Бетонные колодцы

Бетонные колодцы

Если есть возможность, шахтный колодец лучше всего строить из бетона. Такие колодцы отличаются высокой прочностью и долговечностью, они предпочтительнее других и в санитарно-гигиеническом отношении. Стенки у них плотные и не пропускают загрязнения с поверхности земли. Материалы для изготовления бетонного колодца сравнительно доступны, а работа с бетоном проста и не требует какой-то специальной квалификации.

Тем не менее основы технологии приготовления бетона нужно знать, чтобы избежать ошибок и не затратить впустую время, труд и материалы.

Бетон — искусственный (технический) каменный материал, получаемый в результате уплотнения и твердения бетонной смеси, которая состоит из вяжущего (цемента), воды и заполнителя, мелкого (песка) и крупного (щебня или гравия). Бетонная смесь — это еще не камень, ее можно формовать в изделие и уплотнять. Когда в бетонной смеси отсутствует крупный заполнитель, она называется раствором. В отвержденном состоянии прочность раствора может быть равноценной прочности бетона.

Цементы бывают разные, но для колодца желательно использовать портландцемент марки 400, не ниже. При хранении цемента качество его снижается. Особенно быстро это происходит, если цемент хранится в бумажных мешках, в которых он обычно поступает в продажу. Происходит это потому, что бумажные мешки пропускают влагу из воздуха. Например, если цемент купить осенью или зимой (обычно это легче), а строить колодец летом, то прочность цемента в бумажных мешках снизится настолько, что бетон из него лучше не делать — он начнет сыпаться при замерзании и оттаивании. Выход единственный — после покупки цемента пересыпать его как можно быстрее в плотную, непроницаемую для влаги тару. Хорошо хранится цемент в мешках из синтетической пленки, а также в железных бочках с плотными крышками.

Воду для приготовления бетонной смеси надо брать питьевую или любую другую, но не кислую. Кислотность воды определяется показателем рН. Если этот показатель больше 7, вода щелочная, меньше — кислая, и кислотность воды тем выше, чем меньше рН. Для бетона вода должна иметь рН не менее 4. Определить рН легко с помощью индикаторной бумажки, которая изменяет цвет в зависимости от значения рН. Для тех, кто не знаком со способами определения кислотности, советуем обратиться в любую химическую лабораторию или в школу, в кабинет химии. Дело это минутное, и индикаторная бумажка не проблема.

Введение в бетон заполнителей позволяет сократить расход цемента и одновременно улучшить технические характеристики бетона. Поэтому к заполнителям предъявляются соответствующие требования. Мелкий заполнитель — обычно природный песок, крупный — гравий или щебень.

Песок чаще всего встречается кварцевый, он является наилучшим для бетона. Другие пески, особенно известняковые и ракушечные, надо проверить на прочность в строительной лаборатории. Песок состоит из смеси зерен различной крупности (0,14–5 мм). Различают пески речные, морские и горные (овражные). Зерна речных и морских песков обычно округлой формы, зерна горных — остроугольной, что улучшает сцепление с цементным камнем. Однако речные и морские пески, как правило, меньше загрязнены глиной и органическими примесями. Помните, глина очень вредна! Она обволакивает зерна песка и не даст им сцепляться с цементом. Органические, гумусовые примеси, особенно жирные кислоты, также сильно снижают прочность бетона и даже вызывают разрушение цемента. Содержание в песке глинистых, илистых и пылевидных примесей, определяемых отмывкой и отстаиванием, не должно превышать 3 % (по массе). Органические примеси определяют с помощью 3 %-ного водного раствора едкого натра: обрабатывают навеску песка этим раствором в соотношении 1:1 (по массе) и дают отстояться сутки. При наличии органических примесей раствор окрашивается, и если его цвет становится темно-желтым, красным или коричневым, то песок без промывки непригоден.

