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.
«ЛенТИСИЗ»: «Нашим преимуществом является внедрение новых инструментов, оборудования и технологий»
В преддверии Дня геолога генеральный директор ЗАО «ЛенТИСИЗ» Николай Олейник рассказал об особенностях проводимых организацией инженерно-гелогических работ. Справиться со всеми поставленными задачами и требованиями заказчиков, отмечает он, эффективно помогают новые технологии и оборудование.
– Какие геологические изыскания вы проводите? Какие из них наиболее востребованы клиентами?
– В настоящее время ЗАО «ЛенТИСИЗ» проводит весь спектр изыскательских работ, из них около 75% объемов выпадает на инженерно-геологические работы. В данном сегменте наибольшим спросом пользуется проведение изысканий для объектов жилищного строительства и сопутствующей инфраструктуры, а также для реконструкции и проектирования промышленных объектов. Причем в последние годы все более востребованным становится выполнение всех видов инженерных изысканий одной организацией, т. е. по принципу «единого окна».
– А какую технику применяете при проведении данных работ?
– Самую разнообразную. Учитывая многообразие инженерно-геологических условий, приходится использовать технику как колесную, так и гусеничную, различные малогабаритные буровые установки.
Например, мы задействуем специализированные буровые установки и оборудование для отбора проб грунта ненарушенного сложения из скважин глубинами до 50 м, установки для горизонтального бурения, а также бурения для обследований фундаментов, перекрытий и тел свай. Также используем установки для бурения в стесненных условиях: подвалах, коридорах, шурфах, колодцах. В частности, с помощью их делаем отбор проб воды с различных горизонтов и проводим различные гидрогеологические исследования, используя пьезометры, фильтровые колонны. Кроме того, применяем в работе реперы глубокого заложения, проводим статистическое и динамическое зондирование, дилатометрические и штамповые испытания, эндоскопическое обследование в скважинах глубиной до 8 м.
– А каковы особенности грунтов нашей местности?
– В Петербурге и его ближайших окрестностях распространены разнообразные грунты, от слабых глинистых до скальных, строительство на них требует тщательного изучения их физико-механических свойств. Толща слабых глинистых грунтов текучей и текучепластичной консистенции занимает до 70% площади города, что обуславливает повсеместное использование свайных фундаментов.
– Расскажите об опыте вашей организации в сохранении объектов культурного наследия.
– На объектах культурного наследия, как правило, используем щадящую малогобаритную буровую технику типа Beretta. За последние годы выполнили инженерные изыскания на таких объектах, как Консерватория им. Н. А. Римского-Корсакова, Петропавловская крепость, Мариинский театр, а также исследовали здания Главного штаба, Евангелическо-лютеранской церкви Святых Петра и Павла, музея-усадьбы Приютино.
Отмечу, что КГИОП в последнее время уделяет особое внимание проблеме согласования производства работ для реконструкции объектов культурного наследия. В прошлом году ЗАО «ЛенТИСИЗ» стало одной из немногих изыскательских организаций Петербурга, у которых есть лицензия Министерства культуры, позволяющая проводить инженерные изыскания по ОКН.
– Какова сейчас ситуация на рынке геодезических работ?
– Требуется постоянный мониторинг современных методов и способов выполнения данного вида работ. Не только небольшие, но и крупные организации не всегда выдерживают конкуренцию и вынуждены прекращать свою деятельность.
Нашим преимуществом является внедрение новых инструментов, оборудования и технологий. В частности, сейчас все более пользуются спросом современные методы ДЗЗ (дистанционного зондирования земли), такие как аэрофотосъемка, воздушное лазерное сканирование, причем используются для этих целей БПЛА (беспилотные летательные аппараты). Результатами этих работ являются топографические планы, 3D-модели ситуации и рельефа.
Также хочется отметить развитие ВIМ-технологий в изысканиях и вместе с тем интерес к ним проектировщиков и заказчиков. Думаю, что ВIМ-технологии в ближайшее время будут особо востребованы на рынке.
