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.
Игорь Тихонов: «Без «цифры» сегодня остаться в числе лидеров невозможно»
Цифровые технологии проникают во все сферы строительного бизнеса. Без их внедрения и использования остаться сегодня на лидерских позициях и успешно конкурировать невозможно, сообщил «Строительному Еженедельнику» Игорь Тихонов, руководитель проектного отдела ООО «Пейкко» (российское подразделение финского холдинга Peikko).
– Цифровизация получает все большее развитие и даже стала темой одного из нацпроектов. Что в этой сфере делается в компании «Пейкко»?
– Сегодня в строительной отрасли активно применяются технологии информационного моделирования. BIM, роботизация и 3D-печать стали неотъемлемыми составляющими современного строительного производства. Компания «Пейкко» как один из лидеров в области производства изделий для сопряжения железобетонных конструкций использует самые передовые технологии в этом направлении. Без использования инноваций любая компания сегодня не только не сможет удержать лидерства, но и просто конкурировать на рынке ей будет затруднительно.
Напомню, в апреле 2018 года в Санкт-Петербурге группой компаний «Пейкко» был открыт новый современный завод. Для этого нами было приобретено промышленное здание площадью более 7,5 тыс. кв. м, а также закуплено высокопроизводительное европейское оборудование. Общий объем инвестиций в проект превысил 420 млн рублей. На предприятии запущено производство стальных закладных деталей, а также флагманского продукта – композитной балки DELTABEAM.
Для их расчета и проектирования в компании «Пейкко» был разработан собственный программный модуль Peikko Designer, легко интегрируемый с технологиями BIM и ERP, которые значительно упрощают взаимодействие между всеми участниками строительного процесса, позволяют ускорить проектирование и снизить вероятность ошибок.
– Вы считаете цифровизацию в строительной сфере процессом безальтернативным?
– Строительные конструкции становятся все более уникальными и, следовательно, требуют более тщательного подхода в проектировании, и, на наш взгляд, совершенно очевидно, что в самом ближайшем будущем двумерное проектирование уступит место пространственному моделированию. Современные решения позволяют организовать взаимодействие всех участников процесса за счет использования принципов 5D-проектирования. Наряду с техническими характеристиками здания, они позволяют учитывать такие важные факторы, как время и деньги, затраченные на его строительство.
В этой области компания «Пейкко» добилась ощутимых результатов, внедрив для ряда BIM-программ специальный модуль PRO DELTA, который позволяет заказчику в режиме реального времени отслеживать статус производства строительных конструкций, сроки поставки и стоимость. Это повышает удобство работы с нами для клиентов, а качественный сервис – это один из принципов нашей работы.
– Какие еще инновационные технологии используются в работе компании?
– Еще одним из новшеств, появившихся в области строительства за последнее время, является внедрение системы QR-кодов. С ее помощью можно получить доступ к полному объему технической документации в электронном виде, в том числе инструкциям по монтажу и сборочным чертежам, непосредственно находясь на строительной площадке, имея под рукой любой современный смартфон.
«Пейкко» является одним из пионеров, внедряющих данную технологию у себя на производстве. Появление принципиально новых идей для решения актуальных производственных задач способствует повышению качества строительных процессов и всегда будет оставаться одним из приоритетных для нас направлений во всех областях деятельности.
– Как ваши клиенты оценивают усилия «Пейкко» в этой сфере?
– Как я уже говорил, качественная продукция в сочетании с качественным сервисом – это, пожалуй, основные факторы, благодаря которым наши партнеры выбирают продукцию «Пейкко». Использование новейших цифровых технологий позволяет гарантировать и то и другое на современном уровне. Поэтому реакция постоянных клиентов (а их у нас более 250 – по всей России: от Калининграда до Владивостока, не говоря уже о заказчиках Финляндии, Швеции, Норвегии и других стран, с которыми мы работаем) на новации самая позитивная.
Плохая экономия
Экономия на качестве используемых стройматериалов, низкая квалификация работников и отраслевых специалистов негативно отражаются на общей культуре строительного производства.
