ГЭСН 05-03-004-03: Двухрастворная силикатизация грунтов

Введение

Норма ГЭСН 05-03-004-03 "Силикатизация: двухрастворная" является ключевым элементом в арсенале сметчика при планировании работ по химическому закреплению грунтов. Силикатизация – это метод технической мелиорации грунтов, направленный на искусственное преобразование их физико-химических свойств для повышения прочности, устойчивости и водонепроницаемости. Двухрастворный способ силикатизации, регламентируемый данной нормой, предполагает последовательное нагнетание в грунтовый массив двух реагентов: раствора жидкого стекла (силиката натрия) и раствора хлористого кальция.

В результате химической реакции между этими компонентами в порах грунта образуется гель кремниевой кислоты, который цементирует частицы грунта, создавая единый, более прочный и водонепроницаемый массив. Эта технология находит широкое применение при строительстве промышленных и гражданских зданий, в гидротехническом, подземном и дорожном строительстве, а также в горном деле. Она используется для усиления грунтовых оснований, укрепления откосов, предотвращения деформаций склонов, борьбы с водопритоками в тоннелях и создания противофильтрационных завес.

Единицей измерения для данной нормы является 1 м3 закрепляемого грунта, что позволяет сметчикам точно рассчитывать объемы ресурсов, исходя из проектных решений по укреплению грунтового массива.

Техническая информация

Состав работ по норме

ГЭСН 05-03-004-03 включает в себя полный комплекс операций, необходимых для выполнения двухрастворной силикатизации грунтов. Согласно составу работ, предусмотренному нормой, основные этапы включают:

1. Приготовление растворов. На этом этапе осуществляется подготовка двух основных рабочих растворов: жидкого стекла (силиката натрия) и хлористого кальция. Для этого используются стационарные растворосмесители различных объемов (350 л и 2000 л).
2. Нагнетание растворов через инъектор. Это ключевой этап, в ходе которого растворы последовательно вводятся в грунтовый массив через специальные перфорированные металлические трубы – инъекторы. Нагнетание производится под давлением, которое обычно составляет 0,3–0,6 МПа. Расстояние между инъекторами варьируется от 0,5 до 1,2 м, в зависимости от радиуса закрепления грунта, который может достигать 0,3–1,0 м. При двухрастворном способе сначала нагнетается раствор силиката натрия, а затем – хлористого кальция, что обеспечивает контролируемое образование геля кремниевой кислоты непосредственно в порах грунта.
3. Промывка оборудования водой. После завершения нагнетания растворов производится тщательная промывка всего используемого оборудования (насосов, инъекторов, трубопроводов) водой для предотвращения застывания реагентов и поддержания работоспособности системы.

Материалы и ресурсы

В норме ГЭСН 05-03-004-03 учтены основные ресурсы, необходимые для выполнения работ. Важно отметить, что некоторые ключевые материалы, такие как сами химические реагенты (жидкое стекло и хлористый кальций), а также вода для приготовления растворов и промывки, в ГЭСН часто указываются с нулевым расходом ("0 м3" или "0 ч" для реактивов). Это означает, что их количество должно быть определено дополнительно на основании проектных данных, технологических карт и фактических потребностей объекта, исходя из требуемой концентрации растворов и объемов закрепляемого грунта.

Основные ресурсы, учтенные в норме (в машино-часах на 1 м3 закрепляемого грунта):

• Растворосмесители стационарные для приготовления водоцементных и других растворов, объем емкости 350 л: 1.03 маш.-ч
• Растворосмесители стационарные для приготовления водоцементных и других растворов, объем емкости 2000 л: 1.07 маш.-ч
• Автомобили бортовые, грузоподъемность до 5 т: 0.29 маш.-ч
• Насосы буровые для нагнетания промывочной жидкости, подача 0,9-7,2 м3/ч, напор 400-200 м: 1.07 маш.-ч
• Агрегаты электронасосные с регулированием подачи вручную для нейтральных жидкостей и суспензий, подача до 1000 м3/ч, напор 100 м: 1.03 маш.-ч

Помимо перечисленного, для производства работ по силикатизации может потребоваться специализированное оборудование, такое как чаны (силикатоварки) для разваривания жидкого стекла с помощью пара, баки для приготовления раствора хлористого кальция, а также контрольно-измерительная аппаратура.

