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.
Проникающая гидроизоляция может оказаться самой экономной
Все традиционные гидроизоляционные материалы, как правило, защищают основание своим слоем. От характеристик этого слоя зависят и эксплуатационные особенности материала. Проникающая гидроизоляция (сухая смесь на песко/цементной основе) работает только по бетону. И связано это с тем, что химия в составе после нанесения гидроизоляционного слоя на бетон, впитывается в тело этого бетона и реагирует с солями, всегда присутствующими в бетоне. При наличии влаги и положительной температуры в порах бетона вырастают нерастворимые кристаллы. Молекулы воды не могут пройти через такие поры, которые оказались перегорожены игольчатыми кристаллами. Таким образом, преградой для влаги становится не только сам гидроизоляционный слой, но и бетон, который благодаря кристаллам стал водонепроницаемым.
В связи с таким принципом работы для проникающей гидроизоляции неважно, как она будет нанесена - на бетонную поверхность со стороны действия воды (положительное давление) или с противоположной стороны бетона (отрицательное давление). Отсюда – уникальная возможность, которой не обладает ни один другой гидроизоляционный материал – проводить гидроизоляцию подвальных помещений изнутри подвала!
Гидроизоляция изнутри заглубленных парковок, подвалов, заглубленных сооружений, когда отсутствует возможность откопать фундаментную часть здания – основная фишка и особенность проникающих материалов. Такая необходимость возникает, когда здание уже возведено, но в процессе его эксплуатации выявляются ошибки. То есть, основная функция проникающих материалов – это ремонт.
Гидроизоляция гаражного подвала из ФБС блоков
Гидроизоляционный материал, нанесенный изнутри подвального помещения, испытывает колоссальные нагрузки. И самая главная из них - отрицательное давление грунтовых вод, которые работают на отрыв гидроизоляционного слоя от бетонной поверхности. Отсюда идут особенности и отличия его применения.
Во-первых, швы. Плотность раствора в швах, как правило, ниже плотности блоков или монолита, поэтому влага в первую очередь стремится проступить именно там. При работе изнутри помещения обязательна предварительная гидроизоляция швов. Шов штробится, удаляется кладочный раствор, зачищается, тщательно увлажняется и заделывается специальным проникающим составом для швов.
Во-вторых, зачистка и удаление цементной пленки. Любая бетонная поверхность в процессе созревания бетона покрывается цементной пленкой или бетонным «молочком». Эта пленка мешает проникновению химии в тело бетона, поэтому ее удаляют металлическими щетками или дисками. Чтобы цементная пыль после зачистки опять не забила поры, ее не только смахивают, но даже замывают водой под давлением или щетками. Поры должны быть открыты. Это главное.
В-третьих, увлажнение бетона. Химия из проникающих составов пойдет в тело бетона лишь на ту глубину, на которую смогли увлажнить бетон. Этот этап работы тоже имеет очень важное значение. Проигнорировать его – получить брак.
Гидроизоляция подвального помещения, которое будет использоваться для производства пищевой продукции
Нанесение материала похоже на нанесение штукатурки шпателем или кистью. Толщина гидроизоляционного слоя не велика – от 1 до 3 мм. Третья, очень важная часть работы – увлажнение гидроизоляционного слоя в течение трех дней. Когда химия проникает в бетон, для роста кристаллов ей требуется много воды. И химия начинает активно забирать влагу и из бетона, и из самого гидроизоляционного слоя. Если слой не увлажнять, воды может не хватить, и он потрескается.
По работам – все. Грунтовые воды в подвал перестанут проникать сразу, но работа по росту кристаллов внутри бетона будет идти еще 28 дней. И с каждым днем грунтовая вода будет все дальше отступать от внутренней поверхности подвальной стены.
Сильной стороной проникающих материалов, нанесенных изнутри помещения, является их способность держать отрицательное давление воды в 12 атмосфер, это 120 метров водяного столба.
Для дальнейшей отделки очень важна адгезия гидроизоляционного слоя к бетонной поверхности. Если она слабая, вся отделка рухнет вместе с гидроизоляционным слоем. Некоторые производители рекомендуют по прошествии 28 дней удалять гидроизоляционный слой и лишь потом проводить отделочные работы. К сожалению, данный процесс увеличивает трудозатраты, время, поэтому рекомендуем сразу выбирать материал с хорошей адгезией.
Расход материала при кистевом нанесении равен 1 кг/м2, при нанесении шпателем – до 3 кг/м2, если требуется ремонт бетона, расход бетона может составлять до 10 кг/м2. Цены производителей самые разные, Поэтому для выбора лучше сразу определиться со стоимостью материала, необходимого именно для 1 м2, а не ценой на мешок или 1 кг.
