Технологии закрепления грунтов: строительство в новых реалиях

Широка и необъятна территория нашей страны. Разнообразный климат, сейсмические условия и особенности грунтов в разных регионах порой создают сложности при строительстве дорог, мостов и других объектов. Во время работы XI научно-практической конференции «Основания и фундаменты: современные технологии, специальная техника, оборудование и материалы» специалисты в области строительства поделились как отечественными, так и импортными разработками, которые активно применяются при укрепления грунтов, оснований и фундаментов.

На чём работаем?

Технологий закрепления грунтов много. Самой распространённой специалисты называют цементацию.

«Многие вопросы по инъекционным нагнетаниям не до конца раскрыты, а некоторые аспекты не имеют даже теоретической базы. Есть, конечно, достаточно экзотические технологии: бетонизация, различные термические, электрохимические закрепления.

Они встречаются достаточно редко, но тем не менее представлены и иногда даже всплывают в виде каких-то экспериментальных работ, хотя сейчас их практически невозможно встретить. Поэтому цементация, наверное, — самый распространённый способ, который сейчас используется», — говорит директор НОЦ «Подземное строительство» Вячеслав Алексеев.

По его словам, наиболее щадящий метод закрепления грунтов уже построенных и эксплуатируемых сооружений в случае недостаточной несущей способности основания — это технология инъекционной пропитки минеральными и полимерными вяжущими веществами. Этот способ позволяет работать без приостановки эксплуатации зданий и сооружений и может применяться как в качестве самостоятельной технологии при усилении оснований фундаментов и специальных методах строительства, так и в сопряжении с другими.

«Существует обширная номенклатура инъекционных материалов как отечественных, так и импортных производителей с различными характеристиками, хотя в большинстве случаев наиболее эффективными считаются композиции на минеральной основе. Однако в последние годы возможность импорта минеральных вяжущих для инъекций в России, таких, к примеру, как ОТДВ „Микродур”, становится весьма затруднительной.

Это же касается и популярного микроцемента из Германии Dyckerhoff, который появился одним из первых на рынке. К сожалению, в связи с санкциями завод-производитель не отвечает на запросы российской стороны. Был ряд проектов, где собирались использовать этот микроцемент, но Dyckerhoff совершенно не идёт на контакт. Кто-то пытается завозить через Казахстан или Финляндию, но, как я понял, это не всегда успешные попытки», — отмечает г-н Алексеев.

В связи с этим перед технологами страны встала задача освоения производства различных ОТДВ, не уступающих, а даже превосходящих по техническим параметрам европейские материалы. Специалисты компании «Синерго» разработали и запустили собственную импортозамещающую линейку продуктов «МикроБонд МС», которую успешно апробировали на разных гражданских, промышленных и транспортных объектах.

При этом эксперименты не закончены, и представители отечественных компаний уже смело заявляют, что зависимости от импортных материалов у нас нет.

Но если вопрос с замещением материалов удаётся решить при помощи российских разработок, то вопрос с оборудованием не так прост в ситуации ухода европейских брендов. На помощь поспешили азиатские производители, постепенно закрывая потребность в технике нового поколения.

Генеральный директор ООО «АВК Групп» Алексей Кобелев отмечает, что в России нет, к примеру, установок статического сдавливания свай или гидравлических сваебойных установок, в то время как китайцы предлагают оборудование, которое позволяет с минимальным шумом работать даже в центре города. На этом преимущества китайской техники не заканчиваются: приемлемая цена, готовность дорабатывать машины под потребности заказчика и быстрые сроки доставки позволяют предположить, что совсем скоро эта техника полноправно будет пользоваться спросом на российском рынке фундаментостроения.

Преодолевая твёрдые породы

Использование стальных трубных свай при возведении нулевого цикла очень распространено в России. Это техническое решение сформировалось ещё во времена советской инженерной школы и по ряду очевидных преимуществ прочно закрепилось в умах проектировщиков и строителей. Свайные фундаменты можно встретить при строительстве портов и укреплении береговых зон, возведении опор мостов и подготовке фундаментов промышленных и гражданских сооружений.

В большинстве случаев для погружения свай на проектную глубину используется вращательный метод бурения. Он считается эффективным и хорошо себя зарекомендовал во многих регионах страны. Действительно, простота и относительная дешевизна вращательного метода популяризировали его среди буровиков.

Но у любого метода есть серые зоны, где все преимущества сходят на нет. Одной из таких специалисты называют твёрдые и особо крепкие породы. Прочность пород, твёрдые вкрапления или валуны кратно снижают темпы бурения, что в конечном итоге отражается на общих сроках реализации проекта и увеличивает его стоимость.

Строители отмечают, что именно работы с нулевым циклом (фундаментом) занимают значительную часть в бюджете проекта. Логично, что инженеры и проектировщики во всём мире работают над тем, чтобы темпы бурения не снижались вне зависимости от геологических условий. При этом, если изначально известно, что в проекте подразумеваются трудности в виде валунов или твёрдых вкраплений, требуется абсолютный другой подход и иное техническое решение, которое позволит быстро погрузить сваю в грунт.

Эффективной технологией считают пневмоударное бурение (DTH), которое можно выполнять в большинстве типов горных пород, твёрдых или мягких.

«В целом система бурения далеко не новинка, она была разработана ещё в прошлом столетии в США, но, что касается работы с большими диаметрами прогресс начался около 30 лет назад в Скандинавии, потому что там почти вся страна стоит на скале, и эта проблема была очень актуальна. В России метод получил широкое применение 6-8 лет назад, так как и у нас достаточно регионов со сложными породами. Начиная от Дальнего Востока до Урала и черноморского побережья», — рассказывает генеральный директор ООО «Империал Индастритс» Андрей Супрунов.

Преимущество пневмоударного бурения заключается в оптимальном сочетании сверления и ударного метода. За последние несколько лет этот метод в России начали широко применять при строительстве мостов, фундаментов, а также в плотной городской застройке, создавая при этом сниженный уровень шума. Благодаря возможности бурить практически в любых грунтовых условиях (граниты, базальты, скалы), пневмоударный способ используют при реализации проекта «Северный морской путь».

«Конечно, этот способ бурения подороже. Поэтому во многих проектах, которые финансируются за счёт государства, возникают небольшие сложности. Но важно понимать, что при работе со сложными грунтами максимальный эффект даст именно пневмоударное бурение. Если говорить о 5-10 категории грунтов, то вращательным способом одну сваю можно бурить несколько суток, в то время как пневмоударом результат достигается за несколько минут», ― подчёркивает г-н Супрунов и отмечает, что скорость бурения стала последней тенденцией среди заказчиков.

Агенты-подрядчики знают, что при попадании валуна под сваю можно сорвать все сроки строительства, поэтому готовы переплачивать за эффективность и скорость метода.

Мерзлота не помеха

Помимо сложных скалистых грунтов, в нашей стране 65% площади приходится на зону вечной мерзлоты. Одно из распространённых явлений, с которым приходится считаться российским геотехникам, — морозное пучение. Промерзая на глубины от 0,5 м в южных регионах до 3,5 м на Крайнем Севере и Дальнем Востоке, грунты увеличиваются в объёме и воздействуют на погружённые в них конструкции.

Как показывают исследования, морозное пучение в 20% случаев является причиной аварии гражданских зданий, расположенных на территории мёрзлых грунтов, и в 35% ― инфраструктурных объектов. Наиболее опасным это явление становится для лёгких сооружений, которым не хватает веса для противодействия силам пучения.

Поэтому одна из ключевых задач строителей — разработка конструкций, эффективно сопротивляющихся воздействию пучения. Одним из вариантов повышения надёжности возводимых сооружений становится анкеровка фундамента в слоях, расположенных ниже деятельного слоя, но это решение зачастую сопряжено с большим перерасходом материала, а значит, существенно увеличивает стоимость строительства.

Кандидат технических наук, доцент ФГБОУ «СПбГАСУ» Андрей Бояринцев предлагает обратить внимание на новую конструкцию противопучинной сваи, выполненную из композитной трубы, которая позволит существенно сократить размеры и вес свайного фундамента. До настоящего времени широко применялись металлические и бетонные сваи, но, несмотря на эффективность противодействия касательным силам пучения, они имеют ряд недостатков.

Новое решение, по словам г-на Бояринцева, обладает несомненным рядом преимуществ по сравнению со сваями из традиционных материалов, а именно, важно соотношение их прочности к удельному весу. Так, для бетона марки В25 данный коэффициент равняется 0,74, для стали ― 4,37, а для стеклопластика ― 13,17.

Такое соотношение может сказаться на сокращении издержек при доставке материалов к месту строительства и становится наиболее актуальным в труднодоступных районах Крайнего Севера и Дальнего Востока. Коррозионная стойкость ПКМ позволит продлить срок службы зданий, воздвигнутых на них, и сократить эксплуатационные издержки на поддержание конструкции в работоспособном состоянии.

Несмотря на освоение новых технологий и разработку материалов, в отечественном фундаментостроении главной проблемой остаётся устаревшая научная база — наследие Советского Союза, а также потерявшие актуальность нормативные базы и законы. И здесь в ближайшее время грядут большие перемены. Начальник управления по научно-технической и нормативной политике НИИОСП им. Н. М. Герсеванова АО «НИЦ «Строительство» Игорь Колыбин обозначил основные из них.

Уже внесены и подписаны на федеральном уровне изменения в ФЗ № 384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», которые предполагают, что все предыдущие перечни нормативных документов, которые действовали на добровольной и обязательной основе, а также система специальных технических условий перестанут действовать. Вместо них появится общий перечень национальных стандартов и сводов правил.

В закон будут внесены дополнительные возможности использования стандартов организации. Кроме того появятся ссылки на требования иных документов, в том числе иностранных государств. Согласно стратегии Минстроя, в ближайшее время существенно сократится перечень базовых нормативных документов, а сами нормы станут необязательными, то есть будут носить характер добровольного применения.

Как эти изменения повлияют на безопасность в геотехнике и насколько изменятся тенденции в строительстве с появлением новых технологий, покажет время. Пока российское фундаментостроение берёт вектор на инновации и всё дальше уходит от стандартов советского проектирования.

Текст: Марина Каталакиди