Панорамное остекление – популярное и энергоэффективное
Высокие теплопотери при больших площадях остекления долгое время сдерживали увеличение оконных проемов или, как минимум, делали его «удовольствием для богатых». Развитие технологий в корне изменило ситуацию.
Сегодня большие окна и даже панорамное остекление стали не только технологически осуществимы, но и экономически доступны – как при многоэтажном строительстве, так и в частном домостроении. Благодаря чему это теперь возможно, рассказывают эксперты, опрошенные ASNinfo.
Мейнстрим
Рост площади остекления стал мейнстримом, единодушно считают эксперты. «Этот тренд начался с коммерческих объектов – деловых и торговых центров, а сейчас весьма актуален и для многоквартирных домов, и для индивидуального жилищного строительства», - отмечает заместитель коммерческого директора «Татпроф» Алексей Тарасов.
По его словам, если раньше шло остекление только окон и балконов, то сейчас активно практикуется структурное остекление, позволяющее создать идеально ровный фасад и обеспечить высокие эстетические характеристики даже обычного жилого дома сегмента масс-маркет. «Также все большее распространение получает панорамное остекление. При этом несущие конструкции становятся все тоньше, визуально незаметнее. Эта тенденция также позволяет улучшить восприятие объекта, но перед производителями систем ставят важную задачу по обеспечению необходимых прочностных характеристик несущих конструкций», - говорит эксперт.
«Современные проекты в архитектурном стиле hi-tech, как правило, предусматривают панорамные окна. Данная концепция диктует архитектурную моду как в мегаполисах (небоскребы, офисные здания, аэропорты, культурно-развлекательные центры), так и в частном домостроении. Причем для любой климатической зоны возможен свой вариант панорамных окон, который позволит не только предотвратить потери тепла, но и сократить их за счет солнечной энергии», - отмечает Александр Батаев, коммерческий директор ООО «Системные конвекторы» (правообладатель Möhlenhoff в России).
С этим согласна и генеральный директор АО «Фирма Изотерм» Виктория Нестерова. «Проектируются и строятся здания, у которых площадь остекления достигает 70-80% от общей площади ограждений. Панорамное остекление фасадов используется для облицовки различных БЦ, ТРК и административных зданий. Самыми широкими темпами, с точки зрения использования панорамного остекления, растет сегмент жилищного строительства. Первый запрос от покупателей жилья уровня от бизнес-класса: есть ли панорамные окна?», - констатирует она.
По данным директора по стратегическому маркетингу и PR-коммуникациям ООО «Декенинк Рус» Вячеслава Ганцева, в настоящее время в многоквартирных домах в среднем площадь оконных конструкций составляет около 16% от жилой площади дома (без учета так называемого «холодного» алюминия). «В секторе ИЖС этот показатель еще выше – два-три года назад он был около 17%, а сейчас достигает примерно 19%. И нет сомнений, что эта тенденция сохранится», - уверен он.
Сберечь тепло
Как не сложно догадаться, ключевой проблемой, ранее препятствовавшей широкому распространению крупноформатного остекления, был высокий показатель теплопотерь, связанный несовершенством оконных конструкций. Они обладали значительно более высокой теплопередачей, чем стеновые материалы. И поддержание в помещениях комфортного температурного режима стремительно повышало расходы на отопление. Сегодня эта проблема в целом решена: современные производители светопрозрачных конструкций предлагают продукцию с высокими показателями теплоизоляции.
«Вопрос повышения энергоэффективности оконных систем очень актуален. Тарифы оплаты отопления с каждым годом растут и, безусловно, в российских климатических условиях возможность сбережения энергии – очень важный фактор. Поэтому производители светопрозрачных конструкций уделяют этому вопросу немало внимания», - рассказывает Алексей Тарасов.
По его словам, в этом вопросе конструкторская мысль идет по двум направлениям. «Первый – использование все более эффективных теплоизоляционных материалов – вспененного полиэтилена, полиамидов, композитов – из которых изготавливают термовставки и уплотнители. Второй – увеличение толщины заполнения, что дает тот же результат, так сказать, экстенсивным путем. Также практикуется заполнение стеклопатеков инертными газами, которые также обладают низким уровнем теплопроводности», - говорит специалист.
Эксперты считают, что сегодня высокий уровень теплоизоляции обеспечивают как алюминиевые, так и ПВХ-системы. «Алюминий один из самых надежных вариантов исполнения панорамного остекления, с его помощью сегодня легко реализовать массивные окна, раздвижные двери более 3 м в высоту и стеклянные фасады. Исследования доказали, что алюминиевые фасадные системы имеют срок службы не менее 75 лет», - рассказывает директор филиала Reynaers Aluminium Rus в СЗФО Сергей Колосов.
