Ускоряя сроки. Применение опалубочных систем в мостостроении
При строительстве мостовых сооружений активно задействуются различные опалубочные системы. Они помогают ускорить возведение объектов и оптимизировать финансовые затраты на стройку. Данный фактор, в том числе как репутационный, особо важен для строительных организаций, так как работы в данном сегменте чаще всего выполняются по госконтрактам.
К основным видам опалубочных систем, применяемым в мостовом строительстве, можно отнести: опалубки пролетного строения, опалубки мостовых опор, опалубки ростверков или ригелей, специализированные опалубки. При этом, отмечают эксперты, очень часто сечение опор мостов и их архитектурные решения не имеют типовых характеристик, таким образом требуются разные комплекты опалубки мостовых опор для решения данных задач.
Индивидуальный подход
По словам исполнительного директора ООО «Техноком-БМ» (производителя опалубочных системы «Гамма»), доцента кафедры ТОСП МГСУ Андрея Бунта, с развитием дорожной инфраструктуры перед мостостроителями ставятся новые сложные задачи: повышение технологичности при поддержании высокого темпа работ, c учетом соблюдением всех требований безопасности. «Так одним из направлений в мостостроении является применение самоподъёмных опалубок для возведения пилонов. Использование данной технологии целесообразно, например, для опор вантовых мостов. Технология обеспечивает непрерывный процесс возведения монолитных конструкций в сложных строительных условиях, повышает качество готовых конструкций, сокращает крановое время»,- отмечает он.
Мостовая опалубка сейчас востребована в России как никогда, считает директор по стратегическому развитию и маркетингу ГК «Промстройконтракт» Рубен Чинарьян. Можно сказать, что наша страна вышла на уровень строительства мостов, которого не было более ста лет, с тех пор как построили Транссиб. «Мостов за последние 20 лет возведено больше, чем за всю послевоенную историю СССР, но главное их стали строить намного быстрее. Если ранее срок сооружения моста мог достигать 8-9 и более лет (в советское время), то сейчас мосты, которые строятся больше 3-4 лет считаются долгостроями, в среднем мостостроители справляются за 30-35 месяцев в зависимости от сложности. Огромное число мостов разных типов – это огромное число задач. Поэтому, - добавил он,- можно сказать о том, что все виды опалубки мостов – от индивидуальной до основанной на стандартах линейных щитах распространены».
Если мы говорим о крупных проектах, где есть высокие пилоны, массивные опоры и длинные пролетные строения, то они, в большинстве своем, требуют индивидуального подхода к проектированию опалубочных систем, полагает руководитель проектов Doka Россия Сергей Грундуль. По его словам, каждый подобный проект уникален по своим геометрическим характеристикам и испытываемым ветровым нагрузкам. Даже регион расположения объекта может повлиять на выбор опалубочной системы, а также методологию строительства.
«Чтобы выбрать опалубочную систему для строительства подобных сооружений, как правило, необходимо точно определить две ключевые характеристики: фактор сложности проекта и высоту конструктива. Чем выше опора моста и сложнее ее геометрия, тем экономически более выгодно будет применение гидравлических самоподъемных систем Doka типа SKE. Сегодня все более явно прослеживается тенденция применения комплексных решений в самоподъемных гидравлических системах. Эти решения включают в себя не только минимальный набор платформ, но и, к примеру, подмости для армирования последующих захваток, подмости для ухода за бетоном, полностью закрытый контур и крышу. Вся получившаяся конструкция поднимается на последующие захватки без использования крановой техники. Всё это говорит в пользу повышения технологичности строительства»,- отмечает Сергей Грундуль.
По мнению заместителя генерального директора компании ООО PERI и руководителя направления инфраструктуры Алексея Грунчина, в мире мостостроения как никогда требуются индивидуальные технические решения, позволяющие достигать основных показателей: экономическая эффективность, высокое качество, соблюдение сроков и безопасность. Но далеко не все современные технологии применяются для строительства мостов. Как показывает практика, на сегодняшний день большинство подрядчиков смотрит на первоначальное коммерческое предложение и не рассматривает работу оборудования в течение всего периода строительства. Но дешевле не значит лучше и быстрее.
