بتن ریزی‌ زیر آب

‌یکی از پیچیده‌ترین و مهم ترین بخش‌ها در اجرای سازه‌های دریایی اجرای قسمت‌های زیر آب است. اجرای فونداسیون پل‌های معلق‌، ساخت پایه‌های خطوط انتقال انرژی در دریاها، اجرای بخش‌های تحتانی بسیاری از انواع سکوها و پلت فرم‌های دریایی‌ بدون طراحی و اجرای عملیات پیچیده قالب بندی و بتن ریزی زیر آب امکان پذیر نیست. ‌جنس بستر دریاها و اقیانوس‌ها اغلب از نوع ماسه‌ای است، اجرای فونداسیون در این بسترها رو‌ش‌های شناخته شده‌ای دارد. استفاده از کیسون‌های دو طرف باز فلزی ‌یا استفاده از شیت پایل‌هایی که در بستر دریا کوبیده می‌شود از جمله این روش‌هاست. در این روش‌ها بعد از کوبیدن کیسون‌ها ‌یا شیت پایل‌ها در بستر ماسه‌ای و نفوذ قالب تا عمق مناسب در بستر دریاها، با استفاده از پمپاژ آب درون قالب، محیط مناسب برای اجرای عملیات فلزی و بتنی در داخل قالب و در موقعیت طرح آغاز می‌شود.

بستر محیط‌های آبی همواره ماسه‌ای یا نفوذپذیر نیست. در برخی از موارد این بستر، سنگی (غیر قابل نفوذ) و ناهموار است. اجرای عملیات قالب بندی و محافظت از آبشستگی بتن در این موقعیت‌ها، بسیار دشوار و غیر ممکن خواهد بود. چرا که کوبیدن کیسون فلزی یا شیت پایل فلزی در این گونه بسترها در عمل امکان پذیر نیست. بتن ریزی زیر آب در این گونه بسترهای سخت و ناهموار می تواند با استفاده از قالب آکاردئونی به خوبی عملی شود. این قالب ابتکاری، در یک پروژه واقعی مورد ارزیابی و تجربه قرار گرفته است که نتیجه آن اجرای موفقیت آمیز فونداسیون یک پل در بستر سنگی ناهموار و ۷ متر زیر تراز آب بوده است.

مشخصات کلی بتنی که در محیط های آبی ریخته می‌شود

لازمه بتن ریزی زیر آب ، استفاده از روش‌های ویژه برای جلوگیری از خطر آب شستگی است. اقدام اول استفاده از فرمول مخصوص برای ترکیب بتن است، تا بتن همگنی خود را به هنگام فرو رفتن در آب حفظ کند. در عمران سافت مشخصات بتن برای دو روش بسیار معمول ذکر می‌شود. در دیگر روش‌های بتن ریزی نیز می‌توان از حد وسط این مشخصات استفاده نمود.

برای بتن ریزی با لوله ترمی باید دقت شود تا در اثر جریان آب، مواد سیمانی شسته نشوند. لازم است برای بتن با کار ایی زیاد، بتن ریخته شده در آب حداقل ۳۵۰ کیلوگرم در متر مکعب مواد سیمانی داشته باشد. در این روش نسبت آب به سیمان در طرح اختلاط نباید از ۰/۴۵ تجاوز کند. سیستم قیف و لوله باید کاملاً آب بند بوده و بتن به راحتی در آن حرکت نماید. در طول مدت بتن ریزی باید این سیستم از بتن پر باشد. به علاوه قطر لوله ترمی باید حداقل ۸ برابر قطر بزرگترین اندازه سنگدانه مصرفی باشد. اسلامپ بتن باید بین ۱۷۰ تا ۲۵۰ میلیمتر انتخاب شود.

برای بتن ریزی با پمپ نیز باید طرح اختلاط بتن چنان انتخاب شود که نسبت آب به سیمان، کمترین مقدار ممکن را داشته و مقدار آن از ۰/۶ تجاوز ننماید. مقدار سیمان باید نسبتا زیاد باشد (در محدوده ۳۵۰ تا ۴۰۰ کیلو گرم در مترمکعب) تا چسبندگی کافی بتن تأمین شود و خطر شسته شدن سیمان از بین برود. به منظور افزایش کارایی بتن می‌توان از سنگدانه های گردگوشه استفاده نمود. استفاده از دانه بندی پیوسته با حداکثر اندازه ۳۸ میلیمتر و همچنین مقدار کافی ریزدانه در این روش ضروری است. چنانچه سنگدانه ها حاوی مقدار کافی ریزدانه نباشد، می‌توان با افزودن مواد ریز، چسبندگی کافی را در بتن ایجاد نمود.

