Струйная цементация грунтов. Современные геотехнологии в решении сложных задач освоения подземного пространства
По оценке экспертов, в инженерно-геологическом отношении территория Петербурга весьма непростая и потребность в закреплении грунтов при новом строительстве и реконструкции зданий достаточно высока. Многое, конечно, зависит от особенностей конкретной площадки и поставленных текущих задач, но специалисты рекомендуют при работе с грунтами и фундаментами обращаться к технологии струйной цементации (jet grouting). В частности, она уже была задействована на таких городских объектах, как Западный скоростной диаметр, (ЗСД), станция метро «Адмиралтейская», новое здание Мариинского театра и т.д.
Впрочем, струйная цементация грунтов сейчас при реализации сложных проектов активно используется не только в Петербурге, но и в Москве и в других городах. Кроме того, технологию начинают применять и в массовом строительстве, так как она, в ряде случаев, более целесообразна, чем создание свайного фундамента из забивных или буронабивных свай.
Выбирая эффективность
Сущность технологии jet grouting, рассказывает Дмитрий Малинин, технический директор ООО «СК «ИнжПроектСтрой» (входит в группу компаний Malinin group), заключается в использовании энергии высоконапорной струи цементного раствора для разрушения и одновременного перемешивания раствора с грунтом. Струйная цементация позволяет укреплять практически весь диапазон грунтов: от гравийных отложений до мелкодисперсных глин и илов, практический во всех климатических условиях. При этом достигается высокая скорость сооружения грунтоцементных свай; сохраняется возможность работы в стесненных условиях; отсутствует динамическое воздействие на фундаменты близко расположенных зданий.
«Для закрепления грунтов на большой площади и при отсутствии окружающей застройки эффективнее применять двухкомпонентную технологию Jet2 (цементная смесь + воздух), это снизит стоимость работ и ускорит сроки их выполнения. Однако, в случаях, когда деформация оснований существующих конструкций недопустима, следует использовать технологию Jet1 (цементная смесь), т.к. однокомпонентная технология не приводит к значительному подъему поверхности окружающего грунта»,- подчеркнул он.
По словам руководителя проектов АО «Нью граунд» Светланы Рубцовой, струйная цементации грунта позволяет значительно упростить процесс строительства на нестабильных, обводненных и нарушенных породах и может использоваться практически в любых грунтах, от мелкодисперсных до глинистых. «Данная технология позволяет, - добавляет эксперт, - открыть новые перспективы в строительстве на участках со сложными геологическими условиями, решая ряд серьезных проблем, связанных с безопасностью существующего или будущего сооружения. Струйная цементация грунта используется для улучшения прочностных, противофильтрационных и деформационных характеристик в пределах пятна застройки новых зданий, используется при создании противофильтрационных завес, при укреплении откосов и склонов, при строительстве дорог и при реконструкции зданий. При этом работы могут выполняться в стесненных условиях плотной городской застройки».
Без технологии струйной цементации невозможно осваивать подземное пространство исторического мегаполиса, считает генеральный директор института «Геореконструкция» Алексей Шашкин. «Именно поэтому мы приняли активное участие в создании норм, посвященных этой тематике (СП 291.1325800.2017). Уникальность технологии заключается в том, что она позволяет сформировать конструкцию в грунте до откопки. Эта конструкция по своим механическим свойствам на два порядка лучше грунта, но на порядок хуже бетона. Поэтому при проектировании следует руководствоваться простыми правилами: бетон не работает на растяжение и изгиб – закрепленный грунт тем более. Там, где не сработает бетон, бесполезен и грунтоцемент», - уверен он.
Важный фактор
Качество проведения струйной цементации во многом зависит от используемого оборудования. Одно из преимуществ технологии – возможность выполнения работ малогабаритными буровыми машинами, в том числе в условиях ограниченного пространства.
«Jet grouting относится к специальным работам, когда невозможно применение традиционных технологий или при выполнении аварийных и контраварийных работ в строительстве. В последние годы новых компаний в данной отрасли практически не встречается, как правило, это уже опытные игроки, освоившие технологию еще в начале 2000-х годов. Выбор одно- или двух компонентной технологии струйной цементации определяется проектировщиком исходя из физико-механических свойств грунта и типа сооружения (противофильтрационная завеса, укрепление основания и т.д.) Трехкомпонентная система в России не встречается. При выборе данного оборудования одним из основных критериев является длина мачты, т.к. при формировании грунтоцементой сваи желателен непрерывный подъем бурового става», - отмечает специалист по буровым установкам XCMG ООО «СюйГун Ру» Игорь Мурашов.