По его словам высокие теплоизоляционные свойства конструкций достигаются благодаря использованию современных термомостов из инновационного материала норил (твердый, упругий при изгибе, сверхпрочный, стабильный в размерах, износостойкий пластик, сохраняющий тепловые характеристики в сухой и влажной атмосфере). «Поэтому большинство систем Reynaers являются эффективным решением для энергопассивного строительства, что подтверждают экологические сертификаты Passive House Institute (Германия) и Minergie (Швейцария). Центральные уплотнители из TPE второго поколения, в сочетании с уплотнителями из XPET пены, также помогают достичь высоких теплофизических показателей», - добавляет специалист.
Руководитель отдела строительного консалтинга profine RUS Александр Артюшин подчеркивает высокую энергоэффективность конструкций на основе ПВХ, ключевые элементы которых непрерывно подвергаются изменениям и усовершенствованию. «Так в структуре профильных систем появилось третье внутреннее уплотнение; менялось их конструктивное внутреннее исполнение (увеличение количества камер и оптимизация их размеров); расширялся фальц для установки стеклопакетов. Кроме изменений в профильных системах, менялось и устройство самих стеклопакетов: стали применяться низкоэмиссионные и мультифункциональные стекла, камеры заполняться осушенным инертным газом. Фурнитура, петлевые группы также не остались в стороне и вносят свой вклад. Например, внутренние петли, которые не прерывают контур уплотнения. Такой комплексный подход позволяет изготавливать оконные конструкции с характеристикой по показателю сопротивления теплопередаче более 1 м² * °С/Вт», - говорит он.
«У нас три системы с шестью или более камерами, и с тремя контурами уплотнения – Фаворит Спэйс, Элегант и Эфорте. Для получения максимального эффекта от использования таких систем необходимо использовать с ними подходящие стеклопакеты. Если в их состав будут входить «правильные» стекла и «правильная» дистанционная рамка, да еще предусмотрено заполнение его камер аргоном, можно получить окно с коэффициентом сопротивления теплопередаче Ro, значительно превышающим 1 м² °С/Вт», - добавляет Вячеслав Ганцев.
Алексей Тарасов обращает внимание на экономический эффект использования энергоэффективных систем. «Если вместо наиболее распространенного окна с сопротивлением теплопередаче R = 0,55 применяется энергоэффективное с R = 0,95 (а некоторые системы имеют показатель и R = 1,15), ежегодная экономия энергии для здания, расположенного, например, в Москве составит не менее 83 кВт•ч/кв. м в год. Можно подсчитать, что 1 кв. м энергоэффективных окон будет экономить до 146 рублей за отопительный сезон. Может показаться, что цифра экономии с «квадрата» энергоэффективного окна за срок его службы невелика – порядка 4,5 тыс. рублей. Однако если пересчитать сумму исходя из условий типового 12-этажного 6-подъездного жилого дом (не меньше 3,5 тыс. кв. м остекления), она составит около 15 млн рублей. А это уже совсем не маленькие деньги для владельца или управляющей компании», - отмечает он.
Право выбора
Эксперты отмечают, что добиться искомого результата, можно только используя качественную продукцию, причем необходимо заранее произвести необходимые расчеты.
«Надо выбирать сертифицированных производителей, которые имеют опыт в проектировании и выпуске светопрозрачных конструкций. Ведь их теплотехнические характеристики и надежность во многом зависят от правильно подобранной системы и стеклопакета. Огромное влияние на качество конструкций оказывает и качество сборки», - говорит Сергей Колосов. «В особо сложных, уникальных случаях, лучше изготовить опытный образец и испытать его либо в лаборатории, либо в «полевых условиях», - добавляет Алексей Тарасов.
По словам Александра Артюшина, в случае же с заказом нестандартных конструкций лучше ориентироваться на компании, которые работают с инновационными продуктами, поскольку они более мобильны и могут довольно быстро дополнять свои продуктовые линейки новыми позициями. Как правило, такие компании работают в тесном контакте с системодателями – разработчиками новых конструкций и получают от них техническую и технологическую поддержку.
Вячеслав Ганцев отмечает, что с точки зрения базового запроса при заказе нестандартных конструкций неплохо получить от оконной компании как минимум расчеты статики профиля и стеклопакетов. «Еще лучше получить расчеты потерь энергии при различных вариантах остекления. Тогда как минимум будет видно, что оконная компания серьезно относится к вопросам подбора системы остекления. В принципе, современные расчетные программы позволяют даже узнать температуры на различных участках поверхности конструкции изнутри. Это, кстати, позволит сразу оценить, насколько комфортной в действительности будет конструкция в режиме реальной эксплуатации», - говорит он.
