Подводное бетонирование. Методы подводного бетонирования (см

Бетонирование под водой — особая технология укладки бетонного раствора, применяемая при отсутствии возможности откачать воду или удалить ее другими способами. Чаще всего метод востребован при возведении крупных железобетонных конструкций, эксплуатация которых предполагает значительные нагрузки. Мосты, плотины, прочие гидротехнические строения, а также опоры линий электропередач, скважины в скальной породе — сооружения, при возведении которых во многих случаях прибегают к подводному бетонированию.
Бетонирование в воде применяют и в проектах не столь масштабных. Невозможность наладить водоотвод из котлована при высоком уровне грунтовых вод — распространенная ситуация при проведении строительных работ.

Различают несколько методик, позволяющих выполнить заливку бетона в воду:

• технология «вертикально перемещающаяся труба» (ВПТ);
• ВР или бетонирование, благодаря восхождению раствора;
• втрамбовывание бетонной смеси;
• укладка бетона бункерами;
• метод укладки в мешках.

Главное, о чем необходимо помнить при производстве бетоноукладочных работ, — основная расчетная масса раствора не должна контактировать с водой во избежание вымывания цемента; процесс бетонирования должен идти непрерывно до достижения уровня, намеченного проектом.

Подготовительные работы

Прежде, чем приступить к укладке бетона непосредственно в воду, нужно составить проект, описывающий порядок и ход работы, объемы материала, необходимое оборудование и оснастку. Как правило, на значительных глубинах требуются водолазы, которые намечают план расчистки бетонируемого участка или очищают его вручную, устанавливают опалубку, регулируют размещение труб и шлангов, по которым поступает заливочная смесь.

Бетонный раствор готовится на заводе с соблюдением определенной рецептуры. Для разных методик, предполагающих заливку в воду, марка бетона должна быть на 10-20% выше, чем если бы укладка осуществлялась в обычных условиях; при этом необходимо уменьшить соотношение воды и цемента в готовом растворе. Вода замедляет процесс затвердевания, поэтому желательно введение ускорителей и пластификаторов. Антиэррозионные добавки повышают устойчивость конструкций к размыванию.

Специальные требования предъявляются и к опалубке. Она должна быть:

1. не проницаема для бетонной смеси, в том числе в местах стыков;
2. хорошо держать форму, несмотря на давление воды;
3. легко устанавливаться.

С внешней стороны опалубку дополнительно укрепляют камнем или мешками с песком.

Основные свойства

Среди наиболее важных технологических свойств бетонной смеси следует выделить:

• плотность;
• прочность;
• водонепроницаемость;
• пластичность;
• огнестойкость.

Из них основным показателем выступает прочность, которая выражена в способности сопротивляться разрушению от нагрузок. Увеличение последних разрешено лишь до определенного предела. Прочность материала определяется его маркой. Под ней понимается предел прочности при сжатии кубиков, сторона которых равна 20 см. Они твердеют после заливки в течение месяца. Предел прочности выражается в кг/см2.

Ознакомившись с понятием марки, вы сможете узнать, что в документации установлены следующие значения. Для обыкновенного бетона цифра варьируется от 25 до 600. Что касается легкого бетона, то здесь границы нормы от 10 до 300. Прочность зависит от того, насколько активен цемент. На этот параметр влияет качество щебня, песка, воды и гравия, а также условия транспортировки, перемешивания, возраста, укладки и твердения бетона.

Рассматривая свойства бетонной смеси, вы обязательно должны обратить внимание на плотность. Описываемый материал не является совершенно плотным, ведь в нем имеются воздушные поры, образующиеся при испарении воды или проникновении внутрь воздуха

Плотность — это степень заполнения объема твердым веществом. Так, если плотность равна 0,95, то 95% объема — это твердые материалы, а 5% — поры.

Для того чтобы получить плотный бетон, количество воды следует уменьшить, а зерна заполнителей выбрать разной величины. Это поспособствует снижению количества пустот. Среди свойств бетонной смеси следует выделить еще и пластичность. Ее определяет подвижность состава, который при укладке должен заполнить все изгибы, пустоты и раковины. Бетон может быть:

• литым;
• пластичным;
• жестким.

Показатель пластичности смеси оценивается прибором, который называется конусом. Этот инструмент представляет собой стальную форму без дна в виде конуса.

Важным свойством является еще и водопроницаемость. Ее степень характеризуется наибольшим давлением воды, при котором жидкость просачивается через образец. Водонепроницаемость зависит от величины напора воды, плотности и структуры, а также условий твердения, плотности и возраста бетона.

Знакомясь со свойствами бетонной смеси, вы должны будете обратить внимание на огнестойкость. Это способность материала, которая выражена в сопротивляемости к разрушительным факторам, связанным с высокой температурой

Бетон должен выдерживать нормальную эксплуатацию до 250 ˚С.

