Подводное бетонирование подразумевает укладку бетонной смеси без осуществления водоотливных работ. Этот метод применяется при возведении подводных элементов опор мостов и линий электропередач, фундаментов, при проведении строительных и ремонтных работ на объектах гидротехнического назначения. Для успешного проведения такого бетонирования необходимо решить две основные задачи: помешать свободному падению раствора через слой воды и защитить уложенный бетон от размывания.
Существует несколько методов укладки бетона под водой — способ вертикально перемещающейся трубы (ВПТ), восходящего раствора (ВР), укладки бетонного раствора бункерами, в мешках, втрамбовывания бетона.
Способ вертикально перемещающейся трубы
Этот метод является наиболее эффективным при проведении работ на глубине от 1,5 до 50 метров и необходимости получения высокопрочного монолитного подводного сооружения. Бетонирование конструкции осуществляется в котловане, огражденном от воздействия проточной воды. Для ограждения используют либо специально изготовленную опалубку, которая представляет собой пространственные блоки из металла, железобетона или дерева, либо конструкции сооружения — плиты, стены массивов и опускных колодцев.
Для доставки бетонной смеси в котлован используют стальные бесшовные трубы. Диаметр труб равен 200-300 мм, собираются они звеньями длиной до одного метра на легкоразъемных соединениях, защищенных от проникновения в них воды. Трубы подвешиваются к крану или лебедкам, которые закрепляются на надстройке ограждения котлована. На верхнем торце трубы находится воронка, на нижнем — металлические клапаны, открываемые с подмостей. Радиус действия подающих труб — до 6 м.
Число труб должно быть таковым, чтобы их круговые зоны перекрывали всю площадь котлована.
Трубы, опущенные до дна котлована с минимальным зазором и перекрытые клапанами, да самого верха заполняют бетонным раствором. Бетон изготавливают, используя гравий или смесь гравия с 20-30% щебенки с обязательной добавкой пластифицирующих модификаторов. Раствор подается с помощью бетононасосов, пневмонагнетателей, непосредственно из бетоносмесителей.
После открытия клапанов выходящая из труб смесь растекается по площади котлована. Бетонирование конструкции без подъема трубы продолжается, пока бетон не поднимется над нижним концом трубы на 0,8-1,5 метра.
Нижний конец трубы должен постоянно располагаться на уровне, который не менее чем на 0,8 м ниже поверхности уложенного раствора — на глубине до 10 м, на 1,5 м — при глубине производства работ до 20 м.
После поднятия трубы на высоту звена работы временно прекращают, верхнее звено демонтируют, следя, чтобы вода не попадала в трубу. После установки воронки в новую трубу бетонирование возобновляют.
Бетонирование продолжают до высоты, которая на 2% выше запроектированного вертикального размера элемента, но не менее, чем на 100 мм. После достижения определенной величины прочности слабый верхний слой удаляется.
Метод восходящего раствора
Этот способ разделяется на два вида: безнапорный и напорный.
Для осуществления безнапорного способа в центральной части бетонируемого блока монтируют шахту с решетчатыми стенками, сваренными из рельсов или другого стального проката. В шахту опускают трубу диаметром около 100 мм. Труба состоит из звеньев длиной до 1 м на легкоразъемных соединениях, защищенных от попадания воды.
Ограниченное опалубкой пространство заполняется каменной наброской. Пустоты заполняют цементным раствором.
Размеры каменной наброски для бутобетонной кладки — 150-400 мм, для бетонной — 40-150 мм. Цементный раствор изготавливается на мелких песках для возможности полного обволакивания каменного заполнителя.
Труба постоянно должна быть опущена в раствор на глубину не менее 0,8 метра. По мере увеличения уровня бетонирования верхние звенья трубы демонтируют. После частичного затвердевания излишек раствора с поверхности удаляют. Данный метод является гравитационным, поскольку растекание цементной смеси происходит под напором столба раствора.
Инъекционный способ напорного бетонирования заключается в подаче под давлением цементного раствора по трубам, установленным непосредственно в каменную засыпку. Раствор поднимается снизу вверх, вытесняя из пустот засыпки воду.