Чтобы согреться
Но сберечь тепло при панорамном остеклении – это только часть задачи по обеспечению энергоэффективности таких помещений. Еще один ключевой вопрос – обеспечить правильное отопление таких объектов. «Внутрипольные конвекторы – идеальное решение для инженерных систем зданий с панорамным остеклением. Благодаря своему принципу работы, они позволяют избежать понижения температуры в зоне окна, ликвидировать тепловые потери и предотвратить скапливание конденсата», - уверена Виктория Нестерова.
С ней согласен Александр Батаев. «Для предотвращения потока холодного воздуха от светопрозрачных ограждающих конструкций чаще всего применяются приборы отопления, которые размещаются по всей ширине остекления. Так, внутрипольные конвекторы Möhlenhoff, образуя перед окном тепловую завесу, защищают от образования конденсата и не дают холоду пробраться вглубь помещения. Для более эффективного результата прибор должен быть установлен на расстоянии 80-200 мм от окна, а шторы должны быть расположены не менее чем на 50 мм от пола», - говорит он.
По словам Виктории Нестеровой, для нестандартной архитектуры и сложных планировок применяются внутрипольные конвекторы, изготовленные под заданный радиус и с угловыми элементами. «В зданиях с многоуровневым остеклением оптимальным решением, в дополнение к внутрипольным конвекторам, будет использование фасадных приборов, которые крепятся к вертикальным стойкам или горизонтальным ригелям оконных конструкций. В зависимости от высоты фасадного остекления, возможна установка этих конвекторов в один или несколько ярусов. Есть и вариант, как отопить помещение с панорамным остеклением без внутрипольных конвекторов. Серия Коралл – это низкие приборы (высота без опор – 8 см, с опорами – 15 см), которые обладают достаточной мощностью, чтобы и отопить помещение и отсечь холодный воздух от окон, при этом их незначительная высота оставляет максимально открытым вид из окон», - рассказывает она.
Не ошибиться!
При этом эксперты подчеркивают, что отопление помещений с панорамным остеклением – это сложная задача и для ее решения необходим правильный подбор оборудования и качественный монтаж.
«К основным ошибкам можно отнести игнорирование рекомендаций производителей приборов отопления в части установки, монтажа и эксплуатации. Например, использование систем отопления с недостаточной мощностью, например, исключительно только теплого пола. Это не рекомендуется для большей части территории России, так как напольное отопление не компенсирует полностью теплопотери помещения, и не в состоянии обеспечить перехват нисходящего потока холодного воздуха от остекления. Негативным фактором является, конечно, и желание застройщиков сэкономить на приборах отопления. Это приводит к дискомфорту нахождения людей в таких помещениях, переохлаждению, что опасно в первую очередь для детей», - констатирует Виктория Нестерова.
По словам Александра Батаева, распространены ошибки и при выборе внутрипольных конвекторов. «Основной из них является подбор исключительно по размерам, тогда как разумнее сначала определиться с требуемой теплопроизводительностью. В первую очередь рассматриваются модели с естественной конвекцией, но если в силу габаритных ограничений при естественной конвекции не достигается требуемая теплоотдача, то уже рассматриваются модели с принудительной конвекцией», - говорит он. Эксперт добавляет также, что при выборе вентиляторных конвекторов следует принимать во внимание и шумовые характеристики, поэтому логичнее подбирать прибор по теплопроизводительности при средней скорости вращения вентиляторов.
«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 размещении конвектора в нише рекомендуется обмотать его корпус тепло-звукоизоляционным материалом. Кроме того, необходимо защитить внутреннюю часть конвектора от попадания брызг при залитии бетонного раствора и от попадания строительного мусора (особенно опасно загрязнение движущихся частей вентиляторных моделей). Необходимым условием для стабильной теплопроизводительности внутрипольного конвектора является его систематическая чистка и обслуживание. В противном случае загрязненный теплообменник способствует распространению в помещении вредных бактерий, а накапливание пыли и грязи в движущихся частях прибора усиливает шумовые характеристики», - заключает Александр Батаев.
Эксперты отмечают, что правильно смонтированные и грамотно эксплуатирующиеся конвекторы обеспечивают надежный результат. Так, техника Möhlenhoff работает на таких объектах в Москве, как Московский океанариум, Центральный автовокзал, ЖК «Вишневый сад» и др. Оборудование АО «Фирма Изотерм» действует в комплексах «Стокгольм», «Дипломат», Docklands и др. в Петербурге, деловом центре «Москва-Сити», ЖК «Дискавери», «Метрополия», «Царская площадь» и др. в столице.
ZinCo: создай жизнь на крыше
Немецкая компания ZinCo является мировым лидером кровельного озеленения. За более чем полувековой период деятельности она разработала ряд уникальных технологий, позволяющих создавать на крыше зданий естественную зеленую среду с различными видами озеленения, от самых простых до самых настоящих садов на крыше. В настоящее время филиалы компании работают в 45 странах мира. Официальным представителем ZinCo в России и странах СНГ является компания «ЦинКо РУС», которая за годы своей работы уже реализовала множество интересных проектов.