В прошлом году, добавляет представитель компании-производителя спецоборудования, XCMG выпустила модель буровой XMZ120A для выполнения работ по струйной цементации с глубиной бурения в один проход 15,4 м. А в этом году модельный ряд пополнился компактной буровой установкой XMZ90. Габаритные размеры этой машины позволяют работать внутри тоннелей и зданий. А опорно-поворотное устройство мачты позволяет позиционировать машину в любых труднодоступных местах.
Пермская школа
Эксперты подчеркивают, что кроме высокотехнологичного оборудования, конечно же, важен опыт и знания специалистов, которые будут проводить работы по укреплению грунтов и фундаментов по данной технологии. В настоящее время на рынке представлены ряд крупных компаний из Перми, которые реализовывают проекты по всей стране. К таковым, в том числе, относятся «ИнжПроектСтрой» и «Нью граунд».
По словам Алексея Шашкина, при реализации проектов «Геореконструкция» привлекала профессионалов, которым не надо рассказывать, какими должны быть кадровое обеспечение, парк спецтехники и как с нею работать. Таких подрядчиков удалось найти далеко за границами Петербурга – в Перми, где существует сильная геотехническая школа. Сегодня они «прописались» и на петербургских, и на московских объектах.
«По нашим проектам с их помощью созданы, например, подземные объемы под зданием бывшей кузни и корпусом 12 ансамбля «Новая Голландия» в Петербурге, под павильоном «Поволжье» ВДНХ в Москве. Под защитой распорного диска, образованного с помощью jet grouting ниже дна котлована по разработанному нами методу «жесткого контура», выполнены подземные сооружения в непосредственном примыкании к историческим зданиям, в том числе, на Загородном проспекте и Воскресенской набережной. При этом – что уникально для нашего города – осадки соседних зданий остались в рамках допустимых нормами значений», - подчеркнул глава института «Геореконструкция».
Подрядчик, выполняющий работы в области подземного строительства, должен обеспечивать комплексный подход к решению геотехнической задачи, считает Дмитрий Малинин. Он отметил, что в группе компаний Malinin group успешно реализован данный принцип. Мы обладаем необходимым опытом и знаниями для выполнения проектных работ, практического применения технологии струйной цементации, производства бурового оборудования и инструмента. Особенно интересен опыт компании совмещения технологий jet grouting c технологией deep-soil-n-mixing (DSM) и технологией устройства анкеров Атлант. А результате совмещения с последней получена новая технология АtlantJET для устройства грунтовых анкеров и свай повышенной несущей способности.
«Наша компания выполняла работы на таких значимых объектах как подземный межтерминальный переход в аэропорту Шереметьево, центр строительства крупнотоннажных морских сооружений в г. Мурманск, трасса гонок «Формула 1» и горная дорога к олимпийским объектам в Сочи, метрополитены в Москве, Екатеринбурге, Казани и Челябинске, усиление оснований под ёмкостями для хранения нефтепродуктов в Тель-Авиве (Израиль) и т.д», - сообщил Дмитрий Малинин.
Светлана Рубцова также рассказала о некоторых достижениях компании «Нью Граун». Она отметила, что с помощью метода струйной цементации за годы своего существования организация реализовала более 2 тыс. объектов, от реконструкции зданий культурного наследия до усиления причалов и плотин гидротехнических сооружений и создания новых территорий в акватории реки.
«Одним из последних крупных объектов, реализованных в 2020 году, стала подземная часть комплекса ТРК «Эспланада» в городе Перми. В самом центре города было организовано подземное пространство размерами и глубиной с пятиэтажный жилой дом. Вокруг него находятся высотные здания, дороги и трамвайные пути, инженерные сети целого района. Перед специалистами компании стояла задача придумать и воплотить такую конструкцию, которая бы позволила сохранить все это без изменений. Было получено и проанализировано большое количество геологических данных площадки; выполнено компьютерное моделирование всех этапов строительства и эксплуатации здания, для строительства использованы специальные технологии: «стена в грунте» и струйная цементация грунта, постоянно велся мониторинг технического состояния окружающей застройки, контроль работ выполнялся независимой специализированной организацией. В конечном итоге сложная инженерная задача была решена пермскими специалистами в короткие сроки и с высоким качеством», - подчеркнула Светлана Рубцова.
