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.
Во избежание фундаментальных проблем
Основные дефекты фундаментов связаны с размытием подстилающих слоев и повреждением гидроизоляции. Причиной нарушений все чаще становится человеческий фактор.
Обследование фундаментов является неотъемлемой частью строительных работ после нулевого цикла, при комплексной технической проверке уже возведенных зданий, а также при их реконструкции. Регламентируется оно ГОСТ 31937-2011 и имеет ряд нюансов. По словам представителей компаний, работающих в этой сфере, данная услуга востребована на рынке. Работа эксперта очень ответственна, так как дефекты и повреждения подземных стеновых конструкций хоть не всегда и видны, но очень опасны.
Пойти трещинами
По словам президента «Ассоциации обследователей зданий и сооружений» Алексея Улыбина, поскольку фундаменты скрыты под землей, их обследование наиболее трудоемко. Поэтому они обследуются, как правило, реже надземных конструкций. Чаще всего такие работы проводятся при увеличении нагрузки на фундамент, а также при наличии признаков неудовлетворительного состояния фундамента, отражающихся на надземных конструкциях.
В частности, как отмечает генеральный директор «Центра строительного контроля и экспертизы строительства» Максим Перепелицин, такие исследования необходимы, когда в стенах здания появились трещины, а дверные или оконные проемы перекосились. А также когда присутствуют визуальные просадки, хотя деформации несущих конструкций незаметны. Провести проверку фундамента нужно будет при надстройке этажа дома или его реконструкции. Не обойтись без нее и в том случае, если в подвальном помещении здания постоянно присутствует вода. Кроме того, обследование проводят при возникновении сомнений в соблюдении проекта при строительстве.
«Фундаменты постоянно находятся в агрессивной среде, так как взаимодействуют с грунтами, осадками. Это приводит к микроразрушениям бетона и снижает его прочность. Также бывает, что на фундамент воздействует землетрясение, но это нехарактерно для нашей географической зоны», – поясняет Максим Перепелицин.
Генеральный директор «КБК Проект» Василий Костин рассказывает, что обследование подземных конструкций начинается с изучения проектно-технической документации, затем проводится наружный визуальный осмотр объекта на наличие видимых дефектов и деформаций (трещины, осадка, коррозия и т. п.). По его итогам составляется отчет с дефектной ведомостью фундамента, в котором указываются положение и детальные характеристики обнаруженных повреждений.
«После этого применяется инструментарий. Самым популярным методом инструментального исследования является прокладывание шурфов – вертикальных выработок в грунте глубиной ниже подошвы обследуемого фундамента. Более современные методы включают ультразвуковое сканирование, тесты на неразрушающий контроль и ударный импульс, лабораторные исследования образцов фундамента и грунта. Из новых приборов используются лазерные рулетки и нивелиры, измерители прочности бетона, виброметры и пр. Они помогают анализировать геометрию конструкций, прочность материалов и несущую способность фундаментов, а также состояние арматуры и гидроизоляции здания», – отмечает эксперт.
По словам специалистов, виды фундаментов имеют свою специфику, что может отражаться на методе их исследования. Так, в Санкт-Петербурге, как сообщает генеральный директор ООО «Энигма-С» Виталий Соколов, особенно в исторической части города, у одного дома фундаменты могут быть трех и более типов (бутовый, монолитный, свайный или деревянный и т. д). «Соответственно, и оценка технического их состояния имеет свои особенности как при проведении «полевых» работ, так и при камеральной обработке данных. Самым надежным методом определения прочностных характеристик материалов фундаментов являются лабораторные испытания. Широкий спектр современной приборной базы этих испытаний позволяет определить все необходимые параметры. В том числе прочность, влажность, водопроницаемость, стойкость к агрессивным средам и т. д», – утверждает он.
Формальный подход
В последнее время, по словам специалистов, нарушения в эксплуатации и повреждения фундаментов все чаще выявляются при обследовании сравнительно новых зданий.
Как отмечает заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов» Сергей Лазарев, к сожалению, сегодня основательно обследуются фундаменты только в аварийных случаях. Также такое обследование проводится по окончании нулевого цикла строительства перед увеличением нагрузки. Однако строители после заливки фундамента проводят наблюдения в основном формально. Также имеет место несоблюдение проектных условий при устройстве оснований. Оно может выражаться в несоответствии использующихся марок раствора и класса бетона, нарушении правил армирования и может привести к обратному заполнению пучинистыми грунтами.
Иногда обследование фундаментов формально проводят и некоторые экспертные организации. Поэтому заказчику надо тщательнее подходить к выбору подрядчика. Директор ООО «Архитектурно-строительная компания» Вадим Аткишкин напоминает, что специалист, производящий обследование фундаментов, должен не только иметь профессиональные знания и подготовку по специальности «инженер-строитель», но и обладать знаниями и иметь подтвержденную квалификацию. Причем, согласно разъяснению Минстроя РФ, из-за обследования грунтов основания фундаментов обследование зданий и сооружений в целом отнесено к инженерным изысканиям, и, соответственно, организациям, выполняющим такие работы, необходимо иметь членство в соответствующей СРО (до 2018 года эта деятельность была отнесена к проектированию).
