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.
Всеволод Яковлев: «Работая над проектом, помним, что мы с заказчиком в одной команде»
Проектировщики и заказчики, несмотря на иногда разное видение проектов, всегда могут прийти к консенсусу. В этом уверен управляющий партнер архитектурного бюро «Проксима», член Союза архитекторов России Всеволод Яковлев. Он рассказал «Строительному Еженедельнику» об особенностях работы компании с партнерами.
– Всеволод Александрович, расскажите, как начиналась «Проксима». Что уже сделано?
– Работаем на рынке мы более 10 лет. Начинали с малого, с небольших заказов по проектированию. Более серьезную деятельность стали осуществлять приблизительно с 2011–2012 годов. В частности, начали активно работать с крупными строительными компаниями города. Сейчас в нашем портфолио немало интересных и знаковых проектов. Среди них есть и жилые, и общественные, и производственные здания.
– Можете ли выделить какие-то проекты?
– Все проекты нам по-своему дороги. В них вложили частичку себя. Из крупных последних проектов могу отметить ЖК «Северный» Группы ЦДС. Строительство его началось в прошлом году. По своим архитектурным особенностям он принципиально новый в своем сегменте. Мы разрабатывали его концепцию, делали проектную, рабочую документацию и сейчас ведем авторский надзор.
Также интересно было работать с компанией Docklands development в их проекте на Васильевском острове. Важно, что мы любим всех заказчиков и, повторюсь, каждый разработанный объект очень важен для нас.
– А случалось такое, что у вас и заказчика было разное видение проекта?
– Бывало, и не раз. И это нормальная ситуация при работе проектировщиков с заказчиками. При этом в случае каких-то разногласий по проекту мы всегда приходили и приходим к консенсусу, который удовлетворяет всех. Важно понимать, что, работая над проектом, ты с заказчиком находишься в одной команде.
– «Проксима» занимается и разработкой концепций реставрации исторических зданий. В чем тут особенность?
– Это особо тонкая работа. Важно не навредить историческому объекту и при этом сохранить и подчеркнуть его особенности. В этом плане Петербург уникальный город – и тут есть с чем работать. Совсем недавно мы закончили и согласовали с КГИОП концепцию реставрации объекта исторического наследия по адресу: Большая Морская улица, 32. До революции в здании располагался Русский банк для внешней торговли. В советский и современный период работал Архитектурно-строительный техникум, в другое место он переехал совсем недавно. У нас работают люди, которые учились в техникуме, – и сейчас помогают реставрировать здание. Уверен, что скоро оно заиграет новыми красками.
– Вы активно используете в работе BIM. В чем его преимущества?
– Использовать BIM-технологии мы начали около пяти лет назад. Это стало очередным скачком нашего развития. Безусловно, вначале было сложно, так как это принципиальный отход от того, что ты чертишь на бумаге. Делались определенные ошибки. Но о переходе на цифровое моделирование нисколько не жалеем. Благодаря BIM мы стали быстрее и эффективнее работать. Это видят и наши заказчики.
– Приближается День строителя. Чего бы Вы хотели пожелать коллегам?
– Чтобы было все у всех хорошо и стало еще лучше. Это касается и профессиональной деятельности, и личной жизни. Помните, что строитель – великая и уважаемая профессия. Всех с праздником!
В формате BIM
Участники строительного рынка положительно оценивают внедрение технологий информационного моделирования. При этом они считают, что этот процесс не стоит искусственно ускорять.
В строительной отрасли России продолжается расширение использования BIM-технологий. Также на федеральном уровне принят ряд законодательных документов, которые должны способствовать внедрению информационного моделирования на всех стадиях жизненного цикла зданий. Но, по мнению участников рынка, говорить о том, что строительная сфера почти полностью перешла на BIM, пока рано.
Планомерное движение
По словам руководителя направления BIM-технологий ГК «Инград» Дмитрия Милёхина, если речь идет об искусственном ускорении внедрения BIM, то достичь этого в короткие сроки попросту невозможно, в силу многих обстоятельств. Это и острая нехватка кадров, отсутствие государственных образовательных программ, сопротивление нововведениям на разных уровнях внутри самих организаций.
