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.
БКДК: стабильный рынок в ожидании взлета
Большепролетные клееные деревянные конструкции (БКДК) –
уникальный материал, с каждым годом увеличивающий свою долю рынка по всему миру.
При этом на строительном рынке России БКДК занимают довольно скромное место, чему, по мнению экспертов, есть ряд объективных причин.
Долговечно, прочно, красиво
БКДК были изобретены еще в начале XX века в Германии, где их использовали при строительстве объектов железнодорожной инфраструктуры. Основным недостатком первых таких конструкций была высокая подверженность материала деформации под воздействием атмосферных осадков и агрессивных сред.
Поэтому массовое использование БКДК в строительстве началось лишь в середине ХХ века, после изобретения целого ряда химических составов для защиты древесины.
По словам директора по маркетингу ООО «Большепролет» Екатерины Фурман, БКДК целесообразно использовать в пролетах длиной от 8 м, что актуально для самых разных помещений, где нет возможности поставить опоры для устройства кровли и перекрытий.
Сегодня эти конструкции находят применение в самых разных областях строительства по всему миру. «БКДК имеют широкую область применения и активно используются при строительстве спортзалов, аквапарков, бассейнов, складов, жилых помещений. Помимо этого, они имеют повышенную химическую и огнестойкость по сравнению с металлическими и железобетонными конструкциями и могут быть использованы для складов материалов с повышенной химической активностью. Также клееные конструкции – стильный элемент декора, который, неся конструкционные нагрузки, отлично смотрится практически в любом интерьере, не требуя дополнительной отделки», – отмечает директор «Первой Загородной Компании» Андрей Кирюшин.
В России и в мире
По данным экспертов, в западных странах более 70% спортивных сооружений, концертных залов и стадионов и других крытых большепролетных зданий возводятся по технологии БКДК. Количество же таких зданий исчисляется тысячами.
К наиболее известным объектам можно отнести такие сооружения, как концертный зал Z´enith de Paris, испанский отель Metropol Parasol, железнодорожный вокзал в Берне (Швейцария), целый ряд куполообразных складских помещений (в Италии внешний диаметр купола одного из них составляет 144 м, а высота – почти 40 м), множество офисных и, конечно, жилых зданий.
Норвегия может похвастаться самым высоким в мире зданием, построенным по технологии БКДК. В марте 2019 года состоялось открытие делового центра Mjоstаrnet Tower в Брюмундале. Высота 18-этажного здания (площадью 11,3 тыс. кв. м) составляет 85,4 м.
В России объемы строительства объектов по данной технологии пока значительно отстают от зарубежной практики. О скромной востребованности таких конструкций на строительном рынке свидетельствуют и объемы производства – по данным экспертов Step Change Consulting, ежегодно в стране выпускается около 420 тыс. куб. м клееных конструкций из цельной древесины и 150 тыс. кв. м LVL-бруса – порядка 4–5% от мирового объема производства.
Между тем отечественные разработки в области БКДК начались еще в 1930-х годах. Но железобетон на время вытеснил «деревянные» технологии из массового строительства, однако постепенно они опять стали востребованы. Из них в военные и послевоенные годы по проектам Центрального НИИ промышленных строительных материалов в стране строились промышленные и производственные помещения, мостовые пролеты и т. д. После распада советской экономики такое строительство фактически прекратилось и получило новый виток развития лишь в новом веке.
По словам генерального директора Ассоциации деревянного домостроения Олега Паниткова, сегодня отношение к деревянному домостроению пусть небыстро и непросто, но меняется. «Мы уходим от образа некой баньки, простенького бревенчатого сруба к современным конструкциям и строительству, которое отличается качеством и скоростью, архитектурной привлекательностью и экономичностью, эффективностью и экологичностью, а главное – обеспечивает высокое качество жизни», – считает он.
Проблемы и перспективы
Одной из проблем, тормозящих развитие строительства с использованием БКДК в России, эксперты называют несовершенство законодательства.
«По нормам, действующим на территории РФ, эти конструкции должны иметь многократный запас прочности, из-за чего приходится увеличивать объем исходного материала, что ведет к удорожанию продукции. Нормы не менялись с советских времен, недавние поправки (сделанные в 2012 и 2014 годах) несущественны. Европейцы уже давно привели в соответствие с реалиями нормативную базу для применения БКДК, мы пока ожидаем», – говорит Екатерина Фурман.
