ГЭСН 05-03-031-71: Устройство свай Jet2 в несвязных грунтах

Введение

Государственная элементная сметная норма (ГЭСН) 05-03-031-71 является ключевым документом для сметчиков, занимающихся расчетом стоимости работ по устройству грунтоцементных свай методом двухкомпонентной струйной цементации (Jet2). Эта норма охватывает специфический диапазон параметров: сваи длиной свыше 10 до 20 метров и диаметром свыше 1800 до 1900 мм, устраиваемые в несвязных грунтах. Понимание данной нормы критически важно для точного планирования ресурсов и бюджета проекта.

Струйная цементация грунтов (Jet Grouting) – это современная геотехнологическая методика, позволяющая значительно улучшить прочностные, деформационные и противофильтрационные характеристики слабых или сильно обводненных грунтов. Суть метода заключается в разрушении структуры грунта высоконапорной струей цементного раствора (или водоцементной смеси с воздухом/водой) и его последующем перемешивании с вяжущим, в результате чего образуется новый материал – грунтоцемент (или грунтобетон).

Технология Jet2, или двухкомпонентная струйная цементация, отличается от однокомпонентной (Jet1) тем, что для увеличения радиуса действия струи и, соответственно, диаметра формируемых свай, используется дополнительная энергия сжатого воздуха. Сжатый воздух подается через отдельное сопло одновременно с цементным раствором, что позволяет достигать больших диаметров грунтоцементных элементов. В несвязных грунтах (песках, супесях) технология Jet2 особенно эффективна и позволяет получать сваи значительного диаметра, что отражено в параметрах данной нормы.

Техническая информация

Норма ГЭСН 05-03-031-71 детализирует состав работ и необходимые ресурсы для выполнения устройства грунтоцементных свай по технологии Jet2 в указанных условиях. Единицей измерения является 100 метров свай, что позволяет масштабировать расчеты для проектов различного объема.

Состав работ по норме

Согласно описанию, норма 05-03-031-71 включает в себя следующие основные операции:

1. Приготовление раствора. Этот этап включает в себя доставку и хранение цемента, добавок и воды, а также их смешивание в определенных пропорциях для получения цементного раствора требуемой консистенции и прочности. Качество раствора напрямую влияет на характеристики будущей сваи.
2. Формирование грунтоцементной сваи. Это основной технологический процесс, который начинается с бурения лидерной скважины до проектной отметки. Затем, при обратном ходе буровой колонны с одновременным ее вращением, через сопла монитора под высоким давлением (обычно 40-50 МПа или 400-500 атм) подается цементный раствор и сжатый воздух. Высокоэнергетическая струя разрушает грунт и перемешивает его с цементным раствором, формируя грунтоцементную колонну заданного диаметра. Часть размытого грунта может выноситься на поверхность.
3. Промывка нагнетательного оборудования после цементации. После завершения формирования каждой сваи или по окончании рабочей смены, оборудование (насосы, шланги, монитор) тщательно промывается для предотвращения затвердевания цементного раствора и обеспечения его работоспособности.

Материалы и ресурсы

Норма ГЭСН 05-03-031-71 предусматривает следующие основные ресурсы на 100 метров свай:

• Трудозатраты рабочих:

• Рабочий 4 разряда: 73.35 чел.-ч

• Рабочий 2 разряда: 0.93 чел.-ч

• Общие трудозатраты: 74.28 чел.-ч. Средний разряд рабочих, задействованных в процессе, составляет приблизительно 3.97.

• Машины и оборудование:

• Комплексы машин для устройства грунтоцементных свай по технологии двухкомпонентной струйной цементации, глубина бурения до 35 м: 35.6 маш.-ч. Это основное специализированное оборудование, включающее буровую установку, трехплунжерный насос высокого давления, смесительную установку, силос и компрессор (для Jet2).

• Краны на автомобильном ходу, грузоподъемность 16 т: 0.45 маш.-ч. Используются для погрузочно-разгрузочных работ, подачи цемента и других материалов, а также для установки арматурных каркасов, если это предусмотрено проектом.

