Научно-производственное предприятие МОДОСТР - разработка, производство опалубки, продажа различных типов опалубки для монолитных конструкций (опалубка стен, колонн, перекрытий, фундаментов, лифтовых шахт)

Автор: Марковский М.Ф., канд. техн. наук,
заместитель директора УП "МОДОСТР"

За последнее десятилетие в Беларуси были разработаны важнейшие нормативные документы, касающиеся технологии монолитного строительства. Впервые на уровне нормативов описаны технологические решения для возведения монолитных конструкций, оговорены допустимые несовершенства и методы контроля возведённых конструкций, а также опалубочных систем.

1. Качество поверхности монолитных конструкций

Теория и практика создания опалубочных систем и технологий базируется на создании ровной поверхности бетона в точном соответствии с проектом [1]. В процессе возведения монолитных конструкций на строительной площадке в опалубке неизбежно возникновение местных углублений, наплывов и неровностей на поверхности бетонной конструкции. Принимая во внимание трудозатраты на устранение неровностей, считается более рациональным устранить местные углубления в бетоне по сравнению с выступающими частями бетона. Если в первом случае местные углубления устраняют шпатлеванием, то во втором – необходимо стёсывать или шлифовать выступы бетона, а затем их перетирать и шпатлевать. Очевидно, что в большинстве случаев первый вариант более предпочтителен.

В техническом кодексе установившейся практики ТКП 45-5.03-131-2009 «Монолитные бетонные и железобетонные конструкции. Правила возведения» [2], разработанном при участии ведущих специалистов УП «Модостр», предложено оценивать качество поверхности монолитного бетона по показателю прямолинейности поверхности. В нормативном документе введено четыре класса бетонных поверхностей, дана их количественная оценка, назначение этих классов. В нормативных документах Германии [4] применяют пять классов ровности поверхности бетона, в США – три класса [3].

1.1 Классификация бетонных поверхностей

Рисунок 1 – Допуски прямолинейности бетонной поверхности
по классам согласно ТКП 45-5.03-131-2009

Разработчиками ТКП была предложена классификация бетонных поверхностей, принимающая во внимание допуски прямолинейности, дефекты на поверхностях и назначение конструкций.

Для оценки поверхности монолитных бетонных конструкций рекомендуется применять четыре класса поверхности, определяемых по предельным допускам прямолинейности, согласно графикам, приведенным на рисунке 1.

Указанная классификация поверхностей распространяются на поверхности перекрытий, стен, колонн, фундаментов и других конструкций с прямолинейными поверхностями. Приведенные данные не распространяются на торкретированные поверхности конструкций.

Класс поверхности бетонных конструкций должен оговариваться в проектной документации. Класс может быть присвоен поверхности в зависимости от назначения конструкции в соответствии с таблицей 1.

Таблица 1 – Соответствие классов и основного назначения бетонных поверхностей монолитных конструкций

1.2 Требования к бетонным поверхностям

Для бетонных поверхностей, к которым не предъявляются повышенные требования (классы В и Г), выбор технологии возведения и вида применяемой опалубки производится подрядной организацией.

Бетонные поверхности с особыми требованиями к внешнему виду должны быть оговорены в проектной документации. Желательно, чтобы проектная документация также включала описание практического исполнения этих конструкций. В частности желательно  оговаривать размещение рабочих швов, расположение опалубочных щитов при возведении, места пропускания тяжей через тело бетонной конструкции, т.к. эти факторы непосредственным образом влияют на качество и внешний вид лицевой бетонной поверхности.

В проектной документации обязательно должны быть оговорены особые требования:

• к бетонным по поверхностям, требующим дополнительной обработки. Следует оговаривать и методы обработки – например, промывка, заделка трещин, заделка швов от щитовых опалубок, заделка отверстий под тяжи, обтёсывание, пескоструйная обработка, шлифование, затирка, заполнение пор и т.п.;
• к бетонным поверхностям, которые подвергаются постоянному действию движущейся воды, дренажу или другим воздействиям;
• к изогнутым криволинейным поверхностям;
• к конструкциям лифтовых шахт, монолитных лестниц, к конструкциям под определённое технологическое оборудование.

