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.
Добавки в бетон: универсально и дешево
Наиболее популярными у строителей остаются дешевые универсальные добавки в бетон. Спрос на новые специализированные добавки тормозит их высокая стоимость.
Добавки в бетон достаточно разнообразны по своим характеристикам и применению. В настоящее время наиболее востребованными из них остаются пластификаторы. Они тоже имеют несколько разновидностей, но предпочтение чаще всего строители отдают более универсальным, но и дешевым.
По словам руководителя направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Катарины Путковой, в розничном сегменте чаще всего встречаются простые пластификаторы на основе лигносульфонатов (ЛСТ) или миксы с PNS (полиметилен-нафталинсульфонаты). В производстве товарного бетона на бетоносмесительных установках (БСУ) или в производстве ЖБИ все чаще технологи отдают предпочтение миксам таких пластифицирующих основ, как ЛСТ и PCE (поликарбоксилаты), миксам из различных PCE-эфиров. Специальные задачи решают с помощью эффективных замедлителей и воздухововлекающих добавок на основе ПАВ (синтетических или органических).
Генеральный директор «КБК Проект» Василий Костин отмечает, что пластификаторы, замедлители и т. д. высоко ценятся крупными строителями, поскольку позволяют экономить и рабочее время, и материалы. «Сейчас растет интерес к комплексным добавкам, так как они избавляют от необходимости подбирать элементы и, кроме того, изучать их на предмет взаимной совместимости. Сейчас на рынке появляется все больше комплексных добавок на базе суперпластификаторов, а также сложных добавок из множества компонентов», – добавляет он.
По мнению руководителя научно-технического центра ООО «Полипласт Северо-Запад» Игоря Коваля, сегмент специализированных добавок будет развиваться. «Сейчас их основная проблема в том, что они дорогие, поэтому их мало кто использует. Однако они эффективно решают локальные задачи, с которыми универсальные добавки не справляются. Например, раньше были популярны многофункциональные машины, выполняющие функции принтера, сканера. В итоге люди получали плохой принтер и плохой сканер. Стало ясно, что лучше приобретать отдельные самостоятельные устройства. С добавками в бетон – аналогичная история», – подчеркнул он.
Руководитель направления «Добавки в бетон» по СЗФО строительного подразделения Master Builders Solutions концерна BASF Дмитрий Рыжов считает, что в настоящее время бетонный рынок все больше стремится сэкономить на применяемых добавках в ущерб качеству. «Поэтому востребованы любые дешевые решения, даже если они приводят к большему расходу цемента. К сожалению, эту тенденцию формируют строительные компании, которые диктуют моду на дешевый бетон. Этому способствует и ситуация на рынке в крупных городах. Тем не менее, остаются еще компании, которые ищут решения через инновационные разработки. Если мы говорим о заводах товарного бетона, то в этом случае большую роль играет цена, а на втором месте стоит универсальность применяемых материалов. Если же мы говорим о массовом сегменте, то здесь в первую очередь значима именно универсальность», – резюмирует эксперт.
Мнение
Катарина Путкова, руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Рынок, безусловно, тяготеет к более универсальным продуктам, но разработка добавок под специальные задачи будет всегда актуальна для производителей строительной химии. В пик строительного сезона производители бетона должны держать руку на пульсе из-за нестабильности цемента, инертных материалов (песка и щебня), несоблюдения на строительных объектах элементарных строительных норм, регламентируемых СНиП и ГОСТ. Основное требование к производителям добавок (помимо цены и условий поставок) – стабильность качества и универсальность пластификаторов к изменениям инертных материалов и активности цемента.
BIM с нуля. Итоги конференции «BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры»
По мнению экспертов, активное изучение BIM-технологий в профильных вузах существенно ускорит внедрение информационного моделирования в практическую деятельность проектных и строительных компаний.
На площадке СПбГАСУ прошла II Международная научно-практическая конференция «BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры». Она собрала более 200 участников, в том числе представителей свыше 30 вузов и около сотни специалистов российских и зарубежных компаний.
На конференции обсудили вопросы внедрения BIM-технологий в образовательный процесс и практическую деятельность проектных и строительных компаний.
