ГЭСН 05-01-104-01: Погружение стальных свай в мерзлых грунтах

Введение

Норма ГЭСН 05-01-104-01 является ключевым элементом в системе Государственных элементных сметных норм (ГЭСН), регламентирующих строительные процессы на территории Российской Федерации. Она предназначена для точного определения потребности в ресурсах, таких как трудозатраты рабочих, время эксплуатации строительных машин и механизмов, а также материальные ресурсы, необходимые для выполнения работ по погружению предварительно изготовленных стальных свай буроопускным способом.

Данная норма применяется исключительно для стальных свай объемом до 0,2 м3, устанавливаемых в предварительно пробуренные скважины в условиях мерзлых и многолетнемерзлых грунтов. Актуальность этой нормы особенно высока для регионов Крайнего Севера и других территорий с суровым климатом, где грунты находятся в мерзлом или вечномерзлом состоянии. В таких условиях традиционные методы погружения свай, такие как ударная забивка, вибрационное погружение или статическое вдавливание, часто оказываются неэффективными или даже невозможными из-за высокой прочности и низкой сжимаемости мерзлых грунтов. Буроопускной способ, напротив, позволяет создать надежное свайное основание, обеспечивая прочное сцепление сваи с грунтом за счет заполнения затрубного пространства цементно-песчаным раствором, который после замерзания и схватывания образует единый монолит с мерзлым грунтом.

Основная цель применения ГЭСН 05-01-104-01 — обеспечить сметчиков и инженеров-проектировщиков достоверными данными для формирования сметной стоимости строительных работ, планирования ресурсов и контроля за их расходом. Точное применение нормы позволяет избежать необоснованных затрат и обеспечить экономическую эффективность проектов, реализуемых в сложных природно-климатических условиях.

Техническая информация

Состав работ по норме

Детальное понимание состава работ, учтенных в ГЭСН 05-01-104-01, критически важно для корректного применения нормы и исключения двойного учета или пропуска необходимых операций. Норма охватывает следующие основные технологические этапы:

1. Заполнение скважины цементно-песчаным раствором с использованием автобетоносмесителя. Этот этап является одним из ключевых в технологии буроопускного погружения. После бурения скважины (работы по бурению не входят в данную норму и учитываются отдельно) ее дно и устье очищаются от осыпавшейся породы и уплотняются. Затем скважина заполняется цементно-песчаным раствором. Объем раствора, как правило, составляет около одной трети длины скважины на начальном этапе, с последующим доливом после установки сваи. Для обеспечения оптимальных условий смерзания и схватывания раствора, особенно при работе со стальными сваями в условиях отрицательных температур, рекомендуется предварительный подогрев раствора до температуры не менее +20 °С. Использование автобетоносмесителя обеспечивает однородность раствора и его оперативную подачу к месту работ.
2. Подача и установка сваи в скважину. После заливки начального объема раствора производится подача предварительно изготовленной стальной сваи к месту погружения. Свая с помощью крана на автомобильном ходу аккуратно устанавливается в подготовленную скважину. Важно обеспечить точное центрирование сваи и ее вертикальное положение для соответствия проектным отметкам. Диаметр скважины должен быть на 5–10 см больше сечения сваи, чтобы обеспечить достаточное пространство для заполнения раствором.
3. Погружение сваи до проектной отметки вибропогружателем. Несмотря на то, что скважина уже пробурена, окончательное погружение сваи до проектной отметки осуществляется с помощью высокочастотного электрического вибропогружателя. Вибрационное воздействие способствует более плотному прилеганию сваи к цементно-песчаному раствору и обеспечивает лучшее заполнение всех пустот в затрубном пространстве. После погружения сваи до проектной отметки, оставшееся пространство между сваей и стенками скважины доливается раствором. В некоторых случаях, особенно в пределах слоя сезонного оттаивания-промерзания, затрубное пространство может быть засыпано непучинистым грунтом для минимизации касательных сил морозного пучения.

