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.
Перспективы применения металлоконструкций в жилищном строительстве
Новые возможности для развития отраслей металлургии и производства металлоконструкций в связи с изменениями в законодательстве о жилищном строительстве обсудили участники круглого стола «Металлопрокат, трубы и конструкции для строительного комплекса Санкт-Петербурга и Ленинградской области».
Организованное Российским союзом поставщиков металлопроката (РСПМ) совместно с бизнес-клубом «РСПМ Северо-Запад», мероприятие стало площадкой для дискуссии, в которой приняли участие почти 50 руководителей и специалистов предприятий металлургии, металлоторговли, сервисных металлоцентров (СМЦ), производства строительных материалов, а также металлоизделий и конструкций.
На круглом столе был представлен развернутый анализ ситуации на мировом рынке металла и металлоконструкций. Поскольку, как подчеркнул заместитель главного редактора информационно-издательской службы (ИИС) «Металлоснабжение и сбыт» Виктор Тарнавский, все движения на рынке, которые происходят за рубежом, зачастую влияют на динамику цен на российском внутреннем рынке.
В свою очередь, координатор бизнес-клуба «РСПМ Северо-Запад», генеральный директор ООО «Фирма «СЕВЗАПМЕТАЛЛ» Валерий Голенкин проанализировал состояние отечественной экономики с учетом динамики ВВП, инвестиций, объема выполненных работ в строительстве, потребления металлопроката, ввода жилья в РФ, состояния различных отраслей, а также привел данные аналитиков о развилках экономической неопределенности.
На встрече были затронуты такие вопросы, как перспективы применения металлоконструкций в жилищном строительстве (пока, отметил генеральный директор ООО «Пионер-Инвест» Юрий Грудин, это единичные примеры), увеличение доли российской продукции при реализации крупных инвестиционных проектов (к примеру, «Ямал СПГ», модули для которого – преимущественно китайского производства). Говорилось и о качестве проектных решений с применением металлоконструкций, и о нежелании заказчиков (а нередко – генподрядчиков) отказываться от железобетона.
В качестве ответа на экономические вызовы были высказаны идеи о возможностях реформирования и представлены уже реализуемые проекты.
О необходимости синергии в отрасли заявил руководитель направления Дирекции по продажам проектных решений ООО «ТК ЕвразХолдинг» Дмитрий Пухнаревич. Одним из путей достижения цели в «ЕвразХолдинге» видят оперативность поставок, для чего компания создает хабы с «честными складскими остатками металла».
На преимуществах металлоконструкций перед бетоном сделал акцент в своем выступлении представитель АО «Объединенная металлургическая компания» Алексей Зинягин. В частности, он упомянул о высокой несущей способности каркаса, что важно для высотных зданий, при его сравнительно малом весе. Снижение нагрузки на фундамент здания, напомнил он, ведет к дополнительной экономии. Г-н Зинягин отметил также, что колонны из металлоконструкций занимают меньшую площадь – и это дает больший простор в организации пространства.
Со своей стороны, менеджер Дирекции по продажам АО «Северсталь Менеджмент» Сергей Спиваков назвал в числе перспективных целей компании тесное сотрудничество с проектировщиками в разработке новых решений для «стального» строительства, сотрудничество с ассоциациями строителей для продвижения проектов и «стальных» решений, внимание к конечным потребителям.
Наконец, генеральный директор ООО «Металлострой» Игорь Джавадов обратил внимание собравшихся на несовпадение подхода ведущих зарубежных и отечественных металлургических компаний к взаимодействию с производителями металлоконструкций: в отличие от зарубежных партнеров ООО «Металлострой», российские лидеры металлургической отрасли не начинают отгрузку металлопроката без предоплаты, посетовал г-н Джавадов.
Наиболее дискуссионным получилось общение участников круглого стола с Юрием Грудиным, единственным представителем девелоперского сообщества. Говоря о причинах отказа девелоперов от проектов с применением металлоконструкций, Юрий Грудин подчеркнул, что не верит в «бетонное лобби». «Рынок не брал дома, построенные и спроектированные с применением металлоконструкций, по массе причин. Например, из-за сложности соответствия требованиям пожарной безопасности, небольшой вариативности планировок», – сказал он. По его мнению, проектировщики должны доказывать заказчику и генподрядчику, что металлокаркас – это выгоднее, проще и быстрее.
Светопрозрачные конструкции:легкость, прочность, экологичность
В современном строительстве на протяжении последних десятилетий прослеживается отчетливый тренд к увеличению площадей остекления как внутри зданий, так и на их фасадах. При этом расширяется применение светопрозрачных конструкций (СПК) на основе алюминия, доля которых на рынке растет с каждым годом.
