Шпунт: отсекая воздействия
Технология создания шпунтовых ограждений уже прочно вошла в российскую практику строительных работ. Этому способствовало как многообразие сфер ее применения, так и наличие различных методик погружения, эффективных в определенных ситуациях. Впрочем, по словам экспертов, опрошенных «Строительным Еженедельником», есть и проблемы.
Сфера применения
Залогом широкого распространения технологии шпунтового ограждения стало достаточно большое разнообразие сфер ее применения. «Ограждения используются для защиты стенок котлованов от обрушения при вертикальной разработке грунта (особенно в стесненных условиях, где невозможно выполнить котлован в виде выемки с откосами) в рамках строительства практически любых объектов - дорожной инфраструктуры, зданий различного назначения, подземных паркингов, причальной и портовой инфраструктуры и так далее. Также шпунт можно использовать как противофильтрационную завесу», — рассказывает технический директор компании ГЕОИЗОЛ Максим Зайцев.
Заместитель генерального директора по строительству компании «Вектор шпунт» Юрий Ануфриев в качестве преимущества технологии называет возможность получить эффективное, быстровозводимое, инвентарное и экономичное ограждение. Он перечисляет ряд ее достоинств: «Универсальность применения при любом строительстве. Высокая несущая способность ограждения. Способность выдерживать намного большие нагрузки в сравнении с любыми другими конструкциями. Возможность усиления шпунтового котлована распорно-распределительной системой. Выполнение шпунтовых ограждений в стесненных условиях, максимальное примыкание к существующим зданиям и сооружениям. Щадящий режим воздействия на грунт, малые вибрационные нагрузки». «Среди преимуществ технологии можно отметить приемлемую стоимость, высокую скорость ведения работ, простоту исполнения, оборачиваемость при возможности дальнейшего извлечения, продолжительный срок службы», — добавляет Максим Зайцев.
Вариативность методов
Дополнительным фактором, способствующим распространению технологии, является поливариативность методов погружения шпунта. Каждый из них имеет свои особенности и является оптимальным при различных условиях работ.
По словам Юрия Ануфриева, в зависимости от геологических условий и проектных решений погружение шпунта производится несколькими способами: вибрационное погружение, статическое вдавливание, забивка. «Исходя из метода погружения используется соответствующая техника и оборудование. Шпунт погружается вертикально, и в процессе погружения за счет конструктивных «замков» образуется единая конструкция, обладающая ограждающими и водонепроницаемыми свойствами. По завершении цикла работ в шпунтовом котловане шпунт извлекается и используется повторно при устройстве последующих шпунтовых ограждений», — отмечает он.
При этом, по словам Максима Зайцева, перед проведением работ конструкторы разрабатывают проект, вычисляя требуемую устойчивость шпунтовой стенки к давлению грунта, определяя тип шпунта, глубину погружения, необходимость установки распорных конструкций, дополнительного укрепления грунтовыми анкерами и так далее. Следует помнить, что неверный расчет нагрузки от грунта при устройстве шпунтовой стенки может привести к ее деформации и разрушению.
«При выборе способа погружения шпунта во внимание принимается ряд факторов, среди которых свойства грунта, габариты котлована, условия эксплуатации (зачастую шпунт — это временная конструкция), наличие окружающей застройки. Также учитываются экономические показатели проекта и требуемая скорость его реализации», — говорит эксперт.
Он отмечает, что в зависимости от метода погружения шпунта используется различная специализированная техника. Вибропогружение шпунта осуществляется с помощью вибропогружателей разной мощности (производители — Movax, PVE, Müller), которые крепятся на кран и соответственно типу шпунта имеют различные захваты. При таком методе погружение шпунта происходит за счет высокочастотных колебаний, которые разуплотняют почву, проталкивая шпунт. Для статического погружения шпунта используются мобильные установки статического вдавливания (флагманом на рынке являются машины японского концерна Giken). Благодаря встроенному гидравлическому узлу шпунт с силой перемещается вглубь почвы по направляющим рамам. Виброударный способ погружения шпунта осуществляется с помощью вибромолотов.
«Наиболее экономически выгодные и быстрые способы погружения шпунта — это вибропогружение и забивка. Но следует помнить, что эти способы невозможно применять при реализации проекта в плотной городской застройке, так как идет сильное воздействие на фундаменты соседних зданий и сооружений», — подчеркивает Максим Зайцев.
