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.
Вторая жизнь
Строительные отходы и мусор можно эффективно перерабатывать. Однако в России значительная часть остаточных материалов все еще утилизируется на полигонах без возможности вторичного использования.
По оценке экспертов, в западных странах перерабатывается до 90% строительных отходов. В России этот показатель не превышает 20%. В настоящее время большинство остаточных строительных материалов складируется на мусорных полигонах, где затем сжигается или закапывается, что наносит вред окружающей среде. Кроме того, по всей стране регулярно появляются несанкционированные свалки.
В 2018 году Правительство России приняло Стратегию развития промышленности по переработке, утилизации и обезвреживанию отходов производств до 2030 года. В соответствии с ней, переработка строительных остаточных материалов должна дорасти как минимум до 60%. Предполагается, что в ближайшие годы в отрасль будут внедряться новые технологии. Застройщики, снижающие объемы мусора, а также его переработчики могут получить различные преференции, в том числе и налоговые.
Возможно всё
Специалисты различают понятия переработки и утилизации. Первое, вполне понятное, предполагает превращение объекта в новый материал или его составляющую. Второе – более объемное, оно может включать в себя, в частности, и полную или частичную переработку. Уничтожение – это последнее звено.
По мнению директора по инжинирингу ФГИК «Размах» Алексея Фунтова, современные технологии позволяют перерабатывать практически все. Даже ртутные отходы можно превратить в новую ртуть, а грунт, загрязненный тяжелыми металлами, можно очистить. Другое дело, подчеркивает специалист, что до нашей страны эти инновации пока не дошли и доходят с трудом, сталкиваясь с различными ограничениями.
По его словам, значительная часть строительного мусора появляется при демонтажных работах. Это бой кирпича, бетона и железобетона, отходы известняка, бута и доломита, щебня. Все это – V класс опасности, то есть пригодный для вторичного использования материал. Кроме того, часто встречается IV класс опасности – отходы от сноса деревянных строений, лом асфальтобетонного покрытия, загрязненный грунт и несортированный строительный мусор. Они также могут перерабатываться и использоваться.
О возможности вторичного применения большинства строительных отходов говорит и директор по демонтажу холдинга «СносСтройИнвест» Пётр Юскин. Он отмечает, что чаще всего перерабатываются металл (для выплавки новых изделий), бой кирпича (для дорожных работ, дренажных систем, садового дизайна, улучшения теплоизоляции), бой бетона (для обустройства фундаментов, изготовления железобетонных конструкций и для создания временных дорог).
«Утилизировать можно любые отходы с I по V класс опасности, при этом получая на 100% новый продукт или частично выделяя ценный компонент и повторно его применяя. При этом компания, которая занимается утилизацией отходов I–IV классов опасности, должна иметь лицензию на осуществление этой деятельности. Для работы с отходами V класса лицензия не требуется. Состав отходов чаще всего неоднородный, и утилизировать их без образования побочных отходов достаточно сложно. Компании чаще всего выделяют из отходов ценные компоненты, используя их в дальнейшем, а остатки от сортировки подлежат дальнейшему размещению на полигоне», – говорит Пётр Юскин.
Технологические особенности
Строительные отходы могут использовать в собственных целях и те, кто их создал. Генеральный директор компании «РПН-Сфера» Юрий Кортунов напоминает, что в строительном мусоре велика доля такого компонента, как древесный материал. «Это рамы, двери, напольные покрытия. Ввиду того, что издревле дерево является для человечества топливом, логично использовать эти элементы именно в этом качестве. Их образуется достаточно, чтобы питать небольшие или временные котельные (например, внутри предприятий или отапливающие «строительные городки»). Конечно, остается часть мусора, которой трудно найти применение, – обрывки линолеума, рубероида и т. п., которые ввиду сложного химического состава не стоит сжигать из-за риска существенного загрязнения атмосферы. Их-то как раз нужно отправлять на полигоны. Эту часть строительных отходов разумно измельчать и, используя в смеси с отходами грунта и крошкообразной фракцией, образовавшейся при дроблении кладки и монолитных элементов, использовать как рекультивационный грунт», – считает он.