Материалы и ресурсы

Для выполнения работ, предусмотренных ГЭСН 05-01-104-01, необходим следующий состав ресурсов:

Трудозатраты:

• Затраты труда рабочих-строителей: 2,2 чел.-ч на 1 м3 объема сваи. Средний разряд рабочих, учтенный в норме, составляет 2,6. Это соответствует квалификации, достаточной для выполнения основных операций по установке свай и работе с растворами.
• Затраты труда машинистов: 2,78 чел.-ч на 1 м3 объема сваи. Эти затраты включают время работы машинистов, управляющих экскаваторами, вибропогружателями, кранами и автобетоносмесителями.

Машины и механизмы:

• Экскаваторы одноковшовые дизельные на гусеничном ходу, объем ковша 1,8 м3: 0,63 маш.-ч. Используются для вспомогательных земляных работ, очистки скважин, подготовки площадки.
• Вибропогружатели высокочастотные электрические для погружения свай до 1,5 т, эксцентриковый момент 47 кгм, центробежная сила 450 кН: 0,63 маш.-ч. Основное оборудование для окончательного погружения свай.
• Краны на автомобильном ходу, грузоподъемность 16 т: 0,77 маш.-ч. Применяются для подачи и установки свай в скважины.
• Автобетоносмесители, объем барабана 6 м3: 0,63 маш.-ч. Необходимы для приготовления и транспортировки цементно-песчаного раствора, а также для заполнения скважин.
• Тягачи седельные, нагрузка на седельно-сцепное устройство до 12 т: 0,12 маш.-ч. Используются для транспортировки полуприцепов с материалами и оборудованием.
• Полуприцепы общего назначения, грузоподъемность до 15 т: 0,12 маш.-ч. Применяются для доставки стальных свай и других необходимых материалов на строительную площадку.

Материалы:

• Растворы на цементном вяжущем: Включают цементно-песчаный раствор, используемый для заполнения скважин. Состав раствора (соотношение цемента и песка) определяется проектом. Важно учитывать, что цементно-песчаный раствор, помимо замерзания, также схватывается за счет гидратации цемента, что обеспечивает дополнительную прочность.
• Сваи стальные буроопускные: Предварительно изготовленные стальные сваи, которые погружаются в скважины. Их тип, размеры и объем должны соответствовать проектной документации.

Требования к квалификации

Успешное выполнение работ по погружению буроопускных свай требует наличия у персонала соответствующей квалификации. Средний разряд рабочих-строителей, учтенный в норме ГЭСН 05-01-104-01, составляет 2,6. Это означает, что рабочие должны обладать базовыми знаниями и навыками в области строительных работ, уметь работать с ручным и механизированным инструментом, а также соблюдать правила техники безопасности. Машинисты, управляющие специализированной техникой (экскаваторы, краны, вибропогружатели, автобетоносмесители), должны иметь соответствующие удостоверения и опыт работы с данным оборудованием. Понимание специфики работы в мерзлых грунтах, включая особенности подготовки раствора и контроля температурного режима, также является важным аспектом квалификации персонала.

Практическое применение

Пошаговый алгоритм расчета

Для правильного применения нормы ГЭСН 05-01-104-01 в сметных расчетах необходимо следовать четкому алгоритму:

