Опалубки для изготовления монолита бетона
В процессе строительства постоянно возникает необходимость в изготовлении бетонного раствора, что необходимо для формирования стен и перекрытий зданий. Для выполнения такой работы используются опалубки, которые ограничивают перемещение бетонной смеси в определенных рамках. Их конструкция имеет множество разновидностей и зависит от вида проводимых работ. Подробно мы говорили об этом здесь.
Общие правила монтажа опалубки
Вне зависимости от разновидности конструкции, в состав опалубки входят щиты, зафиксированные специальными упорами. При этом в каждом конкретном случае опалубка имеет свои индивидуальные особенности. Однако их монтаж осуществляется на основании общих правил. Сначала ведутся подготовленные работы, состоящие в следующем:
- На начальной стадии со строительной площадки убирается весь присутствующий на ней мусор.
- Ведется проверка горизонтальности участка. При наличии неровностей их устранение ведется путем среза почвы. При этом не допускается заполнение углублений путем подсыпки щебня.
- По углам будущего помещения фиксируются маяки. Они должны быть точно выставлены без отклонений по горизонтали и вертикали.
Далее происходит непосредственный монтаж опалубки. С этой целью подбираются доски, деревянные щиты, также может быть использована фанера.
Во время сборки опалубки придерживаются следующих условий:
- При использовании щитов они должны иметь квадратную или прямоугольную геометрию. Это наиболее оптимальная форма конструкции, которая может иметь произвольные параметры. Если в качестве исходного материала для опалубки применяются доски, то их торцы тщательно подгоняются, чтобы через стыки не выливался раствор. Обычно они берутся толщиной 40 мм. Также обращается внимание на отверстия, образовавшиеся после выпадения сучков, которые обязательно забиваются паклей.
- Если используется фанера, то толщина листа должна быть не менее 15 мм.
- Во время монтажа опалубки ее стенки должны быть обязательно укреплены распорками. Это необходимо для того, чтобы под давлением раствора не произошло расширения конструкции.
- Перед заливкой смеси внутрь опалубки прокладывается гидроизоляция. Делается это для того, чтобы жидкий бетон надежно удерживался в своих границах.
Иногда опалубка изготавливается из пластика. Такой материал отличается долговечностью и прочностью. При этом он имеет высокую стоимость. Однако пластиковая опалубка себя окупает, поскольку она может использоваться несколько раз.
Процедура установки опалубки происходит в следующем порядке:
- После окончания разметки на территории начинается выкапывание траншеи.
- Если планируется опалубку изготавливать из досок, то они сбиваются до получения конструкции нужных параметров.
- Начинается монтаж опалубки. Она обязательно проверяется на вертикальность расположения. После этого конструкция скрепляется поперечинами.
- Установленная опалубка снаружи подпирается распорками.
Внутренняя часть конструкции устилается пленкой, которая выполняет функцию гидроизоляции и предотвращает вытекание из щелей бетона.
Разновидности изделий для стен
При изготовлении фундамента параметры опалубки не имеют больших размеров. Если происходит формирование бетонных стен, то для нее требуется применение особой конструкции. Связано это с необходимостью создания мощного монолита. В процессе заливки бетона идет сильное давление на опалубку, поэтому при изготовлении опалубки особое внимание уделяется ее прочности. Для этого могут быть использованы такие материалы как металл, доски, пенополистирол, листы OSB или фанера.
При формировании бетонных стен конструкции опалубки бывают двух видов:
- Съемная. Она чаще всего изготавливается из металла, но до этого могут использоваться и доски. Перед их применением поверхность древесины обязательно тщательно обрабатывается. Такой вид опалубки выполняет свои функции только до затвердевания бетона, а затем она убирается.
- Несъемная. Изготовление такого вида опалубки ведется из теплоизоляционных материалов. Связано это с тем, что после окончания строительных работ она остается на месте. В результате помещение утепляется, и у него улучшается качество звукоизоляции. Об особенности конструкции несъемных опалубок можно почитать здесь.
Как и монтаж фундамента, изготовление опалубки требует серьезного подхода. В первую очередь это касается расчета будущей конструкции. Во время его проведения в качестве исходных данных используются следующие показатели:
- объем будущего пространства, в которое планируется заливать бетон;
- толщина изготавливаемого монолита.
Затем начинаются расчеты опалубки, на основании которых определяются следующие показатели:
- необходимая несущая способность будущей опалубки;
- подготовка требуемого количества материалов для изготовления конструкции;
- разрабатывается технология ее изготовления.
После проведения всех расчетов определяется число опор, которые будут располагаться снаружи опалубки с целью ее усиления под воздействием внутренних усилий. Также обязательное условие — определение стоимости конструкции.