Принцип бутерброда. Особенности производства и использования сэндвич-панелей
В России с начала 2000-х годов в строительстве активно применяются сэндвич-панели. Как правило, они используются при возведении быстровозводимых зданий и сооружений в качестве стеновых или кровельных профилей. Также данные конструкции могут быть задействованы в качестве одного из основных элементов шумозащитных дорожных экранов.
Классические сэндвич-панели (СП) имеют трёхслойную структуру, состоящую их двух листов жёсткого материала, между которым находится утеплитель. Тем самым, такие конструкции похожи на закрытый бутерброд (sandwich) от которого и получили свое название. По оценке участников рынка, около 70% всего выпуска СП у любого производителя приходится на стеновые панели. Ими облицовывают здания промышленного, производственного, коммерческого назначения. Также данные материалы применяются в частном малоэтажном домостроении. Они легко монтируются и не дают серьезной нагрузки на фундамент.
По словам генерального директора компании «РосСельПром» Алексея Побегуса, сами по себе сэндвич-панели являются конструкциями с высокими пороговыми свойствами качества. «Они не требуют дополнительной отделки, обеспечивают необходимый уровень термического режима эксплуатации зданий и сооружений, предусмотренных проектом. Основным критерием выбора СП, в первую очередь, является соответствие их прочностных, теплофизических, геометрических характеристик конкретному проектному решению, а также технологии производства требованиям ГОСТов и ТУ», - добавляет он.
Генеральный директор «Завод Строительных Конструкций «Стройэлемент» Виталий Скуматов также отмечает, что производство СП должно строго соответствовать действующим нормативным стандартам. «Только такое решение может гарантировать высокое качество продукции. Конечно же, - добавляет эксперт,- важны и технологические характеристики материалов. Различные виды применяемых полимерных покрытий и утеплителя, широкая цветовая палитра, высокотехнологичное оборудование для производства различных типов профилирования, позволяет нам производить сэндвич-панели под определенного клиента, с учетом всех требований по эксплуатации, предъявляемых к объекту строительства».
Среда эксплуатации
В качестве облицовочного материала СП используется холоднокатный рулонный стальной прокат с горячеоцинкованным покрытием. Как рассказывает руководитель департамента маркетинга и рекламы ГК «Мосстрой-31» Михаил Волконский, толщина стальной основы для облицовки может быть 0.45 / 0.5 / 0.6 / 0.7мм, с небольшим плюсовым допуском. Сама структура облицовки состоит из защитной плёнки, полимерного покрытия от 25 до 800 микрон, грунтовочного слоя от 5 до 10 микрон, пассивированного (защитного) слоя, цинкового слоя от 10 до 25 микрон и, собственно, самого стального листа. Все эти показатели могут колебаться в указанных диапазонах, в зависимости от ассортимента полимерных покрытий.
Коммерческий директор ООО «Крафтспан» (завод «Крафтспан») Алексей Самойлов отмечает, что чем больше толщина панелей, тем выше сопротивление теплопередаче и звукоизоляция воздушного шума, тем прочнее изделия. «Соответственно, чем лучше параметры при производстве изделия, чем выше его качество и сложнее производственная технология, тем выше стоимость готового изделия. При составлении технического задания наши клиенты учитывают два ключевых фактора: ветровую и климатическую нагрузки в регионе постройки объекта»,- подчеркивает эксперт.
Кроме того, продолжает тему коммерческий директор ООО «ПТК «Техностиль» (входит в ГК «Техностиль») Светлана Галынская, важен и выбор покрытия стали для производства СП. Он также должен определяться средой эксплуатации и эстетикой объекта. Если необходимо, чтобы объект как можно дольше сохранял яркость красок, то необходимо использовать сталь с покрытием PVDF. Для агрессивных сред рекомендована к использованию нержавеющая сталь.
