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.
Лицом к фасаду. Застройщики при облицовке зданий активно используют как новые, так и классические фасадные материалы
Предпочтения застройщиков в облицовке зданий продолжают смещаться к навесным вентилируемым фасадам.
Однако более классические виды материалов также остаются востребованными.
Ставка на энергоэффективность
В настоящее время в массовом строительстве в основном применяют четыре вида фасадных материалов. Это декоративные штукатурки типа «шуба» и «короед» с использованием минераловатных плит, лицевой кирпич, облицовочные листы из легких сплавов, фиброцемента, керамогранита для устройства вентилируемых фасадов, а также выравнивающие цементно-известковые штукатурки (для последующего покрытия акриловыми красками).
Наиболее дорогой материал из четырех, отмечает пофессор кафедры технологии строительных материалов и метрологии СПбГАСУ, д. т. н. Алексей Харитонов, – вентилируемые фасады. В Петербурге же чаще всего применяют лицевой кирпич с устройством вентилируемого зазора между облицовкой и ограждающей конструкцией. В реставрации используются известковые штукатурки с окраской силикатными составами, а также терразитовые декоративные штукатурки, которые наиболее сложны по нанесению и дорогостоящи, но придают фасадам уникальный внешний вид.
По словам директора направления «Сопровождение строительных проектов» Группы компаний SRG Елены Самсоновой, в настоящее время сегмент фасадов представлен как традиционными, так и новыми материалами и технологиями, которые нацелены, с одной стороны, на увеличение энергоэффективности ограждающих конструкций зданий, с другой – на реализацию самых смелых архитектурных идей. В результате доля фасадов, выполненных традиционными способами с помощью облицовочного кирпича или панельных конструкций, где ограждающие конструкции одновременно играют роль фасада, стремительно уменьшается. В то же время применение навесных систем, как штукатурных, так и вентилируемых фасадов, увеличивается с каждым годом.
Большинство основных компонентов навесных систем делают на локальных производствах. «Лишь малая часть дорогих и эксклюзивных материалов для облицовки зданий бизнес-класса и выше импортируется из других стран. Идет активное импортозамещение, доказательством чего служит открытие локальных производств у множества иностранных компаний, которые также поставляют материалы для фасадной отрасли», – отмечает Елена Самсонова.
О востребованности навесных вентилируемых фасадов говорит и генеральный директор ГК «Высота» Ирина Харченко. Она напоминает, что такие материалы представляют собой трехслойную конструкцию, состоящую из утеплителя (закрепленного на поверхности стены), воздушной вентилируемой прослойки и декоративно-защитного слоя, крепящегося на фасадную подсистему к наружным ограждающим конструкциям здания. В роли декоративно-защитного слоя, как правило, выступают керамогранит, фиброцементные плиты, сэндвич-панели и алюмо-композитные панели.
«К основным преимуществам навесных вентилируемых фасадов стоит отнести энергоэффективность, достигаемую за счет снижения объема влаги в стене и благодаря воздушному пирогу, в прослойке которого температура на 2-3 °С выше, чем температура на улице. Кроме того, навесные фасады позволяют реализовывать различные варианты художественных решений. Результатами технических испытаний подтверждено, что при корректном выборе фасадного утеплителя, соответствующего климатической зоне, и правильном монтаже, вентилируемые фасады могут служить до 50 лет», – подчеркивает Ирина Харченко.
Критерий – качество
О своих предпочтениях в выборе фасадных материалов рассказывают и петербургские застройщики. По словам генерального директора ООО «Дудергофский проект» (ГК «БФА-Девелопмент») Дмитрия Сухотина, во внешней отделке всех домов ЖК «Огни залива» применяются и будут применяться вентилируемые фасады. Они дают высокую скорость монтажа и возможность выбора практически любого цвета и фактуры.
Использование навесных конструкций делает фасад нарядным, концептуальным, позволяет улучшить теплозащитные и ветрозащитные показатели ограждающей конструкции и защитить ее от вредных атмосферных воздействий. Вентилируемые фасады выглядят выразительно, выигрышно выделяя объект среди конкурентов.
