Бетонирование при помощи труб, перемещаемых в горизонтальном и вертикальном направлениях

Этот метод в ГОСТ не вошел, и теперь такая кладка под воду бетона, как правило, не применяется. Но он представляет важный этап в деле освоения подводных бетонных работ и послужил базой для их индустриализации, поэтому на нем следует хотя бы кратко остановиться.

Материалы Архива Академии наук свидетельствуют о том, что этот метод был предложен и осуществлен впервые в мировой практике в 1869 г. нашим соотечественником инженером путей сообщения Ф. Цвирко при строительстве железнодорожного моста через р. Нарову.

Сооружение речной опоры этого моста представлялось делом большой трудности.

Сложные гидрологические и геологические условия исключали возможность   устройства   перемычки   обычного типа и применения водоотлива. Строители решили уложить бетонную подушку фундамента под водой.

На место сооружения опоры был опущен ряж сплошной рубки (рис. 13), точно соответствовавший контурам фундамента.

Его средняя часть, являвшаяся ограждением для подводной кладки будущего фундамента опоры, была устроена без днища и поперечных переборок.

Порядок бетонирования был следующим: деревянная вливающая труба (рис. 14) подвешивалась на временных подмостях, заполнялась при закрытой дверце (клапане) бетонной смесью и опускалась так, чтобы низ ее несколько не доходил до грунта основания.

Затем начиналось бетонирование, при котором труба непрерывно дополнялась смесью и перемещалась до площади секции так, как показано на рис. 13.

В стенках ряжа по его высоте открывали    специально    сделанные  отверстия, благодаря которым взвешенные частицы цементного ила (шлама)    уносились   течением реки.

Бетонирование методом ВПТ

Рис. 13. Схема бетонирования опоры:
1- металлический   стержень;   2 - вливающая   труба;   3 - воронка; 4 - подмости; 5 - брусья секций. (Размеры даны в м)

Рис.  14. Вливающая труба:
1 - воронка;   2 -металлический   стержень; 3 - обручи; 4 - откидной щит; 5 - пеньковый канатик откидного щита; 6 - пеньковый канатик трубы (размеры даны в см)

Это мероприятие имело положительные результаты, и при бетонировании не образовывалось слабых горизонтальных прослоек.

Так успешно под водой было уложено около 175 м³ бетона подушки - нижней части фундамента, после чего строители, откачав воду, полностью возвели фундамент опоры из обычной бутовой кладки на воздухе.

Примерно до тридцатых годов метод бетонирования через передвигаемые в двух направлениях трубы был распространен за рубежом (например, возведение стенки западного мола на больших глубинах на Гельголанде, постройка опор моста в Катервире и др.) и применялся в Советском Союзе (например, постройка нескольких бетонных фундаментов мостовых опор на Турксибе в ущелье Огуз-Окурген).

Передвижение вливающей трубы осуществляли путем ее закрепления на тележке, перемещавшейся в двух взаимно перпендикулярных горизонтальных направлениях и снабженной механизмом для подъема трубы по вертикали (рис. 15)

Рис. 15. Бетонирование посредством трубы, перемещаемой в вертикальном и горизонтальном направлениях: а и б - продольный и поперечный  разрезы;   в - план

или посредством подвешивания трубы к крану-деррику (рис. 16). При

Рис. 16. Бетонирование при помощи трубы, подвешенной к крану-деррику: 1 - деррик; 2- вливающая труба; 3 - ограждение котлована; 4 - подмости; 5 - отсыпка песка и камня снаружи ограждения;   6 - уложенный   бетон

большой высоте бетонирования и большой площади создаваемого монолита бетонную смесь лили через несколько труб одновременно, и тогда каждый слой имел свою отдельную трубу.

Укладка бетона под воду посредством таких труб создавала поточность работ и давала экономию во времени, но обычно качество получаемого массива было не всюду одинаковым. Там, где отсыпка производилась непосредственно под трубами под нагрузкой полного веса столба бетонной смеси, бетон был достаточно хорошим; между трубами же он спрессовывался меньше, и, кроме того, по поверхности каждого слоя образовывались непрерывные борозды, заполненные цементным илом.

Основной причиной слоистости бетона являлось передвижение вливающих труб в горизонтальном направлении, что подтверждается такими авариями сооружений, как, например, обвал набережной в Киль-Вике (Крейсерский мол, 1921 г.) и еще более грандиозная катастрофа - разрушение быков моста через р. Одер у г. Гартца (1926 г.).

Неудач в применении этого метода было больше, но указанные случаи заслуживают подробного разбора, так как весьма характерны; их анализ и выявление ошибок не привели строителей к отказу от применения заливки бетона под воду, а, наоборот, заставили инженерную мысль искать более надежные пути совершенствования технологии производства подводных  бетонных  работ.

