Железобетонные изделия
Современный уровень гражданского и промышленного строительства трудно представить без использования железобетонных изделий. Железобетон – искусственный композитный строительный материал, по составу близок к бетону, но отличается от него физическими свойствами.
Главным отличием железобетона от бетона выступает наличие арматуры в теле конструкции. В результате чего получается совершенно иной материал по физическим свойствам, нежели просто застывший бетон. Неармированный бетон хорошо работает на усилие сжатия и способен выдержать огромные сжимающие нагрузки. При деформациях сдвига, скручивания или растяжения бетонная конструкция подвержена растрескиванию, вплоть до полного разрушения. Чтобы избежать такого развития событий, в бетонную конструкцию интегрируют арматуру.
Армирующие элементы предназначены, чтобы компенсировать растягивающие и скручивающие нагрузки. Тем самым сохраняется монолитность и целостность объекта. Возможность одновременной работы разнородных материалов обеспечивается жестким сцеплением арматуры и бетонного камня; стальная арматура и бетон имеют близкий по значению коэффициент температурного расширения, что не вызывает термодинамических смещений одного материала относительно другого. При этом бетон, имея щелочную реакцию среды, не оказывает коррозийного влияния на армирующий каркас, а наоборот защищает от внешнего агрессивного воздействия. В качестве арматуры используются стальные стержни разной толщины или скрученные пучки проволоки. Существует композитная арматура, но этот материал не годится для изготовления преднапряженных конструкций. Роль композита в строительстве несколько преувеличена маркетинговыми заявлениями. Армирование композитными материалами подходит для неответственных строений на жестком основании.
В зависимости от назначения в изделии арматура бывает:
- Рабочей. Называется так, потому что воспринимает основные нагрузки и работает в жесткой связке с бетоном. Принимает растягивающие, реже сжимающие усилия, возникающие от веса конструкции и внешних нагрузок.
- Монтажной. Монтажная арматура не воспринимает никаких нагрузок. Необходима для фиксации и удержания скелета арматуры в заданном положении при производстве изделий. Иногда монтажные стержни вынимают.
- Поперечной. Поперечная арматура устанавливается перпендикулярно продольным несущим стержням. Служит для сопротивления усилиям сдвига и поперечных сил, и для предотвращения выпучивания продольных прутов арматурного каркаса. Собирает отдельные прутья в объемный каркас и обеспечивает конструкции пространственную работу.
- Распределительной. Данный тип арматуры необходим для распределения нагрузок внутри монолитной конструкции. Соединяется с несущими элементами сваркой или проволочной скруткой.
Прототип современного железобетона был запатентован в 19 веке во Франции. С тех пор не прекращалось развитие и изучение строительного материала. Благодаря широким и универсальным свойствам железобетон получил широкое применение. В настоящее время наряду с железобетоном повсеместно применяются железобетонные изделия.
Отличия железобетона от ЖБИ
Железобетонные изделия отличаются от железобетона тем, что производятся индустриальным способом. Железобетон производится непосредственно на строительной площадке методом налива в предварительно армированную форму. Таким образом возводятся фундаменты, опорные колонны монолитных зданий.
Возведение железобетонных объектов имеет ряд недостатков и ограничений:
- Характеристики объекта напрямую зависят от привезенной бетонной смеси.
- При отрицательных температурах требуется внесение в бетонную смесь антиморозных добавок и обеспечение специальных температурно-влажностных режимов для твердения.
- Существуют лимиты по дальности доставки бетонного раствора.
- Непосредственно на объекте сложно контролировать качество бетона
- При работе с «живым» раствором нарушение технологии укладки влечет серьезные риски и трудно исправимые последствия.
Преимущества железобетонных изделий:
- Индустриальный способ производства гарантирует качество продукции
- В заводских условиях проще соблюдать технологию процесса
- Завод ЖБИ и заказчик продукции не ограничены расстоянием и временем доставки на объект, так как транспортируется готовый к эксплуатации продукт
- Разработаны технологии по ускорению набора прочности железобетонными изделиями в промышленных условиях. В естественных условиях бетон набирает проектную прочность в течение 28 суток
- Нет климатических ограничений при работе с готовыми ЖБИ
- Предварительно напряженное изделие возможно изготовить только на производстве.
Железобетонные изделия по способу производства бывают:
- Предварительно напряженные
- Обычного армирования
По объемной массе применяемого бетона выпускают продукцию из:
- Особолегких бетонов плотностью 500 кг/м3 и ниже.
- Легких. Объемной массой 500- 1800 кг/м3.
- Тяжелых. Показатель плотности лежит в диапазоне от 1800 до 2500 кг/м3.
- Особотяжелых. К ним относят изделия плотностью 2500 кг/м3
По внутреннему строению производят:
- Пустотелыми
- Сплошными.
По видам бетонов:
- из одного вида
- из нескольких видов.
