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.
Газобетонный вариант. Востребованность автоклавного газобетона в строительстве растет
Востребованность автоклавного газобетона в строительстве продолжает стремительно расти. Высокой популярности среди строителей этот материал достиг за счет своих технологических характеристик, позволяющих использовать его при возведении многих жилых, торговых и промышленных объектов.
Крупнейшее в Северо-Западном регионе предприятие по производству автоклавного газобетона принадлежит «Группе ЛСР». Строительный холдинг начал выпуск этого продукта под брендом AEROC еще в 2004 году на заводе, расположенном на Октябрьской набережной в Петербурге. В 2016 году компания выкупила предприятие «211 КЖБИ» в Сертолово Всеволожского района Ленобласти, и сейчас оно становится основной площадкой «Группы ЛСР» по выпуску газобетона.
Ставка на прочность
Газобетон ЛСР под маркой AEROC производится путем замешивания цемента, воды, молотого кварцевого песка, а также измельченной извести и гипса с добавлением алюминиевой пудры. Полученная смесь поступает в теплую влажную камеру, где увеличивается в объеме, становится твердой и нарезается на блоки, которые потом отправляются в автоклавную печь. Там они находятся под давлением в атмосфере насыщенного пара при температуре около 184°С. Благодаря автоклавной обработке образуется уникальная кристаллическая структура, придающая газобетонным блокам прочность, небольшой вес, низкую теплопроводность и много других полезных свойств.
Специалисты «Группы ЛСР» отмечают, что на предприятии предъявляются жесткие требования к исходным сырьевым материалам. В частности, особенностью применяемого песка является высокое содержание диоксида кремния – это основное вещество для гидротермальной реакции в процессе твердения под давлением пара в автоклавах. Промышленные условия на предприятии и используемые технологии не только обеспечивают высочайшее качество газобетонных блоков ЛСР под брендом AEROC, но позволяют довести их до совершенства по ряду параметров. При этом само производство блоков из газобетона осуществляется по безотходной технологии. Все отходы полуфабриката, возникающие при изготовлении блоков, а также брак готовой продукции перерабатываются и возвращаются в технологический процесс.
Постоянный контроль качества – важная составляющая рутинной жизни завода. Вся готовая продукция поступает на участок переборки и упаковки, где проводится проверка на геометрические размеры и показатели внешнего вида. Каждая партия изделий проходит приемо-сдаточные испытания с определением показателей прочности на сжатие и средней плотности. Также проводятся периодические лабораторные испытания продукции по показателям морозостойкости, теплопроводности, усадки при высыхании и паропроницаемости.
Выбрать необходимое
В настоящее время на предприятии «ЛСР. Стеновые» выпускаются несколько видов газобетонных блоков: EcoTerm Plus (D300), EcoTerm (D400), Classic (D500), Hard (D600). Между собой они различаются по плотности. Чем она ниже, тем лучше теплоизоляционные характеристики, а чем выше плотность, тем серьезнее конструктивные свойства продукта. В зависимости от необходимых работ можно подобрать вид газобетонного блока.
Самые популярные у клиентов газобетонные блоки ЛСР под маркой AEROC – D400 и D500. Блоки D400 толщиной 300, 375 и 400 мм предназначены преимущественно для возведения внутренних стен и перегородок, но могут быть использованы и в несущих конструкциях. D500 идеально подходит для строительства одно- и двухэтажных домов, ведь именно толщина блоков влияет на несущую способность стенового материала.
Специалисты «Группы ЛСР» обращают внимание клиентов и на газобетон D300. Он несколько отличается от аналогов других производителей по прочности. Благодаря этому его можно использовать при строительстве однослойных стен толщиной 200–300 мм, которые удовлетворяют современным требованиям тепловой защиты.
