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.
Рациональный расчет. Рынок опалубки продолжает смещаться в сторону аренды
Непростая экономическая ситуация в стране вновь заставляет многие компании оптимизировать собственные ресурсы. В том числе данная тенденция касается и организаций строительной отрасли. Чтобы уменьшить затраты на монолитные работы, многие их них все активнее предпочитают арендовать опалубку, а не покупать ее.
На самом деле смещение в сторону временного пользования вспомогательным оборудованием началось несколько лет назад, но в последние месяцы ускорилось. Связано это с тем, что на фоне прошедшей пандемии и ожидания ее второй волны многие застройщики задумались о более эффективной и одновременно экономной реализации своих проектов.
Действительно, отмечает заместитель главного инженера ООО «ПЕРИ» Андрей Карзов, «сейчас многие компании уходят от закупок, и акцент делается на аренде. Особым спросом стала пользоваться аренда опалубки с последующим выкупом. В целом, использование арендной модели позволяет застройщикам гибко реагировать на изменение экономической ситуации. В случае приостановки работ на объекте на неопределённое время оборудование не будет простаивать, а фактические расходы возникнут только за период его эксплуатации. В частности, те, кто арендовал опалубку в период пандемии Covid-19, финансово пострадали меньше, чем те, кто только приобрел оборудование и столкнулся с заморозкой объектов», - сообщил эксперт.
В условиях неопределенности и перехода в режим снижения издержек, считает директор по маркетингу ООО «Дока Рус» Маргарита Хорошилова, использование арендного опалубочного оборудования действительно предпочтительнее. «Аренда опалубки – это реальный экономический инструмент для снижения сметы на монолитные работы, при условии использования высококачественных опалубочных систем и их эксплуатации согласно требованиям производителя. Как показал недавний опыт заказчиков Doka, комплексное выполнение этих условий может позволить добиться сокращения заложенного в смету времени аренды опалубки на 18% и прохождения технадзора с первого раза и без замечаний»,- добавила она.
Директор по продажам ООО «Ренталформ» Андрей Грачев также наблюдает повышенный спрос на аренду опалубки. Тем, кто в раздумьях, что же выбрать - аренду или покупку, он дает уже ставшим классическим совет. «Если вы планируете проводить работы на объекте менее полугода, то всегда выгоднее арендовать опалубку. Если строительство планируется вести более длительный срок, то правильнее будет приобрести оборудование в собственность. Также покупка опалубки целесообразна для типовых строений, где используется минимум номенклатуры. При сложной архитектуре и конструкциях, всегда выгоднее аренда»,- отмечает он.
Между тем, монолитчикам необходимо очень внимательно и ответственно подходить к выбору партнера по аренде опалубки, предупреждает руководитель ГК «Формат» Дмитрий Корнев. По его словам, всегда есть риск получить в аренду лишнее и ненужное оборудование. Кроме того, многие арендодатели выставляют огромные претензии по качеству возвращаемой опалубки, что влечет за собой крупные расходы. Строителям правильнее всего довериться профессиональным компаниям, имеющим хорошую репутацию на рынке.
С данной позицией согласен и генеральный директор ГК «Техника Современного Строительства» Валентин Кан. В продолжение темы несложившихся взаимоотношений сторон следует добавить, что риски повреждения и утраты оборудования и комплектующих в большинстве случаев ложатся на строительные компании. Соответственно, организациям-арендаторам предварительно всегда необходимо максимально внимательно относиться к спецификации комплекта опалубки, качеству и состоянию оборудования, полностью изучить все правила приемки-передачи и временного пользования, а также особенности эксплуатации. Относительно экономии, эффективности и производительности стоит отметить, что очень многое зависит не только от качества и комплектности оборудования, но и от профессионализма самого арендатора.
«К примеру, крупнощитовую опалубку вертикальных конструкций, исходя из технологических требований, невозможно использовать более 4-х циклов в месяц даже при идеальной организации процессов. Сегодня, как никогда актуальна не только экономия, но и технологичность. На рынке уже есть современные инновационные решения, которые позволяют реализовывать простые и сложные строительные проекты, в том числе долгосрочные, без крупных единовременных вложений на приобретение, обслуживание и хранение комплекта опалубки, с высокой экономией и эффективностью, без залоговых сумм и рисков, сопряженных с арендой, которые позволяют более гибко подходить к финансированию строительства как со стороны подрядчиков, так и застройщиков. В частности, одним из таких решений является стальная опалубка Proster®21»,- добавляет Валентин Кан.
Импортозамещение продолжается
Участники рынка также отмечают, что другим устоявшимся трендом последних лет можно считать существенное увеличение на рынке позиций российских производителей опалубки. Тем не менее, крупные и серьезные иностранные компании никуда не делись. Они благополучно локализовали свои производства в России и продолжают успешно работать. В целом, высокая конкуренция на рынке привела к тому, что выпуск опалубки стал более технологичным, а она сама - более качественной, удовлетворяющей всем запросам заказчиков.
