитной трубы или кюбеля в одном из углов блока бетонирования создаётся островок, размеры которого не регламентируются; по контуру островка подаются порции бетонной смеси в пределах времени начала схватывания предыдущей порции; производится втрамбовывание свежей бетонной смеси в ранее уложенный бетон с помощью пневмотрамбовок, электротрамбовок, виброплощадок, вибробулав; уплотнение бетонной смеси глубинными вибраторами.
Для производства работ требуются: кран, плавучий кран, кюбель, грейфер, бадья, вибраторы, бетоновозы, бетоносмесительный узел.
Основные требования при производстве работ. Откос островка должен быть 35-45*, возвышение островка над уровнем воды должно быть не менее 30см, порции бетонной смеси укладываются не ближе 20-40см от уреза воды. Работа вибратора вблизи откоса не допускается. Укладка бетона ведётся без перерывов. Зона схватывания и твердения ранее уложенного бетона не затрагивается. Последующая порция бетона укладывается до начала схватывания предыдущей порции. Сплыв смеси поверх откоса в воду не допускается. Продолжение работ после вынужденного перерыва возможно после достижения бетоном 50% прочности и подготовки поверхности ранее уложенного бетона ( снятие верхнего ослабленного слоя бетона, удаление шлама и т.п).
Достоинством метода является отсутствие обязательной необходимости в разбивке на блоки бетонирования. Недостаток – большая трудоемкость и высокая интенсивность подачи смеси.
Метод укладки бетона в мешках. Укладку бетона в мешках применяют при ремонтно-восстановительных работах, ликвидациях аварий, заделке каверн, возведении неответственных конструкций на глубинах до 2м., выравнивании дна, в качестве подводной опалубки, уплотнении инвентарной опалубки.
Мешки применяются вместимостью от 2 до 50л. Для мешков используется прочная, но редкая ткань, способная пропускать воду, воздух и частично цементное молоко. Мешки свежее приготовленным бетоном заполняются на 2/3 объёма. Раствор бетона изготавливается с осадкой конуса 1-7см. Максимальная крупность заполнителя от 10 до 200мм. После заполнения мешки завязываются или зашиваются. Мешки вместимостью более 50л заполняются бетоном под водой с помощью бетононасоса.
Укладка мешков производится в следующем порядке: производится подготовка места укладки мешков; краном по одному или в контейнере мешки подаются водолазу под воду с соблюдением мер безопасности; мешки укладываются на основание широкой плоскостью с перевязкой швов; курсы мешков армируются прутьями и прошиваются штырями d=10-20мм, l=30-40cм.
Метод укладки бетона бетононасосами. Метод укладки бетона бетононасосами применяется при ремонтно-восстановительных работах. Для производства работ применяются бетононасосы производительностью 14-20куб.м/час при давлении в бетоноводе 0,7-0,8МПа.
Бетонирование осуществляется в следующем порядке. Готовится место укладки бетона. Над бетононасосом устанавливается бункер бетономешалки. По бетоноводу бетон подаётся в бетонолитную трубу, подвешенную к гаку крана над блоком бетонирования, Конец трубы в начале устанавливается на 10см выше основания блока. После заполнения блока на 1м выше конца трубы её поднимают на 20-30см и так до окончания бетонирования.
Инъекционный метод подводного бетонирования. Инъекционный метод применяется при ремонтных работах. Для производства работ используются бетононасосы производительностью 1-3куб.м/час.
Бетонирование осуществляется в следующем порядке. Производится подготовка места укладки бетона. Устанавливается опалубка. Опалубка в нижней части оснащается штуцером, а в верхней - выходным отверстием. Шланг бетононасоса присоединяется к штуцеру. Раствор бетона беспрерывно подаётся в бетонируемую полость. Подача бетона осуществляется до начала выхода раствора через отверстие в верхней части опалубки. Полость перед бетонированием может заполняться камнем или щебнем. Через 20-25мин. работы бетононасоса призводится его прокачка в течение 15-20сек.
Гидровибрационный метод подводного бетонирования. Известны две модификации гидровибрационного метода: 1. блок бетонирования заполняется инертными составляющими бетона, подаётся цементное молоко с одновременным вибрированием заполнителя; 2. блок бетонирования заполняется цементным раствором, крупный заполнитель подаётся в блок бетонирования с одновременным вибрированием раствора. Главный недостаток этого метода – большой расход цемента.