Выбор за «начинкой»
В качестве утеплителя (сердечника) сэндвич-панелей используется минеральная вата, пенополистирол, пенополиизоцианурат или пенополиуретан. Они имеют схожие показатели по теплопроводности, другим характеристикам, но и отличия также есть. В том числе, по пожарным требованиям и водопоглощению. В частности, на всех объектах, связанных с пребыванием внутри человека, может быть использован только один утеплитель – это минеральная вата. Она имеет негорючий класс пожарной опасности строительных материалов.
По словам ведущего инженера-проектировщика компании ROCKWOOL Андрея Петрова, из минеральной теплоизоляции наиболее широко применяют плиты из каменной ваты. Благодаря волокнистой хаотичной структуре, она является эффективным теплоизоляционным материалом, который сохраняет тепло зимой и прохладу летом. «Конечно же, основным преимуществом является высокая пожарная безопасность, ввиду применения в качестве сердечника теплоизоляции с группой горючести НГ (негорючие), ведь температура плавления каменного волокна свыше 1000°С. Таким образом, материал станет надежной преградой для распространения огня в случае возникновения возгорания. Важно, что при воздействии высоких температур каменная вата не выделяет токсичных веществ, не дымит и не плавится», - поясняет специалист.
«В России, при производстве сэндвич-панелей, изготовители могут руководствоваться ГОСТ 32603-2012 «Панели металлические трехслойные с утеплителем из минеральной ваты. Технические условия», выпущенным в 2012 году. К сожалению, данный стандарт не учитывает актуальные реалии, в которых существует большинство отечественных производителей сэндвич панелей, а также имеет много анахронизмов. Таких, например, как ограничение минимальной плотности минеральной ваты. Данный подход использовался в советское время для разделения ваты по областям применения и в настоящее время не актуален. Поэтому многие производители при изготовлении панелей руководствуются собственными Техническими Условиями, обеспечивая необходимый уровень качества панелей»,- сообщил специалист», - рассказывает руководитель по техническому развитию PAROC в России Виталий Борисов.
Коммерческий директор ГК «ИЗОБУД» Александр Кулешов также выделяет пожарную безопасность минеральной ваты, однако, добавляет он, по остальным данный материал уступает утеплителю из пенополиизоцианурата (ПИР). Он имеет лучшие теплоизоляционные свойства (100 мм ПИР = 180мм МВ). Кроме того, в отличие от минеральной ваты, монтажные работы ПИР-панелей могут проводиться при любых погодных условиях. Срок их службы минимум 30 лет (минеральная вата – 10), значительная экономия на дополнительных монтажных элементах. «Если говорить об использовании ПУР-панелей (из пенополиуретана), то мы категорически не рекомендуем данный материал – группа горючести его Г4. Здания, построенные из таких панелей, горят очень быстро и крайне пожароопасны»,- полагает он.
В настоящее время при строительстве промышленных и производственных объектов многие компании отдают предпочтение сэндвич-панелям ПВХ с сердечниками на основе экструзионного пенополистирола (ЭПС), отмечает коммерческий директор АО «Изополимер» Сергей Денисенко. Данный материал обладает качественными теплоизоляционными свойствами и другими положительными характеристиками. «Так, по отзывам наших потребителей, в частности производителя сэндвич-панелей ООО «СП-Логистик», наш утеплитель XPS «Хитфом» обладает высоким уровнем механической прочности, однородности, плотности, что позволяет осуществлять резку нагретой струной. Также материал имеет улучшенные свойства звукоизоляции, минимальное водопоглощение и, в целом, очень долговечен. Экструзионный пенополистирол «Хитфом» очень хорошо зарекомендовал себя при изготовлении панелей для морозильных камер, а также при отделке и утеплении помещений. Доля компаний производителей сэндвич-панелей среди наших клиентов не является ключевой, однако у нас разработаны отдельные механизмы взаимодействий с данными компаниями, касающиеся качества (в том числе повышенной плотности) и специальных скидок»,- сообщил Сергей Денисенко.