Нормативом установлены ограничения для различных классов поверхности:

• на поверхностях всех классов не допускаются участки неуплотненного бетона;
• на поверхности бетона всех классов не допускается обнажение арматуры, кроме открытых поверхностей стальных закладных изделий, рабочих выпусков арматуры и монтажных крепёжных элементов опалубки;
• на поверхностях бетона классов А, Б и В не допускаются маслянистые, жировые пятна и пятна ржавчины;
• на поверхности бетонных конструкций допускаются местные выступы или впадины, допустимая величина которых определяется по допускам прямолинейности для классов поверхности на рисунке 1 при измеряемом расстоянии, равном 0,1 м;
• на поверхностях всех классов допускаются только усадочные или другие поверхностные технологические трещины. При этом ширина раскрытия трещин не должна быть более 0.1 мм для класса А, и 0.2 мм – для классов Б, В и Г.

1.3 Допустимые дефекты на поверхностях монолитных конструкций

При возведении монолитных железобетонных конструкций в опалубке на строительной площадке практически невозможно избежать некоторых дефектов на поверхностях конструкций. Например, традиционная технология возведения монолитных стен предполагает, что щиты стеновой опалубки стягивают опалубочными тяжами, которые пропускают сквозь тело бетонной конструкции. Тяжи воспринимают огромное боковое давление бетона (для стены высотой 3 м это давление может составлять до 7.5 т/м²). Отказ от тяжей приведёт к значительному удорожанию опалубочной техники, т.к. придётся устанавливать мощные контрфорсы к щитам опалубки для восприятия этих нагрузок.

В связи с этим для монолитных железобетонных конструкций, возводимых в опалубке на строительной площадке, допускаются некоторые виды дефектов, такие как:

• отверстия под тяжи с оставляемыми в них пластмассовыми защитными трубками, технологические отверстия под анкера. При этом способы заделки отверстий должны быть оговорены в проектной документации;
• отпечатки щитов и других формообразующих элементов опалубки;
• обнажение фиксаторов арматуры в нижней зоне стены, колонны, оговоренное в технологических картах на опалубочные работы (кроме поверхностей с особыми требованиями);
• отпечатки щитов и элементов палубы (листы фанеры, доски и т.п.) на нижней поверхности.

На поверхности бетона, предназначенной под оклейку обоями местные наплывы (выступы) или впадины не должны быть высотой или глубиной более 1 мм. Для обеспечения таких требований рекомендуется шлифование местных выступов и шпатлевание местных впадин.

2. Опалубочные системы

2.1 Монолитные стены

Для возведения монолитных стен на стройках Беларуси широко применяется высококачественная стеновая опалубка КАСКАД системы МОДОСТР, одна из наиболее успешных моделей опалубки на строительном рынке Республики Беларусь (рисунок 2).

Рисунок 2 – Опалубка КАСКАД системы МОДОСТР

Минимальный отпечаток каркаса на лицевой поверхности бетона делает ее весьма конкурентоспособной. Для возведения монолитных стен высотой до 3 м требуется лишь два тяжа по высоте щита. Среди отличительных преимуществ данной модели опалубки можно отметить и то, что в щитах применяется крупноформатная фанерная палуба без стыков, при этом ширина щитов составляет до 1000 мм.

Система опалубки оснащена всеми расходными материалами белорусского производства (защитные трубки, пластмассовые наконечники, пластмассовые заглушки, фиксаторы арматуры). В системе предусмотрены универсальные (перфорированные) щиты с шагом технологических отверстий 50 мм, что значительно расширяет функциональные возможности опалубливания без доборных элементов.

2.2 Монолитные колонны

1 – щит; 2 – регулируемый подкос; 3 – замок колонны
Рисунок 3 – Веерная опалубка колонн системы МОДОСТР

Для возведения прямоугольных колонн широко применяется специализированная веерная опалубка колонн системы МОДОСТР, обеспечивающая многократную оборачиваемость и высокое качество монолитных конструкций.