Дмитрий Сухотин отмечает, что в целом ситуация на рынке фасадных материалов устойчива. Фасадные вентилируемые системы используются на рынке давно. В этой сфере успешно налажено импортозамещение, есть предложения отечественных аналогов.
Генеральный директор ГК «Абсолют Строй Сервис» Евгений Жуков полагает, что потенциальные покупатели чаще всего судят о новостройках по фасадам – на уровне «нравится – не нравится». «Однако для нас как девелоперской компании основную роль играет качественная составляющая – ведь важна не только внешняя эстетика, но и эксплуатационные характеристики домов, особенно в высотном строительстве. Наиболее популярными и модными материалами в настоящее время являются клинкерный кирпич и клинкерная плитка, камень, керамические панели. Наравне с этим всегда актуальны натуральные классические материалы. Интересный дизайн фасадов достигается и с помощью фиброцементных панелей, а также композитных металлокассет, которые используются при монтаже вентилируемых фасадных систем».
В «Группе ЛСР» в своих проектах стараются комбинировать фасадные решения, при этом использовать как импортные, так и отечественные материалы. «Подход всегда индивидуален: учитывается класс дома, его окружение, концепция. К примеру, в элитном классе соотношение импортных составляющих выше, нежели в комфорте. Особенно когда речь идет о технологической начинке здания», – отмечает исполнительный директор компании «ЛСР. Недвижимость – Северо-Запад» Вадим Бельман.
По его словам, одной из последних тенденций, актуальной в климатических условиях Северной столицы, стало использование в проектах больших окон – и в частности, панорамного остекления. Обилие света является важной составляющей уютной и комфортной квартиры, а широкие окна от пола до потолка позволяют добиться этого. Они визуально расширяют пространство, меняя его восприятие.
Руководитель управления фасадных работ ГК «КВС» Виталий Куликов рассказывает, что в большинстве проектов компании применяется «мокрое» утепление фасадов: «Сначала к кирпичной кладке или к монолитной стене приклеивается плита утеплителя, дополнительно производится механическое укрепление плиты дюбелями. После нанесения еще одного слоя клея в плиту утеплителя «утапливается» сетка из стекловолокна, по которой тонким слоем наносят специальную штукатурку. Затем поверхность красят. Более экономичные фасады – «мокрого» типа. Вентилируемые фасады считаются долговечнее, но уступают «мокрым» по энергосберегающим характеристикам».
Индивидуальный вариант
В частном домостроении востребован такой фасадный материал, как сайдинг. В частности, наиболее популярен виниловый сайдинг.
Как отмечает руководитель службы региональных технических представителей направления «Скатная кровля и холст» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Яна Герасимова, сайдинг отличается небольшим весом, невысокой ценой, легким монтажом, но на морозе становится хрупким, при нагреве солнцем линейно расширяется. Как и все ПВХ, при ультрафиолете выгорает, т. е. изменяет оттенок. «Кроме того, за время присутствия на рынке виниловый сайдинг уже многим порядком поднадоел и воспринимается как немодный, устаревший материал», – считает Яна Герасимова.
Как фасадный материал, также используется металлический сайдинг. «Он более прочный по сравнению с виниловым, негорючий, устойчив к коррозии за счет своего покрытия. Монтаж материала достаточно легкий. Но при повреждении покрытия появится ржавчина. Кроме того, материал экранирует здание. Хуже работает сотовая связь, при сильном ветре и дожде – шум. Есть еще деревянный сайдинг – обработанный высушенный деревянный профиль в виде бруса или бревна. У этого материала отличный внешний вид, он натуральный, выдерживает низкие температуры, но требует постоянного обслуживания», – объясняет Яна Герасимова.
Зимний вариант. Технологии зимнего бетонирования совершенствуются
Технологии зимнего бетонирования активно совершенствуются. Значительная часть из них предполагает использование противоморозных добавок в бетон.
Длительное время строительные процессы, связанные с бетонированием в зимний период, старались сводить к минимуму. Обусловлено это особенностями отвердевания бетона при отрицательных температурах. Присутствующая в материале вода при замерзании превращается в лед и после оттаивания разрушает структуру бетона.
