Актуальное
160_600_Поплавок_уши_Строим_добро

Прочная основа: о строительстве фундаментов

Новые материалы и современная техника позволяют совершенствовать технологии строительства фундаментов.

Забивка свай в грунт - самая распространенная сегодня технология фундаментостроения (Чтобы увеличить, кликните на фото)
Забивка свай в грунт – самая распространенная сегодня технология фундаментостроения
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

Фундамент – основа любого сооружения, это аксиома для строителей. C разработок французского физика и инженера Шарля Огюста Кулона в конце XVIII века к фундаментостроению стали подходить научно – именно он открыл «закон сухого трения» и разработал метод расчета гравитационных подпорных стен. Последовавшие за этим научные изыскания вызвали всплеск инженерной мысли, создавшей в конце XIX – первой половине XX века новые технологии в этой области строительного производства. Используются они и сегодня, но, безусловно, постоянно совершенствуются. Ученые и практики делились последними достижениями в этой сфере на международной научно-практической конференции «Инновационные технологии фундаментостроения», прошедшей в Москве.

Когда вибрация вредна

Самая распространенная сегодня технология фундаментостроения – забивка свай в грунт. Но этот способ устройства фундаметов сопровождается повышенной вибрацией, что крайне опасно для уже существующих по соседству зданий в местах плотной городской застройки. Существенный недостаток метода дал толчок развитию двух альтернативных технологий: вдавливанию и бурению.

Впервые бетонные сваи стали загонять в грунт под давлением в 30-х годах прошлого века в Нью-Йорке, когда строили метро под существующими зданиями. У нас эту технологию применили в 1970-х годах в Московском Кремле для укрепления фундамента Потешного дворца.

Технологию вдавливания продвигает компания «Балтий», которая, в частности, занимается устройством свайных фундаментов в уже существующих зданиях. Это позволяет при реконструкции увеличить нагрузку на фундамент, освоить подземное пространство, защитить сооружения от влияния нового строительства, которое выполняется поблизости. Метод актуален при интенсивной застройке, модернизации центральных кварталов мегаполисов.

Напрягающий цемент увеличивается в объеме по мере созревания бетона и обеспечивает повышенное сцепление с арматурой

По такой технологии, например, создавался новый фундамент Большого театра в Москве. Более двух тысяч свай вдавили в грунт усилием 40–60 т. Нагрузка на них составила более 200 000 т. Здание вывесили на сваи, выкопали под ним котлован глубиной 20 м и построили основные конструкции фундамента, на которые потом его и «пересадили». Осадка не превысила 10 мм.

Сегодня специалисты НИИграфит модернизируют эту технологию. Вместо бетонной сваи они предлагают использовать стальной штамп необходимого диаметра, который задавливается в грунт на требуемую глубину. На конце штампа установлен клапан, через него с одновременным изъятием инструмента закачивается бетон под давлением.

Использовать клапан предлагается и при бурении ствола под сваю. Бур оснащается клапаном, через который подается бетон. Заполнив часть шнека, клапан перекрывают и додавливают буром слой залитого бетона. «Таким образом, нижняя часть колонны расширяется, – пояснил руководитель проекта НИИграфит Георгий Чесноков, – причем размеры расширения можно контролировать. Больше того, технология сразу позволяет определить нагрузку, которую свая способна нести».

В «Буровой компании «Дельта» тоже модернизировали процесс создания свай. В скважину опускается обсадная труба с теряемым наконечником из композитных материалов. Поршень послойно прессует бетон, который заливается в трубу, создавая расширение по всей длине сваи. На скважине диаметром 450 мм удается добиться расширения до 1200 мм на песчаных грунтах. Эта технология позволяет регулировать толщину свай, варьируя давление поршня.

По данным главы «Буровой компании «Дельта» Николая Черношея, заливка бетона под избыточным давлением позволяет добиваться лучших характеристик, чем с использованием обсадных труб. «На последних брак достигает примерно 30%», – подчеркнул он.

Бить бывает полезно

Технология французской компании Menard отличается повышенной вибрацией, но зато позволяет укрепить даже неустойчивые грунты до заданных требований на обширных площадях. По этой технологии специалисты вели укрепление 151 000 кв. м намывных территорий в порту Усть-Луга. Зондирование уплотненного грунта показало более 13 мегапаскалей, хотя требовалось 9.

Технология фундаментостроения подбирается под конкретный случай (Чтобы увеличить, кликните на фото)
Технология фундаментостроения подбирается под конкретный случай
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

Таких результатов удалось достичь путем трамбования грунта. Технология разрабатывалась еще во времена СССР, но тогда разработчики ограничились семитонной трамбовкой. Французы пошли дальше, увеличив нагрузки.

В Усть-Луге уплотнение грунта проводилось в три этапа. «Первая фаза – самая мощная, – рассказал директор по развитию компании Menard в России Никита Романов. – Тяжелыми трамбовками мы пробиваем грунт до самой границы заданной конструкторами толщи. В аэропорту Ниццы, например, трамбовкой весом 200 т мы уплотнили грунт до глубины 27 м. На второй фазе меньшей энергией удара уплотняем среднюю часть ближе к поверхности. И, наконец, уплотняем приповерхностную зону, где грунт был разрыхлен в ходе работ на нижних слоях. В результате получаем площадку с плотным грунтом, пригодным для строительства различных объектов».

Таким же способом специалисты устраивают грунтовые колонны диаметром 2–2,5 м глубиной до 7 м. Для этого откапывается шурф 2–2,5 м и далее до семиметровой глубины утрамбовывается грунт. Образовавшуюся яму засыпают грунтом со строительной площадки или другими материалами и утрамбовывают. На таких колоннах во Франции построена одна из скоростных железных дорог.

Замесить на глубине

Метод так называемого глубинного смешивания сухим или мокрым способом сегодня применяется на всех типах грунтов, особенно слабых. Основные преимущества сухого перемешивания – это возможность работы при низких температурах, отсутствие шлама, вероятность стабилизации очень слабых грунтов (в том числе и органических), низкая цена и большая производительность. Технология, кроме того, не наносит вреда окружающей среде, так как используется местный грунт и безопасные цементирующие материалы.

Типовой состав оборудования для глубинного сухого перемешивания грунта – станция складирования и подачи спойва и буровая машина, оборудованная специальным миксером, который забуривается на проектную глубину. Далее следует процесс формирования колонн (типовой диаметр 60–80 см, глубина до 25 м).

Под давлением 20–90 бар и с обратным ходом миксера в перемешиваемый грунт подается спойва. Состав и объем смеси подбираются в зависимости от требуемых параметров цементогрунта, обеспечивая при этом необходимые прочностные характеристики свай. Повышенную плотность получают добавлением в смесь бентонита.

Стоимость фундамента может составлять от 10 до 30% стоимости всего строительства. Поэтому важно проектировать фундаменты не только конструктивно правильно, но и экономически выгодно

В отличие от мокрого перемешивания, которое не зависит от уровня грунтовых вод, сухой способ возможен только в грунтах с влажностью до 60%. Спойва может состоять из одного или нескольких веществ: цемента, извести, золы, шлаков, отходов целлюлозной промышленности и т. д. Для усиления пластичных глин обычно используется негашеная известь или цемент с известью.

«Новые связующие материалы и смеси с использованием различных отходов появляются на рынке непрерывно, – напоминает руководитель центра технологий строительства НИИЖБ имени А. А. Гвоздева Максим Якобсон. – И рецептуру грунтоукрепляющих составов можно подбирать исходя из тех отходов, что типичны для района предполагаемого строительства».

Метод смешивания был применен при создании скоростной железнодорожной магистрали Санкт-Петербург – Хельсинки. Там строители столкнулись с торфяным озером, которое расположилось на пути. Делать объезд – немыслимо для скоростной трассы. Казалось бы, оставался один путь – грунтозамещение. Метод глубинного смешивания позволил сохранить маршрут трассы и избежать затратных работ по замене грунта. На укрепленную таким образом болотную топь строители смогли поставить тяжелую технику и соорудить надежное свайное основание для железнодорожного полотна. В наши дни этот же метод активно применяется на болотах и торфяниках, встречающихся на маршруте скоростной автотрассы Москва – Санкт-Петербург.

Защититься от воды

Интересные решения предлагаются и для гидроизоляции заглубленных частей фундаментов. В НИЦ «Строительство» продолжают вести разработки, начатые еще в Советском Союзе. «Созданный советскими учеными в начале 50-х годов напрягающий цемент, – напомнил заместитель заведующего лабораторией самонапряженных конструкций и напрягающих бетонов НИЦ Михаил Титов, – представляет собой смесь портландцементного клинкера, расширяющегося компонента из гипса и вещества, содержащего активные алюминаты кальция. Напрягающий цемент увеличивается в объеме по мере созревания бетона и обеспечивает повышенное сцепление с арматурой. При этом арматура растягивается независимо от направления своего расположения в бетоне, что позволяет создавать двухосевое и объемное самонапряжение конструкций».

Рост прочности напрягающего бетона интенсивно продолжается даже через 28 суток – срока созревания цементного камня. Через три месяца прочность увеличивается на 30%, через полгода – на 40%, что особенно важно для гидротехнических сооружений.

Найдены эффективные решения для гидроизоляции заглубленных частей фундаментов (Чтобы увеличить, кликните на фото)
Найдены эффективные решения для гидроизоляции заглубленных частей фундаментов
(Чтобы увеличить, кликните на фото)

Гидротехнические сооружения упомянуты не случайно. Особенность напрягающего бетона заключается в том, что содержащиеся в нем кристаллы гидросульфоалюмината приводят к его уплотнению и он приобретает высокую водонепроницаемость.

«Можно также приготовить бетон с прогнозируемыми свойствами. Одной из наших разработок стали бесшовные конструкции большой протяженности, в частности фундаментные плиты, – продолжил Титов. – Плита возводится в два этапа. Несколько участков заливается обычным бетоном и выдерживается в течение двух-трех недель. После этого пропущенные участки, так называемые вставки, заливаются бетоном с повышенной энергией расширения. Созревая, он расширяется, но поскольку ранее залитые участки ограничивают вставки с обеих сторон, то напрягающийся бетон делает настолько плотную структуру всей фундаментной плиты, что она получается бесшовной и становится монолитной и водонепроницаемой конструкцией. В Центральном выставочном зале «Манеж» создана именно такая фундаментная плита размером 159 на 36 м и толщиной почти метр. Воду она не пропускает».

Другой способ создания гидроизолированных подземных сооружений разработала компания «Пенетрон». «В среднем стоимость фундамента может составлять от 10 до 30% стоимости всего строительства, – сказал ­генеральный директор компании «Пенетрон – Москва» Сергей Кашлев. – Поэтому очень важно проектировать фундаменты не только конструктивно правильно, но и экономически выгодно».

Компания выпускает несколько вариантов веществ, которые усиливают кристалло­образование в капиллярах и трещинах бетона, преграждая путь воде.

Добавление в бетон одной из присадок, например, позволяет получить очень плотный бетон с высокой водонепроницаемостью и морозостойкостью. Одно из преимуществ такой добавки – придание бетону свойства залечивать трещины шириной до 0,4 мм. При просачивании в трещину воды возобновляется процесс кристаллообразования и трещина зарастает. Процесс возобновляется всякий раз, как появляется вода, поэтому использовать такую добавку рекомендуется при возведении фундаментов, которые подвергаются воздействию воды и агрессивных сред в процессе эксплуатации.

Но подлечить можно и уже существующий, старый фундамент за счет применения новых материалов, которые запускают процессы затягивания капилляров и трещин на бетоне. Добавка взаимодействует с солями кальция и алюминия, оксидами металлов, которых немало в бетоне, образуя кристаллы. Они-то и уменьшают сечение капилляров. Работы можно производить как снаружи, так и изнутри сооружения, а кристалло­образование идет как навстречу поступающей воде, так и по ходу протечки. Какая-либо дополнительная подготовка поверхности не требуется. «В результате мы получаем самозалечивающийся фундамент, сокращение сроков строительства и экономию на прочих видах гидроизоляции, – продолжил Кашлев. – Водонепроницаемость повышается в четыре раза. Затраты составляют 220–240 рублей на квадратный метр».

Другой, пока малоизвестный у нас гидроизоляционный материал – бентонитовые маты – продвигает компания «Бентизол». В США их начали использовать в 20-х годах прошлого века. Между полотнами тканого и нетканого полипропилена помещается тонкий, примерно пять миллиметров, слой гранул бентонитовой глины. При взаимодействии с водой глина набухает и заполняет все пространство, а также повреждения при монтаже и эксплуатации. Эти тонкие маты действуют столь же эффективно, как экран из уплотненной глины толщиной 60–90 см, и выдерживают давление воды до 7 атмосфер.

На горизонтальных поверхностях производительность укладки бентонитовых матов достигает 10 000 кв. м за день. На вертикальных – примерно 2000–5000 в зависимости от сложности монтажа. «На Западе маты используются уже более 60 лет, и никаких протечек, – рассказывает представитель компании «Бентизол» Екатерина Круглова. – Как правило, их применяют для гидроизоляции подземных частей сооружений, авто- и железных дорог».

Александр Сычев

Дмитрий Малинин,
директор ООО «Анкерные системы»

– Российские разработчики предпринимают меры для внедрения научных и технических достижений в реализацию сложных задач подземного строительства. Уже сегодня есть возможность вести работы в опасных и стесненных геологических условиях, в том числе с использованием дистанционно управляемых машин. Одновременно продолжается поиск решений, предусматривающих сокращение сроков и стоимости подземных работ за счет усовершенствования применяемых технологий и оборудования.

В мировой строительной практике для крепления подпорных стен, котлованов, а также укрепления оползневых склонов широкое распространение получили грунтовые анкера. Технология установки классического анкера весьма трудоемка и требует организации пространства на стройплощадке. Эту задачу решили специалисты компании «Анкерные системы» за счет использования самозабуриваемых винтовых анкеров «Атлант».

Особенность этой технологии в совмещении двух операций: бурения скважины и установки анкера. Винтовая поверхность трубчатых тяг обеспечивает надежную прочность контакта анкера с цементной оболочкой. Технология позволяет повысить производительность более чем в пять раз по сравнению с устройством классических анкеров, существенно снизить общую стоимость выполнения работ.

Вместе с тем продолжается процесс разработки нового бурового оборудования на радиоуправлении. Производители готовы обеспечить строительный рынок техникой, позволяющей решить задачи, которые до сих пор считались невыполнимыми.

Например, инженеры ООО «Специальная Строительная Техника» разработали уникальную буровую установку FigaroPAUK для устройства грунтовых анкеров на крутых склонах, насыпях, в горной местности. Быстрая настройка и позиционирование буровой в сочетании с высокой эффективностью бурения значительно повышают производительность работ.

В печатной версии название статьи – “Прочная основа” (журнал “Строительство и городское хозяйство”, № 167, август 2016 г.)

Похожие сообщения

X