Бетон: что нужно знать о материале?
В строительстве бетон является наиболее распространенным материалом, без которого невозможно возведение никакого здания. Связано это с его высокими характеристиками и в первую очередь прочностью. Основными компонентами бетона являются цемент и песок. Кроме того, для улучшения параметров здесь еще присутствуют добавки. О процессе изготовления и свойствах бетона мы рассказывали здесь.
Марки бетона
Весь производимый бетон разделяется на марки, которые обозначаются буквой «М», а после нее ставятся цифры, указывающие степень прочности материала. Все марки имеют свои характеристики, которые зафиксированы в ГОСТе.
Основной составляющей бетона является цемент, качество которого напрямую влияет на прочность застывшей смеси. Во время его использования важно следить за сроком изготовления, поскольку при длительном хранении он утрачивает свои свойства.
М100
Такая марка бетона относится к недорогому материалу. Связано это с тем, что она обладает недостаточно высокими параметрами прочности. В результате ее использование возможно только при выполнении неответственных работ. Основная причина лежит в низком процентном содержании цемента.
Бетон М100 имеет следующие технические характеристики:
- Прочность. Изготовленный монолитный материал выдерживает максимальную нагрузку 0,098т/см2, что соответствует невысокой прочности застывшего раствора.
- Плотность. Данная величина равняется 2,37 т/м3-2,4 т/м3. Она может меняться с учетом присутствующих добавок.
- Морозостойкость. Данный показатель составляет F50-F100. Эти цифры указывают на способность марки выдерживать от 50 до 100 циклов замораживаний и оттаиваний. В дальнейшем на бетоне появятся трещины.
- Подвижность. Она выражается показателем П2-П4. Это достаточно высокая характеристика, указывающая на хорошую эластичность и текучесть бетона.
- Водонепроницаемость. Ее показатели равны W2-W4. Данная величина приемлема для создания качественного барьера от проникновения влаги.
- Жесткость. Она равняется Ж2-Ж4. Это позволяет застывшему материалу хорошо сохранять форму.
Каждый параметр может принимать определенное значение в пределах обозначенных границ с учетом используемых добавок.
Положительные стороны марки М100 выражаются в следующем:
- Низкая цена бетона, что отражается на уменьшении себестоимости строительных работ.
- Застывший раствор в течение длительного времени сохраняет свои характеристики.
- Монолит хорошо противостоит влажности.
Если обратить внимание на минусы, то с течением времени на материале могут формироваться трещины, поэтому он не применяется при возведении ответственных конструкций. При этом бетон марки 100 является распространенным материалом, и при его заказе никогда не возникает проблем.
М250
Выпускаемый бетон М250 не является распространенным строительным материалом. При этом он имеет достаточно высокие эксплуатационные характеристики, и его использование дает возможность выполнять сложные задачи. Такая марка обладает следующими техническими характеристиками:
- Водонепроницаемость. Данная величина равняется W2-W6. Она считается средней по устойчивости и колеблется в зависимости от присутствующих добавок.
- Морозоустойчивость. На этот показатель влияет качество используемого щебня. Он бывает F100, F150, F200.
- Плотность. Она составляет 2300 кг/м3. В зависимости от используемого наполнителя, эта цифра может иметь незначительные отклонения.
- Скорость затвердевания. Здесь имеется в виду текучесть раствора, которая составляет пределы П1-П5.
- Прочность. Бетон способен выдерживает давление 20 МПа.
Все параметры бетона М250 отражены в нормативных документах.
Бетон марки М250 имеет хорошие качественные характеристики, и это дает возможность применять его в следующих сферах:
- формирование фундаментов для небольших и многоэтажных зданий;
- создание перекрытий в домах;
- покрытие дорожек, площадок и отмосток;
- изготовление опор при изготовлении железобетонных конструкций.
Относительно заливки бетонных перекрытий можно прочитать информацию, изложенную здесь.
М300
Данная марка имеет хорошие показатели и невысокую стоимость, поэтому чаще всего применяется при строительных работах. Выпускаемый бетон обладает следующими свойствами:
- Морозостойкость. Это величина равняется F150-F200. Такое количество заморозок и оттаиваний до появления трещин может выдерживать материал.
- Водонепроницаемость. Показатель составляет W5-W8. Данный параметр можно повысить путем добавления специальных компонентов.
- Подвижность. Здесь имеется в виду текучесть бетона, составляющая П1-П5. Такие характеристики позволяют вести раствором заливку фундамента.
При изготовлении бетона все его параметры контролируются ГОСТом. Бетон М300 используются для постройки загородных домов и коттеджей. Такой раствор заливается при формировании стеновых блоков, различных перекрытий, перегородок и тротуарных бордюров. Также он нашел применение для заливки стяжки пола.