Метод ВР имеет преимущества по сравнению с ВПТ:
· наличие продукции бетонного завода становится необязательным, достаточно растворосмесительных установок;
· нет необходимости в транспортировке бетона, что исключает возможность расслоения смеси;
· применяется удобная раздельная подача крупных заполнителей и цементной смеси.
Недостатки способа ВР:
· необходимость тщательного отбора величины зерна песка;
· увеличение количества труб;
· пустоты не всегда надежно заполняются раствором.
Метод ВР используют при производственной невозможности или экономической нецелесообразности применения способа ВПТ — для проведения ремонтных работ в стесненных условиях, бетонирования конструкций небольшого объема с густым армированием, для элементов из бутовой кладки.
Метод укладки бункерами
Этот способ заключается в опускании бетонной смеси на основание бетонируемой конструкции в бункерах. В роли бункеров могут выступать раскрывающиеся ящики грейферного типа (кюбели) объемом 0,3-2,0 м3. Сверху бункер закрыт, по контуру раскрывания имеется уплотнение, предотвращающее проникновение воды внутрь емкости и вытекание из нее раствора.
Разгрузка бетона осуществляется через раскрывающееся дно или затвор при минимальном зазоре между выгрузочным отверстием бункера и поверхностью уже уложенного бетона. Соблюдение этого условия дает возможность предотвратить свободное сбрасывание раствора через водяной слой.
Первый слой подвергается наибольшему размыву водой, поэтому бетонная смесь, используемая для его укладки, должна содержать на 15-20% цемента больше, чем стандартная.
Преимущества укладки бункерами:
· возможность производства работ на любой глубине;
· работы производятся без использования подмостей;
· смесь может укладываться на неровное основание со значительными впадинами и возвышениями.
Минусом этого метода является частичный размыв бетона, который происходит при его выгрузке из бункера, и, как следствие, получение некоторой слоистости укладки.
Метод применяется при укладке бетона маркой не выше 200.
Укладка бетонной смеси методами втрамбовывания и в мешках
Суть первого метода заключается в создании островка из бетона с распределением бетонной смеси в блоке вибрацией или втрамбовыванием.
Метод втрамбовывания может применяться на глубине до 1,5 метра при марке бетона не выше 300 для конструкций с большой площадью.
Конструкция бетонируется до уровня, превышающего поверхность воды. Один из геометрических размеров создаваемого блока в плане должен превышать двойную глубину бетонирования.
Островок из бетона создается в одном из углов блока с использованием трубы или бадьи (кюбеля). Кюбель должен располагаться на уровне, превышающем поверхность воды не менее чем на 300 мм.
Угол расположения подводного откоса островка, с которого начинают бетонирование, к горизонтали должен быть равен 35-450
Новые части бетонной смеси должны втрамбовываться равномерно, с интенсивностью, позволяющей не нарушать процесс твердения уложенного раствора.
Суть метода укладки бетона в мешках. Бетонный раствор опускают под воду в мешках, изготовленных из прочной ткани с редким переплетением, объемом 10-20 л. Осадка конуса бетона при максимальной величине заполнителя 40 мм должна быть равна 2-5 см.
Часть мешков изготавливают для меньшего объема смеси — 5-7 л. В такие мешки загружается бетон с максимальной крупностью заполнителя — 10 мм.
Метод укладки смеси в мешках является вспомогательным и применяется с целью уплотнения щелей в местах соприкосновения опалубки и неровного дна, вместо опалубки при подводном бетонировании на глубине до 2 м, в аварийных ситуациях.
Подводное бетонирование — технически сложный процесс, поэтому при возведении массивных сооружений и при создании ответственных конструкций предварительно бетонируют опытные блоки, на которых проверяют режимы бетонирования и качественные характеристики смеси. Также при подводном бетонировании необходимо ведение журнала по форме №49 нормативного документа Утвержденного Распоряжением Росавтодора от 23 мая 2002 г. N ИС-478-р.