«Технологии должны развиваться постепенно, в соответствии с правилами формирования спроса и предложения. К слову, на Западе тоже не то чтобы так далеко продвинулись в освоении BIM-технологии, как это принято считать у нас. Многие наши заказчики и проектировщики уже даже опережают средний уровень западного информационного моделирования. Если подразумевается, что в процессе должно участвовать государство, то нужно пересматривать образовательные программы в части преподавания САПР-дисциплин в строительных институтах, чаще использовать BIM-технологии на крупных государственных стройках и стимулировать применение зарубежного и разработку отечественного программного обеспечения BIM», – считает он.
Как отмечают в «БАРС Груп», ключевой момент внедрения, с одной стороны, состоит в организационной, юридической (законодательной) основе мероприятий, направленных на создание единого цифрового пространства, переход от бумажных носителей к электронным, на адаптацию существующих нормативов под цифровое моделирование. С другой стороны, важна техническая возможность внедрения BIM, работы по созданию удобных инструментов обработки визуализации, анализа данных и коммуникации.
Ускорение включения технологии в строительную отрасль возможно через детализацию законодательного регулирования BIM, считает юрисконсульт Bilfinger Tebodin Артём Челохов. В России у этих технологий уже сформировалась юридическая база, однако степень ее проработки еще далека от международного уровня. Так, если в России определение BIM было внесено в Градкодекс РФ только в 2019 году, то зарубежное законодательство в этой области ведет свою историю с 1980-х годов. «На наш взгляд, – добавляет специалист, – ускорение внедрения BIM возможно через адаптацию зарубежного опыта – систем международных правил, которые уже достигли устойчивого состояния: например, национального стандарта BIM (NBIMS) (USA)».
Екатерина Кутева, генеральный директор проектно-конструкторского бюро «Строй-Проект» (входит в Группу ЦДС), полагает, что ускорять внедрение BIM-технологий, конечно же, надо. «С другой стороны, излишняя интенсификация процесса может привести к путанице. В любом случае здесь необходимо выстроить мощную структуру с привлечением опытных специалистов, мотивированных на развитие и работу с BIM-технологиями. Сейчас ситуация на рынке такова, что необходимо планомерное и системное развитие, пусть не семимильными шагами, но все же уверенными и вперед. Рынок адаптируется к сложившейся ситуации, коммерческие организации в этом плане выглядят более независимыми в плане выбора софта для внедрения BIM-технологий», – говорит она.
Схожие вывод делает и BIM-менеджер компании «Эн-Системс» Дмитрий Бисеров. «Там, где у игроков рынка есть потребность оптимизировать расходы, сделать проектирование и стройку прозрачными, повысить качество продукта – освоение BIM уже свершившийся факт. Это видно в сегменте жилищного строительства. При этом в секторе госконтрактов, занимающем значительную долю рынка, BIM пока не является бизнес-инструментом. Неготовность нормативной базы, отсутствие расценок на разработку проектно-сметной документации, обязательство использования BIM в проектах, отсутствие национального BIM-классификатора и т. д. Без решения этих вопросов будет сохраняться ситуация, когда проектировщик разрабатывает модель объекта только для решения своих задач и за свой счет. Либо ситуация, когда у тех бюджетных организаций, которые захотят работать с этой технологией, будут связаны руки», – отмечает он.
«Для полноценного внедрения BIM-технологий в строительную отрасль нужно осознание всеми ее участниками необходимости их использования. Проектировщики это уже давно поняли. Те, кто непосредственно работает на строительной площадке, – пока не все. Но процесс и там идет, так как цифровая модель объекта намного понятнее и удобнее «бумаги». Думаю, что буквально пройдет три года – и BIM будет уже везде», – уверен управляющий партнер архитектурного бюро «Проксима» Всеволод Яковлев.
Тонкая подстройка
При внедрении BIM-технологий в строительную отрасль, считают эксперты, также следует решить вопросы, связанные с использованием самих IT-платформ, которые выпускаются разными производителями.