Помимо этого, необходимо обратить внимание на усадку материала. При твердении на воздухе бетон уменьшается в объеме

Снаружи это происходит быстрее, чем внутри, следствием этого становятся трещины. Усадка, как правило, составляет 0,15 мм на 1 м. Если подобрать состав раствора, можно снизить количество усадки или не допустить ее вовсе.

Особенностью заливки является выделение тепла при твердении смеси. Поэтому в возводимых сооружениях можно наблюдать повышение температуры даже при низких температурах внешней среды. Это свойство позволяет осуществлять бетонирование в зимних условиях без обогрева.

Метод вертикально перемещаемых труб

Для заливки таким способом потребуются:

• бетононасосы или другое оборудование, обеспечивающее непрерывную подачу раствора;
• бетонолитные трубы диаметром 200-300 мм, состоящие из звеньев длиной до 1 м, оснащенных быстроразъемными замками;
• оснастка площадки над местом бетонирования: траверса, лебедка, подъемный механизм.

Труба устанавливается вертикально, соприкасаясь с нижней точкой бетонирования, при этом допускается небольшой зазор между дном и краем трубы. Внутрь помещается плавучий пыж, например, мешковина или деревянная пробка, который впоследствии продавливается жидким бетоном и вытесняет воду и воздух. В более технологичных вариантах концы трубы оснащаются клапанами, открывающимися после того, как вся труба заполняется бетоном. Раствор подается через воронку до тех пор, пока слой уложенного бетона не достигнет высоты 0,8-1,5 м от нижнего края трубы.

После этого трубу поднимают на одно звено, демонтируют верхний элемент, причем нижний конец должен оставаться в бетоне. Заливка продолжается до необходимого объема. Стоит отметить, что с помощью одной трубы можно залить элемент радиусом 6 м, поэтому, если площадь бетонирования больше, следует применять систему бетонолитных труб с шагом 10-11 м.

Основные требования к маркам готовой смеси

Итак, что представляет собой гидротехнический бетон: ГОСТ с основными требованиями? Они таковы:

• до принятия твердого вида материал должен иметь возможность перемешивания, обладать определенной степенью движения и удобством укладки;
• в фазе твердения не терять монолитность, не иметь слоев и не растрескиваться;
• иметь точное время отвердения в соответствии с определенными сроками и задачами;
• минимизация стоимости готовой смеси и расхода цементной смеси;
• точное соответствие состава наполнителей и заполнителей требуемой задаче, наличие песочных фракций, гравия и щебня определенной формы и необходимого количества микродобавок и химических дополнений.

Цементные бетоны также имеют разделение на легкие, на тяжелые и на особо тяжелые. Все зависит от общей объемной массы (в кг. на кубический метр). К наполняющему составу особо тяжелых бетонов, так же предъявляются определенные условия, требования к чистоте смеси. Очень часто именно особо тяжелые бетоны, имеют применение в районах крайнего Севера, поэтому процессы и возможность зимней работы имеют первостепенное значение. Для этого разрабатывались особые нормативы и добавки.

В условиях обычного климата, наоборот, возможность быстрого твердения имеет наиболее важное значение, что достигается применением обработки теплом, введением специальных химических добавок ускоряющих процесс твердения этого материала

Как залить бетон способом восходящего раствора (ВР)

Метод предполагает предварительное заполнение бетонируемого объекта камнем или щебнем с таким расчетом, чтобы пустоты составляли 45% от объема. Через трубы небольшого диаметра 37-100 мм подается бетонный раствор, который, поднимаясь вверх, естественным образом заполняет пустоты в отсыпке, полностью вытесняя воду. Площадь, которую можно залить с помощью одной трубы, определяется радиусом распространения смеси: R=3 м при подаче раствора в наброску из камня, 2 м — в щебеночную отсыпку. Применяются два метода заливки: напорный и безнапорный.

Напорный или инъекционный метод ВР

Трубы устанавливаются непосредственно в каменную или щебеночную наброску. Цементный раствор под давлением поступает к основанию наброски, затем поднимается, обеспечивая монолитное схвачивание с заполнителем. Трубы после завершения работ остаются в забетонированном блоке, излишки срезаются.

Классификация, технические характеристики

Специалисты классифицируют гидротехнический бетон по его техническим характеристикам, прописанным в ГОСТ 26633-2012. Главными из которых считают прочность на сжатие, изгиб, а также осевое растяжение, производятся испытания водонепроницаемости и морозостойкости.

Самый распространенный метод определения прочности затвердевшего состава – разрушение куба с ребром 15 см. Для гидробетонов этот показатель может колебаться по классам прочности от В10 до В40, в зависимости от технических требований. Осевое растяжение маркируется индексами Bt 0,4 — Bt 4 и берутся с шагом 0,2, они показывают образование трещины при растяжении конструкции. Аналогичные показатели на изгиб от Btb 0,4 — Btb 8, где применен тот же шаг, а нагрузка идет на изгиб элемента до появления трещины.

