Внутренние электрические сети оборудование зданий
К внутренней сети относят электропроводку и монтажные установочные электрические устройства, находящиеся внутри здания. Грамотный расчет нагрузки — это основное условие для проектирования. При нарушении правил монтажа возникает аварийная ситуация, которая приводит к возникновению пожара.
Для чего необходимо составлять схемы электрической сети
Разводка электрики — сложное мероприятие, требующее профессиональных навыков. Поэтому операции выполняют квалифицированные специалисты. Для разводки составляют чертеж, содержащий все объекты, которые касаются электричества. К ключевым объектам относят:
- выключатели;
- розетки;
- осветительные приборы;
- электрические щетки с устройствами защитного отключения (УЗО).
Специалисты составляют схемы электрических сетей здания, учитывая пожелания заказчика и индивидуальные особенности планировки здания. Основная работа — разделение кабелей на отдельные, эффективно функционирующие линии. Задача состоит в правильном распределении нагрузок и организации системы управления и защиты электрической проводки.
Перед тем, как составить чертеж и план, изучают особенности и назначения каждого отдельного составляющего элемента. Автоматы, которые помогают предохранять сети от перегрузок, располагают в электрических щитках. От правильной установки напрямую зависит функционирование электрической сети и безопасность.
Провода, которые проводят ток к разным точкам, тщательно подбирают. Выбор сечения производят индивидуально. Для выключателей и розеток подбирают надежные контакты.
Зачем применять нормы
Для избегания опасностей при монтаже электрических сетей правильно рассчитывают площадь поперечного сечения провода, которая отвечает за сопротивление. Чем оно выше, тем сильнее кабель нагревается. Большую роль играет грамотный подбор:
- материала кабеля;
- соединения проводов;
- выбора места монтажа;
- изоляционного материала.
Важно правильно рассчитать нагрузку, подобрать защитные устройства и установить заземление.
Если не применять установленные законодательством нормы, то ошибки приведут к замыканию и возникновению пожара. При несоблюдении правил страховая компания не выплатит страховку при возникновении несчастного случая.
Проект электрической сети
Для жилых и производственных зданий составляют проект электрической сети, в которой содержится:
- схема разводки;
- перечень требуемых материалов.
На схеме прорисовывают места для подведения:
- кабелей питания;
- щитков;
- распределительных коробок;
- осветительных приборов;
- подрозетников;
- выключателей;
- розеток;
- иных материалов, предназначенных для потребителя энергии.
На стадии проектирования рассчитывают необходимую мощность сети, так как от планируемой нагрузки зависит выбор электрического оборудования всей системы.
При неверно произведенных вычислениях электрическая сеть будет нестабильно работать с проблемами и нарушениями. В проекте учитывают, что максимальная мощность, потребляемая определенной группой устройств, всегда меньше суммарной мощности номиналов принимающих приборов.
Связано это с тем, что техника не всегда работает на полную мощность, поэтому уровень наивысшей нагрузки редко совпадает со временем. Поэтому данный фактор обязательно учитывают в процессе организации системы электрической сети и выборе составляющих элементов.
Выбор кабеля и использование УЗО
Для безопасности электрических сетей в зданиях монтируют противопожарные устройства УЗО и выставляют на приборе определенные значения. В жилом доме для общих линий ток утечки устанавливают 100 мА. У отдельных линий минимальное значение — 10 мА. При повышении показателя устройство защитного отключения (УЗО) обесточивает здание.
Прокладку электропроводки осуществляют безопасными и разрешенными ГОСТом кабелями. Алюминиевый провод для внутренней электрической сети не применяют. Его используют для подведения электричества к дому. Наиболее предпочтительный вариант для внутренней проводки — медный кабель. К его преимуществам относят:
- высокую плотность тока;
- выносливость на излом и хорошую износостойкость;
- при окислении обладает небольшим сопротивлением;
- по сравнению с алюминием не сжимается, поэтому в соединениях не образуются зазоры.
К бюджетному варианту относят марку ВВГ. Также существуют другие типы, обладающие различными свойствами:
|
Марка кабеля |
Назначение |
|
Негорючий |
Сниженное выделение газа и дыма. |
|
ВВГнг с тремя жилами по 6 мм2. |
Для кабель-канала в жилых домах. |
|
ВВГнг (3х2,5) |
Для скрытой коробки по розеткам и распределительным коробкам. |
|
ВВГнг (3х1,5) |
Подводят к осветительным приборам и выключателям. |
|
ПВ1 |
Для электрощита. |
|
ПВС (3х2,5) |
Для электроприборов. |
Для внутренних стационарных проводок чаще всего применяют одножильный медный провод, так как он надежнее и прочнее многожильного аналога.