بتنی که پمپ می شود باید تا حدی روان تر باشد تا از مسدود شدن لوله‌ها جلوگیری شود. به منظور آنکه نسبت آب به سیمان از حد مجاز بالاتر نرود باید برای تأمین روانی از مواد افزودنی مناسب نظیر روان کننده‌ها و فوق روان کننده‌ها یا مواد افزودنی آب نگهدار استفاده شود.

در این روش، جز در مواردی که افزودنی های ویژه مصرف می شود، باید از سقوط آزاد بتن به داخل آب جلوگیری کرد تا پدیده جداشدگی ذرات رخ ندهد.

تولید و حمل بتن برای بتن ریزی زیر آب

ساخت بتن زیر آب اغلب مستلزم حمل و نقل مقادیر زیادی مواد بر روی آب خواهد بود. بنابراین استقرار یک واحد ساخت از موارد مهمی است که باید در برنامه ریزی این گونه پروژه‌ها گنجانده شود. این امر تأثیر به سزایی در کنترل مناسب و کاهش هزینه، کاهش احتمال بروز خطر در پی خواهد داشت. از مزایای یک واحد ساخت ساحلی، کنترل مطمئن تر کارایی بتن در محل بتن ریزی است. در این حالت فاصله زمانی بین تولید و ریختن بتن نسبتاً کوتاه است. ولی باید در نظر داشت ایجاد چنین واحدی نیازمند سرمایه گذاری عظیم خواهد بود.

تسهیلات عمده تولید بتن در سایت های ساحلی عموماً شامل یک واحد ساخت شناور، وسیله حمل بتن و امکانات لازم جهت انبار کردن مواد است. خرید یا اجاره چنین تسهیلاتی فقط در مورد پروژه های عظیم قابل توجیه است. از موارد دیگری که باید در این سایت‌ها در نظر داشت، برنامه ریزی جهت تهیه مواد و نگهداری و تعمیرات تجهیزات آن است. روند بالای تولید بتن، مستلزم تهیه و انبارش مقادیر زیادی از مواد است. به عنوان مثال جهت تولید ۷۶ مترمکعب بتن در ساعت حدوداً ۱۵۰ تن سنگدانه و ۳۰ تن مواد سیمانی مورد نیاز است. عموماً نگهداری و انبارش این مواد بر روی قایق های مسطح (بارج) صورت می‌گیرد. این نوع انبارش و نگهداری از لحاظ کنترل رطوبت و دما دشوار و هزینه بر است. به علاوه تخریب تجهیزات در واحدهای ساخت بتن ساحلی بسیار محتمل بوده و تعمیر آنها به راحتی امکان پذیر نیست.

برای بتن ریزی مداوم زیر آب، باید توجه خاصی به تأمین و فراهم آوردن تجهیزات داشت، این تجهیزات شامل لوازم جانبی (مانند قایقهای مسطح، قایقهای یدک کش و نور پردازی مناسب) و لوازم یدک کش شامل پمپ‌ها و قیف و لوله ها است. همچنین باید یک واحد ساخت در ساحل دریا مستقر گردد و جایی که لازم است بتن توسط میکسرهای متحرک یا قیف ها روی قایق های مسطح به محل منتقل و سپس ریخته شوند. در غیر این صورت اغلب، مشکلاتی از قبیل فاصله زمانی طولانی بین ساخت بتن مخلوط نشده و ریختن آن به وجود خواهد آمد. بتن در هر شرایطی باید بتواند خواص مورد نیاز خود را از قبیل روانی، انسجام و خصوصیات فشردگی ذاتی، در طول مدت حمل و بتن ریزی حفظ نماید.

برای اینکه بتوان بتن را روان نگه داشت، افزودنی های دیرگیر کننده به مخلوط افزوده می گردد و در محل بتن ریزی اختلاط مجدد صورت می گیرد، هر چند که آزمایشات نشان دادند که نیازی به این اختلاط مجدد هم نیست.