По словам заведующего кафедрой информационных технологий СПбГАСУ Алексея Семёнова, внедрение BIM в учебный и научный процесс началось в вузе несколько лет назад. Мотиватором послужило поручение Президента России о внедрении к 2019–2020 годам в строительную отрасль технологий информационного моделирования. «В частности, говорилось о необходимости обеспечения подготовки кадров в данном направлении. Понятно, что внедрение изучения BIM-технологий – небыстрый процесс. Надо задействовать новые образовательные форматы. Тем не менее, интерес к изучению BIM-технологий есть. Все больше студентов понимают, что знание информационного моделирования – необходимо для того, чтобы быть востребованным специалистом. На площадке нашего университета уже несколько раз проводился BIM-чемпионат для студентов. Последний, который был месяц назад, получил статус международного. Все больше вузов хотят принимать участие в таких мероприятиях, и мы готовы с ними активно сотрудничать», – отметил он.
С актуальностью проблемы подготовки кадров согласен и Александр Высоцкий, руководитель компании «Высоцкий консалтинг», которая обучает BIM-технологиям студентов СПбПУ. «Важно, чтобы выпускник, уходя из вуза, сразу же становился ценным кадром для проектных и строительных компаний. Поэтому важно обучаться BIM с нуля в учебных заведениях, а затем дополнять знания. К сожалению, в вузах пока мало опытных преподавателей. Также очень сильно тормозит учебный процесс старая, классическая образовательная практика», – добавил эксперт.
На конференции обсуждались и вопросы использования BIM на практике. Советник директора СПб ГАУ «Центр государственной экспертизы» Ирина Чиковская сообщила, что в этом году государственная экспертиза в пилотном режиме начинает проект по приему информационных моделей как приложения к проектной документации. Однако опыт уже показал, что представленные проекты содержат ошибки, или же есть модель, но не представлена его информационная наполняемость. На это, добавила она, должны обратить внимание специалисты по BIM, в том числе и те, которые недавно закончили вузы.
Интерес у участников мероприятия также вызвали примеры использования BIM-технологий в других странах. В частности, представители университета Ханянг из Южной Кореи рассказали о разработанной ими программе, которую можно использовать с BIM-платформами. Она позволяет все работы проводить одновременно, что положительно сказывается на реализации проекта.
Мнение
Евгений Рыбнов, ректор СПбГАСУ:
– Технология BIM неуклонно входит в нашу жизнь. Это принципиально иной подход к проектированию, возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонту здания, к управлению жизненным циклом объекта, включая его экономическую составляющую. Для реализации внедрения BIM требуются высококвалифицированные специалисты, владеющие соответствующим программным обеспечением. СПбГАСУ – в числе вузов, осуществляющих подготовку таких специалистов.
Андрей Кумсков, руководитель направления информационного моделирования AECOM:
– Характерной чертой или даже призванием технологии информационного моделирования является объединение информации из различных источников и разных стадий проекта. Все предыдущие подходы к автоматизации предполагали использование новых методов работы в довольно ограниченных рамках.
С появлением BIM-технологий на первое место выходит задача по выработке единых принципов формирования и обработки информации из разных источников данных и на всех фазах проекта.
Соглашусь с мнением, что для эффективного развития BIM-технологий необходимо наладить взаимодействие образовательной, научной и производственной сфер.
Какие условия для этого нужны? Важно, чтобы университеты, поставляющие кадры, участвовали в решении реальных проектных задач, были неотрывно связаны с практическим опытом, а производители инженерного оборудования и материалов были вовлечены во взаимодействие с проектировщиками, создавали свои базы данных для успешной интеграции в создание BIM-моделей.
Есть ли успехи в этом процессе? Несомненно, есть пример успешного сотрудничества между учебным заведением и проектной компанией: программа AECOM on Campus, с помощью которой мы привлекаем студентов 4-го и 5-го курсов МГСУ к созданию информационных моделей и даже проводим обучающие курсы.
Другой пример успешной интеграции производителей в процесс формирования информационных моделей проектировщиков – разработка плагина и библиотеки объектов Schneider Electric.