Использование древесины
Если планируется изготовление опалубки из древесины, то часто для такой цели подбираются доски. После обработки торцов они сбиваются в щиты. В этом случае при заливке стен или перекрытий конструкция имеет увеличенные параметры. Также возможно изготовление деревянной опалубки путем использования ОSВ. При этом основным условием является хорошая пропитка материала, так как важно, чтобы он обладал высокой влагостойкостью.
Для усиления конструкции снаружи крепятся ребра жесткости. Иногда они выступают в качестве элементов наружной фиксации для устранения деформации опалубки при сильных внутренних усилиях. Кроме того, для таких целей также применяются деревянные бруски. Наружная часть может быть ограничена колышками, прижимными досками или подкосами.
Если опалубка состоит из нескольких частей, то между собой они скрепляются с помощью стяжек или проволочных элементов. При этом основным условием является устранение всех щелей между досками, через которые может выйти наружу раствор. На основании существующих стандартов максимальная величина зазора может составлять не больше 3 мм. Чаще всего жидкая смесь выходит наружу во время ее трамбовки. Иногда появляется только одна вода, что тоже относится к негативному явлению из-за снижения общего количества раствора. Чтобы полностью устранить такое явление, лучше всего даже небольшого размера щели между древесным материалом устранять с помощью пакли.
Опалубка из металла
Хорошим вариантом является изготовление опалубки из металла, в качестве которого может быть использован листовой прокат толщиной порядка 1,5 мм. Основанием для этого служит каркас. В его состав входят следующие элементы:
- трубы;
- уголки;
- металлический лист.
Сначала к трубам привариваются уголки, а затем с помощью саморезов или сварки крепится лист. Такая конструкция относится к съемной разновидности.
Другим вариантом металлической опалубки съемного типа является конструкция в виде обрешетки. В ней ячейки имеют квадратную форму, а размер стороны может лежать в пределах 0,2-0,4 м. Тут многое зависит толщины используемого металлического листа.
Чтобы конструкция обладала увеличенной жесткостью, в верхней части изделия привариваются перемычки. Их присутствие уменьшает возможность расхождения элементов опалубки. Во время заливки бетона внутри прокладываются трубы для прохождения коммуникационных систем.
Как только раствор помещается внутрь опалубки, щитам обеспечивается неподвижное состояние. Это осуществляется фиксацией распорок снаружи, для чего могут быть использованы металлические трубы или деревянные балки.
Демонтаж съемной конструкции
Съемная опалубка используется только до момента застывания монолита, а после этого убирается. Период ее использования может продолжаться до недели, хотя при хорошей погоде опалубка снимается уже через несколько дней. Здесь многое зависит от климата региона. Демонтируется опалубка за несколько шагов:
- Сначала снимаются сцепляющие элементы, которые удерживают состыкованные между собой щиты.
- С наружной стороны убираются откосы или другие элементы, которые предотвращают расширение опалубки.
- После освобождения конструкция осторожно снимается.
Процедура демонтажа опалубки требует аккуратного проведения работы. Ее снятие возможно только в том случае, когда присутствует уверенность, что бетон полностью затвердел. Процесс начинается с отклонения щитов от самой верхней точки, и только после этого они убираются.
Особенности несъемной опалубки
Если при формировании монолита используется несъемная опалубка, то после окончания проведения работ она не снимается. В результате строение дополнительно утепляется. Для удержания конструкции в ее состав входят блоки, с присутствующими в них замками для фиксации. Изготавливаются несъемные опалубки из следующих материалов:
- Пенополистирол. Опалубка обладает высокой прочностью. За счет небольшого веса с ней удобно работать. Такой материал хорошо пропускает воздух, что является его существенным преимуществом. После установки опалубки из пенополистирола в доме формируется дополнительная теплоизоляция.
- Арболитобетон. Материал содержит в себе дробленую древесину, цемент и некоторое количество химических добавок. Его особенностью является наличие в нем пузырьков воздуха. В результате изделия не подвергаются гниению и имеют хорошую влагостойкость.
- Фибролит. В основе таких опалубок лежит древесная стружка вместе с каустическим магнезитом. Полученные изделия обладают высокой морозостойкостью и экологической чистотой.
Пенополистирол чаще всего применяется для несъемных опалубок. Связано это с его небольшим весом, что отражается на удобстве монтажа. Соединение плит ведется между собой установкой замков и ряда перемычек. В результате обеспечивается цельность конструкции и не требуется применение подпорок. Внутри опалубки изготовлены пазы, позволяющие обеспечить качественное сцепление материала с застывшим монолитом. Внешняя сторона гладкая, поэтому на ней удобно вести финишную отделку.
Скользящая конструкция
Использование при формировании бетонных стен скользящей опалубки считается новаторским вариантом. В состав такой конструкции входят следующие компоненты:
- Щиты. Они могут быть изготовлены из металла, также используется еще фанера. С учетом геометрии стен щиты бывают разной конфигурации.
- Домкратная рама. С ее помощью опалубка выдерживает вес всей конструкции.
- Домкратные стержни. Они имеют вид толкателей, у которых щиты во время выполнения строительных работ можно перемещать в разных направлениях. Достигается это ручным способом или с помощью электрического двигателя.
- Направляющие. Это элементы, по которым перемещаются щиты.
В том случае, когда в качестве исходного материала для скользящей опалубки используется металл, на его внутреннюю сторону обязательно наносится специальный состав. Делается это с целью устранения прилипания застывшего бетона к металлической поверхности.
После установки опалубки она заполняется раствором. На следующем этапе щиты перемещаются вверх по металлическим направляющим. В нужной точке они соединяются болтовыми соединениями. Основным условием являются контроль вертикальности их положения.
Существующие скользящие опалубки изготавливаются двух видов:
- Крупнощитовая. При ее монтаже обязательно требуется использование специализированной техники, поскольку опалубка обладает большим весом. Также с помощью оборудования ведется последующая трамбовка бетона.
- Мелкощитовая. Это конструкция небольшого веса, поэтому ее установка ведется вручную. Такую опалубку удобно использовать при строительстве здания любого размера.
Преимуществом обоих видов скользящих опалубок является то, что их можно использовать при возведении стен здания любой геометрии. Они применяются во время строительства круглых и прямоугольных помещений, поскольку есть возможность ведения заливки бетона выпуклых и вогнутых поверхностей.
Установка скользящей опалубки ведется за несколько шагов:
- Опалубка, которая ранее использовалась, тщательно очищают от налипшего бетона. Также просматривается вся конструкция и устраняются найденные на ней дефекты.
- На внутреннюю поверхность опалубки наносится смазывающая эмульсия.
- Устанавливаются домкраты с направляющими стержнями. Для этого последние замуровываются в фундамент помещения.
- Составляется короб. В его состав входит дно, а также внутренние и внешние щиты. Устанавливается он на домкратную раму.
- На основании составленного проекта внутрь короба закладывается армирующий пояс.
- Чтобы правильно выдержать будущую ширину бетонного монолита, при установке опалубки используются специальные шаблоны. Они в количестве от двух единиц также закладываются в короб.
- Заливка бетона ведется рабочими. Располагаются они на подмостках, которые подвешиваются к сторонам короба.
- После заполнения всей полости жидким бетоном и его последующего затвердевания вся конструкция с помощью домкратов поднимается на требуемую высоту.
Скорость работы по возведению бетонного монолита может составлять до 4 м в сутки.
Применение скользящей опалубки обладает рядом следующих преимуществ:
- высокая скорость заливки монолита;
- малое количество задействованных специалистов;
- большая экономия средств при проведении работы.
При этом следует отметить и недостатки таких изделий:
- сложность конструкции, что требует для ее установки привлечения работников высокой квалификации;
- потребность постоянной доставки бетонного раствора и недопустимость перебоев в работе.
Однако при анализе больших преимуществ использования скользящей опалубки эти недостатки полностью перекрываются существенными достоинствами.
Опалубка для формирования перекрытий
Для заливки бетонных перекрытий к опалубке предъявляются особые требования. Она должна быть прочной, надежной и способной выдерживать большой вес монолита. Сборка конструкции ведется на высоте и состоит из ряда этапов:
- По периметру всех стен устанавливаются телескопические стойки на расстоянии 1 м. При этом все они должны заканчиваться на одном горизонтальном уровне.
- Сначала укладываются на опоры продольные брусья, а затем поперечные деревянные балки с шагом 20-60 см.
- Сверху крепится саморезами фанера.
- В качестве вертикального ограждения используются доски толщиной 30-40 мм. Поскольку опалубка является съемной, внутри нее прокладываются трубы, через которые потом протягиваются инженерные коммуникации.
Существенным преимуществом опалубки для перекрытий является ее возможность многоразового применения, поскольку после формирования монолита она демонтируется, очищается и пускается в повторное использование.
Для возведения бетонных стен и перекрытий вопрос применения опалубок существует постоянно. Это обеспечивает им стабильную модернизацию. С течением времени конструкции все более усложняются, что приводит к их совершенствованию. В результате появляется возможность увеличения скорости проведения работ с уменьшением затратных составляющих.
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»