Еще одной причиной низкой востребованности БКДК в России можно считать инертность мышления потенциальных заказчиков, которая сформировалась под влиянием многолетней самодеятельной работы компаний, занимающихся деревянным домостроением без соблюдения каких-либо технических норм и правил.
И, наконец, свою роль играет недостаток опыта, во многом утерянного за десятилетия. Так, если грамотно спроектировать объект с применением БКДК в стране может несколько организаций (ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко, университеты Санкт-Петербурга, Москвы и Нижнего Новгорода), то вот архитекторов, готовых работать с данной технологией, пока недостаточно, говорят эксперты.
В ожидании взлета
Даже с учетом всех перечисленных проблем очевидные достоинства БКДК постепенно способствуют их возвращению на рынок. За последние годы в стране возведен целый ряд достойных объектов, не уступающих лучшим иностранным образцам.
Одной из первых ласточек стал казанский Дворец водных видов спорта, который построили к Универсиаде 2013 года. Далее с применением БКДК были построены аквапарк в Новосибирске, ледовая арена во Владивостоке, Олимпийская бобслейная трасса в Сочи, спортивно-концертный комплекс «М-1 Арена» в Петербурге и целый ряд спортивных объектов по программе «Газпром – детям». Компания Good Wood в 2014 году возвела самое высокое офисное здание из древесины в России – Good Wood Plaza, высотой 19,7 м.
Драйвером дальнейшего развития рынка БКДК могло бы выступить жилищное строительство. Тем более, что «увеличение применения деревянных конструкций» входит в число задач, ставящихся перед отечественной строительной отраслью нацпроектом в жилищной сфере. Но нока что здесь все упирается в недоработки российского законодательства. Тем не менее, проблема решается – участники рынка ждут завершения работы над целым пакетом необходимых документов.
По мнению технолога корпорации «Русь» Сергея Шинкаренко, еще одним из направлений развития российского рынка БКДК может стать мостостроение. Сегодня в России капитальных мостов из древесины практически не строится, даже в лесных районах страны, тогда как в Европе подобные сооружения весьма распространены, а их срок эксплуатации нередко превышает 50 и более лет.
Мнение
Екатерина Фурман, директор по маркетингу ООО «Большепролет»:
– Спрос на большепролетные конструкции сегодня достаточно устойчив, без значительных колебаний. Сказывается тенденция роста доверия к подобным зданиям – они сами себя демонстрируют, как, к примеру, внушительные по своим размерам и архитектурному исполнению спортивные дворцы. Заказчику БКДК при выборе поставщика в первую очередь следует обращать внимание на доверие рынка. Если в открытом доступе поставщик публикует информацию о выполненных объектах и устойчивой деятельности, то можно включить его в список претендентов. Далее обратить внимание стоит на удаленность предприятия от места строительства – транспортировка таких крупногабаритных изделий стоит дорого.
Андрей Кирюшин, директор «Первой Загородной Компании»:
– Заказчику стоит обратить внимание на репутацию поставщика, соблюдение им технологии производства, качество поставляемой продукции, а также на общую стоимость предложения. Нередки случаи, когда продавец манипулирует ценой кубометра, а она, как правило, не учитывает всех нюансов и неточно отображает стоимость заказа в целом.
«Зеленый» как доллар
В последнее время при выборе строительных материалов как профессиональные застройщики, так и частники все больше внимания уделяют таким вопросам, как экологичность и безопасность для здоровья человека. И, по данным производителей, газобетон требованиям в этой сфере вполне отвечает.
Там не менее, в сети Интернет обнаруживается информация о неэкологичности газобетона и даже его вредности для здоровья. «Строительный Еженедельник» постарался разобраться в вопросе.
Экогазобетон
По утверждениям производителей, газобетон стопроцентно экологически безопасен. Просто по той причине, что не содержит в своем составе каких-либо вредных для здоровья веществ. «Газобетон является экологически безопасным – как для людей, проживающих в домах с ограждающими конструкциями из этого материала, так и для окружающей среды. В процессе производства автоклавного газобетона участвуют натуральные компоненты, такие как кварцевый песок, известь, вода и цемент. Газобетон является минеральным строительным материалом, который не поддается влиянию плесени и не гниет, к тому же он требует в своем производстве небольшого количества сырья. Из 1 куб. м сырья получают до 5 куб. м продукции», – говорит инженер по применению продукции YTONG Алексей Аверин.