Стоит отметить, что зеленые кровли, в том числе благодаря ZinCo, стали обычным явлением во многих странах уже несколько десятков лет назад. В России у кровельного озеленения история скромнее, но сейчас данный сегмент становится все более востребованным.
Руководитель Санкт-Петербургского офиса OOO "ЦинКо РУС" Сергей Яшенков вспоминает, что идея создать проект природной кровли, к которым также относятся «зеленые крыши», возникла еще в 2001 году. Оказалось, что это довольно сложный продукт, потребовавший глубокого предварительного ознакомления. «Начиная с 2003 года, мы стали изучать мировую практику по производству зеленых кровель. В России тогда этой темой практически никто не занимался, лишь изредка возникали подобные проекты у частных архитекторов и проектировщиков. Но в промышленных масштабах этого не было. Наибольший интерес у нас вызвала продукция лидера кровельного озеленения – компании ZinCo в Германии. В течение пяти лет мы изучали этот вопрос научными и практическими методами, исследовали возможность применения зеленых кровель в российском климате. В 2007 году, после того как наш опыт был признан успешным, в России открылся филиал немецкого концерна ZinCo, сотрудником которого я и являюсь»,- добавил Сергей Яшенков.
В настоящее время в активе «ЦинКо РУС» более 500 реализованных проектов. Среди них: озелененные кровли здания Союза Московских Архитекторов, архитектурного объекта «Городская Площадь» в Москва-Сити, павильона станции столичного метро «ЦСКА»; в Санкт-Петербурге эксплуатируемая кровля была создана на новом корпусе клиники ВМА МО и т.д. «ЦинКо РУС» очень плотно работает и с жилыми объектами. Многие ЖК в Москве, Санкт-Петербурге и других городах были возведены с озелененными крышами и стилобатами. Применяются системы ZinCo и в проектах индивидуального малоэтажного строительства.
«ЦинКо РУС» предлагает различные виды озеленения кровли. Компания работает как с плоскими, так и со скатными кровлями, в том числе, решая сложные задачи эксплуатации кровли (пешеходные зоны, проезжие части для тяжелого транспорта, спортивные и детские площадки и т.д.).
Качество на долгие годы
В чем же привлекательность озелененной кровли от ZinCo? Как отмечают в компании «ЦинКо РУС», в уникальности самих технологий и продуктов немецкого концерна. Используются они на практике достаточно давно, но постоянно дорабатываются и адаптируются, в том числе, под определенные географические особенности и отвечают всем современным требованиям. В частности, гарантия на решения ZinCo до 35 лет.
Кроме того, «ЦинКо РУС» контролирует весь комплекс строительно-монтажных работ по устройству крыш. Таким образом, обеспечивается качество исполнения проектного решения. За счет высокого качества технических решений и использования оригинальных материалов ZinCo, высокого профессионализма сотрудников «ЦинКо РУС» заказчик зеленой крыши может на длительные годы существенно сократить расходы на ее эксплуатацию.
По словам Сергея Яшенкова, в работе используются только оригинальные материалы ZinCo. Поставляются они из Германии. Также с 2015 года по программе импортозамещения некоторые материалы ZinCo начали производиться и в России. В целом, практически все продукты ZinCo обладают уникальными техническими характеристиками. «Приведу пример, у нас есть высокопрочная профилированная мембрана для эксплуатируемых кровель - Стабилодрейн SD30. Этот материал позволяет сократить сроки производства работ на две недели и организовать производство работ на кровле без отливки распределительной железобетонной плиты»,- добавляет он.
Знание-сила
Специалисты «ЦинКо РУС» не только занимаются озеленением кровель на множестве отечественных объектов, но и проводят большую просветительскую работу. Компания регулярно проводит семинары, на которых рассказывает о современных технологиях, материалах и трендах в сегменте озеленения и строительства эксплуатируемых крыш. Также представители «ЦинКо РУС» принимают участие в симпозиумах, международных и региональных конференциях. Таким образом, компания стоит в авангарде развития и популяризации зеленых технологий в строительстве в России.
Стоит добавить, что «ЦинКо РУС» является одним из разработчиков национального стандарта по озеленению крыш (ГОСТ Р 58875-2020). С 1 июня 2020 года он вступил в силу и должен способствовать реализации новых качественных проектов в данной сфере.
