Особенности проекта определяют выбор шпунтовых изделий
На строительном рынке представлен широкий ассортимент шпунтов – специальных сборных металлических конструкций, которые применяются при создании фундаментов зданий и сооружений, в области гидротехники, мостостроения, дорожного и подземного строительства.
Развитие шпунтовых технологий за последние годы складывается под влиянием растущей доли отечественной продукции на внутреннем рынке, а также замещения импортных поставок. Так, с целью производства качественных шпунтовых изделий в ООО «ТрубМет» разработан и выпускается с 2017 года сварной шпунт корытного типа СШК, который создавался как аналог горячекатаных шпунтов, в том числе шпунтов Ларсена Л4, Л5, Л5-УМ, VL-606-A и других, но по ряду характеристик значительно превзошел их.
Номеклатура шпунтов во многом определяется не столько предпочтениями строителей, сколько возможностями российских поставщиков. Ведущим из них является ЕВРАЗ Нижнетагильский металлургический комбинат (ЕВРАЗ НТМК), где производятся горячекатаные шпунтовые сваи с замком типа Ларсена марки Л5-УМ.
«Шпунты, представленные на российском рынке, можно разделить на несколько основных видов: шпунты Ларсена, трубошпунты сварные, панели шпунтовые сварные (ПШС), сварные шпунты корытные (СШК) и другие», – говорит Данил Маслей, руководитель коммерческого отдела компании «Вектор шпунт», которая специализируется на комплексных свайных работах, включая проектирование, поставку всех видов шпунтов, установку и выемку шпунтовых конструкций.
Шпунтовые изделия отличаются друг от друга техническими характеристиками, включая металлоемкость и форму изделия. Выбор шпунтовых свай при проектировании зависит от объекта, поставленных задач и условий, в которых будет проходить установка и эксплуатация шпунтовой стенки. Для подбора шпунта важно учитывать характер и модуль внешней нагрузки, а также срок эксплуатации.
«Тип шпунта определяется на стадии разработки проекта: инженеры-конструкторы вычисляют требуемую устойчивость шпунтовой стенки, глубину погружения, необходимость установки распорных конструкций и так далее, – поясняет генеральный директор ООО «УМ Геоизол» (входит в группу компаний «ГЕОИЗОЛ») Станислав Тарасенко. – Наибольшее распространение получил металлический шпунт, как прочный и долговечный: это шпунт типа Ларсена, шпунт корытного профиля и Z-образный, а также различные виды трубошпунта».
По данным «Вектор шпунт», наиболее популярными у заказчиков являются шпунты типа Ларсена и трубошпунты. Последние наряду со шпунтовыми панелями в ряде случаев могут быть незаменимы, так как обладают наиболее высоким (а по отдельным спецификациям – многократным) сопротивлением к нагрузкам, по сравнению со шпунтами Ларсена. С другой стороны, применение шпунтов типа Ларсена может достичь необходимого экономического эффекта за счет неоднократной оборачиваемости – при правильном соблюдении технологического процесса извлечения шпунт Л5-УМ можно использовать до 5-7 раз, что повышает до 20-30% выгоду арендной ставки.
Если трубошпунт имеет большой диаметр и будет глубоко залегать, довольно сложно найти подрядчиков с подходящим оборудованием, полагает Данил Маслей. Зачастую на объектах можно встретить применение комбинированных шпунтовых ограждений, когда при проектировании подземной части нужно решить одновременно несколько разных задач или оптимизировать использование шпунтов.
Например, шпунтовые сваи с замковым элементом типа Ларсена особенно эффективны в слабых обводненных грунтах, поэтому они успешно применяются повсюду, где необходимо избежать притока воды в зону строительства.
ГК «ГЕОИЗОЛ» имеет большой опыт выполнения всего комплекса строительно-монтажных работ по устройству свайных фундаментов, «стены в грунте», буровым работам, инженерной защите территорий, подземному и дорожному строительству, усилению грунтов основания с применением собственного парка строительной техники и специализированного оборудования. Шпунты Ларсена компания использовала на самых разных объектах.
«Жёсткость этих шпунтов обеспечивается благодаря ряду параметров, – делится своим опытом работы Станислав Тарасенко. – Во-первых, за счёт толщины стенки шпунта, которая у Л5-УМ достигает 20 мм, что гарантирует высокую коррозийную устойчивость. Для сравнения, у шпунта AZ толщина стенки составляет 6-13 мм.
Во-вторых, расстояние между замковыми соединениями у них равно 500 мм в то время, как у того же шпунта AZ – от 700 до 1400 мм, то есть AZ более гибкий, а потому более подвержен деформации. Строители между собой называют его «лопух».
В силу высокой прочности шпунт наиболее устойчив к деформации при сооружении ограждающих конструкций различных котлованов и надежно защищает от грунтовых вод, потому широко применяется при строительстве подземных сооружений, причалов, набережных, мостов, а также для усиления траншей, береговых линий, склонов и насыпей».
Группа компаний «ГЕОИЗОЛ» применяла шпунт Л5-УМ при реконструкции судоспусковых устройств Средне-Невского судостроительного завода, при строительстве променада в городе Светлогорске Калининградской области, при проведении работ на Тележной ул. 17/19, реконструкции Синопской набережной.
Благодаря быстрому и простому монтажу шпунт Л5-УМ практически незаменим при устройстве прочных и надёжных временных сооружений. Например, при строительстве подземного двухъярусного паркинга в рамках второй очереди (первый этап) бизнес-центра «Невская Ратуша» специалисты «УМ Геоизол» погрузили более 900 тонн такого шпунта в качестве временной жёсткой перегородки между первой и второй очередями строительства. Ещё один пример временного массивного сооружения – трибуна на Южной оградительной стенке Средней гавани Кронштадтского порта к параду в День ВМФ в 2018 году.
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.
