Кровля
Что такое кровля
Кровля– это самый верхний элемент крыши. Кровля служит для защиты помещений здания и строения от атмосферных осадков, солнечной радиации и температурных воздействий.
Монтируется кровля на основание. Основанием для кровли в зависимости от архитектуры крыши служит:
- Стропильная система
- Бетонная, битумная или полимерная стяжка
К любому виду кровли предъявляются общие требования. Конструкция должна быть:
- Влагостойкой
- Водонепроницаемой
- Прочной
- Безопасной
- Стойкой к атмосферным и климатическим воздействиям, а именно:
- перепадам температур;
- порывам ветра;
- солнечному облучению.
Виды кровельных материалов
Строительные магазины и рынки изобилуют кровельными материалами. Разобраться в них поможет классификация.
Мягкая кровля
- Рулонная. Как следует из названия, выпускается в рулонах. Крепится к основе методом наплавления. Применяется для обустройства кровли в многоэтажных жилых домах и промышленных строениях при уклоне крыше от 110. Представляет из себя многослойный материал. Если исследовать рулонный материал от лицевой стороны, то он выглядит так:
- Верхний слой из гранитной посыпки.
- Основа. В качестве основы применяется стеклохолст, стеклоткань или полиэстер.
- Битумно- полимерная смесь. Основа с двух сторон пропитывается битумно- полимерной смесью. Смесь подвергается плавлению пламенем газовой горелки при монтаже.
- Защитная полимерная пленка. Прокладывается по нижнему слою и препятствует слипанию слоев в процессе хранения.
- Мягкая черепица. По строению схожа с рулонными материалами. Имеет размер полосы в длину 1 метр и в ширину 30-35 сантиметров. Одна полоса называется гонтом. Характерной особенностью является то, что по форме мягкая черепица имитирует керамическую черепицу, щепу, сланец, дранку, геометрические фигуры. Минеральная присыпка способна придать материалу разный цвет и оттенок. Поэтому крыши, покрытые мягкой черепицей, не выглядят стандартно и однообразно. Для использования этого кровельного покрытия необходимы два условия:
- Уклон не менее 110. Для менее наклонных и плоских крыш не подходит.
- Сплошное основание. При монтаже мягкой черепицы основание требуется сплошное и жесткое, то есть крыша предварительно кроется влагостойкой фанерой, доской либо ориентированно стружечной плитой.
Мягкая черепица отлично подходит для кровель крыш сложной конфигурации. Количество отходов не превышает 5%.
- Мембранная кровля. Разновидность мягкой кровли. Выпускается в виде рулонов шириной от 0,9 до 15 метров, длиной до 60 метров, толщина до 2миллиметров. Отлично подходит для герметизации плоских и крыш с небольшим уклоном большой площади. Чаще всего применяется для покрытия промышленных зданий и многоэтажных застроек. Производят кровельные мембраны трех составов:
-ПВХ. Выпускают на основе поливинилхлорида. Самый распространенный материал. С добавлением пластификаторов приобретает повышенную эластичность и морозостойкость.
-ЭПДМ. Этиленпропилен диеновые мембраны. Основой материала служит плотный каучук, усиленный полимерной сеткой.
-ТПО. Термопластичные олефины- герметичный и термостойкий материал. Армируются полиэфирной сеткой или стекловолокном.
По назначению кровельные мембраны бывают:
- Пароизоляционная. Мембрана выполняет функцию пароизоляции.
- Антиконденсатная. Поглощает пары из толщи утеплителя и выводит их наружу, но препятствует проникновению влаги в кровельный пирог.
- Супердиффузионная. Отлично защищает кровлю от атмосферных осадков, ультрафиолетового облучения, температурных перепадов, не препятствуя отведения внутренних водяных паров.
- Дышащая. Материал хорошо отводит пары влаги наружу, при этом не пропуская атмосферную воду внутрь.
Монтируются мембраны тремя способами:
- Балластным. Раскатанный материал присыпается гравием, или мелким гранитным щебнем.
- Клеевым. Материал раскатывается внахлест между листами. Площадь контакта двух листов склеивается клеевым составом.
- Термическим. Монолитность конструкции создается спайкой листов горячим воздухом.
- Механическим. Покрытие крепится к основанию специальным крепежом с герметиком и широкими шляпками.
Листовая кровля
- Металлочерепица– это стальной лист толщиной 0,4-0,5 мм, произведенный холоднокатанным способом, которому на производстве придают объемную форму по виду близкому к натуральной черепице. Для придания антикоррозийных свойств, материал цинкуется и окрашивается стойкой к ультрафиолету краской– это вдобавок придает эстетических свойств изделию. Используют металлочерепичную кровлю для покрытия крыш со скатом выше 15%. Монтируют металлочерепицу к обрешетке из досок. Шаг обрешетки увеличивается с ростом угла наклона ската крыши. Крепится материал при помощи кровельных саморезов. Широкое распространение получила для защиты крыш от атмосферных осадков при строительстве частных домов, гаражей, магазинов, сараев, подсобных строений. Не рекомендуется использовать металлочерепицу для покрытия крыш сложной конфигурации, так как это неизбежно приведет к большому количеству отходов материала при резке. Главным минусом при использовании в частном жилом строительстве выступает шумность материала при дожде и резких порывах ветра.
