Борьба с наледями на крышах: проблема и способы ее решения
Каждую снежную зиму в нашем городе наблюдаются падения наледей с крыш домов. Иногда это приводит к травмам пешеходов, а в ряде случаев, к сожалению, еще и к трагическим последствиям. В чем причина образования наледей на крышах зданий и как ее решить? Этим двум актуальным для города вопросам и посвящена настоящая публикация, а также описаны три способа ее решения.
С точки зрения опасности образования наледей и сосулек наиболее проблемными в Санкт-Петербурге являются дома со скатной крышей и холодным чердаком, в котором нарушен температурно-влажностный режим (далее — ТВР). В Санкт-Петербурге очень много таких зданий, особенно в историческом его центре. Соответственно, каждую снежную зиму в таких домах возникает проблема образования и падения наледи с крыши. Проблема тем более острая и значимая, чем больше выпадает за зиму снега. От падения наледи могут пострадать не только пешеходы, но и оказаться поврежденными припаркованные автомобили.
Основной причиной образования наледей на скатных крышах является нарушение ТВР в неотапливаемых чердачных помещениях. Низкий уровень теплоизоляции ограждающих конструкций, отделяющих холодный чердак от отапливаемых помещений, и трубопроводов отопления, проложенных в неотапливаемых чердачных помещениях, а также недостаточный воздухообмен чердачных помещений (ввиду отсутствия вентиляционных продухов в конструкции крыши) в совокупности приводят к повышению температуры воздуха на чердаке, который в таком случае перестает быть холодным. На улице снег и отрицательная температура, а на чердаке — устойчивый плюс, т. е. чердак становится условно теплым. Снизу кровельного покрытия появляется, таким образом, источник теплоты. Из-за этого происходит нагрев кровельного покрытия и таяние снега на теплых участках крыши. При этом температура на поверхности карнизного свеса крыши остается отрицательной. Вода стекает по теплому участку крыши и, достигая карнизного свеса, замерзает на нем, образуя на крыше ледяную дамбу (см. рисунок).
Дальнейшее действие накопленной за гребнем ледяной дамбы воды в рамках суточного колебания наружной температуры приводит к наращиванию тела ледяной дамбы, перелив или просачивание стекающей через дамбу воды с формированием свисающих с крыши наледей (сосулек), представляющих угрозу жизни и здоровью прохожих. И чем больше на крыше снега, тем большими могут оказаться последствия от таяния снега и стекания к карнизному свесу воды.
Следовательно, для решения обозначенной проблемы требуется комплекс мер, а именно: утепление всех ограждающих конструкций, отделяющих чердак от отапливаемых помещений, изоляция проложенных на чердаке трубопроводов системы отопления и обеспечение проветривания чердака, что достигается устройством в конструкции крыши специальных вентиляционных продухов или окон. То есть чердак должен стать по-настоящему холодным, чтобы разность температур в нем оказывалась не более чем на 2–4 ºС выше текущей температуры наружного воздуха. Многие замечали, что на крышах неотапливаемых зданий снег может лежать при отрицательной температуре наружного воздуха сколь угодно долго и не таять. Все потому, что в пространстве под кровлей устанавливается тоже отрицательная температура. Если нет источника теплоты, нет таяния снега, значит, нет и влаги, стекающей по уклону и намерзающей в холодной зоне крыши. Это так называемый пассивный метод борьбы с наледями. Рекомендации по его практической реализации содержатся в региональном методическом документе РМД 23-27-2017. В данном документе подробно показано, какие материалы и технические решения следует применять для нормализации ТВР на чердаках, какую толщину слоя теплоизоляции при этом использовать, показаны практические примеры расчета. Реализация предложенных в РМД 23-27-2017 технических мер позволит снова сделать чердак холодным и тем самым значительно снизить риски образования наледей на крыше.