Веерная опалубка собирается из специальных перфорированных опалубочных щитов, что позволяет возводить колонны с максимальным поперечным сечением до 600х600 мм с шагом 50 мм (рисунок 3).

Допустимое давление бетона на веерную опалубку колонн 80 кПа. При этом, имея на строительной площадке щиты только одного типоразмера по ширине (1150 мм), можно опалубить прямоугольную колонну произвольного поперечного сечения до 1000х1000 мм, с технологическим шагом 50 мм. Опалубка колонн для безопасного ведения работ может комплектоваться надёжными рабочими площадками.

2.3 Монолитные перекрытия

Для возведения монолитного перекрытия наиболее распространенным типом опалубки является опалубка на основе телескопических стоек и распределительных балок, по которым укладывают палубу из водостойкой фанеры. Такой опалубке свойственна технологическая гибкость, но её сборка и последующая распалубка конструкций характеризуется относительно высокой трудоемкостью.

Максимальная высота этажа возводимого здания ограничивается рабочей высотой телескопической стойки. Для зданий с высотой 4 и более метров рекомендуется применять опалубку на основе несущих башен. Технология применения несущих башен характеризуется меньшей трудоемкостью работ по сравнению с применением отдельно стоящих телескопических стоек.

К технологическому оборудованию более высокого порядка следует отнести опалубку-стол (рисунок 4), монтаж и демонтаж которой производится краном. Трудоемкость опалубочных работ при этом снижается в 3-4 раза по сравнению с традиционными телескопическими стойками. Следует отметить, что все перечисленные типы опалубки перекрытий могут работать одновременно и на одном объекте. С целью интенсификации возведения каркасов здания технологией может быть предусмотрено обязательное применение страховочных опорных элементов в виде отдельных телескопических стоек или несущих (опорных) башен.

1 – опорная система; 2 – несущая балка; 3 – распределительная балка;
4 – водостойкая ламинированная фанера; 5 – съемный колесный узел; 6 – поворотное колесо;
7 – домкрат; 8 – подвеска
Рисунок 4 – Опалубка-стол системы МОДОСТР

2.4 Деревянные опалубочные балки

Наряду с традиционными типами опалубок, основой которых служат формообразующие каркасные металлические щиты различных размеров, в мировой практике строительства широко используются опалубки, в которых заложено другое конструктивное решение. Это опалубки, собираемые непосредственно на строительной площадке из деревянных балок, палубы, а также поддерживающих и крепежных элементов. Такая конструкция обеспечивает универсальность. Это означает, что из одних и тех же основных элементов формируется опалубка различных монолитных конструкций: колонн, стен, перекрытий и т.д. самой различной формы и размеров. Основным элементом в таких опалубках служат деревянные опалубочные балки.

На строительном рынке Республики Беларусь данная продукция представлена в различных исполнениях. При этом различные производители присваивают изделиям разные прочностные характеристики.

Для обеспечения единых нормативных требований к инвентарным деревянным опалубочным балкам при участии специалистов УП «Модостр» и РУП «Институт БелНИИС» был разработан СТБ 2131-2010 «Балки опалубочные деревянные. Технические условия» [5]. Стандарт устанавливает технические требования к инвентарным деревянным опалубочным балкам, а также методы их испытания нагружением, оценки прочности и жёсткости. Также он содержит единые требования и критерии оценки качества исполнения, несущей способности и жёсткости деревянных опалубочных балок, применяющихся на строительных объектах Республики Беларусь.

Схема испытания балок в соответствии с СТБ 2130-2010 приведена на рисунке 5.

1 – плита для передачи нагрузки; 2 – стальная плита опоры;
3 – зона с клиновым шиповым соединением
Рисунок 5 – Схема испытания балок на несущую способность:
а – на восприятие поперечной силы;
б – на восприятие изгибающего момента

Результаты испытаний подвергают статистической обработке исходя из предположения, что они распределены по логнормальному закону. Значение, соответствующее 5% квантили распределения, устанавливают в качестве характеристического (нормативного) значения R_u5.