«Наша философия – предложить клиенту оптимальное техническое решение. Например, чтобы возвести пилон моста, наиболее эффективна самоподъемная система ACS. Она удовлетворяет требованиям заказчика: позволяет освободить время башенного крана, добиться высокого качества бетонной поверхности и повысить безопасность строительства. Технология самодвижущейся опалубки для бетонирования монолитных конструкций не является универсальной и целесообразность ее применения должна быть рассмотрена в каждом конкретном случае. Что касается, консольно-переставной системы, то технология отработана годами и широко используется во всем мире. В линейке PERI есть такое оборудование, которое можно приобрести или взять в аренду», - добавил он.
Меняя стандарты
Эксперты отмечают, что, безусловно, важна и правильная технология использования опалубки. В частности, по словам Рубена Чинарьяна, при строительстве мостов необходим правильный расчет опалубки, для максимальной точности системы при сборке. Также важна и точность сборки, это поможет минимизировать число доборов и обеспечить максимально гладкий стык щитов. Кроме того, необходимо обеспечить и условия для зимнего бетонирования – это оказывает максимально влияние на будущее качество бетона. Поэтому сейчас наблюдается спрос, сообщил он, не только на традиционные тенты, осветительные мачты типа Atlas Copco и пушки «Мастер», но и на каркасные жёсткие тепляки, которые позволяют, например, значительно ускорить работы по преднапряжению.
Стоит добавить, что с 1 июля 2021 года вступили в силу актуализированные изменения требования для проектирования мостов (СП 35 "Мосты и трубы") и тоннелей (СП 122 "Тоннели железнодорожные и автодорожные"). «ГК «ПромСтройКонтракт» позитивно относится к новшествам. Все предложенные в них технологии мы давно практикуем, и наши клиенты де-факто раньше законодателей сделали их обязательными элементами качественного строительства. Это относится и к муфтам для арматуры и к описанным в СП 35 деформационным швам, которые ПСК производит уже более 5 лет на заводе в Липецке. Наши швы использовались на строительстве подъездных путей к космодрому «Восточный», а сейчас монтируются на гигантской развязке в Алма-Ате. Это не какие-то новшества, а общепризнанный инструмент повышения качества дорог и мостов. Аналогично с барьерными ограждениями. Уже несколько лет мы активно предлагаем опалубку для формирования ограждений мостов, сходную с мостовой мелкощитовой опалубкой. Этот продукт естественным образом вытеснял менее качественные решения и новый норматив только ускорит и унифицирует процесс роста качества российских мостов»,- уверен Рубен Чинарьян.
Рыночный фактор
Участники рынка опалубочных систем отмечают, что наблюдавшийся в последние месяцы рост цен на строительные материалы, отразился и на их отрасли. По словам Андрея Бунта, с конца 2020 -го года произошел резкий рост, а в конце лета 2021 года небольшая коррекция цен на металл и фанеру. Данная турбулентность цен, вызванная в первую очередь внешними рыночными факторами, очень негативно сказалась на составе структуры себестоимости опалубочных систем для мостового строительства, так как многие контракты являются долгосрочными, коммерческие предложение рассчитываются с фиксированными ценами.
«Например, в первой половине 2021 года некоторые производители столкнулись с ситуацией, когда стоимость контрактной цены продукции по договорам, заключенным в конце 2020-го, стала ровна стоимости материалов, при условии поставки данной по продукции по госконтрактам, корректировка цен была невозможна. Данная ситуация привела к последующему повышению стоимости опалубочных систем в целом, тем самым в целом повлияв на удорожание строительства. Наблюдался и наблюдается высокий спрос на аренду типовых систем опалубок, что в свою очередь вызвало рост арендных ставок в среднем на 20-30%. При этом предложение на опалубку, которую можно использовать для мостового строительства, достаточно ограничено. Компании, предоставляющие опалубочные системы в аренду, не могут полностью удовлетворить спрос, что соответственно ведет к увеличению спроса на новые опалубки»,- делает выводы Андрей Бунт.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
