И.З. Гольдфельд — начальник отдела ISO 9000, к.т.н.; О.В. Дегасюк — начальник службы маркетинга ФГУП Фундаментпроект
Журнал «Строй-клуб», (информационно-технический), Москва, №4 2004 г.
Все большее смещение строительства ниже поверхности грунта диктуется ростом плотности населения мегаполисов, необходимостью сохранения исторического облика городов, экологическими требованиями. Подземные объекты из-за прямого контакта с грунтовым массивом более чувствительны к его поведению при подтоплении, карстообразовании, вывалах, разломах, колебаниях и пр. Поэтому, наряду с прочностью конструкций к полезным, поверхностным нагрузкам и давлению окружающего грунта, возникают дополнительные требования по водопроницаемости, геоэкологии, устойчивости к барражному эффекту, защите от блуждающих токов и резонансных колебаний.
Подземное строительство требует разных подходов в сложных инженерно-геологических условиях – в тундре, на болотах и под водой, в суровых климатических зонах — полярной, аридной и субтропической; наконец, для «особых» объектов – свальных полигонов, хранилищ вредных отходов, кладбищ мегаполисов, вблизи высотных зданий и линий метрополитенов.
Самый распространенный вредный фактор для подземных (заглубленных) сооружений – подтопление массива грунтовыми водами и растворенными в них отходами. Подтопление вызывает деформации оснований, сырость подвалов и стен, обводняет тоннели, колодцы и сети, разносит опасные для здоровья отходы по обширным площадям.
Борьба с подтоплением включает активные меры – разумное ограничение водопотребления и водопотерь из коммуникаций; и пассивные — защиту заглубленных сооружений с помощью гидроизоляции, антифильтровых завес и выстилок, водопонижения и водоотвода дренажем.
Для реализации пассивных мер предлагаются новые конструкции, технологии и оборудование на базе гибких композитных материалов, трансформерных способов ведения работ и канатного принципа резания грунтов, совокупно образующие КЭФ-комплекс.
Представительными образцами новых конструкций являются наборные пластиковые дрены (НПД) для линейных участков, фильтрационно-технологические завесы (ФТЗ) глубиной до 70 м ., ковровые выстилки большой площади для искусственных водоемов, полигонов твердых и отстойников жидких отходов. Названные образцы обладают расширенными функциональными возможностями: наряду с упорядочиванием водотока и защитой объектов от замачивания (фильтрации) они могут препятствовать распространению низинных торфяных пожаров, использоваться как технологические носители — проводить электроток, холод или тепло для охлаждения (нагрева) грунтов, являться магнитными завесами против фильтратов с тяжелыми металлами, снижать динамические воздействия на грунтовые основания молотов, прокатных станов, метротранспорта, повышать срок службы отстойников с агрессивными (кислыми, щелочными и газовыми) средами.
Трансформерные технологии предусматривают наборность и вариативность элементов в конструкции, вытяжку, выворачивание и наполняемость (наддув) конструкции при ее размещении в массиве. Такие способы работ сокращают размеры грунтовых выработок (скважин, шурфов, траншей), уменьшают потребность установки крепей и обсадок, позволяют профилировать монолитные конструкции для увеличения нагрузки на единицу объема материала, обеспечивают большие глубины лидерных выработок устранением трения погружных элементов.
Например, наборность НПД-дрен удобна при большой вариации поперечников дренажной системы и в насыщенном коммуникациями подземном пространстве мегаполисов. Гибкие тканепленочные ФТЗ-завесы легко собираются из отдельных полос непосредственно у места работ, проверяются на герметичность стыков и опускаются до проектной отметки. Последующим «вложением» можно погрузить несколько тонких полотнищ разного технологического назначения, получив композитную завесу с широким набором функциональных свойств. Проходка пешеходного туннеля с помощью выворачиваемой (т.е. перемещаемой без трения) тороидной обсадки создает противодавление на свод выработки, чем исключает вывалы в туннель и осадочную мульду на поверхности. Последующая напорная подача внутрь обсадки пластичной бетонной фиброармированной смеси создает монолитную железобетонную крепь (вместо серийных сборных или чугунных тюбингов).
Канатный принцип резания известен применительно к добыче камня, применительно к грунтам серийных установок нет. Однако канатная пила с алмазными втулками (УТП) весьма удобна для образования узких глубоких и длинных щелей при устройстве ФТЗ, бестраншейной прокладке коммуникаций под дорогами и резке старых элементов в стесненных условиях реконструкции.
Наиболее востребованными изделиями КЭФ-комплекса являются н аборные пластиковые дрены. Стандартные дрены делают из асбестоцементных или керамических труб разного диаметра, перфорируемых круглыми или щелевыми отверстиями на месте работ . Частные фирмы РФ в последнее время стали торговать пластиковыми дренами диаметром 90 и 150 мм с готовой перфорацией.
Дренажная система требует дрен разных диаметров с различной плотностью перфорации – в зависимости от вида и площади сбора осадков, свойств грунтов, расстояния дрены от места сброса. Практически из-за большого сортамента дрен обычно принимают дрены одного-двух видов для всей дренажной системы, что ведет к перерасходу материалов. НПД-дрены позволяют формировать участки строго по расчету, экономя материалы и производя закупки загодя, не боясь неликвидов. Решетчатость элементов каркаса обеспечивает жесткость и внутреннюю проницаемость наборной дрены, треугольный поперечник однотипного элемента – плотную компоновку дрен разной площади и формы сечения (Табл.1).
Табл.1
| Сечение (число однотипых) элементов |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
| Площадь сечения (бр.), см2 | 28,8 | 57,6 | 86,4 | 115 | 144 | 173 | 230 |
| Площадь сечения (нт.), см2 | 24,7 | 49,4 | 74,1 | 98,8 | 124 | 148 | 198 |
| Длина периметра, см | 20,7 | 28,6 | 34,5 | 41,4 | 48,3 | 41,4 | 55,2 |
| Масса дрены (в сборе), кг/п.м. | 0,17 | 0,29 | 0,40 | 0,52 | 0,64 | 0,74 | 1,00 |
| Отношение периметра к площади сечения (нт), см -1 | 0,84 | 0,58 | 0,47 | 0,42 | 0,39 | 0,28 | 0,28 |
| Эквивалентный диаметр круглой (типов.) дрены, см | 5,5 | 8,3 | 10,1 | 11,6 | 12,9 | 14,1 | 16,2 |
Расчетные параметры НПД-дрен
НПД-дрена включает решетчатый пластиковый каркас, набираемый из одного или нескольких однотипных элементов, пленочное ленточное днище, герметичное к фильтрату, и проницаемую обвязку вокруг каркаса и лотка. Проницаемая обвязка – техноткань (сетка, перфорированная пленка) пропускает внутрь дрены фильтрат, но исключает размыв околодренового грунта и кальматацию им дреновой полости (Рис.1).
Рис.1. Общий вид элементарной НПД-дрены
По длине и с ответвлениями дрены стыкуются с помощью пластиковых муфт и тройников, легко изгибаются в плане и по высоте. Решетчатость каркаса и гибкость обвязки содействую удержанию дрены от сползания на откосе. Пластиковые материалы дрен не подвержены гниению и коррозии не поедаются бактериями и грызунами.
Дрены и грунтовое основание вокруг них рассчитывают по типовым методикам. Проницаемую обвязку подбирают из условия удержания грунта от размыва (по необходимой механической фильтрации) и допустимой потери давления фильтрата при малом градиенте напора (по необходимой фильратопроницаемости).
Добавка в материалы обвязок сверхвысокомодульных и аремидных нитей гарантирует работу дрен в кислой среде до температур t=150° С. Металлизированные обвязки обеспечивают фильтровальные, адсорбирующие и каталитические свойства, необходимые при грязесборе, просеивании и отлове тяжелых металлов из отходов спецпроизводств.
Материалы НПД-дрен сертифицированы для грунтов различного состава и состояния и рассчитаны на срок эксплуатации 25—30 лет. Изготовители материалов — отечественные и зарубежные предприятия по производству пластиков, технотканей, сеток и пленок.
Оборудование для укладки дрен — стандартное землеройное типа щелерезов, траншеекопателей, бурофрезерных станков, используемое для укладки кабелей связи и мелиоративных дрен, рытья оросительных каналов и др. Оно может частично модернизироваться для стесненных условий застройки и дачных участков.
Стоимость дренажа из НПД-дрен в 2,2—2,6 раз ниже стандартного из круглых перфорированных труб за счет уменьшения земляных работ, трудоемкости монтажа и цены самих линейных элементов дренажа.
Известные в мире (последние годы — в России) элементы для горизонтального и вертикального дренажа, например, фирмы AKZO NOBEL — марок Enkadrain ST (P 32, TP, Enkaflex Underlay) также выполнены из композитных материалов. Конструктивная схема всех элементов — дренирующее ядро между двумя фильтрующими или фильтрующей и нефильтрующей обкладками. Ядро представлено полиамидными нитями, сплавленными в точках пересечения в объемную локально жесткую структуру. Обкладки представлены геотекстильной “нетканкой” из полиэфирных нитей. Длительный опыт эксплуатации показал устойчивость этих материалов против гниения, поедания насекомыми и грызунами в грунтах, а также воздействия химических фильтратов.
НПД-дрены рекомендованы разделом 8 «Рекомендаций по проектированию и устройству оснований, фундаментов и подземных сооружений при реконструкции гражданских зданий и исторической застройки» /Москомархитектура, М—1998 г./ При использовании НПД-дрен следует выполнять требования СНиП 3.02.01-87, 3.03.01-87, 3.05.04-85 и 3.07.03-85.
Сочетание наборных пластиковых дрен с тканепленочными защитами — завесами, выстилками, ячеистыми барьерами составляет универсальный надежный и экономичный КЭФ-комплекс водозащитных мероприятий. Фундаментпроект имеет наработки в части методик расчета, проектирования, а также испытаний объектов на базе КЭФ-комплекса.
Наши предложения могут быть востребованы муниципальными коммунально-эксплуатационными службами городов, мелиораторами и дорожниками, федеральными организациями — Госстроем, Минтрансстроем, Миннаукой, МинЧС, Минприроды и Минобороны, юридическими образованиями — «Газпромом», «Транснефтью», «Сатори» и др.; наконец, частным сектором — дачниками, владельцами коттеджей и малых предприятий. При наличии инвесторов представляется возможным быстро довести имеющийся опытный задел до рыночной готовности.