Новые возможности
По словам Светланы Галынской, в технологии производства сэндвич-панелей существенных изменений не ожидается. «Развитие идет в большей степени в направлении изменений характеристик покрытий и утеплителей. Компания «Техностиль» расширила свой ассортиментный ряд за счет угловых и панелей для утепления зданий. Панелей с нестандартными параметрами, габаритными характеристиками, нетиповыми цветовыми решениями и т.д. Расширяем разнообразие видов профилирования. Поиск новый возможностей для использования своей продукции ведется постоянно», - отмечает она.
Директор по техническому развитию ООО «Венталл» Александр Беляев рассказал, что совсем недавно компания вывела на российский строительный рынок новый продукт – строительные стеновые сэндвич панели с сердечником на основе кварцевого волокна под маркой «Венталл Грин». «Особенность таких панелей в том, что в них в качестве среднего слоя утеплителя применяется минеральная вата на основе кварцевых волокон, т.е. утеплитель изготавливается из природного кварцевого песка и стекла повторного использования. Не секрет, - добавил он, - что в настоящее время во всем мире развиваются тенденции на снижение негативного влияния на окружающую среду от жизнедеятельности людей, а так же на создание комфортного для человека микроклимата в здании. В России мы только начинаем задумываться об этом».
ГК «Мосстрой-31» планирует начать производство двухслойных сэндвич-панелей, сообщил Михаил Волконский. «Такие панели будут отличаться отсутствием второй облицовки из металла. Они уже сейчас применяются при проведении капитального ремонта многоквартирных домов. То есть на фасад жилого дома при помощи клея и механических креплений монтируется двухслойная сэндвич-панель утеплителем к наружной стене. Все соединения между панелями обрабатываются специальным герметиком, исключающим попадания влаги внутрь панели. Наружная облицовка металла может иметь практически любое профилирование и окрашиваться не только в различные цвета, но и имитировать натуральные камень или кирпич. Таким образом, жилой дом получается утеплённым и имеет красивый внешний фасад»,- подытожил планы на ближайшее будущее представитель рынка.
Высокий уровень надежности. Применение гидрошпонок в строительстве
Сегмент производства гидроизоляционных материалов достаточно разнообразен. Сфера их применения также очень широкая. Для гидроизоляции деформационных и рабочих швов различных конструкций часто применяется гидрошпонка. Данный материал востребован в строительстве, но специалисты считают, что весь его потенциал еще не раскрыт.
Гидрошпонка — это профилированное длинномерное изделие (лента), изготовленное способом экструдирования на специализированном оборудовании. Также ее называют гидропрокладкой. Первые прототипы гидрошпонки появились еще в середине прошлого века. Но технология ее производства постоянно совершенствовалась. В настоящее время выпускается множество видов гидрошпонок, область их применения постоянно расширяется.
Качественная защита
Применение гидрошпонок в строительстве носит довольно распространенный характер, отмечает технический руководитель отдела «Инженерная гидроизоляция» СБЕ «Полимерные мембраны и PIR» Корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Алексей Цыбенко. По технологии, в большинстве случаев в конструкциях монолитных фундаментов из железобетона, необходимо предусматривать деформационные швы для компенсации возможных деформаций сооружения. Поэтому эксплуатация таких фундаментов нуждается в надежной герметизации швов от воздействия грунтовой воды, т.к. ее попадание внутрь подземных помещений делает их непригодными для эксплуатации. Типичными объектами для применения гидрошпонок являются заглубленные фундаменты из монолитного железобетона, а также разнообразные сооружения транспортного и гидротехнического назначения - такие как тоннели, подпорные стены и плотины.
«Основное преимущество применения гидрошпонок для швов в бетонных конструкциях – это высокий уровень надежности такой герметизации, особенно в сравнении с устаревшими методами. Изделия обладают уникальными характеристиками для данной области применения, они очень прочные, эластичные, химически стойкие и прекрасно замоноличиваются в бетон с образованием прочного соединения», - подчеркивает Алексей Цыбенко.
Генеральный директор компании «ВЕМАТ» Николай Чугунов добавляет, что гидрошпонка идеально подходит и для гидроизоляции рабочих (холодных) швов. В большинстве случаев, в соответствии с технологией производства работ при возведении монолитных заглубленных частей зданий большой протяжённости в процессе заливки бетона делают перерывы в бетонировании. В результате этого в конструкции появляются технологические рабочие швы бетонирования, которые являются плоскостью стыка между затвердевшим и свежеуложенным бетоном. Они потенциально становятся слабым местом для проникновения грунтовых вод под воздействием гидростатического давления в тело строительной конструкции. В последнее время для обеспечения гидроизоляции швов в строительстве широкое применение получили именно гидрошпонки.