Технический специалист САПР компании «Системный софт» Олег Кирьянов напоминает, что большинство вендоров – это зарубежные компании, которые поставляют свои продукты во множество стран. «Очевидно, что унифицировать софт под всех не получится. Это и не нужно, так как похожие программы различных производителей решают одни и те же проблемы по-своему. В этом и заключается огромный плюс мультивендорности: каждый выбирает тот продукт, в котором ему удобнее работать. Тем более, практически все платформы информационного моделирования работают с IFC-форматом, что позволяет взаимодействовать программам разных производителей друг с другом. А вот государственные стандарты и классификаторы необходимо унифицировать. Без данной процедуры информационное моделирование не будет одинаково комфортным и выгодным для участников процесса "проектирование – строительство – эксплуатация"», – отмечает он.
По мнению генерального директора «КБК Проект» Василия Костина, основная проблема при проектировании с использованием BIM-моделей в России – это совмещение ПО именно с российской нормативно-технической базой. «Например, в Autodesk Revit для этого приходится подключать модули-надстройки от сторонних разработчиков. Это одна сторона медали, вторая – это унификация сдаваемой заказчику и контролирующим органам технической документации. В настоящее время не существует единых требований к самой модели объекта на всех ее стадиях (проектная, строительная, эксплуатационная). В этом одна из причин того, что большое количество проектных компаний не в состоянии сформировать пакет эксплуатационных документов. Кроме того, серьезной проблемой остается и отсутствие соответствующего российского программного обеспечения. Ведь задача-то стоит: внедрить BIM с использованием российского софта», – подчеркивает он.
С помощью поднастройки BIM можно решить узкоспециализированные задачи. В частности, по словам генерального директора компании Argumentum Дмитрия Жигалова, в настоящий момент важно создать унифицированную платформу для связи между производителями строительных блоков и конструкций и проектировщиками зданий. «Сейчас существует множество подобных платформ по типу «магазина приложений», встроенных в системы архитектурного проектирования, но их много, они не русифицированы, модели блоков часто имеют проблемы совместимости и не включают в себя строительные блоки отечественного производства. Это усложняет BIM-проектирование. Поэтому одна из основных задач – создание унифицированного многоязычного «магазина», который будет встроен во все основные приложения. Это позволит усилить позиции России на внутреннем и внешнем рынках и для наших архитекторов, и производителей строительных материалов», – резюмирует эксперт.
Мнение
Игорь Ейбогин, руководитель технического департамента СИХ «Аквилон Инвест»:
– Внедрение BIM-технологий ресурсозатратно. Для масштабного развития их в России прежде всего необходимы качественное отечественное программное обеспечение, квалифицированные специалисты, а также законодательно утвержденные нормативы. Это объемная работа, которая требует подключения не только отдельных строительных компаний, но и госорганов.
Александр Хрусталёв, BIM-менеджер архитектурного бюро ABD architects:
– Об ускорении разговоры идут уже давно, считаю, что лучше направить усилия в другом направлении, а именно на детальную проработку стандартов и схем взаимодействия между участниками отрасли. Для ускорения нужно уделять больше внимания подготовке BIM-специалистов, а также четко понимать – заказчикам – сценарии использования информационных моделей. Для удобства обработки информации нужно унифицировать структуру моделей из различного ПО и структуру хранения данных – соответственно, нужно продолжение совершенствования формата IFC. Сами платформы, на мой взгляд, в унификации не нуждаются.
Дмитрий Кузнецов, эксперт по системам автоматизации зданий и ЦОД IТ-компании КРОК:
– Необходимости в каком-то принудительном переходе на единую платформу нет. Эволюция и экономика все расставят по местам. Сейчас в России существуют два направления – это использование либо экосистемы Autodesk, либо основанный на принципах открытого взаимодействия подход OpenBIM. Он объединяет в себе программные продукты различных разработчиков, связанные единым форматом файлов файла IFC. В отличие от монополии, конкуренция и существование альтернативных вариантов способствуют прогрессу. Сейчас каждый специалист может выбрать тот программный продукт, в котором ему удобнее работать и который наиболее полно отвечает поставленным задачам.