روش دیگر در تولید و حمل بتن برای بتن ریزی زیر آب ، استفاده از یک ساخت کنترل از راه دور است، بدین ترتیب که بتن توسط کامیون ها به سمت ساحل حمل شده و سپس انتقال از طریق خطوط لوله‌ای حفاظت شده روی آب صورت می‌گیرد. اولین چیزی که در یک واحد ساخت اهمیت دارد یافتن حداقل زمان اختلاط مورد نیاز و آهنگ مناسب بتن ریزی جهت تعیین بیشترین ظرفیت تولید محصولات بتنی است. تعیین زمان اختلاط، در یک مدل آزمایشی و تحت شرایط گوناگون صورت می‌پذیرد، این زمان باید طوری باشد که تمام اجزا متشکله بتن کاملاً مخلوط شده و توزیع یکنواختی پیدا کنند تا بتن به کارایی مورد نظر برسد.

روش‌های بتن ریزی زیر آب

بتن زیر آب با کیفیت بالا از طریق بتن ریزی مداوم با آهنگ یکنواخت بدست می‌آید. اگر وقفه در عملیات بتن ریزی بیشتر از زمان گیرش بتن باشد سبب بوجود آمدن اتصال ضعیف می‌شود. این لایه ضعیف سطحی سبب دشواری پیوند با لایه های دیگر خواهد شد. باید توجه داشت که این اتصالات سست به سختی قابل تعمیر بوده و سبب کاهش کیفیت بتن زیر آب می‌شوند.

برای بتن ریزی در زیر آب، چندین روش به کار برده می‌شود که تمام آنها حاصل یک اصل هستند، به استثنای اولین بتنی که در زیر آب قرار داده می‌شود، بقیه باید طوری ریخته شوند که در تماس با آب واقع نشوند. بیشترین روش‌های مورد استفاده به شرح زیر هستند.

روش پشته پیشرو در بتن ریزی زیر آب

این روش در جاهایی به کار می‌رود که عمق آب کم بوده و آب به حد کافی آرام باشد. ابتدا مقداری بتن در آب، روی شیب ساحل، می‌ریزند، تا سطح بتن به بالای آب برسد، سپس بتن ریزی را روی آن ادامه می‌دهند. بتن جدید، مقداری را که اول ریخته شده به طرف آب می‌راند و بقیه محفوظ خواهد ماند.

‌بتن ریزی با جام‌های زیر آبی‌

در این روش جام حاوی بتن به کف قالب برده شده و دریچه آن به آهستگی و به نحوی باز می‌شود که بتن به آرامی تخلیه شده و تلاطمی در آب ایجاد نکند و بتن با آب مخلوط نشود، جام بعدی در بتن از قبل ریخته شده فرو رفته و دریچه آن باز می‌شود و بتن جدید داخل بتن مرحله اول تخلیه می‌شود و به این ترتیب بتن سایر جام‌ها با آب در تماس قرار نمی‌گیرند. اگر باز شدن دریچه جام با لوله‌های هوای فشرده انجام می‌شود باید جام دارای وسایلی باشد که هوای خروجی در آب ایجاد تلاطم نکرده و در بالای سطح آب بیرون بیاید. سطح فوقانی جام‌های زیر آبی‌، به نحوی ساخته می‌شوند که دارای سقفی مجهز به قیف باشند و به این ترتیب آب کمترین تماس را با سطح فوقانی بتن درون جام پیدا نماید. بتن مناسب بین ۳۰۰ تا ۴۰۰ کیلو گرم بر متر مکعب سیمان و ۱۵ سانتیمتر اسلامپ دارد. حداکثر اندازه دانه‌های آن بین ۴۰ تا ۵۰ میلیمتر و نسبت وزن ماسه به وزن کل سنگدانه‌ها در حدود ۴۰ در صد یا بیشتر است.

استفاده از جام مخصوص بتن ریزی در زیر آب برای شروع بتن ریزی با قیف و لوله نیز مناسب است. هنگامی که ۶۰ تا ۹۰ سانتی متر از ضخامت عضو مورد نظر بتن ریزی شد، سر لوله قیف و لوله در بتن قرار گرفته و بقیه بتن ریزی با آن، با سرعت بیشتری انجام می‌پذیرد.

روش بتن ریزی با سنگدانه پیش آکنده

‌در سدهای بتنی‌، بتن ریزی با مشکلاتی نظیر بالا رفتن دمای هسته مرکزی و گرمازایی همراه است که این دو عامل می‌توانند سبب ایجاد ترک و نفوذپذیری زیاد شوند. غالباً برای رفع مشکلات مذکور می‌توان روش‌هایی نظیر افزایش حداکثر اندازه سنگدانه‌ها کاهش مصرف سیمان و آب مصرفی استفاده از پوزولان‌ها استفاده از افزودنی‌های روان ساز و کندگیرکننده، بهره‌گیری از سیمان‌های کندگیر و استفاده از فنون پیش تبرید و پس تبرید را به خدمت گرفت. اما وجود مشکلاتی مانند کارآیی، متراکم ساختن بتن، جدایی سنگدانه‌ها و حمل و پخش و دیگر مسائل اجرایی سبب می‌شوند که این روش‌ها‌ در عمل با هزینه‌هایی سنگین همراه بوده و عدم دقت در هر یک از روش‌ها می‌تواند به کیفیت بتن نیز لطمه بزند.

