Навесные вентилируемые фасады
Наружная отделка здания - это финишный этап в строительстве и ремонте строений. Может проводиться на вновь возведенных и реконструируемых объектах. Отделку зданий проводят как до сдачи в эксплуатацию, так и спустя некоторое время.
В 21 столетии остро встал вопрос по энергоэффективности строений, эксплуатируемых человеком. В условиях высоких тарифов на отопление и электроэнергию для кондиционирования задачи по снижению теплопотерь набирают свою актуальность. При этом не снимается с повестки дня эстетики, разнообразия, индивидуальности фасадов построек. Комплексным решением термоизоляции и эстетического оформления внешней стороны здания послужило создание системы навесных вентилируемых фасадов. Подвел к изобретению НВФ многолетний поиск
Навесной вентилируемый фасад – это система, монтируемая на внешнюю сторону здания, и, обеспечивающая свободную естественную вентиляцию пространства между стеной и облицовочным материалом. Это возможно благодаря тому, что лицевой материал фасада не прилегает вплотную к стене, а имеет воздушный зазор. Зазор необходим для свободной циркуляции воздуха и препятствованию образования конденсата. Бывает с утеплителем и без утеплителя.
Назначение навесного вентилируемого фасада
Навесной вентфасад предназначен для:
- Улучшения энергоэффективности. В случае применения навесных фасадов с утеплителем, внешняя стена приобретает слой термоизоляции, которая не пропускает холод зимой и жару летом.
- Увеличения срока службы здания. Так как фасад предохраняет несущие стены от негативного воздействия атмосферных осадков, то логично, что увеличивается срок службы строения в целом.
- Придание привлекательности, индивидуальности, уникальности внешнему виду строения. На рынке навесных вентилируемых фасадов царит разнообразие решений исполнения дизайнерской идеи по приданию дому неповторимости.
Структура навесного вентилируемого фасада
НВФ представляет из строительную конструкцию, которая состоит из:
- Подсистемы. Системы крепежных деталей и каркас, к которым монтируются утеплитель и облицовка.
- Утеплитель. Крепится между направляющими подсистемы вплотную к стене.
- Пародифундирующая мембрана. Препятствует попаданию влаги в утеплитель, но свободно выводит пары воды со стороны стен в воздушное пространство.
- Воздушный зазор. По правилам монтажа вентфасадов должен быть от 40 до 200 мм.
- Наружный эстетический экран. Крепится посредством кляммеров к направляющим каркаса системы.
Как функционирует вентилируемый фасад
Воздух в зазоре между стеной и фасадом никогда не находится стабильном состоянии. Воздухообмен между системой НВФ и наружной средой осуществляется постоянно, благодаря физическим процессам.
- Диффузия. Через промежутки между плитками фасадного экрана производится перемешивание воздушных масс.
- Конвекция. В результате неравномерного нагрева происходит в определенных участках разрежение воздуха с образованием зон пониженного давления. Туда устремляется воздух из областей с более высоким давлением.
В результате воздухообмена происходит осушение утеплителя либо поверхности стены, если рассматривать навесной фасад без утеплителя, тем самым снижается негативное воздействие водяных паров на архитектурные конструкции.
Обзор элементов вентилируемого фасада
При строительстве капитальных зданий вопрос фасадной отделки решается на стадии проектирования. В проект закладываются весовые и ветронагрузки наружного экрана. В зависимости от расчетной массы навесного фасада, коэффициента теплопроводности, материала стен, этажности, требований пожаробезопасности подбираются материалы для составляющих системы.
В зависимости от назначения здания применяются разные материалы для каркаса подсистемы. Для частных малоэтажных домов допустимо использовать в качестве материала каркаса деревянные бруски. В промышленном и гражданском многоэтажном строительстве используются только стальные подсистемы.
Каркас подсистемы состоит из:
- Опорных кронштейнов. Стальные, усиленные ребром жесткости, уголки с отверстиями для крепления к стене.
- Подвижных кронштейнов. При необходимости крепятся к опорным кронештейнам.
- Анкеров. Анкер- вид крепежа, обеспечивающий надежное крепление кронштейна к стене. При установке в прочные стены из цельного кирпича и бетона применяют самоанкерующиеся болты. Для менее прочных оснований из пористых и пустотелых материалов применяют универсальные дюбели с прочностью на отрыв от 3 килоньютонов. В любом случае, анкерующая система просчитывается индивидуально к проекту.
- Металлических направляющих. Важная составляющая каркаса. Имеет углообразную или Z- образную форму и крепится к кронштейну. В зависимости от нагрузки и проектировки, а также способа крепления облицовочного модуля бывает вертикального и горизонтального типа.
