Архитектурный бетон: особенности, преимущества и сферы использования
Разнообразие строительных материалов легко вводит в заблуждение: порой сложно разобраться, что и в каком случае лучше использовать. Но есть такие материалы, которые подойдут практически для всех видов работ. Один из них — архитектурный бетон. Его применяют при отделке стен и фасадов, для изготовления плитки, арок и украшений.
Что такое архитектурный бетон
Архитектурным или арт-бетоном называют раствор, используемый для заливки форм и декоративных работ. Он изготавливается из цемента и гипса, а также различных дополнительных компонентов, которые улучшают его характеристики и эксплуатационные свойства. Используя такой материал, можно создавать любые, даже самые необычные элементы декора, поскольку он имитирует различные текстуры, например, натуральное дерево или природный камень.
Главным отличием арт-бетона от обычного является внешний вид. Первый имеет серый оттенок, а второй может быть абсолютно любого цвета. И это еще не все:
- Готовая поверхность получается идеально ровной и гладкой, поскольку раствор имеет мелкозернистую текстуру.
- Изделия можно устанавливать или хранить под открытым небом. Они не впитывают влагу, поэтому легко выдерживают сильные осадки.
- Элементы и поверхности из архитектурного бетона хорошо переносят перепады температур, не растрескиваются и не деформируются.
- При необходимости можно добавить дополнительные ингредиенты, например, мелкие ракушки.
Материал можно назвать универсальным, поскольку он применяется во многих сферах, подходит для отделки внутри и снаружи здания.
Характеристики и состав
Прочность арт-бетона зависит от того, сколько по времени он сохнет. Так, в первые 3 дня она равна 39 Мпа, а уже спустя месяц — 59 Мпа. Белизна колеблется в пределах 68-85%. Морозоустойчивость достигает 100 циклов размораживания и заморозки.
Главный ингредиент — портландцемент вида М400 и М500. К нему добавляют кварцевый песок, который при необходимости можно заменить гранитной или мраморной крошкой. Также состав может включать в себя такие компоненты:
- Акриловая смола. Увеличивает срок эксплуатации до 10-15 лет. Делает материал пластичным, устойчивым к частой смене температурного режима и повышенной влажности.
- Глина, известь, гипс и другие минеральные вещества. Придают декоративные свойства, усиливают сопротивляемость истиранию, делают пожаробезопасным.
- Силикаты. Повышают прочность, влагоустойчивость, сопротивляемость воздействию химических веществ. Используются в тех случаях, когда проводится отделка фасада. Для оформления интерьера не подходит.
- Силикон. Улучшает пластичность и прочность. Усиливает сопротивляемость повышенной влажности, а также устойчивость к воздействию ультрафиолетового излучения.
- Краситель. Нужен для получения определенного оттенка.
Также в раствор добавляют щебень, гальку, регуляторы отверждения, добавки, усиливающие морозостойкость, фиброволокно и т. д.
Виды архитектурного бетона
Первым параметром для разделения на виды является назначение. В зависимости от него, выделяют два вида арт-бетона:
- Белый декоративный. Подходит для отделки фасадов и интерьеров, а также для изготовления декоративных элементов, например, колонн, скульптур, оград, ступеней и т. д. В процессе эксплуатации не переносит большие нагрузки.
- Белый легкий. Используется для отливки различных изделий и украшения интерьеров. Отличается прочностью и эстетичностью. Может имитировать любой другой материал, из-за чего часто применяется в процессе создания дизайнерских элементов декора.
По другой классификации выделяют еще 3 вида бетона такого типа. Первый — геометрический. Подходит для заливки опалубки разной формы. Больше других растворов близок по составу к классическому варианту.
Второй вид — декоративный. Используется для украшения поверхностей и строений из других материалов. Подходит для всех типов работ. И третий вид — скульптурный. Идеальный вариант для производства декоративных элементов разных форм и текстур. Применяется для лепки небольших изделий.
Преимущества и недостатки
Множество полезных свойств и характеристик заметно расширяют сферу использования архитектурного бетона, а также дают возможность делать из него настоящие произведения искусства. Вот некоторые из таких свойств:
- Благодаря мелкозернистой структуре поверхность можно шлифовать, сделать идеально ровной и гладкой.
- Устойчивость к ультрафиолетовым лучам. Материал не меняет цвет под воздействием солнца. Он не пересыхает, не растрескивается и не деформируется.
- Архитектурный бетон легко переносит скачки температуры, высокую влажность, ветер, механические и вибро-нагрузки.
- Не впитывает влагу, благодаря чему изделия весь период эксплуатации остаются целостными и прочными.
- Имеет высокие показатели пластичности, что значительно упрощает рабочий процесс и позволяет реализовывать даже самые необычные дизайнерские задумки.