В нашем Северо-Западном регионе для дома постоянного проживания достаточно толщины стены в 300–375 мм. Благодаря своей плотности с этой задачей прекрасно справляются газобетонные блоки D300–D400 без какого бы то ни было дополнительного утепления. Если дом предназначен для сезонного проживания и периодических выездов зимой – толщину стены можно смело уменьшить до 150–250 мм.
Также «ЛСР. Стеновые» производит газобетонные U-блоки, предназначенные для устройства пояса усиления и выполнения опорных конструкций, газобетонные перемычки, газобетонную крошку. Кроме того, выпускается клей AEROC, который позволяет проводить тонкошовную кладку. Он готовится непосредственно на строительной площадке из сухой смеси и воды.
Улучшая энергоэффективность
Сейчас газобетон используется при строительстве не только малоэтажных домов, но и высотных, при возведении внутренних конструкций. Благодаря ячеистой структуре он прекрасно удерживает тепло внутри помещения, облегчая его обогрев. При этом теплоизоляционные свойства стен из ячеистого бетона в 3–5 раз выше, чем у кирпича, и в 8 раз выше, чем у тяжелого бетона.
В частности, из газобетона ЛСР под брендом AEROC можно построить теплую наружную стену без использования дополнительной теплоизоляции, отвечающую требованиям энергоэффективности зданий. Воздухонепроницаемая благодаря закрытым порам стена значительно сократит расход энергии. Строительные элементы из газобетона удовлетворяют требованиям любых классов по огнестойкости.
Немаловажно то, что возвести дом из газобетона значительно проще и быстрее, чем из других материалов. С такой работой может справиться даже непрофессиональный строитель! Благодаря этому газобетон завоевал популярность у многих собственников загородных объектов недвижимости.
Кстати
Газобетонный завод «Группы ЛСР» работает напрямую с застройщиками и подрядчиками, а также через дилерские организации. Приобрести продукцию можно и в сетях DIY-магазинов или в интернет-магазине «Группы ЛСР». Доставка продукции осуществляется в пределах Петербурга и Ленинградской области.
BIM рвется на стройку. Итоги международного форума цифровых технологий в проектировании и строительстве
Пока Россия готовится к приходу BIM на стройку, зарубежные коллеги уже готовы делиться опытом и цифрами. На московский BIM-форум приехали итальянские подрядчики, которые с помощью новых технологий спроектировали и построили знаменитые башни Hadid и Liberskind в центре Милана. Они рассказали, сколько стоит внедрить BIM на стройку и как новые технологии помогают экономить.
Попасть в зал, где обсуждали практику применения BIM-технологий, оказалось не так просто. Девелоперы, инвесторы и представители ведущих строительных и проектных организаций выстроились в очередь в коридоре Центра международной торговли. И каждый желал попасть первым. Оно и понятно, ведь в зале выступали те, для кого BIM – это уже часть жизни, а не экзотическая диковинка.
Цена BIM для строителя
Итальянская строительная компания Planimetro начала работать с BIM-технологиями в 2010 году. Для заказчика строительства CityLife это было плюсом, так как они хотели, чтобы все здания квартала возводились исключительно с помощью BIM-технологий.
Вот только до этого Planimetro не сталкивалась с такими сложными и масштабными проектами комплексного применения BIM. Чтобы выиграть тендер и привнести BIM на стройку, подрядчику пришлось провести переоснащение: закупить 12 специальных компьютеров, установить на них необходимое программное обеспечение и дообучить специалистов. «Мы начали работу над башней Hadid в 2014 году. И на данный момент все затраты в 120 тыс. евро уже окупились, – говорит BIM-менеджер компании Planimetro Андреа Ваносси. – Сейчас у нас в портфолио 14 проектов (с использованием технологий BIM – прим. ред.) общей стоимостю 1, 6 млрд евро».
Инвестиции в переоснащение оказались оправданны еще и потому, что скоро итальянцы не смогут строить без BIM-технологий. Это запретит государство. В частности, с 2019 года все общественные здания стоимостью от 100 млн евро должны быть спроектированы и построены в BIM, а с 2025 года запрет коснется абсолютно всех объектов. Так что компании придется вложиться в переоборудование, если она хочет остаться на рынке.