• Автомобили бортовые, грузоподъемность до 5 т: 0.37 маш.-ч. Применяются для транспортировки материалов, оборудования и вывоза размытого грунта.

• Материалы (косвенно учтенные):

• Вода: 0 м³. Хотя в норме указан нулевой расход воды, она является неотъемлемым компонентом цементного раствора. Ее расход, как и расход цемента и добавок, определяется проектом на основе лабораторных исследований и опытных нагнетаний, исходя из требуемых прочностных характеристик грунтоцемента и грунтовых условий.

• Добавка для струйной цементации: 0 ч (указано как трудозатраты, но является материалом). Аналогично воде, фактический расход добавок (например, для регулирования сроков схватывания или улучшения свойств раствора) определяется проектом.

• Портландцементы бездобавочные: 0 ч (указано как трудозатраты, но является материалом). Цемент является основным вяжущим компонентом. Его расход на 1 погонный метр сваи или на 1 м³ закрепленного грунта является ключевым параметром, который устанавливается в проектной документации после проведения опытных работ.

Требования к квалификации

Высокие трудозатраты рабочих 4-го разряда (73.35 чел.-ч) указывают на необходимость привлечения квалифицированного персонала для выполнения работ по струйной цементации. Рабочие должны обладать опытом работы со специализированным буровым и нагнетательным оборудованием, а также пониманием технологических процессов, связанных с приготовлением и подачей цементных растворов. Рабочий 2-го разряда, вероятно, выполняет вспомогательные функции.

Практическое применение

Правильное применение ГЭСН 05-03-031-71 требует не только знания состава работ и ресурсов, но и понимания алгоритма расчета, а также особенностей технологии Jet2 в несвязных грунтах.

Пошаговый алгоритм расчета

Для расчета стоимости работ по ГЭСН 05-03-031-71 необходимо выполнить следующие шаги:

1. Определение объема работ: Исходя из проектной документации, определите общую длину свай, подлежащих устройству. Норма применяется для свай длиной от 10 до 20 м и диаметром от 1800 до 1900 мм в несвязных грунтах. Если параметры отличаются, следует использовать другие нормы или применять поправочные коэффициенты (при наличии официальных разъяснений).
2. Приведение объема к единице измерения нормы: Поскольку единица измерения нормы – 100 метров, разделите общую проектную длину свай на 100. Например, если общая длина свай составляет 1500 м, то объем работ по норме будет 1500 / 100 = 15 единиц.
3. Расчет прямых затрат: Умножьте полученный объем работ (в единицах нормы) на нормативные показатели ресурсов, указанные в ГЭСН 05-03-031-71 (трудозатраты, машино-часы). Это даст общее количество необходимых ресурсов для выполнения всего объема работ.
4. Определение стоимости ресурсов: Используя текущие цены на трудовые ресурсы, машино-часы и материалы (цемент, добавки, вода, которые определяются проектом и опытными нагнетаниями), рассчитайте их общую стоимость. Важно помнить, что стоимость цемента и воды не фиксирована в данной норме и должна быть взята из проектных данных или по результатам опытных работ.
5. Учет накладных расходов и сметной прибыли: К прямым затратам добавляются накладные расходы и сметная прибыль в соответствии с действующими методическими указаниями (например, Приказ Минстроя РФ № 812/пр и № 774/пр соответственно).
6. Расчет прочих затрат: Включите в смету затраты, не учтенные напрямую в норме, но необходимые для выполнения работ, такие как мобилизация и демобилизация оборудования, вывоз размытого грунта, лабораторные испытания образцов грунтоцемента, геодезический контроль и т.д.

Примеры использования

Устройство грунтоцементных свай методом Jet2 в несвязных грунтах с такими параметрами (длина 10-20 м, диаметр 1800-1900 мм) применяется в следующих случаях:

• Усиление оснований крупных сооружений: Для повышения несущей способности слабых песчаных или супесчаных грунтов под фундаментами тяжелых зданий и промышленных объектов.
• Создание противофильтрационных завес: В обводненных несвязных грунтах для предотвращения проникновения воды в котлованы или подземные сооружения.
• Устройство ограждений котлованов: Для обеспечения устойчивости стенок глубоких котлованов в условиях слабых несвязных грунтов, особенно при наличии высокого уровня грунтовых вод.
• Укрепление откосов и склонов: Для повышения устойчивости неустойчивых песчаных или супесчаных откосов дорог, насыпей или береговых линий.
• Заполнение карстовых полостей: В трещиноватых скальных или сильно разуплотненных несвязных грунтах для заполнения пустот и создания прочного основания.