- При необходимости можно менять не только цвет, но и характеристики. Для этого достаточно добавить нужный компонент.
- Архитектурный бетон — экологичный и безопасный материал.
- Имитирует любые другие материалы, например, дерево и природный камень.
- Нет особых требований касательно ухода и эксплуатации. Не нужно покупать особые средства или обращаться за помощью к специалистам.
- Высокие показатели пожаростойкости.
- Если нужно, в раствор можно ввести армирующие добавки, повышающие прочность готового изделия.
Приятными бонусами являются тепло-/звукоизоляционные свойства и доступная цена.
Минусов всего два. Во-первых, в некоторые составы добавляют химические растворы, за счет чего снижается экологичность. Во-вторых, готовые конструкции имеют немалый вес, поэтому они не подходят для отделки стен из дерева и других легких материалов.
Особенности изготовления
«Рецепт» приготовления архитектурного бетона практически не отличается от обычного раствора. Основа состоит из:
- портландцемент марки М400 или М-500 — 1 часть;
- кварцевый песок — 3 части;
- чистая вода — 3 части.
Ингредиенты тщательно перемешивают. Для того, чтобы проверить, можно ли начинать работу, нужно сжать небольшое количество раствора в руке на пару секунд. Если потекла жидкость, необходимо добавить немного песка. Если материал раскрошился в руке, стоит долить воды.
Чтобы получился архитектурный бетон, добавьте дополнительные компоненты. Один из важнейших — пигмент. Оттенок можно выбрать любой. Главное, чтобы он подходил к интерьеру или другим отделочным материалам, однако чаще всего предпочтение отдают пастельным, нежным тонам.
Для получения нужного результата можно смешать между собой несколько пигментов. Однако стоит помнить, что объем красителя не должен превышать 5% от общего объема раствора. Это для получения ярких, насыщенных оттенков. Для обычных цветов этот показатель равен 2-3%.
Что еще можно добавить в архитектурный бетон? Пластификаторы, повышающие прочность, фиброволокна (обычно полипропиленовое), присадки для увеличения морозостойкости (если отделке подлежит фасад). Для получения интересной фактуры можно добавить немного щебня или мраморной крошки.
Сферы применения арт-бетона
Архитектурный бетон подходит для отделки фасадов и интерьеров, а также для создания интересных декоративных элементов.
Дорожки
Делают 2 способами:
- Заливают раствор в обозначенных границах сплошным слоем. После, используя штампы, наносят рисунок.
- Отдельно изготавливают плитки нужного размера и формы, а потом укладывают их.
Оформление дорожки начинается с разметки. Потом удаляют слой грунта примерно на 10 см и устанавливают опалубку с армирующей сеткой. Следующий этап — укладка щебня и заливка раствора. В конце остается только нанести рисунок.
Заборы, скульптуры
Архитектурный бетон используется для изготовления отдельных частей для забора — столбов и плит. Поверхность чаще всего украшают штамповкой.
Для изготовления скульптур сначала собирают каркас из арматуры. После его обматывают сеткой и только потом сверху наносят раствор. С помощью арт-бетона можно вылепить даже самые маленькие детали. Последний этап изготовления — окрашивание в нужный цвет.
Фасады и интерьеры
Из арт-бетона делают красивейшие барельефы для украшения зданий снаружи. Также с его помощью имитируют отделку природным камнем. Из него отливают такие детали, как колонны, арки, статуи и другие элементы декора.
В случае с интерьерами в использовании архитектурного бетона фантазию можно не ограничивать. Он пригодится для таких целей:
- бесшовное покрытие стен, перегородок, колонн, перекрытий;
- облицовка под натуральный камень;
- заливка форм для изготовления лепных элементов и деталей для мебели;
- оформление арок и ниш, а также лестниц.
Если в раствор добавить влагостойкие присадки, можно будет выполнить отделку ванных комнат и других помещений с повышенным уровнем влажности.
Придомовая территория
Что можно сделать из архитектурного бетона для украшения двора? Вот некоторые варианты:
- клумбы, вазоны для цветов;
- фонтаны и мостики для небольших водоемов;
- фигурки любимых сказочных героев;
- оригинальные светильники;
- плитка для дорожек;
- бордюры;
- столики, скамейки и даже диваны.
Все эти изделия можно заказать в специальных мастерских или сделать самостоятельно. Материал долго остается пластичным, поэтому создать что-то интересное смогут даже новички в этом деле.
Нюансы в работе с архитектурным бетоном
Состав нужно готовить непосредственно перед началом процесса. Можно сделать его своими руками, добавив в основную массу красители и другие нужные вещества. Как вариант — купить готовую смесь в строительном магазине.