Исходя из поставленных задач
Значительная часть гидрошпонок производится из поливинилхлорида (ПВХ). Гидроизоляционные изделия из него наиболее универсальны по области применения. Прекрасно выдерживают перепады температур, устойчивы к химической агрессии. Также гидрошпошки делают из полиэтилена и других материалов. Все данные виды изделий имеют свои характеристики и область применения.
В частности, рассказывает генеральный директор ООО «Спецпроект Инжиниринг» Джанбулат Гасанов, на рынке также присутствуют металлические гидрошпонки, металлические совместно с ПВХ, металлические обработанные битумной мастикой. Исходя из поставленных задач, можно сориентироваться, на какой вид изделия сделать упор. «Металлические гидрошпонки проще всего устанавливать. При этом, короткие, длиной до 2 метров использовать не стоит, так как будет много соединений, а значит и возрастет риск протечки. Чем длиннее гидрошпонка, тем лучше», - поясняет он.
В целом, добавляет Джанбулат Гасанов, сейчас на рынке появляются ранее не предусматриваемые вторичные или дополнительные устройства гидрошпонок. В том числе, такие как системы инъекционных шлангов, а также другие виды гидроизоляционных материалов данного сегмента.
По словам Алексея Цыбенко, совсем недавно в производственном ассортименте компании «Технониколь» появилась специальная гидрошпонка для герметизации холодных швов бетонирования. Шпонка разработана именно для установки в холодных швах «пол-стена», оснащена специальным полимерным профилем, который набухает при контакте с водой и дополнительно герметизирует холодный шов. Геометрические размеры такой шпонки позволяют без труда разместить ее на верхнем ряду арматуры фундаментной плиты. «Также одним из последних наших продуктов для герметизации рабочих швов в монолитных конструкциях является набухающий полимерный профиль. Его применяют при новом строительстве: фундаментов, подземных парковок, тоннелей, коллекторов, дамб и пр. Набухающий полимерный профиль обеспечивает герметизацию швов путем их уплотнения за счет увеличения собственного объёма (набухания) при контакте с водой»,- отмечает специалист.
Ставка на экономию
Эксперты подчеркивают, что применение гидрошпонок экономически выгодно. Как гидроизоляционный материал они достаточно недорогие. Значительная доля исходного сырья российского производства, а значит, на производстве изделия почти не отражается рост курса иностранных валют. Использование гидрошпонок в строительстве позволяет продлить сроки эксплуатации объектов и сооружений, тем самым минимизировав расходы на ремонт.
«Гидрошпонка - это действительно отличная возможность для заказчиков проектов, как для государственных, так и частных экономить значительные денежные средства. Правда, расстояние между ними и производителями данных гидроизоляционных материалов большое. Очень сложно донести идею, что надо именно сейчас потратить достаточное количество средств и именно в таком размере для того, чтобы потом не потратить в несколько раз больше, но уже на ремонт. Не будем лукавить, расширяя взаимодействие с проектом по части гидрошпонок, мы сами в этом заинтересованы в финансовом плане. Заказчик в таком случае тратит больше денег на нас, но не так много, и при этом сокращает расходы на продукцию смежных производителей других систем гидроизоляции, а также лишает заработка подрядных ремонтных организаций»,- подчеркивает Николай Чугунов.
По мнению Джанбулата Гасанова, возобновление замороженных строительств больших гидротехнических сооружений и других аналогичных сложных объектов значительно повысило бы спрос на гидрошпонку. «В 90-х годах прошлого века очень многие из них были законсервированы, если бы начали возобновлять строительство в данной сфере, существенно выросла бы и потребность в наших изделиях. Кроме того, - полагает он, - хорошо было бы, если бы в госзакупках и гостендерах изменили условия и сроки оплаты с трёх месяцев отсрочки на момент поставки продукта и материала. Данное решение органов власти положительно отразилось бы на нашем рынке».