Technologische Karte: Unterwasserbetonage von Wasserbauwerken

Die Unterwasserbetonage ist eine Schlüsseltechnologie beim Bau, der Instandsetzung und Wiederherstellung verschiedener Arten von Wasserbauwerken, einschließlich Kaimauern, Brückenpfeilern, Umschließungsbauwerken und anderen Unterwasserelementen. Es werden zwei Hauptmethoden der Betonage unter Wasser angewendet: das Verfahren mit vertikal bewegten Rohren (VBR) und die Injektionsmethode. Die Wahl der Methode hängt von der Art der auszuführenden Arbeiten und den konstruktiven Besonderheiten des Bauwerks ab.

Unterwasserbetonagearbeiten werden von Tauchern bei Tageslicht und günstigen meteorologischen Bedingungen durchgeführt, die starke Strömung, stürmisches Wetter oder schlechte Sicht ausschließen. Der Ab- und Auftauchen der Taucher erfolgt von einem Taucherboot, einem Wasserfahrzeug oder direkt vom instandzusetzenden/zu errichtenden Bauwerk, unter Einhaltung internationaler Anforderungen für Taucharbeiten.

Taucharbeiten werden von einer spezialisierten Tauchstation gewährleistet, die mit der notwendigen technischen Ausrüstung und einer ausreichenden Anzahl qualifizierter Taucher ausgestattet ist, deren Zusammensetzung vom Arbeitsumfang und der Tauchtiefe abhängt. Der Leiter der Taucharbeiten ist verpflichtet, alle am Tauchgang und der Sicherung der Taucharbeiten beteiligten Personen in die sicheren Arbeitsmethoden einzuweisen.

Der Prozess der Unterwasserbetonage umfasst folgende Hauptphasen: vorläufige Taucherinspektion, Vorbereitung und Reinigung des Betonagebereichs, Einbau der Schalung oder anderer Umschließungskonstruktionen, direkte Förderung und Einbau des Betons sowie anschließende Qualitätskontrolle und Abnahme der ausgeführten Arbeiten.

Vor Beginn jeglicher Bau- oder Instandsetzungsarbeiten an Wasserbauwerken muss der Leiter der Taucharbeiten eine Arbeitserlaubnis einholen, die Taucher mit den Entwurfszeichnungen und der Arbeitstechnologie sowie mit den Besonderheiten der Bauwerkskonstruktion und den Ausführungsbedingungen vertraut machen. Der Leiter der Tauchgänge ist verantwortlich für die Bestimmung der Aufenthaltsdauer der Taucher unter Wasser und die Verteilung der Aufgaben innerhalb des Tauchteams, wobei er die strengen Anforderungen internationaler Arbeitsschutzvorschriften einhält.

Für die Durchführung der Arbeiten wird zertifiziertes Tauchpersonal mit Erfahrung in Unterwasserbauarbeiten eingesetzt. Die Mindestbesetzung einer Tauchstation umfasst einen Leiter der Taucharbeiten, arbeitende Taucher, sicherstellende Taucher und einen Bereitschaftstaucher, deren Anzahl je nach Tiefe und Komplexität der Arbeiten variiert.

Die anfängliche Phase der Arbeiten umfasst eine detaillierte Taucherinspektion der Wasserbauwerke, um deren Zustand zu bewerten und den Umfang der bevorstehenden Arbeiten zu bestimmen. Nach der Inspektion erfolgt eine sorgfältige Reinigung des Arbeitsbereichs von Schlamm, Müll und Fremdkörpern. Bei Bedarf wird zur Schaffung eines stabilen Untergrunds ein Bett aus Steinschüttung oder einer Schicht aus Schotter, Kies und Sand hergestellt.

Falls die Betonage auf bereits verlegtem Beton erfolgt, muss die Oberfläche der bestehenden Konstruktion speziell vorbereitet werden. Dies beinhaltet das Entfernen der zerstörten oder geschwächten Betonschicht, die Reinigung von Ölflecken, Algen und Rost von der freiliegenden Bewehrung. Alle vorbereitenden Arbeiten werden von Tauchern überwacht, um die erforderliche Qualität des Untergrunds und die Haftung des neuen Betons zu gewährleisten.

