ГЭСН 05-03-031-12: Устройство свай Jet1 в связных грунтах

Введение

ГЭСН 05-03-031-12 является ключевой государственной элементной сметной нормой, регламентирующей устройство свай методом струйной цементации по однокомпонентной технологии (Jet1) в связных грунтах. Данная норма применяется для свай, имеющих длину свыше 10 до 20 метров и диаметр от 500 до 600 мм. Технология Jet Grouting, или струйная цементация, представляет собой современный и высокоэффективный метод укрепления слабых или сильно обводненных грунтов, позволяющий создавать прочные грунтоцементные элементы (сваи) непосредственно в массиве грунта.

Основное преимущество технологии Jet1 заключается в ее способности формировать грунтоцементные сваи без динамических и вибрационных воздействий на окружающие конструкции, что делает ее идеальным решением для работы в условиях плотной городской застройки, вблизи существующих зданий и сооружений, а также на откосах и в подвальных помещениях. Это обеспечивает безопасность и минимизирует риски деформаций соседних объектов. Укрепленный таким способом грунт приобретает значительно более высокие деформационно-прочностные и противофильтрационные характеристики, что критически важно для обеспечения надежности оснований зданий и сооружений.

Техническая информация

Состав работ по норме ГЭСН 05-03-031-12

Норма 05-03-031-12 охватывает полный комплекс технологических операций, необходимых для устройства грунтоцементных свай по однокомпонентной технологии Jet1. Детальный состав работ включает:

1. Приготовление цементного раствора: Этот этап включает в себя приемку, хранение и дозирование сухих компонентов (портландцемента бездобавочного и добавок для струйной цементации), а также воды. Все компоненты тщательно смешиваются в специальных смесительных установках до получения однородной цементной суспензии требуемой консистенции и водоцементного отношения. Качество раствора напрямую влияет на прочность будущей сваи.

2. Бурение лидерной скважины: С использованием специализированной буровой установки (например, роторного типа) выполняется бурение скважины малого диаметра, обычно в пределах 100-130 мм, до проектной отметки. Цель лидерного бурения – создание канала для последующего введения монитора и струйной цементации. В процессе бурения может осуществляться подача воды или бурового раствора для эффективного удаления разбуренного грунта (шлама) из скважины.

3. Формирование грунтоцементной сваи: Это основной и наиболее ответственный этап. Он выполняется в процессе обратного хода буровой колонны. Монитор, расположенный на нижнем конце буровой колонны и оснащенный одним или несколькими соплами (форсунками), поднимается с одновременным вращением. Через эти сопла под очень высоким давлением (от 40 до 50 МПа, что соответствует 400-500 атмосферам) подается приготовленный цементный раствор. Высокоэнергетическая струя раствора разрушает структуру окружающего грунта, дезагрегируя его частицы и одновременно перемешивая их с цементным раствором. В результате этого процесса формируется грунтоцементная колонна заданного диаметра (в данном случае, свыше 500 до 600 мм в связных грунтах). Диаметр сваи в связных грунтах по технологии Jet1 обычно составляет 500-600 мм, в то время как в песчаных грунтах он может достигать 700-800 мм.

4. Промывка нагнетательного оборудования: После завершения формирования каждой сваи или по окончании рабочей смены, а также при технологических перерывах, производится обязательная и тщательная промывка всего нагнетательного оборудования (насосов, шлангов, монитора) для предотвращения схватывания и затвердевания цементного раствора внутри системы. Это обеспечивает бесперебойную работу оборудования и продлевает срок его службы.

Материалы и ресурсы

Норма ГЭСН 05-03-031-12 учитывает следующие основные ресурсы, необходимые для выполнения работ на 100 метров свай:

• Трудозатраты рабочих-строителей:

• Рабочий 4 разряда: 19.55 чел.-ч

• Рабочий 2 разряда: 0.12 чел.-ч

• Общие трудозатраты рабочих-строителей составляют 19.67 чел.-ч на 100 м свай. Средний разряд рабочих, выполняющих данные работы, составляет приблизительно 3.99.