- Профнастил кровельный- оцинкованный стальной лист, иногда неокрашенный. Имеет волнообразный, трапецевидный, прямоугольный профиль. Отличается от металлочерепицы низкими эстетическими характеристиками. Поэтому применяют для монтажа кровель нежилых, хозяйственных и промышленных строений.
- Шифер. Всем известный асбестоцементный материал. Бывает 6, 7 и 8 волновым. Монтируется на крыши с уклоном от 12 до 60 градусов. Крепится к обрешетке из досок или деревянных брусков. Непримечательный материал имеет свои достоинства: недорогой по стоимости, относится к негорючим материалам. Недостатком выступает гигроскопичность изделия. Со временем шифер накапливает влагу и теряет прочностные характеристики.
- Ондулин. Представляет собой материал из прессованных целлюлозных волокон, пропитанных битумом и окрашенных краской в один или два слоя. Может имитировать шифер, черепицу. Материал водостойкий, прост в монтаже. Крепится к обрешетке специальными гвоздями. Служит достойной современной альтернативой шиферу, но относится к горючим материалам и со временем под действием солнечных лучей выцветает краска.
- Металлическая фальцевая кровля– это ровные непрофилированные металлические листы. Производят из стали, меди и алюминия. Кровельную медь и алюминий не окрашивают. Благодаря образованию на поверхности металла стойкой оксидной пленки материал не подвержен корозионным процессам и служит от 80 до 100 лет. Свое название вид кровли получил от метода скрепления листов- фальца. Фальц- это особый способ скрепления металлических листов между собой. Заключается во взаимном сгибании краев примыкающих элементов. Замок может быть одинарным и двойным. При монтаже листов в длину применяется стоячий фальц, а в ширину- лежачий. Отдельный лист называется картина. Картина крепится к обрешетке стальными креплениями- кляммерами. Обжатие фальцевого замка производится фальцовочным инструментом. Используют материал для обустройства кровель промышленных зданий, складов, реже домов. Алюминий и медь используются для кровель зданий усадебного типа, храмов.
Штучные материалы для кровли
- Керамическая черепица. Наиболее древний вид кровли. Производится из обожженной глины. Поверхность покрывается перед обжигом глазурью или без таковой. В состав глазури входят пигменты, придающие цвет продукции. Отдельные элементы выпускаются разных форм:
- Волновая. Существует одно и двухволновая.
- Плоская.
- Желобчатая.
Отдельно выпускаются коньковые элементы и элементы для ендов.
По типу покрытия керамочерепица бывает:
- Натуральная. Имеет цвет обожженной глины. Оттенок зависит от содержания окислов железа.
- Цветное матовое покрытие– цветной ангоб. Ангоб- смесь глины тонкого помола с пигментом. Смесь распыляют на высушенную продукцию и в ходе обжига черепица и ангоб спекаются в единое целое.
- Цветная глазурь- смесь глины, кварцевого песка и пигментов на основе оксидов металла.
- Топ глазурь. Суспензия тонко измельченной глины с водой и добавлением молотого стекла. Наносится на высушенную черепицу. В процессе обжига образуется слой полупрозрачного стекла, которое в процессе эксплуатации отражает и преломляет свет в зависимости от угла падения солнечных лучей.
Крепится черепица к основанию гвоздями через специальные отверстия.
- Песчано-цементная черепица
Песчано-цементная или цементно-песчаная черепица производится формовкой из раствора портланд– цемента, кварцевого песка, пигмента и воды. Обжигу продукт не подлежит. Так как окрашывающий пигмент присутствует в сырье, то песчано- цементная черепица окрашена во всей массе. В этом отличие от керамической черепицы.
- Сланцевая кровля. Природный материал, распиливается в виде отдельных плиток. Имеет разные естественные тона окраски. Обрешетку для такого типа кровли делают индивидуально в зависимости от размера элемента. Укладывать сланец допускается на крыши наклоном от 25 градусов. Крепятся элементы медными или оцинкованными гвоздями.
У штучных материалов для кровли есть признаки, которые выделяют их из всех групп кровельных материалов:
- Изысканность. Дом, покрытый черепицей или сланцевой плиткой, претендует на элитарность и стиль.
- Огромный срок службы. Материал выполняет все возложенные на него функции более 100 лет.