«Перед собой мы ставим множество планов и задач. Конечно же, их реализация будет во многом зависеть от того, как будет двигаться стройка в России. Хочу отметить, что я и мои коллеги, готовы делиться своим опытом и наработками, принимая участие в проектах с эксплуатируемыми кровлями различного назначения»,- подчеркнул Сергей Яшенков.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:
Здесь будет сад. Зеленые кровли становятся архитектурным трендом
«Зеленые стандарты» необязательного характера следовать или нет ?
Опыт одновременного строительства подземной и надземной частей здания методом up-doun
В условиях плотной городской застройки, а также дефицита свободных участков подземное строительство приобретает особую актуальность, однако местная специфика и гидрогеологические условия делают задачу возведения подземных объектов очень непростой. Это стимулирует инженеров использовать новые методы, которые обеспечивают безопасную эксплуатацию окружающей застройки, позволяют проводить подземные работы практически на любой глубине даже в самых сложных инженерных и геологических условиях. Одним из таких является метод up-down, или «вверх-вниз». Такой способ позволяет на нулевой отметке выполнить перекрытие и продолжить строительство одновременно как вверх, так и вниз. Данная технология является актуальной в современных условиях строительства, так как позволяет возводить здания с меньшим задействованием близлежащих территорий. В статье описан принцип технологии up-down, представлен порядок производства работ, рассмотрены основные преимущества и недостатки данного метода, приведены результаты геотехнического мониторинга окружающей застройки.
Основной областью применения метода up-down является устройство глубоких котлованов в пределах плотной городской застройки. Обычно этот метод используется при невозможности выполнения грунтовых анкеров вследствие стесненных условий и существующей развитой подземной части на соседних участках [1–7]. Кроме того, этот метод используется при малых допустимых деформациях окружающих зданий и сооружений. Явным преимуществом метода up-down является высокий темп строительства при устройстве высотной части (рис. 1).
Рис. 1. Схема производства работ по методу up-down
При многих преимуществах этого метода строительства он в большинстве случаев ведет к удорожанию строительного производства по сравнению со строительством в открытом котловане. Особую сложность представляет собой организация снабжения и логистики при подобном виде работ [8]. Следует отметить, что устройство подземной части по методу «вверх-вниз» требует высокой квалификации подрядчика и детальной проектной проработки [9].
Для производства работ по устройству подземной части при данном методе строительства используется технологии «стена в грунте» и струйная цементация грунта (Jet-grouting). Проектирование конфигурации стены выполняется с учетом особенностей технологического оборудования (гидрофрезы). В ходе подготовительных работ по контуру будущей ограждающей конструкции выполняется форшахта шириной 60…80 см и глубиной до 3,0 м. Стенки форшахты раскрепляются железобетонными монолитными конструкциями.
Разработка грунта в траншее и бетонирование выполняются под защитой глиняного тиксотропного раствора, приготовляемого из бентонитовой глины, что обеспечивает устойчивость стенок траншеи от обрушения. Параметры раствора корректируются при производстве работ на опытном участке.
Укладка бетонной смеси панелей ограждающей конструкции производится методом вертикального подъема трубы. Бетонирование стен под защитой глиняного раствора должно выполняться не позднее чем через 8 часов после образования траншеи в захватке. Бетонирование одной захватки проводится непрерывно на всю высоту. Между захватками выполняется холодный рабочий шов, а армирование захватки — сборными пространственными арматурными каркасами. Глубина ограждающей конструкции по данной технологии может достигать 25…30 м.
По грунтовым условиям «стена в грунте» может применяться в любых дисперсных грунтах.
При устройстве больших котлованов, внутри которых возводится здание или сооружение, ограждающие конструкции, выполненные методом «стена в грунте», используют как внешние стены подземной части. В этом случае нагрузка от здания передается на фундаменты, не связанные с ограждающими стенами.
При необходимости ограждающие конструкции, устраиваемые методом «стена в грунте», могут выполнять двойную функцию: являются и ограждением котлована, и конструктивным элементом.
Современные технологии позволяют устраивать конструкции подземных сооружений разных форм, но традиционные и наиболее часто встречающиеся — конструкции из прямолинейных стенок.
При наличии грунтов, содержащих твердые включения природного или техногенного происхождения (крупные валуны, обломки бетонных конструкций, каменной кладки и др.), при проходке траншеи используется техника, оснащенная фрезерным оборудованием, например, фирм «Бауэр», «Касагранде».
Использование грейферного оборудования, которым крупные включения извлекаются, может привести к деформированию стенки траншеи, падению уровня тиксотропного раствора и деформациям окружающего массива и близ расположенных зданий.