1. Eine vorläufige Taucherinspektion des Arbeitsbereichs zur Bewertung des Konstruktionszustands und zur Bestimmung des Arbeitsumfangs durchführen.
2. Den Betonagebereich von Schlamm, Müll, Fremdkörpern und biologischen Anhaftungen reinigen.
3. Bei Bedarf eine Gründung aus Steinschüttung oder einer gleichmäßigen Schicht aus Schotter, Kies und Sand herstellen.
4. Bei Betonage auf vorhandenem Beton: zerstörte Schichten entfernen, die Oberfläche von Ölflecken, biologischen Verunreinigungen und Korrosion an der Bewehrung reinigen.

Zur Ausbildung des zu betonierenden Bereichs werden verschiedene Umschließungskonstruktionen verwendet: Schalungsplatten, Stahlbetonplatten, Spundwände aus Metall oder Holz sowie spezielle Kästen. Spundwände werden üblicherweise von der Oberfläche eingerammt, und Taucher werden zur Überprüfung der Dichtheit der Spundwandfugen und der Anschlüsse an das vorhandene Mauerwerk eingesetzt. Bei Undichtigkeiten dichtet der Taucher die Fugen mit geteertem Werg ab oder schlägt mit Werg umwickelte Holzkeile in Bereiche mit größeren Abweichungen.

Bei der Errichtung einer zweireihigen Spundwandumschließung wird die Dichtheit durch das Verfüllen von Erde zwischen den Reihen erreicht, was den Umfang der Taucharbeiten minimiert. Auf Felsuntergrund, wo das Einrammen von Spundwänden nicht möglich ist, werden Umschließungen aus großen Schalungsplatten errichtet. Taucher inspizieren und verdichten diese am Umfang und an den Anschlussstellen. Beim Bau einer Umschließung aus Stahlbetonplatten legen Taucher die Platten in die Nuten der zuvor in den Boden eingerammten Schienen. Der Taucher reinigt den Boden an der Basis der Schienen, nimmt die Platten entgegen und führt sie präzise in die Nuten. Nach dem Verlegen einer Plattenreihe werden die Schienen mit Draht gespannt, und der Taucher dichtet Undichtigkeiten ab.

Zur Instandsetzung beschädigter Betonbereiche an Massivbauwerken oder Stahlbetonpfählen werden kleine Holzplatten oder -kästen angebracht. Vor dem Einbau der Schalung entfernt der Taucher mit einem Metallschaber den zerstörten Beton und macht Rillen im Mauerwerk, um eine bessere Haftung des neuen und alten Betons zu gewährleisten. Bei vorhandenen Ölflecken werden diese durch Abstemmen der Betonschicht entfernt. Die Schalung wird provisorisch mit Rammpfählen, Keilen oder Ankerbolzen befestigt. Auf felsigem Untergrund, wo Pfähle nicht möglich sind, bohrt der Taucher Löcher, setzt Gewindebolzen ein und befestigt die Schalung mit Muttern, wobei die Ränder und die Öffnungen für das Betonförderrohr sorgfältig abgedichtet werden.

1. Spundwände von der Oberfläche aus rammen. Der Taucher inspiziert die Nuten und Fugen der Spundwand mit dem Mauerwerk.
2. Bei Abweichungen die Fugen mit geteertem Werg abdichten oder Holzkeile einschlagen.
3. Für zweireihige Spundwände: Erde zwischen den Reihen zur Abdichtung einfüllen.
4. Auf felsigem Untergrund: große Schalungsplatten einbauen; der Taucher inspiziert und verdichtet den Umfang und die Fugen.
5. Bei Verwendung von Stahlbetonplatten (Abbildung 1): der Taucher reinigt den Boden an der Schienenbasis, nimmt die Platte (mit einer Schlinge angeschlagen) auf, führt und leitet sie schwebend in die Schienennuten, signalisiert das Absenken, löst die Schlinge.
6. Nachfolgende Platten analog verlegen. Nach einer Plattenreihe die Schienen mit Draht spannen. Der Taucher dichtet Undichtigkeiten ab.
7. Für lokale Reparaturen: den beschädigten Bereich reinigen, zerstörten Beton entfernen, Rillen machen, Ölflecken durch Abstemmen entfernen.
8. Schalung mit Pfählen, Keilen oder Bolzen befestigen. Auf Fels: Löcher bohren, Gewindebolzen anbringen, Schalung mit Muttern befestigen und die Kanten abdichten. Betonförderrohr installieren.

Das Verfahren mit vertikal bewegten Rohren (VBR) wird zur Herstellung einer homogenen monolithischen Betonmasse eingesetzt, insbesondere bei Reparatur- und Wiederherstellungsarbeiten. Auf dem zuvor von Tauchern vorbereiteten Untergrund wird ein Metallrohr mit einem Durchmesser von 200-300 mm abgesenkt und streng vertikal in der Mitte des zu betonierenden Abschnitts installiert (Abbildung 2). Der obere Teil des Rohres ist mit einem Trichter zur Aufnahme der Betonmischung ausgestattet.

