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.
Сэкономить с умом
Применение новых технологий и материалов ускоряет и удешевляет проектирование и строительство. Максимального положительного эффекта можно достичь при использовании новшеств в полном цикле работ.
По словам экспертов, ключевым способом снижения стоимости строительства является сокращение сроков проектирования и СМР (строительно-монтажных работ). В результате чего происходит высвобождение человеческих ресурсов, занятых на возведении объектов, и увеличение оборота средств.
Уменьшая сроки
По словам генерального директора ГК «Высота» Ирины Харченко, использование на этапе проектирования BIM-технологий позволяет сократить сроки будущих работ на площадке за счет повышения качества проектирования, сокращения количества ошибок и последующих правок. Это вдвойне актуально для зданий сложной конструкции и конфигурации. «При этом самый эффективный способ сокращения сроков СМР – четкая организация и параллельные работы на всех участках, где это допустимо. Также для ускорения монолитного строительства высотных зданий и сооружений дополнительно к башенным кранам и бетононасосам можно использовать бетонораспределительную стрелу. Данная технология позволяет организовать непрерывную заливку бетона и занятость персонала на площадке в три смены. Кроме того, зарекомендовавшей себя технологией ускорения строительства является использование сборно-монолитных элементов для лестниц, инженерных и лифтовых шахт. Поступая на строительную площадку в готовом виде, они существенно позволяют сократить время строительно-монтажных работ», – отмечает она.
По оценке генерального директора компании «КБК Проект» Василия Костина, внедрение различных новых технологий в проектирование и строительство позволяет снизить общую стоимость проекта на 10–30%. Это касается снижения прямых трат на строительство и проектирование благодаря использованию инновационных строительных материалов и технологий и снижения косвенных расходов на непосредственное управление проектом. «Мы, как проектная организация, стараемся снизить затраты для заказчика – в первую очередь, за счет комплексной проработки техзадания с использованием информационного моделирования вкупе с предложением обоснованных экономичных решений, таких как энерго- и теплосберегающие технологии», – добавляет он.
Тем не менее, сетует коммерческий директор компании RDI Валерий Кузнецов, о BIM в строительстве намного больше говорят, чем используют на практике. «Ограниченное применение BIM имеет свои причины. Это не стандартизированный продукт. Нет единой технологической платформы, на которой разрабатываются проекты. В каждом случае выполняется, по сути, отдельная программа работы с BIM. Экспертиза по-прежнему принимает проектную документацию в бумажном виде или в формате PDF даже при наличии BIM. Использование этого подхода будет ограниченным и в дальнейшем, пока правительство не сделает технологию обязательной. Сейчас мы видим разный уровень профессиональных знаний BIM у всех компаний, которые привлекаются к проекту. А это большие сложности для эффективного взаимодействия», – отмечает он.
IT-директор Группы ЦДС Михаил Орлов сообщил, что «цифра» сейчас внедряется не только в проектирование, но и в строительный процесс в целом. «Одним из наших приоритетов в последние два года был переход на цифровые технологии. Современные системы, такие как ERP (интегрирующий финансовый инструмент), система контроля качества строительства и BIM-проектирование, позволяют всем подразделениям компании находиться в едином информационном поле и четко координировать свою работу, что в конечном счете отражается на сроках и стоимости строительства. Применяемые технологии уже доказали свою эффективность. В частности, система контроля качества объектов позволяет координировать деятельность технадзора, генподряда и службы заказчика. От слаженности их работы во многом зависит скорость строительства», – подчеркнул он.
Улучшая качество
Представители строительной отрасли отмечают, что в последнее время появилось и множество стройматериалов, которые обеспечивают необходимое качество и при этом позволяют сэкономить.