Марка водонепроницаемости измеряется в возрасте 180 суток после заливки раствора. При эксплуатации гидротехнический бетон не может пропускать воду. Поэтому марка его водонепроницаемости находится в пределах от W2 – это означает, что образец при испытаниях выдерживает давление 0,2 МПа, до W8 с шагом 2. При изготовлении водостойкого бетона специального назначения применяются пластификаторы, увеличивается доля цемента, и показатель доводится до W12.

По морозоустойчивости гидротехнический бетон делится по маркам от F50 до F300 с шагом 50. Цифра после индекса означает количество циклов заморозки-оттаивания, которые выдерживает состав до потери четверти своей прочности. Добавление некоторых компонентов позволяет получить гидротехнический бетон с показателем F400. Испытание проводится в морозильной камере с меняющейся температурой на протяжении 28 суток, присваивается марка морозоустойчивости.

В соответствии с ГОСТом гидротехнический бетон должен иметь определенную подвижность, чтобы можно было правильно провести его укладку. Состав должен затвердевать равномерно, без расслаивания и растрескивания, набирать прочность в необходимый срок.

Укладка бетона на небольших глубинах

Описанные методы получили распространение при формировании бетонных конструкций на значительной глубине, вплоть до 50 м. А можно ли заливать бетон с помощью более простых и менее дорогостоящих способов, если глубина не превышает 2 м, а сами работы направлены на ремонт уже существующих монолитных сооружений? Действительно, для восстановления целостности поврежденной конструкции, выравнивания дна или заливки не ответственного объекта существует метод укладки бетона в мешках.

Мешки, заполненные свежим раствором и зашитые, укладывают на основание или заделывают в крупные каверны поврежденных конструкций. Мешковина пропускает воду, но предохраняет бетон от растекания. При бетонировании большого пространства мешки сшиваются между собой и армируются.

Еще один способ подводного бетонирования на глубине до 1,5-2 м — это метод островка или втрамбовывания. Способ требует высокой скорости подачи цементного раствора и применения вибратора для втрамбовывания очередной порции бетона, однако, позволяет производить бетонирование не горизонтальных поверхностей (например, берегов). Кроме того, не требуется армирование и нет высоких требований к классу бетона.

Осуществляя заливку бетона в воду, необходимо помнить, что это технологически сложный процесс, требующий тщательной подготовки, составления проектной документации и соблюдения строительных нормативов. Точное следование технологии укладки позволит избежать аварийных ситуаций как в процессе подводного бетонирования, так и при последующей эксплуатации объектов.

Испытания и маркировка

Для проверки качества гидробетона его тестируют на:

• Прочность. В результате испытаний, в процессе которых испытуемый объект растягивают и сжимают на измерительных стендах, в материале не должны образовываться трещины. Самыми востребованные классы – В10÷В40.
• Морозостойкость. Продукт помещают на 28 дней в морозильную камеру с постоянно меняющейся температурой; количество циклов замораживания и размораживания фиксируют и по итогу классифицируют продукт с указанием количества полных циклов, перенесенных им без существенной потери своих свойств: F50÷F300 (максимум F400).

На заметку! Чаще всего в строительстве применяют следующие марки: F300, F200, F100, F50. Чтобы получить число циклов больше, чем 400, необходимо добавлять в состав продукта специальные добавки.

Водонепроницаемость. Бетон погружают в воду с разным солевым и минеральным составом, там он остается в течение 180 дней, подвергаясь гидростатическому давлению. Затем, разрезав часть бетона, определяют уровень водонепроницаемости и присваивают материалу класс: W2÷W8 (используя специальные добавки можно довести до W12). Цифра в маркировке обозначает, что материал не пропускает воду при давлении 0,2 МПа, 0,4 МПа , 0,6 МПа и так далее.

На заметку! Присвоение материалу определенного класса или марки происходит исключительно на основе испытаний.

Выводы

Каждый из методов по-своему эффективный. Бетон, используемый для возведения конструкций в воде, должен соответствовать требованиям:

• быть достаточно жидким, чтоб легко распространяться в трубе;
• наполнителя должно быть в меру, чтоб смесь не была чересчур вязкой;
• для повышенной пластичность бетона специалисты советуют разбавлять состав суспензией гидроксида кальция.

Проведение работ по бетонированию в воде – одно из самых тяжелых строительных действий, требующее высококвалифицированных знаний, практических навыков, специальной техники. Тем не менее, это важный этап возведения конструкций гидротехнического характера.

Благодаря технологиям бетонирования в воде можно строить дамбы, мосты, волнорезы, гидроэлектростанции и прочие сооружения, отличающиеся высокой прочностью.