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.
На особом контроле
Строительство и реконструкция уникальных зданий и сооружений требуют особого технического контроля за производимыми работами. Современные технологии и оборудование помогают специалистам вести эффективный мониторинг на объектах.
Российские строители все активнее возводят технически сложные объекты. Многие из них имеют нестандартную конструкцию, фундаментную и фасадную часть, повышенную высотность и т. д. Строительство таких объектов должно проходить под особым контролем независимых экспертов. Дальнейшая эксплуатация этих зданий также требует постоянного мониторинга их состояния. Особый технический контроль необходим и при реставрации исторических зданий. По словам экспертов, методы мониторинга исторических и сложных современных объектов очень схожи между собой.
Учесть все факторы
По словам генерального директора компании «КБК Проект» Василия Костина, строительство, реконструкция и эксплуатация уникальных объектов требуют повышенного внимания к методам диагностики их состояния. В частности, в работе экспертам необходимо использовать возможности быстрой оценки на соответствие определенным нормам конструкции здания. При этом она должна быть проста в использовании на любом этапе строительства и (или) эксплуатации объекта и сочетаема с основными программными продуктами мониторинга.
«В диагностике таких объектов важно учесть множество факторов. Например, запас прочности, статические и динамические параметры, особенности материалов и грунтового основания, характер внешних воздействия на конструкции и т. п. И если в процессе строительства работа экспертов – это регулярный анализ на соответствие проектной документации, то в процессе эксплуатации – уже постоянный технический анализ состояния конструкций объекта, с постоянным режимом наблюдения. Системы для такого мониторинга разрабатываются на стадии проектирования и устанавливаются во время строительства. Как правило, это комплексные автоматические стационарные системы, создаваемые индивидуально для каждого здания. Они следят за своевременным выявлением деформации конструкций и рядом других параметров», – поясняет Василий Костин.
Генеральный директор компании «Энигма-С» Виталий Соколов рассказывает, что большинство методик мониторинга уникальных объектов в основе идентичны между собой, но имеют и различия. В особенности это касается исторических зданий. Это связано с конструктивными особенностями таких объектов. «В частности, в Петербурге, да и в других городах страны, в послевоенные годы велись активные, но иногда технологически разные работы по восстановлению и строительству зданий. В связи с этим фундаменты, стены, перекрытия, колонны и другие несущие конструкции могут отличаться и, соответственно, иметь различную структуру, вес и несущую способность. Именно для определения этих параметров мониторинг рекомендуется проводить совместно с комплексным техническим обследованием, которое даст полную картину о состоянии конструкций здания и уже на первичном этапе позволит найти «слабые места», на которые стоит обратить более пристальное внимание», – подчеркивает он.
Технологии, стандарты, профессионализм
Вести эффективный мониторинг строительства, реконструкции и реставрации уникальных сооружений сейчас помогают новейшие технологии и оборудование. Также специалисты задействуют их в наблюдениях и при эксплуатации объектов.
Виталий Соколов отмечает, что современные технологии позволяют вести цикличные инструментальные наблюдения в режиме автоматизированного мониторинга с использованием роботизированных тахеометров, инклинометров, датчиков раскрытия трещин и другой регистрирующей аппаратуры, с возможностью пост-обработки и передачи данных в реальном времени. Также мониторинг может быть полуавтоматизированным. При этом регистрирующая аппаратура в местах наблюдений работает в автоматическом режиме, с комбинацией инструментальных наблюдений.
По мнению Василия Костина, из новых технологий можно выделить ультразвуковое сканирование, которое помогает анализировать геометрию конструкций, прочность материалов и несущую способность фундаментов. Также важны разнообразные датчики для измерения напряжений конструкций, системы термометрии, предназначенные для непрерывного измерения температуры объектов на базе волоконно-оптических датчиков. Современные технологии, добавляет он, позволяют существенно снизить стоимость мониторинга – при повышении качества и достоверности получаемой информации.
Специалисты также отмечают, что за последние годы начали совершенствоваться и нормативные отраслевые стандарты. На них теперь можно ориентироваться, применяя новое оборудование.
Генеральный директор компании «ГЛЭСК» Сергей Салтыков напоминает, что сам термин «геотехнический мониторинг» начал обретать четкое наполнение не только в сознании потребителей услуги, но и у исполнителей работ лишь с выходом СП 305.1325800.2017. Новая нормативно-техническая документация РФ детализировала объемы и состав работ, необходимых к выполнению при мониторинге. По его словам, совсем скоро качественный проект геотехнического мониторинга (а не копия общих рекомендаций из геотехнического обоснования) станет нормой на каждой строительной площадке, ведь его значимость не меньше проекта организации строительства или проекта производства работ.