«Мы слышали, что в России тоже принята временная программа. И это нас сближает», – подчеркнул Андреа Ваносси.
BIM ради архитектуры
Понадобился целый год, чтобы спроектировать башню Hadid в BIM. Еще столько же потребовалось для оцифровки башни Liberskind. Это много. Однако, как утверждают подрядчики, без технологий информационного моделирования было бы почти невозможно создать нужную архитектуру.
«Заха Хадид (автор архитектурного решения башни Hadid – прим. ред.) – гениальный архитектор. Она всегда стремилась найти природу в архитектуре. Поэтому настолько тщательно выверена форма башни Hadid», – показывает построенное здание главный архитектор Planimetro Жерар Кантарелли.
Здание состоит из четырех дуг, которые плавно приближаются друг к другу по мере движения вверх и поворачиваются вокруг своей оси. «Все это прописано в математических моделях в файлах Excel, где два параметра отвечают за перемещение дуг, один – за вращение и еще один – за движение вверх», – дополняет коллегу Андреа Ваносси.
Поэтажно меняются вся конфигурация здания, меняются все составляющие ее части, включая потолки, полы и фасады. И именно поэтому заказчик поставил условие работать в BIM, без технологий информационного моделирования подобного добиться было бы практически невозможно.
BIM ради экономии
«При строительстве башни Liberskind мы использовали виртуальную и дополненную реальности, – говорит Андреа Ваносси, показывая видео, где строители ходят по строящемуся объекту в специальных очках. – Виртуальная и дополненная реальности позволяют накладывать проектные решения на еще не законченный объект, чтобы строители могли сразу видеть, как это будет выглядеть после завершения работ».
Метод помогает выявить нестыковки и ошибки проектирования еще до того, как они будут реализованы на стройке. А это существенно помогает экономить. По словам Андреа Ваносси, благодаря BIM они выявляли до 100 нестыковок и ошибок в месяц до того, как начали строительные работы, и по 200 ошибок в месяц после начала работ.
Гости из Италии особо подчеркнули, что технология BIM работает и действительно эффективна, только когда все участники проекта ее используют. Поэтому итальянцы прописывают такое условие в договорах со всеми, даже с поставщиками материалов. Координирует работы всех поставщиков и субподрядчиков BIM-менеджер в компании генподрядчика.
Где берут специалистов по BIM
«Благодаря BIM у меня студия «помолодела» на 15 лет. Мы берем специалистов по BIM прямо со студенческой скамьи», – поделился Жерар Кантарелли.
В Италии образовательные программы успевают за рынком. Уже сейчас в стране достаточно выпускников, которые стали дипломированными специалистами по BIM-технологиям. При этом преподают студентам практики. Так, например, преподавательской деятельностью занимается и сам Андреа Ваносси.
Чисто российские проблемы
В России BIM пока не вышел за рамки проектирования. Но совсем скоро он окажется на стройке – и тогда Россия столкнется с проблемой, которой удалось избежать зарубежным коллегам. Сейчас непонятно, кто из участников рынка будет переводить проектную модель в строительную. С одной стороны, разработкой модели и разработкой проекта организации строительства занимается генеральный проектировщик, но доработка модели для стройки – это уже не его епархия. Получается, что генподрядчик должен принять проектную модель от проектировщика и заморозить? Этот вопрос вызвал бурные обсуждения на BIM-форуме.
Сразу понятно, что в выигрышном положении окажутся компании, которые могут сразу и проектировать, и строить. Здесь вопрос решен: генподрядчик будет сначала вести проектную модель, потом скорректирует ее для стройки. «Но таких компаний всего 50 на всю страну! Что делать остальным?» – воскликнул с места один из участников форума. На этот вопрос нет ответа даже у зарубежных гостей.
