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.
В формате «эконом»
В настоящее время на рынке наиболее востребованы бюджетные универсальные сухие строительные смеси (ССС). Однако некоторые из них являются контрафактом и существенно проигрывают по качеству оригинальной продукции.
Ассортимент сухих строительных смесей постоянно растет. Производители продукции ориентируются как на застройщиков, так и на частных лиц, занимающихся ремонтом. Тенденции последних лет свидетельствуют, что большинство потребителей ориентируется на недорогие варианты.
Коррекция под рынок
Технический директор ООО «Полипласт Северо-Запад» Владимир Голубев рассказывает, что основные сырьевые компоненты, входящие в состав сухих строительных смесей, принципиально не меняются. К ним все так же относятся: минеральные и органоминеральные вяжущие вещества, заполнители, наполнители и функциональные добавки. При этом, отмечает он, роль последних в составах ССС в последние годы, безусловно, возросла.
«Новые направления в производстве любых строительных материалов диктуются тенденциями современного рынка, не исключение и ССС. В настоящее время большим спросом пользуются универсальные и относительно бюджетные товары, постепенно вытесняющие по объемам продаж аналоги из среднего и премиального ценовых сегментов», – отмечает Владимир Голубев.
Руководитель направления «Стройматериалы» компании «Леруа Мерлен» Алексей Шамов поясняет, что модифицирующие европейские добавки, которые используют производители, за последние годы выросли в цене. Однако существенно поднять цены на свою продукцию предприятия не могут из-за конкуренции. «Поэтому производители довольно часто стали переходить на модифицирующие добавки российского и китайского производства, вместо, например, немецкого или финского. Не могу сказать, что это ухудшило качество смесей – брендовые компании, которые следят за качеством своей продукции, удерживают средний уровень качества смесей. Но иногда от покупателей слышим, что тот или иной продукт «уже не тот». Многие производители стараются удешевить изготовление смесей, при этом не потеряв в качестве. Иногда это получается, иногда – нет», – признает специалист.
В целом же за последние годы количество видов ССС значительно увеличилось. По мнению генерального директора архитектурно-строительного бюро «Люксер» Николая Овчарова, и сама технология работы с сухими смесями за последние 30 лет существенно изменилась. «Что мы имели в конце 1980-х? Цемент, строительный гипс и шпатлевку. Собственно, всё. Причем шпатлевка чаще всего была уже в консистенции пасты, готовой к применению, так что назвать ее сухой смесью можно только условно. Даже клей для плитки в те времена готовили самостоятельно, смешивая цемент с клеем ПВА в определенных пропорциях. Для этой нехитрой, на первый взгляд, операции требовался серьезный профессионализм, так как качество и клея, и цемента было крайне нестабильно и пропорции приходилось определять "на глазок"», – вспоминает он.
Сейчас, говорит Николай Овчаров, совершенствование сухих смесей идет по нескольким направлениям: ускорение процесса нанесения, ускорение процесса высыхания смеси после нанесения, уменьшение расхода смеси. Для достижения этих целей используются разные технологии. Например, выравнивание стен проходит в несколько этапов: сначала с помощью цементной смеси или гипсовой штукатурки, затем грубой шпатлевкой и только после этого финишной шпатлевкой до зеркально-гладкой поверхности. Каждая смесь имеет свои особенности при нанесении, свою продолжительность высыхания. Другим важным аспектом работы с сухими смесями является широкое применение производителями различных синтетических добавок, которые не всегда совместимы друг с другом.
Избежать контрафакта
По словам специалистов, так как многие приобретатели ССС (будь то застройщики или физические лица) в силу сложившихся экономических причин стараются приобретать наиболее дешевые материалы, у них есть все шансы нарваться на контрафактную продукцию, которая не соответствует заявленным стандартам.
По мнению Владимира Голубева, самым эффективным способом борьбы с контрафактом были и остаются меры по ужесточению действующего законодательства в отношении физических и юридических лиц, нарушающих авторские права.
Как отмечает Алексей Шамов, среди сухих смесей больших брендов контрафакт встречается, но довольно редко. Среди менее модифицированных смесей, таких как цементно-песчаные смеси, стяжки, где необходимо выдерживать марочную прочность, встречаются и смеси без сертификатов. Иногда смесь, которая оказалась контрафактной, рассыпается, из-за этого приходится демонтировать конструкцию, заново проводить работы, а это затраты и физические, и денежные, и временные.
«В «Леруа Мерлен» за последние годы очень ужесточилась политика листинга любого товара, сбора документов и сертификации, которые необходимы для каждого продукта. Ни один товар не попадает на полку без проверки всех документов, необходимых по законодательству для продажи этого товара, включая сертификаты, ГОСТы. Более того, мы плотно работаем с нашими производителями и аудируем уровень производства на предмет соблюдения технологий. Так мы понимаем, что именно производит наш поставщик, какие материалы использует, и тем самым контролируем качество продукта», – резюмирует Алексей Шамов.
