Звукоизоляция
Уровень комфорта жилья складывается из разных субъективных факторов, которые создают приемлемые условия нахождения в жилом помещении. К ним относят: температуру, влажность, планировку, вид из окна, удобство эксплуатации и многие другие. Не на последнем месте стоит уровень шума. Шум - постоянный спутник жителей городов. Некоторые люди привыкают к посторонним звукам, доносящимся от соседей и с улицы. Но большинство решительно настроены на обеспечение тишины в собственном жилище. Дискомфорт людям, как правило, доставляют не посторонние звуки, а превышение субъективного уровня восприятия шумов. Для каждого человека этот показатель индивидуален. Тем не менее в СанПиН установлены допустимы нормы по шуму в жилых помещениях. Максимальный уровень постоянного звукового давления не должен превышать 40 Дб, а звук от ударного воздействия 55 Дб.
Виды шумов
Возникновение звука или шума связано с появлением колебаний определенной частоты в физической среде под воздействием внешних источников. К источникам бытовых шумов относят любую бытовую технику, электронику, всевозможные механизмы и самого человека. Физическая среда- это среда распространения звуковой волны: материал строения или воздух.
В зависимости от среды распространения шумы делят на:
- Воздушные. Возникают в пространстве в следствии распространении звуковой волны по воздуху. Примером служит громкий разговор, плач ребенка, шум проезжающего автомобиля или поезда, громкая музыка и так далее.
- Ударные. Этот вид шумов образуется в материалах строения при непосредственном механическом воздействии на стены, пол, окна, потолок, двери. И от них передается в пространство. Это, всем знакомый, звук работающего перфоратора, перемещение мебели, танцы, стуки по батареям отопления и прочее.
- Структурные. Разнородные шумы- вибрации, которые передаются через элементы конструкции здания. Например, работающая вентиляция, неправильно установленная стиральная машина.
Если звук в воздухе распространяется примерно одинаково, то различные вещества проводят звуковые волны по-разному. От этого зависит звукоизоляция и шумопоглощающая способность здания в целом и элементов квартиры в частности.
Какие дома «тише»
При выборе жилья, если минимальный уровень шумности является определяющим, то необходимо обратить внимание на материал и период постройки здания.
- Дома сталинской и до сталинской эпохи. В начале 20 века дома строились из кирпича, отапливались дровами и углем. Поэтому, чтобы дом был теплый, строение должно было иметь толстые стены и потолки. Межэтажные перекрытия обустраивались при помощи металлических балок и деревянной обшивки. Между слоями потолочной обшивки засыпалась земля, что служило великолепной шумоизоляцией.
Дома, возводимые по проектам с 1933 по 1960 год, получили название «сталинки» Возводились постройки из красного или силикатного кирпича. За счет толстых наружных и межквартирных стен обладают отличной звуконепроницаемостью.
Дома начала двадцатого столетия и по начало панельного строительства наделены наилучшими звукоизоляционными характеристиками.
- Панельные. Панельные дома, построенные до внедрения технологии «теплая панель», имеют посредственный уровень шумоизоляции за счет неплотного примыкания панелей, тонких межэтажных перекрытий и межквартирных стен. Справедливости ради стоит отметить, что панельные дома, в которых произведен капитальный ремонт: герметизированы швы, проложен утеплитель, нанесена штукатурка, оборудован фасад- показывают низкий уровень шума, проникающего снаружи.
- Современные кирпичные дома не имеют такой звукоизоляцией как «сталинки», но являются самыми «тихими» среди существующих типов строений.
- Монолитные здания. Самые «звучные» в рейтинге. Несущие железобетонные конструкции пронизывают постройку сверху до низу. Железобетон отлично передает ударно-звуковые нагрузки на весь дом. Звуковые волны способны поглощать наружные и межквартирные стены из вспененного бетона и кирпича. Тем не менее в таких домах требуется дополнительная шумоизоляция для комфортного проживания или удаленной работы.
Звукоизолирующие материалы
Для того чтобы успешно бороться с акустическими раздражителями необходимо правильно подбирать материал по показателям звукоизоляции и звукопоглощению.
Звукопоглощение - это коэффициент разности энергий падающего звука и отраженного. Напрямую зависит от плотности материала. При коэффициенте 1 энергия падения звука равна энергии отражения. Случай нереальный, но при достижении такого показателя в помещении будет продолжительное эхо. И наоборот, чем ближе показатель к нулю, тем сложнее уловить отражение звука- эхо, и тем тише будет в соседних помещениях, так как энергия звука распределена в среде, преградившей путь звуковой волне. Энергия звука успешно гасится высокопористыми, низкоплотными материалами. На основании этих выводов материалы для обеспечения акустического комфорта делят на:
- Твердые. Коэффициент звукопоглощения составляет 0,5. Плотность составляет до 400 кг/м3. К ним относят такие материалы как вермикулит, гранулированная минеральная вата, перлит и другие.
- Полужесткие. Сюда относится продукция, имеющая пористое строение. Например, пенополиуретан, пенополистирол. Имеют коэффициент 0,5-0,75, и плотность от 85 до 130 кг/м3.