Второй способ решения данной проблемы, назовем его условно активным, — это монтаж нагревательного кабеля или нагревательной ленты в местах возможного образования наледей на крыше. К таковым в первую очередь относятся карнизные свесы и элементы водосточной системы (желоба, воронки, водосточные трубы). В периоды выпадения снега электрические элементы системы снеготаяния включаются, нагреваются и растапливают таким образом снег на карнизных свесах и в водосточной системе. Такой способ называется активным, т. к., помимо начальных капитальных затрат, требует еще и расходов электрической энергии при включении, а следовательно, к начальным инвестициям зимой добавляются еще и эксплуатационные затраты. В нашем городе также утверждены методические рекомендации по его реализации (см. РМД 31-09-2010).
Оба способа по начальным капитальным инвестициям примерно сопоставимы по величине, но по эксплуатационным затратам активный способ, конечно, более обременителен финансово. Поэтому активный способ борьбы с наледями в основном выбирают коммерческие или крупные бюджетные организации, у которых имеются, во-первых, резерв электрической мощности и, во-вторых, денежные средства для его реализации и последующего содержания. Жители многоквартирных домов, как правило, не готовы нести дополнительные финансовые затраты для того, чтобы у них на крышах не было сосулек. Поэтому в многоквартирных домах чаще реализуется пассивный способ борьбы с наледью — так называемый «холодный чердак», когда один раз производится утепление чердачного перекрытия, других ограждающих конструкций, отделяющих чердак от отапливаемых помещений, изолируются трубопроводы системы отопления, а также в рамках капремонта крыши устраиваются вентиляционные продухи и отверстия, и тем самым на ближайшие 25–30 лет (до следующего капремонта крыши) эксплуатационные затраты заключаются только в поддержании элементов крыши и чердака в техническом состоянии, соответствующем действующим нормам и правилам эксплуатации жилищного фонда.
При реализации активного способа борьбы с наледями следует также иметь в виду, что при таянии снега на крыше и в водосточной системе стекающая вода будет замерзать на тротуаре. То есть наледь с уровня крыши будет перемещаться на уровень пешеходной части тротуара или придомовой территории, что тоже несет в себе риски получения травмы прохожими. Риски, конечно, менее существенные по сравнению с падением ледяной глыбы с крыши, но тоже вполне реальные и потенциально травмоопасные.
Есть еще и третий способ борьбы с наледями на крышах — так называемый «лопатный», когда в периоды интенсивных снегопадов на крышах зданий появляются специально подготовленные кровельщики, которые лопатами и ломами убирают снег с крыш. Это, наверно, наименее затратный способ борьбы с наледью, но не очень надежный. Потенциально опасных с точки зрения падения наледей домов в городе много (в 2016 году по данным ГАТИ таких домов насчитывалось более 6,5 тысячи: https://www.dp.ru/a/2016/11/09/Smolnij_naschital_v_Peter), а технически подготовленных кровельщиков — ограниченное количество. Они физически не смогут одновременно обслужить все потенциально опасные объекты. Кроме прочего, при сбивании наледи с крыши часто происходит повреждение кровельного покрытия. Впоследствии это приводит к ускоренному износу кровельного покрытия, протечкам, загниванию элементов стропильной системы и, как следствие, к необходимости более частого ремонта конструктивных и ограждающих элементов крыш. Поэтому вопрос экономии тут может оказаться весьма относительным. Да и крупных снегопадов в течение одного отопительного сезона может случиться несколько. Конечно, как показала зима 2019/2020 гг., бывают зимы бесснежные. В этом случае проблема наледей решается как бы сама собой. Но практика последних лет показывает, что каждые 5–8 лет в нашем городе могут происходить сильные и длительные снегопады. Потому рассчитывать на то, что зима окажется бесснежной, не стоит. Это такой бонус от природы, который реализуется, к сожалению, далеко еще не всегда.
Мнение
Илья Зинченко, генеральный директор компании «Теплокарбон»:
Для эффективной борьбы с обледенением и возникновением сосулек на скатных крышах Петербурга, а также обеспечения безопасности горожан на тротуарах зимой необходимо в первую очередь выработать инженерный стандарт обслуживания кровель и водосточных систем. Это позволит избежать повреждения крыш от действий непрофессиональных альпинистов, которые выходят на них в зимний период, и от других посторонних вмешательств.