Самая простая защита от холода – укрытие бетонной смеси ПВХ-пленкой и другими утеплителями. Чаще всего эти материалы используют при строительстве индивидуальных домов, но при сильных морозах они малоэфективны. Очень часто на стройках задействуется принудительная термообработка бетона нагревательными проводами и электродами. Продолжительность обогрева зависит от требуемой конечной прочности бетона.
Активно используют строители временные укрытия с прогревом тепловыми пушками. Причем такие навесы бывают весьма современны. Как отмечает директор по развитию бизнеса, первый заместитель генерального директора компании «Дока Рус» Алексей Мотов, обеспечение нужного температурного режима осуществляется с помощью устройства теплозащитных межэтажных штор или шатров. В частности, так называемый «тепляк» был оборудован на высоте более 13 м в одном из недавних масштабных энергетических проектов – при возведении завода по сжижению газа «Ямал СПГ», где Doka выступила проектировщиком и поставщиком опалубочных систем.
Химией по морозу
Последние два десятилетия в зимнем бетонировании применяются специальные химические противоморозные добавки. Они активируют в бетоне процессы твердения и понижают температуру замерзания жидкой фазы. Количество видов противоморозных добавок постоянно растет, а технологии их производства совершенствуются.
Руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Катарина Путкова отмечает, что когда среднесуточная температура опускается до +5 °С, строительные нормы регламентируют переход на зимний вариант работ, и здесь уже необходимо использование противоморозных добавок.
По словам эксперта, после укладки бетонной смеси, в том числе с применением противоморозных добавок, необходимо провести ряд мероприятий по уходу за свежеуложенным бетоном по СП 70.13330.2012, особое внимание уделяя п. 5.3 и п. 5.11. Полученная смесь должна готовиться из подогретых материалов – для создания теплой и влажной среды, необходимого условия для твердения бетона. Чтобы сохранить эту среду на продолжительное время, после укладки следует утеплить поверхность бетона. В процессе твердения, изолированный от холодного воздуха щитами и матами, он будет выделять дополнительное тепло. На разных строительных участках, в зависимости от их особенностей, и в конструкциях разного объема эта экзотермическая реакция будет проходить с разной интенсивностью.
«Если сразу же после бетонирования накрыть открытую поверхность гидроизоляционным материалом, это поможет избежать не только потерь влаги, но и образования высолов. Также не рекомендуется производить заливку в снегопад. Если снег начнется во время этого процесса, то уже уложенный бетон необходимо экстренно укрыть слоем гидроизоляции», – рассказывает Катарина Путкова.
Внимание к опалубке
По словам Алексея Мотова, для опалубочных работ при бетонировании в зимний период крайне важно, чтобы основание конструкции и другие примыкающие поверхности опалубки были тщательно очищены от снега и льда. «Причем очистка должна производиться сухой струей сжатого воздуха, с использованием щеток или скребков. Мы всегда предупреждаем наших клиентов, что использование для данных целей солевых растворов запрещено», – отметил он.
Также всегда необходимо помнить, что при снижении температуры воздуха до -10 °С поверхности вместе с арматурой желательно прогреть до достижения положительной температуры. Прогрев осуществляется с помощью калориферов или инфракрасных обогревателей, которые устанавливают рядом с прогреваемой конструкцией. Время прогрева зависит от температуры окружающей среды и назначается специальной лабораторной службой непосредственного производителя работ.
Кроме того, очень большое значение для высокого качества получаемой конструкции, отмечает Алексей Мотов, имеют мероприятия по уходу за бетоном уже после распалубливания. В частности, необходимо иметь возможность постепенного выравнивания температур твердеющего бетона и наружного воздуха. Для этого в зонах выдерживания и охлаждения конструкций устанавливаются теплозащитные межэтажные шторы или шатры, а при необходимости – калориферы или тепловые пушки.
Мнение
Катарина Путкова, руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Часто обстоятельства вынуждают начинать строительство в холодное время года. Это не критично, так как качественная противоморозная добавка позволяет работать с бетоном зимой, улучшает его прочностные характеристики и антикоррозийные свойства. Даже летом, применяя противоморозную добавку при плюсовых температурах, мы получим дополнительный эффект ускорения набора прочности бетона.