Скорость плюс безопасность
Работа на высоте влечет за собой дополнительные требования к безопасности. Это закономерно: проведение высотных работ несет определенные риски как для персонала, работающего на краю перекрытия, так и для пешеходов и автомобилей - из-за вероятности падения вниз предметов, поэтому требует особых технических решений.
Одним из ответов стали самоподъемные опалубочные системы – их первые прототипы появились у компании PERI еще в 1972 году.
Схема работы самоподъемных опалубочных систем достаточно проста. При классическом способе возведения вертикальных монолитных конструкций необходима опалубка стен. Перед бетонированием эту опалубку необходимо зафиксировать и выставить в проектное положение. Это можно сделать, либо разместив ее на плите перекрытия, либо – при работе на краю здания – на специальной платформе. После бетонирования конструкций одного этажа (или захватки, в случае, например, с пилоном моста) опалубку необходимо переместить на следующий уровень.
Самоподъемная система представляет собой единую конструкцию, которая включает в себя стеновую опалубку на всю высоту этажа и несколько уровней рабочих платформ. Такая система крепится к зданию через специальные анкерные детали, закладываемые в процессе бетонирования.
После набора бетоном необходимой прочности, производят распалубливание (извлекают опалубочные тяжи, а сами щиты отводят от бетона), а на анкерные детали устанавливаются крепления – башмаки, после чего производится подъем всей системы на следующий этаж при помощи интегрированного гидравлического оборудования.
Появление таких систем стало революционным прорывом в строительстве. Позднее, в конце 1970 годов, технология была усовершенствована: добавился гидравлический элемент. Это позволило перемещать систему на следующий этаж без использования крана. Модернизированное оборудование применялось при строительстве мостов в Германии, а позднее – в Южной Корее, в частности, при возведении моста Olympic в Сеуле в 1988 году. На сегодняшний день в мире с помощью самоподъемных опалубочных систем построены уже несколько сотен объектов.
Почему эти системы стали столь востребованными? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте сравним принципы работы традиционной подъемно-переставной и самоподъемной систем. Если используется первая, то по мере возведения объекта необходимо сначала переместить опалубку, а затем подмости – или же все элементы одновременно. В процессе перемещения переставляемый на следующую захватку модуль необходимо установить на прикрепленные к монолитной стене анкерные крепления. Если опалубка габаритная, это вызывает серьезные сложности и риски, особенно в ветреную погоду.
Что касается самоподъемной опалубки, то такая система соединена с конструкциями зданий как минимум в двух точках – и во время работ, и при перемещении. Как следствие, ее перестановку можно проводить в любую погоду и при любых габаритах без дополнительных рисков. Одновременно экономится крановое время: для перемещения самоподъемной опалубки кран не нужен, поскольку в нее встроен гидравлический механизм подъема. Не секрет, что дефицит кранового времени – распространенная проблема в строительстве, а самоподъемная система помогает снять ограничения и увеличить скорость проведения работ.
Почти как гусеница
Самоподъемная опалубка оснащена стационарными гидравлическими цилиндрами, которые приводятся в действие стационарным гидравлическим агрегатом. Подъемный цилиндр имеет две так называемых «подъемных головки» с храповым механизмом, который действует следующим образом. В начале подъема гидроцилиндр упирается нижней подъемной головкой в специальный рельс, шток цилиндра выдвигается, цилиндр таким образом толкает всю систему вверх. По достижении определенной выдвижки автоматически активируется верхняя подъемная головка, после чего вся нагрузка переходит на нее. Нижняя подъемная головка, освобожденная от нагрузки, перемещается вверх на штоке цилиндра. Далее процесс повторяется.
Принцип работы напоминает движение гусеницы по стеблю: она цепляется лапками снизу, выпрямляется, а потом подтягивает тело наверх.
