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.
BIM – на пути к идеалу. Как и любая революционная новация, BIM-технологии вовлекают в сферу своего влияния все больше работ
BIM-технологии, как и любая революционная новация, вовлекают в сферу своего влияния все больше работ, связанных со строительством. Пока процесс еще далек от завершения, но инновации все активнее проникают в повседневную практику отрасли – хоть и не в максимальном объеме,
но все глубже и глубже.
BIM без альтернатив
Несмотря на то, что BIM-технологии появились сравнительно недавно, строительная отрасль в целом уже осознала, что основные перспективы цифровизации лежат именно в этой плоскости.
«Цифровая модель здания дает возможность получить больше информации об объекте, визуализировать его образ. Это положительно сказывается на взаимодействии всех участников процесса – проектировщиков, строителей, маркетологов, продавцов и др. Вся необходимая информация по объекту (архитектура, генеральный план, конструкции, инженерные системы, затраты и график работ) теперь четко структурирована и располагается в одном месте. Благодаря облачным технологиям обновление информации и совместная работа над проектом могут вестись онлайн сразу несколькими участниками. На выходе получается более совершенная проектная документация, которая не потребует внесения правок в проект и дополнительных расходов, связанных с несоответствием действующему контракту. Стало удобнее взаимодействовать и с подрядчиками, у которых появляется четкое техзадание», – констатирует Александр Свинолобов, заместитель генерального директора ООО «Бонава Санкт-Петербург» («дочка» шведского концерна Bonava).
С ним согласен Арсентий Сидоров, генеральный директор НТЦ «Эталон» (входит в Группу «Эталон»). «BIM-технология – это инструмент комплексного контроля строительства и принятия оперативных решений при управлении сроками, ресурсами и качеством проекта. BIM – это инструмент прозрачного контроля со стороны инвестора, благодаря ему стало возможно осуществлять комплексный и при необходимости удаленный контроль над инвестициями, процессом реализации проекта, правильностью и своевременностью передачи информации на всех уровнях», – отмечает он.
«Еще на этапе проектирования можно подобрать оптимальные инженерные решения для эксплуатации здания в дальнейшем, что позволит сэкономить на обслуживании до 30% бюджета», – добавляет директор по продажам компании RDI Валерий Кузнецов.
В теории…
В завершенном виде BIM-технология должна охватывать весь жизненный цикл существования объекта. «На разных этапах цифровые модели помогают решать ряд задач: на начальном этапе основная цель – разработать проект здания, рабочую документацию и пройти экспертизу; на строительном этапе разработанная ранее модель объекта дополняется разделами управления процесса и возведения объекта; на стадии эксплуатации модель дополняется и помогает управлять зданием», – говорит главный инженер проекта ГК «Серконс» Андрей Глазатов.
С ним согласна советник директора СПб ГАУ «ЦГЭ» по вопросам внедрения BIM-технологий Ирина Чиковская. «Основными этапами жизненного цикла являются: технико-экономическая оценка, проект, экспертиза, строительство, приемка в эксплуатацию, эксплуатация, демонтаж или реконструкция. На каждой из этих ступеней модель претерпевает изменения: обрастая большим количеством данных, становится более точной. Если под информационной моделью понимать структурированные данные, которые по мере необходимости могут быть востребованы и представлены в различных формах (объемно-планировочные решения, облик «идеи», табличное представление для выполнения или проверки расчетов и т. д.), то в перспективе все изменения должны отражаться в информационной модели», – отмечает она.
«Вне зависимости от условного разбиения на стадии технология позволяет хранить цифровую копию строительного объекта на всех стадиях его жизненного цикла. Важной особенностью является возможность анализа данных о строительном объекте по завершении его строительства, а впоследствии и в ходе эксплуатации. Накопление информации дает возможность выявлять реальные преимущества и недостатки различных конструктивных систем и проектных решений, а также вести учет их экономической эффективности», – дополняет заместитель генерального директора АО «КТБ ЖБ» Андрей Золотарёв.
…и на практике
Реалии, как всегда, несколько отличаются от теории. «Информационное моделирование уже на изначальном этапе постановки задачи заказчиком может включать все этапы жизненного цикла объекта – от разработки концепции до демонтажа или реконструкции», – говорит руководитель BIM-мастерской Проектного института № 1 Александр Никитин. «Для эффективного использования информационной модели здания необходимо четко определить задачи, которые должны быть решены с использованием данной модели. Идеальный вариант – когда все задачи определены до начала создания модели», – соглашается руководитель BIM-отдела компании «Метрополис» Светлана Пархоменко.
«На практике в России я не сталкивался с проработкой BIM-проекта от концепции до демонтажа. Есть информация, что за рубежом такие прецеденты есть, но лично я с ними не знаком», – говорит Александр Никитин. Он отмечает, что в цифровую модель есть возможность вносить изменения и по мере прохождения этапов жизненного цикла, но, чем менее глубокой была ее изначальная проработка, тем дороже будет вносить соответствующие корректировки.