- Мягкие. В эту группу входят непрессованные минеральные и стекловолокнистые, войлочные материалы. Способность поглощать энергию звука достигает 95% или соответствует коэффициенту 0,95 при плотности до 0,8 кг/м3.
Следующим показателем, который применяется для подбора изолирующих материалов, выступает индекс звукоизоляции. Рассчитывается лабораторно для каждого вида изделий, и показывает, насколько материал способен снизить уровень шума, поступающего извне. Еще носит название индекс реверберации (Rw), измеряется в децибелах. Чтобы в помещении не было слышно человеческой речи, материал стен, потолка, пола должен иметь Rw не менее 45 Дб.
Сделать полностью бесшумную квартиру очень сложно, и этого не требуется. Более того, к этому нельзя стремиться, так как находясь в помещении и не получая посторонних звуков, у человека развиваются слуховые галлюцинации. Для достижения акустического комфорта достаточно снизить уровень шума до нужного приемлемого уровня. Помогают в этом современные строительные материалы. Промышленность выпускает продукцию в виде звукоизолирующих подложек, на которые впоследствии укладывается теплоизоляция, либо напольное покрытие, так и комплексных звукоизолирующих материалов, способных бороться с ударным и воздушным шумом.
Торговых названий материалов существует великое множество, но все они призваны бороться с тремя видами шумов: структурным, воздушным и ударным.
Звукоизолирующие подложки
Полимерно-битумная мембрана. Состоит из нетканой основы, на которую нанесен слой битума 3-5 мм., модифицированный полимерами и усиленный сеткой из стекловолокна. Задекларирован индекс звукоизоляции 26-39 Дб в зависимости от толщины. Хорошо гасит ударные шумы. Недостатком выступает горючесть материала.
Штапельное стекловолокно. Представляет собой материал из нарезанных и беспорядочно склеенных отрезков стекловолокна. Относится к долговечным материалам, лабораторно установлен индекс звукоизоляции 42 Дб. Не относится к горючим. Недостаточно гасит ударные шумы.
Стекловойлочный холст с односторонней битумной пропиткой. Многокомпонентный материал, состоящий из стекловолокна, пропитанного битумом и слоя войлока. Коэффициент звукоизоляции 23-29 Дб.
Экструдированный пенополистирол. Обладает высоким сопротивлением сжатию, имеет высокие теплоизоляционные характеристики. Способен снижать уровень шумности на 25 Дб. К недостаткам относят высокий класс горючести материала.
Пробкорезиновая подложка. Плитный материал, производится прессованием пробковой и резиновой крошки. Хорошо гасит ударные шумы. Но имеет невысокие показатели по влагоустойчивости. Поэтому нельзя применять в ванных и не рекомендуется на кухнях.
Вспененный полиэтилен. Наименее устойчив к ультрафиолету, способен сильно деформироваться при физических нагрузках. Rw составляет 12-15 Дб.
Шумопоглощающие материалы
Минеральная или каменная вата. Продукт, полученный в результате переплавки шлаков, базальтовых пород при температуре 14000С. Имеет волокнистую структуру. Выпускается в виде плит или матов низкой плотности. Является паропроницаемым материалом, не препятствует естественному воздухообмену. Обладает высоким коэффициентом звукопоглощения 0,8-0,95. Относится к негорючим веществам. Биологически инертна, то есть не подвержена воздействию плесени и грибков.
Стекловолокнистая вата. Продукция, получаемая из стекловолокон разной длинны, скрепленных полимерными смолами. Толщина волокон в плите колеблется от 3 до 15 микрон. Относится к негорючим материалам. Химически и биологически устойчива. Характеризуется максимальным коэффициентом звукопоглощения – 0,9- 0,99. По сравнению с минеральной ватой более легкая.
Звукоизолирующие сендвич-панели (ЗИПС). Эффективны против любого шумового воздействия. Состоят из гипсоволокнистого листа, каменной или стекловолокнистой ваты и элементов крепления к поверхности. Характеристики звукоизоляции и шумопоглощения напрямую зависят от толщины конструкции. Недостатком является значительный вес панели. Использование внутри помещения серьезно скрадывает полезное пространство.
Материалы, работающие против структурного шума
Представляют собой прокладки или составы, которые располагаются между источником шума и примыкающей конструкции.
Виброакустический герметик. Герметик на силиконовой основе. Отлично гасит вибрации, выделяется высоким индексом звукоизоляции- 29 Дб. Обладает великолепной адгезией ко всем строительным материалам. Используется для заполнения швов, трещин, и препятствует распространению структурного шума.
Стеклохолст. По своему строению- тонковолокнистая структура. Выпускается в виде лент разной ширины. Характеризуется высокими показателями шумопоглощения и гашения вибраций.
Эластомерные прокладки для оконных проемов и дверей на клеевой основе. Производятся из мелкопористого пенополиуретана и вспененной резины. Производятся в форме лент и пластин. Монтируются в места примыкания стеклопакетов к оконному блоку, подвижных частях и в дверные проемы для снижения передачи структурных вибраций.