Гравий состоит из окатанных зерен размерами 3–70 мм. Гравий также может быть речной, морской и горный (овражный). Зерна горного гравия (как и горного песка) более остроугольные, речной и морской гравий более чистые. Для бетона лучше малоокатанная форма, малопригодна яйцевидная, еще хуже — пластинчатая, или лещадная, шириной в 3 раза и более превышающей толщину. При загрязнении гравия глиной его необходимо промывать. Нельзя применять гравий, зерна которого крупнее 1/4 части толщины стенки колодца и больше минимального расстояния между стержнями арматуры в железобетоне. Например, для стенки колодца толщиной 100 мм можно использовать гравий с наибольшим зерном 25 мм.

Щебень — дробленый камень размером до 150 мм. Чаще всего в строительстве применяют известняковый и гранитный щебни, которые являются отличным материалом и для колодца. Кирпичный щебень непригоден.

Состав бетонной смеси определяют соотношением по массе (иногда менее точно по объему) между цементом, песком и гравием (щебнем), принимая количество цемента за 1. Обязательно указывается также водоцементное отношение — В/Ц, то есть отношение массы воды к массе цемента. Для колодцев бетонная смесь: 1:2:3 или 1:2,5:4 и В/Ц = 0,5–0,7.

Смесь можно составить, основываясь на расходе материалов по массе (кг) на 1 м³ уложенной и утрамбованной бетонной смеси. Например, цемента — 300 кг, песка — 750, щебня — 1200, воды — 150 кг, а всего — 2 400 кг.

Водоцементное отношение (В/Ц) является очень важным показателем: с его увеличением подвижность бетонной смеси возрастает и она легче заполняет форму, по при этом прочность бетона резко снижается. Поэтому для колодцев В/Ц более 0,7 брать нельзя.

Приготовляют бетонную смесь в бетономешалках или ручным способом. При ручном приготовлении сначала смешивают цемент и песок, затем добавляют нужное количество воды по В/Ц и перелопачивают, далее добавляют гравий или щебень, предварительно смоченные водой, и еще раз все перелопачивают до получения однородной смеси.

Бетонную смесь укладывают в форму слоями по 10–15 см и уплотняют трамбовками до появления «цементного молока». Эта операция также имеет очень большое значение: чем лучше произведено уплотнение, тем выше прочность бетона. В строительстве уплотнение бетонной смеси производят вибраторами. Бетонная смесь при вибрировании приобретает свойства тяжелой жидкости, расплывается, заполняет форму и уплотняется. Домашнему мастеру для этой цели можно посоветовать приспособить вибрационный насос, вибрационный активатор стиральной машины или вибрационный распылитель для краски. Например, самодельный вибратор из активатора стиральной машины описан в журнале «Катера и яхты» (1974, № 50).

После укладки бетонной смеси и ее уплотнения надо позаботиться о том, чтобы процесс твердения, особенно в первые 7–10 дней, проходил без подсыхания и подмерзания. И то и другое очень вредно. В жаркую и ветреную погоду бетон надо накрыть влажными опилками или другими подходящими материалами и в течение дня несколько раз смачивать водой. Если возможны заморозки, бетон утепляют, закрывая теми же опилками, но только сухими. Теплопроводность сухих опилок очень низкая, и слой в 5 см надежно предохранит свежеуложенпый бетон от любого осеннего мороза.

Бетон хорошо сопротивляется сжатию и плохо — растяжению, поэтому в тех случаях, когда в работе конструкции ожидаются деформации растяжения, бетон армируют железом, которое и берет на себя растягивающие нагрузки. Такой материал называется железобетоном. Для армирования бетона лучше всего применять специальную арматурную сталь с рифленой поверхностью — арматуру периодического профиля (периодичку, как ее называют), подойдет также любая прутковая или полосовая сталь, а также проволока, даже колючая. Надо только, чтобы ржавчины на металле было как можно меньше, самое лучшее, если она отсутствует вовсе. Концы гладких стальных прутков нужно загнуть или приварить к ним стальные зацепы. Это необходимо для того, чтобы при растягивающих нагрузках арматура не сдвигалась относительно бетона, а работала с ним как одно целое. Благодаря щелочной среде, которую создает бетон, арматура в бетоне не корродирует, но для этого арматура должна быть не ближе 15 мм к поверхности бетонного изделия.

