Осваивая подземное пространство
Технология «стена в грунте» все активнее применяется при освоении подземного пространства и доказала свою эффективность в условиях плотной городской застройки.
В крупных городах страны растет популярность создания и освоения подземного пространства по технологии «стена в грунте». Она предполагает создание ограждающей стены по периметру будущего подземного помещения и считается щадящим методом обустройства сооружений и конструкций на глубине свыше 4 метров. «Стена в грунте» незаменима при возведении новых объектов в условиях плотной городской застройки. Впрочем, все чаще ее стали применять и на строительных площадках и не имеющих жестких ограничений и стесненности, так как она уже доказала свою экономическую эффективность.
Технологические особенности
По словам директора Института строительства и ЖКХ ГАСИС НИУ ВШЭ Олега Рубцова, по принципу работы «стена в грунте», непосредственно как конструкция, может быть консольной (обладающей несущей способностью за счет заделки нижнего конца стены в основание), распорной (обладающей несущей способностью за счет возведения распорок от борта до борта котлована) и анкерной (несущей за счет устройства специального анкерного крепления). Как правило, используется комбинация этих принципов. Эти принципы устройства подпорных стен получили наибольшее распространение в области гражданского строительства. Кроме того, существует класс подпорных стен, сопротивление опрокидыванию и сдвигу которых формируется за счет массы или геометрии самой стены. К ним относятся гравитационные стены, стены с контрфорсами, уголковые стенки.
«Также "стены в грунте" классифицируются по условиям их применения и могут быть временными и постоянными. При этом постоянные стены могут включаться в работу основных конструкций возводимых зданий в качестве несущего или ограждающего элемента, а также использоваться в качестве геотехнического барьера для отсечения зоны влияния возводимого сооружения от окружающей застройки. Условия применения диктуют в том числе материал стен. В целом выбор материала конструкции, способ ее работы, технологию устройства определяют на основании тех геотехнических задач, которые предстоит решить, обеспечив надежность возводимого сооружения. Выбору параметров стены в грунте предшествуют инженерные изыскания, разработка проекта с детальными геотехническими расчетами и численным моделированием системы сооружение — вмещающий грунтовый массив, а также моделирование этапов возведения с учетом применяемой технологии строительства», — подчеркивает Олег Рубцов.
По типу конструкции можно выделить три вида «стен в грунте», продолжает тему заместитель главного инженера ООО «УМ Геоизол» (входит в Группу компаний «ГЕОИЗОЛ») Александр Иванов. Первый — монолитная бетонная «стена в грунте», устройство которой происходит щелевым плоским грейфером на ширину от 400 до 1500 мм. Второй вид — «стена в грунте» из буросекущих свай на ширину от 350 до 1500 мм. Третий вид — это сборные «стены в грунте» из жесткого стального шпунта, обычно это шпунт Ларсена, который выполняется либо вибропогружением, либо методом статического вдавливания. В плотной городской застройке, в том числе в исторической части Санкт-Петербурга, устройство ограждающей конструкции выполняется по технологии «стена в грунте» плоским щелевым грейфером либо из шпунта Ларсена методом статического вдавливания.
«На выбор конструкции "стены в грунте" влияет геология. Грунты в Санкт-Петербурге довольно непредсказуемые. Для полного контроля над ситуацией важно внимательно изучать каждую инженерно-геологическую скважину на участке. Даже соседние участки, расположенные в 30–50 м друг от друга, могут разительно отличаться. Например, большая часть участка под строительство может быть сложена нормальными суглинками и супесями. Но буквально по соседству будут залегать насыщенные водой пески — "плывуны". Например, в проекте строительства двухъярусного подземного паркинга в бизнес-квартале "Невская Ратуша" предусмотрено устройство "стены в грунте" щелевым плоским грейфером. В рамках первого этапа геология в целом оказалась благоприятной, проект был реализован без неприятных сюрпризов. Но в рамках строительства паркинга во втором этапе мы наблюдаем сложную геологию. В составе грунтов, залегающих на этом участке, есть водонасыщенные слои, в основном — серые очень плотные пески с модулем деформации 305–315 кг на см», — добавляет Александр Иванов.
Под определенные задачи
Как отмечает специалист по буровым установкам XCMG ООО «СюйГун Ру» Игорь Мурашов, основными факторами для выбора оборудования служат предполагаемая ширина и глубина стены в грунте. Также выбор конкретной модели определяет геология участка работ. По его словам, китайский концерн XCMG в своем ассортименте имеет две линейки машин для выполнения работ по технологии «стена в грунте»: машины с гидравлическим грейфером для мягких грунтов — это модели XG500E, XG600E, XG700E — и машины серии XTC с гидравлической фрезой для скальных грунтов с глубиной разработки траншеи от 55 до 125 м.