Сама самоподъемная система представляет собой модульный жесткий каркас с несколькими уровнями рабочих платформ. Их количество зависит от конфигурации системы и требований проекта, но обычно их три: «уровень 0» – для армирования и работы с опалубкой: отведения/закрытия, очистки и т. д.; «уровень 1» – вспомогательный уровень для обслуживания гидравлического оборудования и демонтажа подъемных анкеров; «уровень +1» – для подвешивания опалубки к стальным балкам на кран-тележках, которые позволяют легко отводить ее вручную для очистки или освобождения пространства для армирования. Его также можно использовать для опережающего армирования или складирования. При строительстве высотных зданий погодные условия иногда ограничивают работу крана. Чтобы строительный процесс из-за этого не останавливался, на уровень +1 можно заранее, при хорошей погоде, поместить пачку арматурных стержней, которые в дальнейшем будут использоваться на монтаже.
Все рабочие площадки с целью безопасности оснащаются сплошным ограждением по периметру. которое может быть непродуваемым – тогда оно делается из фанеры или профилированного листа. Подобный вариант используется в холодных регионах или в зимнее время.
Одно из ключевых преимуществ подобных систем – модульный принцип. Он позволяет собирать опалубочное решение по методу конструктора из отдельных элементов в зависимости от конкретного объекта. В этом контексте возникло интересное «неопалубочное» применение, получившее широкое распространение: ветрозащитные экраны. Такой экран представляет собой панель из двух поперечных рам и обрешетки, сделанной из бруса, а также обшитой фанерой или профилированным листом. Экран прикрепляется к забетонированным конструкциям здания и защищает не только от воздействия сильного ветра, но и от несчастных случаев. На экран при этом не устанавливается опалубка, однако сама ветрозащитная система ускоряет возведение каркаса. Независимые замеры показали, что производительность труда при работе на большой высоте в случае применения ветрозащитных экранов остается такой же, как если бы монтажные работы выполнялись на уровне земли.
Отличия от скользящей опалубки
Самоподъемные системы часто путают со скользящей опалубкой, однако это два принципиально разных понятия – как по принципу действия, так и по области применения, преимуществам и недостаткам.
В скользящей опалубке, в отличие от подъемно-переставной или самоподъемной, нет «цикличности», когда одинаковый состав работ по возведению определенного этажа/яруса конструкции выполняется последовательно от захватки к захватке с определенной периодичностью. В этой системе опалубка, прикрепленная к специальным домкратным рамам, опирающимся на стены, с низкой скоростью постоянно перемещается вверх. Это, с одной стороны, позволяет освободить от бетона участки стены, которые уже набрали минимальную прочность, с другой – не дает опалубке «прилипнуть» к бетону в процессе его твердения. Армирование и бетонирование также выполняются непрерывно по мере подъема опалубки. Высота опалубки при этом гораздо меньше, чем в «классическом исполнении» – порядка 1,0 – 1,5 метров. Плюсом применения опалубки такой небольшой высоты является отсутствие необходимости установки опалубочных тяжей, а значит и дополнительных мероприятий по их последующей герметизации. Т.к. скользящая опалубка опирается на верхнюю часть возводимой монолитной стены, на лицевой поверхности бетона также не остается следов от анкеровки. Все это делает систему выгодным решением при строительстве сооружений, имеющих специальные требования: например, резервуаров для СПГ. Кроме того, скользящая опалубка хорошо подходит для возведения труб и башен, имеющих небольшой диаметр, или для радиальных сооружений, геометрия которых меняется по высоте – например, башенных градирен.
При этом особенности функционирования скользящей опалубки, обеспечивающие ее преимущества при возведении зданий и сооружений определенного типа, являются «узкими местами» при строительстве объектов другого типа. К примеру, наличие большого количества проемов (дверных, оконных, для коммуникаций), пресечений стен под прямыми или острыми углами, густое армирование и множество закладных деталей – все это делает использование скользящей опалубки для возведения центрального ядра высотных зданий весьма затруднительным. Кроме того, применение скользящей опалубки предполагает возможность строительства только по методу «ядро с опережением», что означает дополнительные затраты на организацию узла стыковки центрального ядра здания и плит перекрытия.