Такие технические решения, говорит генеральный директор СК «Домино» Дмитрий Макеев, можно найти практически на каждой стадии строительства: от фундамента до кровли. На рынке существует современные материалы, которые с успехом заменяют материалы устаревшие. «Например, появились специальные изоляционные мембраны. При выполнении армирования, с учетом роста цен на металл, многие закладывают в проектные решения композитную арматуру, что позволяет снизить транспортные расходы и уменьшить сметную стоимость. Современные системы опалубки позволяют использовать их многократно, сокращая время на подготовку и минимизируя издержки на доску. Также на рынке появляются новые стеновые материалы, которые обеспечивают высокую скорость кладки, а простота выполнения работ позволяет привлекать менее квалифицированную рабочую силу. При этом крайне важно, чтобы новый на рынке материал имел под собой серьезную научно-техническую базу, успешно пройденные испытания, разработанные альбомы технических решений», – отмечает он.
По словам руководителя инженерно-технического центра ТЕХНОНИКОЛЬ Алексея Арабова, снижение стоимости строительства при сохранении высокого качества и надежности является одним из приоритетов. «Для реализации данной цели мы активно работаем сразу в нескольких направлениях. Первое – это производство материалов и применение технологий, увеличивающих скорость строительства. В качестве примера можно привести кровельные материалы, которые монтируются методом механического крепления, а также системы клиновидной изоляции для устройства уклонов. Это позволяет существенно увеличить скорость монтажа, что особенно актуально при строительстве зданий и сооружений с большой площадью крыш. Второе – это разработка новых типов ограждающих конструкций. Так, мы разрабатываем бесстяжечные системы изоляции крыш. Это решение позволяет отказаться от применения стяжки, что значительно сокращает стоимость самой конструкции, существенно увеличивает скорость монтажа. Третье – применение композитных материалов. Основной плюс таких решений состоит в том, что один или несколько процессов, которые ранее выполнялись на объекте, уже сделаны на производстве», – отмечает он.
В целом, резюмирует специалист, для правильной оценки эффективности новых технологий нужно использовать оценку стоимости жизненного цикла конструкций. Не всегда снижение стоимости на этапе строительства приводит к желаемому эффекту. Очень важно при сравнении различных материалов и технологий оценивать стоимость, приведенную к сроку их безремонтной эксплуатации.
Мнение
Сергей Терехов, директор по продажам H+H:
– К строительному сезону H+H («Эйч плюс Эйч») представила обновленную формулу всесезонного клея H+H LimFix для кладки газобетонных блоков. Благодаря этому собственному инновационному продукту H+H процесс возведения всех видов наружных и внутренних стен из газобетона, включая несущие, оказывается более быстрым и выгодным. Так, один баллон обновленной версии клея Н+Н LimFix позволяет склеивать в 2 раза больше газобетонных блоков по сравнению с предыдущим вариантом – до 2 куб. м вместо прежнего 1 куб. м. Клей LimFix, поставляемый в баллонах, полностью готов к применению. Так что не тратится время на разведение сухого клея, полностью исключены «мокрые» процессы.
Занижая расценки
Из-за падения строительной активности на рынке топографических услуг существенно выросла конкуренция и усилился ценовой демпинг.
В настоящее время в Санкт-Петербурге и Ленобласти работает около сотни инженерно-изыскательских организаций. В частности, они предоставляют услуги топографической съемки местности, на которой впоследствии будут возведены здания, дороги или коммуникации. Стоимость съемки зависит от характеристик участка и конкретного объекта. При этом игроки рынка отмечают, что цены на топографические работы у некоторых организаций существенно занижены, а предоставляемые услуги не всегда качественны.
Реалии рынка
По словам главного инженера ООО «Изыскатель» Кирилла Черняка, в настоящее время самой актуальной проблемой для изыскателей является уменьшение объемов строительства и, как следствие, сжатие рынка геодезических и топографических работ. Также наблюдается массовый переход геодезистов из изыскательских организаций в строительные компании, связанный с уровнем заработной платы. «Кроме того, существует огромное количество фирм-однодневок, представленных двумя-тремя специалистами и оказывающих значительное ценовое давление на рынок в сторону снижения стоимости работ. В результате этого у многих серьезных изыскательских организаций значительно снижаются доходы, и по этой причине рост зарплат сотрудников становится невозможным. С другой стороны, в последнее время наблюдается демпинг и со стороны особо крупных компаний. Таким образом они пытаются задавить конкурентов и захватить рынок. В данном случае нужен жесткий контроль со стороны ФАС», – считает он.