Гидроизоляция сухого фонтана при его возведении на Центральной площади города
Ну и очень важны отзывы. Хорошо, если вам посоветовал материал человек, который уже поработал с ним и видит результат на своем подвале или гараже. Если таких в вашем окружении нет, ищите отзывы в интернете. Их много. Мы, например, за 13 лет на рынке создали целый сайт-библиотеку с реальными отзывами как частных лиц, так и подрядчиков – kristallizol.club. На сайте можно вести поиск по объекту, например – колодцы, подвалы и пр., по региону. Многие из отзывов сопровождаются фотографиями, где можно наглядно увидеть этапы работы и как они проводились. Это своего рода «ликбез» по работе с новым, еще не опробованным материалом, хорошая возможность сравнить проблемы своего объекта и провести работу правильно, без ошибок.
Проникающие гидроизоляционные материалы успешно используются и для проведения работ снаружи фундамента, на этапе строительства. В результате того, что здесь не требуется предварительная гидроизоляция швов, это получается самая экономная гидроизоляция.
Оптимальный вариант. Какой внутрипольный конвектор выбрать?
В России растет спрос на внутрипольные конвекторы. Активно их задействуют в помещениях с большой площадью остекления, будь это офис, квартиры или загородные дома. За счет своей « невидимости» данные системы отопления гармонично вписываются в интерьер комнат. В сравнении с классическими радиаторами, они имеют более высокую теплоотдачу, причем – одновременную и равномерную по всей площади помещения.
Фактор пространства
Внутрипольные конвекторы подразделяются водяные или электрические. В первом случае теплоносителем является циркулирующая вода, во втором трубчатый электронагреватель. Также приборы разделяют по типу конвекции (передвижения) воздуха в помещении. Она может естественной или принудительной, за счет работы вентиляторов.
При выборе внутрипольного конвектора, отмечает коммерческий директор компании MOHLENHOFF Александр Батаев, изначально рассматриваются модели с естественной конвекцией. Если в силу габаритных ограничений при естественной конвекции не достигается требуемая теплоотдача, то уже тогда рассматриваются модели с вентиляторами.
Схожие выводы делает и генеральный директор АО «Фирма Изотерм» Виктория Нестерова. По ее словам, конвекторы с естественной конвекцией идеальны для применения в качестве вспомогательных отопительных приборов в сочетании с системами теплого пола, воздушного или радиаторного водяного отопления. «При необходимости обогрева помещения большой площади или со значительной долей панорамного остекления, а также когда нежелателен дополнительный источник тепла, можно использовать конвектор с принудительной конвекцией. Он позволяет увеличить тепловую мощность в пять раз по сравнению с аналогичным прибором с естественной конвекцией»,- подчеркивает она.
Инженер по новой технике ООО "КЗТО "РАДИАТОР" Алексей Сведомцев рекомендует при высоте остекления помещений до 2,5 метров задействовать конвекторы с естественной конвекцией. При высоте остекления до 4 метров – с принудительной. По мнению эксперта, для большинства жилых помещений подходят приборы с естественной конвекцией. В общественных же можно применять как естественную, так и принудительную. «В случае выбора конвектора, оснащенного вентиляторами, конечно же, главное – определиться с напряжением в его источнике питания. Оно может составлять 220 В, а может быть безопасным, т.е. 12 и 24 В. Также важно изучить способ управления конвектором и условия эксплуатации. Энергопотребление этих приборов меняется в зависимости от длины (количества устанавливаемых вентиляторов), и с вентиляторами 220 В может составлять от 10 до 300 Вт/час. Более энергоэффективны конвекторы с установленными ЕС-вентиляторами постоянного тока и напряжением 24 В. Их диапазон энергопотребления составит от 3 до 30 Вт/час в зависимости от длины прибора»,- добавляет эксперт.
Невзирая на более высокую стоимость конвекторов с принудительной конвекцией в сравнении с естественной, добавляет технический специалист компании «Тепло-Арт» Леонид Закиров, стоимость кВт тепла у таких приборов много ниже за счет их существенно большей мощности. К тому же в случае их применения для отопления помещений больших площадей не требуется дополнительных источников тепла.
Стали тише
При выборе приборов с принудительной конвекцией, как правило, принимаются во внимание и их шумовые характеристики. Звук исходит от работы вентиляторов. В последние годы во многих качественных приборах задействуются двигатели с пониженным уровнем шума. Конвекторы работают не громче блока стационарного компьютера или кондиционера.