در این روش ابتدا سنگدانه درشت تک اندازه را در قالب ریخته و سپس از درون لوله‌هائی که درون سنگدانه قرار گرفته، ملات ریز دانه‌ای را به داخل سنگدانه‌های درشت پیش آکنده تزریق می‌کنند تا بتن مناسب حاصل شود و جسم یکپارچه‌ای به وجود آید. ملات سیمانی که متشکل از ماسه ریز است به کمک روان کننده‌ها، روانی زیادی پیدا می‌کند و به راحتی می‌تواند بین سنگدانه‌ها رسوخ کند. در این نوع بتن جداشدگی اتفاق نمی‌افتد و در نتیجه یک بتن متراکم، آب بندی شده و با دوام تولید می‌شود. در ضمن هیچگونه ویبراتور داخلی به کار برده نمی‌شود ولی برای پرداخت سطح می‌توان از ویبراتورهای سطحی بهره برد.

بتن پیش آکنده از جمع شدگی ناچیزی برخوردار است و عیار سیمان مصرفی آن نیز کم است. تأمین نسبت آب به سیمان کم، نفوذ ناپذیری مطلوب و مقاومت زیاد با این روش کاملاً میسر است. همگنی بتن و عدم جداشدگی از ویژگی‌های این نوع بتن ریزی است. حداکثر اندازه سنگدانه به حداقل بعد قطعه محدود می‌شود و حداکثر اندازه ماسه ملات باید به حدود حداقل اندازه اسمی سنگدانه درشت محدود شود. ملات مصرفی بسیار پر عیار بوده و همچنین شل و آبکی است و معمولاً از مواد پوزولانی مناسب و روان کننده‌ها در ملات استفاده می‌شود.

کار با کیسه (bag work)‌

کار با کیسه احتمالاً یکی از قدیمی ترین و ساده ترین تکنیک های قرار دادن بتن زیر آب است. این متد یک بسط طبیعی استفاده از مصالح بنایی است، اما دارای انعطاف پذیری است که بلوک های ساختمانی را قادر می‌سازد که به هم قالب بندی شوند و در نتیجه قید خوبی پیدا می‌کنند. این روش ساخت، متمرکز بر کار کارگر است اما انعطاف پذیری زیادی با نوع کار دارد. در پروژه های قدیمی مهندسی، از کیسه ها برای ساخت المان های بزرگ موقتی و کارهای دایم استفاده شده است. اگر چه پیشرفت های جدید در بتن ریزی زیر آب باعث شده این متد بی مصرف به نظر آید، اما نباید آن را تا این حد دست کم گرفت.

یکی از موارد استفاده رایج از این روش در قراردهی سریع کیسه ها برای فرم دادن به حرکات غیرطبیعی و مکرر سیال برای کارهای ترمیمی کوچک است. این کیسه ها به مهندسان راه حل ارزان، ساده و مورد استفاده در خیلی از موارد ارایه می‌دهند. این تکنیک در مورد کارهای حجیم و با دوام نباید با روش های مدرن مقایسه شود اما برای کارهای موقتی و یا کوتاه مدت این روش باید مد نظر قرار گیرد.

کیسه های مورد استفاده در این فرایند معمولاً از پارچه مقاوم کنفی هستند و سایز آنها باید به صورتی باشد که برای انسان قابل حمل باشد. حداکثر اندازه دانه ها در این بتن حدود ۱۲ میلیمتر است. نصف کیسه باید با یک بتن خیلی پلاستیک پر شود. کیسه ها قابل انعطاف خواهند بود، بنابراین آنها را قادر می‌سازد که در هم قفل شوند. خمیر سیمان از بین بافت های کنف تراوش می کند و به وصل کردن کیسه ها به هم کمک می‌کند. زیاد پر کردن کیسه انعطاف پذیری مورد نیاز کیسه ها را برای قراردهی کاهش می‌دهد.