Выбор метода прокладки
На выбор способа прокладки электрической сети влияют:
- место;
- условия среды;
- размер здания;
- сечение провода;
- схема сети.
Влияние окружающей среды:
- разрушает изоляцию электрического оборудования;
- представляет опасность для обслуживающего персонала;
- провоцирует возникновение взрывов и возгораний.
Изоляцию провода, токоведущей части и конструкции разрушают влага, газы, едкие пары и повышенный температурный режим. Из-за этого может возникать короткое замыкание, а в воздухе — образовываться опасная примесь, приводящая к взрывам и возгораниям.
Место прокладки электрической линии влияет на метод монтажа, безопасность, удобство работ и эксплуатацию.
Способы прокладки кабелей
На метод прокладки провода влияет категория и материал здания, а также тип электрической проводки. Существует открытый, закрытый, подземный способ.
Открытый
Открытая электрическая проводка — простой метод прокладки провода. К преимуществам относят легкость ремонта кабеля при повреждении и простоту замены.
Этот метод применяют, когда отсутствуют другие возможности. В процессе работ используют:
- кабель-каналы (крепят на любой конструкции);
- коробы.
В производственных зданиях, на складах и в подсобных помещениях кабель-каналы заменяют гофротрубой, так как в этих помещениях не требуется эстетичность.
Открытая проводка разрешена в зданиях, построенных из горючего материала, относящегося к группе Г2 и Г3. Разрешается использовать кабель с медной жилой и защитной оболочкой из ПВХ.
Закрытый
В жилых зданиях обычно используют закрытую проводку, которая состоит из сети кабелей и проводов, замурованных в стены при помощи заранее подготовленных канавок. Для штробления подходят стены из негорючего или слабо горючего материала:
- бетона;
- кирпича;
- пеноблока;
- шлакобетона.
Делать отверстия для кабелей в потолках и полах без соответствующего разрешения и расчетов нельзя. Закрытый способ наиболее безопасный, так как провода полностью защищены от механических действий.
Скрытую электропроводку выполняют кабелями, оснащенными защитной оболочкой. Провод, прокладываемый в полу, защищают электротехнической гофрой. Для примера, у провода ВВГнг двойная изоляция, а у НЮМ — тройная. Их разрешается замуровывать в стену без использования гофры и трубы.
Существует перетягиваемая электропроводка. Это значит, что при аварийном повреждении кабеля ее можно заменить. Выполняют электропроводку в пластиковой или полиэтиленовой трубе. В гофре перетянуть проводку не получится.
Комбинированный
Комбинированный метод — это сочетание закрытой и открытой прокладки. Способ помогает упрощать монтаж электрической сети. По стандартам, коробы выбирают из пластика, так как материал отличается практичностью и надежностью. Внутри оставляют свободное пространство, которое дает возможность спрятать необходимые провода.
Чтобы предотвратить воспламенение стены из-за замыкания, используют изоляционный слой. Например, по стандарту толщину асбеста делают не менее 0,5 см.
Вертикальные стены
В панельных зданиях есть подготовленные штробы, которые делают на заводе, так как у бетона высокий показатель твердости. В деревянных стенах делать отверстия нельзя. Кроме того, скрытую проводку запрещается прокладывать в горючих материалах. В этом случае используют дополнительную защиту кабелей и проводов в виде материалов из пластика и гофротрубы.
Для горючих материалов рекомендовано использовать стальные трубы с заземлением. Проход в стене защищают куском трубы.
Правила прокладки проводов
Независимо от выбранного метода прокладки кабелей, соблюдают определенные правила и нормы:
- чтобы минимизировать возникновение проблем в процессе монтажа, провода выкладывают в строго вертикальном или горизонтальном положении;
- горизонтальные участки размещают с интервалом 150-200 мм от потолка;
- соприкасаться провода между собой не должны;
- вертикальный участок запрещается размещать рядом с углами, проемами дверей и окон (минимально допустимое значение — 100 мм);
- от газовых труб соблюдают дистанцию 40 см.