НОВОСТИ ПО ТЕМЕ:
Вид сверху. В геодезии все активнее применяются БПЛА
Цены на изыскания необоснованно снижаются
Пятьдесят оттенков серого
Железобетонные изделия (ЖБИ) индустриального изготовления уверенно занимают лидирующие позиции по объемам использования в современном строительстве. Они применяются при любой технологии строительства, по всей высоте объекта – от подвала до чердака. В частности, в сегменте горизонтально-разделительных несущих конструкций большую нишу занимают железобетонные плиты перекрытия заводского производства.
Спектр выпускаемых железобетонных плит перекрытий разнообразен. Они различаются по весу, габаритам, назначению и форме.
Многообразие выбора
В зависимости от выдерживаемых нагрузок плиты могут использоваться в объектах промышленного (заводы, фабрики, складские комплексы) и гражданского (жилые дома, общественные здания) строительства.
При строительстве производственных площадок или инфраструктурных объектов ,где существует необходимость перекрытия больших пролётов, применяются плиты перекрытий толщиной 450 мм и выше. Для жилых помещений вполне достаточно перекрытий толщиной от 150 мм. При этом шаг несущих стен и опор определяется масштабом и назначением объекта.
При индивидуальном строительстве востребованы многопустотные плиты перекрытий, которые легко монтируются и относительно недороги по стоимости. В многоэтажном строительстве пустотные плиты возможно использовать при строительстве домов этажностью до 12 этажей.
Заводская продукция применяется и в том случае, если строительство объекта ведётся зимой, а техническая возможность прогрева бетона на стройплощадке отсутствует, или же если рядом со стройкой нет бетонного узла.
ЖБИ индустриального производства используются застройщиками ведущими строительство по любой технологии.
«Наша компания возводит жилые дома из кирпича, железобетонные перекрытия зачастую мы применяем при строительстве объектов социальной инфраструктуры, – продолжает тему директор по загородному строительству компании «Строительный трест» Аскер Хачемизов. – В частности, железобетонные балки перекрытия использовались нами при строительстве школы для 550 учеников в составе квартала NEWПИТЕР в Ломоносовском районе Ленинградской области».
Качественные характеристики
Поскольку плиты перекрытия берут на себя основную несущую функцию, качественным характеристикам продукции производители и потребители уделяют особое внимание.
Плиты перекрытия многопустотные выпускаются по ГОСТ 9561-91. Подобная технология изготовления обеспечивает отличные звукоизоляционные свойства, длительный срок службы и хорошие прочностные характеристики.
Также, по мнению экспертов, пустотные плиты выгодно отличаются высокими теплоизоляционными показателями. Они идеально гасят механические колебания, которые могут образоваться во время топота или ударов по поверхности.
При выборе ЖБИ необходимо обращать внимание на наличие у производителя высокой репутации, собственной производственной лаборатории и опыта производства.
Факторы рынка
Спрос на ЖБИ в целом определяется множеством факторов, такими как общий спрос на строительные материалы, законодательные изменения, сезонный фактор, общая экономическая ситуация в регионе.
Стоимость продукции также варьируется, поскольку она напрямую зависит от несущих способностей и габаритов изделия, а также непосредственно привязана к ценам расходных материалов, таких как нерудные материалы, цемент, металл. Соответственно, при их колебании изменяется и цена ЖБИ.
Кроме того, существенное влияние на стоимость оказывает кратковременно возникающий дефицит данной продукции на рынке региона.
Мнение: Андрей Ковешников, заместитель коммерческого директора АО «ПО «Баррикада»:
При строительстве зданий высотностью до 12 этажей применение сборных железобетонных перекрытий значительно сокращает сроки строительства за счет поддержания более высокого темпа монтажа, так как отсутствует временной интервал, требуемый для затвердевания бетона. Кроме того, плиты перекрытия индустриального производства проходят многоэтапный контроль качества – от контроля входящих материалов и до контроля готовой продукции. С экономической точки зрения, интересны пустотные плиты перекрытий, за счет меньшей бетоноемкости на 1 кв. м продаваемой площади. Полнотелые плиты перекрытий обеспечивают жесткость каркаса здания и отсутствие стыков в видимых зонах.
НОВОСТИ ПО ТЕМЕ:
Панельная перспектива. «СиБ-центр» выкупил в Металлострое 12 га под производство ЖБИ
Бактерии помогли российским ученым удвоить прочность бетона
Частный случай. Использование газобетона в малоэтажном строительстве