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.
Повышая качество
Для улучшения качества бетона производители его основных составляющих и дополнительных компонентов продолжают модернизировать и расширять линейки продукции.
В Петербурге прошел научно-практический семинар «Качество бетонов в современном строительстве. Влияние исходных компонентов». В его работе приняли участие представители ведущих строительных и производственных компаний Санкт-Петербурга и Ленобласти, органов исполнительной власти. Организатором мероприятия выступила компания «Полипласт Северо-Запад».
С приветственным словом на семинаре выступил помощник начальника Управления перспективного развития и координации проектно-изыскательских работ Комитета по строительству Петербурга Михаил Потапов. Он поздравил всех присутствующих с прошедшим чуть ранее профессиональным праздником – Днем строителя. Открыл мероприятие генеральный директор компании «Полипласт Северо-Запад» Алексей Емельянов. Мероприятие он назвал площадкой для обмена опытом и пожелал всем участникам новых профессиональных успехов.
В рамках первого блока семинара приглашенные специалисты рассказали о специфике производства в СЗФО цемента, который является основным компонентом бетона и бетонной смеси. В частности, технический эксперт сланцевского цементного завода «Цесла» Павел Парфенов выступил с докладом об особенностях шлакового цемента. По его словам, в сентябре этого года на предприятии в данном сегменте будет запущена новая марка цемента для дорожного строительства. Продукт будет соответствовать ГОСТу и техническому регламенту Таможенного союза. «Это будет принципиально новая марка. В настоящее время на рынке СЗФО аналогов нет», – подчеркнул он.
Менеджер по бенчмаркингу компании «Евроцемент групп» Сергей Минаков поделился информацией о проходящей модернизации предприятий холдинга в северо-западном регионе. Специалист сообщил, что завод « Пикалевский цемент» в Ленобласти в рамках данной масштабной программы перешел на замкнутый цикл помола цемента. Это уже положительно отразилось на характеристиках продукта. По его словам, в настоящее время технологическая модернизация предприятия продолжается. Генеральный директор компании «ЛидерПром» Левон Давидянц уточнил у Сергея Минакова особенности реконструкции «Пикалевского цемента» и сроки завершения всех работ по модернизации предприятия.
Участники семинара задали представителям цементных компаний ряд актуальных вопросов о качестве продукции. Также они предложили производителям цемента продолжать разработку его новых типов с другими пропорциями основных составляющих.
Отдельный блок семинара был посвящен производству и применению химических добавок в бетон. Директор НТЦ ГК «Полипласт» Анатолий Вовк рассказал об особенностях добавок на основе поликарбоксилатов. В настоящее время их отечественные виды по своим характеристикам не уступают зарубежным аналогам. При этом эксперт напомнил, что поликарбоксилаты более чувствительны к составу цемента, чем нафталинсульфонаты, и могут вести себя непредсказуемо. «Тем не менее мы смогли разработать добавки на основе поликарбоксилатов под конкретные технологические задачи. Сейчас наша продукция используется не только в России, но и поставляется на экспорт», – добавил он.
Тему поликарбоксилатных и других видов добавок в бетон продолжил руководитель НТЦ компании «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль. Он рассказал о характеристиках выпускаемой на предприятии продукции и новых перспективных разработках. По словам специалиста, в настоящее время очень быстро меняется минералогия цемента, поэтому перед производителями добавок в бетон стоит задача быстрой адаптации своего продукта под данный компонент. Новые добавки «Полипласт Северо-Запад» уже в большей степени устойчивы к изменению минералогии цемента, что положительно отражается на качестве бетона.
Присутствующих в зале представителей производственных и строительных организаций заинтересовала поликарбоксилатная продукция компании «Полипласт». Анатолию Вовку и Игорю Ковалю участники семинара задали множество вопросов о её потребительских свойствах. В частности, представитель компании «БетоНика» Наталья Уласевич попросила специалистов поподробнее рассказать об экологических особенностях поликарбоксилатных добавок. Ольга Рудковская из ГК «КВС» задала ряд уточняющих вопросов о том, как подтверждается качество и определенные характеристик добавок в бетон и самого бетона в соответствии с СП (сводами правил по строительству). В ходе развернутой дискуссии на вопросы Ольги Рудковской ответила Анна Миронова из ГК «Девиз», занимающейся производством бетона.