Правила монтажа электрических сетей описываются в ГОСТе Р 50571.5.52-2011.
Соблюдение стандартов
При монтаже электрических сетей соблюдают требования, изложенные в стандартах. К главным условиям относят:
- при монтаже внутренних электрических сетей ориентируются на требования Правил Устройств Электроустановок;
- расчеты соответствия сечения токопроводящего провода регламентируются ГОСТом;
- открытую прокладку кабеля без использования изоляции располагают на высоте менее двух метров для предотвращения ожогов;
- на чердачных помещениях используют провода в оболочке из несгораемых материалов.
Если в здании есть сырые и влажные места, то прокладку кабелей сводят к минимуму. Проход проводов между этажами осуществляют в трубах. При этом они не должны быть скручены. Для освещения применяют однополюсные выключатели.
Частая причина пожара — неправильное соединение проводов. Чтобы избежать проблем, стыки спаивают или сваривают.
Заказ услуги «под ключ»
Профессионалы знают специфику создания внутренней электрической сети, которая отличается в зависимости от особенности объекта. При заказе работ «под ключ» мастера:
- прокладывают кабельные линии и провода;
- устанавливают электрическое оборудование;
- подключают выключатели и розетки;
- производят монтаж осветительных приборов;
- устанавливают альтернативные системы электроснабжения;
- тестируют и заменяют электропроводку и вышедшие из строя элементы.
Специалисты в первую очередь проводят обследование объекта и разрабатывают техническое задание, основываясь на предпочтениях клиента. Затем:
- подготавливают проект внутренних электрических сетей;
- выбирают подходящее электрическое оборудование;
- производят монтаж электрической проводки и установочных изделий;
- осуществляют пуско-наладочные работы;
- подготавливают необходимую документацию;
- предоставляют гарантии на монтажные работы на несколько лет;
- получают разрешения на использование электрической сети объекта;
- осуществляют техническое обслуживание после завершения монтажа.
Специалисты планируют расходы и рассчитывают стоимость работ. Цена зависит от количества и сложности монтажных работ и типа применяемого электрооборудования.
Электрическая сеть общественного здания
В схеме электрической сети в общественном здании указывают:
- существенный удельный вес силовых электрических приемников;
- специфический режим работы;
- возможность встраивания трансформаторов в общественные здания;
- иные требования к освещению помещений.
При потреблении мощности свыше 400 кВт рекомендовано использовать встроенную подстанцию. К преимуществам относят:
- экономию цветных металлов;
- исключение прокладки внешней кабельной линии до 1 кВт;
- отсутствие необходимости в устройствах отдельных ВРУ в зданиях, так как их разрешается соединять с распределительными устройствами 0,4 кВт подстанции.
Подстанцию размешают на первом или техническом этаже или в подвале. Если в здании есть грузовой лифт, то разрешается устанавливать на среднем или верхнем этаже.
Групповой распределительный щит осветительной сети по стандартам требуется располагать на лестничной клетке или в коридоре. Отходящие линии бывают:
- однофазные;
- двухфазные;
- трехфазные.
Предпочтение чаще всего отдают трехфазной групповой линии, которая обеспечивает в 3 раза большую нагрузку и в 6 раз меньшую потерю напряжения (по сравнению с однофазной).
Расчет материалов
После подготовки схемы электрической сети производят расчет необходимых материалов. В первую очередь вычисляют метраж кабелей, поставляющих электрический ток и отвечающих за функционирование приборов в нормальном режиме.
При расчете длины проводов принимают во внимание факторы:
- число планируемых выключателей и розеток;
- количество осветительных приборов;
- место установки электрических счетчиков и трансформаторов.
Затем при помощи строительной рулетки измеряют расстояние от распределительной коробки до всех электрических точек. Полученные данные фиксируют в плане разводки электрической сети. Показатели складывают между собой. К общему количеству добавляют примерно 15% для запаса, так как в процессе монтажа может возникнуть непредвиденная ситуация.
В процессе работы электрической сети провода нагреваются. Поэтому запрещается располагать их в одном месте в большом количестве. Требуется соблюдать стандарты, прописанные нормативными документами, регламентирующими электрические сети. Часто при монтаже обустраивают параллельную проводку с поворотами и изгибами.
После расчета необходимого количества проводов вычисляют требуемое число иных материалов:
- выключателей;
- распределительных коробов;
- осветительных приборов;
- защитных трубок;
- креплений;
- клеммников;
- кабель-каналов.