Однородные изделия различаются типоразмерами и формами: стеновые блоки, угловые блоки и тому подобное.
По назначению:
- Для общественных и жилых строений
- Промышленных зданий и сооружений
- Для общего назначения.
Номенклатура ЖБИ
Номенклатура железобетонных изделий весьма разнообразна и различается в зависимости от назначения изделия, маркировки, способа производства и типоразмера.
Продукция для фундаментов и подземных частей строений.
К ним относят:
- Фундаментные блоки и плиты. По сравнению с бутовыми фундаментами имеют более высокий предел прочности. Не имеют климатических ограничений в работе. Ускоряют и удешевляют процесс возведения фундамента.
- Сваи. Выпускаются разного размера и сечения. Предназначены для возведения свайных типов фундамента. Свайный фундамент прост в строительстве, обладает высокой несущей способностью, экономичен.
- Подвальные плиты и панели. Используются в обустройстве помещений ниже первого этажа. Делаются из водостойкого бетона класса В25 W8.
- Конструкции для каркасов зданий.
К этому типу продукции относят:
- Колонны, балки перекрытий, подстропильные фермы, ригели, прогоны. Эти элементы производят из тяжелого армированного преднапряженного бетона.
- Панели и блоки для стен. Отличаются между собой по месту применения на
- панели и блоки для наружных стен. Делают из тяжелого бетона с обязательным слоем утеплителя или однослойными из ячеистого бетона.
- панели для внутренних стен. Изготавливают из тяжелого армированного бетона с пористым заполнителем.панели межкомнатных перегородок. Производят из всех типов бетона армированными и неармированными.
Конструкции для перекрытий
Сюда относят настилы, плиты и панели перекрытий. Выпускаются с круглыми и овальными пустотами, сплошными и ребристыми. Пустоты позволяют снизить вес изделия и сэкономить на расходе бетона. Для производства применяется предварительно напряженный бетон. Элементы перекрытий должны удовлетворять требованиям по тепло- гидро -и пароизоляции.
Комплектующие для лестниц
К комплектующим для лестниц относятся лестничные марши и площадки. Лестничные марши делают в формах заданного ступенчатого профиля. Площадки выпускают в виде армированной бетонной плиты нужного размера. Могут быть облицованными и необлицованными. Облицовочный слой должен иметь высокий показатель истираемости. По аналогии с лестничными площадками производят балконные плиты. Элементы для сборных лестниц и балконные плиты делают из тяжелого бетона марки не ниже 200 и классом прочности не ниже В15.
Санитарно- технические изделия
В эту группу относят монолитные элементы для обустройства мусоропроводов, вентиляционных шахт, отопительной и газовых систем, канализации.
Декоративно-архитектурные изделия
Железобетон широко используют для изготовления декоративных архитектурных комплексов и оград. Благодаря тому, что из железобетона можно получить изделие любой формы, материал используют для производства барельефов, пилястр, розеток, карнизов, оград, памятников.
Изделия из железобетона специфического назначения
Обширная группа, состоящая из продукции для гидротехнических сооружений, транспортного строительства, обустройства шахт и тоннелей, в том числе метрополитена; элементов для возведения объектов селскохозяйственного назначения и объектов хранения, электростанций, портов, космодромов. К этой группе предъявляются особые требования по прочности, водонепроницаемости, морозостойкости, сопротивлению износу. Производят продукцию из бетона высоких марок и класса по прочности с соответствующими добавками, улучшающими качество материала. В зависимости от нагруженности выпускают обычного и предварительно напряженного армирования.
Производство ЖБИ
Процесс изготовления железобетонных изделий разделяется на несколько этапов:
- Проектирование изделия. Для производства ЖБИ изделия первостепенным и наиважнейшим подготовительным этапом является проектирование. Проектирование заключается в расчетах нагрузок, подборе состава бетонной смеси и стальной арматуры, способе производства.
- Подготовка бетонной смеси. Согласно проектной документации и с соблюдением пропорций компонентов замешивается бетонный раствор. Эта технологическая операция должна производится в строгом соответствии с нормами ГОСТ.
- Изготовление арматурного каркаса. Армирование проводится двумя способами: обычным и с предварительным натяжением. При обычном армировании формируется стальной каркас в форме в сочетании рабочей и монтажной арматуры.
Предварительное натяжение арматуры проводится механическим, термомеханическим, электромеханическим, электротермическим способом. Суть процесса заключается в том, что к рабочей арматуре прикладывается растягивающее усилие. В материале возникают силы, стремящиеся вернуть вещество в первоначальное состояние- так в арматуре возникают сжимающие усилия. Стальные стержни находятся в зафиксированном положении между упорами. После обжатия арматуры бетоном и набором прочности, упоры снимают, и сжимающее усилие передается на бетон. Так производят изделия до твердения бетона.