- Кляммеров или кляймеров. Трансформировалось в русский язык из немецкого. По сути, кляммер представляет собой скобу, для скрытого крепежа. Изготавливается из пружинной коррозионностойкой стали. Служит для крепления деталей фасада к каркасу.
Теплоизоляционый материал
На рынке утеплителей существует множество видов утеплителя. В навесных вентилируемых фасадах чаще всего применяют вату из минеральных компонентов:
- Стекловату. Получают из расплавленного стекала. Расплавленное сырье вытягивают в тончайшие нити, затем, из полученного стекловолокна производят маты утеплителя.
- Базальтовату. Сырьем для производства служит природный материал- базальт. Эту вулканическую породу плавят при температуре 12000С и схожим образом со стекловолокном получают базальтоволоконный утеплитель.
Достоинством материалов выступает пожаробезопасность, низкий коэффициент теплопроводности, низкая масса, легкость монтажа.
Толщина утеплителя на определенную площадь определяется теплотехническим расчетом. Цель расчета сместить точку конденсации паров воды- «точку росы», от стены в теплоизолятор. Благодаря этому внутри помещения стены остаются сухими, не происходит отслоения штукатурки, не развивается плесень и значительно уменьшаются теплопотери. Применение утеплителя позволяет уменьшить толщину стен в проекте строящегося здания.
Диффузионная мембрана
Выполняет роль одностороннего проводника паров воды от утеплителя наружу, препятствует намоканию изолятора. При использовании некоторых видов утеплителя с водоотталкивающими свойствами может не использоваться. Второе назначение– ветрозащита. Предохраняет минеральную вату от выветривания. При монтаже важно не перепутать внешнюю и внутреннюю сторону мембраны. Иначе использование мембраны даст обратноотрицательный эффект.
Дюбели тарельчатого типа
Обеспечивают плотное прилегание материала мембраны к утеплителю.
Облицовка
Производится из разных материалов и разнообразна по размерам и оказываемым нагрузкам. Состоит из штучных элементов, которые крепятся кляймерами к каркасу подсистемы в соответствии с дизайн проектом фасада.
Монтаж вентфасада
Разновидности навесных вентилируемых фасадов хороши тем, что могут монтироваться не только на новые сооружения, но и на здания, проходящие процесс капитального ремонта или исключительно для утеплительных целей. В случае с неновыми зданиями, особенно это касается панельных домов, монтажные швы, места примыкания кладки к монолитным колоннам должны быть герметизированы. Герметизация швов исключает образование мостков холода, снижает теплопроводность участка стены, устраняет возможность появления конденсата в открытых швах и трещинах.
Монтаж навесного вентилируемого фасада состоит из нескольких этапов:
- Разметка точек установки дюбелей. Производится при помощи геодезических инструментов или уровней. Места установки дюбелей не должны попадать в швы кладки или стыки строительных материалов.
- Установка дюбелей. В размеченных точка сверлится отверстие под дюбель. Отверстие очищается от мелких осколков и пыли. Важно, чтобы отверстие отстояло от горизонтального шва кладки на 6 см., а от горизонтального на 2,5 см. Это же требование применимо к другим материалам. В очищенные отверстия забиваются дюбеля с паронитовыми прокладками. Паронитовые прокладки нужны, чтобы изолировать места примыкания металлического опорного профиля к стене во избежание образования мостиков холода.
- Крепеж опорных кронштейнов. Опорные кронштейны прикручиваются к стене болтами. К опорным кронштейнам прикручиваются металлические составляющие, обеспечивающие необходимый вылет.
- На кронштейны навешивается утеплитель. Для этого в утеплителе делаются прорези по форме кронштейна. Плиту минерального утеплителя сажают на подготовленное место, а на кронштейн надевают прижимную шайбу для фиксации. Затем фиксируют мат утеплителя к стене тарельчатыми дюбелями. Если предусмотрена мембрана, то дюбелями крепят и ее к теплоизолятору. Листы утеплителя располагают на стене с разбежкой швов как в кирпичной кладке. На углах важно соблюдать зубчатую перевязку швов. Между матами утеплителя не должно быть сквозных швов шириной более 2 мм.
- На предпоследнем этапе на выступающие части кронштейна прикручивают или клепают несущие направляющие фасада. Направляющие имеют П-образный профиль, и крепятся к кронштейну боковинами. Между стыками металлических профилей оставляют технологический зазор на линейное расширение материала- 8мм. В зависимости от размеров облицовочного модуля, на направляющие устанавливаются кляймеры.
