УДК 69
Баранов Евгений Евгеньевич Менеджер по технической поддержке АО МАПЕИ, 142800, Россия, Московская область, г. Ступино, ул. Академика Белова, 5, e.baranov@mapei.ru.
1. Постановка проблемы
Посещая объекты, где производится работы по строительству бассейнов можно наблюдать, что две интересные тенденции, которые, если вдуматься должны исключать друг друга. Первая тенденция заключается в постоянном усложнение технической модели ванн бассейнов, ее оборудованием и эстетическими характеристиками. Вторая тенденция заключается в привлечение к строительству на всех этапах специалистов, не обладающих необходимой компетенцией. Желание строить красиво и дешево присуще природе человека, однако необходимо помнить, что бассейн – это достаточно сложное гидротехническое сооружение. Цена ошибки не оправдано высока. С другой стороны, в настоящее время накоплен большой пласт теоретической информации и практического опыта по корректному строительству столь сложных сооружений.
Техническая мысль по строительству фонтанов, бассейнов, купален зародилась много веков назад и в отечественном строительстве трансформировалась в определённые формы. В России первый бассейн был построен в 1834 г. В Санкт-Петербурге и в последующие сто лет строительство носило единичный характер. Массовая постройка бассейнов в стране стала происходить в 30 – х гг. 20 — го века. Строились в разных городах открытые и закрытые бассейны по типовым проектам с 25 и 50 – метровыми ваннами. В послевоенное время во всей стране сохранилось всего 160 бассейнов, в основном открытых. Характерной особенностью строительства бассейнов и фонтанов в советский период — быстрая и относительно дешевая застройка городского ландшафта. Показательным примером служит строительство открытого бассейна «Москва» на месте уничтоженного Храма Христа Спасителя.
До 1960 годов преобладала постройка открытых бассейнов, а после 1960 г. строительство крытых бассейнов занимает главенствующую роль. На конец 80 – х годов количество данных объектов спорта в стране составляет более 2500. В советское время использовалось 3 вида бассейнов: открытые без подогрева воды, открытые с подогревом воды, закрытые бассейны. Ванны бассейнов были разных форм и размеров, но в основном использовались 25 и 50 – метровые ванны для занятия спортом, различной глубины – в основном от 1.2. до 1.8 метров (исключения составляли спортивные бассейны для тренировок в водное поло и прыжков). Переход от строительства сезонных бассейнов к круглогодичным основывается на опыте эксплуатации сезонных бассейнов. Который гласит, что технологическое содержание конструкций открытых бассейнов, а именно облицовки, пенных корытец (элемент бассейна, который устраивается в продольных стенах и служит для приема и отвода поверхностных загрязненных вод) и обходных дорожек в зимнее время крайне сложно. Многие бассейны выходили из строя уже за первые 10–12 лет в связи с полным разрушением основных конструкционных элементов [1].
Рис 1. Открытый плавательный бассейн «Москва».
С началом рыночной экономики вектор строительства резко меняется – возведение публичных плавательных бассейнов сокращается. На первое место выступает строительство и эксплуатация частных бассейнов, купален. Появляется новое поколение строительных материалов, как для создания ванны бассейнов, так и для его облицовки. Нормативная документация по проектированию, строительству и ремонту в данный период не выпускается и не актуализируется. Строительство и реконструкции объектов ведутся в лучшем случае по ГОСТам и СП советского периода. Работы по возведению бассейнов (часто в жилых домах) производятся чисто интуитивно, многие факторы при строительстве не берутся во внимание и не учитываются. Однако, в последнее несколько лет ситуация начинает меняться, разрабатывается и актуализируется нормативная база. У проектировщиков и строителей повышается техническая грамотность и практический опыт строительства объектов. Однако, в отечественной практике еще нет исчерпывающей информации, как последовательно шаг за шагом спроектировать бассейн, создать железобетонную ванну, сделать ее герметичной, защитить бетон и придать чаше высокие эстетические свойства с помощью надежного, безопасного материала.
Отличие досуговых частных бассейнов, используемых в домохозяйствах, от плавательных заключается в функциональном использовании строения, его размеров, экономического обоснования, личных предпочтений. Т.к. большая часть потенциалах застройщиков РФ проживают во II и III зонах климатического районирования строительство современных частных бассейнов сводится к возведению бассейнов с небольшими и неглубокими ваннами открытого и закрытого типа, с формированием ванн из различного материала. Что касается строительства плавательных бассейнов (физкультурно-оздоровительных и спортивных), то их размеры строго определены функциональными задачами, а материалами ванн в основном служат железобетон, облицованный кафельной или мозаичной плиткой, реже ПВХ — пленкой или иным синтетическим материалом, а также металлическими сварными из нержавеющей стали или сборными ламинированные ПВХ-пленкой.
Отдельное место занимаю бассейн различных форм, размеров и материалов используемые сугубо в коммерческих целях. Эта тенденция появилась в конце XX столетия и получила широкое развитие. Строительство спортивно-оздоровительных бассейнов, в состав которых наряду со спортивными ваннами стали включаться ванны для оздоровительного плавания, купания, игр и общеразвивающих упражнений в воде, а также различного рода аттракционы типа водяных горок, различных водоструйных устройств, в основе которых лежит принцип водяного массива (каскады, фонтаны, «водяной гриб» и др.) увеличивается и усложняется с каждым годом. При этом ванны досугово-оздоровительного назначения проектируются различных геометрических форм, играющих архитектурно-композиционную роль с учетом рельефа участка и общего характера среды. В целях эмоциональной привлекательности для населения досугово – оздоровительных занятий стало развиваться строительство крытых и открытых ванн с искусственно создаваемыми волнами, имитирующими морской прибой [2]. Таким образом, технические требования постоянно усложняются, проекты индивидуализируются, что заставляет архитекторов и строителей решать много интересных, но сложных задач, которые слабо освещены в отечественной научной литературе, а также отраслевых стандартов.
Компания МАПЕИ обладает высокой компетенцией в области строительства и реконструкции частных бассейнов и бассейнов для плавания. В цикле данных статей рассмотрены материалы и технологии компании на реальных объектах, применение которых позволяют реализовать комплексный подход к созданию железобетонной чаши с последующей облицовкой. Мы предлагаем использовать опыт мирового лидера, в выпуске вспомогательных строительных материалов, в том числе и для бассейнов. В данном труде мы постарались описать весь цикл работ по строительству бассейна, начиная с заливки ванны до создания облицовки и рассмотреть характерные дефекты, возникающие при этих технологических операциях.
2. Конструкции ванн. Обзор.
Исторически сложились три основных типа конструкции железобетонных ванн бассейна по способам опирания на грунты их оснований:
- днище полностью лежит на грунте;
- ванна покоится на опорах (колоннах) с фундаментом под ними;
- часть ванны (обычно глубокая) опирается на грунт, а часть – на опоры.
Большинство ванн открытых бассейнов сооружают целиком на грунтовом основании. Комбинированное опирание на грунт и опоры применяется крайне редко из-за возможных деформаций, вызываемых неравномерностью осадки отдельных частей ванны. В неприятных гидрогеологических условиях – при высоком уровне грунтовых вод, в пучинистых грунтах – открытые ванны делают на опорах.
Также принципиальным отличием в конструкциях ванн бассейнов является создание пенных корытец (переливных лотков или желобов). Существует два типа переливных желобов. Первый тип — с бортом в плоскости воды. Лучше гасит волны, более прост и экономичен, поскольку уменьшает высоту стенок и совмещая конструкции борта и обходной дорожки позволяет сократить площадь зала на толщину борта. Второй тип – с бортом поднимающегося над водой. Более гигиенично, так как загрязненная вода не попадает на обходную дорожку. На рынке представлено достаточно большое количество сборных керамических или бетонных элементов заводского изготовления, а также разнообразных решеток, которые позволяют формировать желоба обоих типов, удовлетворяя различные технические задачи и требования заказчика.
Иногда принято и другое деление конструкции ванн, а именно: бассейны с бортами в плоскости воды относят к переливным, а бассейны со специальными устройствами забора воды, скиммерами относят к скиммерным бассейнам. Кроме этого конструкции ванн отличаются по форме, размеру и назначению. Каждый тип и вид ванн накладывает определенные требования к конструктиву строения и материалу железобетонных ванн.
Несмотря на конструкцию ванны и ее размеров общим является то, что водонепроницаемость и долговечность – это важнейшие требования к таким объектам. Герметичность конструкции и ее долговечность зависят от правильно организованной конструкции и выбора корректного материала для изготовления. Наибольшие трудности возникают при проектировании открытых ванн (особенно сезонных, опорожняемых на зиму), подверженных неблагоприятному воздействию меняющихся температурно – влажностных условий. Кроме этого, так как такие ванны контактируют непосредственно с грунтом важно учитывать класс агрессивности среды не только с внутренней, но и внешней стороны бассейна (Таблица 1,2).
Таблица 1. Классы воздействия факторов окружающей среды [3].
| Название класса | Тип условий окружающей среды | Применение |
| XC2 | Коррозия, вызванная карбонизацией для бетона со стальной арматурой | Внешняя сторона бассейна, контактирующего с грунтом |
| XA1 | Химическое и биологическое воздействие, бетон подвержен агрессивному воздействию химических веществ, которые обычно содержатся в земле или грунтовых водах | |
| XC3 | Коррозия, вызванная карбонизацией для бетона со стальной арматурой | Внутренняя часть ж/б ванны бассейна |
| XD2 | Коррозия, вызванная вследствие действия хлоридов (за исключением морской воды) |
При строительстве таких бассейнов необходимо выполнять гидроизоляцию как внутри, так и с наружи ванны соответствующими гидроизоляционными материалами, а для отвода воды осадков необходимо предусматривать дренажные системы под дном и по периметру стенок ванны.
Таблица 2. Рекомендованные предельные значения для состава и свойств бетона [3].
| Название класса | XC2 | XC3 | XA1 | XD2 |
| Максимальное В/Ц соотношение | 0,6 | 0,55 | 0,55 | 0,55 |
| Минимальный класс В бетона | 30 | 35 | 35 | 45 |
| Минимальное содержание цемента кг/м3 | 280 | 280 | 300 | 300 |
При консервации открытых бассейнов на зимний период из отечественного опыта известно, чтобы избежать раскола керамических плиток, дно и стенки бассейна покрывали асфальтом с устойчивой окраской. В настоящее время нет единой нормативной рекомендации для консервации открытых бассейнов в зимний период (принципы консервации для остальных типов бассейнов описаны в ГОСТ [4]), однако описано несколько методик, в том числе и у производителей облицовки и строительной химии. Встречаются в практике случаи опорожнения бассейна на зимнее время, но это возможно только при том условии, что горизонт грунтовых вод находится ниже основания бассейна и действие температурных факторов должно быть предусмотрено устройством деформационных швов. При оставлении бассейна наполненным на зиму водой, образовавшийся ледяной слой, расширяясь прямолинейно, примерно на 2%, будет разрушать водонепроницаемую облицовку стенок.
Закрытые бассейны обладают всеми теми же конструкционными особенностями, как и открытые, однако в силу круглогодичного обслуживания таких бассейнов, заказчики стараются не экономить на обслуживании и производят монтаж ванны в основном на колонны, за исключением, пожалуй, небольших частных бассейнов, монтирующийся, непосредственно на грунте.
3. Заливка железобетонной ванны бассейна
Сечение стенок и дна определяются расчетом в зависимости от конструкции и габаритов ванны. Статический расчет стенок и открытых ванн производится на давление земли или опоры при пустой ванне и на давление воды на свободно стоящую стенку. Средние части стенок рассматриваются как подпорные. Дно ванны рассчитывается как плита или балка на упругом основании, жестко закрепленная по краям. Сопряжение стенок и днища делается жестким. В местах сопряжения дна и стен, для герметизации холодного шва закладывается гидрофобный шнур, например Indrostop, производства МАПЕИ, гидроизоляция наружная выполняется согласно рекомендациям производителя (Рис 2). В местах резкого изменения профиля, в дне и стенках открытых (особенно, сезонных) ванн длиной более 30м устраиваются температурные и осадочные швы. В ваннах крытых бассейнов небольших размеров швы в железобетонной конструкции обычно не предусматриваются, а температурные деформации передают на дополнительную арматуру.
Статический расчет должен учитывать вес и напор воды, а также собственный вес конструкций ванны. Если дно не покоится на грунте, то обычно применяются балочные системы, или ребристые решения с решетчатыми расположением ребер. Материалом для железобетонных ванн служит плотный бетон марки (исходя из требований стандарта от М600) на соответствующих заполнителях с фракциями до 30 мм и цементах с наименьшей усадкой и модифицирующими добавками. Для предотвращения образования трещин шире 0,1 мм армирование несколько усиливают против расчетного (более 30 кг/м3 бетона). Стенки ванны армируют в двух, а дно в одной плоскости стержнями диаметром 4 – 10мм. Преднапряженное армирование позволяет избежать устройств деформационных швов. Во всех случаях рекомендуется преднапряженное перекрестное армирование верхней части стенок. Однако, данное состояние арматуры не выполнимо, при заливке в опалубку на объекте.
Рис. 2 Устройство части ванны бассейна в грунте с применением гидроизоляционных материалов производства МАПЕЙ [5].
При строительстве бассейна на стойках обеспечивается необходимое по проекту количество рядов, с учетом передачи нагрузки от бассейна на фундамент посредством мощных железобетонных балок. Как правило, расстояние между стойками уменьшается к глубокой части бассейна, таким образом свободная длина балок уменьшается соответственно увеличению глубины и нагрузки, чем достигается выгодное в конструктивном отношении равенство изгибающих моментов во всех пролетах продольных балок. При этом необходимо делать конструкции стоек таким образом, чтобы они не препятствовали упругим движениям бассейна, возникающем при его расширении от температурных колебаний. Возможность образования трещин на ванне бассейна исключается отделением его от пола купального помещения деформационным швом. Каждый ряд стоек имеет в продольном направлении общий фундамент в виде неразрезной балки, идущим под каждым рядом стоек. Армирование фундаментной полосы аналогично армированию нерезной балки под действием равномерно распределенной нагрузки от грунта, имеющей опоры в месте примыкания стоек к фундаментной полосе.
Вследствие того, что чаша бассейна достаточно массивна и объемна, а эксплуатация подразумевает большие растягивающие и сжимающие нагрузки, необходимо учитывать многие моменты «работы» такой конструкции во время эксплуатации. Особенно это актуально при устройстве открытых плавательных бассейнов в нашем суровом климате. Большого внимания требует вопрос об учете температурных факторов. Необходимо обезопасить конструкцию бассейна от появления в материале добавочных напряжений, вызываемых резкой переменной температуры, а также и от напряжений, вызываемых усадкой бетона. Недостаточный учет этих факторов может повести к появлению трещин и тем самым к потере водонепроницаемости конструкции.
Для снижения влияния температурных факторов и усадки бетона применяются следующие меры:
- введение дополнительной арматуры, для поглощения добавочных напряжений от температурных факторов и от усадки бетона;
- устройство деформационных швов. Вторая мера более рациональная, нежели первая, и она должна быть рекомендована для широкого применения в практике. При помощи деформационных швов, устроенного поперек бассейна, последний разбивается на несколько самостоятельных рабочих частей. Швы рекомендуется устраивать индивидуально, с учетом многих факторов. Есть практика строительства бассейнов, когда дно при помощи деформационных швов практически полностью отделяют от стенок, при этом достигается самостоятельность работы дна, независящая от стенок бассейна. Дно бассейна выполняется обычно толщиной 15 – 20 см. и может быть рассчитана, как плита на упругом основании. При расчете железобетонной конструкции бассейна, во избежание появления волосяных трещин, следует учитывать работу в растянутой зоне.
В условиях рыночной экономики практически не встречается массовых проектов бассейнов различного назначения, отошли в прошлое изделий из сборных конструкций. Однако, даже сейчас наблюдается частное строительство бассейнов, например из блоков ФБС, монтируемых по принципу фундамента в грунте.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Ясный Г.В. Спортивные бассейны. — М.: Стройиздат, 1988
2. Физкультурно – спортивные сооружения. Под общей редакцией Л.В. Аристовой – М.: Издательство «СпортАкадем-Пресс», 1999 – 536с.
3. ГОСТ 31384-2017 Защита бетонных и железобетонных конструкций от коррозии. Общие технические требования: М.:2017г., 49с.
4. ГОСТ Р 53491.2-2012 Бассейны. Подготовка воды. Часть 2. Требования безопасности: М.:2012г., 46с.
5. Технический альбом. Устройство плавательных бассейнов с железобетонной чащей. АО МАПЕИ: М.:2020г., 46с.