Отработан и другой метод- напряжение после твердения бетонной смеси. Заключается в следующем. Бетон подается в форму, в форменном блоке проложены каналы скольжения по направлению расположения напрягающих элементов. После набора прочности по каналам прокладывается армирующий элемент и натягивается нужным способом до расчетных значений. Затем канал бетонируется и набирает твердость. Свободные концы арматуры анкеруются. В завершение операции снимается внешнее растягивающее усилие. Так как арматура плотно обжата в канале бетоном сжимающее усилие передается на конструкцию в целом.
- Формование. Заключается в заливке бетонной смеси в формы с подготовленным арматурным каркасом. На производстве выделяют три основных способа формования:
- Стендовый. При этом способе форма расположена на специальном стенде. Все операции с изделием проводятся в рамках стенда: виброуплотнение, набор прочности, подготовка и обработка поверхности
- Агрегатный. Бетонную смесь заливают в подготовленную форму на формовочном посту. Затем заготовку в опалубке, при помощи крана, помещают в специальные камеры для набора прочности. После проведения этой операции, формы поступают для распалубки и возвращаются обратно на формовочный пост.
- Конвейерный. Непрерывный процесс, при котором форма с железобетоном движется по конвейеру и все операции распределены одинаково по времени.
- Твердение бетона. Твердение изделия проводится с соблюдением специальных режимов. Дело в том, что при естественном наборе прочности процесс твердения занимает много суток, а этого себе не может позволить ни один производитель. Свойства бетона позволяют ускорить процесс путем увеличения температуры смеси. На производстве температуру в форме по технологии могут поднимать до 1000С и выше. При этом прочность изделия, достаточная для распалубки набирается за несколько часов.
- Обработка поверхности. Заключается в удалении бетонных наплывов и отделке изделия. Отделка может включать в себя облицовку плиткой, мозаикой, окрашивание и так далее.
- Приемка по качеству. На заводах ЖБИ производится контроль, выпускаемой продукции. Целью является обнаружение явных производственных дефектов. К ним относятся:
- Смещение арматурного каркаса.
- Нарушение и деформация конфигурации изделия.
- Тонкий бетонный слой, закрывающий арматуру.
- Нарушение анкеровки
- Глубокие трещины
При обнаружении таких дефектов изделия бракуются, и не могут быть отпущены с завода как кондиционные.
Транспортировка и хранение ЖБИ
Перевозка изделий из железобетона допускается любым видом транспорта с соблюдением правил транспортировки. Ограничений по дальности расстояний, как в случае с жидким бетоном, не существует. Перевозчиком должны быть приняты меры по жесткой фиксации ЖБИ продукции и обеспечении мер безопасности при доставке. Перевозка допускается только специализированным транспортом.
Погрузочно- разгрузочные работы должны проводится при помощи подъемного оборудования. Запрещается производить разгрузку методом сваливания.
Хранение железобетонной продукции производится на ровных площадках с небольшим уклоном или возможностью отведения воды. Продукция размещается штабелями или штучно. Между единицами обязательно прокладываются деревянные бруски для обеспечения вентиляции и препятствию слеживания. Запрещается складировать ЖБИ продукцию в стопках и штабелях с превышением допустимых норм нагрузки на грунт. В результате пренебрежения нормами возникает угроза проседания грунта, и обвала изделий, заложенных на хранение.
На площадке хранения железобетонных изделий необходимо обеспечить места хранения по видам продукции, и проезд погрузочного транспорта к каждому виду ЖБИ.
Изделия ЖБИ принимаются партиями. В партиях могут оказаться единицы с дефектами, носящими устранимый или недопустимый характер.
Устранимые, «не летальные» дефекты могут возникать в процессе производства, транспортировки и хранения. Таковыми признаются если они могут быть легко устранены при использовании и не влияют на основные качественные характеристики:
- Мелкие сколы.
- Неровности.
- Неглубокое растрескивание.
В случае выявления дефектов, связанных с коррозией арматуры, анкеров, большими сколами, глубокими трещинами шириной более 1 мм., данное изделие отбраковывается.
Ошибки при монтаже ЖБИ
Строительные конструкции и элементы, в том числе и изделия из железобетона, обладают заданными физико-механическими характеристиками. Использование изделий с характеристиками меньше проектных недопустимо.
Важно строго соблюдать схему и технологию монтажа ЖБ изделий. Нарушение технологии процесса может привести к непоправимым последствиям.
Не допускается в железобетонных конструкциях обнажать арматуру, срезать видимые закладные детали корректировать арматурный каркас. Безграмотные и непрофессиональные действия могут свести к нулю эффект преднапряжения и объект не будет обладать заданной прочностью и надежностью.
Ошибкой инвесторов является привлечение к проведению строительных работ непрофессиональных, малоизвестных, компаний без репутации и опыта. Нельзя забывать, что строительство– это ответственность! Ответственность не разовая, а распределенная во времени, ответственность за жизнь, безопасность и здоровье людей.
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»