• Трудозатраты машинистов: 28.58 чел.-ч на 100 м свай.

• Машины и оборудование:

• Комплексы машин для устройства грунтоцементных свай по технологии однокомпонентной струйной цементации, глубина бурения до 35 м: 9.49 маш.-ч. Это основной технологический комплекс, включающий в себя буровую установку (например, MDT 180 B, Soilmec PSM 20, Klemm), высоконапорный цементировочный насос (способный развивать давление до 800 бар и обеспечивать расход до 700 литров раствора в минуту, например, Tecniwell TW 352, Metax MP-7 610), смесительную установку (миксерную станцию, например, Tecniwell TWM 20, Soilmec GM-22) и силосы для хранения цемента. Мощность двигателя насоса должна быть не ниже 350 л.с.

• Краны на автомобильном ходу, грузоподъемность 16 т: 0.06 маш.-ч. Используются для выполнения вспомогательных операций, таких как погрузка и разгрузка материалов (цемента, добавок), подача буровых штанг и другого оборудования на рабочую площадку.

• Автомобили бортовые, грузоподъемность до 5 т: 0.05 маш.-ч. Применяются для транспортировки различных материалов, инструментов и мелкого оборудования в пределах строительной площадки или для подвоза необходимых компонентов.

• Материалы (расход определяется по проекту "П"):

• Вода: Расход воды определяется проектом (П). Вода является критически важным компонентом, используемым как для приготовления цементного раствора (определяя водоцементное отношение), так и в качестве бурового раствора при лидерном бурении, а также для промывки оборудования.

• Добавка для струйной цементации: Расход определяется проектом (П). Добавки могут быть различных типов (пластификаторы, ускорители схватывания, стабилизаторы) и вводятся в цементный раствор для улучшения его реологических свойств, управляемости процессом цементации, а также для повышения прочностных и долговечностных характеристик грунтоцемента.

• Портландцементы бездобавочные: Расход определяется проектом (П). Портландцемент является основным вяжущим материалом, который при смешивании с грунтом образует грунтоцемент. Оптимальный расход цемента для технологии Jet-1 в песчаных грунтах составляет 350-400 кг/м³, а в глинистых грунтах прочность грунтоцемента может достигать до 4 МПа. Точный состав и расход цементного раствора должны быть обоснованы проектом на основе инженерно-геологических условий и требуемых характеристик грунтоцемента.

Требования к квалификации

Выполнение работ по струйной цементации требует высокой квалификации всего задействованного персонала. Рабочие должны обладать навыками работы со специализированным оборудованием, а машинисты – глубокими знаниями принципов работы буровых и насосных комплексов. Особое внимание уделяется операторам установок Jet Grouting, которые должны уметь непрерывно отслеживать и оперативно корректировать ключевые технологические параметры, такие как давление нагнетания, расход цементного раствора, скорость подъема и вращения буровой колонны. Это обеспечивает формирование свай с заданными геометрическими и прочностными характеристиками.

Практическое применение

Пошаговый алгоритм расчета

Для корректного расчета сметной стоимости работ по ГЭСН 05-03-031-12 сметчику необходимо выполнить следующие шаги:

1. Определение физического объема работ: Первым шагом является точное определение общего объема устраиваемых свай в метрах, согласно проектной документации. Единица измерения данной нормы – 100 метров. Например, если требуется устроить 500 метров свай, то физический объем для применения нормы составит 5 единиц (500 м / 100 м).

2. Расчет нормативного расхода ресурсов: Умножьте количество каждого ресурса, указанного в норме (чел.-ч для рабочих, маш.-ч для машин), на определенный в шаге 1 физический объем работ. Это даст нормативную потребность в ресурсах для данного объема работ.

3. Учет материалов, определяемых по проекту ("П"): Для таких ресурсов, как вода, добавки для струйной цементации и портландцементы бездобавочные, в норме указана пометка "П" (по проекту). Это означает, что их фактический расход должен быть взят из проектной документации объекта или определен на основе результатов опытных работ, проведенных на площадке. Важно не использовать нулевые значения, а запросить или рассчитать эти объемы в соответствии с технологическим регламентом и грунтовыми условиями.