Для надежного уплотнения проблемных стыков между панелями траншейных стен, как показал опыт строительства, успешно может быть применена технология струйной цементации jet-grouting. Она заключается в разрушении и перемешивании грунта мощнонапорной струей цементного раствора, исходящего под высоким давлением из монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны. В результате в грунтовом массиве формируются сваи диаметром 0,6–1,5 м из нового материала — грунтобетона с достаточно высокими несущими и противофильтрационными характеристиками. При этом цементационные работы могут выполняться как снаружи ограждающих котлован стен, так и изнутри котлована до его разработки. С этой целью в зависимости от прогнозируемой величины раскрытия стыков с глубиной могут быть применены неармируемые или армируемые металлическими трубами грунтоцементные колонны диаметром 60 или 80 см.
Для разработки грунтового ядра внутри подземного сооружения, возводимого способом «стена в грунте», рекомендуется применять технологию, которая предусматривает разработку вначале центральной части грунтового массива на глубину одного яруса с сохранением по периферии нетронутых участков. Такой прием облегчает работу ограждающей конструкции. Затем монтируются распорные конструкции, и разрабатывается оставшаяся часть грунта. Одним из существенных преимуществ данных технологий является возможность устройства как отдельных, так и протяженных подземных конструкций с поверхности земли без экскавации котлована [10].
Производство работ по методу up-down считается одним из самых сложных видов строительного производства с геотехнической точки зрения и предусматривает комплексную программу мониторинга в период строительства здания [11].
- Характеристика объекта строительства
Рассматриваемая площадка строительства обладает практически всеми перечисленными осложняющими факторами:
Инженерно-геологические и гидрогеологические условия.
В геологическом строении площадки принимают участие следующие элементы (рис. 2): ИГЭ-1. Современные техногенные отложения, песчано-суглинистые грунты со щебнем кирпича. ИГЭ-2. Глина мягкопластичной консистенции. ИГЭ-3. Суглинки мягкопластичной и тугопластичной консистенции. ИГЭ-4. Супеси пластичные. ИГЭ-5. Пески пылеватые, средней плотности, водонасыщенные. ИГЭ-6. Пески мелкие, средней плотности, водонасыщенные. ИГЭ-7. Пески средней крупности, средней плотности, водонасыщенные. ИГЭ-8.1. Глина полутвердая. ИГЭ-8. Мергель малопрочный. ИГЭ-9.1. Известняк, разрушенный до щебня и дресвы. ИГЭ-9. Известняк малопрочный. ИГЭ-10. Глина полутвердая.
Подземная вода встречена на глубине 3,7…4,0 м от поверхности.
В представленных инженерно-геологических условиях, при наличии в основании значительной толщи слабых грунтов и высоком уровне грунтовых вод, основным требованием к ограждающей конструкции котлована является обеспечение минимального поступления воды в котлован и ограничение дополнительных вертикальных перемещений окружающей застройки. Для определения зданий и сооружений, на которые возможно влияние от строительства проектируемого, предварительно назначается 30-метровая зона, которая впоследствии уточняется расчетами. Выполняется обследование зданий, определяется история их строительства, техническое состояние основных конструктивных элементов. Величина допустимого влияния определяется исходя из условия обеспечения надежности здания и зависит от его технического состояния и конструктивной схемы.
Рис. 2. Инженерно-геологический разрез площадки строительства
Градостроительная и геотехническая ситуация.
Строящееся здание возводится в существующем квартале исторической застройки на месте демонтированного здания. При этом по градостроительным условиям было необходимо сохранить исторический фасад здания, выходящий на улицу. В зону влияния строительства попадают 15 зданий, техническое состояние зданий по результатам обследования оценено как удовлетворительное, предельные дополнительные осадки этих зданий ограничены диапазоном 10…30 мм. Для обеспечения сохранности и механической безопасности зданий при производстве работ по строительству здания и в ходе его эксплуатации необходимо было выполнить комплекс работ по улучшению механических свойств грунтовых оснований (метод компенсационного нагнетания цементного раствора) и усилению конструкции фундаментов. На всех этапах производства работ был организован мониторинг за развитием вертикальных перемещений и техническим состоянием основных конструкций зданий. Схема расположения наблюдательных марок приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема размещения наблюдательных марок (вертикальные перемещения)
Характеристика строящегося здания.
Здание монолитное, железобетонное, с максимальной отметкой верха 34,10 м, прямоугольной формы в плане, состоящее из 6-этажной надземной части и 3-этажной подземной части (гаража). Несущие конструкции — продольные и поперечные монолитные железобетонные стены и колонны. Максимальная глубина котлована 12,60 м. Способ разработки котлована up-down: заглубление под защитой дисков плит перекрытий с возможностью одновременного строительства вверх. Конструкция ограждения котлована: траншейная стена толщиной 640 мм, выполняемая гидрофрезерным оборудованием (базовая машина BAUER BG-28 с гидрофрезой BC-32). Фундамент — свайное поле со сваями-бареттами, опирающимися на однородный скальный грунт (известняки). Вся эксплуатационная нагрузка передается на сваи, железобетонная плита подстилающего слоя толщиной 250 мм не связывается со сваями.