Далее нужно тщательно подготовить крышу: сделать теплый чердак холодным, для того чтобы не было теплопотерь, очистить и отремонтировать водосточную систему — вода с крыши должна беспрепятственно достигать люка на тротуаре.
После этого можно приступать к «апдейту» кровли: установить на нее систему антиобледенения на основе греющих элементов. Это может быть либо греющий кабель, либо более современная инфракрасная греющая лента. Как показывает практика, она является более надежным инструментом. Во-первых, для монтажа такой ленты не нужно делать отверстий в крыше для крепления, в отличие от греющего кабеля. Таким образом, не нарушается ее целостность. Во-вторых, работа греющей ленты шириной 10 см и мощностью 30 Вт на погонный метр оказывается эффективней: кабель монтируется «зигзагами» и не всегда плотно прилегает к поверхности кровли. Греющая лента с профессиональным бутилкаучуковым скотчем устанавливается в один погонный метр и работает только там, где это действительно необходимо, говоря проще, не греет воздух. В-третьих, в системе антиобледенения на основе греющей ленты предусмотрена возможность удаленного контроля и управления. Она делает удобным включение/выключение, сигнализирует оператору в случае поломки, а также позволяет минимизировать затраты на расход электроэнергии. Для того чтобы система антиобледенения работала еще более надежно, рекомендуется устанавливать снегозадержатели.
Следующий шаг в борьбе с наледью — заключение сервисного контракта с обслуживающей компанией. На наш взгляд, сервисно-контрактное обслуживание кровельной водосточной системы в будущем должно стать нормой по аналогии с противопожарной и вентиляционной системами.
Если последовательно выполнять эти шаги, уже в ближайшем будущем проблема надели и сосулек на крышах Петербурга будет решена — инновационно, комплексно и дистанционно.
Основная задача системы антиобледенения — безопасность горожан. Эксплуатация зданий находится на втором плане. Поэтому пока нет единого мнения по поводу того, кто должен оплачивать эту часть городской инфраструктуры. Одни считают, что установку таких систем должны оплачивать сами жильцы, кто-то выступает за то, чтобы этим занимался город. Производственные, монтажные и сервисные компании предлагают массовое внедрение таких инноваций. Тем более что в дальнейшем стоимость таких систем существенно снизится.
Пока же все зависит от подхода конкретной управляющей компании. Все чаще УК в Петербурге готовы к системному подходу в борьбе с наледью, поскольку это не только повышает безопасность жителей, но и гораздо выгоднее, чем ежегодный ремонт пробоин, которые остаются после непрофессиональных чистильщиков.
Александр Дадченко, председатель правления Национального кровельного союза:
Правильно построенная или правильно отремонтированная крыша не только не доставляет жильцам дома каких-либо неудобств — они просто даже не задумываются о том, как и из чего она построена. Есть крыша, работает — и хорошо.
Если крыша напоминает жильцам о себе ежегодными сезонными протечками, ограждениями у фасадов и предупреждениями об опасности, требует средств на очистку от снега и наледей, то эта крыша — либо результат ошибки проектировщиков и/или строителей, либо жертва неквалифицированной эксплуатации.
Причем сбрасывание снега с крыши — это только верхушка айсберга проблем, затрат и опасностей, которые принесет она своим хозяевам. Постоянные сезонные протечки, кроме значительного дискомфорта для жильцов верхних этажей, разрушают части стен и фасадов здания. А это значит, что весомый кусок отсыревшей зимой штукатурки может упасть в любой момент, в любое время года. Кроме того, проживание в вечной сырости влажных стен здоровья и долголетия никому еще не приносило.
Перечисленные в статье причины и способы решения проблемы указаны верно, и каждый вправе выбрать, каким путем ему идти. Хочу только заметить, что для любого вмешательства в конструкцию здания в целом и в крышу в частности — будь то ремонт, реконструкция или переоборудование — требуется квалифицированное проектное решение и квалифицированные специалисты для его реализации. Экономия средств на обследовании и проектировании, а также необоснованная экономия при выборе исполнителей для ремонта или строительства практически сведут на нет все затраты на попытку привести крышу дома в нормальное, стабильно работоспособное состояние.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:
Пароизоляция — с чего начинается теплая кровля
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»