4. Применение текущих цен: Полученные нормативные объемы ресурсов (трудозатраты, машино-часы) и фактические объемы материалов умножаются на их текущую стоимость. Для перевода в текущие цены используются соответствующие индексы пересчета, утверждаемые уполномоченными органами.

5. Начисление накладных расходов и сметной прибыли: К прямым затратам (сумма стоимости трудозатрат, эксплуатации машин и материалов) добавляются накладные расходы и сметная прибыль. Их расчет производится в соответствии с действующими методическими указаниями, обоснование которых указано в норме (НР: Пр/812-005.3, СП: Пр/774-005.3).

Примеры использования

Норма ГЭСН 05-03-031-12 широко применяется в геотехническом строительстве для решения разнообразных задач, связанных с укреплением и стабилизацией грунтов в связных условиях:

• Усиление существующих фундаментов: Применяется при реконструкции зданий, надстройке дополнительных этажей, изменении нагрузок на фундамент или при выявлении недостаточной несущей способности существующего основания. Технология Jet1 позволяет устраивать сваи под существующими конструкциями через небольшие отверстия, минимизируя воздействие на здание.
• Ограждение котлованов: Используется для создания несущих или противофильтрационных ограждающих конструкций котлованов, особенно в условиях высокого уровня грунтовых вод или при необходимости работы в стесненных условиях городской застройки, где вибрации недопустимы.
• Повышение устойчивости склонов и откосов: Формирование грунтоцементных свай позволяет укрепить нестабильные грунтовые массивы, предотвращая оползни, обрушения и эрозионные процессы на склонах дорог, насыпей или природных откосов.
• Заполнение карстовых полостей и подземных выработок: Струйная цементация эффективно используется для заполнения пустот, каверн и карстовых образований в грунте, создавая прочные грунтоцементные элементы, которые стабилизируют основание и предотвращают просадки.
• Устройство оснований под новые сооружения: При строительстве на слабых или неоднородных связных грунтах, где требуется значительное повышение прочностных и деформационных характеристик основания, грунтоцементные сваи могут служить надежной опорой для фундаментов.

Особенности и ограничения

Применение ГЭСН 05-03-031-12 имеет ряд важных особенностей и ограничений, которые необходимо учитывать сметчикам и проектировщикам:

• Тип грунта: Норма четко указывает на применение в связных грунтах. Это означает, что для песчаных, супесчаных и других несвязных грунтов следует применять другие нормы из таблицы ГЭСН 05-03-031, которые учитывают особенности взаимодействия струи с такими грунтами и обеспечивают больший диаметр свай.
• Длина и диаметр свай: Норма строго ограничена длиной свай свыше 10 до 20 метров и диаметром свыше 500 до 600 мм. Отклонение от этих параметров требует применения соответствующих коэффициентов или использования других норм, предусмотренных для иных диапазонов длин и диаметров.
• Однокомпонентная технология (Jet1): Данная технология является наиболее простой в реализации и требует минимального комплекта оборудования по сравнению с двух- (Jet2) и трехкомпонентными (Jet3) методами. Однако она обеспечивает наименьший диаметр грунтоцементных свай. Выбор технологии должен быть обоснован инженерно-геологическими условиями и требуемыми характеристиками укрепленного грунта.
• Проектные решения: Расход цемента, воды и добавок, а также необходимость армирования грунтоцементных свай (например, металлическими или железобетонными элементами) должны быть детально определены в проектной документации. Базовая норма не включает затраты на армирование, и их следует учитывать дополнительно.
• Влияние грунтовых вод: Хотя технология Jet Grouting эффективна в обводненных грунтах, интенсивность движения грунтовых вод может влиять на процесс схватывания цементного раствора и, как следствие, на конечную прочность грунтоцемента.

