Изготовление стекла
Стекло — это неорганический хрупкий материал, используемый в различных сферах повседневной жизни. Изготавливается из разных материалов, от которых зависят его свойства. Разберем подробнее, как именно устроено производство.
Состав стекла
Стекло выполняется чаще всего из сырья, которое проходит плавление при высоких температурах. Основным компонентом выступает песок, хотя в техническом плане это все-таки кварц или диоксид кремния. К нему добавляют прочие составляющие, например:
- кальцинированная сода;
- доломит;
- известняк;
- стеклобой;
- прочие химикаты.
Для производства стекла осуществляется охлаждение компонентов, которые вначале были расплавлены при температуре от +300 до +2500 градусов. Скорость такая, что не допускается формирования заметных кристаллов. Интересно, что для работы бывает достаточно исключительно и песка, но тогда приходится повышать температуру. Именно по этой причине для модификации используется сода. Например, известняк повышает прочность. Оптимальный состав такой: 75% кремнезема, 10% извести и 15% соды.
Какими могут быть изделия из стекла
Изделия из стекла бывают разными. Условно они делятся на такие группы:
- прозрачные и непрозрачные;
- цветные и бесцветные;
- люминесцированные;
- поглощающие или отталкивающие ультрафиолет.
Неорганическое стекло отличается высокими механическими, химическими и тепловыми характеристиками. Стоит отметить, что, хоть материал и очень чувствителен к повреждениям, сопротивление сжатия у него аналогично таковому у чугуна. Повысить прочность можно при помощи закалки, химической или термической обработок. Благодаря этому устраняются микротрещины, которые возникают под воздействием окружающей среды.
В России производство стекла основывается на следующих процессах:
- подготовка сырья;
- формирование шихты;
- варка;
- охлаждение;
- отжиг и обработка.
Все процессы тщательно отработаны, за счет чего готовые изделия получаются высокого качества.
Этапы производства
Чаще всего стекло изготавливается из таких веществ, как кремнезем, SiO2 и Na2CO3. При производственной необходимости составы могут обогащать дополнительными модификаторами. Для осветления, например, берут сульфаты, хлорид натрия, нитрат аммония и так далее. Перед началом изготовления все компоненты просеивают и сушат. Затем их смешивают, пока масса не станет однородной. При необходимости осуществляется дополнительное измельчение.
Далее шихта отправляется в печь, которая применяется специально для варки стекла. Нагревание позволяет испарить остаточные частички воды. В это время происходит разложение абсолютно всех компонентов. По мере увеличения температуры наступает плавление силикатов. В процессе они формируют непрозрачную массу. Заканчивается этот этап сразу после того, как температура доходит до 1200 градусов. В этот момент стекло приобретает прозрачность.
Далее идет стеклообразование. В ходе этого процесса зерна кварца растворяются в силикатном расплаве, в результате чего возникает однородная масса. Идет это несколько медленно, занимает до 90% времени провара шихты. Когда масса достигает температуры 1500-1600 градусов, происходит удаление газов.
Еще один этап производственного процесса — осветление. Для этого добавляются специальные компоненты, которые способствуют уменьшению поверхностного натяжения стекломассы. Расплав хорошо перемешивают специализированным оборудованием. Вместе с этим процессом проводится гомогенезация.
Завершающий этап — охлаждение. Необходимо соблюдать вязкость массы, которая позволит в дальнейшем сформировать требуемую продукцию. Температура в процессе держится на уровне 700-1000 градусов. Тут очень важно медленно и аккуратно ее уменьшать. Создание различных изделий из стекломассы осуществляется механическим способом на специальном оборудовании.
Что такое шихта
Производство стекла стартует уже в карьере. Кварцевый песок необходимо тщательно очистить, чтобы готовое изделие получилось качественным и надежным. Для очистки сырья от посторонних примесей осуществляется промывка с использованием специализированного оборудования. По завершении этого процесса песок сушат и перемещают в вибрационное сито для просеивания. Отбираются те крупинки, диаметр которых не превышает миллиметра.
Полученное сырье направляют уже на производство — в специальное хранилище. Это главный компонент шихты, но, конечно, не единственный. Сейчас при изготовлении стекла нельзя обойтись без добавок, которые укрепят его и придадут некоторые дополнительные свойства. В состав шихты обычно входят следующие компоненты:
- кремнеземное сырье;
- сода;
- доломит;
- кокс, сульфат соды;
- силикат натрия, лития или калия;
- известняк;
- полевой шпат и так далее.