Крепление шахты колодца можно осуществить и бетоном и железобетоном. Поскольку принципиальной разницы в строительстве бетонных и железобетонных колодцев нет, условимся в дальнейшем называть эти колодцы бетонными.

В практике колодезного строительства существуют три типа бетонных колодцев: колодцы из монолитного бетона; колодцы из бетонных колец; колодцы из бетонных пластин.

Строительство колодца из монолитиого бетона ведут обычно в готовой шахте сплошным бетонированием между двумя опалубками, наружной и внутренней, подобно бетонированию обычной стенки. Конечно, строительство колодца из монолитного бетона идет медленнее, чем сооружение колодца из готовых бетонных колец. Однако для самодеятельного строителя этот способ представляет определенную ценность, так как позволяет обойтись без грузоподъемной техники.

Если глубина колодца значительна, рытье и временное крепление шахты становятся очень дорогими. В этом случае шахту отрывают сначала на некоторую глубину и бетонируют, стараясь вывести крепление над землей как можно выше. Далее работу ведут опускным методом, подрывая грунт под стенками колодца и постепенно его осаживая. Для облегчения работы в нижней части бетонного крепления надо предусмотреть устройство режущего башмака. Грунт вынимают до тех пор, пока колодец не опустится на 2 м ниже поверхности земли. Затем рытье прекращают, устанавливают опалубку и наращивают ствол колодца бетонированием опять как можно выше. «Свежим» стенкам позволяют набрать необходимую прочность в течение 7–10 дней, после чего продолжают углубление шахты. Эти операции повторяют до вскрытия водоносного слоя.

Колодец из бетонных колец в постройке быстрее и удобнее. Лучше всего, конечно, для этой цели использовать кольца заводского изготовления. Однако при необходимости их несложно сделать и самому. Размеры кольца обычно принимают следующими: внутренний диаметр — 0,8–1,2 м, толщина стенки бетонного колодца — 10–12 см (железобетонного — 6–8 см), высота кольца — 0,7–1,2 м. Заметим для сравнения, что масса бетонного кольца диаметром 1 м и высотой 0,7 м равна 800 кг, а такого же железобетонного — 500 кг.

Опалубку для колец изготовить несложно. Не будем приводить здесь подробное ее описание в надежде, что строитель колодца сам подберет конструкцию опалубки, принимая во внимание имеющиеся у него материалы. Очевидно, что опалубка должна представлять собой два разборных кольца из дерева пли металла, концентрично устанавливаемых одно в другое. Надо также постараться, чтобы боковые стенки бетонных колец после удаления опалубки были как можно более гладкими. Это уменьшит трепне о грунт во время строительства колодца опускным методом и снизит вероятность зависания бетонного ствола в шахте.

По высоте бетонные кольца обычно соединяют впритык. Чтобы предотвратить относительный сдвиг колец, между ними устанавливают гнутые или сварные скобы из мягкой стали (например, Ст. 3) толщиной 5–8 мм и шириной 50–80 мм (рис. 10). Иногда кольца соединяют в четверть (фальцевый стык) либо делают стык в раструб, скашивая ребро четверти (рис. 11).

Рис. 10. Ствол (крепление) из бетонных колец впритык

Соединение в четверть и в раструб обеспечивает более высокую плотность бетонного ствола, но при перевозках такие кольца трудно предохранить от скалывания кромок. Кроме того, на каждый стык в этом случае теряется 4–5 см высоты. Поэтому, например, при глубине колодца 20 м и высоте кольца 1 м потребуется для крепления шахты колодца дополнительно одно кольцо.