По словам Сергея Яруллина, генерального директора компании AXE Machinery (производитель оборудования для сбора, сортировки и переработки отходов), с помощью современных дробилок непосредственно на стройплощадке можно переработать в щебень битый кирпич, асфальт, железобетон, металлолом и другие материалы. «Современный измельчитель способен переработать 100 т бетона всего за час. Получившуюся крошку можно использовать повторно при заливке фундамента. Крупные строительные компании, например, могут вывозить этот материал на другой объект после завершения строительства. К сожалению, дробилки стоят недешево, поэтому отходы чаще всего вывозят на полигоны», – отмечает он.
Алексей Фунтов соглашается с коллегой. Он добавляет, что помимо механического рециклинга, в том числе с задействованием дробилок, можно выделить и сырьевой, связанный с изменением химического состава исходного материала – в ходе реакций провоцируется деградация до низкомолекулярных исходящих состояний. В этой сфере в России сейчас производится множество разработок и патентуется много новых средств.
«В нашей стране технологически процесс рециклинга существенно не изменился за последние десятилетия, поскольку мы не говорим о переработке мусора, а имеем в виду вторичное использование тех или иных отходов. Раздельные элементы передаются не на мусороперерабатывающие предприятия, а на заводы, которые используют эти материалы вторично», – говорит руководитель проектов комплексного освоения территорий компании «Строительный трест» Анзор Берсиров.
Он также сообщил, что в проекте NEWПИТЕР на юго-западной границе города и области уже несколько лет применяется система раздельного сбора мусора. Жители домов отделяют твердые бытовые отходы и выбрасывают их в специальные контейнеры для пластика, стекла, бумаги и алюминиевых банок.
Значительная часть строительного мусора идет на переработку и при монтаже и демонтаже лифтового оборудования. Как отмечает инженер-эколог компании «МЛМ Нева трейд» Гульназ Сабирова, лифтовые кабины в основном сделаны из металла, а цветной и черный металл являются ценным ресурсом. «Его можно переработать, а затем применить в любой отрасли промышленности. Переработке подвергаются и стенки купе кабины, сделанные из ДСП. Кроме того, при демонтаже образуются строительные материалы: бетон, железобетон и кирпич. Они также могут быть переработаны и снова вовлечены в процесс производства. После демонтажа материалы передаются лицензированным организациям по обращению с отходами, а затем утилизируются», – рассказывает она.
Мнение
Анзор Берсиров, руководитель проектов комплексного освоения территорий компании «Строительный
трест»:
– С помощью стройматериалов создаются жилые дома, промышленные здания и социальные объекты. А вот материалы, которые используются при их упаковке, – бумага и пластиковая пленка – подходят для переработки. Пластик не разлагается и плохо горит, поэтому для рециклинга отходов такого рода должны работать перерабатывающие заводы. А регионы, в свою очередь, должны создавать комфортные экономические условия для их строительства.
Пётр Юскин, директор по демонтажу холдинга «СносСтройИнвест»:
– Процесс рециклинга постоянно совершенствуется, используется современная техника. Например, новые дробильно-сортировочные установки, в состав которых входят грохоты, конвейеры, дробилки различной степени дробления. Такое оборудование позволяет осуществлять большой объем работ в кратчайшие сроки.
Владимир Марков, генеральный директор корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Большинство строительных материалов могут и должны подвергаться рециклингу. Однако до недавнего времени в России вторую жизнь получали только изделия из железобетона и кирпича, а все остальные материалы отправлялись на свалку. С внедрением программ реновации проблема приобрела особенную остроту. Появилась необходимость утилизации огромного количества отходов строительства и сноса (ОСС). Только с 2010 по 2015 года объем ОСС увеличился в 12 раз, а на переработку отправлялось всего 12%. Поэтому в настоящее время актуальнее говорить не о технологических переменах в рециклинге, а скорее о становлении системы переработки в России.
