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.
Бег на месте. Рынок отечественного металлопроката в 2018 году не показал существенного роста
Рынок отечественного металлопроката в 2018 году не показал существенного роста. Сдерживало его развитие снижение объемов строительства в стране.
По данным Росстата, по итогам десяти месяцев года объемы металлопроизводства в стране выросли на 2%, в сравнении с аналогичным периодом прошлого года. Потребление продукции, наоборот, снизилось. По оценке ассоциации «Русская сталь», объединяющей крупнейших производителей черных металлов и труб в России, по итогам года рост потребления составит 1%, что ниже июньского прогноза, который составлял 2,6%.
Промышленный эксперт Леонид Хазанов отмечает, что емкость отечественного рынка металлопроката составит по итогам года 43–44 млн т. Это выше прошлогодних показателей приблизительно на 2% и соответствует текущим данным Росстата. Стоимость продукции в этом году медленно росла вверх. В частности, горячекатаный плоский прокат подорожал на 5%, до 45 тыс. рублей за 1 т. При этом летом был скачок цены до 47 тыс. рублей. Холоднокатаный прокат и арматура выросли в цене на 7%, до 49,5 тыс. и 40 тыс. рублей соответственно. Их подорожание было обусловлено не столько расширением потребления, сколько стремлением металлургических компаний и трейдеров сохранить рентабельность.
О почти незаметном росте рынка металлопроката говорят и его отдельные игроки. По словам старшего менеджера компании «Металлоптима» Сергея Рыжова, если в начале текущего года наблюдалась небольшая активность в отрасли, то во втором полугодии она сошла на нет. «Существенно снизился спрос металлопродукции у строительных компаний на арматуру, швеллеры. В настоящее время переориентироваться на других покупателей сложно, так как строители забирали половину всей продукции. Если крупные производители и трейдеры работают сейчас на экспорт, то остальные, в том числе крупные регионалы, уходят с рынка», – отметил он.
Беспокоятся о ситуации в строительной отрасли и в компании «Северсталь». Несмотря на рост отдельных видов продукции, необходимой для нужд строителей, востребованность металла со стороны последних осталась почти нулевой. «Этот год стал первым, когда мы видим просадку. Для «Северстали» это и вызов, и большие опасения по следующему году, поскольку принятые изменения, например, по долевому строительству, уже негативно сказываются на темпах потребления. И здесь мы очень рассчитываем на программы, которые могут стимулировать спрос (к примеру, такие как реновация Москвы)», – подчеркивают в компании.
Также представители «Северстали» сообщили, что в этом году экспортные рынки стали эффективнее внутреннего по продажам – и для российских металлургов, и для потребителей, закупающих сырье в России и продающих готовую продукцию на экспорт. Здесь сыграли роль два фактора. Во-первых, девальвация рубля. Во-вторых, усиление протекционистских мер в Америке и ряде других стран, которые привели к тому, что уровень цен в России оказался ниже, чем за рубежом. Более того, ряд зарубежных предприятий, учитывая привлекательные цены на прокат в РФ, сейчас переносит свои заготовительные производства в Россию. Особенно активно это наблюдается в сегменте машиностроения. Например, этим системно занимаются международные ОЕМ (original equipment manufacturers – оригинальные производители оборудования).
По мнению Леонида Хазанова, в 2019 году не стоит ожидать сколь-либо существенного роста спроса на металлопрокат, поскольку экономическая ситуация в нашей стране явно ухудшается. Емкость рынка по итогам следующего года может снизиться на 2–4%, до 41–43 млн т. «К сожалению, трудности в строительном комплексе сохранятся: не будет реализовываться масштабных инфраструктурных проектов такого класса, как Керченский мост или «Сила Сибири», велика вероятность новых банкротств среди девелоперов. В условиях проседания рынка отечественные производители будут стремиться увеличивать продажи металлопроката за границу, несмотря на установленные против них торговые барьеры и жесткую конкуренцию с европейскими и китайскими игроками. И вот тут-то подспорьем им может стать новый виток девальвации российского рубля – он явно не за горами. К концу 2019 года, если никаких экономических катаклизмов не случится, внутренний рынок России будет себя чувствовать получше, закладывая тем самым основу для нового подъема», – считает эксперт.
Стремиться ввысь. Инновационные решения, используемые на высотных объектах
Высотное строительство в Петербурге по-прежнему остается законодательно существенно ограниченным. Тем не менее, считают специалисты, высотные доминанты вписываются в местный ландшафт и подчеркивают историческую уникальность нашего города.
В Петербурге в октябре текущего года разрешение на ввод в эксплуатацию получило самое высокое здание в Европе – общественно-деловой комплекс «Лахта Центр». Однако большим количеством высотных объектов наш город похвастаться не может. Действуют жесткие правила, ограничивающие стройку ввысь.