Правильный расчет упрощает работу монтажа электрической сети в жилом и производственном здании.
Правила устройства внутренней электрической сети
Во время монтажа электрической сети соблюдают правила:
- Кабельный ввод в здание выполняют в трубах. Их располагают на глубине от 0,5 метра и не больше двух метров от поверхности земли. В трубу затягивают один силовой кабель.
- Через техническое подполье в секциях здания и подвал разрешается прокладывать силовой кабель и шинопровод с напряжением не более одного кВт.
- Трубу прокладывают с уклоном в сторону улицы. Конец трубы при прокладывании через стены тщательно заделывают, чтобы исключить возможность проникновения в помещение газа и влаги.
- Запрещается прокладывать транзитные электропроводки через складское и кладовое помещение.
Не рекомендуется размещение электрической проводки на пути эвакуации людей. Если это требование выполнить не получается, то электропроводку защищают оболочкой или кожухом, который препятствует появлению пожара и распространению огня. Проводку на маршруте эвакуации людей располагают на максимально небольшом участке. При этом провода не должны находиться в пределе досягаемости рук. Иначе их защищают от механического повреждения, которое возникает во время эвакуации.
Правила ввода электричества в здание
Чаще всего ввод электричества в здание осуществляют при помощи самонесущего провода СИП. Дополнительные столбы для поддержки кабеля не требуются, если опора ЛЭП располагается на расстоянии до 25 метров.
Провод протягивают до электрощита, в котором расположены УЗО, автоматы и подключены контуры заземления. Переход на кабель ВВГнг осуществляют в другом щитке с прибором учета.
При вводе соблюдают требования:
- Если длина провода больше 25 метров, то устанавливают дополнительную опору. Для этого на ближайшем столбе устанавливают щиток, а в землю заглубляют заземлительный контур. Провод между опорами натягивают на высоте не меньше двух метров над землей.
- Если кабели пересекают строительные конструкции, то их монтируют в защитные трубы.
- Минимально допустимое расстояние от земли до места подключения зданий — 2,75 метра.
- Если провод протягивают под землей, то предварительно его помещают в защитную оболочку. Затем помешают в канаву, глубина которой должна быть не меньше 0,7 метра.
Подземную прокладку ввода предусматривают в момент строительства здания и подготавливают проект энергоснабжения. Техническую документацию составляют по правилам. Поэтому разрабатывать чертежи должны специалисты с опытом работы в этой области.
Необходимо правильно определять марку кабеля и просчитывать сечение токопроводящих жил. Для подписания проекта энергоснабжения выполняют определенные технические условия, в том числе получают разрешение на проведение земляных работ, которые одобряют службы, отвечающие за:
- системы связи и электропередачи;
- здания и сооружения;
- газопровод;
- теплотрассы;
- зеленые насаждения;
- водопровод;
- дороги;
- канализационные трубы.
Если рядом с предполагаемым местом прокладки кабелей располагаются коммуникации, то обращаются в ответственные организации, чтобы согласовать расположение траншей, и для контроля над проводимыми работами.
Для подземной прокладки используют бронированные кабели. По всей длине запрещается укладывать их в металлические трубы, так как при наполнении грунтовыми водами в зимнее время года образующийся лед повредит провода.
Допуск в эксплуатацию электрической сети
Чтобы получить разрешение на использование внутренней электрической сети, необходимо предоставить в филиал «Электрических сетей» проектные документы для проверки на соответствие требованиям технических правовых актов. Сотрудник:
- проверит выполненный монтаж электроустановки на соответствие действующим правилам эксплуатации и проекту;
- проведет инструктаж по электробезопасности во время эксплуатации электрической сети;
- проверит, соответствуют ли результаты проведенного электрофизического измерения требованиям ТНПА.
После проверки сотрудник составит акт осмотра и выдаст заключение о возможности подачи напряжения на электроустановку или укажет выявленные нарушения, которые потребуется устранить.
При монтаже внутренней электрической сети важно правильно рассчитывать напряжение и выбирать соответствующий тип кабеля. Необходимо учитывать, будут ли на здании устанавливать источники питания для освещения рекламы, витрины, фасада, а также наружные и противопожарные устройства. Неправильно произведенный монтаж электрической сети нарушит работу системы и приведет к возникновению пожара.
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»