«Могу добавить, что главным при мониторинге является пытливый ум специалиста, знающего, что он измеряет, и не болеющего звездной болезнью, мешающей второй и третий раз свои же измерения перепроверить. Лишь таким экспертам я доверяю сверхточные цифровые нивелиры, тахеометры, инклинометры, тензодатчики, пьезометры и многое другое. Кроме того, наблюдения, осуществляемые при геотехническом мониторинге, являются комплексными и в обязательном порядке требуют привлечения специалистов различных направлений. Так, в «ГЛЭСК» каждый геотехнический мониторинг осуществляется в тесной связке штатного геотехника, геолога, геодезиста, инженера по обследованию зданий и сотрудника нашей измерительной лаборатории», – резюмирует Сергей Салтыков.
Мнение
Сергей Салтыков, генеральный директор компании «ГЛЭСК»:
– Геологические условия зачастую непредсказуемы – и всегда есть шанс столкнуться с пластом, течением или пустотами, ускользнувшими из взора изыскателей. Сверхточные современные измерительные комплексы, используемые в соответствии с требованиями проекта геотехнического мониторинга, позволяют на начальном этапе выявить и предотвратить ошибку, грозящую стать фатальной, а следовательно, сберечь средства и репутацию застройщика.
Оставаться верными себе
Несмотря на перемены, происходящие в отрасли, большинство девелоперов намерено сохранить ранее выбранную технологию жилищного домостроения, но готово ее дорабатывать и обновлять.
По оценке экспертов, примерно треть новых жилых домов в России возводится по кирпично-монолитной технологии, такую же долю рынка занимает кирпич. Приблизительно 12–14% жилых объектов строятся из панелей и блоков. Специалисты считают, что происходящие в отрасли перемены, связанные с переходом девелоперов на проектное финансирование, кардинальным образом не поменяют текущее соотношение видов домостроения. Значительная часть застройщиков продолжит возводить жилые объекты по традиционной для них технологии – возможно, несколько обновленной.
Выбор за застройщиком
В Петербурге соотношение видов жилищного домостроения схоже с общероссийским. Застройщики в качестве конструктива объектов используют кирпич-монолит, монолит, сборный железобетон-монолит, кирпич и сборный железобетон.
По словам директора по строительству компании «Строительный трест» Андрея Панькова, любой застройщик, как правило, отдает наибольшее предпочтение определенному строительному материалу. «При возведении жилья мы традиционно применяем кирпичную технологию. Толщина внешних кирпичных стен в наших объектах достигает 1 м, а фасады из кирпича с декоративными элементами зачастую выигрывают на фоне окружающей застройки. Как пример – жилой комплекс «Новое Купчино», который выделяется на фоне превалирующей типовой панельной застройки Малой Бухарестской улицы и Дунайского проспекта. Или объект «Капитал», который уже стал архитектурной доминантой современного Кудрово. В ближайшие годы «Строительный трест» планирует продолжать строительство жилых объектов из кирпича, поскольку этот натуральный экологичный материал соответствует ценностям нашей компании и будет актуальным во все времена», – подчеркнул он.
Как сообщили в пресс-службе «Группы ЛСР», свои жилые объекты компания возводит из монолита и кирпича, а также сборных железобетонных изделий по бесшовной технологии. Монолитно-кирпичная технология удобна тем, что позволяет реализовать практически любой архитектурный проект. А дома из железобетонных конструкций дают возможность строить быстро. Себестоимость строительства дома из кирпича выше, чем аналогичных объектов из сборного железобетона или построенных по монолитно-кирпичной технологии. Впрочем, после модернизации домостроительного комбината, выпускающего железобетонные изделия, возможности реализовывать интересные проекты из этого материала возросли. Современные дома сборного типа выглядят по-другому и серьезно отличаются от тех, что строили 40–50 лет назад.
Новые перспективы
Панель и монолит, отмечают специалисты ГК «БФА-Девелопмент», – любимая тема для сравнения в дискуссиях последних десяти лет. Обычно учитываются три аспекта: исторически сложившиеся представления потребителя о качестве обеих технологий, их техническое развитие и возможности отечественных компаний по их применению. Каждая из этих технологий позволяет реализовывать задачи в различных технических форматах. При этом стоимость панельных домов, по сравнению с монолитными, ниже на 10–15%, но вряд ли монолит выигрывает этот спор по качеству, считают эксперты.