В настоящее время в Петербурге предельная высота новых жилых зданий составляет 40 м (12 этажей). Всё, что выше, – требует дополнительного согласования на уровне Смольного. Правда, на территориях комплексной застройки, точечно в уже сложившихся за последние десятилетия кварталах, повысить высоту новых объектов до 75 м (до 24 этажей) еще иногда удается. Как правило, за такое отклонение от нормы требуют от застройщика выполнения повышенных социальных обязательств.
Между тем уже на этапе завершения строительства «Лахта Центра» представители архитектурного сообщества Петербурга, а также часть градозащитников пришли к выводу, что высотная доминанта не портит панораму города. Этой позиции придерживаются и многие застройщики города. Они полагают, что в целом объекты высотой около 100 м, если это не исторический центр, вписываются в местный ландшафт и подчеркивают уникальность нашего города.
По мнению генерального директора проектно-конструкторского бюро «Строй-Проект» (входит в Группу ЦДС) Екатерины Кутевой, при строительстве высотных зданий в Петербурге нужно обращать особое внимание именно на их расположение. «В ПЗЗ этому должны быть посвящены целые главы. Строительство высотных зданий в нашем городе актуально, но оно должно вестись в отдалении от центра города», – считает она.
По мнению экспертов, за последние 5–7 лет проектирование и строительство высотных зданий значительно упростились и ускорились. Начали использоваться BIM-технологии, новые конструктивные и вспомогательные строительные материалы. Некоторые из них особо актуальны для слабых грунтов Петербурга.
Главный инженер «Лахта Центра» Сергей Никифоров отмечает, что обычно при строительстве небоскребов используется высокопрочный бетон классов B60, B80, а также сталь классов 355, 465. Без них элементы здания либо получатся очень громоздкими, либо их форма не подойдет под ту геометрию, которую придумал архитектор. При строительстве «Лахта Центра» применялись композитные конструкции из стали и бетона. За счет этого удалось сократить сроки работ.
«Среди инновационных решений, используемых на объекте, можно отметить интеллектуальный фасад, систему освещения с автоматическим изменением цвета и интенсивности в зависимости от уровня естественной освещенности, хладогенераторы, вакуумную пневматическую систему мусороудаления и др. Кроме того, новые технологии позволяют специалистам контролировать и управлять инженерными системами из любой точки здания. Данные мониторинга в случае возникновения нештатной ситуации автоматически поступают в МЧС (состояние конструкций здания, работа систем водо-, электро- и теплоснабжения)», – сообщил Сергей Никифоров.
Екатерина Кутева напоминает, что сегодня высотные здания считаются одними из самых энергоэффективных в мире. Во многом благодаря современным инженерным системам, которые позволяют объекту потреблять меньше энергии. «К ним относятся, например, погодозависимое регулирование системы отопления, регулирование температуры воздуха в помещениях по фасадному принципу в зависимости от положения солнца, автоматическое регулирование солнцезащитных жалюзи, использование автоматического регулирования уровня освещенности в помещениях, использование функций ночного охлаждения здания для летнего периода и т. д.», – отмечает Екатерина Кутева.
По мнению директора по развитию Компании Л1 Надежды Калашниковой, при строительстве «высоток» необходимо учитывать аэродинамику. «Поэтому на верхних этажах применяются окна со стеклами с увеличенной толщиной. У них могут быть ограничения по открыванию створок и витражей. Возможен вариант с дополнительным утеплением наружных стен. Кроме того, на высотных зданиях необходимо предусматривать конструкции для очистки фасадов, окон и т. п.», – рассказывает она.
Надежда Калашникова добавляет, что на данный момент отсутствуют нормативные документы для проектирования противопожарных мероприятий в высотных зданиях. Существующие нормативные акты разработаны только для жилых зданий высотой до 75 м и для общественных зданий высотой до 50 м. Соответственно, необходимо разрабатывать и согласовывать в Минстрое специальные Технические условия по пожарной безопасности.
Мнение
Екатерина Кутева, генеральный директор проектно-конструкторского бюро «Строй-Проект» (входит в Группу ЦДС):
– В России не хватает опыта проектирования высотных объектов, недостаточен уровень проработки нормативов. Как следствие, для каждого такого объекта приходится согласовывать специальные технические условия.
Кстати
Самыми высотными современными зданиями города, построенными за последнее десятилетие, считаются «Лахта Центр» (462 м), БЦ «Лидер Тауэр» (145,5 м), ЖК «Князь Александр Невский» (126 м), БЦ «Атлантик-Сити» (110 м), ЖК «Пётр Великий» (110 м), ЖК «Лондон Парк» (105,8 м).