2. Последовательность выполнения работ
Производство работ по устройству подземной части здания выполнялось в следующей последовательности:
Этап 1. Выполнение компенсационного нагнетания цементного раствора в грунтовое основание фундаментов зданий окружающей застройки. Усиление конструкции фундаментов зданий окружающей застройки. Устройство буроинъекционых свай в основании фундаментов сохраняемой части фасада (рис. 4).
Рис. 4. Схема выполнения работ по усилению грунтового основания фундаментов существующих зданий
Усиленный таким образом грунтовый массив является новым техногенным образованием, обладающим высокой степенью жесткости. Методика уплотнения позволяет уплотнять не только дисперсные связанные грунты (глины, суглинки, супеси), но и несвязанные дисперсные грунты (пески, насыпные техногенные грунты). Расширение возможностей применения технологии на широком спектре грунтов происходит за счет подбора качественной характеристики раствора, обеспечивающей ее высокую проникающую способность. Наличие грунтовых вод не является противопоказанием к применению высоконапорной инъекции.
Этап 2 (рис. 5). Выполнение форшахт для устройства ограждения по периметру подземной части здания и для выполнения свай-баретт. Производство работ по устройству монолитной железобетонной плиты рабочего уровня с направляющими гильзами для устройства скважин цементации. Бурение скважин и цементация скального грунта. После цементации вдоль периметра ограждения котлована образуется слой скального грунта с достаточными противофильтрационными свойствами для разработки вертикальных траншей
Рис. 5. Этапы устройства форшахт ограждения по периметру и баретт, цементации основания и бетонирования плиты рабочего уровня
Рис. 6. Этапы устройства ограждающей конструкции, свай-баретт и экскавации котлована
под защитой бентонитового раствора. Водопроницаемость зацементированных грунтов контролируется по величине удельного водопоглощения, установленного при гидравлическом опробовании контрольных скважин. В основании баретт формируется непрерывный пласт сплошного зацементированного скального массива с нормативным пределом прочности на одноосное сжатие — R_с≥11,0 МПа. Для контроля прочности выполняется отбор образцов и их лабораторные испытания.
Этап 3 (рис. 6). Устройство траншейной стены ограждения подземной части методом «стена в грунте» гидрофрезерным оборудованием (единичная заходка — 2800 х 640 мм) в две очереди по захваткам с заведением в водоупор (ИГЭ-10) не менее чем на один метр. Устройство замыкающих грунтобетонных элементов, выполняемых по технологии струйной цементации грунта (Jet-1), между криволинейными захватками с заведением до отметки кровли скального грунта (ИГЭ-8).
Этап 4. Устройство баретт (2800 х 640 мм) с «сердечниками» под временные и постоянные железобетонные и стальные колонны и баретт под башенный кран по технологии «стена в грунте».
Этап 5. Демонтаж форшахт и железобетонной плиты рабочего уровня. Устройство фундамента башенного крана. Срубка шламового бетона верхней части ограждения котлована на высоту 500 мм. Устройство обвязочной балки и периферийной части плиты перекрытия на отметке (-0.100) по инвентарной опалубке.
Этап 6. Поэтапная экскавация котлована до отметки -4,550 м. Демонтаж временных колонн.
Этап 7. Устройство монолитной железобетонной плиты перекрытия на отметке (-4.550) по бетонной подготовке. Устройство вертикальных несущих конструкций минус первого этажа.
Этап 8. Устройство центральной части плиты перекрытия с технологическими проемами на отметке (-0.100). Эта конструкция позволяет вести работы по устройству надземной части здания, поскольку опирается на ранее выполненные сваи баретты и не требует устройства фундаментной плиты на минус третьем уровне. Начало строительства надземной части здания без ограничения скорости производства работ и этажности.
Этап 9. Разработка грунта котлована малогабаритной техникой до отметки -8.500. Устройство монолитной железобетонной плиты перекрытия минус второго этажа на отметке -8.200.
Этап 10. Разработка грунта котлована малогабаритной техникой до отметки -12,600 м. Срубка и оформление оголовков баретт. Устройство дренажной системы по дну котлована. Устройство монолитной железобетонной плиты пола минус третьего этажа.
Этап 11. Устройство вертикальных несущих конструкций минус третьего этажа.
Этап 12. Завершение работ по устройству монолитной железобетонной плиты минус второго этажа. Устройство пандусов и лестничных маршей. Устройство внутренней вертикальной гидроизоляции и прижимной монолитной железобетонной стенки на минус третьем этаже. Для устройства монолитной прижимной стенки в перекрытиях были предусмотрены технологические гильзы-направляющие.
Этап 13. Устройство вертикальных несущих конструкций минус второго этажа. Устройство внутренней вертикальной гидроизоляции и прижимной монолитной железобетонной стенки на минус втором этаже.
Этап 14. Ликвидация временного технологического проема в железобетонной плите на отметке -0.100. Демонтаж временных колонн.
Этап 15. Демонтаж башенного крана. Демонтаж ростверка и баретт башенного крана. Устройство внутренней вертикальной гидроизоляции и прижимной монолитной железобетонной стенки на минус первом этаже. Устройство наружной вертикальной гидроизоляции стилобатной части здания и благоустройство территории.
3. Геотехнический мониторинг
В ходе геотехнического мониторинга выполнялись высокоточные геодезические измерения отметок установленных деформационных марок, оценивалась динамика развития вертикальных перемещений зданий и проводилась визуальная оценка их технического состояния. Динамика развития наиболее интенсивных вертикальных перемещений показана на рис. 7. Вертикальные перемещения остальных марок имеют меньшие значения. Относительная разница дополнительных осадок фундаментов существующих зданий также не превысила предельно допустимого уровня.
Рис. 7. Динамика развития вертикальных перемещений деформационных марок
О стабилизации осадок зданий окружающей застройки можно судить по изменению скорости их развития, а она имеет явную тенденцию к снижению. Это можно хорошо проследить на графике построенных по данным наблюдений. Если в начальный период наблюдения она составляла 0,1…0,15 мм/сут, то через 90 суток она составила 0,03…0,45 мм/сут, следовательно, снизилась в 2,5 …3,0 раза. Такое снижение скорости развития абсолютной величины вертикальных перемещений свидетельствует о процессе их стабилизации.
Заключение
Выбор метода производства работ up-down по устройству здания в стесненных городских условиях оказался полностью оправданным. Использованные при реализации этого метода технологии позволили выполнить работы в установленные сроки, с качеством обеспечивающим механическую безопасность как строящегося объекта, так и окружающей застройки. Производство работ хотя и является технически сложным, но при надлежащем уровне мониторинга позволяет оптимизировать сроки проведения работ. Полученный в ходе строительства опыт может быть в дальнейшем использован при проектировании и строительстве объектов такого уровня сложности.
Литература
1. Абелев М. Ю. Особенности технологии проведения работ по устройству фундаментов: Учеб. пособие / М. Ю. Абелев, Б. М. Красновский. М.: Б. и., 1980. — 45 с.
2. Абелев М. Ю. Деформации сооружений в сложных инженерно-геологических условиях. М.: ЦМИПКС при МИСИ им. В. В. Куйбышева, 1982. — 290 c.
3. Строительство зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях / [М. Ю. Абелев, В. А. Ильичев, С. Б. Ухов и др.]; под ред. М. Ю. Абелева. М.: Стройиздат, 1986. — 104 с.
4. Абелев М. Ю., Чунюк Д. Ю, Бровко Е. И. Выправление кренов высотных промышленных и гражданских зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2016. — № 11. — С. 54–59.
5. Катценбах Р., Шмитт А., Рамм Х. Основные принципы проектирования и мониторинга высотных зданий Франкфурта-на-Майне. Случаи из практики // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2005. № 9. C. 80–99.
6. Конюхов Д. С. Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения. М.: Архитектура, 2005. — 298 с.
7. Chang-Yu Ou. Deep Excavations. Theory and Practice. London: Taylor & Francis, 2006. — 532 p.
8. Щерба В. Г., Абелев К. М., Храмов Д. В., Сагалаков Г. В., Бахронов Р. Р. Особенности обеспечения объектов строительства монолитных многоэтажных зданий в стесненных городских условиях. //Вестник МГСУ. — 2008. — № 3. С. 146–149.
9. Юркевич П. Б. Возведение монолитных железобетонных перекрытий при полузакрытом способе строительства подземных сооружений //Подземное пространство мира. — 2002. — № 1. — С. 13–22.
10. Makovetskiy O., Zuev S. Practice device artificial improvement basis of soil technologies jet grouting. Procedia Engineering. — 2016. — Vol. 165: 15th Intern. sci. conf. Underground Urbanisation as a Prerequisite for Sustainable Development 12–15 Sept. 2016, St. Petersburg, Russia. — P. 504–509.
11. Маковецкий О. А. Зуев С. С. Опыт проведения испытаний баретты большой длины в условиях плотной городской застройки // Жилищное строительство. 2018. — № 9 —С. 13–18.
Авторы статьи:
М. Ю. АБЕЛЕВ, С. С. ЗУЕВ , Р. Р. АХМЕТШИН
Центр инновационных технологий в строительстве Института ДПО ГАСИС НИУ ВЩЭ
АО «Нью Граунд»