«Механизм работы грейфером XG и фрезой XTC в корне различается: при использовании грейфера грунт отрывается от массива челюстными ковшами и поднимается на поверхность, а при использовании фрезы грунт разрабатывается режущими дисками, приводимыми в движение гидравликой, и затем с помощью насоса, расположенного в теле гидрофрезы, поднимается по резиновому шлангу на поверхность. Для облегчения выполнения работ в углах траншеи были разработаны и применены специальные вертлюжные соединения с грейфером, позволяющие поворачивать тело грейфера под углом к траншее 0–90 и 0–180 градусов. Значительное преимущество машин XCMG заключается в возможности коррекции корпуса грейфера или фрезы в разрабатываемой траншее при помощи специальных гидроцилиндров. За положением корпуса в траншее следит инклинометр, в совокупности эти инструменты дают оператору полный контроль над рабочим процессом», — сообщил Игорь Мурашов.
Мнение
Игорь Мурашов, специалист по буровым установкам XCMG ООО «СюйГун Ру»:
— С развитием инфраструктуры и освоением подземного пространства мегаполисов мы прогнозируем рост спроса на машины для стены в грунте. Например, сейчас сразу пять машин XCMG модели XG480D работают на строительстве московского метро. Цена в иностранной валюте за последние годы не изменилась, однако из-за ослабления курса рубля в российской валюте, к сожалению, оборудование подорожало.
Doka: все выше, выше и выше
Каждое десятилетие задает новые тренды в строительстве, формирует очередные вызовы, ставит интересные задачи. И всегда находятся технологии, которые обеспечивают реализацию появившихся идей. Среди таких решений — системы высотного строительства компании Doka, мирового лидера в производстве опалубочных конструкций.
Один из базовых современных трендов во всем мире — динамичное развитие высотного строительства. Не обошел он стороной и Россию, что особенно заметно проявилось в Московском регионе. Если раньше высотными зданиями считались объекты в 20–25 этажей, то сегодня речь уже идет о 40–45-этажных башнях.
Однако чем выше здание, тем большее влияние на его возведение оказывают два фактора — технологическая сложность ведения работ, а также существенный рост сроков реализации проекта. Второй аспект сегодня играет особенно существенную роль. После перехода жилищного строительства на проектное финансирование и использование эскроу-счетов каждый день стройки обходится девелоперу в дополнительные деньги на оплату банковского кредита. Поэтому высокие темпы работ становятся залогом рентабельности проекта.
Сочетание этих двух факторов — роста популярности высотных проектов и необходимости сокращать сроки строительства — с неизбежностью приводят к идее использования самоподъемных систем для высотного строительства известной международной компании Doka. Это именно те современные технологии, которые сочетают высокую скорость ведения работ, безопасность, экономическую эффективность и рентабельность.
Самоподъемные системы создают «строительную площадку» по периметру рабочего горизонта. Они позволяют параллельно, в рамках одной заливки, осуществлять бетонирование и стен и перекрытий. Это обеспечивает высокую экономичность и ускорение строительных работ. По мере достижения бетоном необходимых прочностных характеристик система без крана, с помощью мощных гидравлических цилиндров перемещается вверх, после чего начинается формирование, а затем бетонирование конструкций следующего уровня. Технология позволят «растить» здание со скоростью один этаж за 3–4 дня — в отличие от стандартных методов, без применения самоподъемных систем, когда срок строительства этажа составляет 7–8 дней. При этом по мере ухода самоподъемной системы вверх в нижних этажах уже можно вести другие работы. Дополнительным плюсом является возможность ее использования на крайне ограниченных пространствах, при возведении зданий в условиях сложившейся застройки.
Всего среди разработок Doka шесть типов таких систем. Каждая из них оптимальна для решения определенного набора задач, и выбор наиболее эффективной зависит от конкретного проекта. Чаще всего используются SKE (для возведения высоток — high rise) и SCP (для строительства сверхвысоких зданий, небоскребов — super high rise). Кроме того, эти системы доказали свою высокую эффективность при устройстве высоких пилонов мостов, опор виадуков, а также силосных башен.
На самоподъемной платформе SCP размещается все оборудование стройплощадки, предусмотрены защитные ограждения и всепогодное укрытие — для безопасного выполнения работ даже на больших высотах. Мощные гидроцилиндры перемещают на следующий участок платформу, опалубку, контейнеры для материалов и распределители бетонной смеси всего за один цикл без помощи крана.
