Причалы из бетона или железобетона возводят под водой, используя свойства бетонных смесей твердеть в воде и после затвердевания приобретать заданные проектом свойства.

Действующими СНиП допускается подводное бетонирование методами: вертикально-перемещающейся трубы (ВПТ); восходящего раствора (ВР); втрамбовывания бетонной смеси; укладки бетонной смеси в мешках.

Метод ВПТ применяют при глубинах 1,5—50 м для укладки бетона в массивные конструкции причалов (независимо от их размеров), возводимых на несжимаемых и сжимаемых грунтах.

Рис. 27. Схема укладки бетонной смеси методом ВПТ
Рис. 27. Схема укладки бетонной смеси методом ВПТ
При подводном бетонировании методом ВПТ (рис. 27) производится непрерывная подача бетонной смеси под воду в бетонируемый блок через воронку по вертикальной трубе, перемещаемой только в вертикальном направлении. Соответствующая пластичность массы бетонной смеси приводит к перемещению ее по трубе и распространению в радиусе г в опалубке. Выходящая из нижнего отверстия трубы бетонная смесь, растекаясь, вытесняет воду и заполняет бетонируемое пространство, ограниченное опалубкой. При этом только поверхность первой порции бетонной смеси, поступившей из трубы, соприкасается с водой. Поступление остальных порций происходит внутрь ранее уложенной бетонной смеси без соприкосновения с водой. Опалубка, применяемая при подводном бетонировании, должна быть непроницаемой, неизменяемой и нетрудоемкой в сборке. Применяются опалубки: железобетонная, деревянная из отдельных щитов, балластируемых во избежание всплытия, деревометаллическая и металлическая. К элементам опалубочных ограждений могут быть отнесены полые оболочки различных диаметров, стенки пустотелых массивов-гигантов, опускных колодцев, кессонов, ряжей и т. п. Опалубочные шпунтовые ограждения выполняют в виде однорядных металлических шпунтовых стенок.

При статическом расчете опалубки не учитывают уменьшение давления при схватывании бетона. Эпюра бокового давления бетонной смеси или раствора на опалубку принимается треугольного очертания в пределах действующего столба бетонной смеси или раствора и прямоугольного очертания —- ниже действующего столба бетонной смеси (рис. 28). Максимальное давление Рм (Па) на опалубку бетонной смеси или раствора определяют по формуле



где hд — высота действующего столба бетонной смеси или раствора, м; ? — плотность бетонной смеси или раствора, кг/м3.

При бетонировании методом ВПТ принимается



где k — показатель сохранения подвижности смеси, ч; I — интенсивность бетонирования, т. е. укладки 1 м3 смеси на 1 м2 площади бетонируемой конструкции за определенное время, м3/м2·ч.

Потребную производительность (м3/ч) бетономешалки для проведения подводного бетонирования определяют по формуле



Рис. 28. Расчетная эпюра давления бетонной смеси на опалубку
Рис. 28. Расчетная эпюра давления бетонной смеси на опалубку
где F — площадь наибольшего из бетонируемых блоков, м2.

Нормальный режим подводной укладки предусматривает интенсивность бетонирования не ниже 0,3 м3/ч на 1 м2 площади бетонируемого массива.

При всех возможных видах перемещения бетонной смеси продолжительность транспортирования данной порции от момента выхода из смесительной установки до подачи в приемную воронку трубы не должна превышать: 30 мин — при показателе сохранения подвижности k>60 мин, при k

Перед первоначальным заполнением бетонной смесью в верхних звеньях труб (под воронками) устанавливают пробки. При опускании пробки под действием веса заполняющей воронку бетонной смеси из трубы вытесняется вода без воздействия на бетонную смесь. Пробки делятся на жесткие (из дерева или металла) и мягкие (из мешковины, пакли, опилок и т. п.). Скольжение пробок по трубе осуществляется на подвесках или свободно.

Рис. 29. Подмости для размещения механизмов и оборудования при укладке подводного бетона
Рис. 29. Подмости для размещения механизмов и оборудования при укладке подводного бетона
Над местом укладки подводного бетона устраивают подмости (рис. 29) для подвески труб с приемными воронками, установки необходимых механизмов и оборудования, а также для нахождения людей. Подмости должны быть такими, чтобы с них удобно было выполнять операции по заполнению воронок, подъему и опусканию труб, их надежной фиксации при удалении верхних звеньев в процессе бетонирования.