Расчётное значение сопротивления балок R_d находят с учётом понижающих коэффициентов:

R_d = k_mod · R_u5 / γ_M ,

где R_u5 – нормативное (характеристическое) значение прочности балки;

γ_M – частный коэффициент для прочностных свойств материала. Для древесины и древесного материала его значение составляет 1.3;

k_mod – коэффициент, учитывающий влияние длительности нагрузки и влагосодержания конструкции на параметры прочности. В типичных условиях строительной площадки применяются опалубочные балки в условиях, соответствующих влагосодержанию в 20 % или меньше. Для деревянных опалубочных балок, изготовленных промышленным способом, следует назначать k_mod = 0.9.

2.5 Опалубочные тяжи

В развитие нормирования опалубочной техники был разработан СТБ 2130-2010 «Тяжи опалубочные. Технические условия» [6]. Тяжи опалубочные являются наиболее ответственными элементами опалубочной системы, поскольку они воспринимают боковое давление бетонной смеси. От прочности данного элемента опалубочной системы во многом зависит безопасность производства бетонных работ.

Для определения допустимой нагрузки на тяж стандарт предусматривает испытание трёх тяжей. По результатам испытаний определяют среднее значение разрывного усилия. Допустимая нагрузка на тяж определяется делением среднего значения разрывного усилия на коэффициент безопасности, который составляет:

– для тяжей с нарезанной резьбой – 2.1;

– для катаных тяжей – 1.75.

Следует отметить, что все разработанные стандарты гармонизированы с общеевропейскими стандартами, их соблюдение и внедрение способствует повышению качества и безопасности выполнения опалубочных и бетонных работ при монолитном строительстве.

2.6 Опалубочные системы

Требования к опалубочным системам, их правилам устройства и демонтажа при возведении монолитных железобетонных конструкций устанавливаются нормативом ТКП 45-5.03-23-2006 «Опалубочные системы. Правила устройства» [7].

Данный кодекс кроме требований к различным видам опалубочных систем устанавливает требования к проектной документации на конструкции зданий, которая должна содержать информацию, необходимую для проектирования опалубочных систем и планирования технологии исполнения железобетонных конструкций. Указанный документ дополняет ТКП 45-5.03-131-2009 «Монолитные бетонные и железобетонные конструкции. Правила возведения», описанный в начале статьи.

3. Технология возведения сборно-монолитных каркасных зданий

Сборно-монолитные каркасные здания выполняют из несущего железобетонного каркаса, включающего плоский диск перекрытия на основе многопустотных плит перекрытия, несущих и связевых монолитных ригелей, а также колонн, диафрагм жесткости и конструкций лестнично-лифтового блока. Наружные и внутренние стены, а также перегородки выполняют поэтажно опёртыми. Колонны, диафрагмы жесткости, стены лестнично-лифтового блока, лестничные марши и площадки выполняют в сборном или монолитном исполнении.

При возведении в 1990-х годах первого в Республике Беларусь сборно-монолитного каркасного здания в микрорайоне Малиновка в г.Минске была применена ошибочная технология возведения каркаса с применением громоздких опорных ферм, навешиваемых на колонны, на которые укладывались плиты диска перекрытий и осуществлялось бетонирование.

Предложенная нами альтернативная технология, успешно реализованная при строительстве десятков жилых и общественных зданий в Республике Беларусь и Российской Федерации, отличается высокой технологической гибкостью, универсальностью и надёжностью (рисунок 6).

Концепция опалубочной технологии включает:

• применение опорных башен из телескопических стоек с повышенной несущей способностью. Башни, опираемые на нижележащий диск перекрытия, устанавливают дискретно под несущие и связевые ригели;
• применение технологии ранней распалубки со страховочными стойками;
• использование наружных стен в качестве опалубки связевых ригелей;
• систему рабочих площадок и т.д.