- Посредством кляммеров снизу вверх монтируются плитки внешней эстетической части фасада.
Классификация
Все многообразие навесных вентилируемых фасадов классифицируется по ряду признаков:
- По наличию теплоизоляционного материала:
- С утеплителем.
- Без утеплителя.
- По материалу подконструкции:
- Оцинкованная сталь.
- Нержавеющая сталь.
- Алюминий и его сплавы.
- Дерево.
- По конструкции несущего каркаса:
- Вертикальная система. Легкие конструкции.
- Горизонтально- вертикальная система. Применяется при значительной массе облицовочного материала.
- По виду несущего основания:
- Для крепления к стене.
- Для установки в плиты перекрытия.
- По материалу облицовочного экрана:
- Керамогранит. Искусственный отделочный материал, который в составе не содержит природный гранит. Состоит из глины и кварцевого песка, обожжен в печи при температуре 13000С. Перед обжигом поверхность покрывают минералами, которые образуют стекловидное покрытие.
- Фиброцементная плита. Получают из цемента, армирующих волокон и минеральных наполнителей. Отличается гибкостью и прочностью.
- Алюминиевые композитные панели.
- Стальные кассеты.
- Пластиковый сайдинг.
- Стеклянные модули.
- Деревянная облицовка.
- Ламинированные ламели высокого давления.
- Солнечные батареи. Используются в солнечных районах для экономии и автономии эксплуатации.
Плюсы и минусы навесных фасадов
Вентфасад являет собой сложную инженерную систему, которая имеет свои достоинства и недостатки. Популярность навесных фасадов обусловлена архитектурными и технологическими преимуществами перед другими конструкциями фасадов. НВФ непрерывно работает на поддержание влажностного режима. При использовании утеплителя возрастает теплоизоляция помещений, что благотворно влияет на поддержание микроклимата внутри здания при любых погодных условиях. Теплоизолированные снаружи стены способны накапливать и равномерно отдавать тепло, что важно при нестабильной работе отопления, кратковременных отключениях. Теплоизоляторы повышают энергоэффективность зданий и положительно влияют на экономичность при эксплуатации строений. Стены, обложенные утеплителем, значительно менее звукопроницаемы. Навесные фасадные системы применимы при строительстве как вновь возводимых зданий, так и при реконструкции уже введенных в эксплуатацию. При этом конструкция легко монтируется, не требуя использования сложного, высокотехнологичного оборудования. Системы вентфасадов не требуют ремонтного обслуживания. В случае повреждения единичного элемента, его не сложно заменить, не вмешиваясь в целостность фасада. При проведении ремонтных, реставрационных работ, навесной фасад легко демонтируется, и имеет возможность повторной установки. Срок эксплуатации НВФ в зависимости от материалов составляет до 50 лет. Навесная фасадная конструкция позволяет скрыть видимые дефекты поверхности, которые трудно скрыть другими отделочными материалами. Допускается использовать навесные фасады в отделке домов в сейсмически опасных зонах. Вентфасады пожаробезопасны.
К архитектурным преимуществам стоит добавить разнообразие материалов, комбинирование, гибкость архитектурно-дизайнерских решений. Созданы условия для смены облицовки по материалу, цвету, фактуре, не меняя несущий каркас.
К технологическим плюсам относят скорость монтажа фасадной конструкции; возможность установки в любое время года.
Экономические преимущества. За счет снижения сумм счетов за отопление и потребления электроэнергии на кондиционирование затраты на утепленный навесной фасад окупаются в течение 5 лет.
К недостаткам вентилируемых фасадов относят такое явление как гул во время сильного ветра. Посторонний звук возникает если расстояние между утеплителем и облицовкой необоснованно высоко. Другим тезисом является скорее не минус самой конструкции и материалов, сложность в выборе исполнителя.
Как выбрать подрядчика
Для монтажа НВФ необходимо привлечение квалифицированных специалистов, знакомых с основами термодинамики, особенностями технологии; проведения монтажных работ; умением чтения нормативной документации и правильной интерпретации; строго соблюдающих техники безопасности.
Выбор должен падать на организацию, имеющую разрешение СРО на проведение работ, связанных с навесными фасадами. Для проведения работ по монтажу вентилируемого фасада подрядной организации не нужно иметь допуск СРО, но допуск СРО обязателен для утепления строений. Отсюда возникает разночтение законодательства, и риск допуска к работам организаций и работников, не имеющих технического и практического опыта. Возникает риск обрушения, нарушения теплозащиты, снижения срока службы материалов фасада. Поэтому стоит рассматривать компании, которые имеют свои технические наработки и ведут научные исследования в этой области. Проблема стоит в том, что на навесные вентилируемые фасады отсутствуют ГОСТ и СНиП. Ответственным организациям приходится самостоятельно проводить работы по изучению характеристик и разработке технологий монтажа фасадных конструкций. Выбирая подрядчика, правильным будет обратить внимание на организацию, которая делает проект с расчетами и обоснованиями применения тех или иных материалов и технологий, обладает патентной защитой своих разработок. Цена этому- качество и безопасность людей.