Дальше действовать нужно так:
- Подготовить поверхность Она должна быть ровной, сухой и чистой. Рекомендуется убрать остатки прошлых отделочных материалов, плохо держащуюся штукатурку. Также нужно устранить трещины и сколы, заделав их обычной цементной смесью. Если есть пятна от жира, протереть их обезжиривающими составами. После пройтись по поверхности наждачкой и нанести два слоя грунтовки.
- Нанести первый слой бетона, разровнять, используя шпатель. Как только он высохнет, нанести второй, на котором будет рисунок. При желании можно сделать небрежные мазки, углубления и т. д. Оставить сохнуть на сутки. Важные условия — температура 22 °C и влажность не более 70%. Если использовался не цветной бетон, окрасить его любым подходящим способом: напыление, штамповка, трафареты.
- Если речь идет об изделиях, то сначала нужно подготовить формы. Бетон заливают в них и во избежание образования пустот тщательно уплотняют. Сохнуть он будет примерно 48 часов. Только по истечению указанного периода времени можно выполнять шлифовку, полировку, устранение неровностей. После идет формовка. Ее делают путем тиснения валиками и штампами, вибропрессования и простого прессования.
Выбирая пигмент для окрашивания архитектурного бетона, нужно принимать во внимание стилевую направленность и дизайнерскую задумку. Каждый стиль подразумевает использование «своих» цветов и оттенков:
- прованс — розовый, голубой, молочный, бежевый;
- экостиль — все оттенки зеленого, коричневый, оливковый;
- минимализм — черный, белый, серый;
- классика — серый, белый и коричневый;
- хай-тек — черный, белый, металлик;
- футуризм — салатовый, ярко-красный, цвет фуксии;
- кантри — песочный, коричневый, желтый.
Также каждому стилю соответствует своя фактура покрытия. Так, например, для прованса это натуральное дерево, а для хай-тека — металл и камень.
Способы формирования изделий из арт-бетона
Чаще всего применяется три технологии. Каждая из них имеет свои особенности и нюансы:
- Тиснение. Применяется при оформлении стен или в процессе производства плитки для дорожек. Для работы понадобятся специальные гибкие формы или валики с выпуклым рисунком. Сначала на основание наносят толстый слой арт-бетона, а после выдавливают на нем рисунки.
- Вибропрессование. Эта технология нашла свое применение на производствах, где декоративные изделия изготавливают большими партиями. Бетон разливают в матрицы, которые подвергаются прессованию с вибрацией. Результат — заготовки повышенной плотности и, соответственно, прочности. Это достигается за счет удаления абсолютно всех пузырьков воздуха.
- Прессование. Для повышения плотности материал укладывают в формы и создают нагрузку на него.
Практически все технологии подразумевают использование специального оборудования, например, прессов, вибростендов и т. д.
Работа с арт-бетоном своими руками
В бетон, приготовленный по классическому рецепту, добавляют присадки, пластификаторы и краситель. Также понадобится фиброволокно. Его можно купить в строительных магазинах (обычно продается в пакетиках объемом 150 г). На 1м3 раствора понадобится примерно 6 пакетиков.
Готовый состав нужно разложить в заранее подготовленные формы и утрамбовать, используя металлический прут, кусок арматуры или любое другое подручное средство. Если есть время и возможность, можно сделать самый простой вибростенд. Конструкция представляет собой площадку и закрепленный на ней двигатель. После оставьте формы для застывания на пару дней. Полную прочность изделие приобретет почти через месяц.
Формы можно купить в магазинах или изготовить самостоятельно по схемам, соединяя детали болтами.
После того, как заготовка подсохнет, можно начинать обработку. Она включает в себя несколько этапов:
- Шлифовка. Если есть какие-то углубления или выбоины, их заполняют шпаклевкой.
- Полировка. Поверхность изделия становится идеально гладкой и ровной.
- Пескоструйная обработка. Проводится, если нужно придать поверхности шероховатость. Красиво смотрится сочетание таких участков с глянцевыми.
- Гравировка. Изделие можно украсить орнаментами и надписями.
- Дополнительное декорирование. Если в арт-бетоне не было пигмента, проводится окрашивание. Иногда наносится позолота, укладывается мозаика и т. д.
В конце наносится финишное покрытие. Оно защищает поверхность от повреждений.
Архитектурный бетон по праву считается универсальным строительным и отделочным материалом. Он подходит для внутренней и наружной отделки стен и фасадов, а также для декорирования и создания украшений, например, статуэток, арок и колонн. Он прост в уходе и в работе. Несложные по форме и дизайну изделия можно изготовить самостоятельно в домашних условиях.
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»