Способ изготовления водоизмещающих бетонных изделий
METHOD OF MAKING WATER DISPLACEMENT CONCRETE ARTICLES

Изобретение относится к строительству, а именно к способу изготовления плавающих бетонных или железобетонных понтонов, волноломов, платформ, корпусов плавучих средств.
Известны способы для изготовления плавающих водоизмещающих бетонных изделий, основанные на схеме их производства в условиях специализированных предприятий, расположенных на суше (этот способ используется, в частности, шведской компанией SF Marina: https://www.sfmarina.com/about-us/production/). Готовые изделия или их элементы затем транспортируются наземным и/или водным транспортом к месту их эксплуатации и спускаются в воду. Крупные бетонные водоизмещающие изделия при этом выполняются из нескольких элементов, которые затем состыковываются в водоеме на плаву. Этот способ изготовления плавающих бетонных изделий определяет ограничения по размерам и весу элементов этих изделий в связи с необходимостью выполнения их последующей транспортировки и погрузо-разгрузочных работ.
Также известны способы производства плавающих водоизмещающих бетонных изделий на прилегающих к водоему грунтовых площадках, расположенных ниже уровня воды в этом водоеме и отделенных от него дамбой, а также в плавучих и стационарных наземных доках, отделенных от водоема шлюзом (этот способ используется, в частности, голландской компанией Benecke при изготовлении бетонных понтонов плавучих домов: https://www.youtube.com/watch?v=Dg1fPf2ib7Q). После завершения бетонных работ такая площадка или док заполняется водой из прилегающего водоема, дамба или шлюз открываются, после чего изготовленное водоизмещающее бетонное изделие всплывает, и его буксируют по воде к месту дальнейшей эксплуатации. Способ изготовления бетонных водоизмещающих изделий на грунтовой площадке, расположенной ниже уровня воды в прилегающем водоеме, связан с большими затратами на создание такой производственной площадки и не может применяться, если буксировка по воде изготовленного водоизмещающего бетонного изделия до места его эксплуатации от места его постройки технически невозможна или сопряжена с высокими рисками при транспортировке или является экономически нецелесообразной. Способ изготовления водоизмещающего бетонного изделия в доке также имеет ограничения, связанные с тем, что размеры такого изделия ограничены размерами дока и, в случае использования стационарного наземного дока, также не всегда возможна транспортировка готового изделия до места его дальнейшей эксплуатации.
Также известен «Способ постройки плавучего средства, преимущественно речного или морского судна» (патент РФ №2483965), заключающийся в изготовлении на плаву бетонного корпуса судна, в котором в качестве опалубки используется готовый либо специально изготавливаемый для этого на судостроительном заводе водоизмещающий корпус судна с полостями для заливки бетона. Корпус судна затем транспортируется в водоем к месту дальнейшей эксплуатации этого плавучего средства, спускается на воду, и полости корпуса заливаются бетоном. Этот способ постройки бетонного плавучего средства связан с большими затратами на изготовление корпуса судна, на последующую транспортировку такого судна-опалубки к месту строительства и дальнейшей эксплуатации плавучего средства. Кроме того, транспортировка судна-опалубки для крупных бетонных корпусов технически может быть невыполнима, что накладывает ограничения на размеры будущего бетонного корпуса. Недостатком этого способа также является невозможность многократного использования корпуса судна-опалубки для изготовления серийных (типовых) водоизмещающих изделий из бетона.
В предлагаемом способе, в отличие от известных способов изготовления водоизмещающих бетонных изделий, достигается следующая совокупность технических результатов:
- возможность изготовления водоизмещающих бетонных изделий с существенно большими размерами монолитных и, соответственно, более прочных и технологичных плавучих корпусов, чем с применением известных способов;
- возможность изготовления водоизмещающего бетонного изделия на неограниченном удалении от специализированных производственных площадок, непосредственно в акватории, в которой планируется дальнейшая эксплуатация этого изделия, что исключает необходимость транспортировки в эту акваторию водоизмещающего бетонного изделия или его элементов по сухопутным и/или водным путям.
- технологическая простота и высокий уровень унификации процесса изготовления серийных (типовых) водоизмещающих бетонных изделий вне заводских условий, непосредственно в акватории, где планируется их дальнейшая эксплуатация;
- окончательное затвердевание бетонного корпуса водоизмещающего изделия происходит в воде, при этом бетон набирает более высокую прочность, чем при затвердевании на воздухе.
В предлагаемом способе изготовления водоизмещающих бетонных изделий заливка бетоном их корпусов осуществляется в опалубку, которая монтируется на плавающей конструкции переменной плавучести, представляющей из себя понтон, либо набор из нескольких понтонов, размещаемой непосредственно в акватории, в которой планируется дальнейшая эксплуатация изготавливаемого водоизмещающего бетонного изделия (Рис. 1, 2).
Заливка бетоном опалубки осуществляется по бетонопроводам с плавучего бетонного завода либо с бетонорастворного узла, размещаемого на берегу водоема, в котором ведутся работы по изготовлению изделия. Сначала заливается нижняя бетонная плита, далее устанавливаются блоки из водостойкого полимерного материала (например, пенопласта), между блоками из водостойкого полимерного материала устанавливаются распорки из водостойкого полимерного материала (например, пенопласта) для закрепления одинаковых расстояний, после чего бетон заливается в разрывы между блоками.