Стоит избегать компании, которые, не видя объекта ни «в живую», ни на чертежах, слету отвечают на вопрос о стоимости единицы площади фасадного покрытия. Невозможно дать точный ответ, не ознакомившись с особенностями строения, не приняв во внимание сложность конфигурации, не просчитав доборные элементы. Именно продавцы, а не строители борются за снижение себестоимости продукции. Снижение возможно за счет снижения надежности и долговечности, нарушения технологии монтажа, техники безопасности, отсутствия решений обхода нестандартных узлов.
Нельзя покупать инженерную строительную конструкцию как одежду или бытовую технику. Разный уровень ответственности. Любое капитальное архитектурное, дизайнерское сооружение должно иметь конкретную ответственную фамилию. Строители во все времена были теми, чья работа переживала своих создателей. Случайные люди не имеют права носить почетное звание «строитель»!
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»
Игорь Мурашов: строительные машины и оборудование XCMG являются воплощением современных высоких технологий и качества
Специализированная техника китайского концерна XCMG активно завоевывает российский рынок. Машины и оборудование данного бренда все чаще задействуются на строительных объектах нашей страны. Об особенностях производимых концерном машин, предназначенных для строительства фундаментов и подземных сооружений, рассказал порталу ASNinfo.ru Игорь Мурашов, специалист по буровым установкам компании «СюйГун Ру», являющейся официальным дистрибьютором XCMG в России.
Расскажите поподробнее о деятельности концерна XCMG. Какие достижения можете отметить?
Концерн XCMG ( Xuzhou Construction Machinery Group) был основан в 1989 году в китайском городе Сюйчжоу. За сравнительно короткое время он стал одним из мировых лидеров по производству дорожно-строительной техники. Наша компания ООО «СюйГун Ру» является официальным дистрибьютором XCMG в России, осуществляет поставки большинства видов спецтехники концерна, а также запасных частей.
Приведу несколько показательных цифр. В настоящее время XCMG занимает 4-ое место в мире среди 50-ти крупнейших производителей строительной техники (согласно ежегодному международному рейтингу журнала «Желтая таблица 2020»). Продукция концерна экспортируется более чем в 130 стран мира. Техника, выпускаемая под маркой XCMG, производятся в тесном сотрудничестве с самыми известными мировыми производителями, такими как Liebherr, ThyssenKrupp, Caterpillar. Компании принадлежит контрольный пакет акций компании Schwing - второго по величине производителя бетононасосов в Германии, также немецкой Fluitronics и AMCA Hydraulics из Нидерландов. Численность персонала XCMG - более 26 тыс. человек.
Добавлю, что более 200 млн долларов концерн инвестировал в строительство производственной площадки в Бразилии, 50 млн евро - в строительство нового исследовательского центра в Krefeld's Europark Fichtenhain в Германии. Создана перспективная производственная площадка в Польше. В самый ближайший период планируется открыть 12 заводов XCMG за пределами КНР, а также создать 8 региональных центров продаж по всему миру. Можно с уверенностью сказать, что строительные машины и оборудование, производящиеся под брендом XCMG уже давно узнаваемы и являются воплощением современных высоких технологий и качества.
А можете привести данные по производству буровых установок и спецтехники для строительства фундаментов и подземных сооружений?
Подразделение компании по выпуску машин для выполнения фундаментных и специальных подземных работ называется Xugong Foundation Construction Machinery Co., Ltd. Оно было образовано в январе 2010 года. Площадь предприятия занимает около 100 тыс. кв. м, из них 30 тыс. кв. м - производственные корпуса. Штат сотрудников насчитывает всего около тысячи человек, но современные технологический процесс позволяет выпускать около 1100 единиц машин в год.
На текущий момент завод выпускает роторные буровые установки, анкерные буровые установки, установки горизонтально-направленного бурения, проходческие щиты для микротоннелирования, горнопроходческие комбайны, машины для выполнения работ по технологии «стена в грунте» с грейферным навесным оборудованием или гидрофрезой.
Какие модели сейчас производятся в данном сегменте? Какие их ключевые характеристики можно выделить?