«Решение по устранению дефектов и повреждений рекомендуется организацией, проводившей обследование. Детально оно разрабатывается уже проектной компанией при формировании пакета проектно-сметной документации на ремонт, реконструкцию и т. д», – говорит Вадим Аткишкин.
Мнение
Максим Перепелицин, генеральный директор «Центр строительного контроля и экспертизы строительства»:
– Видов нарушений и дефектов фундаментов достаточно много. Можно выделить несколько основных. Например, нарушения возникают при неправильной глубине заложения фундамента. Устранить эту ошибку невозможно, но при небольшом проседании конструкции рекомендуется искусственно увеличить глубину заложения фундамента. При подъеме грунтовых вод спасение в устройстве дренажной системы. Трещины в конструкции при надстройке еще одного этажа означают неправильную оценку несущей способности фундамента. Соответственно, следует рассчитать новую нагрузку и усилить фундамент. При потере прочности фундамента необходим капитальный ремонт либо замена конструкций на новые.
Сергей Лазарев, заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов»:
– Основные причины дефектов фундаментов связаны с ошибками при проведении инженерных изысканий и проектировании, с нарушениями в технологии работ (избыток грунта, некачественное уплотнение, промерзание, намачивание) и в дальнейшей эксплуатации данных конструкций. После проведения обследования фундаментов всегда составляется технический отчет, в котором наряду с описанием обследуемого объекта, результатами отборов и лабораторных испытаний в обязательном порядке приводятся рекомендации по устранению нарушений. В частности, мы рекомендуем разработать проект по усилению фундамента здания или сооружения в 95% случаев нарушений.
Алексей Улыбин, президент «Ассоциации обследователей зданий и сооружений»:
– Возможность (и стоимость) устранения дефектов в фундаментах полностью зависит от того, на какой стадии они выявлены. Если речь идет о контроле в процессе строительства, устранение не вызывает больших проблем. Например, сломанную или поврежденную сваю можно заменить «дублем», а дефектный бетон демонтировать и замонолитить заново. Гораздо сложнее ситуация, когда на фундаменте уже построено здание, еще хуже, если оно эксплуатируется. В данном случае сложность работ по усилению конструкций иногда возрастает в разы, а их стоимость увеличивается на порядок.
Неровностей больше нет
В массовом и индивидуальном строительстве и при ремонте помещений все активнее становятся востребованными быстротвердеющие наливные полы.
Для укладки напольного покрытия почти всегда требуется наличие ровного основания. Однако в силу различных причин таким оно может быть не всегда. До недавнего времени избавляли от неровностей оснований только стяжки. Но сейчас все более активно используются быстротвердеющие наливные полы.
В отличие от классических ровнителей (бетонных и цементных стяжек), наливные полы – самовыравнивающиеся. То есть нет необходимости вручную тщательно выравнивать их по поверхности. Наливные полы служат базовым основанием для линолеума, ламината, паркета и т. д. Применяются как в массовом, так и индивидуальном жилищном строительстве.
Наливные полы, как отмечают в компании Kiilto, различаются в зависимости от напольного покрытия, которое планируется укладывать в дальнейшем. Соответственно, они имеют и разный состав. Есть чисто гипсовые – мягкие, предназначенные для укладки листовых материалов сверху, есть цементные – более прочные, подходящие для укладки паркета, паркетной доски и др. Есть комплексные ровнители – более универсальные, пригодные практически под любые напольные покрытия. Чаще всего они используются для укладки гибких материалов или ламината.
По словам руководителя направления «Стройматериалы» компании «Леруа Мерлен» Алексея Шамова, наливной пол чаще применяют для создания выравнивающего слоя толщиной до 5 см. При этом в инструкции к данному материалу может быть указана допустимая толщина слоя от 0,3–2 мм до 100 мм. Однако это не означает, что он подходит для укладки толстым слоем в 10 см. Это значит, что при заделывании трещины в поверхности наливной пол может проникать на большую глубину. Кроме того, создание толстого слоя наливного пола экономически невыгодно и технологически очень сложно.
Как сообщили в Kiilto, чтобы добиться идеального покрытия, необходимо знать прочность и влажность основания. По прочности оно не должно быть слабее ровнителя, который планируется использовать.
По мнению экспертов, чаще всего к неудовлетворительному результату использования наливных полов приводит не их качество, а распространенные ошибки при укладке. Так, эти материалы очень требовательны к точности пропорций при смешивании с водой. При переливе воды весь наполнитель опускается вниз, а наверху остается одна вода. В этом случае пол будет сохнуть очень долго и потрескается. Также необходимо тщательно грунтовать основание в тех местах, где будет задействован материал.
«При большой площади заливки необходимо разделять участки на секции и устанавливать мини-опалубку, которая зонирует поверхность. Если этого не сделать, то при большом объеме площадей можно не успеть залить весь пол целиком. Может сложиться ситуация, при которой часть пола высохла, а другая только начала сохнуть. Однако в Интернете можно найти все необходимые инструкции, и создание качественного выравнивающего слоя вполне доступно даже людям без опыта», – резюмирует Алексей Шамов.