М400
Марка М400 относится к элитным растворам, поэтому применяется для изготовления ответственных изделий. Это отражается в особой прочности застывшей смеси. Бетон М400 обладает следующими характеристиками:
- Предельные нагрузки, которые может выдерживать данный материал, характеризуются показателем В30.
- Морозостойкость. Эта величина равна F100-F300.
- Водонепроницаемость. Составляет W6-W12. При этом материал способен выдерживать давление воды 0,6-1,2 Мпа.
- Плотность. Данный показатель равен 2400 кг/м³, что указывает на высокую долговечность и износостойкость материала.
- Подвижность. Текучесть раствора составляет П3-П5. В результате при его кладке не появляются трещины. Растворы часто применяются для заливки ответственных фундаментов.
Бетон М400 активно используется при монтаже автомобильных трасс и укладке железных дорог. Материал характеризуется надежностью и длительным сроком эксплуатации. При этом его цена достаточно высокая. Однако с учетом параметров, которые не может обеспечить никакая другая смесь, приобретение материала повышенной стоимости себя окупает.
Изготовление раствора
Основным компонентом в любой марке раствора является цемент. В зависимости от его качественных характеристик, формируется нужная прочность застывшего раствора. Если срок хранения составляет месяц, то свойства ухудшаются на 10%. После полугода все параметры понижают в 2 раза. Годичное хранение делает продукцию недопустимой к применению.
При хранении цемента следует обеспечить сухость в помещении, поскольку он хорошо притягивает сырость. Даже небольшое количество влаги приводит к его схватыванию и образованию монолита.
Второй обязательной составляющей раствора является песок, и лучше всего, чтобы он был крупнозернистым. Такой размер фракции часто присутствует в речном варианте. Преимуществом его использования является отсутствие в нем вредных примесей. При этом допускается применение и мелкого речного песка, но с обязательным проведением очистки от ила и глины. Присутствие всех нежелательных примесей уменьшает адгезию между компонентами бетона. Также в качестве замены песку может быть использован шлак.
Наполнители и добавки
Кроме цемента и песка в бетоне присутствует наполнитель. В этом качестве тут выступает щебень. Его фракции имеют шероховатую форму и размер от 5 до 35 мм. Присутствующий щебень может быть следующих видов:
- Гравий. Данный материал отличается универсальностью, поскольку может быть использован при заливке бетоном внешних и внутренних конструкций.
- Гранит. Отличается высокой морозостойкостью и малой степенью влагопоглощения.
- Известняк. Такой наполнитель имеет невысокую прочность, поэтому используется только при проведении внутренних работ.
Чтобы улучшить качественные характеристики бетона, в него замешиваются еще следующие виды добавок:
- Пластификаторы. За счет их присутствия улучшается качество бетона без увеличения процентного содержания цемента. У застывшей смеси повышается морозостойкость, пластичность и вязкость.
- Армирующие волокна. В их основе лежат полипропиленовые или поливинилхлоридные вещества. Такие компоненты уменьшают формирование в бетоне трещин.
- Мыльный раствор. Повышает пластичность бетона.
- Клей ПВА. Усиливает прочность состава.
- Измельченное стекло. Кроме повышения прочности стекло улучшает гидроизоляционные свойства продукции.
- Поваренная соль. Присутствие такой добавки дает возможность работать с раствором в условиях отрицательных температур.
Кроме того, существуют еще пигментные добавки, которые формируют цвет застывшему раствору. Всю необходимую информацию о добавках в бетоне можно получить здесь.
Замес бетона
При формировании раствора компоненты смешиваются в определенных пропорциях. Обычно гравий песок и цемент берутся в следующем составе: 4:2:1. При этом количество добавок закладывается с учетом необходимости выполнения конкретных условий.
Количество воды заливается в зависимости от влажности каждого из компонентов, поэтому здесь точного расчета не существует. Обычно за основу принимаются усредненные данные. Сначала ее литраж берется в 2 раза меньше объема положенного цемента, а затем жидкость добавляется по мере необходимости. При этом следует понимать, что жидкий раствор после затвердевания может растрескаться, а недостаток влаги уменьшает пластичность бетона. В случае, когда требуется увеличенная прочность монолита, объем щебня повышается до 5 частей.
Процедура замеса раствора ведется в бетономешалке. Такая работа совершается в следующем порядке:
- В бетономешалку заливается небольшое количество воды. Она должна присутствовать в минимальном объеме.
- Засыпаются в нужных пропорциях цемент и песок.
- Все компоненты перемешиваются в течение 5 минут.
- Добавляются оставшиеся составляющие, и смесь перемешивается еще 10 минут. В случае необходимости постепенно добавляется понемногу жидкость.
Замешанный раствор изымается из бетономешалки и помещается на подготовленную площадку.
Набор бетоном прочности
Прочность относится к основной характеристике бетона. Она нарастает по мере затвердевания раствора. Даже после формирования монолита этот параметр продолжает усиливаться.
Процесс набора прочности является результатом химической реакции, которая происходит при контакте цемента с водой. Такое взаимодействие носит название гидратация. В течение непродолжительного времени состав твердеет и каменеет. Происходит это в два этапа:
- Схватывание. Постепенно у жидкого раствора ухудшается подвижность. Особенно это быстро происходит в теплую погоду. Только с помощью специальных пластификаторов затвердевание можно замедлить.
- Затвердевание. После прохождения этапа схватывания наступает непосредственно набор бетоном прочности. Такой период активно длится не менее 3 недель. При этом его продолжительность не ограничена и может продолжаться даже несколько лет.
На затвердевание смеси оказывают влияние следующие факторы:
- Температура окружающей среды. Оптимальной температурой гидратации считается + 20⁰, когда бетон затвердевает и в течение непродолжительного времени набирает прочность. Если преобладает морозная погода, из-за замерзания воды процесс гидратации останавливается и начинается вновь только после наступления тепла.
- Уровень влажности. Такой показатель должен быть равен 80%. В таких условиях бетон очень быстро набирает прочность. Снижение этой нормы сразу же уменьшает затвердевание смеси. Причиной является быстрее испарение воды в условиях сухого климата. Это не позволяет усиливаться бетону.
- Погодные условия. Лучше всего проходит процесс гидратации в условиях прохладного климата, когда на бетон не попадают прямые солнечные лучи. В этот период отсутствует ускоренное высыхание, что сказывается на усилении прочности бетона. Также не следует вести укладку раствора при ветреной погоде, поскольку уложенный раствор быстро высыхает, что нежелательно для процесса гидратации. Хорошо делать замесы в зимнее время года, когда стоит температура несколько выше нуля градусов.
- Выдержка по времени. Если знать все исходные параметры сделанного замеса, то вычислить время его затвердевания для приобретения им максимальной прочности можно по таблице.
- Марка цемента и добавки. Чем выше марка цемента, тем быстрее происходит затвердевание бетона. Однако в любом случае этот срок должен быть не менее 3 недель. С целью ускорения такого процесса используются специальные добавки. Если работы проводятся в зимнее время, то применяются вещества, обеспечивающие тепловыделение с целью устранения возможности замерзания воды. В летний период применяются добавки другого типа, предохраняющие бетон от быстрого высыхания.
- Трамбовка бетона. С помощью вибрационных установок процесс гидратации происходит ускоренным путем.
На залитый бетон дают максимальную нагрузку только после того, когда он наберет свою требуемую точность.
Процесс затвердевания бетона можно ускорить или замедлить. Делается это следующими способами:
- Умышленно понижается объем воды с целью увеличения у бетона жесткости. При этом существенно усложняется последующая процедура трамбовки.
- Подача горячего пара. Процесс является достаточно эффективным, потому что при его проведении бетон не пересыхает. Однако в случае его применения значительно увеличиваются затраты.
- Использование ускорителей. Такие вещества существенно ускоряют затвердевание бетона, но конечная прочность получается недостаточно высокой.
- В морозную погоду прогрев бетона допускается вести инфракрасными лучами или с помощью укладки светоотражающих полотен.
Ускорить процесс затвердевания бетона можно путем заливки его в опалубку. Ускорение происходит за счет того, что раствор находится в ограниченном пространстве, и у него отсутствует подвижность. Доски снимаются через неделю. Обычно за этот период бетон набирает порядка 70% своей окончательной прочности.
Снижение качества бетона
Чтобы у рабочей смеси после изготовления не снижались характеристики, необходимо быстро и правильно доставить ее на объект. Делается это с помощью специализированной техники. При неправильной транспортировке свойства бетона могут ухудшиться. Причины носят следующий характер:
- Расслоение раствора. Происходит это при движении по плохим дорогам из-за сильной тряски грузовика. В результате тяжелые компоненты раствора опускаются на дно, а легкие составляющие всплывают вверх цистерны. Особенно это часто происходит в тех случаях, когда соотношение цемента и воды было не выдержано, и жидкости оказалось больше требуемой нормы.
- Схватывание смеси раньше времени. Бетон должен постоянно перемешиваться, потому что в неподвижном состоянии он схватывается уже через 50 минут. Особенно этот процесс усиливается в сильную жару.
Если при транспортировке раствора произошло его расслоение, то использование смеси запрещено.
Итого, бетон является материалом, который после замеса необходимо сразу же выработать в кратчайшие сроки. Связано это с небольшим периодом времени его застывания. Поэтому требуется правильное проведение расчетов количества замеса. В случае ошибки застывший бетон выбрасывается, что приводит к лишним расходам.
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»