«В настоящее время доля иностранных производителей опалубки в лучшем случае составляет 15-20%. Продолжает наблюдаться тенденция в сторону дальнейшего импортозамещения. Кроме того, доля импортного сырья в опалубочных системах российского производства также становится минимальной»,- отмечает инженер-проектировщик опалубочных систем ООО «Статика-С» Роман Слесарчук.
Директор по стратегическому развитию и маркетингу ГК «Промстройконтракт» Рубен Чинарьян считает, что полностью отечественная опалубка - это реальность. «Об этом свидетельствует опыт нашей компании. Сейчас в России действует порядка десяти современных заводов-производителей, использующих отечественное сырье. Какой-то процент импортных компонентов, конечно, используется. В частности - качественная порошковая краска, японские роботы для точной сварки, силиконовый герметик. Но и эта часть сокращается».
«Современный производитель в наши дни всегда должен быть креативен и работать над новинками. Во времена подготовки к Чемпионату мира по футболу широкое развитие получили круглые стальные опалубки, совместимые со стандартными крупноформатными щитами Дельта. Тренд последних лет – самоподъемная и скользящая опалубка, опять же на основе КЩО»,- добавляет он.
По словам генерального директора ООО «Гелиос» Леонида Белова, если ранее иностранные производители завозили в нашу страну оборудование собственного производства, то в настоящее время многие из них выпускают опалубку под своим брендом на российских заводах. В целом, если оборудование выпускается по ГОСТ, опалубки примерно одного качества. На рынке еще присутствуют компании, предлагающее опалубочные системы низкого качества, но их становится всё меньше и меньше.
Универсальный формат
Появление новых брендов на рынке опалубки в первый момент несколько смутило строителей. Их стал интересовать вопрос сочетаемости различных опалубочных систем. По словам Валентина Кана, несовместимость с другими производителями - это один из естественных способов защиты своих интересов на рынке, но он уже давно не является проблемой. Опытные строители знают, как технично избежать трудностей в совместимости разных систем, тем более в нештатной ситуации, в которой стоимость простоя выше, чем затраты на несистемные, но зачастую очень простые и надежные решения.
Между тем, представитель Hünnebeck GmbH (Германия) в РФ Виталий Девятко делает выводы, что в случае стеновой опалубки «сочетаемость» не важна, потому как квалифицированный монтажник легко совместит что угодно с чем угодно. Если компания крупная и имеет широкий спектр направлений строительства, то можно формировать парк из того, что целесообразнее, не глядя на бренды.
Такого же мнения придерживаются и другие специалисты рынка. По мнению Романа Слесарчука, применение опалубки одного производителя является желательным, это ускоряет сборку комплекта, но все-таки не является обязательным, т.к. большинство систем универсальны, а значит сочетаются между собой. Аналогичных выводов придерживается и Дмитрий Корнев. Для строительных компаний, считает он, реализующих однотипные проекты, логично использовать опалубочную систему одного производителя. Но, зачастую, отдельные узлы по-разному реализованы в опалубках разных производителей и возникает необходимость в использовании оборудования разных типов. В этом случае как раз и становится важной универсальность и совместимость. По словам Андрея Грачева, парк опалубки может состоять из продукции разных производителей, российская опалубка чаще всего сочетаема, но самым важным фактором является ее хорошее техническое состояние. Разные бренды могут сочетаться на разных участках.
«Рынок сформировался, основные производители используют опалубочные профили 120х60, которые совместимы между собой. Если опалубка производится по ГОСТ 34329-2017, можно смело покупать оборудование и использовать его для возведения монолитных конструкций», - резюмирует Леонид Белов.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:
Закрепляя форму. Особенности применения стеновой опалубки
Дмитрий Корнев: «Брать в аренду опалубку можно только у профессионалов»
Валентин Кан: «Proster®21 делает монолитное строительство дешевле, быстрее и качественнее»
Определяя стандарты. Как должен регулироваться BIM?
Российские власти неоднократно заявляли о необходимости более активного внедрения технологий информационного моделирования в строительную отрасль. В том числе, обеспечить переход на BIM требовал глава государства Владимир Путин. Для выполнения этого поручения правительство РФ приняло в 2018 году специальную Дорожную карту. Правда, весной этого года вице-премьер Марат Хуснуллин предложил Минстрою РФ разработать новую. Она должна учесть в полном объеме все мнения профессионального сообщества.
Также в феврале текущего года Росстанадарт неожиданно для многих отменил два основных ГОСТ по BIM, утвержденных в 2019-м. Считается, что они не соответствовали ряду положений федеральных законов. В настоящее время подготовлен проект новой редакции ГОСТ. Она выложена на официальном сайте Росстандарта. Публичное обсуждение стандартов должно завершиться 27 августа.
Требуется доработка?