Успехи и проблемы
По словам Юрия Ануфриева, в последние годы спрос на выполнение шпунтовых ограждений неуклонно растет. Это связано и с тенденцией увеличения этажности зданий, что требует более основательной подготовки на этапе нулевого цикла строительства. Активно развивается процесс редевелопмента, что увеличивает объемы работ в условиях уже существующей сложившейся застройки. Также растет спрос на укрепление береговых линий шпунтовым ограждением, т. к. это является более надежным и долговечным методом по сравнению с другими. Важным стимулом распространения технологии стало и развитие портовых мощностей России на Балтике.
При этом эксперты отмечают существование ряда проблемных факторов. Главный из них в последнее время — значительный рост цены шпунта. «Если шпунтовое ограждение выполняется из металла (шпунт Ларсена, труба, двутавр и др.), то стоимость очень зависит от стабильности рынка металлоконструкций, который с декабря 2020 года из-за ажиотажного спроса на металлопрокат на международном рынке вывел цены на многолетние максимумы. И коррекции в ближайшее время не предвидится», — отмечает Юрий Ануфриев.
С ним согласен Максим Зайцев. «С начала декабря 2020 года металл подорожал в среднем на 30%, что напрямую сказывается и на цене шпунта. При выполнении работ точная стоимость обычно берется за тонну и зависит от характеристик шпунта. Например, цена шпунта Ларсена 5УМ, бывшего в употреблении, составляет 60–70 тыс. рублей за тонну, а такая же марка нового шпунта стоит от 80 тыс. рублей за тонну», — говорит он.
Кроме того, в отличие от иностранных производителей, в России крайне узок ассортиментный ряд шпунта. «Очевидно, что в зависимости от конкретной ситуации и решаемых задач нужны различные характеристики шпунтового ограждения и, соответственно, может быть использован разный шпунт. В результате ограниченности ассортимента российской продукции везде используется Ларсен 5. При этом запас прочности может вдвое превышать необходимый. Между тем при расширении ассортимента можно было бы много экономить как на самом металле, так и на стоимости работ, которая рассчитывается исходя из веса погруженного шпунта», — заключает эксперт.
Мнение:
Качественный подход
Инновационные технологии позволяют ускорить дорожное строительство и повысить сроки службы асфальтобетонного покрытия. Однако их масштабному внедрению мешают устаревшие нормативы.
Премьер-министр РФ Дмитрий Медведев порекомендовал регионам активнее внедрять в дорожное строительство новые технологии. С этим предложением он выступил на прошлой неделе в Екатеринбурге на совещании по вопросам реализации национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги». По его словам, в этом году на эту программу из федерального бюджета было выделено 110 млрд рублей. Однако ряд регионов страны (Приморье, Чукотка, Крым) освоили менее трети предоставленных средств.
Глава российского правительства также предложил наращивать в дорожной отрасли долю контрактов на принципах полного жизненного цикла. «Это мировая практика, она позволяет существенно улучшить качество работ и обеспечить последующий мониторинг. Она, конечно, дисциплинирует подрядчиков, которые не заинтересованы в том, чтобы свой брак постоянно переделывать. К концу 2019 года на принципах жизненного цикла в России должен заключаться каждый 10-й контракт на дорожные работы, то есть 10%. Пока удалось достичь показателя приблизительно 7%, поэтому нужно с подготовкой этих документов в целом ряде регионов поторопиться», – подчеркнул Дмитрий Медведев.
Экспериментальный образец
Стоит отметить, что Петербург и Москва в нацпроекте «Безопасные и качественные автомобильные дороги» не участвуют. В соседней Ленобласти на данный момент по годовому плану данная программа реализована приблизительно на 70%. Параллельно идет подготовка проектов, которые должны стартовать в 2020-м. В целом же в Петербурге и Ленобласти власти стараются активно заниматься ремонтом и строительством дорог и вне федеральных программ. Особое внимание чиновники сейчас уделяют качеству проводимых работ. Многие крупные подрядные организации обоих регионов на своих объектах стараются задействовать инновационные технологии, в том числе и собственные. Правда, чаще всего пока в качестве эксперимента или теста.
В частности, компания «ВАД» совместно с «Газпромнефть – Битумные материалы» летом этого года на тестовом участке в Ленобласти задействовала в работе технологию нанесения защитно-восстанавливающего состава «Брит» (ЗВС-Р) на дорожное покрытие. Этот продукт изготавливается на основе раствора битумно-полимерного вяжущего вещества в органических растворителях и восстанавливает поверхностную структуру асфальтобетона, эффективно защищая его покрытие. Предполагается, что использование ЗВС-Р на автомобильных дорогах поможет продлить срок службы асфальтобетонного покрытия на два-три года и снизит затраты на обеспечение межремонтного периода.