1. Изучение проектной документации: Внимательно изучите раздел проектной документации, касающийся свайного фундамента. Определите тип, размеры, количество и объем каждой стальной сваи, подлежащей погружению буроопускным способом. Убедитесь, что метод погружения соответствует буроопускному, а грунт — мерзлый или многолетнемерзлый.
2. Проверка соответствия объема свай: Удостоверьтесь, что объем каждой отдельной стальной сваи не превышает 0,2 м3. Если в проекте предусмотрены сваи большего объема, например, до 1,25 м3, то для них следует применять другую норму — ГЭСН 05-01-104-05. Использование некорректной нормы может привести к существенным ошибкам в сметной стоимости.
3. Определение единицы измерения: Единицей измерения для данной нормы является 1 м3 объема погружаемых стальных свай. Объем работ рассчитывается исходя из наружного диаметра трубы и проектной длины свай.
4. Расчет общего объема работ: Суммируйте объемы всех стальных свай, которые соответствуют условиям применения ГЭСН 05-01-104-01. Полученное значение будет являться общим объемом работ в кубических метрах.
5. Применение нормативных показателей: Умножьте полученный общий объем работ на нормативные показатели, указанные в ГЭСН 05-01-104-01, для определения общего количества трудозатрат рабочих и машинистов, а также времени работы машин и расхода материалов. Например, если общий объем свай составляет 10 м3, то трудозатраты рабочих составят 10 м3 * 2,2 чел.-ч/м3 = 22 чел.-ч.
6. Учет дополнительных затрат: Не забудьте учесть накладные расходы (НР) и сметную прибыль (СП), которые рассчитываются от фонда оплаты труда рабочих и машинистов. Для свайных работ предусмотрены коэффициенты НР: Пр/812-005.1 и СП: Пр/774-005.1. Также необходимо учесть затраты на бурение скважин, которые не входят в данную норму и должны быть рассчитаны по соответствующим нормам сборника ГЭСН 04 "Скважины".

Примеры использования

Применение нормы ГЭСН 05-01-104-01 является типичным для широкого спектра строительных проектов, реализуемых в регионах с вечной мерзлотой. Вот несколько характерных примеров:

• Строительство фундаментов жилых и промышленных зданий: В условиях Крайнего Севера, где грунты подвержены глубокому промерзанию и пучению, буроопускные сваи обеспечивают надежную опору для зданий, предотвращая их деформации.
• Возведение опор мостов и эстакад: При строительстве транспортной инфраструктуры в районах с мерзлыми грунтами, где требуется высокая несущая способность и устойчивость к динамическим нагрузкам, буроопускные сваи являются оптимальным решением.
• Устройство оснований для инженерных коммуникаций и сооружений: Для трубопроводов, линий электропередач, мачт связи и других объектов, требующих стабильного основания в условиях низких температур и сезонных колебаний грунта.
• Реконструкция и усиление существующих фундаментов: В некоторых случаях, когда требуется усиление фундаментов на мерзлых грунтах, может быть применена технология буроопускного погружения свай.

Особенности и ограничения

Применение ГЭСН 05-01-104-01 требует учета ряда специфических особенностей и ограничений, обусловленных технологией работ и условиями окружающей среды:

• Грунтовые условия: Норма строго ориентирована на мерзлые и многолетнемерзлые грунты. Использование ее для других типов грунтов (например, талых, водонасыщенных) будет некорректным и приведет к неверным сметным расчетам. В твердомерзлых грунтах, где грунтовые воды находятся в замерзшем состоянии, буроопускной монтаж свай часто не имеет альтернатив. В пластичномерзлых грунтах, где часть грунтовых вод остается жидкой, технология также эффективна, особенно когда невозможно использовать лидерное бурение.
• Объем свай: Ключевое ограничение — объем стальных свай не должен превышать 0,2 м3. Для свай большего объема (например, до 1,25 м3) следует применять ГЭСН 05-01-104-05.
• Предварительное бурение: Технология буроопускного погружения подразумевает предварительное бурение скважин. Диаметр скважин должен быть на 5–10 см больше сечения сваи, чтобы обеспечить пространство для цементно-песчаного раствора, который будет заполнять затрубное пространство.
• Цементно-песчаный раствор: Использование цементно-песчаного раствора является обязательным. Для стальных свай рекомендуется подогрев раствора до +20 °С перед заливкой для обеспечения оптимального схватывания и смерзания. Современные технологии преимущественно используют цементно-песчаный раствор, который, в отличие от ранее применявшихся песчаных или глинистых, схватывается за счет гидратации цемента, что повышает прочность.
• Заполнение пазух: После установки сваи, пространство между сваей и стенками скважины заполняется раствором. В пределах слоя сезонного оттаивания-промерзания (активный слой) рекомендуется засыпать пазухи непучинистым грунтом (например, песком) для снижения касательных сил морозного пучения, которые могут воздействовать на сваю.
• Время стабилизации: Нагружать сваи разрешается только после полного смерзания сваи с окружающим грунтом и набора прочности раствором. Этот процесс может занимать от 1-2 суток для небольших образцов в лабораторных условиях до значительно большего времени в реальных условиях строительства, зависящего от температуры грунта и раствора.
• Определение несущей способности: Несущая способность буроопускной сваи определяется по двум основным контактам: между сваей и цементно-песчаным раствором, а также между раствором и окружающим массивом многолетнемерзлых грунтов. Для точного определения несущей способности необходимо проводить лабораторные испытания в приборах одноплоскостного среза в соответствии с ГОСТ 12248.