Игроки рынка предложенные новшества оценивают по-разному. Коммерческий директор компании КубартаТМ Роман Старостенко считает важным, что нормативная документация по BIM вообще появляется. «Глубина проработки и предыдущей, и обновленной версии стандартов оставляет желать лучшего, но у нас уже появляется возможность разговаривать с заказчиками на одном языке, использовать понятные обеим сторонам формулировки и правила. Для создания полноценной нормативной базы должно пройти время, поэтому критиковать текущую редакцию ГОСТ я бы не стал», - подчеркнул он.
Начальник отдела информационного моделирования Института территориального развития Павел Семенцов не выявил существенных различий между старой и новой версии отраслевых стандартов. При этом отметил недостаток последней редакции. «А именно, это система статусов, при которой данные, находящиеся в работе у одной группы исполнителей, недоступны остальным. Такой подход, по сути, исключает совместную разработку проекта, хотя возможность запараллелить процессы, как по дисциплинам, так и по различным частям модели - одно из главных преимуществ BIM-технологии, и может значительно сократить сроки проектирования. Представляется, что национальный стандарт как раз и должен устанавливать правила игры: определить общепонятные русскоязычные термины, уровни проработки и критерии качества, от которых могли бы отталкиваться как заказчики - в своих требованиях, так и исполнители - в своей работе. К сожалению, новый проект ГОСТ, как и предыдущий, обходит эти вопросы стороной»,- отмечает эксперт.
По мнению советника директора ООО «Бюро ESG» Ирины Чиковской, новая редакция больше отвечает российским реалиям как по формулировкам, так и по сути. В частности, введены новые термины и определения, расширяющие применение технологий информационного моделирования в строительной отрасли, документ гармонизирован с изменениями в Градостроительном кодексе РФ, заложена возможность расширения требований неучтенных в своде правил. Также зафиксировано применение усиленной квалифицированной электронной подписи к информационной модели и документам в нее входящим, на обсуждение представлены: новый более расширенный принцип именования моделей и кодификация ее элементов.
«Документ серьезно проработан в части атрибутивных данных. Однако мне думается, что в составе атрибутов не учтены важные данные (показатели) для эксплуатационной модели. Есть задел для сметных данных и формирования стоимостных показателей, но, к сожалению, рынок пока не готов к сметной информационной модели. Кроме того, авторы не устояли перед соблазном англицизма – мне не импонируют слова «валидация» и «верификация». В документе государственного уровня можно найти подходящие слова из русского языка»,- добавляет Ирина Чиковская.
Системный подход
Участники рынка считают, что только регулировки стандартов по BIM-технологиям недостаточно для их более глубокого и быстрого проникновения в строительную отрасль. Необходим более расширенный системный подход: от поднастройки смежных нормативных положений, влияющих на цифровизацию всей стройки, до подготовки специалистов по BIM.
«Принципиально важен вопрос стандартизации потребностей в информации (аналог LOD/LOI)», - уверен Павел Семенцов. Для жилищного строительства эти требования уже проработаны достаточно подробно, но их нужно унифицировать. Для других объектов (промышленных, инфраструктурных, и т.д), которые подпадают под данный ГОСТ, также нужно сформировать базовые критерии и перечни атрибутов, соответствующих определенной степени проработки информационной модели. Это основа для проектных работ в BIM и задел для дальнейшего развития - цифровизации экспертизы, стройки, и в перспективе - полного перехода на цифровые двойники при управлении жизненным циклом объекта.
По словам Романа Старостенко, полноценное внедрение BIM-технологий во многом зависит от возможности их использования государственными заказчиками. Им же, в свою очередь, необходима нормативная и разрешительная документация, позволяющая на законных и понятных условиях использовать все преимущества информационного моделирования в их текущей деятельности. То есть, чем быстрее появится такая база, тем быстрее произойдет внедрение. «При этом основным фактором, который мешает внедрению BIM сейчас, мы считаем не отсутствие полноценных нормативных стандартов, а невозможность одновременного использования данных технологий на всех стадиях жизненного цикла инвестиционно-строительного проекта. Так, если даже у технического заказчика есть информационная модель здания, то далеко не каждому подрядчику и субподрядчику он может ее передать. Дело в том, что многие, даже хорошие участники строительного процесса, не умеют пользоваться трехмерным проектом»,- поясняет эксперт.
С данными выводами согласна и Ирина Чиковская. Она отмечает, что пока в стране явная нехватка квалифицированных специалистов, внедряющих и использующих BIM. «Отсутствует или находится в зачаточном состоянии отечественное программное обеспечения с адекватными ценами. Наблюдается межведомственная разрозненность. Поэтому огромная работа ложится на плечи специалистов по BIM или энтузиастов-проектировщиков. О нормативно-правовых актах пусть думают и говорят те люди, чьим основным видом деятельности является их разработка. Тем не менее, могу сказать только одно – процесс внедрения BIM запущен и остановить его уже невозможно», - уверена советник директора ООО «Бюро ESG».