Трудозатраты и время выполнения

Трудозатраты рабочих, занятых на выполнении работ по двухрастворной силикатизации, учтены в норме ГЭСН 05-03-004-03. Средний разряд работы составляет 3.5, а норматив трудозатрат – 3.4 чел.-ч на 1 м3 закрепляемого грунта. Эти данные позволяют сметчику рассчитать общую потребность в рабочей силе для выполнения заданного объема работ.

Время выполнения работ по силикатизации зависит от множества факторов, включая объем закрепляемого грунта, тип грунта, требуемую прочность, а также производительность используемого оборудования. Процесс гелеобразования, который обеспечивает закрепление грунта, наиболее интенсивно протекает в течение первых двух часов после нагнетания растворов, а затем замедляется. Полное достижение проектной прочности закрепленного грунта может занимать до 90 суток, хотя 70-80% прочности достигается уже через 10 суток.

Требования к квалификации

Работы по силикатизации грунтов являются технологически сложными и требуют высокой квалификации исполнителей. Бригада, выполняющая такие работы, должна быть специально обучена и иметь опыт работы с химическими реагентами и инъекционным оборудованием. Важно строго соблюдать технологию приготовления растворов, параметры нагнетания (давление, расход), а также контролировать процесс гелеобразования. Необходим постоянный контроль качества на всех этапах работ, включая входной контроль материалов, операционный контроль процесса и приемочный контроль закрепленного массива.

Практическое применение

Пошаговый алгоритм расчета

Для корректного применения нормы ГЭСН 05-03-004-03 в сметной документации сметчику необходимо выполнить следующие шаги:

1. Определение объема закрепляемого грунта. На основании проектной документации (планов, разрезов, геологических изысканий) определяется точный объем грунтового массива, подлежащего двухрастворной силикатизации. Единица измерения – м3.
2. Расчет трудозатрат рабочих. Используя норматив трудозатрат 3.4 чел.-ч на 1 м3, умножьте его на определенный объем закрепляемого грунта. Например, для 100 м3 грунта потребуется 3.4 чел.-ч/м3 * 100 м3 = 340 чел.-ч.
3. Расчет машино-часов. Для каждой единицы машин и оборудования, указанной в норме (растворосмесители, автомобили, насосы, агрегаты), умножьте соответствующий норматив расхода на объем закрепляемого грунта. Например, для растворосмесителя объемом 350 л: 1.03 маш.-ч/м3 * 100 м3 = 103 маш.-ч.
4. Учет неучтенных ресурсов. Поскольку основные химические реагенты (жидкое стекло, хлористый кальций) и вода в норме ГЭСН 05-03-004-03 указаны с нулевым расходом, их количество необходимо добавить в смету отдельными позициями. Расход этих материалов определяется проектом или технологическими картами, исходя из требуемой концентрации растворов и характеристик грунта. Например, для силикатизации песков может потребоваться определенное количество жидкого стекла и хлористого кальция на 1 м3 закрепляемого грунта.
5. Применение индексов пересчета. Нормы ГЭСН отражают ресурсные показатели. Для перевода в текущие цены необходимо применить соответствующие индексы пересчета, утверждаемые для данного региона и периода.

Примеры использования

Двухрастворная силикатизация применяется в различных строительных проектах:

• Усиление оснований зданий и сооружений: При реконструкции или усилении фундаментов существующих зданий, особенно на песчаных грунтах, для повышения их несущей способности и предотвращения неравномерных осадок.
• Создание противофильтрационных завес: В гидротехническом строительстве для снижения водопроницаемости грунтов и предотвращения фильтрации воды под плотинами, дамбами или в котлованах.
• Укрепление откосов и стенок котлованов: Для повышения устойчивости грунтовых массивов и предотвращения обрушений при земляных работах.
• Борьба с водопритоками в подземных выработках и тоннелях: Для герметизации водоносных слоев и снижения притока воды в шахты и тоннели.

Особенности и ограничения

Двухрастворный способ силикатизации наиболее эффективен для закрепления крупных и средней крупности песков с коэффициентом фильтрации (Kf) от 2 до 80 м/сут. Для мелкозернистых и пылеватых песков, а также для лёссовых грунтов с низким коэффициентом фильтрации (Kf < 2 м/сут), чаще применяются другие методы силикатизации, например, однорастворная силикатизация или газовая силикатизация.

Важным ограничением является высокая стоимость химических реагентов, что делает этот метод относительно дорогим по сравнению с некоторыми другими способами закрепления грунтов. Также необходимо учитывать, что закрепленный грунт после силикатизации может требовать защиты от высыхания, особенно лёссовидные грунты.

