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.
На прочном основании. Особенности усиления фундаментов
Современные технологии позволяют эффективно усилить фундамент. Выбор оптимальной – зависит от конкретных задач.
Надежный фундамент отвечает за безопасность эксплуатации всего здания. Соответственно, конструкция должна быть особо прочной и долговечной. Тем не менее выявляются случаи, когда под зданиями, особенно возведенными очень давно, фундамент ослаблен и деформирован. Также встречаются прецеденты, когда проблемы в этой сфере обнаруживаются под новыми домами и даже при нулевом цикле строительных работ.
В настоящее время появилось множество современных технологий, позволяющих быстро диагностировать состояние фундаментов, выявить дефекты и повреждения. Разработаны и используются эффективные новые методы усиления и укрепления этих конструкций. Некоторые из них позволяют работать без нарушения внешнего вида и конструктивных особенностей здания.
На начальном этапе
По словам генерального директора Ikon Development Антона Детушева, если говорить непосредственно о нулевом цикле, то чаще всего усиление фундаментов необходимо в случаях, когда были допущены технические ошибки при проведении изыскательских и проектных работ. Также оно требуется при возобновлении строительства на объектах, которые не были должным образом законсервированы и защищены от внешних воздействий. В том числе, когда были выявлены нарушения при возведении дренажей, повлекшие за собой образование пустот вследствие суффозии (вымывание грунтов из-под подошвы фундамента) или иных техногенных процессов, связанных с подвижкой грунтов (проседание, пучение, выветривание и т. д.).
Инженер компании «Строительный контроль» Евгений Пономарёв приводит пример, когда на нулевом цикле строительства требуется усилить свайный с монолитным ростверком фундамент. Такие могут понадобиться из-за особенности грунтов, которые из-за своей подвижности могут меняться с момента проведения инженерных изысканий до начала строительства. «На основании инженерно-геологических изысканий выполняется проектирование свайного фундамента. В документе указывается длина, сечение и шаг свай. Однако данных изысканий бывает недостаточно – и принятые проектные решения необходимо проверять в процессе работ. Поэтому при устройстве свайного фундамента производятся полевые испытания грунтов динамической нагрузкой, при которых определяется параметр, называемый отказом, проводятся статические испытания свай, выясняется их несущая способность. Если результаты этих испытаний не соответствуют проектным данным и нормативным требованиям, то принимается решение об усилении фундамента. В частности, технология усиления предполагает применение свай с большей длиной и (или) большего поперечного сечения. Также возможно использование свай-дублёров, в определенном шаге от конструкции, показавшей неудовлетворительные значения при испытаниях», – рассказывает он.
Рациональный выбор
Эксперты отмечают, что в разных условиях оптимальны различные методы усиления несущих конструкций. Необходимо учесть характеристику почвы, стоящие рядом объекты недвижимости и коммуникации и многое другое.
По словам главного архитектора ГК «КВС» Надежды Виролайнен, чаще всего требуется усиление фундаментов уже существующих, а не строящихся зданий. В частности, такие работы проводятся на объектах реконструкции, где необходимо укрепить старые конструкции или где идет перестройка дома и предполагается увеличение статической нагрузки. Усиление фундаментов старых зданий может также понадобиться, когда они были повреждены из-за проведения рядом других строительных работ.
«Методы зависят от типа фундамента и характеристик грунтов. Может, например, происходить погружение дополнительных свай (набивных, буроинъекционных и других). Локальный ремонт может выполняться саморасширяющимися ремонтными составами. При недостаточной несущей способности элементов фундаментов делают увеличение сечения «добетонированием» с армированием и анкеровкой арматуры. При необходимости усиливать столбчатые или ленточные фундаменты на некоторых объектах выполняются обоймы из прокатных металлических профилей, пластин. При изменении конструктивной схемы реконструируемого здания может выполняется устройство новых элементов – фундаментных плит, балок и др.», – рассказывает Надежда Виролайнен
По мнению руководителя конструкторского отдела компании «Метрополис» Алексея Кущенко, самыми распространенными методами усиления грунтов можно считать переопирание здания на сваи и закрепление грунтов в основании фундамента. Они проводятся совместно с работой по устранению последствий физического износа фундаментов в виде цементного инъектирования тела фундаментов, устройства различных обойм и т. п. «Примером подобного подхода могут служить работы на объекте культурного наследия в центре Москвы. Реконструкция подразумевала увеличение нагрузок на фундаменты при значительном заглублении подземной части здания. Проектом предусмотрено переопирание несущих колонн и стен здания на грунтоцементные сваи диаметром 600 мм, армированные стальными трубами диаметром 140 мм. Выполнению свайных работ предшествовало восстановление физической целостности фундаментов путем вычинки поврежденных мест, инъектирования тела фундаментов и, в отдельных местах, устройство металлических обойм», – добавил он.
Как в случае усиления фундаментов простой цементацией, так и в случае иньектирования важен качественный строительный материал. Технический специалист корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Антон Ружило отмечает, что для того, чтобы повысить эффективность процесса гидратации цемента, создать более плотную структуру бетона и, таким образом, улучшить прочностные показатели конструкции, рекомендуется использовать специальные добавки. «Это в равной степени касается и заливки нового фундамента, и струйной цементации. Применение добавок оказывает положительное влияние на такие физико-механические свойства бетона и раствора, как морозостойкость, водонепроницаемость, прочность и удобоукладываемость», – подчеркнул специалист.