Также этим летом компания «ДСК АБЗ-Дорстрой» уложила километровый экспериментальный участок асфальта на трассе Огоньки – Стрельцово – Толоконниково в Ленобласти, по методу объемного проектирования. В данной технологии был использован ЩМА-19 (щебеночно-мастичный асфальт), а не ЩМА-20, требуемый по ГОСТу. Новая смесь призвана помочь снизить колееобразование, возникающее из-за высокой интенсивности движения на дорогах. Отмечается, что срок эксплуатации дорожных одежд с использованием данного материала в полтора-два раза выше, чем у традиционных смесей.
Необходима актуализация
По мнению первого заместителя директора компании «Стройтех» Сергея Ивашова, качественное строительство дорог невозможно без актуализации действующих государственных стандартов. В настоящее время они меняются, но недостаточно быстро, не успевая за появлением все новых технологий, начиная от проектирования, заканчивая повседневной эксплуатацией дорог. Также необходимо своевременно обновлять различные подзаконные акты.
«Другая боль дорожников – это конкурсы. Сейчас заказчику требуется выбрать подрядчика с наибольшим снижением начальной максимальной цены. При этом демпингующая организация – не обязательно «Рога и копыта». Минимизирование цены приводит к тому, что работы выполняются некачественно, а иногда и вовсе не могут быть завершены. Соответственно, проект остается нереализованным, а проведение дополнительного конкурса требует дополнительных средств и времени. Необходимо отходить от проведения аукционов к прямым договорам, но для этого необходимо существенно менять все законодательство», – полагает Сергей Ивашов.
Мнение
Максим Хрипунов, директор Департамента «3D-системы автоматического управления TOPCON» ООО «Геостройизыскания»:
– В настоящее время при проектировании и строительстве активно применяются различные сканирующие системы, предназначенные для оперативного сбора данных, на основе которых создаются проекты. Получение реальных данных о поверхности дороги входит в часть задач системного рабочего процесса, включающего работу системы 3D на асфальтоукладчиках и дорожных фрезах. Преимущества такой технологии: быстрый сбор большого количества данных; четко спрогнозированное использование времени, оборудования и материалов; проектирование с учетом всех требований и критериев; выполнение работ по фрезерованию и укладке; работа с переменным слоем; интеллектуальное уплотнение.
Сергей Луценко, генеральный директор компании «Дорианс»:
– Сейчас все говорят о необходимости применения BIM-технологий при проектировании дорог. Эту позицию мы поддерживаем и в своих проектах задействуем информационное моделирование. Но в целом, чтобы эти технологии действительно показали свою эффективность, важно их задействовать всем, а не только проектировщикам. Сейчас, к сожалению, они почти не используются при согласовании с заказчиками, представителями ресурсоснабжающих организаций и др. В частности, специалист может с помощью BIM быстро подготовить проект, но далее экспертиза все равно от него попросит чертежи в PDF-файле. С одной стороны, мы внедряем прогрессивную программу, с другой – барьеры для ее эффективного использования сохраняются.
Михаил Смирнов, продакт-менеджер направления «Ремонт бетона» подразделения строительной химии Master Builders Solutions концерна BASF:
– Пока, на наш взгляд, распространение инновационных технологий в дорожной отрасли идет достаточно медленно. Несмотря на их очевидные плюсы, производителям все еще приходится убеждать дорожников, что подобные подходы оправдывают свою стоимость. В целом же решений, способных обеспечить быстрый и качественный ремонт мостов и дорог, на рынке достаточно много. Но хотелось бы отметить, что ставка должна делаться на комплексное использование существующих решений. В частности, составы для ремонта бетона, его вторичной защиты и гидроизоляции необходимо подбирать с учетом индивидуальных особенностей объекта.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Это СШК (Сварной шпунт корытный), который представляет на рынке ООО «ТД МИР». Он изготавливается из 345-й стали, благодаря чему существенно легче, чем, например, известный на рынке горячекатаный шпунт Ларсена, который производится из 235-й или 255-й стали. Это позволяет существенно экономить практически на всех этапах производства шпунтового ограждения – начиная от затрат на закупку, транспортировку и заканчивая оплатой погружения, которая обычно исчисляется за тонну вдавленного шпунта. Немаловажно и то, что СШК выпускаются в широком ассортименте – порядка 90 профилей, шириной от 400 до 2000 мм. Это, в свою очередь позволяет существенно ускорить производство работ. Длина может свободно варьироваться от 4 до 28 м и более – в зависимости от надобности на конкретном объекте.