Так, на своих предприятиях мы внедрили программу «ТН-Рециклинг», реализацию которой начали с собственных предприятий. Для начала мы установили специальное оборудование, которое позволяет перерабатывать вторичный полистирол и отслужившую минераловатную изоляцию. Таким образом, на своих заводах мы полностью перерабатываем собственный вторичный полистирол (это может быть крошка от изоляции, плиты, не прошедшие контроль качества), упаковку, пленку, каменную вату.
Несколько лет назад мы расширили программу и пригласили к участию профессиональное сообщество. Теперь строители могут сдавать отслужившую теплоизоляцию на основе пенополистирола и каменной ваты на предприятия ТЕХНОНИКОЛЬ. При определенных объемах компания даже готова организовать транспортировку данных продуктов.
А если невозможное – возможно?
Распространение цифровых процессов, постоянно ускоряющееся изменение облика городов, слияние общественной и личной жизни, повышение комфорта и качества жизни – основные запросы для современного здания.
Возможно ли не только идти в ногу со временем, но и опережать его? В компании Schüco уверенно отвечают – да!
Перспектива – в инновациях
Поскольку в компании оценивают свою продукцию и услуги с учетом уровня инновационности, Schüco активно участвует в реализации жилых и офисных зданий, ориентированных на будущее. Требования к эффективным зданиям рассматриваются в комплексе, что делает возможным разрабатывать решения с уникальным и инновационным дизайном.
Инновация в Schüco начинается с идеи. Ассортимент услуг, предлагаемых специалистами компании, охватывает все этапы строительного процесса, гарантируя на каждом из них высокое качество.
«Сегодня заказчики, а следовательно, и архитекторы хотят видеть в проектах больше света, – отмечает генеральный директор российского представительства Schüco International Штеффен Ретиг. – Большой формат остекления, меньшая видимая ширина профиля помогают преобразовать архитектуру города, представить объект как единый организм, гармонично вписывающийся в окружающий ландшафт».
Все новинки, будь то утонченный профиль (Schüco FWS 35 PD), ручка с минималистичной геометрией (для окон серии PD) или встроенная в фасад раздвижная система (Schüco ASE 80 TC), сразу представляются компанией на профильных выставках и предлагаются к продаже.
Так, на последней выставке BAU-2019 были представлены: элементный фасад с непрозрачными поверхностями (платформа Schüco AF UDC 80), панорамными дизайнерскими встраиваемыми оконными элементами (Schüco AWS 75 PD), панорамными дизайнерскими вентиляционными створками (Schüco AWS VV PD) и скрытой текстильной солнцезащитой; концепция элементного фасада со встроенной раздвижной дверью Schüco ASE 80 TC, системой вентиляции с функцией очистки воздуха Schüco VentoLife и звукопоглощающими фасадными элементами Schüco PNC; стоечно-ригельный фасад с дверью и сенсорным дисплеем Schüco DoorControlSystem, встраиваемым оконным элементом с RWA, широкими солнцезащитными ламелями ALB и стеклами с изменением прозрачности; оболочка с объединенными в единую сеть компонентами управления фасадом контрольными устройствами Schüco BSC; элементные фасады со структурным остеклением и мехатронными элементами открывания; а также различные оконные и дверные системы.
Специальный и системный баланс
Широта линейки продукции, а также имеющиеся в Schüco разработки и технологии позволяют воплотить самые смелые архитектурные идеи, даже если они требуют создания уникальных продуктов.
Стандартные (или базовые) решения позволяют заказчику вписаться в экономическую составляющую проекта, соблюсти требования технических нормативов. Они изготавливаются по проверенным временем и практикой технологиям, соответствуют сертификатам и обеспечивают предсказуемый результат.
Если же проект подразумевает какие-либо технологические или архитектурные особенности, то профессионалами проектного бюро компании разрабатывается специальное решение (уникальные по геометрии профили, комбинации фурнитуры, ламели и т. д.).
