Строительство многоэтажных жилых и коммерческих зданий требует решения сложнейших технических задач, в том числе подачи бетонной смеси на этажи, расположенные на значительных высотах. Традиционные методы — подача с использованием стрел кранов или механизированной транспортировки вручную — на современных объектах оказываются неэффективными или вовсе непригодными из-за ограничений по скорости, безопасности и качеству выполнения работ [9]. С развитием техники и материалов, подача бетонной смеси стала опираться на высокоэффективные насосы, специализированные системы бетонопроводов и методы оптимизации реологии смеси. Это обусловлено тем, что от эффективности подачи напрямую зависит качество структуры конструкции, темпы возведения здания, а также безопасность на стройплощадке.
Согласно СП267.1325800.2016 «Здания и комплексы высотные» здание, имеющее высоту более 75 м считается высотным, в градостроительном кодексе РФ закреплено понятие уникального объекта — объект высотой более 100 м, а в международной практике «небоскребом» принято считать здания, имеющие высоту более 150 м, однако стандарты различных стран могут отличаться друг от друга.
Целью данной статьи является анализ метода подачи бетонной смеси при строительстве монолитных зданий свыше 150 м на примере самого высотного монолитного здания — Бурдж-Халифа и выявление преимуществ и недостатков данного метода. Для достижения этой цели необходимо рассмотреть методологию производства монолитных высот данного здания.
Небоскреб Бурдж-Халифа в Дубае (ОАЭ), высотой 828 м состоит из 163 этажей и является примером одного из самого быстровозводимого высотного строительства. При строительстве скорость возведения составляла 1–2 этажа в неделю, что позволило реализовать сложный проект в достаточно короткий срок [7]. На скорость возведения повлияли следующие факторы:
— разработка специальных видов бетона;
— применение скользящей самоподъемной опалубки;
— применение специального высоконапорного насосного оборудования для подачи бетонной смеси;
— круглосуточная работа строительной площадки.
Ввиду особо жаркого и сухого климата, для строительства башни были разработаны особые виды бетона: для устройства фундамента и свай — самоконсолидирующийся бетон (SCC), который заполняет форму опалубки без вибрации, что крайне важно при сваях глубокого заложения; для устройства несущих конструкций небоскреба — высокопрочный и высокомобильный бетон (HSC) с низкой проницаемостью и высокой плотностью для обеспечения долговечности и устойчивости к агрессивным условиям окружающей среды, сейсмическим нагрузкам до 6 баллов и ветровым нагрузкам [5]. Несмотря на использование специальных добавок в бетоне для замедления его схватывания, а также добавления льда для охлаждения бетонной смеси, работы велись исключительно в ночное время из-за жаркого климата. [6]
Подача бетонной смеси производилась до высоты 601 м специальным высоконапорным насосным оборудованием Putzmeister BSA 14000 SHP‑D с усиленными элементами для обеспечения давления свыше 200 бар при вертикальной транспортировке бетонной смеси, не допуская ее расслаивания. Для доставки бетона на такую высоту использовались несколько насосных агрегатов и трубопровод для подачи смеси с усиленными стальными трубами, обеспечивающие высокую прочность и герметичность системы. [8]
При разработке концепции бетонирования для осуществления подачи бетонной смеси использовался стационарный бетононасос с бетоноводом DN150мм с толщиной стенки 11 мм, что позволило снизить давление на 25 % и, соответственно, уменьшить износ от трения по сравнению с меньшими диаметрами. [8]
В ходе выполнения монолитных работ линии подачи бетона были соединены с четырьмя стационарными стрелами Putzmeister. Три из них были соединены со стрелами типа MX28–4T, которые осуществляли укладку бетона в боковых частях здания. Стрелы MX28–4T были закреплены на платформах и установлены на трубчатых колоннах высотой 16 м, закрепленных между собой муфтами. Три стрелы были демонтированы одна за другой после завершения возведения стен. [8]
Укладка бетона в центральном ядре здания осуществлялась четвертой стрелой MX32–4T с вылетом 32 м, которая была установлена в трубчатой колонне (высотой 20 м каждая, закрепленных между собой муфтами) и смонтирована в шахте с устройством опор для поддержки конструкции и движущейся бетонной смеси. Подъем бетона осуществлялся гидравлическим способом, все четыре подъемные стрелы MX были установлены без балласта. Для резервного использования был предусмотрен еще один, пятый трубопровод. [8]
Вершина несущего ядра здания (выше 601 м) представляет собой стальную конструкцию, поэтому бетонирование плит перекрытий с уровня 156 этажа осуществлялась с использованием горизонтально проложенных бетоноводов.