Die Betonmischung, die eine zähflüssige und viskose Konsistenz aufweist, wird kontinuierlich in den Trichter des Rohres gefördert. Während sich die Schalung füllt und Beton an der Einbaustelle ansammelt, wird das Rohr allmählich mit Hilfe eines Krans oder eines Dreibeins angehoben. Die Anwendung dieser Methode erfordert die strikte Einhaltung der folgenden Bedingungen: Der Beton muss kontinuierlich gefördert werden; das untere Ende des Rohres muss stets in der einzubringenden Betonmasse eingetaucht bleiben; die Abmessungen der Schalung müssen gewährleisten, dass das Rohr während des gesamten Prozesses vertikal gehalten wird, ohne dass die Betonoberfläche nachträglich ausgerichtet werden muss.

Der Taucher, der sich am Rohrmund befindet, beobachtet ständig das Auftreten des Betons und kontrolliert dessen Ausbreitung (Abbildung 3), wobei er über den normalen Verlauf des Prozesses informiert (der Beton steigt allmählich an und fließt langsam auseinander). Wenn die Bewegung der Betonmischung sich verlangsamt oder stoppt, wird das Rohr vorsichtig angehoben. Es ist wichtig zu verhindern, dass das untere Ende des Rohres aus dem Beton austritt, da dies zum Auskippen der Mischung und zum Füllen des Rohres mit Wasser führen würde, was den Betonageprozess unterbricht. Bei der Feststellung von Bereichen mit unterschiedlichem Betonniveau gleichen die Taucher die Oberfläche vorsichtig aus, indem sie den Mörtel langsam bewegen und das Auswaschen von Zement verhindern. Nach Abschluss der Betonage werden die Rohre entnommen, und der Beton wird zum Aushärten belassen.

1. Ein Metallrohr (Durchmesser 200-300 mm) mit Trichter vertikal in der Mitte des zu betonierenden Abschnitts installieren.
2. Kontinuierlich eine zähflüssige, viskose Betonmischung in den Rohrtrichter fördern.
3. Der Taucher am Rohrmund beobachtet das Auftreten und die Ausbreitung des Betons und signalisiert den normalen Zufluss.
4. Während sich der Beton ansammelt, das Rohr sanft anheben, darauf achtend, dass das untere Ende stets in der Betonmasse eingetaucht bleibt.
5. Wenn sich die Betonbewegung verlangsamt, das Rohr vorsichtig anheben, wobei der Taucher die Position des Rohrmunds kontrolliert.
6. Bei Niveauunterschieden des Betons an den Fugen gleicht der Taucher die Oberfläche vorsichtig aus, um ein Auswaschen von Zement zu vermeiden.
7. Nach dem Füllen des Abschnitts die Rohre entnehmen und den Beton aushärten lassen.

Die Injektionsmethode wird zum Verfüllen von Bruchsteinmauerwerk, großen Massiven und verschiedenen Unterwasserkavernen eingesetzt. Ein wesentlicher Unterschied dieser Methode zum VBR-Verfahren ist die unbewegliche Installation der Rohre im Bruchsteinmauerwerk oder im Massiv. Für diese Methode werden Rohre mit kleinerem Durchmesser – 80-100 mm – verwendet.

Die Rohre werden in geringem Abstand zum Untergrund installiert, woraufhin der für die Betonage vorgesehene Bereich mit einer Steinschüttung bis zur Höhe der einzubringenden Schicht aufgefüllt wird. Nachdem die Steinschüttung vom Taucher nivelliert wurde, beginnt man, durch die installierten Rohre von der Oberfläche aus eine zähflüssige und viskose Betonmischung zu fördern. Der Mörtel tritt aus dem unteren Ende des Rohres aus, steigt nach oben und füllt die Hohlräume in der Steinschüttung (Abbildung 4). Der Druck der Mörtelsäule im Rohr fördert dessen gleichmäßige Verteilung im Mauerwerk.

Der Taucher befindet sich auf der Oberfläche der Schüttung und kontrolliert das Auftreten des Mörtels. Sobald der Mörtel das erforderliche Niveau erreicht hat, wird die Förderung eingestellt, die Rohre werden entnommen und an die Oberfläche gehoben. Anschließend wartet man das vollständige Aushärten des Bruchsteinbetons ab. Dieselbe Methode wird zum Verfüllen von Hohlmassiven verwendet, die zuvor an der Mauerstelle installiert wurden.