Примеры из российской и мировой практики
С помощью самоподъемных опалубочных систем возведено немало знаковых объектов как в России, так и в других странах мира. Из российских примеров стоит в первую очередь упомянуть застройку «Москва Сити» – его объекты входят в десятку самых высоких зданий нашей страны. Объекты этого комплекса возводились как на монолитном, так и на смешанном каркасе, однако и в том и в другом случае использовались самоподъемные системы. Небоскребы «Москва Сити» были одной из первых проб и использовали так называемую западную модель: большое центральное ядро с крупными «ячейками» – внутренними стенами.
Сейчас же популярным считается подход с лестнично-лифтовыми узлами и ячейками небольшого размера: он активно применяется в жилищном строительстве. Как следствие, под него адаптировалась и опалубка.
Если говорить о мировом опыте, то он в заметной степени приходится на США – родину небоскребов. Именно с помощью самоподъемной опалубки было построено 257-этажное здание Part Tower в Чикаго. Один полный этаж возводился всего за три дня – и все благодаря самоподъемной системе с установленной на нее 20-тонной бетонораспределительной стрелой. Эта стрела была интегрирована в опалубочную систему и поднималась вместе с ней. Как следствие, не требовалось дополнительного комплекта гидравлики.
Другой пример – Trump World Tower III в Нью-Йорке. Это 258-метровое здание с площадью этажа 1100 кв. метров и высотой типового этажа 3,25 м. Время возведения одного этажа сначала также составляло три дня, а после 21-го этажа – почти невероятные два дня.
Яркий пример за пределами США – 190-этажная башня Turning Torso в Мальмё (Швеция), возведенная по проекту знаменитого архитектора Сантьяго Калатравы. Отдельным вызовом стала ее сложная форма и плиты перекрытия, меняющие положение. Потребовалось серьезно адаптировать опалубочную систему и к этим особенностям, и к неодинаковой толщине стен центрального ядра: от двух метров на уровне фундамента до 40 сантиметров на верхних этажах. Однако самоподъемная система успешно выдержала это испытание, причем для работы потребовался всего 21 человек.
Кроме того, с использованием самоподъемной опалубки были построены такие знаковые сооружения как: башни Петронас в Малайзии (452 метра), Виадук Мийо во Франции (343 метра), Telecom Tower в Малайзии (320 метров), Seven World Trade Center (230 метров) и Trump Tower (415 метров) в США, отель «Континенталь» в Польше (163 метра), 21st Century Tower в ОАЭ (269 метров), башни Torre Repsol, Torre de Cristal и Torre Espacio комплекса Quatro Torres в Испаннии (250, 249 и 223 метра соответственно) и многие другие, а также ряд мостов, включая Мост Султана Селима Явуза в Турции, пилоны которого являются самыми высокими в мире (322 м и 318 метров).
Если говорить о российском опыте, то в первую очередь стоит упомянуть ММДЦ «Москва Сити», объекты которой входят в десятку самых высоких зданий в РФ и уступают лишь зданию «Лахта Центр» в Санкт-Петербурге. Из столиц этот опыт перешел и в регионы, и сейчас подобные здания возводятся по всей России – стоит упомянуть 100-метровый ЖК «Чикаго» в Новосибирске, который начал возводиться в 2022 году. Там же планируется построить 60-этажный жилой небоскреб.
Иными словами, высотное строительство с помощью самоподъемных опалубочных систем – современный мировой стандарт, и в будущем он, несомненно, продолжит набирать обороты. Какими будут эти технологии через 10 или 50 лет, однозначно сказать сложно. Эксперты называют разные пути развития. Например, распространение аддитивных технологий может затронуть и сферу высотного строительства, когда место опалубки займет механизм, поднимающий условный 3D-принтер с этажа на этаж.
Несомненно, сыграет роль и цифровизация, которая уже сейчас охватывает строительную отрасль. Для примера можно упомянуть сенсоры для бетона – комплекс различных датчиков, оснащенных автономным питанием, которые в режиме 24/7 регистрируют определенные данные и передают их в облачную платформу, где авторизованные лица могут в любой момент получить к ним доступ из любой точки мира. Подобные технологии превращаются в стандарт, и в будущем они также займут свое прочное место. Каким же это будущее окажется, станет ясно позднее, но очевидно одно: оно будет интересным.
Статья опубликована на сайте Cтроительной газеты