Независимая от крана cамодвижущаяся подъемно-переставная система SKE благодаря модульной конструкции способна обеспечить эффективное решение для каждого типа сооружений. Подъемное оборудование с полностью гидравлическим приводом позволяет одновременно перемещать большое число переставных секций. Система имеет ряд модификаций, каждая из которых позволяет оптимально решать различные задачи при строительстве сверхвысоких объектов.
Так, SKE100 plus с подъемными рабочими подмостями позволяет одновременно производить работы на нескольких уровнях. SKE100 plus с мачтовой системой сочетает в себе высокую грузоподъемность и большое рабочее пространство. Поскольку мачтовая система крепится только к одной стене, ее можно применять не только в шахтах, но и для возведения стандартных стен.
При помощи систем Doka возведено подавляющее большинство (порядка 70%) современных высотных объектов по всему свету. Это, в частности, такие небоскребы, как Regalia (Майами, США), 432 Park Avenue (Нью-Йорк, США), Marina 101 (Дубай, ОАЭ), Köln Тurm (Кельн, Германия), Lotte World Tower (Сеул, Южная Корея) и множество других. С их использованием построено и самое высокое здание мира — Burj Khalifa в Дубае. Также они применялись и при возведении всего списка топ-10 самых высоких мостов мира.
В России самоподъемные системы Doka использовались, например, при строительстве моста на остров Русский во Владивостоке или моста через корабельный фарватер в составе ЗСД в Санкт-Петербурге. Кроме того, их задействовали при возведении высочайшего здания Европы — башни Лахта Центра.
Jet grouting. Укрепляя грунты и фундамент
Технология струйной цементации становится все более востребованной в работах по эффективному укреплению грунтов и усилению фундаментов.
Современные строительство и реставрацию зданий невозможно отделить от вопросов по качественному и быстрому укреплению слабых грунтовых пород, ограждению котлованов, усилению фундаментов. Решить их помогает технология струйной цементации грунта (jet grouting). Принцип данного метода основан на закреплении грунтов путем их размыва и перемешивания высоконапорной струей цементного раствора.
Альтернатива классике
Генеральный директор ООО «УМ Геоизол» (входит в ГК «ГЕОИЗОЛ») Станислав Тарасенко отмечает, что существуют три различные системы струйной цементации грунтов jet grouting. Однокомпонентная (Jet-1 – разрушение грунта и формирование грунтоцементных свай с помощью подаваемого под давление цементного раствора); двухкомпонентная (Jet-2 – грунтоцементная свая формируется с помощью цементного раствора и воздушной струи); трехкомпонентная (Jet-3 – грунтоцементная свая формируется с помощью цементного раствора, воздушной струи и водной струи). «При этом подбор конкретной системы Jet grouting осуществляется на основе тщательного анализа геологических особенностей территории, параметров объекта, необходимых размеров и прочности получаемого грунтоцементного массива, экономической эффективности. Исходя из нашего опыта, могу отметить, что наиболее востребованы в строительной отрасли системы Jet-1 и Jet-2. Группа компаний «ГЕОИЗОЛ» одной из первых в Санкт-Петербурге стала активно применять технологию струйной цементации грунтов Jet grouting для решения сложных геотехнических задач», - подчеркнул он.
Начальник отдела инженерной подготовки производства «Буровые машины» Роман Малышев рассказывает о технологической последовательности работ. В первую очередь производят бурение скважины. Затем в скважину погружают инъектор со специальным калиброванным отверстием – соплом. Потом подают под большим давлением цементный раствор. Далее осуществляют подъем инъектора с одновременным его вращением и формируют сваю нужного диаметра или стенку из свай. «Важным фактором укрепления массива грунта или усиления фундаментов с использованием струйной технологии является возможность поддержания больших давлений до 40-60 МПа. Это предъявляет определенные требования к оборудованию, подводящим трубопроводам и т.д. Так, например, гидравлические буровые установки EGT чаще других применяются в наших проектах именно благодаря их высокой производительности, маневренности и компактным размерам. Это дает нам возможность проводить работы в стесненных условиях и решать широкий круг задач», - отмечает специалист.
«Считаю целесообразным применение, - продолжает тему генеральный директор ООО «НПСФ «Спецстройсервис», к. т. н. Владимир Мишаков, - именно на открытых территориях, с целью улучшения физико-механических свойств грунтов под новое строительство путём нарушения естественной структуры грунта с целью создания элементов грунта с заданными свойствами. Также рекомендовал бы данную технологию для создания противофильтрационных завес вокруг экологически опасных предприятий для исключения проникновения стоков предприятия в естественные водоемы. Возможно применение jet grouting для создания горизонтальных противофильтрационных экранов, однако для реализации данных проектов требуется оборудование и большой технологический опыт»,- предупреждает он.