Полезная информация

Типичные ошибки и как их избежать

Применение ГЭСН 05-01-104-01, как и любой другой строительной нормы, сопряжено с риском возникновения ошибок, которые могут привести к завышению или занижению сметной стоимости, а также к проблемам в процессе строительства.

1. Неверное определение объема свай: Одна из наиболее распространенных ошибок — неправильный расчет объема стальных свай или применение данной нормы для свай, объем которых превышает 0,2 м3. Это приводит к некорректному расчету ресурсов.

• Как избежать: Всегда тщательно проверяйте проектные данные по объему свай. Если объем сваи больше 0,2 м3, используйте соответствующую норму, например, ГЭСН 05-01-104-05 для свай до 1,25 м3.

2. Игнорирование специфики мерзлых грунтов: Неучет необходимости подогрева цементно-песчаного раствора до +20 °С при работе со стальными сваями в условиях отрицательных температур может привести к замедленному схватыванию раствора, неполному смерзанию сваи с грунтом и, как следствие, к снижению несущей способности фундамента.

• Как избежать: Строго следуйте технологическим картам и рекомендациям по работе в мерзлых грунтах, включая контроль температуры раствора.

3. Недооценка или переоценка трудозатрат и машино-часов: Ошибки в расчете количества рабочих и времени работы машин могут возникнуть из-за неверного применения коэффициентов или игнорирования состава работ.

• Как избежать: Внимательно изучайте состав работ, предусмотренный нормой, и используйте только актуальные нормативные документы. Учитывайте, что бурение скважин не входит в данную норму.

4. Неправильное определение несущей способности: Отсутствие или неверное проведение лабораторных испытаний для определения несущей способности сваи в мерзлых грунтах может привести к серьезным проектным ошибкам и потенциальным авариям.

• Как избежать: Обязательно проводите лабораторные испытания в соответствии с ГОСТ 12248, чтобы точно определить несущую способность сваи по контактам "свая-раствор" и "раствор-грунт".

5. Некорректное заполнение затрубного пространства: Недостаточное заполнение скважины раствором или отсутствие засыпки непучинистым грунтом в слое сезонного оттаивания может привести к снижению устойчивости сваи и воздействию сил морозного пучения.

• Как избежать: Строго контролируйте процесс заполнения скважины раствором и, при необходимости, засыпку непучинистым грунтом.

Практические советы

Для эффективного и безошибочного применения ГЭСН 05-01-104-01 сметчикам и специалистам рекомендуется:

• Детальное изучение проекта: Всегда начинайте с тщательного анализа проектной документации, особенно разделов, касающихся геологических изысканий и конструктивных решений фундаментов. Это позволит точно определить тип грунтов и параметры свай.
• Использование актуальных баз данных: Убедитесь, что вы используете самую последнюю редакцию ГЭСН и соответствующие индексы пересчета в текущие цены. Нормативы регулярно обновляются.
• Взаимодействие с проектировщиками и строителями: Тесное сотрудничество со специалистами, разрабатывающими проект и выполняющими работы на площадке, поможет уточнить детали технологии и избежать недопониманий.
• Учет специфики региона: В зависимости от конкретного региона и его климатических особенностей могут существовать дополнительные требования или рекомендации по работе в мерзлых грунтах.
• Контроль качества материалов: Особое внимание уделяйте качеству цементно-песчаного раствора. Его состав и температура должны соответствовать проектным требованиям и технологическим рекомендациям.
• Планирование логистики: Учитывайте удаленность объектов в условиях Крайнего Севера при планировании доставки материалов и оборудования. Тягачи и полуприцепы, учтенные в норме, играют важную роль в логистике.
• Соблюдение технологических пауз: Не торопитесь с нагружением свай. Дайте достаточно времени для полного смерзания сваи с грунтом и набора прочности раствором.

Связанные нормы

Для комплексного и точного сметного расчета работ по устройству свайных фундаментов в мерзлых грунтах, помимо ГЭСН 05-01-104-01, необходимо учитывать и другие смежные нормы. Они могут касаться подготовительных работ, альтернативных технологий или дополнительных мероприятий:

• ГЭСН 05-01-104-05: Погружение буроопускным способом в скважины в мерзлых и многолетнемерзлых грунтах предварительно изготовленных стальных свай объемом: до 1,25 м3. Эта норма является прямым аналогом для свай большего объема.
• ГЭСН 05-01-095: Установка железобетонных и стальных свай в скважины в мерзлых и вечномерзлых грунтах. Может применяться для других типов свай или условий установки.
• ГЭСН 05-01-097: Погружение в мерзлых и вечномерзлых грунтах железобетонных и стальных свай с предварительным оттаиванием грунта паровыми иглами. Эта норма актуальна, если требуется предварительное оттаивание грунта перед погружением свай.
• ГЭСН 05-01-108-01: Установка термостабилизаторов грунта диаметром до 38 мм длиной до 13 м в многолетнемерзлых грунтах. Применяется для поддержания температурного режима грунтов и обеспечения стабильности свайного основания.
• Нормы сборника ГЭСН 04 "Скважины": Работы по бурению скважин под сваи не учтены в ГЭСН 05-01-104-01 и должны быть рассчитаны отдельно по соответствующим нормам сборника ГЭСН 04.
• Нормы на земляные работы (ГЭСН 01): Для подготовительных работ, таких как планировка площадки, устройство подъездных путей и т.д.

Контрольные моменты

Для обеспечения высокого качества и долговечности свайного фундамента, возводимого буроопускным способом в мерзлых грунтах, необходимо осуществлять строгий контроль на всех этапах работ:

• Соответствие проектной документации: Все параметры (глубина и диаметр скважин, тип и размеры свай, состав и объем раствора) должны строго соответствовать проектным решениям. Любые отклонения должны быть согласованы с проектировщиком.
• Качество материалов: Обязателен входной контроль качества цементно-песчаного раствора (соответствие марке, отсутствие примесей) и стальных свай (отсутствие дефектов, соответствие размерам).
• Температурный режим: Особое внимание следует уделять контролю температуры цементно-песчаного раствора перед заливкой, особенно в условиях низких температур. Несоблюдение температурного режима может негативно сказаться на процессе схватывания и смерзания.
• Геодезический контроль: Постоянный геодезический контроль необходим для обеспечения точности установки свай в плане и по высоте, а также их вертикальности.
• Контроль заполнения скважин: Визуальный контроль и, при необходимости, инструментальный контроль полноты заполнения скважин цементно-песчаным раствором.
• Сроки смерзания и набора прочности: Строгое соблюдение технологических пауз, необходимых для полного смерзания сваи с грунтом и набора раствором проектной прочности, прежде чем приступать к дальнейшим этапам строительства и нагружению фундамента.
• Испытания несущей способности: Проведение контрольных испытаний несущей способности свай в соответствии с требованиями ГОСТ 12248 для подтверждения расчетных параметров.