Рисунок 6 – Возведение сборно-монолитного перекрытия жилого дома в г. Ивье (Беларусь) с применением несущих башен МОДОСТР

На основании накопленного опыта на многих объектах в Беларуси, России и в Украине специалистами УП «Модостр» и РУП «Институт БелНИИС» разработан ТКП 45-5.03-215-2010 «Сборно-монолитные каркасные здания. Правила возведения» [8].

4. Технология возведения монолитных каркасных зданий

Каркасные системы являются одними из наиболее перспективных систем многоэтажных зданий, как с конструктивной, так и с технологической точки зрения. Концепция опалубочной системы МОДОСТР включает несколько вариантов опалубок и технологий возведения монолитных конструкций зданий и сооружений.

Практика показывает, что при строительстве монолитных каркасных зданий на опалубочные и арматурные работы приходится от 60 до 80 % всех трудозатрат. Соответственно, от этих технологических переделов зависят и темпы строительства.

В Республике Беларусь разработан специальный нормативный документ ТКП 45-5.03-20-2006 «Монолитные каркасные здания. Правила возведения» [9], содержащий рекомендуемые технологические решения при возведении различных типов монолитных конструкций.

4.1 Монолитные перекрытия

1 – подпорки в виде несущих (опорных) башен;
2 –страховочные подпорки в виде телескопических стоек
Рисунок 7 – Схема установки подпорок и страховочных подпорок

Ведущим технологическим потоком при возведении каркасных зданий является устройство монолитного перекрытия.

С целью ускорения оборачиваемости опалубки при возведении перекрытий специалистами УП «МОДОСТР» применяется технология ранней распалубки при достижении бетоном 50 % проектной прочности. При этом необходимо производить переопирание плиты перекрытия при помощи подпорок и страховочных подпорок на нижележащие перекрытия до набора бетоном проектной прочности (рисунок 7).

4.2 Монолитные стены

Рисунок 8 – Возведение наружных монолитных стен жилого дома по ул. Денисовской в Минске с применением опалубки и навесных подмостей системы МОДОСТР

При возведении монолитных стен одним из способов повышения производительности труда при бетонных работах является применение опалубочных панелей, собранных из отдельных щитов.

Рациональные схемы расстановки опалубки по технологическим захваткам определяются на стадии разработки технологии.

Опалубливание прямых участков стен, как правило, не вызывает трудностей, но для сложных участков, включающих стыки и примыкания наружных стен, требуется тщательная проработка и применение консольных и навесных обслуживающих площадок (подмостей) (рисунок 8).

4.3 Монолитные колонны

Следующим важным конструктивным элементом каркасных зданий является колонна. Следует отметить, что колонны круглого или овального сечения опалубить дороже, чем прямоугольные.

Капители монолитных колонн также значительно усложняют опалубочные работы. Для исключения продавливания перекрытия в зоне колонны вместо капителей целесообразно закладывать в проект специальное армирование.

В случае, когда монолитные колонны должны примыкать к диафрагмам жёсткости, возведение этих конструкций целесообразно производить раздельно. Поэтому соединение арматуры диафрагм с колоннами предпочтительно проектировать с применением закладных изделий.

Список литературы

1. Марковский М.Ф., Копылов Ю.Б., Бурсов Н.Г. Технологии бездефектного возведения монолитных железобетонных конструкций из товарного бетона // I-^я Международная научно-практическая конференция “Товарный бетон. Новые возможности в строительных технологиях”: Материалы конференции. – Харьков, 2008. – с.44-54.
2. ТКП 45-5.03-131-2009 Монолитные бетонные и железобетонные конструкции. Правила возведения.
3. ACI 347-01 Guide to Formwork for Concrete.
4. DIN 18202 Toleranzen im Hochbau.
5. СТБ 2131-2010 Балки опалубочные деревянные. Технические условия.
6. СТБ 2130-2010 Тяжи опалубочные. Технические условия.
7. ТКП 45-5.03-23-2006 Опалубочные системы. Правила устройства.
8. ТКП 45-5.03-215-2010 Сборно-монолитные каркасные здания. Правила возведения.
9. ТКП 45-5.03-20-2006 Монолитные каркасные здания. Правила возведения.