О том, как добавки в бетон ГК «Полипласт» задействуются при возведении крупных федеральных и зарубежных объектов, рассказала начальник строительной лаборатории НТЦ ГК «Полипласт» Ирина Вовк. В частности, по ее словам, добавки нашли применение при строительстве Керченского моста в Крыму, моста к острову Русский на Дальнем Востоке. Руководитель химической группы НТЦ ГК «Полипласт» Ксения Костякова рассказала о направлении деятельности компании, связанной с производством смазок для опалубки и предотвращения коррозии металла.
Также на семинаре главный инженер компании «Ленстрой» Михаил Короткин выступил с докладом об особенностях строительства современных мостовых бетонных конструкций, а также рассказал об опыте организации в реализации крупных дорожных проектах.
В конце семинара участники поблагодарили компанию «Полипласт Северо-Запад» за качественную организацию мероприятия и выразили пожелания встретиться в таком формате еще не раз.
Кстати:
В рамках практической части семинара компания «Полипласт Северо-Запад» продемонстрировала добавки в бетон в действии. Специалисты предприятия дали подробные консультации о том, как их наиболее правильно и эффективно использовать в бетонной смеси.
Стройка нового формата
В управлении строительными проектами все активнее задействуются цифровые технологии. Это не только BIM-моделирование, но и ряд других форматов
и направлений, позволяющих эффективно решать поставленные задачи.
В консервативную строительную отрасль продолжает приходить цифровизация. Об этом уже говорят не только чиновники, но и сами игроки рынка. Различные цифровые технологии задействуются как в управлении самой девелоперской компанией, так и в отдельных проектах.
Технологичный контроль
Руководитель направления информационного моделирования AECOM Андрей Кумсков отмечает, что в управлении строительством распространение новых технологий можно разделить на два направления: строительный контроль и анализ проектной и строительной информации. Эти направления имеют разные начала. Первое распространяется с площадки строительства с уровня технических специалистов, второе – из офиса с уровня менеджмента.
«Технологии строительного контроля включают организацию единой среды хранения проектной и строительной информации. В том числе инструменты для использования планшетов для подгрузки актуальной BIM-модели и чертежей выпущенных в производство работ непосредственно на стройплощадке. Применяемая система стройконтроля также обеспечивает систематическое хранение результатов инспекции строительных работ, выдачи заданий и предписаний на устранение замечаний», – рассказывает он.
Основатель проектного бюро Rumpu Евгений Богданов отмечает, что специальная система контроля уже задействована для авторского надзора. «Наши чертежи, созданные в Revit, имеются в оперативном доступе на планшете у специалиста, который находится на объекте. При проведении надзора он имеет возможность прикрепить фотографию, например, нарушения качества строительных работ напрямую к чертежу и отправить ее в отчете заказчику. Это гарантированно позволяет избежать ситуаций, когда кто-то что-то забыл, сделал не так, как было нужно, и т. д», – говорит он.
Не в полную мощь
Тем не менее BIM как платформа управления строительством, как считают многие эксперты, пока еще отраслью не «распробована». В настоящий момент, отмечает технический специалист САПР компании «Системный софт» Олег Кирьянов, рынок изобилует решениями от разных вендоров, которые перекрывают практически все задачи проектировщиков. Чего нельзя сказать о разнообразии решений для управления строительством. Комплексных решений для управленцев и строителей пока что нет. Есть только отдельные программы, которые решают определенные виды задач.
С этим согласен и директор по строительству компании «Строительный трест» Андрей Паньков. «К сожалению, несмотря на огромные возможности, которые предоставляют BIM-технологии, сегодня они не используются на полную мощность. Отчасти эту тенденцию можно объяснить спецификой и масштабом отечественного рынка, а также отсутствием достаточного количества компетентных кадров. И если на этапе проектирования здания возможности BIM сегодня применяются максимально эффективно, то непосредственно при строительстве его используют единицы. На этапе эксплуатации здания BIM-технологии не применяются вовсе», – подчеркивает он.