Кроме того, эксперт не рекомендует данный метод для усиления грунтов под существующими аварийными зданиями, так как подача воды или цементного раствора под высоким давлением может привести к разжижению грунтов, потери их несущей способности и разрушению здания. Для этих целей (усиление грунтов под аварийными зданиями) существует метод компенсационного нагнетания. На строительных объектах Петербурга при усилении грунтов под аварийными историческими зданиями ведущие организации города используют именно данную методику, которая позволила вернуть в строй не одну сотню аварийных зданий.
Отложенный спрос
Для проведения струйной цементации необходимо специальное оборудование: буровые установки, насосы и т.д. Всё оно производится в зарубежных странах. Как отмечают эксперты, оборудование для jet grouting является дорогостоящим, требует внимательного содержания и технического обслуживания, иначе оно быстро выйдет из строя. Обязательна промывка механизмов после использования цементного раствора, смазка узлов соединения.
Как отмечает специалист по буровым установкам XCMG ООО «СюйГун Ру» Игорь Мурашов, чаще всего комплексы машин для jet grouting можно увидеть в Москве и Санкт-Петербурге. Это обусловлено наличием подходящей для применения jet grouting геологии. Данная технология позволяет кардинально изменить характеристики грунта, а следовательно и возможность строительства практически на любом основании.
«На период изоляции в 2020 году многие страны были закрыты, что заставило некоторых покупателей ненадолго отложить запланированные приобретения, но после отмены ограничительных мер и открытия строительных объектов большинство ранее обсуждаемых контрактов было заключено. В 2021 году линейка машин XCMG для Jet Grouting пополнилась новой компактной моделью XMZ90 для работы в тоннелях и условиях плотной городской застройки», - сообщил специалист.
Вперед, к минимизации
Стоит отметить, что во многих зарубежных странах технология jet grouting считается одной из основных при работах с подземным пространством. По словам Владимира Мишакова, уровень распространения ее в России пока низкий из-за отсутствия оборудования, отработанных технологий и полной нормативной технологической документации.
Тем не менее, по мнению других экспертов, jet grouting постепенно завоевывает отечественный рынок. Основатель ООО «Оптимум Прайс» Данил Кругов связывает растущую востребованность технологии и с ее с популяризацией и с увеличением количества исполнителей, имеющих весьма дорогостоящие комплексы для реализации подобных проектов. «Иногда доходит до курьёзов. Способы цементации путают, - рассказывает он,- и вполне можно встретить в серьёзной документации упоминание технологии «джет» для реставрации внутри архитектурного комплекса. Однако внутри зданий jet grouting применить невозможно. Машины-монстры и высокое давление способны подмыть не только ослабленный веками памятник архитектуры, но и ближайшую современную застройку».
По словам эксперта, сейчас используются только крупные комплексы, работающие в котлованах, на открытых площадках. Из-за своей дороговизны в России часто покупаются машины, бывшие в употреблении в Европе, стоимость, как правило, начинается от 600 тыс. евро. Минимальный комплект можно было собрать в 2018 году за 25 млн.рублей, но с тех пор ценник вырос. Для работы на объекте многоэтажной застройки требуется 2-4 комплекса, работающих параллельно. Оборудование слишком сложное для того, чтобы сдавать или брать его в аренду. При этом идея развития «карманного» джет-граутинга, способного создавать грунтоцементые сваи диаметром 600-1200 мм под основаниями существующих зданий является нерешённой перспективной задачей. Струйная цементация вытесняет сваи, анкера и прочие способы усиления оснований. «Если вышеупомянутый вариант мини-джета будет изобретён, то сфера применения технологии, несомненно, расширится и можно будет усиливать даже памятники архитектуры», - подчеркнул Данил Кругов.
Мнение
Игорь Мурашов специалист по буровым установкам XCMG ООО «СюйГун Ру»:
Jet grouting относится с к специализированным видам работ, а следовательно, это дорогостоящее оборудование требует наличия в штате высококвалифицированного персонала. В случае если необходимо разовое выполнение работ в рамках проекта, то лучше привлечь компании с опытом работы. Что касается предложений по лизингу, то наша компания ООО «СюйГун Ру» совместно со СберЛизингом разработали эксклюзивную программу скидок на технику XCMG при оформлении в лизинг. Программа действует на всей территории РФ при покупке у любого официального дилера ООО «СюйГун Ру».