Рис. 11. Бетонные кольца, соединяемые в четверть (а) и в раструб (б)

Расположение арматуры в железобетонном кольце показано на рис. 10. По высоте бетонного кольца устанавливают 5 колец из арматуры с расстоянием между ними 100–200 мм. Вертикальные стержни арматуры размещают через 250 мм. Стержни связывают мягкой железной проволокой, и собранный каркас устанавливают в зазоре между опалубками.

Нижнее бетонное кольцо лучше сделать слегка коническим (расширяющимся книзу) и со скошенной внутрь нижней кромкой, усиленной стальной полосой. При подкапывании дна шахты опускание крепления идет в этом случае легче и надобность в специальном режущем башмаке отпадает. Когда применяют бетонные кольца заводского изготовления, для облегчения проходки шахты нижнее кольцо надо установить на башмак с резцом.

При опускном способе возможен зажим верхней части ствола колодца обрушившимся грунтом, тогда как нижняя может беспрепятственно опускаться. В этом случае, если ствол колодца выполняется из бетонных колец, в результате очередной выемки грунта произойдет разрыв оболочки по стыку между кольцами. Это авария, и весьма серьезная. При наличии такой опасности кольца нужно обязательно соединять между собой по высоте, что одновременно устраняет и возможность сдвига колец по плоским торцам.

Соединение колец производят накладками из полосовой стали шириной 40–60 мм и толщиной 5–10 мм. Накладки скрепляют скобами, согнутыми из стального прутка диаметром 16 мм, или болтами (рис. 12). Для этого в стенках бетонных колец нужно пред усмотреть отверстия при бетонировании. Каждый стык колец соединяют в 3–4 местах равномерно по окружности.

Рис. 12. Соединение бетонных колец скобами и болтами

Более надежным является способ соединения колец с помощью стальных стержней, забетонированных в их стенках. Стержни имеют на концах кольцеобразные загибы, куда и вставляют скрепляющие болты (рис. 13).

Рис. 13. Соединение бетонных колец стержнями

Но мере наращивания крепления швы между бетонными кольцами тщательно заделывают цементным раствором 1:3.

Стыки между торцами колец в пределах водоприемной части хорошо уплотнить просмоленной пеньковой веревкой диаметром 20 мм. Это уплотнение укладывается в специальный желобок, отформованный в верхнем торце кольца. Уплотнение зажимается под давлением верхних колец и обеспечивает высокую плотность стыка.

Разработку мягкого грунта на дне шахты ведут от середины. При плотном грунте сначала выбирают грунт под кольцом вдоль ножа, а когда крепление осядет, то вынимают середину. Если погружение бетонных колец остановится вследствие трения о грунт, надо на верхнее кольцо установить платформу с дополнительной нагрузкой.

Устройство водоприемной части бетонного колодца в принципе аналогично деревянному. Здесь также надо стремиться к тому, чтобы приток воды шел через дно. Когда водоносный пласт состоит из очень рыхлых пород, под нижнее кольцо подводят пол из толстых досок и гравийный фильтр насыпают уже на этот пол.

В маломощных водоносных слоях иногда устраивают приток воды через боковые отверстия, которые выполняют горизонтальными, восходящими или V-образными (рис. 14). Последнее с внешней стороны засыпают песком или мелким гравием, а с внутренней — более крупным гравием, что должно предохранить колодец от заноса песком. Однако лучше выполняют эту функцию специальные фильтры, которые устанавливают на растворе в боковые стенки или же формуют такие фильтры непосредственно при изготовлении колец. Наибольшее распространение получили фильтры из крупнопористого бетона, то есть бетона без мелкого заполнителя (песка). Размеры зерен гравия и щебня для крупнопористого бетона подбирают в зависимости от крупности зерен песка водоносного слоя в соотношении 10:1. Крупный заполнитель обволакивают сметанообразной смесью цемента с водой, укладывают в форму и слегка трамбуют.