- Серьезная нагрузка на стропильную конструкцию. Так как природные материалы- глина, песок, цемент имеют большую относительную массу, то это переносится и на конечный продукт. При укладке вес передается на другие элементы кровли, крыши и здания в целом. Эту особенность обязательно следует учесть в процессе проектировки строения.
- Обеспечивает надежную влагозащиту; естественный воздухообмен; низкое водопоглощение; морозостойкость; малую теплопроводность; шумоподавление; со временем не теряют презентабельности; инертны к агрессивным средам.
- Отличаются высокой стоимостью. Штучные кровельные материалы сами по себе не из дешевых. Дорого обходится и их укладка, так как требует внимательного, терпеливого и квалифицированного подхода.
Полимерная наливная кровля
Представляет собой монолитный слой покрытия, называемый также мастичной кровлей. Используется для крыш с уклоном до 25%. Это вязкая жидкость на основе химических органических веществ, которые на воздухе образуют высокоэластичную пленку. Покрытие на склонах выше 3 градусов требует армирования сеткой из стекловолокна. Имеет отличное сцепление с металлом, битумом и бетоном. Поэтому полимер можно наносить прямо на сплошное основание. В случае комбинированной кровли, на основание раскатывают недорогой рулонный материал, а поверх наносят мастичное покрытие, иногда посыпая минеральной крошкой. Сплошной слой кровельного ковра обеспечивает надежную защиту от атмосферных осадков. Используют такой тип кровли в многоэтажных жилых домах, торгово-развлекательных центрах, гостиничных комплексах, промышленных корпусах.
Критерии выбора кровли
- Назначение здания – для промышленных и хозяйственных строений не рационально приобретать дорогое покрытие, а вот на зданиях жилого назначения экономить не стоит.
- Проектные нагрузки – подбор материала кровли выполняется с учетом предполагаемых ветровых и снеговых нагрузок. При этом покрытие не должно производить избыточных нагрузок на основание и стропила. При проектировании необходимо учитывать работу системы в комплексе. Учесть какие будут применяться материалы для утепления и пароизоляции. Нужно продумать системы водоотведения и предотвращения внезапного падения снега.
- Форма крыши – при использовании листовых материалов для сложных конфигураций крыш будет оставаться много обрезков, лучше остановиться на мягких типах кровельных материалов, например, битумная черепица, либо других видах покрытия с минимальными отходами при монтаже.
-Угол наклона скатов – стоит учитывать, так как для каждого материала производители указывают минимально допустимый уклон, что гарантирует оптимальный водоотвод.
-Эксплуатационные характеристики – к ним относятся прочность, жесткость, пожаробезопасность, устойчивость к механическим воздействиям и коррозионная стойкость, возможность обслуживания гарантийный срок службы.
-Эстетические показатели – здесь все полностью зависит от предпочтений заказчика и фантазии архитектора здания.
- Цена – учитывает расходы на кровельные материалы, систему стропил, доборные и крепежные элементы, а также их монтаж.
Ошибки в организации обустройства кровли
- Отсутствие проекта. Частая и критическая ошибка в частном домостроении. Нельзя строить дом по видео из интернета или, опираясь на чей-то опыт. Отсутствие профессионального проекта говорит о том, что совершенно неизвестны нагрузки на кровлю, под возникающие напряжения не подобран материал стропильной системы, не просчитана теплопроводность термоизоляционных материалов. Такая стройка приведет к некачественной кровле, либо наоборот будет заложен необоснованно завышенный предел прочностных характеристик, что приводит к дополнительным финансовым тратам.
- Отсутствие контроля на площадке. Бесконтрольность приводит к ухудшению качества конструкции. Подрядчики работают сдельно, поэтому спешат со сдачей работ. Отсюда возникают ошибки, огрехи и халатность. Осуществлять контроль должен технический специалист. В его обязанности вменяют технологический контроль, координирует целевое использование материалов, организует закупки и доставки на строительную площадку.
- Смена исполнителей. Бывает, что строительство несложной кровли растягивается во времени и разбивается по этапам: возведение стропильной системы, монтаж кровельного материала, утепление, вентиляция, подшивка. Всю цепь технологических операций должна выполнять одна строительная компания, так как в случае возникновения претензий установить виновного не представится возможным.
- Применение низкокачественных материалов. Заказывая кровельные материалы через интернет, заказчик смотрит в первую очередь на цену. Срок службы, эксплуатационные характеристики остаются в стороне.
- Отсутствие квалификации исполнителей.
Нанимая на ответственные работы по обустройству кровли, заказчик должен понимать всю степень риска. Поэтому сотрудничать оправданно с известными строительными компаниями. Перед началом работ подрядчик и заказчик должны подписать договор, ознакомиться с нормативной документацией, подписать смету на работы и материалы. В ходе проведения работ четко следовать проекту и сметной документации. Это правило применимо ко всем строительно-монтажным работам. Только в этом случае возможно ответственное выполнение работ по возведению строений и обустройству кровли в частности.
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»