«До сих пор нет четко сформулированной позиции, кем на стадии строительства должны вноситься все изменения в модели as build (исполнительная модель) на строительной площадке. По сути, это должна быть функция специалистов ПТО, а представители авторского надзора лишь утверждают внесенные изменения», – говорит Ирина Чиковская.
На пути к совершенству
Освоить сразу все возможности технологии на практике вряд ли возможно. По словам Александра Никитина, на практике BIM в настоящее время обычно охватывает этапы проектирования и строительства (различной глубины проработки).
«Модель содержит всю проектную документацию, а также необходимую информацию для будущего этапа строительства. С помощью BIM-технологии формируется виртуальный календарный генеральный план. На этом этапе можно быстро получить аналитическую информацию по загрузке и использованию ресурсов, анализу вероятности и вариативности реализации с учетом финансовых затрат и последовательности выполнения работ в зависимости от климатических особенностей и прочих внешних факторов. На этапе строительства идет сопоставление фактической реализации проекта подрядными организациями с планом, утвержденным заказчиком и генподрядчиком», – отмечает Арсентий Сидоров.
Между тем подготовлены поправки в Градкодекс РФ, наконец выводящие BIM из правовой «полутени». По оценкам экспертов, это даст мощный толчок развитию технологий цифрового моделирования в России. Впрочем, по оценкам экспертов, не так уж все хорошо «там» и плохо «тут».
«Существует довольно много факторов, оказывающих прямое и косвенное влияние на время внедрения BIM в строительную отрасль: это и масштаб государства, и сформированная философия строительства, и процессы принятия законодательных актов, и многие другие. Во многих странах эта тема развивается на протяжении 10–15 лет, хотя наиболее активная фаза наблюдается в последние 5–7 лет. Серьезные подвижки можно увидеть в скандинавских странах, Нидерландах, Германии, Австралии, Новой Зеландии. Первенство – у США и Великобритании. Но говорить о полном внедрении BIM в строительную отрасль даже этих стран еще рано», – говорит Ирина Чиковская.
С ней соглашается Александр Свинолобов. «Работа с цифровой моделью подразумевает, что нужно менять бизнес-процессы и культуру работы, вырабатывать необходимые компетенции. Бытует мнение о том, что российские девелоперы к таким инновациям еще не готовы. Однако опыт российского подразделения Bonava доказывает обратное: в головном офисе компании признали, что в ряде направлений наш филиал превзошел зарубежных коллег», – говорит он.
Мнение
Советник директора СПб ГАУ «ЦГЭ» по вопросам внедрения BIM-технологий Ирина Чиковская:
– В 2019 году мы планируем приступить к приему информационных моделей при проведении экспертизы. Все требования формируются исходя из нормативных документов, используемых при проработке проектных решений. Минстрой подготовил поправки в Градкодекс об обязательном внедрении BIM-технологий в строительной сфере. Это очень важное решение, которое откроет дорогу информационному моделированию. Однако применение технологии вынуждает пересмотреть и существующую систему распределения финансов на стадии проектирования, сместив большую долю финансирования со стадии «Рабочая документация» на стадию «Проект». Это изменит ситуацию на проектном рынке и снимет много вопросов о проведении экспертизы с использованием BIM.
Антон Карявкин, руководитель технического центра стратегического направления «Строительство» компании REHAU по Восточной Европе:
- Проектирование – один из самых ответственных этапов. Идет активная разработка информационной модели здания, объединяющей архитектурно-планировочные, конструктивные и инженерные решения с отражением всех технико-экономических показателей. На стадии строительства трансформация информационной модели продолжается. В частности, в ней появляются разделы, связанные с организацией и обслуживанием процесса возведения здания. За счет этого обеспечивается полная прозрачность работ для всех участников строительства: от девелопера, генподрядчика и управляющей компании до будущих жильцов. На этапе эксплуатации BIM-модель необходима для автоматизации управления недвижимостью. С помощью BIM-технологий ведется учет и техническое обслуживание смонтированных инженерных систем, осуществляется взаимодействие с сервисными подрядчиками, выполняется мониторинг ресурсов управляющей компании. BIM-технологии также полезны при сносе здания, особенно если оно является памятником архитектуры. Информационную модель можно использовать для восстановления объекта.
Павел Мурзакаев, руководитель по работе со стратегическими проектными институтами компании Schneider Electric:
- Сейчас BIM активно внедряется на этапах проектирования и строительства. Цифровая модель объекта на ранних этапах проектирования серьёзно повышает точность проектирования и бюджетирования — до 90-95%. На этапе строительства применение BIM технологий сокращает издержки в среднем на 15-30%. Все популярнее среди заказчиков становится использование BIM-технологий на этапе пусконаладочных работ и эксплуатации инженерного оборудования. В основном это связано с тем, что обслуживание инженерного оборудования составляет основную долю операционных расходов, которые могут превышать капитальные затраты на строительство в 3-4 раза. Кроме того, внедрение BIM позволяет значительно ускорить ввод объекта в эксплуатацию и повысить эффективность его обслуживания. Например, за счет синергии систем автоматизации объекта и эксплуатационной BIM-модели можно сэкономить на энергоресурсах около 20%.