Что касается себестоимости строительства, то все, что делается на промышленном производстве, позволяет максимально упростить технологические процессы и автоматизировать их, поясняют в ГК «БФА-Девелопмент». Как следствие, монолитный дом всегда будет дороже объекта, построенного с применением промышленных технологий. Потребительские характеристики, такие как звуко- и теплоизоляционные свойства, по сравнению с монолитным строением могут быть существенно выше. Дело в том, что монолит – самая простая технология. Она не требует высокой квалификации при монтаже, не подразумевает наличие производства. Именно поэтому она и была взята на вооружение на заре постперестроечного строительного бума. Со временем начали проявляться и осознаваться крупные недостатки монолитной технологии. А именно отсутствие должного контроля качества монтажа (да и сырья), сезонность работ, низкая квалификация рабочих и, как следствие, зачастую неудовлетворительное качество конечного продукта. В свою очередь, панельная технология в состоянии выйти за пределы эконом-класса, особенно в сочетании с уже широко применяемыми комбинированными технологиями: каркасно-монолитной, каркасно-кирпичной, монолитно-панельной. Многое зависит только от готовности наших производителей.
Несколько месяцев назад Председатель Правительства РФ Дмитрий Медведев заявил о необходимости типизации объектов строительства. Речь не о том, что все дома будут «под одну гребенку» как при Хрущёве, считает генеральный директор СК «ЛенРусСтрой» Леонид Кваснюк. Это означает необходимость повышения скорости строительства за счет унификации производственных процессов. Быстрее всего можно строить жилье, имея домостроительные комбинаты.
«У нас тоже есть ДСК. Сейчас мы устанавливаем на производстве новую линию, позволяющую отлить панель любого размера и даже большепролетные перекрытия. Кроме того, ДСК очень «вписывается» в новые схемы финансирования строительства. В целом, я далек от мысли о том, что монолитное или кирпичное домостроение – это плохо. Мы на своих объектах также используем и монолит, и кирпич. И даже совмещаем панель с монолитом: чтобы увеличить высоту потолка, сделать более оригинальные планировки. Как показывает практика, панель с монолитом вполне совместима! И при этом остается высокая скорость строительства. Для примера: панельный дом мы строим за 10 месяцев; на такой же по размерам монолитный требуется уже 18 месяцев, а на кирпичный – порядка трех лет и более. Это данные из нашей практики», – добавляет Леонид Кваснюк.
Важные составляющие
Сергей Терехов, директор по продажам компании H+H (в настоящее время входит в «Группу ЛСР»), отмечает: говоря о перспективах и трендах, не стоит забывать и о других строительных материалах. По его словам, сегодня практически каждый второй объект в Петербурге и Ленинградской области строится с применением газобетона. Доля таких объектов выросла с 45% почти до 50%. Площадь первичного рынка жилищного строительства, где при выполнении ограждающих конструкций в качестве одного из основных материалов используется газобетон, в Петербурге и Ленобласти составляет 5,7 млн кв. м. Этот показатель является максимальным за последние годы.
«Рост популярности газобетона закономерен. Этот материал ценится за удобство, доступность, скорость строительства, экологичность, надежность, долговечность и за энергосберегающие свойства. Рост коммунальных тарифов на отопление заставляет потребителей пересматривать типы строительных материалов, применяемых для возведения внешнего контура дома. Востребованы стеновые материалы, которые выполняют сразу две функции: несущую и теплоизолирующую. По нашим оценкам, в ближайшие 3–5 лет тренд использования газобетона именно как энергоэффективного материала будет только возрастать», – резюмирует Сергей Терехов.
Мнение
Леонид Кваснюк, генеральный директор СК «ЛенРусСтрой»:
– Панельные дома вполне могут быть бизнес-класса – достаточно посмотреть на ЖК Skandi Klubb на Петроградской стороне. Конечно, отличия в архитектуре в зависимости от типа домостроения есть. Если вы хотите сделать что-то вроде Исаакиевского собора, из панели здание такой причудливой формы не построишь. Но украсить панель так, чтобы дом приобрел благородный облик с отсылкой к классическим традициям или, напротив, благородному хайтеку – очень даже возможно.