Эффективные решения для городской застройки


Версия для печати

С каждым годом условия для строительства в черте крупных городов становятся сложнее. Там, где ранее было достаточно учитывать лишь свойства грунтов, сегодня необходимо заботиться и об окружающей застройке. Как сделать процесс выбора оптимального типа фундамента, устройства городских коммуникаций и других сооружений более эффективным, рассмотрели участники I Международного форума проектировщиков и строителей "Геотехника и высотное домостроение", который на два дня собрал в бизнес-центре "Виктория" экспертов в области строительства из Германии, Франции, Литвы, России и, конечно, Беларуси. Организатором мероприятия выступила компания "Ярос строй".

Актуальные направления современного фундаментостроения

"Это очень символично, что первый форум такого плана посвящен теме устройства фундаментов — той основы, на которой базируется любое здание, — отметил заместитель Министра архитектуры и строительства Республики Беларусь Д. И. Семенкевич. — Для нас данная тема является новой, требующей нетривиального подхода, ведь в высотном строительстве, которое сегодня набирает темп в нашей стране, не существует типовых решений. Учитывая, что это направление будет у нас только развиваться, стоит ответственно подойти к изучению опыта других стран".

Действительно, в настоящее время условия строительства в крупных городах таковы, что наиболее интенсивно строительные работы ведутся в их центральной части. Это связано, с одной стороны, с привлекательностью для инвесторов размещения объектов в районах с уже развитой инженерной инфраструктурой и наибольшей концентрацией населения, а с другой — с исторической "психологией" престижности объектов недвижимости в ядре мегаполиса. Как отметил ведущий инженер ОАО "Буровая компания "Дельта" А. Н. Невейков, ограниченность городской черты и свободной земли внутри нее, а также высокая ее стоимость вынуждают расти ввысь, осваивать подземное пространство и уплотнять застройку. Строительство и реконструкцию в условиях существующей городской застройки следует осуществлять методами, обеспечивающими защиту эксплуатируемых зданий и сооружений от повреждений (предотвращение деформаций, обеспечение прочности и устойчивости существующих построек). Одним из методов, все шире используемых в стесненных условиях, является устройство ограждений сооружений и противофильтрационных завес с применением траншейных и свайных стен (способ "стена в грунте"). Технические параметры таких конструкций зависят от глубины, нагрузок и размеров предполагаемого котлована, инженерно-геологических условий и особенностей площадки строительства.

Традиционно для устройства "стена в грунте" используют грейферный ковш. Однако особенности данной технологии требуют применения большого количества специального оборудования для приготовления, очистки и последующего хранения бентонитового раствора. В условиях плотной городской застройки размещение оборудования на стройплощадке, вывоз грунта, загрязненного бентонитовым раствором, с его последующей утилизацией создают проблемы и требуют дополнительных затрат. Поэтому для устройства "стен в грунте" все шире используются свайные технологии. С мнением белорусского коллеги согласился главный инженер SOLETANCHE BACHY (Франция) Ежи Мэйер. Он выразил уверенность, что "стена в грунте" является лучшим решением для сохранения городской застройки. Слова эксперта подтвердила богатая коллекция слайдов, показывающих реализацию данного способа в разных городах мира: от Парижа и Москвы до Сингапура и Каира.

"На сегодняшний день в мировой практике распространенными методами устройства подземных ограждающих конструкций является метод прерывисто расположенных и соприкасающихся буронабивных свай диаметром от 450 до 1000 мм, а также устройство секущихся свай аналогичного диаметра, — продолжил А. Н. Невейков. — Ограждения из соприкасающихся свай выполняются по технологии CFA (непрерывно проходного полого шнека), системам закрепления грунтов — Deep mixing soil (глубинное смешивание грунта), Jet Grouting (струйной технологии) и вибрационным способом". Для устройства свай CFA в грунт на определенную глубину погружается непрерывный проходной полый шнек с пробкой на конце. По мере того, как бур врезается в грунт, материал загружается на его крылья. По достижении проектной отметки в скважину через полый вал шнека производится подача под давлением литой бетонной смеси и его подъем. Грунт, находящийся на шнеке, при бетонировании препятствует подъему бетона вдоль него. После завершения нагнетания бетонной смеси в скважину при помощи вибратора погружается арматурный каркас.

Технология струйной цементации заключается в использовании энергии высоконапорной струи цементного раствора для одновременного перемешивания грунта с цементным раствором. Последовательность включает бурение скважины в грунте до проектной отметки с промывкой водой или специальным раствором; подъем и вращение буровой штанги с одновременной подачей растворной смеси под давлением; перемешивание растворной смеси с грунтом и устройство грунтоцементной колонны, а также поэтапное устройство соприкасающихся грунтоцементных колонн в грунте.

Сущность технологии глубинного смешивания грунта заключается в изготовлении грунтоцементных колонн при помощи специального буросмесительного инструмента, состоящего из полой штанги и специального рабочего органа. В процессе бурения происходит размельчение и перемешивание грунта с водоцементным раствором или другими химическими реагентами, подаваемыми по полой штанге. Основной целью процесса глубокого смешения является равномерное рассеивание связующих элементов в грунте с целью быстрого и продуктивного получения химической реакции гидратации.

Армирование грунтоцементных колонн, устраиваемых по струйной цементации глубоким смешиванием, осуществляется двутавровыми профилями, стальными трубами или отдельными арматурными стержнями. При сооружении временных ограждений из грунтоцементных колонн по технологии глубинного смешивания специальные покрытия позволяют извлекать армирующие двутавровые профили после окончания работ, снижая тем самым стоимость работ по устройству таких ограждений.

Ограждения из секущихся свай выполняются под защитой обсадной трубы с использованием телескопической штанги и двойного вращателя. Конструкция ограждения состоит из так называемых первичных свай — сваи из бетона без армирования, и основных (вторичных) армированных свай. Как правило, бетон первичных свай может быть на один — два класса ниже, чем для вторичных свай, но не ниже класса С12/15. По первой технологии обсадную трубу погружают вращателем при одновременном вдавливании гидравлическим домкратом. Обсадная труба состоит из нескольких жестко соединенных секций. По мере погружения трубы, из нее извлекают грунт и наращивают следующую секцию. В качестве буровых применяют разнообразные инструменты: шнеки, ковшебуры, колонковые буры, желонки, грейферы, закрепленные на конце телескопической штанги Келли, раздвигающейся при углублении скважины. Процесс начинается с опережающего бурения скважины обсадной трубой с армированным наконечником (кольцевой коронкой). Коронка служит как для разбуривания грунта, так и бетона первичных свай. Обсадная труба при этом погружается в грунт вращателем или трубовкручивающим столом на глубину 1,5–2,0 м. Далее с помощью телескопической штанги Келли и подвешенного на ней короткого шнека обсадная труба очищается от грунта. Операции по бурению скважин и извлечению грунта повторяются через каждые 1,5–2,0 м погружения обсадных труб. По достижении проектной глубины выполняется извлечение бурового инструмента из колонны обсадных труб, зачистка забоя от шлама, установка и фиксация арматурного каркаса, бетонирование сваи методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Основным недостатком при всех преимуществах буровых технологий является низкая производительность работ.

Вторая технология представляет собой сочетание двух технологий сооружения буронабивных свай — применение непрерывного шнека с использованием обсадных труб, что позволяет сооружать фундаменты в любых типах грунта, в том числе и обводненных. Для нее разработаны специальные буровые установки, оснащенные двумя вращателями. Конструктивной особенностью оборудования является установка непрерывного шнека внутри обсадной трубы.

Формирование сваи происходит следующим образом: бурение начинают с погружения обсадной трубы на небольшую глубину, затем при вращении непрерывного шнека и обсадной трубы в разные стороны доходят до заданной глубины. При этом сохраняется опережение обсадной трубы, что не позволяет грунтовым водам проникнуть внутрь ее полости с разупрочнением за счет этого окружающего грунта. После достижения заданной глубины через полую часть шнека начинают подачу бетона с одновременным подъемом шнека и трубы. Заполняющий обсадную трубу разрыхляемый шнеком грунт выходит вдоль лопастей шнека вверх и удаляется при помощи очистителя. После заполнения обсадной трубы бетоном она извлекается, а в тело полученной сваи при помощи вибратора погружается арматурный каркас. Технология C.S.P. позволяет сооружать буросекущие сваи с гарантированным отклонением от вертикали менее 1,0–1,5 %. Для обеспечения точности работ по устройству секущихся свай требуется предварительное устройство форшахты.

Перспективные свайно-плитные фундаменты

Традиционно свайные фундаменты проектируются в случаях залегания у поверхности или в пределах сжимаемой толщи основания слабых грунтов. При этом сваи передают нагрузку от сооружения на заглубленные прочные слои основания. По словам к. т. н., старшего преподавателя кафедры "Геотехника и экология в строительстве" БНТУ В. А. Сернова, для упрощения расчетных схем сопротивлением грунта в основании ростверка пренебрегают. Предполагается, что вся нагрузка от сооружения передается на основание группой свай. В соответствии с действующими нормативными документами несущая способность свайного фундамента определяется как сумма несущих способностей входящих в его состав свай. Осадка свайного фундамента определяется как для условного массива, предполагая, что грунт межсвайного пространства оседает вместе со сваями.

Проведен анализ испытаний фрагментов свайно-плитных фундаментов статическими нагрузками, выполненными в разных грунтовых условиях. Установлено, что при включении фундаментной плиты в работу достигается значительный экономический эффект. Обобщение и систематизация результатов проведенных исследований позволили установить, что основными факторами, влияющими на долю сопротивления фундаментной плиты, являются: характер напластований, прочностные и деформационные характеристики грунта под плитой, вокруг свай и в межсвайном пространстве, вид подготовки и качество уплотнения грунта под плитой; геометрические характеристики фундамента (вид свай, их длина и шаг, ширина плиты) и величина его осадки.

"Предложен метод расчета осадки свайного фундамента с учетом дополнительных напряжений в основании свай от давления грунта под фундаментной плитой, — рассказал В. А. Сернов. — Осадка свайного фундамента определяется при нагрузке от доли работы свай, а дополнительные напряжения учитываются если глубина сжимаемой толщи грунта под плитой превышает длину свай. В отличие от традиционного условного фундамента, этот метод позволяет более достоверно определять осадку фундаментов с короткими сваями уплотнения.

Апробация новых расчетных предпосылок показала их хорошую сходимость с экспериментальными данными и возможность достижения высоких показателей экономической эффективности за счет включение в работу плиты и сокращения при этом потребного количества и длин свай в составе свайных фундаментов в разных грунтовых условиях Беларуси. В частности, внедрение на ряде возведенных объектов научных разработок автора, отраженных в "Рекомендации по расчету свайных фундаментов с несущими ростверками" (Р 5.01.015.05), позволило уменьшить стоимость устройства свайных фундаментов с несущими ростверками на 30–50 % в сравнении с традиционными конструктивными решениями и методами расчета".

Наш опыт — на международную арену

Большой интерес у зарубежных гостей вызвала тема строительства ливневых коллекторов, в частности, коллектора "Центр" в Минске. Не секрет, что в последние годы для белорусской столицы достаточно частым стало явление затопления улиц и районов в период ливневых дождей, что несет за собой убытки как для городских коммунальных служб, так и для бизнеса в связи с порчей имущества. Одной из причин таких последствий ливней является устаревшая система ливневой канализации, основные магистральные коллекторы которой были проложены 30 и более лет тому назад. Она не справляется с потребностями динамично развивающегося города. С данной проблемой сталкиваются не только в Беларуси — проблема актуальна и для наших соседей, к примеру, Литвы и России.

Все большее значение как при прокладке новых, так и при ремонте существующих коллекторов приобретает продавливание труб методом микротоннелирования. Как рассказал д. т. н., профессор, заведующий кафедрой "Мосты и тоннели" Г. П. Пастушков, современные проходческие комплексы с гидротранспортом грунта способны вести проходку в широком спектре геологических условий. Этот метод имеет ряд преимуществ, основные из которых это: скорость проходки, относительно малая стоимость, эффективность в условиях плотной городской застройки.

Так, коллектор, в который заключена древняя река Немига и куда сбрасываются ливневые воды района, прилегающего к одноименной улице, был построен в 30-х годах прошлого столетия, и на участках, подвергшихся разрушению в годы Второй мировой войны, был реконструирован в 1950-х годах. При обследовании коллектора было установлено, что на различных участках он имеет разные размеры поперечного сечения обделки, которая, к тому же, находится в "недостаточно надежном" техническом состоянии.

При строительстве Автозаводской линии метрополитена воды коллектора "Немига", стекавшие непосредственно в реку Свислочь, были направлены в коллектор "Центр", который, являясь практически единственным магистральным коллектором в центральной части города, на сегодняшний день остро нуждается в реконструкции и увеличении пропускной способности. В состав проекта реконструкции канализационной системы Минска входит строительство второй нитки коллектора "Центр" с внешним диаметром 3000 мм, внутренним — 2400 мм. Работы по устройству тоннелей диаметром 2400 мм выполняют в следующей технологической последовательности: сооружение стартового и приемного котлованов; установка оборудования на стройплощадке и в котловане, сборка щита; разработка грунта с одновременным продавливанием рабочих труб домкратной станцией; демонтаж щита в приемном котловане, демонтаж оборудования.

Разработка грунта производится роторным рабочим органом щита, разработанный грунт попадает в дробильную камеру, заполненную бентонитовым раствором. Затем смесь бентонита и разработанного грунта (пульпы) насосом по трубам транспортируется к сепарационной установке, где при помощи гребенок, сита и циклонов происходит разделение пульпы на твердую и жидкую фракции. После этого бентонитовый раствор вновь подается к забою.

"В процессе ведения проходки необходимо удерживать усилие продавливания на низком уровне, это достигается путем смазывания трубного става при помощи инъецирования бентонита, — пояснил Г. П. Пастушков. — Раствор подается при небольшом избыточном давлении в пространство между трубой и грунтом и распределяется на внешней поверхности трубы. Он проникает в окружающий грунт и ведет, таким образом, к значительному снижению силы трения. С этой же целью применяются промежуточные домкратные станции, состоящие из стальной оболочки и размещенных в ней по окружности гидроцилиндров. Они применяются в случае, когда длина тоннеля превышает 150 м".

Реализация проекта по прокладке этой нитки коллектора сопряжена с целым рядом проблем, поскольку работы предстояло выполнять в условиях плотной городской застройки и высокой степени благоустройства, а также на большой глубине. С целью сохранения благоустройства города и исключения закрытия или стеснения транспортного и пешеходного движения во время выполнения строительных работ прокладку коллектора было решено выполнять не открытым, а бестраншейным способом. В связи с этим УП "Горремавтодор" изучило имеющийся мировой опыт строительства магистральных коллекторов дождевой канализации бестраншейным методом и определило применение и развитие в Беларуси микротоннелирования с возможностью прокладки железобетонных труб большого диаметра.

Главная цель проведения данного форума была достигнута — участники из разных стран обменялись опытом и наладили деловые контакты для дальнейшего сотрудничества. Приятно, что в последние годы не только отечественные специалисты перенимают иностранный опыт, но и белорусские разработки в сфере строительства оказываются полезными для наших зарубежных гостей.

Всего просмотров: 12 941
Опубликованно: 24.10.2011