Кирилл Черняк отмечает, что ценовой демпинг, снижение уровня оплаты труда специалистов и, как следствие, потери в качестве работ – характерны не только для геодезии, но и для всей строительной отрасли в целом. По его словам, для исправления сложившейся ситуации необходимо усилить контроль качества работ на всех этапах, повысить ответственность компаний-застройщиков, ввести минимальный почасовой уровень оплаты труда по специальностям и категориям. Также важно улучшить доступ к госзакупкам для небольших компаний, отрегулировать действующую нормативную базу и т. д.
Заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов» Сергей Лазарев также считает, что специфика этого сегмента петербургского рынка на данный момент выражается в большом количестве изыскательских организаций в городе и небольшой цене выполнения работ. «Тем не менее, проблема компаний-однодневок не стоит остро, так как для выполнения изысканий, во-первых, требуются допуски СРО, а во-вторых, наша ниша является крайне консервативной – и заказчики привыкают работать «вдолгую» со своими постоянными подрядчиками. Конечно, появляются новые компании, которые пытаются занять свое место на рынке, но получить большой заказ сразу у них не получится», – полагает эксперт.
Попали в сети
По мнению игроков рынка, кроме высокой конкуренции и демпинга, в отрасли геодезии и топографии существуют и специфичные проблемы. Причем некоторые из них касаются прежде всего именно Петербурга.
Начальник отдела топографических работ ОАО «Трест ГРИИ» Ольга Детковская рассказывает, что в настоящее время в городе нет единого банка данных исполнительных чертежей на вновь прокладываемые и уже имеющиеся сети. «Каждая эксплуатирующая организация создает свой банк и ограничивает к нему доступ изыскателей. Также она устанавливает свои монопольные расценки на использование чертежей, сверку сетей, сроки проведения сверки. Справочник базовых цен, на который ориентируются специалисты, не предусматривает такие затраты при производстве инженерно-геодезических изысканий. В настоящее время застройщики стараются избежать заключения договора с изыскательскими организациями на выполнение исполнительной топографической съемки, так как нет четкого требования ГАТИ и ГАСН на законодательном уровне производить такие работы. Вследствие всех вышеперечисленных проблем качество инженерно-геодезических изысканий низкое, средние рыночные цены не покрывают затрат на себестоимость работ», – объясняет специалист.
Сергей Лазарев добавляет, что, если говорить о Петербурге, наиболее актуальная проблема сегодня в топографии – это необходимость согласования сетей в эксплуатирующих организациях. «Оно может растягиваться на срок до двух месяцев, что неприемлемо для наших заказчиков. Не очень понятно, почему Петербург отстает от Москвы почти на десятилетие в этом направлении. В Москве данная проблема решена давно – и согласования сетей проводятся по принципу "единого окна"», – подчеркивает он.
Мнение
Сергей Лазарев, заместитель генерального директора ООО «Гильдия Геодезистов»:
– Для улучшения ситуации на рынке изыскательских услуг необходимо организовать на уровне города (профильного вице-губернатора) нормативную базу для создания «единого окна» согласования сетей, например, на базе ГГО КГА СПб. Также следует сформировать нормативную базу для организации фонда архивных данных на территории Петербурга (на данный момент вообще не существует юридической базы, на основании которой изыскатели обязаны сдавать архивы в город), с одновременной качественной проработкой сервисов электронного документооборота, проверки материалов изыскателей и т. д. Это поможет увеличить скорость выполнения изысканий минимум в два раза. Кроме того, важно ужесточить проверки СРО для изыскательских компаний, вплоть до возврата к лицензированию.