Естественно, перед использованием компоненты тщательно подготавливают и смешивают при определенных условиях. Еще в шихту могут добавлять иногда измельченное битое стекло. Такое сырье не требует никаких дополнительных обработок, что делает производство лишенным отходов.
О стекломассе
Как только смесь будет готова, ее отправляют в печь для варки стекла. Там температура поддерживается на уровне 1600 градусов. По достижении шихтой жидкого состояния, она перемещается в другую часть печи, а на ее место устанавливают новую партию. Интересно, что данный процесс не останавливается. Каждую минуту может подаваться до полутора тонн материала.
На следующем участке температура снижается до 1000 градусов. Материал становится более однородным, из него удаляют газы. По готовности стекломассу оставляют остывать, за счет чего она становится вязкой. Далее можно переходить к формированию.
Силикатное стекло
Силикатное стекло встречается нам каждый день. Из него изготавливают самые разные вещи: посуду, предметы декора, очки, лампы накаливания, окна и многое другое. Производится оно путем плавки двуокиси кремния при температуре 1700 градусов. В итоге получается материал, который характеризуется прекрасной светопропускаемостью, стойкостью к низким температурам и отсутствием взаимодействия с химикатами. Надо отметить, что он еще и хорошо сверлится, полируется или шлифуется.
Силикатное стекло, помимо уже упомянутых сфер, используется в авиации и судостроении. С его использованием изготавливают кабины, делают фонари и устройства, отвечающие за визуальный контроль. Указанный материал прекрасно подходит для изоляции.
Листовое стекло
Для изготовления листового стекла берут два основных компонента — карбонат натрия и кварцевый песок. Масса размещается в специализированной ванне, в которой также находится расплавленное олово. При этом сам материал может быть нескольких типов:
- термостойкий;
- огнестойкий;
- защищенный от воздействия тепла;
- закаленный;
- стойкий к механическим воздействиям;
- ламирированный.
Из этого следует, что листовое стекло можно использовать в разных сферах, но чаще всего — в строительстве или для обустройства автомобилей. В последней отрасли без него обойтись вообще невозможно.
Лобовые стекла
Лобовое стекло необходимо для качественной защиты салона автомобиля от внешних воздействий, проникновения внутрь осадков и пыли. Оно обеспечивает находящимся внутри людям достаточный уровень безопасности. Каждый день технология производство совершенствуется. Чаще всего стекло изготавливают из материала «Триплекс». В таком случае оно будет иметь трехслойную структуру, благодаря которой не разлетится от удара. Осколки будут удержаны армирующей пленкой.
Еще один вариант — «Сталинит». Тут в основе лежит специализированная процедура закаливания, за счет которой прочность стекла значительно повышается. При ударе оно разлетается на мелкие осколки, которые тоже не вредят людям. Но к такому материалу прибегают довольно редко.
Сама технология производства начинается с разметки по конфигурации и геометрическим размерам. Но проводится только надрез, по которому затем продвигается специализированная горелка, согревающая стекло до необходимой температуры. Это приводит к тому, что оно лопается вдоль линии. Затем кромки обрабатываются специализированными абразивными лентами, а материал промывают мыльным раствором для избавления от остатков грязи и пыли. После покрывают раствором, защищающим от слипания.
Как только эти этапы будут пройдены, специалисты проверяют, насколько качественный и крепкий получился материал. Потом два стекла соединяют друг с другом, и им придается необходимая форма, специфическая для конкретной марки автомобиля. Конструкцию кладут в печь, прогреваемую до температуры 760 градусов, что придает стеклу пластичность. Охлаждение проводится аккуратно и медленно, а после затвердевания между заготовками вставляют прозрачную пленку. Все эти процессы, естественно, автоматизированы, так что можно получить несколько идентичных изделий.
Способы производства стекла
Стекло — это твердое вещество, которое активно используется в различных строительных работах. Оно способно пропускать солнечный свет, не давая при этом теплу выйти изнутри. Чаще всего из него изготавливают окна, витрины, перегородки и зеркала. Листовые стекла обрабатывают в специализированных печах, что закаляет его, то есть придает ему увеличенную прочность. Укрепленные варианты нередко применяются для остекления лоджий и балконов. Если вдруг они повредятся, то от них не будет опасных острых осколков.