На Западе проблемы удалось избежать из-за особенностей рынка. «У них генеральный проектировщик снимает с себя полномочия немного раньше, чем у нас. В России он ведет проект до того момента, как рабочие приходят на стройку. На Западе это происходит примерно после стадии проектно-изыскательских работ, а дальше генеральный подрядчик уже для себя и под себя подводит модель для стройки. Получается проще: подрядчик допроектирует модель и с ней выходит на стройку», – говорит руководитель направления информационного моделирования компании AECOM Андрей Кумсков.
В России доводить проектную модель до строительной может третье лицо (некий BIM-интегратор), которое возьмет на себя довольно большой объем работы – будет сводить воедино данные со стройки и проектирования. А это целое поле для появления новых участников рынка.
Либо решением проблемы могут заняться компании, которые проектируют и управляют строительством. Тем более, что сейчас есть тенденция, когда заказчик стремится отдать в один руки и проект, и стройку, чтобы общаться с одним ответственным лицом. Такой подход логичен с точки зрения BIM.
BIM станет обязательным
Совсем скоро BIM станет обязателен и для российского строительного рынка. В июле этого года соответствующее поручение дал Президент России Владимир Путин, а Минстрой уже сформировал Федеральный проект «Цифровое строительство». Параллельно Госдума в первом чтении рассматривает законопроект по информационному моделированию. Сейчас чиновники Минстроя дорабатывают документ и ожидают, что его Госдума примет его в весеннюю сессию.
По оценкам Минстроя, цифровое строительство в России позволит снизить стоимость строительства государственных объектов на 20%, а время с момента принятия решения о строительстве до момента ввода объекта в эксплуатацию сократится на 30%.
Мнение
Александр Свинолобов, заместитель генерального директора ООО «Бонава Санкт-Петербург»:
– BIM-технологии уже вышли за рамки проектирования и пришли на стройку. При их использовании мы уже получаем более качественную документацию, которая позволяет в разы сократить расходы на корректировку проекта и дополнительные закупки (в случае расхождения с действующим контрактом). Цифровая модель здания дает возможность получить больше информации об объекте, визуализировать его образ, что упрощает взаимодействие проектировщиков и строителей. Сокращается время принятия правильных решений, улучшаются качественные характеристики объекта и практически исключены технические ошибки. Становится удобнее взаимодействовать и с подрядчиками, у которых появляется четкое техзадание.
Немаловажен и чисто экономический фактор. Новый подход позволил улучшить качество продукта при сохранении цен на квартиры на прежнем уровне. Себестоимость строительства Bonava в среднем снизилась на 1%. И хотя пока мы используем не весь потенциал BIM, внедрение новой технологии уже сегодня окупает себя и создает возможность двигаться дальше путем создания потенциальных новых точек роста в новой цифровой экономике. Информационное моделирование позволяет оптимизировать производственные методы, а также использовать типовые элементы – сборный железобетон, металлические элементы, готовые блоки санузлов. Все это снижает продолжительность строительства, а значит, и позволяет экономить.
При этом нам, как крупной компании, целесообразнее использовать внутренний ресурс, а не привлекать подрядчика, ответственного за BIM. Логично, когда такие ценные специалисты работают в штате компании. Это не только положительно сказывается на качестве наших проектов, но и помогает постоянно повышать квалификацию других специалистов Bonava.
Александр Никитин, руководитель BIM-мастерской Проектного института № 1:
– Для эффективной работы компании с BIM-технологиями нужно прежде всего менять внутренние процессы, проводить организационные изменения. Драйвером всего этого должен быть топ-менеджмент предприятия. Без кардинального изменения всей технологической цепочки, какие бы высокопрофессиональные специалисты в сфере BIM ни были привлечены к работе, они и так и останутся «инородным телом», которое так или иначе будет отторгнуто. К слову сказать, такие примеры на рынке уже существуют. BIM должен охватывать весь процесс в комплексе, а не быть «довеском» к системе, которая как-то работает и без него.