1. Rohre (Durchmesser 80-100 mm) unbeweglich mit einem kleinen Spalt zum Untergrund installieren.
2. Den Betonagebereich mit einer Steinschüttung bis zur erforderlichen Höhe auffüllen.
3. Der Taucher nivelliert die Steinschüttung.
4. Zähflüssigen, viskosen Betonmörtel durch den Rohrtrichter von der Oberfläche aus fördern.
5. Der Taucher befindet sich auf der Schüttung und beobachtet das Auftreten des Mörtels an der Oberfläche.
6. Sobald der Mörtel erscheint, die Förderung einstellen, die Rohre entnehmen.
7. Das Aushärten des Bruchsteinbetons abwarten.

Eine Kontrolltaucheruntersuchung des betonnierten Abschnitts wird sowohl während der Abbinde- und Anfangsverfestigungsphase als auch nach vollständigem Aushärten des Betons durchgeführt. Zwei bis drei Tage nach der Betonage muss der Taucher die Härte des Betons taktil überprüfen. Zur Beurteilung der Struktur des noch schwach erhärteten Betons dürfen vorsichtig kleine Proben mit einem Messer entnommen und zur Analyse an die Oberfläche gebracht werden. Nachdem der Beton die projektierte Festigkeit erreicht hat, lösen und demontieren die Taucher die Schalung, falls erforderlich.

Entstandene Betonüberläufe und Unebenheiten auf der Betonoberfläche werden vom Taucher mit Meißel und Vorschlaghammer entfernt, um die erforderliche Ebenheit und Geometrie der Konstruktion sicherzustellen. War der zu betonierende Bereich mit Spundwänden begrenzt, erfolgt deren Demontage durch Überwasserkräfte und -mittel. Nach der Freilegung des betonierten Bereichs von der Schalung oder Spundwandumschließung wird eine abschließende Kontrolltaucheruntersuchung der Oberfläche des eingebrachten Betons durchgeführt. Der Taucher bestimmt den Verdichtungsgrad des Betons, identifiziert und misst mögliche Hohlräume und protokolliert deren Lage relativ zu den Rändern des betonierten Bereichs.

Basierend auf den Ergebnissen der Kontrolluntersuchung wird ein Protokoll erstellt, das eine Bewertung der ausgeführten Unterwasserbetonage enthält. Wird die Arbeit als zufriedenstellend befunden, wird das Bauwerk in Betrieb genommen. Bei der Betonage von Schiffsbeschädigungen beginnt nach der Bauabnahme das Abpumpen des Wassers aus dem beschädigten Abteil.

1. Nach 2-3 Tagen nach der Betonage überprüft der Taucher taktil die Härte des Betons. Bei Bedarf entnimmt er Proben für die Laboranalyse.
2. Nach vollständigem Aushärten des Betons: Taucher lösen und demontieren die Schalung. Falls Spundwände verwendet wurden, werden diese mit Überwassermitteln demontiert.
3. Der Taucher reinigt die Betonoberfläche mit Meißel und Vorschlaghammer von Überläufen und Unebenheiten.
4. Eine Kontrolltaucheruntersuchung der Oberfläche des eingebrachten Betons zur Bestimmung der Dichte durchführen.
5. Alle festgestellten Hohlräume identifizieren, messen und ihre Lage protokollieren.
6. Ein Protokoll der Kontrolltaucheruntersuchung mit einer Bewertung der Qualität der ausgeführten Arbeiten erstellen.

Bei allen Taucharbeiten zur Unterwasserbetonage müssen die Bestimmungen der internationalen Arbeitsschutzvorschriften für Taucharbeiten strikt beachtet werden. Alle Taucher und das unterstützende Personal müssen eine entsprechende Ausbildung absolviert haben, über gültige Genehmigungen verfügen und die Sicherheitsverfahren strikt einhalten.

Besonderes Augenmerk muss auf die Sicherstellung einer zuverlässigen Kommunikation mit den Tauchern, die Überwachung ihres physischen Zustands, die Einhaltung der vorgeschriebenen Tiefen und Tauchzeiten sowie die Bereitschaft für Notfallsituationen gelegt werden. Alle Tauch- und Hilfsgeräte müssen regelmäßig überprüft und gewartet werden, um deren volle Funktionsfähigkeit und Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Für die Ausführung von Unterwasserbetonagearbeiten ist folgende Liste von Materialien und Geräten erforderlich: