Весной 2023 года в лабораторию «Айронкон-Лаб» поступил запрос на проведение обследования грунта под благоустройство территории общеобразовательной школы инновационного центра «Сколково».
| Инновационный центр «Сколково» – крупный российский научно-технологический комплекс, созданный с целью стимулирования разработки и коммерциализации новых технологий. Центр расположен в подмосковном городе Сколково и включает в себя ряд исследовательских институтов, лабораторий, офисов, а также жилые и общественные здания.Проект «Сколково» был инициирован правительством России в 2010 году, и его курирование поручено специально созданному фонду «Сколково». Основная задача центра – поддержка стартапов и компаний, работающих в таких ключевых направлениях, как информационные технологии, биомедицина, энергетика, космические технологии и ядерные технологии.
Инновационный центр «Сколково» не только сосредоточен на научных исследованиях и технологическом развитии, но и уделяет большое внимание образовательным инициативам, начиная с раннего возраста. В рамках комплекса функционирует школа с дошкольным отделением, которая предлагает современный подход к обучению и воспитанию детей. Образовательные учреждения в «Сколково» созданы с целью формирования у детей устойчивого интереса к науке и технологиям, а также подготовки их к будущим профессиональным вызовам. Такая образовательная экосистема способствует гармоничному развитию и успешному будущему молодых исследователей и предпринимателей. |
Проблема:
Во время строительства, как это часто бывает, возникла неожиданная проблема: грунт, предназначенный для благоустройства территории, оказался непригодным. Он был переувлажнен, и оставалось неясным, можно ли его восстановить, укрепить или потребуется полная замена — крайний вариант, который всегда трудоемок, длителен и чрезвычайно дорог.
Перед нами стояла задача провести тщательные обследования грунта, а также разработать экономически эффективные меры по стабилизации существующего грунтового основания и избежать затратного и длительного процесса полной замены.
Процесс:
«Прежде всего, необходимо было понять масштаб проблемы: какой процент грунта непригоден для строительства. Появилась теория, что, возможно, за время простоя часть грунта консолидировалась и стала более устойчивой, что позволило бы решить проблему «малой кровью» и заменить верхний слой грунта на песок, добавив геосинтетику для усиления» — говорит Алексей Скиба, который выступил в качестве руководителя проекта по обследованию на данном объекте.
Чтобы проверить эту гипотезу, были разработаны предварительные испытания, начальным этапом которых стало прокапывание шурфов на разных глубинах: — 30 см, — 60 см и — 90 см. Целью этого этапа было определение различий в плотности и влажности грунта.
Однако в ходе этих испытаний существенных различий между образцами не было выявлено. Это позволило сделать вывод о гомогенности грунтового массива на поверхности, что вызвало необходимость в более глубоких и детализированных исследованиях.
Следующим этапом было бурение скважин, размещенных равномерно по участку, для контроля изменений физических параметров грунта в зависимости от глубины. Для отбора образцов был выбран метод колонкового бурения, позволяющий получать пробы в их естественном состоянии. Этот быстрый метод сохраняет влажность образцов и обеспечивает возможность отслеживания изменений в структуре грунтового массива на значительной глубине.
При визуальном осмотре кернов, поднятых с глубины, было решено измерять физические свойства грунта каждые 2 метра. Такой подход позволил корректно оценить грунтовый массив, избегая перегруженности отчета лишней информацией.
В рамках анализа проверялась гипотеза о том, что грунт должен стабилизироваться под собственным весом, что должно приводить к изменению плотности и влажности с увеличением глубины. Более глубокие слои грунта, испытывают более высокое давление, что со временем приводит к их уплотнению.
Чтобы проверить данную гипотезу, руководитель испытательного центра Анжела Ахметшина провела анализ фактического состояния грунта. В ходе лабораторных испытаний выяснилось, что отсутствует прямая корреляция между изменениями свойств грунта и глубиной залегания.
«Одной из самых сложных задач в моей работе было разобраться с результатами испытаний. Это оказалось непросто, потому что я не видела прямой связи между изменениями плотностей и влажности, как предполагала гипотеза. Непредсказуемость результатов потребовала глубокого анализа и дополнительных исследований, что добавило трудностей. Но этот опыт стал важным уроком, который помог мне развить навыки критического мышления и научиться адаптироваться к нестандартным ситуациям» — вспоминает Анжела.
По результатам обследования стало ясно, что грунт на участке имеет неоднородную плотность и влажность. Он представлен как пластичными, так и твердыми слоями, с прослойками песчанистого суглинка. Это может привести к неравномерной осадке, пучинистости и текучести грунта в сезон дождей, а также к его слабому сопротивлению внешним нагрузкам.
Кроме того, из-за движения автотранспорта глинистые грунты могут перейти в текучее состояние, что значительно снизит их несущую способность. Особенно сильно это проявится в строительный период, когда будут уплотнять земляное полотно и использовать строительную технику.
Потеря несущей способности грунта приведет к множеству проблем:
- Неравномерным и непредсказуемым осадкам во время эксплуатации.
- Невозможности уплотнить грунт до нужного уровня.
- Задержкам в строительстве из-за трудностей с проездом техники и выполнением работ.
Проще говоря – гипотеза не подтвердилась, и перед нами встали новые задачи:
- Найти участки, где возможно уменьшить осадку и время, необходимое для стабилизации насыпи.
- Изучить, как усиление основания насыпи с помощью «плоского матраса» может снизить напряжение в основании.
- Убедиться, что верхние слои конструкции хорошо уплотнены, чтобы обеспечить стабильность основания и прочность дорожного покрытия, а также уменьшить неравномерные деформации.
С учетом этого, при строительстве финальных конструкций в основании земляного полотна важно было предусмотреть ряд инженерных мероприятий, которые помогли бы устранить или значительно снизить негативные воздействия и решить поставленные задачи.
Решение проблемы:
Для решения этой проблемы мы обратились к компании «Сотерра Инжиниринг» в лице руководителя проектов Сергея Егорова.
В качестве альтернативы можно частично заменить слабый грунт на слой щебня, укрепленный гексагональной георешеткой. Этот слой будет полезен не только во время строительства, когда он станет проездом для техники, но и в эксплуатации, обеспечивая высокую несущую способность и уменьшая неравномерные деформации.
Расчеты были выполнены по методике, разработанной специалистами кафедры «Аэродромы и дороги. Основания и фундаменты» Военного инженерно-технического университета. Эта методика основана на научных трудах известных советских и российских дорожников, таких как Н.Н. Иванов, М.Б. Корсунский и А.М. Кривиский, а также на ряде нормативных документов и данных, полученных в ходе экспериментов с 1999 по 2002 годы.
Методика позволяет:
- Определить нужные толщины для традиционных и армированных синтетическими георешетками дорожных слоев.
- Выполнить расчеты по критериям допустимой деформации покрытия и допустимого давления на грунтовое основание.
В результате расчетов деформаций были получены следующие выводы:
- Для усиления основания насыпи и обеспечения проезда строительной техники необходимо по всей территории благоустройства создать гибкую плиту из щебня толщиной 60 см. Она должна быть механически стабилизирована двумя слоями плоской гексагональной георешетки производства Сотерра Инжиниринг (ранее Tensar) TriAx180, обладающей средней радиальной жесткостью не менее 450 кН/м при 0,5 % деформации и прочностью 22кН/м по стандарту СТО 09686559-002-2015.
- Давление от послойного уплотнения, выполненного катком ДУ-62 (или аналогичным BW 216 D-40), не превышает максимально допустимого уровня.
- Осадка насыпи, выполненной на плоском матрасе, на 26% меньше, чем без усиления основания. При этом, учитывая неоднородность грунта, неравномерные осадки уменьшаются на 34%.
На основе собранных данных и расчетов было принято решение укрепить основание с помощью системы, состоящей из гексагональной георешетки и щебня, уложенного методом расклинцовки.
Позже заказчик попросил заменить щебень на бетонный бой (рецикл бетона).
Компания «Сотерра Инжиниринг» также разработала рекомендации по производству работ.
Итоги:
В настоящий момент благоустройство территории завершено, все спортивные площадки построены, деревья высажены, и ученики школы могут наслаждаться комфортной и привлекательной окружающей средой.
Компания «Айронкон-Лаб» с гордостью добавляет этот кейс в перечень интересных объектов и готова встречать новые вызовы.
Автор: Яна Меджидова, строительный обозреватель, материаловед
Хотим поблагодарить специалистов, без которых не получилось бы решить эту непростую задачу на высшем уровне:
Анжелу Ахметшину, Руководителя испытательного центра ООО «Айронкон-Лаб», за координацию работ на объекте, оформление отчета и привлечение партнеров для бурения скважин.
Сергея Егорова, Руководителя проектов ООО «Сотерра Инжиниринг», за консультирование, руководство работами по разработке решения, его защите и активное участие в совещаниях.
Soterra.ru
Антона Горелова, Главного архитектора проекта благоустройства, за нашу поддержку на всех этапах проекта и совместную защиту нашего варианта стабилизации грунтов.
Анну Ильину, Руководителя проекта ООО «Инновационное образование», за общую координацию и согласования при проведении работ.