В настоящее время роторные буровые установки XCMG выпускаются под серией XR, крутящий момент вращения ротора которых составляет от 80 кН/м до 793 кН/м. Они способны выполнять работы по различным технологиям: бурение при помощи телескопической штанги келли, CFA (непрерывный шнек), метод раскатки грунта, DTH (пневмоударник). Наш завод буровых машин также может похвастаться тем, что гигантская буровая установка - XR800E - была спроектирована и построена именно на нем. Эта уникальная машина весом в 320 тонн способная бурить диаметром до 4600 мм. Линейка установок «Стена в грунте» серии XG с подъемным усилием 500 - 700 кН с помощью двух синхронно работающих лебедок, расположенных в задней части машины, может сооружать траншеи шириной от 300 до 1500 мм на глубину до 105 м. При этом, по сравнению с классическим тросовым грейфером, его гидравлический собрат обеспечивает более точное копание, с возможностью изменения положения грейфера в траншеи при помощи специальных лап на гидроцилиндрах, которыми можно отталкиваться от стен, тем самым меняя положение грейфера в траншее. Гидравлические фрезы XCMG зарекомендовали себя как высокотехнологичный, точный и производительный инструмент для разработки траншеи «стена в грунте» в твердых и скальных породах. Ширина траншеи может быть от 800 до 1500 мм, а глубина может достигать 85 метров.
Стоит еще упомянуть о популярном в последние годы в России классе многофункциональных машин для укрепления и стабилизации грунтов по таким технологиям, как Jet grouting, анкерное крепление, микросваи и бурение с пневмоударником. В этом сегменте завод представил свою модель XMZ120, способную создать достойную конкуренцию европейским производителям машин подобного класса.
Владельцы и операторы буровых машин XCMG в России уже положительно оценили плавную и информативную работу гидравлики, систему автоматической смазки шарнирных соединений и, как следствие, более легкое и простое ежесменное техническое обслуживание, а также лебедку с намоткой каната в один слой, что позволяет продлить срок службы дорогостоящих стальных канатов на машине.
В качестве производителей комплектующих для буровых машин XCMG были выбраны компании - мировые лидеры по производству компонентов для специальной техники. Это такие всемирно известные бренды, как Cummins, Rexroth, Bonfiglioli, Freudenberg, Hella, Pfeifer, Eaton, FAG и др. Всё вышеперечисленное, в комплексе с высокими стандартами качества XCMG, дает на выходе надежную и сбалансированную по техническим параметрам машину.
Можно ли говорить о глубокой цифровизации продукции XCMG?
Это действительно так. Всем известно, что Китай является лидером в производстве электронных высокотехнологичных систем, которые используются в нашей повседневной жизни, и буровые XCMG так же не остались обделенными высокотехнологичными системами. Так, управление в машинах осуществляется с помощью технологии интеллектуального управления контроллером с CAN шиной, что позволило упростить интерфейс управления и вывести все данные, за которыми должен следить оператор буровой установки во время работы, на один компактный дисплей. Раньше же приходилось следить за множеством достаточно крупногабаритных аналоговых приборов. За всеми неисправностями в работе машины можно также наблюдать в соответствующем меню, быстро находя и понимая, какой датчик или какая система вышли из строя или дали сбой. Ещё одной особенностью китайских машин XCMG является наличие ярких светодиодных фонарей для освещения рабочей зоны. Для слепой зоны сзади и главной лебедки предусмотрены инфракрасные камеры с высоким разрешением, которые, в отличие от традиционных зеркал, обеспечивают хороший обзор в любое время суток и в любую погоду.
Растет ли спрос на буровые установки XCMG в России?
Сейчас буровые установки марки XCMG активно завоевывают российский рынок и доверие наших строителей к китайской строительной технике. География поставок включает в себя многие города России, расположенные в различных климатических зонах и имеющие свои особенности геологических слоев грунта. Роторные буровые установки были проверены в переменчивом климате Приморского края. в Мурманской области им приходилось бурить попадающиеся на разной глубине большие валуны В суровых морозах Сибири и Крайнего Севера они сохраняли возможность работы вплоть до температуры -40°С. В Москве грейферными установками «стена в грунте» строятся станции метро: «Аминьевское шоссе», «Мичуринский проспект», «Проспект Вернадского», «Славянский мир».
Мы признательны тем людям и компаниям в России, которые оказали нам глубокое доверие и остановили свой выбор на марке XCMG, и надеемся, что другие строители, которые ищут новые машины для своих амбициозных проектов, также выберут XCMG в качестве долгосрочного надежного партнера!
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ: