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.
В условиях удаленного доступа
Быстровозводимые модульные объекты все активнее применяются на удаленных от человеческой цивилизации территориях – как для временного, так и постоянного пребывания.
Модульное строительство в России развивается. Быстровозводимые сборные конструкции все чаще используют в труднодоступной и климатически сложной местности. Причем как для временного, так и постоянного пребывания. Модульные здания создаются максимально функциональными, имеют множество различных вариаций. Стоимость их доставки и монтаж обходятся существенно дешевле, чем строительство самых простых капитальных объектов.
Конец бытовкам
По словам генерального директора компании «Элмако» Виталия Савчина, в настоящее время модульные здания активно используются в удаленной от цивилизации местности, в том числе на Крайнем Севере или в бескрайней тайге. Нередко такие объекты задействованы как штаб стройки и общежития для рабочих при прокладке трубопроводов, возведении портов, СПГ-заводов и т. п. Преимущество модульных конструкций в том, что они быстро собираются на месте с минимальной доработкой. В отличие от бытовок-вагончиков, которые ранее использовались на удаленных территориях, модульные здания более комфортны для работы и могут быть собраны в единое пространство, без необходимости выходить на улицу. В таком объекте могут располагаться, кроме офиса и общежития, также столовая, медпункт и т. д. Еще эти конструкции очень быстро можно перебазировать, если строительство передвигается на новую территорию.
«Один из наших модульных объектов был размещен в пос. Териберка в Мурманской области для проживания и работы сотрудников, участвующих в подготовке проекта освоения Штокмановского газового месторождения. Многофункциональный модульный комплекс был создан в особом северном исполнении: с увеличенной толщиной теплоизоляционного материала, двойными стеклопакетами окон и дополнительной защитой кровли от ветровых и снеговых нагрузок. По заказу нашего клиента здание было полностью укомплектовано всей необходимой мебелью и спальными принадлежностями для комфортного проживания и эффективной работы сотрудников, участвующих в исследовательском проекте в Териберке. Срок производства и монтажа объекта составил 65 календарных дней», – отметил Виталий Савчин.
При поддержке государства
Модульные конструкции на удаленных территориях сейчас применяются и как постоянные объекты для работы и проживания, тем более что срок эксплуатации таких зданий достигает 30 лет. Сами технологии производства модулей совершенствуются, в том числе за счет отечественных разработок.
В настоящее время в рамках национального проекта «Жилье и городская среда» есть подпрограммы, направленные на развитие поселений Крайнего Севера. Выполнить поставленные федеральным центром задачи по обустройству данных территорий, считают эксперты, можно с помощью строительства малоэтажных модульных зданий.
Заместитель директора по развитию компании «Стандарт-М» Игорь Лахнин напоминает, что типовое капитальное строительство в зоне вечной мерзлоты невозможно. Даже небольшие объекты приходится возводить на сваях или специальном фундаменте, что очень дорого и сложно.
«Поэтому современное технологичное модульное строительство идеально подходит для такой географической широты. В странах Скандинавии его активно применяют с конца прошлого века. Технология уже показала свою эффективность. Некоторые северные поселки в России, в первую очередь имеющие свой неплохой газовый или нефтяной бюджет, уже переходят на модульное строительство. В блочных зданиях открываются ФАП (фельдшерско-акушерские пункты), административные, образовательные учреждения и клубы. Также модульные объекты начинают использовать как жилые дома, но пока относительно нечасто. Конечно же, на Севере есть и очень бедные, депрессивные поселения. Полагаю, что в них строительство модульных зданий должно проходить за счет регионального или федерального бюджета или в формате софинансирования. Это не так и дорого. Зато новое жилье и социальная инфраструктура могут вдохнуть жизнь в данные поселения», – считает Игорь Лахнин.
Стоит отметить, что быстровозводимые модульные конструкции уже задействует Министерство обороны РФ. С 2014 года ведомство начало использовать их как полевые госпитали. Таким образом, военные решили отказаться от уже устаревших медицинских палаток. Также сообщалось, что в 2016 году Минобороны установило блочно-модульные здания на одном из крупнейших военных полигонов страны – Кадамовском, который расположен в Ростовской области. Их демонстрировали и главе ведомства Сергею Шойгу, и Президенту РФ Владимиру Путину. Эти модульные объекты были возведены за месяц. Военные оснастили их различными технологичными «фишками», в том числе автономными энергосистемами, которые не только автоматически поддерживают в помещениях оптимальный температурный режим, но и значительно экономят средства на отопление.
Мал, да удал
По оценке экспертов, за последние несколько лет сменилась структура приобретателей малых грузовых лифтов. Если раньше основными их покупателями были частные компании, то сейчас это в большей степени учреждения образования, общественного питания и здравоохранения, финансируемые государством.
К малым грузовым лифтам относят подъемное оборудование, предназначенное для перемещения грузов массой до 250–300 кг. Транспортировка людей в них запрещена. Несмотря на то, что малые грузовые лифты не требуют регистрации в Ростехнадзоре, их собственники должны выполнять все правила эксплуатации подъемного оборудования, разработанные этим ведомством.
В настоящее время эти конструкции применяются в кафе, ресторанах, офисных центрах, банках, в элитных многоуровневых квартирах и коттеджах. Также их используют в госучреждениях, а именно в типовых зданиях больниц, детских садов, школ, почты и т. д.
Трудности госзаказа
По словам заместителя генерального директора ЗАО «Предприятие ПАРНАС» Ольги Егоренко, за последние несколько лет произошло существенное изменение структуры потребителей малых лифтов. Если раньше около 65% всех продаж приходились на частный сектор (кафе, рестораны, магазины и проч.) и только 35% – на объекты госзаказа, то на сегодняшний день 70% – это учреждения образования, общественного питания, здравоохранения, культурно-бытового обслуживания, финансируемые государством. Во многом это связано, как считает эксперт, с усилением внимания государства к развитию социнфраструктуры.
«Сами социальные учреждения самостоятельно закупают лифтовое оборудование нечасто, делается это через вышестоящие структуры. Связано это, во-первых, с тем, что лифты – оборудование сложное, при заказе нужно учитывать множество нюансов, с которыми представители школ, детсадов не всегда в состоянии разобраться. Бывает, что и специалисты-лифтовики не всегда в курсе последних технологических новаций. Во-вторых, сами закупки через процедуру торгов требуют недюжинного терпения от всех сторон процесса и имеют ряд очевидных недостатков. Мы часто встречаемся с такими проектами, в которых малые грузовые лифты просто обозначены «квадратиком», не указаны даже размеры, не то что характеристики. В то же время в системе госзаказа есть подвижки. Мы, например, возлагаем надежды на новый инструмент «Электронный магазин» в системе госзаказа Санкт-Петербурга, которым могут пользоваться все учреждения. Пока у нас этим инструментом пользуются мало и с опаской, хотя в Москве аналогичная система работает уже несколько лет довольно активно. В-третьих, поставка и установка лифтов зачастую включена в комплекс строительных работ, в этом случае выбор лифтового оборудования и ответственность лежат на строительной организации, а лифтовики уже являются субподрядчиками», – отмечает Ольга Егоренко.
Особые стандарты
Главный конструктор ОАО «Щербинский лифтовой завод» Сергей Павлов отмечает, что малые грузовые лифты бывают двух основных типов. Первый – поставляемые в глухую шахту, которую заказчик строит на объекте самостоятельно из кирпича или бетона. Второй тип – малые грузовые лифты, которые поставляются совместно с металлокаркасной шахтой, произведенной на заводе.
«Сложнее в производстве, конечно, малые грузовые лифты с металлическими шахтами. Поскольку помимо оборудования надо произвести еще и шахту. В целом же сегодня у клиентов очень высокие требования к вопросам огнестойкости конструкции, опасности перехода горения с этажа на этаж. Поэтому более востребованы глухие шахты, которые позволяют защититься от проникновения огня. Металлическая шахта в этом плане не защищает», – подчеркнул он.
Особые стандарты предъявляются и к малым грузовым лифтам, которые будут задействованы в кухонных помещениях столовых в детских садах, школах и больницах. В частности, двери в шахту должны изготавливаться из огнеупорного металла с показателем предела стойкости не ниже EI30. В соответствии с санитарными нормами для транспортировки готовых блюд кабины лифта должны изготавливаться из нержавеющей стали. Также рекомендовано оснащать грузовые лифты специальными электронными замками. Это убережет от проникновения в них посторонних лиц, например, от школьников, решивших «покататься».
По словам старшего менеджера компании «Оптима» Дмитрия Вилеева, в настоящее время внешне и конструктивно малые грузовые лифты отличаются друг от друга. «Ранее, тем более в советское время, они только выполняли свою основную технологическую функцию и внешне были достаточно неприглядны. В настоящее время ситуация изменилась. Заказчику стали важны внешний дизайн и эргономика. Многие малые грузовые лифты теперь напичканы электроникой. В частности, есть таймер, автоматическое раскрытие дверей кабины», – отмечает он.
Стоимость малых грузовых лифтов, как отмечает эксперт, начинается с 250–300 тыс. рублей. С набором электроники цена составит 400–500 тыс. рублей и выше, достигая 1 млн. На цену влияют размеры кабины, шахты, необходимая скорость перемещения подъемника. Нестандартные конструкции, выполненные под заказ клиента, также будут несколько дороже.
Мнение
Ольга Егоренко, заместитель генерального директора ЗАО «Предприятие ПАРНАС»:
– Несмотря на «малость» данных лифтов, их производство – достаточно трудоемкий и сложный процесс, ведь нормы и правила технического регулирования, применяемые к такому подъемному оборудованию, даже строже, чем в Европе.
Система Россаккредитации РФ строго следит за подтверждением качества этой продукции. Ввод в эксплуатацию лифта и сервисное обслуживание тоже жестко регламентированы.
Все требования, конечно, направлены на повышение безопасности и комфорта эксплуатации, выполнить их не всегда просто, а потому появление новой модели лифта – это событие! Наш Малый Грузовой Лифт ПАРНАС ЛМП – один из таких лифтов. И мы гордимся им!
Новых моделей за последний год мы не выпускали, однако регулярно ведутся конструкторские работы по усовершенствованию. Сейчас, например, проводятся испытания малого лифта «ПАРНАС ЛМП» в обновленной версии по новому ГОСТ Р.