«Сейчас во внутрипольных конвекторах с принудительной конвекцией применяются современные европейские ЕС-двигатели с пониженным уровнем шума. Уровень звукового давления при максимальной скорости вращения вентиляторов не превышает предельно допустимых значений в жилых помещениях в 40…55 дБА, регламентированных стандартом СП 51.13330.2011 «Защита от шума». При этом в постоянном режиме рекомендована работа на средних оборотах, а в ночное время вентиляторы в конвекторах переводятся на пониженные обороты, либо вообще отключаются. Советуем подбирать мощность конвектора исходя из минимальной или средней скорости вращения вентилятора. Она должна находиться в пределах 2,6…25 Вт»,- отмечает Виктория Нестерова.
В новом формате
В настоящее время появились дополнительные подвиды внутрипольных конвекторов. В том числе, системы с присоединением к системе вентиляции здания. В таких случаях, помимо обогрева, прибор также обеспечивает приток свежего воздуха в помещение. За счет интенсивного обдува теплообменника приточным воздухом, конвектор имеет повышенную мощность по сравнению с аналогичным прибором с естественной конвекцией.
Также на рынке начали выпускать конвекторы отопления и с опцией охлаждения помещений. Как правило, рассказывает торговый директор компании MINIB в РФ и Белоруссии Константин Витальев, такие приборы применяются в дорогих проектах, где уровню комфорта отводится отдельное место. «В первую очередь надо учитывать, что если есть охлаждение, значит - есть и конденсат. Такие конвекторы обязательно должны иметь влагозащищённую автоматику и специальные электродвигатели, а их короб нужно выполнять из качественной нержавеющей стали. В конструкции ванны должен быть предусмотрены патрубок для отвода конденсата и уклон дна в сторону этого патрубка. Кроме того, модели с охлаждением могут быть одноконтурными и двухконтурными. У первых всего один теплообменник и 2 патрубка – подающий и обратный. В зависимости от сезона, в теплообменник подается теплоноситель или холодоноситель. В двухконтурном конвекторе в теплообменнике предусмотрен отдельный контур для теплоносителя и отдельный - для холодоносителя»,- объясняет он.
Между тем, Леонид Закиров несколько скептически оценивает данные приборы. «Нюанс их работы состоит в том, что их холодопроизводительность много меньше теплопроизводительности, поэтому они не способны одинаково эффективно решить как проблему отопления, так и охлаждения. Обычно их используют для полного покрытия теплопотерь в отопительный сезон, а в режиме охлаждения они позволяют сэкономить порядка 30-40% нагрузки от необходимого уровня холода»,- делает выводы он.
Монтаж и эксплуатация
Периодически потребитель сталкивается с тем, что установленный прибор не обеспечивает заявленных показателей. Причин тут множество, среди них и неправильная подборка прибора по теплоотдаче, и приобретение в целях экономии несертифицированной продукции. По словам Виктории Нестеровой, распространенной причиной неэффективности работы конвектора является неправильный монтаж всей отопительной системы, отсутствие необходимой гидравлической балансировки, экономия на терморегулирующем оборудовании. Все это приводит к недостаточной температуре в помещении, т.к. прибор не выдает требуемой мощности.
Александр Батаев отмечает, что при монтаже внутрипольных конвекторов следует учитывать особенности застывания бетонной стяжки пола. Во избежание давления на корпус и возможной его деформации необходимо заблаговременно подготовить в полу нишу для прибора. При установке конвектора в нише рекомендуется обмотать его корпус тепло-звукоизоляционным материалом. «Элементом невнимательного и непредусмотрительного отношения монтажников к своей работе является попадание строительного мусора внутрь приборов. Особенно опасно загрязнение движущихся частей вентиляторных моделей. Если во время эксплуатации не производится системная чистка приборов – это может привести к распространению вредных бактерий в помещении. При эксплуатации внутрипольных приборов отопления необходимо также учитывать, что их расположение в нише способствует попаданию внутрь пыли, волос домашних животных и т.п., поэтому необходимо системно производить чистку приборов пылесосом или влажной тряпкой при выключенном двигателе. В качестве дополнительной опции в конвекторах Möhlenhoff под решёткой возможна установка гигиенического фильтра по всей длине прибора»,- отмечает эксперт.
При выборе внутрипольного конвектора, кроме тепловых характеристик, важно также обратить внимание на его решетку, подчеркивает Алексей Сведомцев. «Это фактически единственный элемент конвектора, который будет постоянно попадаться на глаза при длительной эксплуатации. И чтобы ее вид сохранялся со временем, необходимо правильно выбрать тип решетки. Решетки рулонного и линейного типа из стандартного алюминиевого профиля выдерживают спокойное по ним хождение. Но бегать по ним, ставить туда решетки стремянки, стулья, столы и т.п. нельзя. Это может привести к деформации конструкции. Если предполагается нечто подобное при их эксплуатации, следует заказать более подходящие решетки, например, из стального профиля»,- резюмирует представитель "КЗТО "РАДИАТОР".