Таблица 1
Преимущества использованных технологий и сложности, с которыми столкнулись при производстве монолитных работ при строительстве здания
|
№ п/п |
Преимущества |
Сложности |
|
1 |
Использование специально разработанных видов бетона позволило замедлить время схватывания, воспринимать экстремальные вертикальные и горизонтальные нагрузки, обеспечить долговечность конструкций и их устойчивость к агрессивным условиям и сейсмическим нагрузкам |
Разработка специальных видов бетона привела к необходимости дополнительного контроля качества на строительной площадке, так как высокопрочный бетон требует высокой точности к водоцементному отношению, температуре и времени его транспортировки. Также необходимость осуществлять работы в ночное время из-за экстремальных климатических условий |
|
2 |
Применение скользящей и самоподъёмной опалубки обеспечило высокую скорость строительства и минимизацию монтажных операций по сравнению со сборными конструкциями |
Для исключения образования холодных швов и деффектов производство монолитных работ должно вестись непрерывно. Также данный вид опалубки требует больших затрат на ремонт оборудования |
|
3 |
Применение специального высоконапорного насосного оборудования с усиленными элементами для обеспечения необходимого давления для подачи бетонной смеси позволило транспортировать бетон на экстремальную высоту |
Любая авария при подаче бетона на большую высоту могла привести к простою и браку значительных объёмов. Требования к исключительной надёжности оборудования и высокой квалификации персонала, что приводит к увеличению затрат |
Таким образом, при строительстве небоскреба Бурдж-Халифа использовались не только традиционные методы бетонирования, но и совокупность инженерно‑технологических инноваций, включая специально адаптированные бетонные смеси, высоконапорную подачу бетона на рекордные высоты, интегрированные насосные станции, оптимизированные линии подачи бетона и современные подходы к контролю качества и логистике на стройплощадке, которые позволили реализовать уникальный объект с объемом затраченного бетона при производстве монолитных работ 250 тыс. м3 [5] и несмотря на трудности, с которыми столкнулись при производстве монолитных работ.
Литература:
- Myoungsung Choi, Chiara F. Ferraris, Nicos S. Martys, Van K Bui, H. R. Trey Hamilton, Didier Lootens // NIST Technical Note 1866 / — 2015. / P. — 1–24.
- Ling Zhen Ba, Yi Bo Yang, Song Liang, Hai Hong Mo, Hong Cao, Ting Jin Liu, Jun Sheng Chen // Key Engineering Materials / — 2009. — Vols. 405–406/ P. — 110–116.
- Голубев Н. М. Себестоимость и трудоемкость работ при возведении монолитных конструкций в зависимости от применяемых средств механизации.
- Кузнецова Е. В. Эффективные технологии возведения многоэтажных зданий // Оренбургский государственный университет.
- Structural Details of Burj Khalifa [Электронный ресурс] // Build-Construct.com. — Режим доступа: https://build-construct.com/structures/burj-khalifa-structural-details
- Pumps & Systems. Concrete Pumps Reach Record-Breaking Heights at Burj Khalifa [Электронный ресурс] // Pumps & Systems. — Режим доступа: https://www.pumpsandsystems.com/concrete-pumps-reach-record-breaking-heights-burj-khalifa
- The Constructor. Structural details, concrete grades and foundations of Burj Khalifa [Электронный ресурс] // The Constructor. — Режим доступа: https://test.theconstructor.org/structures/structural-details-burj-khalifa-concrete-grade-foundations/20512/
- Putzmeister. Burj Khalifa, Dubai — Success Story [Электронный ресурс] // Putzmeister. — Режим доступа: https://www.putzmeister.com/ja/web/european-union/success-story-detail/-/asset_publisher/burj-khalifa-dubai-united-arab-emirates
- Dr. Manjunatha LR // High-rise concrete pumping for skyscraper construction [Электронный ресурс] // Academia.edu. — Режим доступа: https://www.academia.edu/144830191/High_rise_concrete_pumping_for_skyscraper_construction?utm_source