Для подводного бетонирования требуются литые бетонные смеси с высокой подвижностью, сохраняемой в процессе транспортировки, укладки и заполнения бетонируемого блока. Подвижность бетонных смесей, употребляемых при первоначальном заполнении труб, а также укладываемых с применением вибрации, должна характеризоваться осадкой стандартного конуса не менее 14—16 см; при установившемся режиме бетонирования без вибрации осадка должна составлять 16—20 см. В отдельных случаях применяют бетонные смеси с осадкой конуса до 24 см.

Кроме подвижности, бетонная смесь должна сохранять в процессе транспортирования и укладки однородность состава, исключающую возможность оседания и самоуплотнения частиц. Последние явления ведут к расслоению смеси, вытеснению из нее воды и быстрой потере начальной подвижности.

В проекте работ по подводному бетонированию следует учитывать возможную интенсивность бетонирования, радиусы действия труб и особенности бетонируемой конструкции. Исходя из этих факторов и в зависимости от размеров в плане бетонируемого массива его разбивают на отдельные блоки. Бетонирование отдельных блоков выполняют при помощи одной или нескольких одновременно работающих труб.

Рис. 30. Плановое расположение труб
Рис. 30. Плановое расположение труб
При растекании бетонной смеси из труб ее качество в периферийных зонах будет ниже требуемого. Поэтому обязательным условием при подводном бетонировании является выбор расчетного радиуса действия трубы, который всегда несколько меньше предельного радиуса растекания смеси. При бетонировании с помощью нескольких труб обязательно взаимное перекрытие круговыми зонами действия труб всей бетонируемой площади (рис. 30). Опыт показал, что расстояние по осям между трубами должно быть не более 6 м.

При принятом радиусе действия трубы подводное бетонирование должно вестись с интенсивностью, обеспечивающей необходимую подвижность смеси в зоне этого радиуса, что может быть выражено зависимостью



где гmax — наибольший радиус действия бетонолитной трубы, м.

Опыт подводного бетонирования позволил установить взаимосвязь между необходимым заглублением нижнего звена бетонолитной трубы в свежеуложенную смесь при заданном показателе сохранения подвижности смеси и интенсивностью бетонирования:



При соблюдении этого условия каждая новая порция поступающей бетонной смеси растекается под прикрытием ранее поданной порции и купола шлама, выделяющегося из бетонной смеси.

Рис. 31. Схемы подводного бетонирования
Рис. 31. Схемы подводного бетонирования
Первоначальный цикл операции при бетонировании методом ВПТ показан на рис. 31, а (I—IV). По мере увеличения объема уложенного в блок подводного бетона бетонолитпая труба поднимается вверх, а затем верхнее и последующие звенья удаляют. Перед снятием каждого звена трубу осаживают вниз во избежание проскальзывания оставшейся в пей бетонной смеси. После снятия звена приемную воронку соединяют с оставшейся частью трубы.

Распалубку подводных конструкций производят в сроки, зависящие от результатов испытания прочности контрольных подводных массивов: не ранее чем через месяц после бетонирования — для наружных поверхностей и через 10 дней — для поверхностей, подлежащих сопряжению с соседними блоками.

Метод ВР может быть двух видов бетонирования: безнапорным и напорным.

При безнапорном методе (рис. 31, б) в опалубку бетонируемого блока устанавливают заливочную трубу с воронкой, огражденную специальной шахтой, в которой труба может свободно перемещаться. Бетонируемый блок заполняют наброской из камня, а пустоты в наброске — раствором, непрерывно выходящим из нижнего конца трубы из-за ее непрерывной подпитки. Этот процесс происходит не вследствие напора раствора в трубах, а под давлением его столба в шахте. По мере повышения уровня раствора в блоке питающая труба поднимается вертикально, но ее нижний конец должен оставаться погруженным в свежеуложенный раствор. При достижении раствором проектной отметки кладки прекращают подачу раствора и трубу извлекают из шахты.