Направления использования
Традиционным сегментом применения оконно-фасадных конструкций из алюминиевого профиля являются объекты социального и производственного назначения. По сей день основной объем потребления приходится на деловые и торговые центры, спортивные сооружения и т. п. Но участники рынка отмечают тенденцию к расширению использования алюминиевых светопрозрачных конструкций в жилищном строительстве. «До 2016 года основными проектами, куда мы поставляли свои системы, были административные и общественные здания. Появление в нашем портфеле новинок – SlimLine и Masterline, отличающихся разнообразием внешнего вида и улучшенными техническими характеристиками, – позволило нам значительно увеличить объем жилищных проектов», – поясняет директор филиала Reynaers Aluminium RUS в Северо-Западном регионе Сергей Колосов. «Изначальные возможности алюминиевых систем гораздо шире. Можно учесть хотя бы тот факт, что алюминиевые светопрозрачные конструкции можно устанавливать в регионах с сейсмичностью в 9 баллов. Не говоря уже о возможности исполнения противопожарных, бронированных и других специальных систем», – отмечает руководитель Северо-Западного представительства компании Schuco Нодар Тузбая.
Виды остекления
Говоря о применении светопрозрачных конструкций, можно выделить четыре укрупненных направления. Это внутренние перегородки, оконно-фасадные системы, крыши зданий (атриумы и зенитные фонари) и полностью остекленные помещения (террасы, теплицы и т. п.). В каждом из вышеупомянутых случаев в зависимости от поставленных задач и климатических условий целесообразным может быть как утепленное, так и холодное остекление.
Алюминий при высоких показателях прочности и долговечности отличает высокая теплопроводность, что послужило причиной сужения сферы его использования в северном климате. Но с появлением профилей с терморазрывом и алюмо-деревянных конструкций оконно-фасадные системы на основе алюминия увеличили долю в сегменте теплого остекления, сохраняя позиции в традиционной для вида области холодного остекления.
Потребительский спрос
По данным исследования «Фасадной академии», в 2017 году рынок алюминиевых конструкций для светопрозрачных фасадов составил около 18 тыс. т, а потребление алюминиевых конструкций для светопрозрачных фасадов – около 6, 5 тыс. кв. м. Доля рынка светопрозрачных алюминиевых конструкций растет – несмотря на то, что по стоимости такие системы превышают в большинстве случаев металлопластиковые аналоги.
Технологические особенности конструкций из алюминия:
Легкость и прочность
Использование алюминия благодаря его низкой плотности позволяет расширить площади остекления, не создавая дополнительных нагрузок на несущие конструкции. Это позволило строительной отрасли удовлетворить потребительский спрос на больший объем естественного освещения помещений, не приводя при этом к дополнительным затратам на увеличение запаса прочности конструкций в целом. Вес 1 кв. м металлопластикового окна с однокамерным стеклопакетом доходит до 35 кг, в то время как в алюминиевом исполнении он составит меньше 20 кг. «Панорамное остекление, французские балконы со створками высотой свыше 2,5 м сегодня перестают быть новинками, становясь с каждым днем все более широко используемыми благодаря прочности и легкости алюминиевого профиля», – отмечает Сергей Колосов. Помимо этого, алюминий отличает высокий уровень стойкости к температурным перепадам, деформациям и коррозии, а также высокая пожаробезопасность – материал не горит и не так-то легко плавится. Нодар Тузбая к основным преимуществам алюминиевых оконно-фасадных систем относит именно их «светопрозрачность», поясняя, что «за счет своих повышенных статических свойств алюминиевые и стальные системы могут удерживать больший вес и размеры стеклопакетов, при этом видимая часть самих конструкций сводится к минимуму».
Долговечность и экологичность
Такое неоспоримое преимущество конструкций из алюминия, как долговечность, изначально играло и продолжает играть весомую роль для потребителя. «Светопрозрачная конструкция из алюминиевого профиля соответствующего сплава и качества прослужит не менее 50 лет», – утверждает Сергей Колосов. Но необходимо отметить, что в последние годы все большую значимость приобретает экологический фактор. LEED, BREAM, GREEN ZOOM и другие системы экологической сертификации рекомендуют применение оконно-фасадных систем из алюминия. В качестве преимуществ данного материала указывается полное отсутствие выделений вредных веществ вне зависимости от условий эксплуатации, а также возможность 100%-ной переработки любого алюминиевого изделия. Помимо вышеперечисленного отмечаются и высокие звукозащитные свойства светопрозрачных алюминиевых конструкций, способных снизить уровень шума на 40 дБ.