При этом используются технологии информационного моделирования, 3-D печать и тщательное тестирование. Специальные решения проходят этапы согласования по геометрии, функциональности, возможностям производства и эксплуатации.
Все это, по мнению специалистов компании, способствует развитию производства, ведь если использованное единично инновационное решение окажется удачным, то со временем оно становится востребованным и превращается в новинку, выпускаемую серийно.
«Умный» профиль
С использованием продукции Schüco построено достаточно много зданий и сооружений, имеющих сертификацию систем LEED и BREAM. Есть ряд объектов, вырабатывающих больше энергии, чем потребляют (так называемые пассивные дома). Поэтому в компании тема энергоэффективности – уже не будущее и не настоящее, а, можно сказать, недалекое прошлое.
Сегодня в Schüco работают в векторе развития автоматизации и интеллектуализации своей продукции.
Оконные и дверные профили, производимые компанией по технологии Green, свободно интегрируются в систему «умный дом» или функционируют в автономном режиме.
Полностью укомплектованные необходимыми приводами и датчиками автоматизированные системы остекления Schüco могут, к примеру, учитывая уровень углекислого газа в помещении, температурные и погодные факторы, внешние воздействия и скорость ветра, соблюдать или корректировать график проветривания, менять степень солнцезащиты, а также работать под управлением пользователей, в том числе удаленно.
При этом сложная автоматика, которая, используя мехатронную фурнитуру, формирует и меняет индивидуальный сценарий в каждом помещении, скрыта в профиль и не влияет на эстетику восприятия.
Обучающийся сервис
При инновационности и сложности продукция Schüco легка в эксплуатации. В отдельных компонентах систем производитель добился максимального качества и срока службы – до пятидесяти лет – и всегда готов проконсультировать потребителя по всем вопросам, предоставляет через своих партнеров-переработчиков сервисное обслуживание.
В Билефельде (Германия) находится главный обучающий центр для сотрудников Schüco.
Полученные знания они передают через успешно работающие площадки в Солнечногорске и Химках. Здесь ежегодно повышают свой уровень компетентности по установке, наладке и обслуживанию систем десятки сервисных специалистов компаний-партнеров.
Ознакомиться с новинками, а также с технологиями сборки и обслуживания продукции компании можно и на проводимых Schüco по всей России семинарах.
Повышая профессионализм персонала, компания держит курс на дальнейшее улучшение качества работы клиентской структуры «архитектор – заказчик – партнер Schüco», что максимально отвечает реалиям рынка и заставляет невозможное становиться возможным.
Цитаты
Генеральный директор Schüco в России Штеффен Ретиг:
– Мы в России с 1997 года. За эти годы наша компания создала по всей стране сеть представительств. Благодаря современной складской и дистрибьюторской логистике мы обеспечиваем своевременную доставку систем оконных и дверных профилей, фасадов, комплектующих и фурнитуры нашим переработчикам со складов в Солнечногорске и Гатчине.
Компания постоянно развивается и двигается вперед. Но главное, что все это мы делаем не ради себя, а ради наших партнеров: архитекторов, производителей, инвесторов и частных заказчиков. Именно от них идет стимул к обеспечению с помощью нашей продукции большей свободы дизайна, к созданию технологических и инновационных решений, позволяющих работать на более высоком уровне.
Старший архитектурно-строительный специалист Schüco Екатерина Троц:
– У нас есть очень удобная по использованию в BIM-проектировании база семейств наших решений и узлов. Архитекторы, работающие с нами, хорошо знакомы с данной платформой на сайте. Данные базы свободно интегрируются в модели. Кроме этого, наши специалисты могут создавать семейства под индивидуальные запросы заказчиков. Базы, созданные в разных странах, в том числе и линейка digital-продуктов, представленная на BAU-2019, интегрируются между собой. Это очень удобно, ведь при малейшем изменении проекта мы можем выгрузить семейство, внести необходимые правки на любой стадии реализации и загрузить обратно с привязкой к стоимости, к конкретному подрядчику и, например, к планируемому сроку проведения технического обслуживания.