Рис. 14. Формы отверстий водоприемной части колодца при боковом притоке воды

На 1 часть цемента (по массе) берут 6 частей гравия или щебня при В/Ц = 0,3–0,5.

Боковые фильтры из крупнопористого бетона сделать несложно, если бетонные кольца самодельные. Для этого у нижнего водоприемного кольца при его формировании делают два пояса высотой 15–20 см не из монолитного бетона, а из крупнопористого. Или же при укладке бетона в опалубку закладывают в шахматном порядке заранее изготовленные из крупнопористого бетона вставки в виде кирпичей. В бетонных кольцах заводского изготовления для фильтров придется пробивать окна в стенках. Если крупнопористая бетонная смесь готовится в бетономешалке, сначала подают воду, затем половину массы щебня и полную массу цемента. После этого догружают вторую половину щебня. Дозировку производят по массе. Бетономешалка при этом должна все время вращаться. Смесь перемешивают в течение 3–7 мин до полного обволакивания отдельных зерен заполнителя цементным раствором, который на поверхности зерен имеет слабый отблеск воды. Готовая к укладке бетонная смесь получается жесткой и рассыпчатой.

Иногда колодцы делают из бетонных пластин. Изготовление пластин намного проще, чем колец, — форма для них очень простая. Прямоугольные и квадратные колодцы из бетонных пластин по внешнему виду походят на деревянные срубовые, только вместо бревен — бетонные пластины. Концы пластин для надежного сопряжения в углах отформовывают в лапу. Расположение арматуры в пластине показано на рис. 15. Пластина должна воспринимать изгибающую нагрузку от возможного бокового давления грунта, то есть работать как балка. Поэтому арматуру в пластине надо расположить ближе к плоскости, обращенной внутрь колодца. Для уменьшения проницаемости стенок бетонного ствола пластины ставят на растворе.

Рис. 15. Железобетонная пластина

В сравнении с круглым колодцем, при равновеликой площади сечений в свету, квадратный колодец требует для ствола больше материала примерно на 13 %. Чтобы приблизить расход материала к потребному расходу для круглого колодца, сечение колодца из пластин принимают не квадратным, а шести- или восьмиугольным. Для шестигранного колодца по сравнению с круглым расход материала увеличивается только на 5 %, а для восьмигранного — ужо только на 2 %. Можно сэкономить и эти 2 %, сделав пластины кольцевыми. Высоту одной кольцевой пластины делают равной 18 см, ширину — 10–15 см. Среднюю длину кольцевой пластины берут такой, чтобы в одном ряду уложилось 6–8 пластин, составляющих полное кольцо. Очевидно, что форма для изготовления кольцевых пластин будет ужо сложнее.

Если при строительстве колодца из бетонных пластин пользоваться сваркой, то концы бетонных пластин не надо формовать в лапу, а вместо этого предусмотреть стальные закладные пластины.

В заключение заметим, что бетон позволяет сравнительно легко производить ремонт деревянных колодцев. Сруб, находящийся в водоносном слое, может быть разобран, если это возможно, и заменен бетонными пластинами, а верхняя часть, над уровнем воды, укреплена монолитным бетонированием. Для этого к деревянным стенкам гвоздями крепится арматура, например, в виде сетки, и производится бетонирование с помощью скользящей опалубки или без нее, но уже набивкой раствора, а не бетона. В этом случае получающийся после твердения материал носит название армоцемента. Прочность армоцемента высока. Кстати, в судостроении армоцемент применяют для строительства корпусов судов и для ремонта разрушенной гниением деревянной обшивки. При ремонте очень гнилых деревянных колодцев, когда есть опасность разрушения крепления, колодец засыпают песком и замену крепления производят, как и при строительстве нового колодца, извлекая песок, что, понятно, легче.