Полезная информация

Типичные ошибки и как их избежать

Применение нормы ГЭСН 05-03-031-12 и технологии струйной цементации в целом может сопровождаться рядом типичных ошибок, которые могут привести к снижению качества работ, перерасходу ресурсов или даже аварийным ситуациям. Знание этих ошибок и способов их предотвращения критически важно для сметчиков и инженеров:

1. Неправильное определение типа и свойств грунта: Одной из наиболее частых ошибок является некорректная интерпретация инженерно-геологических изысканий или их недостаточность. Применение нормы, предназначенной для связных грунтов, к несвязным без соответствующих корректировок или выбора другой нормы приведет к неверным расчетам и неэффективному укреплению. Как избежать: Всегда основывайтесь на актуальных и полных инженерно-геологических данных. При малейших сомнениях или неоднородности грунтов проводите дополнительные изыскания.

2. Игнорирование необходимости опытных работ: Несмотря на наличие норм, грунтовые условия на каждом объекте уникальны. Отказ от проведения опытных работ для уточнения оптимальных технологических параметров (давление, расход раствора, скорость подъема и вращения буровой колонны) и фактического расхода цемента может привести к значительному перерасходу материалов или, наоборот, к недостаточной прочности грунтоцемента. Как избежать: Включайте в проект и смету этап опытных работ, особенно для крупных и ответственных объектов. Это позволит оптимизировать процесс и гарантировать требуемое качество.

3. Недостаточный контроль технологических параметров: В процессе формирования свай критически важно поддерживать заданные параметры инъекции. Отсутствие постоянного мониторинга давления, расхода раствора, скорости подъема и вращения буровой колонны может привести к неоднородности грунтоцементных свай, образованию разрывов или непромесов, что снизит их несущую способность и противофильтрационные свойства. Как избежать: Используйте современное оборудование с системами автоматического мониторинга и регистрации параметров. Обеспечьте постоянное присутствие квалифицированного персонала, способного оперативно корректировать процесс.

4. Неверный расчет или неучет фактического расхода материалов "по проекту": Поскольку расход цемента, воды и добавок в норме обозначен как "П" (по проекту), сметчики иногда ошибочно принимают их за нулевые или минимальные значения. Это приводит к существенным ошибкам в сметной стоимости и может вызвать дефицит материалов на стройплощадке. Как избежать: Всегда запрашивайте у проектировщиков или технологов данные по проектному расходу этих материалов. Если таких данных нет, используйте усредненные значения, полученные на основе опытных работ или рекомендаций производителей, с обязательным обоснованием.

5. Неучет армирования свай: Если проектом предусмотрено армирование грунтоцементных свай (например, стальными трубами или арматурными каркасами) для повышения их несущей способности, эти затраты не включены в базовую норму ГЭСН 05-03-031-12. Как избежать: Внимательно изучайте проект на предмет наличия армирования и включайте соответствующие дополнительные расценки на поставку и монтаж армирующих элементов.

Практические советы

Для эффективного и экономически обоснованного применения ГЭСН 05-03-031-12 и технологии струйной цементации рекомендуется следовать следующим практическим советам:

• Комплексный подход к изысканиям: Помимо стандартных инженерно-геологических изысканий, рассмотрите возможность проведения геофизических исследований для более точного определения границ слоев грунта, наличия пустот и водоносных горизонтов. Это поможет в выборе оптимальных параметров цементации.
• Оптимизация состава раствора: Тесно взаимодействуйте с лабораторией для подбора оптимального состава цементного раствора (водоцементное отношение, тип и дозировка добавок) с учетом конкретных грунтовых условий и требуемых прочностных характеристик грунтоцемента.
• Регулярный контроль качества: В процессе производства работ регулярно отбирайте образцы грунтоцемента для лабораторных испытаний на прочность. После завершения работ проводите контрольные испытания свай (например, сейсмоакустическую диагностику) для подтверждения их сплошности и соответствия проектным параметрам.
• Управление шламом: Технология струйной цементации приводит к образованию грунтоцементного шлама, который выносится на поверхность. Заранее продумайте систему сбора, утилизации или переработки этого шлама в соответствии с экологическими нормами.
• Обучение персонала: Инвестируйте в обучение и повышение квалификации операторов и рабочих, задействованных в работах по струйной цементации. Опытный персонал способен быстрее реагировать на изменения грунтовых условий и обеспечивать высокое качество работ.