По мнению экспертов, в настоящее время наблюдается снижение качества строительства. Связано это со множеством факторов. Главный из них – финансовый. Некоторые компании, отступая от технологий, экономят на качестве строительных материалов, заменяя их дешевыми, далеко не аналогами. Кроме того, считают специалисты, назрела необходимость коррекции самой нормативной базы и стандартов для отдельных видов строительных продуктов.
Стремление сэкономить, рассказывает генеральный директор «ПСК» Юрий Колотвин, закупить материалы по самой низкой цене, нанять самого дешевого подрядчика – имеет место на рынке и никуда, к сожалению, не исчезает. Кроме того, проблема рынка заключается в отсутствии системы вышестоящего контроля, которая делала бы в принципе невозможным производство стройматериалов с отклонениями от стандартов. Отсутствует и неизбежность наказания, даже экономических санкций, для таких производителей. И если в Петербурге откровенного брака почти нет, то в регионах есть случаи, когда бракоделов выявляют, но какие-либо последствия для них не наступают.
«Качество строительства – конечно, не только в материалах и рабочей силе на площадке. Оно должно быть и в проектировании. С последним в России большие проблемы ввиду острейшего дефицита кадров. В процессе возведения зданий возникает огромный объем совещаний по проектной и рабочей документации, исправлений обнаруженных несоответствий и прочего. Это отбирает время. Нельзя сказать, что проектировать вообще некому и все неграмотные. Есть очень высококлассные специалисты, в том числе молодые. Но их количество не идет ни в какое сравнение с тем, сколько их было двадцать, тридцать и более лет назад», – добавляет Юрий Колотвин.
По словам генерального директора СК «Прайм» Сергея Кортуса, многие строители сокращают время различных операций или упрощают их. Речь идет, например, об уплотнении дорожной одежды до нужных коэффициентов, об обогреве бетона и уменьшении времени набора его прочности и т. д. Все это связано с финансовыми издержками. Авансы от заказчиков сегодня редкость, не каждый подрядчик может позволить себе за свой счет выполнить весь цикл работ с применением качественных материалов. Кроме того, не у каждой строительной компании есть своя лаборатория. При этом сегодня на рынке много «серых» организаций, производящих продукцию и выдающих паспорта качества, не соответствующие действительности.
Генеральный директор УК SVN Павел Люлин отмечает, что в настоящее время на рынок строительных фасованных и штучных материалов массово начали поступать фальсифицированные продукты с марками известных брендов, но с существенно низшей стоимостью относительно оригинала. «В данном случае потребители не должны экономить на специалистах-консультантах в своем штате, которым необходимо поручать вести экспертную логистическую работу при закупках строительных материалов, определяя и отсеивая поддельные товары. Привлечение к строительному производству необученных сотрудников, не имеющих профильного строительного образования и квалификации, чаще всего гастарбайтеров из ближнего зарубежья, также влияет на качество строительных работ и общую культуру строительного производства», – добавляет он.
Руководитель отдела маркетинга подразделения строительной химии Master Builders Solutions концерна BASF Марица Закржевская считает, что есть проблема с нормативно-законодательной базой. «Наше подразделение строительной химии работает в узкоспециализированных сегментах, где качество является приоритетным фактором выбора материалов и технологий. Во многих из них до сих пор нет современных государственных стандартов, очень часто к данным продуктам предъявляются те же требования, что и к общестроительным смесям», – резюмирует специалист.
Мнение
Станислав Данелян, генеральный директор Euroinvest Development:
– Я не согласен с мнением некоторых специалистов об ухудшении качества строительства и строительных материалов. Все наоборот. Конкуренция между застройщиками растет, прогресс движется вперед, и мы замечаем, что на материалы, которые мы закупаем, дается более продолжительный гарантийный срок, нежели раньше. Что касается качества отделки квартир, требования к ней все выше и выше из года в год. Взять хотя бы стеклопакеты – у большинства застройщиков они стали более качественными и износостойкими. Кроме того, появляются новые альтернативные технологии строительства, внедрение которых позволяет застройщикам бороться за клиента и делать свои новые проекты лучше предыдущих. На самом деле каждый застройщик сам внутренне устанавливает себе планку качества, ниже которой не готов опуститься, предлагая покупателям готовый продукт.