«Газобетон считается высокоэкологичным материалом за счет сырья и технологии производства. В результате термобарической обработки газобетона в автоклаве (высокая температура и давление пара), образуется минерал тоберморит (силикат кальция). Это, по сути, искусственный камень, который не выделяет вредных веществ при эксплуатации – и даже при воздействии огня», – добавляет продукт-менеджер компании «Кселла-Аэроблок-Центр» Павел Коляко.
Коммерческий директор компании «ЕвроАробетон» Дмитрий Щуров подчеркивает, что, говоря об экологичности того или иного стройматериала, рассматривать нужно прежде всего два фактора: радиоактивность и горючесть. «Негорючесть газобетона дает возможность не учитывать столь опасный фактор, как токсичность выделяемых при сгорании веществ. Точно так же к этому материалу неприложимы такие критерии, как скорость распространения пламени или дымообразующая способность. Газобетон даже при высоких температурах ведет себя нейтрально – не поддерживает горение и не выделяет опасных для здоровья субстратов. После пожаров в домах, построенных из газобетона, сам материал остается неповрежденным», – отмечает он.
«По показателю радиоактивности газобетон относится к наименее опасным материалам (первый класс экологической безопасности). Его удельная эффективность естественных радионуклидов ниже 54 Бк/кг при норме 370 Бк/кг. Сходными характеристиками обладают только дерево и гипс, у всех остальных популярных стройматериалов показатель по естественной радиоактивности выше. При этом, в отличие от гипса, газобетон не гниет и не подвержен плесени», – добавляет директор по продажам Н+Н («Эйч плюс Эйч») Сергей Терехов.
По его словам, полную безопасность газобетона подтверждает и строгая экологическая сертификация, которую проходят крупнейшие российские и зарубежные производители. «В 2016 году компания Н+Н получила «зеленый» сертификат EcoMaterial GREEN, который свидетельствует, что ее газобетонная продукция соответствует требованиям стандартов экологической маркировки строительных и отделочных материалов EcoMaterial 1.3. По итогам независимого аудита действие экологического аудита ежегодно продлевается», – подчеркивает эксперт.
Алексей Аверин отмечает также, что после завершения эксплуатационного этапа жизненного цикла газобетон может являться вторичным сырьем. «Также ежегодно перерабатывается 95% образовавшихся отходов производства», – добавляет он.
Немного о мифологии
По словам экспертов, распространяемая в Интернете информация о низкой экологичности газобетона может иметь две основных причины появления. Во-первых, это может быть следствием элементарной некомпетентности в вопросе. Во-вторых – проявлением недобросовестной конкуренции со стороны производителей других стройматериалов, которые вместо того, чтобы отстаивать достоинства своей продукции, концентрируются на необоснованной критике чужой.
«Иногда возникающую в Интернете информацию о низкой экологичности газобетонных блоков можно объяснить незнанием сырьевой составляющей газобетона или технологии производства», – полагает Павел Коляко. «Следует сказать о разнообразных мифах, которыми некоторые пугают потребителей продукции. Например, иногда говорят, что газобетон – «химический материал». Оспорить это невозможно просто по той причине, что в природе все материалы – химические, состоящие из элементов таблицы Менделеева. Одним из таких «химических» компонентов газобетона называют алюминиевую пудру, которая добавляется в газобетон в малом количестве (0,1% по массе) для газообразования. Но этот материал после завершения процессов структурообразования конечного изделия находится в нем в связанном состоянии в составе комплексных соединений и никакого вредного влияния оказать не может. При этом какие бы то ни было синтетические вещества в составе газобетона отсутствуют», – подчеркивает Дмитрий Щуров.
О том же говорит Алексей Аверин. «Алюминий, являющийся основой порообразователя в газобетоне, в результате химической реакции образует гидроалюмосиликаты, индифферентные соединения, не более опасные, чем стоящая на полке кухонного шкафа алюминиевая кастрюлька», – отмечает он.
Мнение
Дмитрий Щуров, коммерческий директор компании «ЕвроАробетон»:
– Практически любой материал, даже дерево, содержит в мизерных объемах радиоактивные вещества. Их легкий «фон» никак не влияет на здоровье человека. Для материалов, применяемых в жилищном строительстве, норма радиоактивности составляет 370 Бк/кг. Таким образом, газобетон, «фон» которого ниже 54 Бк/кг, относится к наименее опасным материалам. Такой показатель соответствует условному первому классу (низкий уровень) экологической опасности.