По словам эксперта компании bimaudit.ru Олега Кырова, сейчас уже появилась пятимерная BIM-модель, где четвертое измерение – это время, а пятое – сметная цена. Соответственно, можно в реальном времени управлять изменением сметной стоимости. Эксплуатирующей компании пригодится BIM-модель с LOD (level of detalization) 350 или 400, чтобы обеспечивать эффективное функционирование здания. Все эти технологии активно предлагаются разработчиками программного обеспечения.
Не только BIM
По словам специалистов, цифровизация строительной сферы предполагает использование не только BIM, но и других технологий. К ним можно отнести переход на электронный документооборот. Директор департамента информационных технологий Группы ЦДС Михаил Орлов сообщил, что компания уже начинает в таком формате работать с поставщиками. Эффект от этого будет виден чуть позже. В «цифру» будут переведены как юридические документы (счета-фактуры, акты и т. д.), так и коммуникация между поставщиком, отделом материально-технического обеспечения генподрядчика и стройплощадкой. «Сроки перехода на электронный документооборот достаточно длительные, так как нам приходится работать индивидуально с каждым поставщиком. Но важно, чтобы не только мы, но и каждый партнер, с которым мы сотрудничаем, был готов перейти на новую систему взаимодействия», – отмечает он.
Также проконтролировать поставку того или иного материала на стройку помогут электронные датчики. В частности, RFID-метки на железобетонных изделиях уже сейчас позволяют контролировать бизнес-процессы, рассказывает начальник отдела технологии сохранности департамента стратегического развития ГК «Силтэк» Максим Селиванов. Они помогают отслеживать каждую единицу маркированной продукции на протяжении всего производственного цикла, а также выделить изделия внешне одинаковые, но имеющие разную характеристику, например, по марке бетона, форме металлокаркаса и т. д. «Строительная организация, принимая партию продукции, может очень быстро сделать входной контроль, получив от поставщика первоначальную информацию из RFID-меток. Контроль может продолжаться и дальше, уже на стадии сборки и эксплуатации железобетонных изделий», – подчеркивает специалист.
Мнение
Андрей Кумсков, руководитель направления информационного моделирования AECOM:
– В некоторой степени новые технологии строительного контроля принимаются легче, чем новые технологии анализа проектной и строительной информации. Дело в том, что они накладываются на привычные методы работы, лишь совершенствуя их, сохраняя при этом сформировавшиеся устои организации работы. Новые же технологии анализа проектной и строительной информации подразумевают более комплексный подход, так как вовлекают множество участников проекта. Например, 4D- и 5D-моделирование позволяет проанализировать качество и стоимость строительных работ на новом уровне, получить более точную картину графика поставки материалов, но также предполагает включение в процесс проектировщиков и специалистов по планированию, сметчиков, специалистов ПТО, руководителей различных звеньев со стороны генерального проектировщика, генподрядчика, техзаказчика, подрядчиков. Качество реализации данной работы во многом зависит от слаженности взаимодействия каждого из звеньев.
Тимофей Татаринов, член экспертной комиссии по внедрению BIM-технологий при Общественном совете Минстроя РФ, генеральный директор ООО «Мобильные решения для строительства»:
– Имея пятилетний опыт внедрения IТ-продуктов для строительной отрасли, могу с уверенностью сказать, что ни один программно-аппаратный комплекс не будет приносить желаемую пользу без экспертного аудита бизнес-процессов, выверенного внедрения и дальнейшего сопровождения. При комплексном подходе эффект можно получить уже в первые три месяца и реально оценить результаты внедрения после сдачи объекта, что в среднем по РФ составляет 18 месяцев. Именно поэтому успешно внедренных и оттиражированных цифровых технологий для управления строительством – единицы.
Для управления качеством внедряется мобильный строительный контроль, для управления сроками – умные системы мониторинга выполнения объемов СМР. Искусственный интеллект и big data помогают анализировать план-факт и все происходящее на стройке, прогнозировать внештатные ситуации, отставание от графика, а также выступают в роли цифрового ассистента для каждого непосредственного участника строительства. А облачные и мобильные технологии создают единое специализированное информационное пространство, запрос на которое есть уже не только у ведущих столичных застройщиков, но и у региональных девелоперов. Экономия 16% на дополнительных работах, увеличение скорости устранения замечаний до 10 раз, снижение риска срыва сроков на треть – доказанный эффект от внедрения проверенных цифровых технологий в управлении строительством.