کیسه ها به همان نوع ارتباط دادنی که در کارهای آجری استفاده می شود با دست در جایشان گذاشته می شوند و همان طور که کیسه قرار داده می‌شوند با کاری مانند میخ کوبی به وسیله طول کوتاهی از فولاد مسلح می‌شوند.

‌Placing non dispersible concrete

این نوع بتن برای کمتر کردن جدایی به کار می‌رود، همچنین خاصیت جاری شدن و خود تراز شدن را دارد. ‌چسپندگی بتن مرطوب به وسیله پلیمر از جدایی جلوگیری می‌کند حتی در شرایطی که بتن از بین آب ریخته می‌شود. بیشترین اثر این بتن در سهولت تولید بتن با کیفیت بالا در زیر آب است. خاصیت ذاتی چسبنده بتن اجازه می‌دهد از چند متر بالاتر، بتن از میان آب ریخته شود.

پمپ کردن این نوع بتن احتمالاً راحت‌ترین راه قراردهی است، کیفیت مواد یک سرعت حمل نسبتاً سریع را اجازه خواهد داد به طوری که نگهداری از پوشش بتن دیگر ضروری نیست. خاصیت ویسکوزیته طبیعی بتن در تولید افت‌های فشاری بالاتر در هنگام پمپ کردن موثر است. در کل افت فشار در هنگام استفاده از این بتن می‌تواند تا ۵۰ در‌صد بیشتر از افت فشار در بتن‌های معمولی باشد.

بتن ریزی زیر آب با لوله ترمی

بتن ریزی که با لوله ناودان مانند به نام ترمی تحت شرایط خاص صورت می‌گیرد، بتن ریزی ترمی یا بتن ترمی نامیده می‌شود.‌ لوله ترمی به صورت قائم و انتهای پایینی آن در بتن شل قبلاً ریخته شده قرار می‌گیرد و در حالی که لوله تا بالا از یک بتن شل و آبکی پر است، بتن ریزی به تدریج انجام می‌شود و بتنی که از انتها و در پایین خارج می‌شود بتن‌های قبلاً ریخته شده را پس زده و جانشین آن‌ها می‌شود.‌

در این روش، بتن ریزی زیر آب در نتیجه سیال بودن بتن در اثر وزن خود صورت می‌گیرد. یک ترمی از یک لوله به قطر ۲۵ تا ۳۰ سانتیمتر و یک قیف در سر آن تشکیل شده است. این وسیله باید طوری تنظیم و حائل شود که بتوان به آسانی آن را بالا آورده و لوله هایی را از آن جدا نمود. این کار با بالا آمدن سطح بتن بایستی صورت پذیرد. فاصله ترمی ها نباید بیش از ۳/۶۰ یا ۴/۸۰ متر ازهم و ۲/۴۰ متر از کناره‌ها و انتهای کار باشد.

بتن از طریق جام، میکسر، پمپ و یا نوار نقاله به قیف ترمی منتقل می‌شود. تحویل بتن باید با میزان کافی و بدون وقفه صورت پذیرد. به هر دلیلی که در تحویل بتن وقفه حاصل شود، یکنواخت ریختن بتن از بین رفته و خطر ریختن بتن نامناسب زیاد می‌شود. از نتایج دیگر تأخیر در بتن، بسته شدن لوله با بتن قبلی و تشکیل درزهای سرد است.

در این روش، در نقطه تعادل هیدرواستاتیکی نیروی ثقل داخلی لوله، تعادل مقاومت جریان ایجاد شده توسط فشار هیدرولیک آب، اصطکاک بین بتن و جداره قیف لوله و مقاومت بتن از قبل ریخته شده، است. این نقطه تعادلی هیدرولیکی سبب جریان یافتن بتنی می‌گردد که از بالا به داخل قیف لوله ریخته می‌شود. سرعت جریان بتن در لوله با میزان فشار شارژ بتن از بالا متناسب است. بدین ترتیب آهنگ جریان بتن را می‌توان به این وسیله کنترل کرد.

شروع بتن ریزی با روش قیف و لوله بسیار مهم است. اگر روش مناسبی برای شروع بتن ریزی اتخاذ نشود، اکثر بتن اولیه ریخته شده با آب مخلوط شده ویا توسط آب شسته می‌شود. بتن اولیه را باید با دقت و به آهستگی به داخل آب ریخت و یا بتن بهتر است بتن اولیه با داشتن سیمان بیشتر (و احتمالاً پوزولان) چسبندگی بیشتری داشته باشد.