Мнение
Владимир Голубев, технический директор ООО «Полипласт Северо-Запад»:
– Вступившее в силу в конце прошлого года Постановление Правительства РФ № 717, в котором строительные смеси и растворы включены в перечень продукции, подлежащей обязательному декларированию, безусловно, улучшает ситуацию. Однако в текущих условиях рыночной экономики основополагающим фактором для потребителя остается конечная стоимость товара. Добросовестные производители всеми силами стараются защитить свой бренд и высокое качество, что сделать особенно сложно, так как в момент приобретения потребитель зачастую просто не в состоянии проверить качество продукции.
Фото: Никита Крючков
Железобетонный вариант
Производители железобетонных изделий, чтобы остаться на рынке, модернизируют технологию их выпуска.
По данным Росстата, в I квартале 2019 года производство железобетонных изделий в стране составило 4,7 млн куб. м. В сравнении с аналогичным периодом прошлого года их выпуск вырос на 3,5%.
Ожидается, что положительная тенденция в производстве ЖБИ должна сохраниться и во II квартале года. Это связано с тем, что в преддверии перехода на проектное финансирование жилищного строительства многие девелоперы ускорили темпы работ.
Сохранить конкурентоспособность
По мнению экспертов, в ближайшей перспективе панельное домостроение останется востребованным в России, его объемы даже будут расти. Соответственно, не должны остаться без работы и домостроительные комбинаты. Однако девелоперам будет интересна более технологичная продукция.
В настоящее время, рассказывает ведущий аналитик компании «Техконсалтинг» Игорь Никитин, в России действуют около 300 предприятий – производителей ЖБИ. Финансовое положение у них очень разное. «В целом технологическое обновление не слишком затратно для производства ЖБИ. Но у многих небольших игроков рынка на это нет средств. Они продолжают работать по старинке и занимаются преимущественно изготовлением конструкций, применяемых в дорожном строительстве. Что касается крупных компаний, то большинство из них уже модернизировало свои производства или планирует это сделать в ближайшее время, чтобы продукция осталась конкурентоспособной», – обрисовывает ситуацию эксперт.
По его словам, многие предприятия работают над улучшением технологической основы железобетонных конструкций. Это поможет повысить их долговечность и прочность. Также производители начинают выпускать более разнообразную по размерам продукцию. Для этих целей они модернизируют узлы формовки и резки.
Положительная оптимизация
О проведенной модернизации производств рассказывают и сами игроки рынка. Заместитель генерального директора АО «ПИК-Индустрия» по производству и техническому развитию Михаил Рогозин отмечает, что производство ЖБИ – максимально технологичный процесс, в котором задействованы механизмы и оборудование, информационные, человеческие и материальные ресурсы. Принципиально технология производства ЖБИ осталась той же, однако кардинально изменился подход к проектированию, планированию, оснащению производственного процесса, а также к материалам, применяемым при производстве изделий.
Михаил Рогозин сообщил, что за относительно небольшой срок на предприятиях АО «ПИК-Индустрия» по производству ЖБИ были модернизированы абсолютно все процессы: от проектирования до формирования отчетности. Все цеха оборудованы инженерными разработками европейских производителей. Все это, по словам г-на Рогозина, принесло несомненную пользу: «Каждому ЖБИ сегодня присваивается электронный паспорт с указанием номенклатуры изделия, даты изготовления, класса бетона, сертификатов соответствия, процедур технического контроля ЖБИ. На всех заводах АО «ПИК-Индустрия» по производству ЖБИ большое внимание уделено внедрению современных методов цифровизации и обработки данных. Это позволяет не только ускорить производственный процесс, но и разработать как можно больше модификаций продукции для нужд компании, улучшить характеристики и качество выпускаемого конечного продукта. Если говорить о масштабах, то внедрение инновационных технологий в производственные процессы позволило нашим предприятиям сегодня производить около 350 тыс. куб. м ЖБИ в год, а также увеличить производительность труда на производствах на 29%».
Заместитель главного инженера АО «ПО «Баррикада» Александр Киселёв сообщил «Строительному Еженедельнику», что в связи с возросшей в последние годы стоимостью сырьевых материалов и энергоресурсов для производства железобетонных изделий предприятие полностью ушло от применения агрегатно-поточной технологии в сторону более экономичных и совершенных – конвейерных и стендовых, позволяющих максимально повысить эффективность производства. Результатом проведенной к настоящему времени модернизации стало увеличение выпуска готовых изделий с единицы площади в два раза, сопровождающееся сокращением общезаводских расходов и снижением численности производственного персонала.
«Применение таких материалов, как современные химические добавки в бетон, новые классы арматурных сталей, в сочетании с новым оборудованием обеспечивает положительный экономический эффект, а также повышает технологичность производственного процесса. Это в конечном итоге положительно сказывается на качестве готового продукта и позволяет предприятию не только уверенно чувствовать себя на высококонкурентном рынке строительных материалов, но и соответствовать высокому статусу предприятия, допущенного к поставке своей продукции в Вооруженные силы России», – добавил он.
Мнение
Александр Киселёв, заместитель главного инженера АО «ПО «Баррикада»:
– Желание идти в ногу с мировыми лидерами в области производства ЖБИ, а также необходимость соответствовать все более жестким требованиям к конструкциям возводимых объектов строительства – подталкивают предприятие к постоянному обновлению и усовершенствованию производственной и технологической базы, несмотря на необходимость существенных финансовых вложений.