Волокно из кремнезема. Материал получают выщелачиванием натриевосиликатного стекловолокна. Таким образом получается экологичное, негорючее, легкое вещество. Формируя маты, получают материал для устранения причин распространения шумов. Индекс шумоизоляции равен 27 Дб.
Шумоизоляция квартиры
Обдуманный, спланированный подход к шумоизоляции- это половина успеха. Начинать следует на этапе планирования ремонтных работ. Своевременно не включенные в проект работы по шумоизоляции сводят к нулю все последующие усилия по установлению акустического комфорта. Подходить к решению вопроса необходимо структурно. Первое, что необходимо осуществить, создать условия для максимального отражения звуковых волн от внешних стен, дабы воспрепятствовать передаче энергии звука конструкции здания. На следующем этапе нужно спланировать, каким образом обеспечить рассеивание и поглощение звуковых волн, проникших в помещение. Если монтаж внешних материалов по звукоотражению и шумопоглощению в многоквартирных домах возможен только в порядке профилактических мероприятий по улучшению качественных показателей или капитального ремонта, то внутренние работы доступны в любое время.
Полы
Необходимо учесть, что напольные покрытия по-разному передают звук. Ламинат усиливает шум, линолеум, пробковый пол- гасят. Стоит озаботится качественной шумопоглощающей подложкой и возможностью обустройства «плавающего» пола. Это конструкция пола, где внешнее покрытие накладывается на подложку без жесткого крепления к основе (стяжке, лагам). Между стеной и напольным покрытием прокладывается демпферная лента.
Стены и потолки
В современном строительстве для внутренней шумоизоляции стен и потолков используются каркасные и бескаркасные конструкции. Некоторые виды финишной отделке хорошо выполняют роль звукопоглотителей, например виниловые обои. Стоит учесть, что при использовании каркасных конструкций необходимо упразднить акустические мостики. Незакрытый металлический профиль, метизы способны многократно усиливать звуковое давление.
Окна
При шумоизоляции жилища окнам следует уделить достаточное внимание. Старые деревянные окна следует поменять на пластиковые. В идеале с двойным или тройным остеклением с толщиной стекла от 6 мм. При заказе окон оправданно выбирать качественный толстостенный профиль. Отлично оградит от шума инертный газ, если будет закачан в камеры стеклопакетов. Имеет смысл обратить внимание на уплотнитель между рамами и оконным блоком. Через неплотное примыкание в жилье может проникать не только лишний звук, но холод.
Отдельно необходимо рассмотреть ситуацию с проветриванием. Все усилия по выстраиванию акустического комфорта могут быть сведены к нулю, когда в помещении требуется открыть окна. В этом случае необходимо заказывать сложноконструктивные окна с клапанами проветривания. Воздухообмен в комнате происходит даже при закрытых рамах без образования сквозняков.
Заделывать монтажные швы лучше виброгерметиком для предотвращения распространения от окон уличных ударных и структурных шумов.
Двери
Межкомнатные двери служат препятствием свободному распространению звука в квартире. Результат значительно выше, если в конструкции двери не предусмотрены полости, и она выполнена из материалов, поглощающих звуковые волны. Эффективно в борьбе с шумом наличие в дверной коробке притворов, исключающих образование щелей.
К входной двери предъявляют особые требования. Помимо защиты от несанкционированного проникновения, дверь несет теплозащитные и звукоизоляционные свойства. Поэтому ее изготавливают многослойной. Наружный металлический слой хорошо отражает звуковые волны, а внутренне наполнение из минеральной ваты поглощает и рассеивает звуковую энергию. Для лучшей звукоизоляции притворы входных дверей оснащают двойными уплотнителями из вспененного полиуретана.
Советы по звукоизоляции
Не стоит бездумно доверять рекламным баннерам в интернете и роликам, снятым непрофессионалами. В строительных магазинах и на рынках появилось многочисленное количество материалов, обещающих отменную звукоизоляцию: акустические обои, натяжные потолки со звукоизоляцией, шумопоглощающая штукатурка и так далее.
Тут важно понимать какой уровень звука будет приемлем в квартире, и какие фактические показатели в помещении. Вероятнее всего потребуется дополнительная изоляция от ударных и структурных шумов. Немаловажно при выборе обращать внимание на индекс звукоизоляции. Если показатель равен или более 15 Дб, то на эффективность материала можно рассчитывать.
Не стоит отказываться от привычного покрытия- ламината. Можно повысить уровень поглощения звуковой энергии, используя акустические подложки.
Расчеты по звукоизоляции целесообразно доверить профессионалам. Так удастся добиться максимального эффекта и сэкономить средства.
Если это возможно, согласовать с соседями сверху монтаж звукоизоляции их полов. Только так удастся наиболее эффективно бороться с ударными шумами от шагов, падений предметов, перемещений мебели, и в целом позволит изолировать потолок от проникновения посторонних звуков сверху.
Не имеет смысла локально обустраивать зоны шумоизоляции. Это принесет результат в 3-5 Дб. Это сопоставимо с ковром на стене или ковролином на полу. Для того, чтобы добиться наилучшего результата и сделать жилище тихим и комфортным для проживания необходим системный и структурированный подход.
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»