بیشترین مشکلات بتن ریزی با لوله ترمی در هنگام شروع و شروع مجدد بتن ریزی و یا در اثر حرکت و جابجایی افقی لوله های ترمی رخ می‌دهد. حرکت و جابجایی های عمودی این لوله ها نیز باید حتی الامکان محدود گردد (مثل جدا سازی لوله در انتهای بتن ریزی). سابقاً پیمانکاران، برای تنظیم آهنگ بتن ریزی متناوباً قیف لوله‌ها را بالا و پایین می‌بردند و یا توپی این لوله‌ها را بر می‌داشتند، به این ترتیب موجب از بین رفتن آب بندی سیستم شده و به دلیل به وجود آوردن اختلالات بیش از حد آب زدگی (Wash Out) سبب کاهش کیفیت بتن زیر آب می‌شدند. لذا ضزوزی است آهنگ بتن ریزی توسط میزان شارژ بتن در قیف لوله تنظیم شود.

دو روش اساسی برای شروع بتن ریزی با قیف و لوله به نام های لوله خیس و لوله خشک وجود دارد. روش لوله خیس برای آب های با عمق بیش از ۳۰ متر و سطح بزرگ بتن ریزی عملی است. روش لوله خشک برای کارهای عمیق تر و مکان‌های محدودتر که آزادی عمل برای اولین بتن ریزی مهم است، بکار می‌رود.

در همه اوقات لوله باید در بتن قبلی به اندازه حدود ۹۰ سانتیمترتا ۱/۵ متر قرار بگیرد. لوله را نباید در هیچ زمانی بیش از ۱۵ تا ۳۰ سانتیمتر بالا آورد. در هنگام بتن ریزی عمق ها را باید مرتباً کنترل کرد و تراز سطح بتن و محل انتهای لوله در سطح را مرتباً یاداشت و علامت گذاری کرده و با ترازهای قبلی مقایسه نمود.

بتن ریزی باید از مرکز قسمت بزرگ کار شروع شود و همچنین ترمی نیز از مرکز با فاصله مناسب آغاز شوند. با پمپ های کفکش می‌توان گل و لای نزدیک انتهای لوله کار را پاک و خارج نمود.

‌محدودیت‌های بتن ترمی در بتن ریزی زیر آب

در موارد زیر نمی‌توان از بتن ریزی ترمی استفاده کرد.

• ‌اگر در بتن ریزی زیر آب، جریان آب وجود داشته باشد نمی‌توان این روش را بکار گرفت مگر این که با تمهیداتی از جریان آب در سطح بتن تازه ریخته شده جلوگیری شود.
• ‌اگر به هر دلیل نتوان از بتن خیلی شل و آبکی مانند بتن ترمی استفاده شود.
• ‌اگر حداکثر اندازه دانه‌ها بزرگتر از ۴۰ میلی‌متر باشد‌ یا بتن با وزن مخصوص زیاد استفاده شود.
• ‌اگر دانه بندی مخلوط سنگدانه پیوستگی نداشته باشد.

بتن ریزی با پمپ

در این روش لوله پمپ، با یک توپی داخل قالب قرار داده می‌شود و فشار بتن پمپ شده توپی را خارج کرده (همانند روش لوله‌ی تر) و بتن داخل قالب ریخته می‌شود. با افزایش فشار بتن ریزی به دلیل افزایش عمقی که سر لوله در بتن قرار گرفته، لوله به آهستگی به بالا کشیده می‌شود. باید بتن، مقداری از بالای قالب سرریز کند تا لایه‌ی اولیه‌ی بتن که قدری با آب مخلوط شده‌ از قالب خارج شود. هنگام بتن ریزی باید اختلاف فشار هیدرولیکی داخل و خارج قالب از بین رفته و سطح آب در داخل و خارج قالب در یک تراز باشد.

مقایسه بتن ریزی با لوله ترمی و پمپ

اگر چه در هر دو روش قیف لوله و پمپ کردن می توان بتن با کیفیت مطلوب بدست آورد، ولی تجربیات گذشته و مطالعات بیشتر در این زمینه بیانگر این مطلب بوده است که کیفیت بتن در روش ترمی نسبت به همان بتن که به روش پمپ ریخته شده، بهتر است که این مطلب به خصوص در آب های عمیق مشهود تر است.

دو دلیل برای این امر وجود دارد: دلیل اول مربوط به آهنگ جریان بتن است، وقتی که بتن در زیر آب به سمت پایین پمپ می‌شود، فشار پمپ افزایش یافته و وزن بتن در این محدوده از فشار هیدرو استاتیکی خارج لوله بیشتر می‌شود، در اینجاست که بتن با سرعت بالا و غیر قابل کنترلی در لوله جریان دارد که باعث بروز اختلالات مهمی در بتنی که همان لحظه در حال ریختن است، می‌گردد.

دلیل دوم این است که سیستم پمپ در محدودیت اتمسفر واقع شده است. اگر بتن در آب های عمیق پمپ شود، پایین می‌رود و این مسئله در لوله پمپ، خلأ ایجاد می‌کند که باعث مکش خمیر سیمان در سنگدانه ها و در نهایت سبب ایجاد جدایش در بتن می‌گردد. بنابراین روش پمپ برای بتن ریزی گروت و کلاً بتن هایی که فقط دارای سنگدانه های نخودی هستند، مناسب است. در این موارد خط پمپ دارای قطر کمتر بوده و میزان اصطکاک جداره و بتن بالاتر است. اصطکاک جداره باعث کاهش سرعت ریختن بتن می‌گردد بنابراین بهتر است که یک دریچه هوا در بالای خمیدگی خط پمپ نصب گردد تا سیستم پمپ به اتمسفر باز شده و جریان گروت با تعادل هیدرواستاتیکی کنترل گردد.

قالب بندی بتن ریزی زیر آب

طرح و محاسبه قالب برای بتن ریزی زیر آب نیز با توجه به ملاحظاتی که در مورد دیگر انواع قالب آمده است، انجام می‌شود. تنها تفاوت در طراحی این نوع قالب‌ها این است که وزن بتن در زیر آب، در اثر نیروی ارشمیدس به اندازه وزن آب جابجا شده کاهش می‌یابد.

در ناحیه جزر و مد، قالب‌ها باید برای پایین ترین تراز آب طرح و محاسبه شوند. تغییرات در برنامه‌های اجرایی ممکن است بتن ریزی زیر آب را که برای حالت غوطه وری برنامه ریزی شده با تغییر شرایط مواجه سازد و به این ترتیب فشار آب را از دایره عمل خارج نماید. قالب‌های زیر آبی را باید تا حد امکان در قطعات بزرگ و در بالای سطح آب ساخت و سپس در محل خود در زیر آب مستقر کرد. در این قالب بندی، به کار بردن کش‌های درونی می‌تواند در کار بتن ریزی اختلال ایجاد کند. قالب‌ها باید بدقت به یکدیگر متصل شده و به ترتیبی در کنار مصالح و یا قسمت‌های ساخته شده قبلی قرار گیرند که دوغاب و ملات تحت تأثیر فشار، از درزها خارج نشود. اگر قالب در معرض عبور جریان آب قرار می‌‌گیرد، باید در نظر داشت که منافذ کوچک در قالب امکان شسته شدن ذرات بتن تازه را فراهم می‌سازد.

‌با توجه به نوع بتن ریزی زیر آب و نوع بتن، قالب‌ها باید از ویژگی‌های زیر برخوردار باشند.

• ‌قالب‌ها باید به ویژه در زیر آب از آب بندی خوبی برخوردار باشند تا شیره بتن ریخته شده خارج نشود. این مسئله در محیط خشک نیز حائز اهمیت است. از قالب‌های چوبی یا فلزی و غیره می‌توان استفاده نمود. از کیسه‌های ماسه برای قالب بندی و ‌آب بندی قالب استفاده می‌شود.
• ‌به خاطر روانی بتن، کندگیری بتن به واسطه مصرف کندگیرکننده‌ها و دمای کم توصیه شده‌ است.
• مسلماً در طراحی قالب باید فشار هیدروستاتیکی را تعیین کننده تلقی نمود و سایر روابط کاربردی ندارند. فشار وارد بر قالب وقتی بیشتر می‌شود که سرعت بتن ریزی بالاتر رود.
• ‌در داخل آب، قالب‌های بزرگ را با شناوری حمل و با سوراخ کردن ته آن‌ها غرق می‌کنند (به صورت کنترل شده با وینچ مستقر در روی بارج).
• قالب‌های کوچک را به طور معمولی حمل و چون کف ندارند به راحتی در آب غرق می‌کنند.

فشار شکل گیری در بتن ریزی زیر آب

فشار موضعی بتن جریان یافته در  لوله ترمی که به درون قالبهای با عرض کم ریخته می‌شود، سبب به وجود آمدن تنش می‌گردد. این تجربه، اهمیت طراحی قالب در بتن ریزی های حجیم در زیر آب نمایان می‌سازد. با افزایش بتن ریزی زیر آب در سازه های دریایی گوناگون، پیش بینی دقیق فشار شکل گیری یکی از موضوعات مهم طراحی‌ها محسوب می‌گردد.

محققین تصور می‌کردند پس از خروج بتن از لوله ترمی فشارهای جانبی آن  کاهش یافته و این امر منجر به سفت شدن بتن حتی در حین بتن ریزی می‌شود. با این وجود تجربه نشان داده است که حداکثر فشار بتن بر روی قالب، حدود ۵۶ ساعت پس از اتمام بتن ریزی اتفاق می‌افتاد که منجر به انبساط حرارتی و فشارهای جانبی بتن می‌شد. با افزایش مصرف افزودنی‌های شیمیایی و پوزولان ها، بتن های زیر آب قابلیت روانی بیشتری یافته، در عین حال کارآیی و تأخیر در زمان گیرش آنها نیز بیشتر می‌شود. در نتیجه فشار شکل گیری از چنین بتن هایی احتمالاً از نوع قبلی بیشتر خواهد بود. با این وجود تجربیات قبلی و تست های آزمایشگاهی مؤید این مطلب هستند که فشار شکل گیری بتن های ریخته شده با ترمی، می‌تواند به روند بتن ریزی و زمان گیرش بتن مربوط باشد. برخی از مطالب مهم در مورد فشار شکل گیری در بتن ریزی زیر آب به صورت زیر است.

•  به دلیل اینکه بتن کاملاً در زیر آب فرو می‌رود، فقط وزن سبک شده آن در فشار شکل گیری دخالت دارد.
•  فشار ایجاد شده توسط بتن زیر آب در آغاز، تا زمانی که بتن تدریجاً سفت شود، برابر با نقطه تعادل هیدرواستاتیکی است.
•  همان طور که بتن از حالت روانی به شکل خمیری در می‌آید، فشار شکل گیری شدیداً افت می‌کند، به عبارت دیگر کاهش فشار شکل گیری مرتبط با کاهش یا افزایش اسلامپ بتن است.
•  فشار شکل گیری در ابتدا بستگی به آهنگ بتن ریزی و روند کاهش اسلامپ بتن دارد، اگر چه عوامل دیگری نیز می‌توانند در این امر مؤثر باشند.
•  به دلیل روانی زیاد بتن، حرکات جنبشی بتن حجیم موجب می‌شود که فشارهای موضعی بیشتر از فشار هیدرواستاتیکی شود.
• افزودنی هایی که کارایی بتن را افزایش می‌دهند، معمولاً زمان گیرش را طولانی تر کرده که باعث افزایش فشار شکل گیری می‌شود.
• با توجه به اینکه فشار شکل گیری با گذشت زمان کاهش می‌یابد، اگر طراحی کاملاً با بتن ریزی زیر آب مطابقت داشته باشد، بتن ریزی کاملاً کنترل شده بوده و خواص بتن کاملاً شناخته شده است.

مؤلفین دیاگرام طراحی فشار شکل گیری را یک تابع دو سویی می‌دانند.  میزان فشار شکل گیری از رابطه زیر محاسبه می‌گردد. این محاسبه در عمل بسیار ساده است، زیرا آزمایش اسلامپ انجام گرفته و زمان رسیدن به اسلامپ صفر نیز ثبت می‌شود.

P = W × R × T

P = Pmax = W × R × To

Pmax = بیشترین فشار شکل گیری

W = وزن سبک شده بتن

R = آهنگ بتن ریزی زیر آب

T = زمان سپری شده از آغاز متراکم شدن بتن در نقطه مورد نظر

To = زمان رسیدن بتن به اسلامپ صفر

باید دانست که فشار محاسبه شده در فرمول مذکور بیانگر فشار در هر زمان نیست، بلکه نمایانگر بیشترین مقدارِ فشار شکل گیری شبه استاتیکی، در حین عملیات بتن ریزی زیر آب است.

بهتر است یک ضریب ایمنی مناسب در طراحی نیروهای دینامیکی در حین بتن ریزی زیر آب در مقایسه با بتن ریزی در شرایط خشک ACI در نظر گرفته شود. با در نظر گرفتن دیگر جنبه‌های درگیر در بتن زیر آب، برای داشتن یک بتن مرغوب و با کیفیت بالا، دانستن رفتار بتن در شرایط بتن ریزی ضروری است.