Под теплой крышей. Обзор материалов для теплоизоляции кровли
В настоящее время существует широкий выбор материалов для теплоизоляции кровли. В частности, на рынке в качестве утеплителя представлены каменная (базальтовая) вата, пенопласт, целлюлоза, пенобетон, вспененное стекло и т. д. Большинство этих материалов постоянно совершенствуется технологически.
Также оптимизируется и автоматизируется их производство. Технологические процессы становятся менее ресурсоемкими и более «зелеными».
Больше каменной ваты
По словам менеджера по развитию направления «Плоские кровли» компании ROCKWOOL Russia Григория Громакова, для каждого вида кровли (скатная или плоская) используются разные продукты. Это касается и материалов на основе каменной ваты, которая наиболее распространена в использовании. Для скатных крыш, которые в нашей стране чаще характерны для частного домостроения, наиболее подходящим вариантом являются волокнистые, легкие и упругие материалы.
Такой утеплитель сохраняет свои геометрические параметры на протяжении долгого времени. Его удобно перевозить в обычном автомобиле, ведь он имеет компрессированную упаковку, материал занимает при перевозке в три раза меньше места. Кроме того, такой материал легко устанавливается в каркас благодаря специальному краю «флекси» и плотно держится благодаря упругости каменной ваты.
Григорий Громаков отмечает, что при теплоизоляции плоских кровель чаще всего используются более плотные и прочные продукты из каменной ваты. «Существуют материалы разного уровня прочности: чем выше отвесность здания, тем больший уровень прочности мы советуем использовать. Кроме того, плоская кровля испытывает и ряд таких механических воздействий, как, например, снеговая нагрузка и точечное воздействие человеческих ног, периодически перемещающихся по покрытию в течение всего срока эксплуатации кровли. Таким образом, если говорить о материалах для утепления плоской кровли, то там уже используется то же сырье, но с принципиально другими свойствами. В утеплении индивидуального дома с плоской кровлей можно использовать тот же материал, что и при утеплении плоской кровли многоквартирного дома», – рассказывает эксперт.
Ноу-хау в теплоизоляции есть, говорит Григорий Громаков. Это материалы двойной плотности – они позволяют в один слой получить надежное решение, которое дает возможность эффективно сохранять тепло и в то же время обеспечивает долговечность и прочность, которые необходимы для длительной эксплуатации кровли. Технология двойной плотности сокращает расходы на монтаж и увеличивает скорость работ.
…и немного химии
По словам руководителя Инженерно-технического центра корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Алексея Арабова, в последнее время в теплоизоляции кровли растет и доля полимерных утеплителей – XPS (экструдированный пенополистирол) и PIR (вспененный полиизоцианурат). «Дело в том, что жесткие плиты теплоизоляции обладают высокой прочностью на сжатие, практически нулевым водопоглощением и низким коэффициентом теплопроводности, что имеет важное значение в конструкциях с повышенной механической нагрузкой и в эксплуатируемых крышах. Каменная вата, экструзионный пенополистирол и плиты PIR одинаково широко применяются как в частном домостроении, так и в сфере ПГС. В частности, при коттеджном строительстве набирает популярность система надстропильного утепления, когда, например, плиты PIR укладываются сплошным слоем поверх стропил. При такой конструкции стропила становятся элементом декора мансарды, а способ укладки утеплителя позволяет создать сплошной слой теплоизоляции, исключая образование мостиков холода, через которые уходит тепло», – отмечает Алексей Арабов.
Заместитель генерального директора по коммерческим вопросам ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб» Кирилл Иванов отмечает, что в связи с общим трендом к повышению критериев энергоэффективности и экологичности для утепления кровель всё чаще применяются материалы, в полной мере отвечающие этим требованиям. В частности, по его словам, теплоизоляция их компании работает более эффективно за счет небольшого коэффициента теплопроводности, до 0,034 Вт/м.К, нулевого водопоглощения и высокой прочности.
«ПЕНОПЛЭКС – крупный российский производитель строительных и декоративно-отделочных материалов на основе полимеров. Наш основной продукт – теплоизоляция – универсальна как для строительного рынка, так и для частного застройщика. Материал легко раскраивать, он не продавливается при укладке (в отличие от мягких утеплителей), можно монтировать утеплитель и в снег, и в дождь. Толщина слоя меньше, чем у большинства утеплителей. Для частного застройщика мы предлагаем решение по устройству плоской кровли без мостиков холода. Утепление кровли можно монтировать поверх стропил», – подчеркнул он.
Мнение
Кирилл Иванов, заместитель генерального директора по коммерческим вопросам ООО «ПЕНОПЛЭКС СПб»:
– В прошлом году компания «ПЕНОПЛЭКС СПб» проделала большую работу в сфере информационного моделирования конструкций с использованием своей продукции, в том числе узлов кровельного «пирога». BIM-модели кровель с теплоизоляцией ПЕНОПЛЭКС® доступны для всех желающих как на нашем сайте, так и на популярных платформах, в частности, библиотеке BIMLIB. Модели активно используются проектировщиками и другими специалистами в сфере строительства, что подтверждается их частым скачиванием.