Полезная информация

Типичные ошибки и как их избежать

Сметчики и инженеры часто сталкиваются с рядом типичных ошибок при работе с нормой ГЭСН 05-03-004-03:

• Неправильный выбор метода силикатизации: Применение двухрастворного метода для грунтов, не соответствующих его характеристикам (например, для мелких песков или глинистых грунтов с низким Kf). Это приводит к неэффективному закреплению и перерасходу ресурсов. Как избежать: Всегда основывайтесь на данных инженерно-геологических изысканий и рекомендациях проекта по выбору метода закрепления грунтов.
• Неучет или некорректный расчет неучтенных материалов: Игнорирование необходимости дополнительного включения в смету химических реагентов (жидкого стекла, хлористого кальция) и воды, которые в ГЭСН указаны с нулевым расходом. Как избежать: Внимательно изучайте состав неучтенных ресурсов в ГЭСН и запрашивайте у проектировщиков или технологов данные по расходу реагентов на 1 м3 закрепляемого грунта.
• Отсутствие контроля качества на всех этапах: Недостаточный контроль за приготовлением растворов, давлением нагнетания, расстоянием между инъекторами и, главное, за прочностью и водонепроницаемостью закрепленного грунта. Как избежать: Требуйте ведения журналов работ (забивки инъекторов, нагнетания растворов), лабораторных испытаний исходных материалов и контрольных образцов закрепленного грунта.

Практические советы

• Детальное геологическое исследование: Перед началом работ по силикатизации крайне важно провести тщательные инженерно-геологические изыскания для точного определения типа грунта, его коэффициента фильтрации, наличия грунтовых вод и их химического состава. Это позволит выбрать оптимальный метод силикатизации и состав растворов.
• Точное дозирование реагентов: Строго соблюдайте пропорции при приготовлении растворов жидкого стекла и хлористого кальция. От этого зависит скорость гелеобразования и конечная прочность закрепленного грунта.
• Контрольное закрепление: Перед началом полномасштабных работ рекомендуется выполнить контрольное закрепление на небольшом участке. Это позволит оценить эффективность выбранной технологии, скорректировать параметры нагнетания и подтвердить достижение проектных показателей прочности.

Связанные нормы

В сборнике ГЭСН 05-03-004 "Силикатизация" представлены различные методы закрепления грунтов, которые могут быть альтернативой или дополнять двухрастворную силикатизацию в зависимости от грунтовых условий и проектных требований:

• ГЭСН 05-03-004-01 "Силикатизация: однорастворная без предварительной активизации": Применяется для закрепления мелких и пылеватых песков, а также лёссовых грунтов с коэффициентом фильтрации менее 2 м/сут.
• ГЭСН 05-03-004-02 "Силикатизация: однорастворная с предварительной активизацией": Аналогична предыдущей, но с предварительной активизацией грунта.
• ГЭСН 05-03-004-04 "Силикатизация: газовая без предварительной активизации": Используется для закрепления крупных и средних песков, а также лёссов путем последовательного нагнетания жидкого стекла и газообразного CO2.
• ГЭСН 05-03-004-05 "Силикатизация: газовая с предварительной активизацией": Газовая силикатизация с предварительной активизацией.
• ГЭСН 05-03-004-06 "Силикатизация: лессовых грунтов": Специализированная норма для закрепления лёссовых грунтов.

Помимо силикатизации, существуют и другие методы химического закрепления грунтов, такие как цементация и смолизация, которые также имеют свои соответствующие нормы в сборниках ГЭСН. Например, общие нормы по укреплению грунтов могут быть найдены в сборнике ГЭСН 27 "Автомобильные дороги" (например, ГЭСН 27-01-001-02 или ГЭСН 27-06-048-02).

Контрольные моменты

Контроль качества работ по силикатизации грунтов является обязательным и многоступенчатым. Он включает:

• Входной контроль: Проверка качества и соответствия исходных химических материалов (жидкого стекла, хлористого кальция) проектным требованиям и стандартам.
• Операционный контроль: Мониторинг процесса нагнетания, включая давление, расход растворов, последовательность подачи, а также соблюдение расстояний между инъекторами и глубины погружения. Ведение журналов нагнетания растворов.
• Приемочный контроль: Оценка фактической прочности и водонепроницаемости закрепленного грунта. Это может включать отбор образцов для лабораторных испытаний на сжатие, определение коэффициента фильтрации, а также визуальный осмотр закрепленного массива.

Тщательное выполнение всех контрольных мероприятий гарантирует достижение проектных показателей и долговечность закрепленного грунтового основания.