Напорный (инъекционный) способ (рис. 31, в) предусматривает бетонирование без устройства шахт и подъема трубы. Трубы устанавливают ярусами и засыпают щебнем и камнем. Заполнение пустот в заполнителе происходит вследствие напора в трубах раствора или теста, создаваемого их массой или растврронасосом. При подъеме уровня раствора в блоке поочередно включают следующие по высоте трубы. По окончании бетонирования удаляют верхнюю часть груб, не попавших в бетонную кладку.


При заполнении пустотелых конструкций причалов на глубине 1,5—20 м подводной кладкой применяют заливку крупного каменного заполнителя цементно-песчаным раствором. При глубине подводного бетонирования 20—50 м применяют заливку щебеночного заполнителя цементным тестом.

Применение метода ВР целесообразно при сооружениях на слабых грунтах, требующих предварительного обжатия или ступенчатой загрузки. Постепенная загрузка основания происходит в процессе отсыпки заполнителя, а затем заливки раствором или тестом. Диаметр стальных труб 37—100 мм. Шахты изготовляют в виде металлических или деревянных сетчатых колодцев квадратного или круглого сечения со сторонами или диаметром 20—30 см; отверстия в стенках шахты должны быть не более 2/3 наименьшего размера применяемого для наброски камня.

При предварительном подборе режимов бетонирования величину радиуса действия трубы определяют по формулам:

для безнапорного бетонирования (с шахтой)


для напорного бетонирования (без шахт)


В этих формулах: n — коэффициент крупности заполнителя (принимается 0,7 — для щебня, 1 — для камня); R=j/i — разлив (здесь i — уклон растекания, принимаемый равным 1/5); D — средняя величина заполнителя, м; Нв — высота столба воды над уровнем раствора, м; h0 — превышение столба раствора над водой, м.

В случае бетонирования блока несколькими трубами их включают в работу одновременно при горизонтальном основании блока (рис. 31, г) или поочередно — при наклонном (t?1/5) или выполненном в виде штраб основании (рис. 31, д).

Рис. 32. Схема подводного бетонирования втрамбовыванием бетонной смеси
Рис. 32. Схема подводного бетонирования втрамбовыванием бетонной смеси
Метод втрамбовывания бетонной смеси применяют при глубине воды не более 1,5 м для неармированных сооружений или их конструктивных элементов, которые бетонируют до отметки, расположенной выше уровня воды (фундаменты на скальных отмелых берегах, бетонные ростверки по свайным фундаментам).

Сущность метода (рис. 32) состоит в постоянной укладке бетонной смеси отвалом от берега или со специального бетонного островка путем втрамбовывания или вибрации новых порций бетонной смеси в ранее уложенный, еще не схватившийся бетон. При этом бетонная смесь распространяется в бетонируемом блоке таким образом, что с водой соприкасается только откос из бетонной смеси, а вновь втрамбовываемая смесь остается изолированной от воды.

Укладку бетонной смеси начинают в одном из углов блока с наибольшей глубиной воды, чем достигается скорейшее образование водозащитного откоса. Первые порции бетона подают бадьями с открывающимися днищами или с помощью бетонолитной грубы, выводя островок на высоту не менее 30 см над поверхностью воды. Последующие порции бетонной смеси разгружают по контуру островка на ранее уложенный бетон не ближе 20—30 см от уреза воды, следя за тем, чтобы не произошло сплыва смеси по откосу в воду. Смесь в блоке втрамбовывать в нижележащие слои можно пневмо- или электротрамбовками, виброплощадками или вибробулавами. Работу поверхностных трамбовок следует совмещать с уплотнением бетонной смеси глубинными вибраторами, не допуская работы вибраторов вблизи наружного откоса, при которой вымывается цементное тесто.

Метод укладки бетонной смеси в мешках, являющийся вспомогательным, допускается при: временном ограждении участков работ; выравнивании оснований блоков бетонирования; выравнивании оснований под массивовую кладку; создании уплотнения в местах примыкания опалубки к основанию бетонируемого блока; опалубочном ограждении в случае подводного бетонирования на глубине до 2 м и др.

Мешки из редкой прочной ткани на 2/3 их вместимости заполняют свежеизготовленной бетонной смесью и прочно зашивают или завязывают. После придания мешкам постелистой формы их подают под воду, где водолазы укладывают плотно и вперевязку.