Кстати
Иньектирование фундаментов можно проводить в стесненных условиях. Кроме того, не требуется вскрывать площадку вокруг здания и на месте строительства, углублять котлован и делать дополнительные траншеи.
С учетом местных особенностей. Специфика инженерно-гидрометеорологических изысканий
Бывали случаи, когда после проведения инженерно-гидрометеорологических изысканий (ИГМИ) корректировалась локация строительства или вовсе сворачивался проект. Почему это так важно?
Наряду с геологическими, экологическими исследованиями ИГМИ помогают раскрыть особенности территории, на которой планируется построить здание, сооружение или линейный объект.
Следуя по этапам
По словам специалистов, состав, объем и виды ИГМИ регламентируется требованиями действующих нормативных документов (СП 47.13330.2016, СП 11-103-97, СП 33-101-2003). Работы выполняются в соответствии с техническим заданием и программой ИГМИ, представленной в приложении к отчету.
Главный гидролог ЗАО «ЛенТИСИЗ» Ольга Ходкина отмечает, что ИГМИ проводятся в три этапа. Первый – подразумевает подготовительную работу. Он включает в себя изучение планового материала на предмет достаточности для снятия расчетных морфометрических характеристик в районе проведения работ. Второй этап – это полевые изыскания на местности. Проводится комплекс гидрографических, гидрометрических и морфометрических работ. Они выполняются с целью получения исходной информации для расчетов уровней водотока, оценки русловых деформаций и других гидрологических характеристик. «Третий этап – это камеральная работа. Она выполняется по завершении полевых исследований, с использованием полученных материалов. Включает в себя необходимые гидрологические расчеты, составление текстовых и графических приложений, нанесение гидрологической информации на топографические профили и планы, составление технического отчета по ИГМИ или главы в комплексном отчете по изысканиям», – поясняет она.
В целом, как добавляет эксперт, ИГМИ позволяют учесть ряд факторов, серьезно влияющих на надежность и жизнеспособность будущего объекта, а также учесть его влияние на окружающую среду.
Территориальная специфика
Проведение ИГМИ особенно важно для территорий Петербурга и Ленобласти. Местность имеет влажный переменчивый климат (негативно влияющий на состояние зданий, сооружений, дорог), болотистую почву, множество водных объектов. Все это необходимо учитывать при проектировании и строительстве, чтобы избежать подтопления участков, домов, трасс во время таяния снегов, паводков и пр. Собственникам объектов недвижимости важно не забывать, что грунтовые воды могут привести к разрушению фундаментов, что чревато серьезными проблемами.
Действующие нормативы по определению гидрометеорологических характеристик разработаны преимущественно для естественных условий, рассказывает заведующий отделом прогнозирования гидрологических процессов и экспериментальных исследований ФГБУ «Государственный гидрологический институт» Михаил Марков. В основе их лежит представление о стационарности или цикличности природных процессов. Вместе с тем на эти процессы существенно могут влиять антропогенные факторы, а в последнее время и климатические изменения. Это необходимо учитывать в изысканиях для Петербурга и Ленобласти, особенно для урбанизированных территорий.
В настоящее время в Северной столице ИГМИ готовы делать десятки различных организаций. Многие из них используют в своей деятельности технологии, автоматизирующие рабочие процессы, а также оборудование, упрощающее проведение полевых работ. В частности, специалисты проводят дистанционный осмотр местности с помощью беспилотных летательных аппаратов, геодезической спутниковой аппаратуры с контроллером.
По словам Михаила Маркова, стоимость ИГМИ зависит от состава и объема необходимой гидрометеорологической информации. «Она определяется в зависимости от вида и назначения сооружений, их уровня ответственности, стадии проектирования, а также гидрологических и климатических условий района (площадки, трассы) строительства. По опыту нашего института, стоимость ИГМИ варьируется от 25 тыс. рублей за справку по какому-либо одному параметру до 3–10 млн и более при гидрометеорологическом обосновании проектирования дорогостоящих объектов, подобных АЭС или комплексу защитных сооружений от наводнений», – добавил он.
Мнение
Ольга Ходкина, главный гидролог ЗАО «ЛенТИСИЗ»:
– Стоимость гидрометеорологических изысканий определяется, в первую очередь, исходя из поставленной задачи, объема предстоящих работ, а также их сложности, видов используемого оборудования. В среднем она начинается от суммы в несколько десятков тысяч рублей для площадок, не попадающих в водоохранную зону, и выше – для участков, расположенных в непосредственной близости к водотокам и водоемам. На цену также будут влиять изученность района работ, площадь участка обследования. При проведении изысканий для строительства линейного объекта (газопровода, линии электропередач, автомобильной трассы) также учитываются пересекающие водные переходы. Стоимость услуг будет начинаться от суммы в 100 тыс. рублей.
Михаил Марков, заведующий отделом прогнозирования гидрологических процессов и экспериментальных исследований ФГБУ «Государственный гидрологический институт»:
– ИГМИ проводятся во всех случаях, когда проектируемые инженерные объекты должны быть устойчивы к воздействиям гидрометеорологических факторов и гарантированно обеспечены водными и климатическими ресурсами с учетом экологических и иных ограничений, связанных с обеспечением благоприятных условий проживания, труда и отдыха населения. Заказчиками ИГМИ могут быть разработчики градостроительной документации, инвестиционные компании, проектные организации, органы исполнительной власти, экспертные сообщества, экологические организации и физические лица.