После отливки из бетона корпуса водоизмещающего бетонного изделия и первичного схватывания залитого в опалубку бетона (застывания), демонтируемые элементы опалубки снимаются, плавающая конструкция, на которой была выполнена заливка бетоном водоизмещающего корпуса плавающего бетонного изделия, погружается в воду за счет искусственного изменения ее плавучести и выводится затем из-под всплывшего в воде корпуса водоизмещающего бетонного изделия (Рис. 3).
Разделение материалов понтона и плиты основания изделия достигается путем прокладки разделяющего материала (например, полиэтиленовой пленки).
Изменение плавучести несущей опалубку конструкции осуществляется за счет заполнения/откачки воды из полостей понтонов, составляющих эту конструкцию, и/или изменением их веса за счет балласта, и/или выпуском воздуха из пневматических понтонов, или накачиванием в них воздуха. В случае если волнение воды в водоеме, где ведутся работы, оказывает существенные динамические нагрузки на сочленения понтонов, составляющих плавающую на поверхности воды несущую опалубку конструкцию, которые могут привести к деформациям геометрии этой конструкции, предусматривается возможность заливки опалубки при частичном или при полном погружении всей конструкции с опалубкой в воду. Это погружение выполняется за счет искусственного изменения плавучести несущей опалубку конструкции из понтонов. В случаях, когда заливка опалубки бетоном предусматривается при ее частичном или полностью погруженном в воду состоянии, конструкция опалубки выполняется таким образом, чтобы не допустить попадания забортной воды в полости опалубки, предназначенные для заливки бетоном. При заливке опалубки бетоном в подводном положении подача бетона в опалубку осуществляется через шахты или бетонопроводы, выходящие из-под воды (Рис. 4).
Несущая опалубку плавающая конструкция многократного использования может собираться из нескольких плавающих элементов таким образом, что в совокупности они представляют единую плавающую платформу переменной плавучести, на которой монтируется опалубка будущего водоизмещающего бетонного изделия.
До начала заливки бетона несущая опалубку плавающая конструкция многократного использования за счет искусственного снижения ее плавучести может погружаться в воду таким образом, чтобы ее верхняя часть, на которой смонтирована опалубка, была ниже уровня воды в водоеме, а верхняя кромка опалубки находилась над поверхностью воды, при этом конструкция опалубки не допускает попадания в нее забортной воды из водоема.
До начала заливки бетона несущая опалубку плавающая конструкция многократного использования за счет искусственного снижения ее плавучести может погружаться в воду таким образом, чтобы смонтированная на ней опалубка была полностью ниже уровня воды, и последующая заливка бетона в опалубку осуществляется через бетонопроводы или шахты, выходящие из воды.
Отливка бетонного корпуса водоизмещающего бетонного изделия может разделяться на несколько этапов и на каждом из последующих этапов осуществляется монтаж следующего уровня опалубки, при этом несущая опалубку плавающая конструкция многократного использования за счет искусственного повышения ее плавучести поднимается в воде для монтажа последующих уровней опалубки, после чего осуществляется заливка в нее последующих уровней бетонного корпуса водоизмещающего бетонного изделия.
До начала заливки бетона несущая опалубку плавающая конструкция многократного использования с переменной плавучестью за счет искусственного снижения ее плавучести может погружаться в воду таким образом, чтобы ее нижнее основание опиралось на естественное дно водоема, в котором проводятся работы по изготовлению водоизмещающего изделия и/или на искусственные опоры на дне этого водоема.
В качестве недемонтируемой опалубки для части или всей внутренней поверхности корпуса и всех или части внутренних бетонных перегородок изготавливаемого водоизмещающего изделия могут использоваться блоки вспененного ячеистого материала - например, пенополистирола, - которые после изготовления корпуса изделия обеспечивают запас положительной плавучести этого водоизмещающего бетонного изделия.
Предложенный способ изготовления водоизмещающих бетонных изделий снимает технологические ограничения на их размеры, так как платформа из понтонов, на которой монтируется опалубка для отливки корпуса будущего изделия, может быть составлена из неограниченного числа плавающих элементов с переменной плавучестью непосредственно в водоеме, где планируется дальнейшая эксплуатация этого изделия и предусматривается возможность заливки опалубки бетоном в погруженном в воду состоянии этой несущей опалубку конструкции, что минимизирует динамические нагрузки на ее элементы и их сочленения в процессе выполнения бетонных работ.
Изобретение поясняется рисунками (Рис. 1 - 4), где:
1 - Понтон плавающей конструкции переменной плавучести, несущей опалубку.
2 - Опалубка бетонного корпуса водоизмещающего бетонного изделия.
3 - Блоки из водостойкого полимерного материала (например, пенопласта), составляющие внутреннюю не демонтируемую опалубку и обеспечивающие положительную плавучесть (непотопляемость) плавающего водоизмещающего бетонного изделия.
4 - Внутреннее пространство опалубки, заполняемое бетоном.
5 - Корпус плавающего бетонного изделия в водоизмещающем положении.
6 - Внутреннее пространство понтона несущей опалубку плавающей конструкции, заполняемое водой для изменения осадки этой конструкции.
7 - Шахты (бетонопроводы), выходящие над поверхностью воды.