Модульное строительство многоквартирных зданий
Востребованность строительства многоквартирных домов растет с каждым годом. Связано это с тем, что в одном здании можно поселить большое количество жильцов или использовать его как коммерческое для магазинов и офисов. Минусом конструкции считается длительный срок строительства и большое финансовое вложение. Перечисленные недостатки можно существенно уменьшить, если возводить модульные многоквартирные сооружения. Обсудим, что такое дома из модулей, в чем преимущества и недостатки метода, а также особенности конструкции.
Особенности модульных зданий
В настоящее время при строительстве домов важную роль играют сроки возведения и финансовые вложения, чем быстрее и дешевле застройщик предлагает выполнить работу, тем больше у него будет заказчиков. В связи с этим исполнители все чаще стали предлагать возведение зданий из модулей. Далее рассмотрим почему конструкция носит такое название.
При возведении зданий данным методом используются готовые блоки — модули. Строительство начинается с составления проекта дома, в котором осуществляются расчеты по нагрузкам, выбору вида фундамента, коммуникаций и т.д. По данным проекта выбирают и заказывают модули. Далее блоки доставляют на объект и после оформления фундамента возводится дом. В завершении внутри и снаружи зданий делается отделка.
При строительстве многоквартирных сооружений из блоков огромную роль играет профессионализм и наличие опыта у рабочих, осуществляющих монтаж и отделку. Дополнительно от знаний зависит качество оформления коммуникаций (водоснабжение, отопление и проводка) и их подключение.
Для строительства многоквартирных сооружений используют модули, состоящие из: металлического каркаса, утеплителя и древесной плиты, также предусмотрены коммуникации. Вид материалов и конструкция подбираются индивидуально в зависимости от специфики здания. Например, вместо каркаса из металла может использоваться брус, а деревянная обшивка заменена на металлопрофиль.
При возведении многоквартирных домов из модулей около 80% работ — это производство блоков, а 20% — сборка здания на месте его возведения. При этом объем работ на оформление фундамента учитывается отдельно, но так как такие конструкции существенно легче, то для их установки особо прочная основа не нужна. Кроме этого, модульные здания отличаются от капитальных: коротким сроком монтажа, невысокой ценой и меньшей сложностью строительных работ.
Преимущества и недостатки зданий из модулей
Рассмотрим подробнее все плюсы и минусы многоквартирных сооружений из модулей. К преимуществам строений относят:
- Быстрота и простота возведения здания. При сравнении с капитальным строительством, сооружение модульных зданий занимает в два раза (иногда и больше) меньше времени.
- Экономия бюджета. Благодаря быстроте возведения сооружения на строительство тратится меньше средств, например, оплата труда рабочим, расходы на освещение строительной площадки и т.д.
- Блоки производят в цехах, поэтому погодные условия не затормаживают строительство и не влияют на качество сооружения.
- Разнообразие размеров блоков. Максимальная длина может составлять до 12 метров.
- При возведении здания не образуется мусор. Это помогает экономить время и деньги (не нужно заказывать машину для вывоза отходов).
- Экологичность. Модули изготавливают из безопасных материалов, которые не выделяют вещества вредные для человека и окружающей среды.
- Высокая надежность. Производители блоков изготавливают модули с соблюдением ГОСТов и строгим контролем качества на каждом этапе.
- Качественная теплоизоляционная оболочка. Достигается это за счет отсутствия многогранных выступов, башен и других архитектурных элементов.
- Не требуется сооружения особо прочного фундамента, так как конструкция имеет небольшой вес при сравнении с капитальными зданиями. Это также позволяет экономить деньги и время.
- Здания из модулей можно возводить на неровном рельефе. Например, на склоне. Также допускается установка в сейсмоактивной зоне.
- После возведения сооружения можно сразу приступать к отделке, так как из-за легкости конструкции усадки фундамента нет.
- Строение, после монтажа блоков, быстро сдается в эксплуатацию, так как все необходимые коммуникации предусмотрены в блоках, их достаточно только подключить.
- Идеальный внешний вид. Стены строения ровные, окна расположены симметрично и т.д.
- Мобильность. Невысокие многоэтажные дома можно разбирать на блоки и перевозить на специализированном транспорте на новое место.
- Можно изменять конфигурацию зданий, пристраивая к ним дополнительные блоки.
Есть у модульных зданий и минусы: пределы по этажности, (всего допустимо 3, так как, чем ниже здание, тем надежнее его конструкция), ограничения по конфигурации, высокая стоимость перевозки и сложность транспортировки блоков на объект, плохая вентиляция модуля (требуется использование мощной вытяжки), также производители указывают максимальный срок эксплуатации до 70 лет, но значение на данный момент не подтверждено.
Сферы применения модульных зданий
Модульные сооружения очень популярны за рубежом, в России метод еще только начинает развиваться. В настоящее время из блоков возводят коттеджи и жилые дома, которые требуют использования особо прочных и утепленных модулей с необходимой коммуникацией для комфортного проживания. Военные здания, при их строительстве необходимо, чтобы постройка была особо прочной и защищенной от несанкционированного проникновения.
Сооружения для выставок, которые делают чаще одноэтажными используя легкие модули, чтобы конструкцию было просто демонтировать и перемещать на новое место. Промышленные помещения, сооружение должно быть пожароустойчивым, иметь необходимую коммуникацию, а также защищенным от взлома. Склады, при изготовлении модулей используют двери, защищенные от взлома, а также внутренние панели обрабатывают противопожарными средствами.
Гостиницы, торговые и офисные центры. В таких постройках необходимо тщательно продумать оборудование коммуникациями. Кафе, столовые. Их сооружают из легких блоков оснащенных достаточным количеством коммуникаций. Из модулей часто возводят летние варианты кафе, которые закрывают на зимнее время. Такие постройки более дешевые, так как не требуют проведения отопления.
Поликлиники и больницы. Постройки должны быть максимально надежными и оснащены усиленной проводкой, чтобы обеспечить бесперебойную работу оборудования. Также в России максимальное распространение получили модульные летние домики, которые строят для приема туристов. Благодаря разнообразию комбинаций соединения модулей можно создать интересную конфигурацию с большим количеством комнат.
Классификация многоквартирных домов из модулей
Здания, возводимые из блоков, имеют множества классификаций. Рассмотрим основные из них:
- По скорости возведения: блочно-модульные, которые требуют более тщательной установки, и быстровозводимые.
- По климатической ориентированности: утепленные, для северных регионов, всесезонные и летние.
- По габаритам. Габаритные с шириной 250 см и негабаритные — более 250 см.
- По виду блоков: профилированный металлический лист на каркасе, плиты из ОСБ и сэндвичи.
- По мобильности. Немобильные и мобильные. Последний вариант состоит из разборных модулей, которые легко транспортировать на другое место.
Также здания из модулей разделяют по назначению: жилые, производственные, общественные, складские и вспомогательные.
Особенности конструкции многоквартирных домов из модулей
Здания из блоков по коммуникации, надежности, теплоизоляции и другим параметрам не отличаются от капитальных домов. Возведение сооружения начинается с фундамента, вид которого зависит от количества квартир и цели применения здания. При оформлении основы заранее проектируется прокладка коммуникаций, так как в зависимости от вида фундамента электрокабеля, водопроводные трубы и т.д. может потребоваться проложить заранее.
Далее на объект доставляются модуля, состоящие из верхнего и нижнего перекрытия и стен, которые могут быть, как с трех сторон, так и с четырех, но тогда в одной стене устанавливается дверь. Также в модуле могут быть предусмотрены межкомнатные перегородки. Пол, потолок и стены имеют теплоизоляционный контур, при этом пол имеет дополнительную гидроизоляцию. На внешних стенах модуля установлены окна, которые могут быть как пластиковыми, так и деревянными.
После установки модулей, их фиксируют. Если запланировано возведение капитального многоквартирного здания, то блоки скрепляют сваркой, временные дома, которые планируется демонтировать устанавливают без сварки модулей. После фиксации устанавливают стропила и оформляют крышу, вид конструкции указан в проекте. При ее монтаже применяют утеплитель, гидро и ветрозащиту, а также пароизоляцию.
В завершении выполняют внутреннюю и внешнюю отделку готового здания для придания ему эстетического вида. Временные постройки во внешней обшивке не нуждаются. Конструкция модульного многоэтажного дома может отличаться от классической по индивидуальным пожеланиям заказчика, которые прописываются в проекте.
Для создания модулей многоквартирных домов чаще используют сэндвич-панели, которые состоят из двух пластин и утеплительного слоя между ними. Разберемся, почему изделия пользуются спросом:
- При использовании сэндвич-панелей сборка модулей по замерам выполняется в короткие сроки. В результате возведение здания занимает меньше времени.
- Многоквартирные дома из таких модулей обладают высокой звуко- и теплоизоляцией, что обеспечит комфортное проживание жильцам.
- Невысокая цена конструкции из сэндвич-панелей.
- Большой выбор цветовой гаммы и материалов и фактуры плит.
К минусам относят возможность деформации, в случае воздействия на них нагрузки выше допустимой.
Основные этапы возведения модульных многоквартирных домов
Рассмотрим по каким этапам выполняется строительство многоквартирных сооружений из модулей:
1 этап
Работы начинаются с изучения грунта, глубины расположения подземных вод, особенностей рельефа и других параметров, которые необходимы для выбора фундамента. Далее с клиентом оговариваются особенности конструкции здания:
- планировка расположения квартир и всей постройки;
- этажность: 1, 2 или 3 этажа;
- где будут находиться двери и окна;
- схема размещения инженерных систем;
- индивидуальные пожелания заказчика, которая чаще затрагивает отделку и особенности расположения коммуникаций.
После получения всех данных выполняются расчеты и составление документов. После этого оформляется разрешение на строительство.
2 этап
Следующий шаг — подготовка участка. Для этого убирают весь мусор, подводят коммуникации и оформляют фундамент. Если почва каменистая и возводится одноэтажное многоквартирное здание, то возвести его можно без фундамента. В оставшихся случаях основа необходима. Ее вид определяется по типу грунта и нагрузке здания.
3 этап
Пока рабочие оформляют фундамент на объекте, на производстве приступают к изготовлению модулей. В зависимости от модели дома, блоки могут иметь следующую комплектацию:
- с полным или частичным выполнением внутренних отделочных работ;
- с проложенной системой коммуникаций внутри всей конструкции;
- с сантехникой и установленной системой отопления.
В дополнении к блокам может прилагаться мебель, например при строительстве многоквартирных складских помещений изготавливают стеллажи.
Сами модули производят по следующим шагам. Сначала делают секции, которые собираются в единую конструкцию, формируя готовое здание. Затем в сборке проводят коммуникации. После проверки качества сооружения всю документацию на дом передают заказчику, в том числе с указанием гарантии. Этап занимает от 2 до 4 месяцев. Срок зависит от количества квартир и этажей дома. Важно. Все работы выполняются на территории производителя, а не на объекте проведения строительства.
4 этап
На этом этапе выполняется доставка готовых секций на стройку, но предварительно их на заводе тщательно запечатывают в плотную пленку. Средний вес конструкции составляет 3 тонны. Далее модули погружают на специализированную технику и доставляют на объект, где выполняется строительство. Чтобы не возникло проблем с подъездом транспорта, заказчик должен тщательно подготовить территорию. Зимой необходимо убрать снежные сугробы, а если бездорожье из-за размытия дороги дождями, то рекомендовано заранее заключить договор с транспортным вертолетом, для доставки блоков.
Транспортировка готовых модулей может выполняться как самим клиентом, так и исполнителем, заключив договор с транспортной компанией. В последнем случае цена доставки входит в стоимость работ и указывается в договоре. Общая сумма услуги зависит от количества модулей многоквартирного дома и удаленности завода производителя от места возведения здания.
5 этап
На этим шаге выполняется сборка дома на объекте. На строительной площадке рекомендовано заранее установить строительный кран с грузоподъемностью не менее 3 тонн и продумать место для выгрузки модулей, если их много. Если завод изготовитель не оформил в модулях дверные и оконные проемы, то их делают на месте используя болгарку, а также оборудование для обработки места среза материала, чтобы придать ему ровный вид. Далее выполняется сборка многоквартирного здания из модулей согласно проектной документации.
6 этап
Завершающий этап, на котором выполняется отделка здания. Для наружных работ чаще используют панели и другие отделочные материалы, которые позволяют выполнить работы в короткие сроки и при этом сэкономить. При желании клиента могут применяться индивидуальные дизайнерские решения, но тогда следует учитывать, что этап займет больше времени и будет стоить дороже.
При внутренней отделке в первую очередь оформляют теплоизоляцию пола на первом этаже и потолка на верхнем, если здание двух или трехэтажное. После этого прокладывают электрокабеля. Они должны располагаться в специальных трубках, защищающих дом от пожара, который может возникнуть в случае перепадов напряжения в энергосистеме. Затем в стенах делают розетки и выключатели.
После окончания работ с проводкой, устанавливают светильники. Далее в помещениях оформляют вентиляцию, подключают и проверяют как функционируют: водопровод, канализация и отопительная система. И самый последний, завершающих штрих — внутренняя декорация помещения. Создания натяжных потолков или теплого пола, оклейка стен обоями и т.д.
Советы клиенту
При выборе возведения многоквартирного модульного дома особое внимание уделите отзывам о компании, в которую обращаетесь за услугой и наличие сертификатов на проведение работ. Кроме этого, выбирайте фирму, которая выполняет строительство под ключ, это позволяет гарантировать максимально высокое качество постройки. Так, как например, при заказе модулей у одного производителя, окон у второго, а монтаж у третьего, то скорее всего в готовой постройке будут расхождения в стыках или возникнут перекосы при монтаже.
Подведем итоги. Модульные многоквартирные дома в России в настоящее время являются новинкой, но уже успешно внедряются. Их превосходство обосновано невысокой ценой и коротким сроком строительства. При этом конструкции по сохранению тепла и комфорта не уступают капитальным домам. Стоимость и длительность возведения сооружения зависят от количества используемых блоков, этажности здания и выбранного дизайна.
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»