Связанные нормы

Для различных условий и характеристик грунтоцементных свай, помимо ГЭСН 05-03-031-12, могут применяться другие нормы из Сборника ГЭСН-05 "Свайные работы. Опускные колодцы. Закрепление грунтов" (Таблица 05-03-031), а также другие сборники:

• ГЭСН 05-03-031-22: Устройство свай методом струйной цементации по однокомпонентной технологии (Jet1) в несвязных грунтах, длиной до 10 м, диаметром: свыше 700 до 800 мм. Эта норма применяется, когда работы ведутся в несвязных грунтах, где Jet1 позволяет получить больший диаметр свай, и при меньшей длине.
• ГЭСН 05-03-031-41: Устройство свай методом струйной цементации по двухкомпонентной технологии (Jet2) в связных грунтах, длиной до 10 м, диаметром: свыше 900 до 1000 мм. Нормы Jet2 применяются, когда требуется получить сваи большего диаметра за счет использования дополнительной струи сжатого воздуха, которая увеличивает радиус воздействия цементного раствора.
• ГЭСН 05-03-031-77: Устройство свай методом струйной цементации по двухкомпонентной технологии (Jet2) в несвязных грунтах, длиной свыше 20 м, диаметром: свыше 1500 до 1600 мм. Эта норма также относится к технологии Jet2, но для несвязных грунтов, где диаметры свай могут быть еще больше, и для свай большей длины.
• Нормы для трехкомпонентной технологии (Jet3): В таблице 05-03-031 также присутствуют нормы для технологии Jet3, которая использует три компонента (вода, воздух и цементный раствор) и позволяет создавать грунтоцементные колонны наибольшего диаметра, до 2.5-5.0 метров.
• ГЭСН 05-03-001-XX (Цементация грунтов): Важно отличать нормы на струйную цементацию (Jet Grouting) от общих норм на цементацию грунтов нисходящим или восходящим способом (например, ГЭСН 05-03-001-05 или ГЭСН 05-03-001-06). Эти нормы описывают другие методы цементации, которые не используют высоконапорную струю для разрушения и перемешивания грунта, а фокусируются на заполнении пустот и трещин.

Контрольные моменты

Эффективность и долговечность грунтоцементных свай напрямую зависят от строгого контроля качества на всех этапах работ. Основные контрольные моменты включают:

• Контроль геометрических параметров свай: Регулярная проверка соответствия фактической длины и диаметра сформированных свай проектным значениям. Это может осуществляться как в процессе бурения (глубина), так и после формирования сваи (диаметр по выходу шлама, а также косвенными методами).
• Контроль прочности грунтоцемента: Отбор образцов грунтоцемента (кернов) из готовых свай или контрольных колонн и их последующие лабораторные испытания на одноосное сжатие. Прочность грунтоцемента в связных грунтах по технологии Jet1 обычно составляет от 1 до 3 МПа.
• Контроль сплошности и однородности: Использование геофизических методов, таких как сейсмоакустическая диагностика, для оценки сплошности грунтоцементного массива, выявления возможных разрывов, непромесов или включений естественного грунта.
• Контроль водонепроницаемости: При устройстве противофильтрационных завес из грунтоцементных свай необходимо проводить испытания на водопроницаемость для подтверждения их герметичности.
• Мониторинг технологических параметров в реальном времени: Непрерывный контроль давления нагнетания раствора, его расхода, скорости подъема и вращения буровой колонны. Современные буровые комплексы оснащены системами, которые регистрируют эти параметры, позволяя оператору своевременно вносить корректировки и обеспечивать стабильность процесса.
• Контроль качества исходных материалов: Проверка соответствия цемента, воды и добавок требованиям проекта и нормативных документов. Качество воды, в частности, может существенно влиять на свойства цементного раствора и конечную прочность грунтоцемента.

Соблюдение этих контрольных требований позволяет гарантировать высокое качество выполненных работ и надежность грунтоцементных конструкций.