Современное производство стекла предлагает потребителям различные модели. Существуют даже энергосберегающие, солнцезащитные и армированные. В первом случае применяется тонкое прозрачное покрытие с высокой проводимостью тепла. Свет оно пропускает очень хорошо, что идеально для отопительного сезона.
Солнцезащитные стекла многократно тонируются для достижения идеального результата. Их применяют для фасадов, включают в состав стеклопакетов. Они способствуют повышению комфортности проживания в доме. Иногда встречаются при производстве аквариумов и витражей.
Армированные стекла хороши для обустройства окон или перегородок. Они отличаются высокой стойкостью к огню благодаря наличию специальной сетки из металла.
Изготовление цветного стекла
Цветное стекло может быть изготовлено различными способами, от которых зависит окончательный оттенок. Первая технология предполагает окрашивание в массе. Она довольно проста и практически ничем не отличается от производства обычного материала. В сырье добавляют разные красители, а также обязательно устанавливается строго заданная температура. Минус — высокий расход средств для придания желаемого оттенка.
Вторая технология уже сложнее, зато краситель уходит более экономно. Стекло изготавливается из двух слоев: первый — простой прозрачный лист, второй — либо тонкий крашеный, либо цветная оксидная пленка. Очень важно следить за линейным коэффициентом, он должен быть абсолютно одинаковым.
Особые виды стекла
Существуют особые виды стекла, которые могут использоваться в разных сферах и для разных целей. Разберемся подробнее в этом вопросе:
- Плоское стекло. Чаще всего его используют в окнах, дверях, автомобильных стеклах и так далее. Для изготовления жидкий материл доводится до желаемой толщины, а потом охлаждается и сгибается при необходимости. Стеклопакеты соединяют сразу несколько панелей в одну систему.
- Стеновые стеклоблоки. Для изготовления берут две разных половинки, которые спрессовывают и отжигают вместе. Их используют в архитектурной сфере для обустройства стен, люков и так далее. Стоит отметить, что такие изделия отличаются эстетичностью.
- Бронированное стекло. Оно является пуленепробиваемым и применяется в различных сферах промышленности. Выполняется из многослойного стекла, для изготовления которого прибегают к реализации специальных технологий. Подобный материал идеален для повышения безопасности: например, в ювелирных магазинах, банках.
- Кварцевое стекло. Считается одним из самых ценных. Выполняется из природного кристалла, который измельчают до гранулята и расплавляют. Чаще всего используется для изготовления деталей точной механики — например, кварцевых часов, контейнеров химических реагентов, лабораторного оборудования и так далее.
- Стеклокерамика. Сначала применялась для создания зеркал и креплений телескопов. Сейчас же из нее также изготавливают варочные панели и посуду. Производится путем «контролируемой кристаллизации».
- Светочувствительные стекла. Они позволяют получить картинку через образование микроскопических частиц из металла после воздействия электромагнитного излучения. Считается перспективным для выполнения всевозможных сложных микросхем.
- Стекловолокно. Расправленный материал пропускают через очень тонкие отверстия, в результате чего формируются нити, которые потом сплетаются друг с другом или остаются в пухлом веществе, применяемом для изоляции тепла или звука. Из стекловолокна делают различное спортивное оборудование, корпуса лодок и прочее.
- Жидкое стекло. Используется для заполнения пор и различных недостатков. Оберегает поверхности от воздействия влаги и солнца, а также прочих потенциально опасных факторов.
- Хрусталь. Из этого вида стекла выполняются элементы декора, имеющие красивый блеск.
- Богемское стекло. Производство ведется в Чехии и Силезии. Резка и гравировка производятся вручную.
- Оптическое стекло. Встречается в разных сферах: медицине, астрономии, фотоаппаратуре и так далее. Производство считается довольно сложным процессом, поскольку важна скрупулезная точность и чистота. Обработка осуществляется с помощью алмазных пил. Стандарты должны строго соблюдаться, в противном случае будет брак.
- Гнутое стекло. Зачастую применяется для витрин, необычных полок и мебели. Материал получают посредством медленного нагрева полотна до 650 градусов. Он смягчается и под собственным весом сгибается. Сам процесс занимает от двух до двадцати часов.
Технология производства стекла не стоит на месте и регулярно совершенствуется. Благодаря этому готовые изделия приобретают все более высокое качество. Знание особенностей создания стекла поможет выбрать самый качественный и подходящий для конкретной ситуации вариант.
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»