При бетонировании набережной в Киль-Вике применялся способ продвижения нескольких труб вдоль котлована. На молу шириной 10 м были установлены рядом три трубы на одной тележке, передвигаемой исключительно в продольном направлении (рис. 17).

Рис. 17. Погружение бетона посредством передвигаемых в горизонтальном направлении труб на постройке набережной южного мола в Киль-Вике  (Германия):
1 - профиль тела набережной; 2 - влияющие передвигаемые в горизонтальном напргвлении трубы (три трубы закреплены на одной тележке); 3 - подмости; 4 - маячные сваи и опалубка; 5 - сваи подмостей; 6 - уложенный слой бетона; АВС - трещина в набережной после возведения

Удовлетворительного качества бетон получился только непосредственно под трубами; между трубами же образовались непрерывные продольные борозды, в которых скопился цементный ил. Так как борозды располагались по вертикали одна над другой, то в результате массив оказался разделенным как бы двумя вертикальными швами, заполненные ми бетоном низкого качества. Кроме того, в массиве при отсыпке бетонной смеси получались еще горизонтальные швы между отдельными слоями.

Несмотря на тщательную откачку цементного ила во время производства работ, слои все же друг с другом не схватывались, и обвал набережной произошел по трещинам, появившимся в указанных направлениях вертикальных и горизонтальных швов. Стена обрушилась на протяжении 220 м.

Мост через р. Одер длиной около 150 м состоял из трех пролетов и небольшого виадука со стороны города, причем пролетные строения были выполнены из железобетонных двухшарнирных арочных ферм с затяжкой.

Для постройки речных быков был намечен следующий порядок работ  (рис. 18): забивка шпунтового стального   ограждения   по периметру быка

Рис. 18. Поперечный и продольный разрезы быков моста через г. Одер у г. Гартда и опалубка для подводного бетонирования

до уровня средних меженних вод; выемка грунта грейфером между шпунтовыми стенками до уровня плотного основания; подводное бетонирование фундамента до его обреза, находившегося примерно на уровне дна реки; опускание опалубки для подводной части быков; бетонирование этой части также подводным методом;   откачка воды из пространства,   образованного опалубкой, и дальнейшее бетонирование опор на воздухе при водоотливе.

Нужно сказать, что материалы, примененные для подводного бетонирования - гравий и песок, как показали предварительные испытания, были вполне удовлетворительного качества; не мог вызывать сомнения и состав бетона - одна часть цемента и шесть частей мелкого и крупного заполнителей при консистенции, обычно применяемой для литых бетонов.

Когда   по   окончании   работ приступили к разборке шпунтовых ограждений и распалубке подводной части речных опор, произошла катастрофа: обрушился правый (по течению) бык, что повлекло за собой падение обеих опиравшихся на него арочных ферм (рис. 19).

Рис. 19. Упавшие фермы  моста у г.  Гартца после аварии

Качество обломков бетона превзошло самые худшие опасения. Материал самого тела быков состоял главным образом из гравия разной крупности и очень небольшого количества цемента. Чем глубже лежал бетон, тем заметнее становилась его слоистость (рис. 20).

Рис. 20. Кусок бетона из тела право­бережного быка моста у г. Гартца

На уровне от 2 до 3 м выше обреза фундамента был почти чистый гравий, едва связанный цементом, покрывавшим его зерна тонкой пленкой.

На основании данных описания аварии следует считать, что главными причинами обрушения тела опор явились слоистость и неоднородность бетона, в большей или меньшей степени неизбежные при подводных работах методом перемещаемых в горизонтальном и вертикальном направлениях вливающих труб, и неправильное производство работ.

Так, например, при этом методе вливающая труба во время укладки бетона должна медленно и непрерывно передвигаться вдоль уложенного слоя, не поднимаясь над ним, а бетонная смесь - медленно вытекать в двух направлениях: вбок и вперед (рис.,21).

Рис. 21. Схема  укладки бетона при горизонтально     перемещаемых    вливающих трубах:
1 - подала бетона; 2 - вливающая труба; 3 - свежий бетон; 4 - ранее уложенный Сетон; 5 - выход бетонной смеси из трубы

При бетонировании же опор моста вливающая труба просто устанавливалась на уложенный бетон, несколько вдавливаясь в него, и поднималась после того, как была вылита бетонная смесь. Это повторялось на одном месте несколько раз, в результате чего вытекавшая масса образовывала холмики из бетона и ее расслоение усиливалось (рис. 22).

Рис. 22. Неправильный способ укладки бетона, примененный при постройке моста у г. Гартца: 1 - вливающая труба; 2 - выход бетонной смеси из трубы; 3 - ранее уложенный   бетон