Особенности и ограничения

• Тип грунта: Норма строго применима для несвязных грунтов. При работе со связными грунтами (глинами, суглинками) следует использовать другие нормы, например, ГЭСН 05-03-031-43, которые учитывают иные параметры и расход ресурсов.
• Диаметр и длина свай: Указанные в норме диаметры (свыше 1800 до 1900 мм) и длины (свыше 10 до 20 м) являются достаточно крупными для технологии Jet2. Это означает, что для достижения таких параметров требуется высокая энергия струи и точное соблюдение технологических режимов (давление, скорость подъема и вращения монитора).
• Прочность грунтоцемента: Хотя Jet2 позволяет получать большие диаметры, прочность грунтоцемента, полученного по этой технологии, может быть на 10-15% ниже, чем при Jet1, из-за аэрации. Это необходимо учитывать при проектировании и контроле качества.
• Расход материалов: Фактический расход цемента и воды является переменной величиной, зависящей от свойств грунта, требуемой прочности и водоцементного отношения. Эти параметры должны быть определены на этапе проектирования и подтверждены опытными работами.

Полезная информация

Для успешного применения ГЭСН 05-03-031-71 и обеспечения высокого качества работ сметчикам и инженерам следует учитывать ряд практических аспектов.

Типичные ошибки и как их избежать

1. Неправильная идентификация грунтов: Одна из наиболее частых ошибок – применение нормы для несвязных грунтов к объектам со связными грунтами или наоборот. Это приводит к некорректным расчетам ресурсов и может вызвать серьезные проблемы на стадии выполнения работ, так как технология Jet2 имеет свои особенности применения в различных типах грунтов. Решение: Всегда опирайтесь на актуальные инженерно-геологические изыскания и заключения специалистов по грунтам.
2. Игнорирование опытных нагнетаний: Отсутствие предварительных опытных работ по определению оптимального состава раствора и режимов цементации для конкретных грунтовых условий объекта. Это может привести к перерасходу цемента, недостижению проектной прочности свай или, наоборот, к избыточному расходу материалов. Решение: Включайте в проект и смету этап опытных работ, который позволит уточнить технологические параметры и расход материалов.
3. Неверное определение диаметра свай: Предположение диаметра свай без учета фактических параметров грунта и оборудования. Хотя норма указывает диапазон, реальный диаметр может варьироваться. Решение: Проводите контрольные испытания и геофизические исследования для подтверждения фактического диаметра и сплошности свай.
4. Неучет сопутствующих затрат: Сметчики иногда забывают включить в смету затраты на вывоз размытого грунта, утилизацию отходов, лабораторные испытания образцов грунтоцемента, геодезический контроль и другие вспомогательные работы, которые не учтены напрямую в ГЭСН. Решение: Составляйте детальную смету, учитывающую весь жизненный цикл работ, от мобилизации до сдачи объекта.

Практические советы

• Детальное проектирование: Перед началом работ по струйной цементации необходимо разработать подробный проект производства работ (ППР), который будет учитывать специфику грунтов, требуемые характеристики свай, оптимальные режимы нагнетания и состав цементного раствора.
• Контроль качества на всех этапах: Осуществляйте постоянный мониторинг технологических параметров в процессе формирования свай (давление, расход раствора, скорость подъема и вращения монитора). После устройства свай проводите инструментальный контроль их качества (например, сейсмоакустическими методами для оценки сплошности и прочности) и отбор образцов грунтоцемента для лабораторных испытаний.
• Оптимизация состава раствора: Для несвязных грунтов важно правильно подобрать водоцементное отношение (В/Ц) и, при необходимости, использовать специальные добавки, которые улучшат проникающую способность раствора и обеспечат требуемую прочность грунтоцемента.
• Взаимодействие с подрядчиком: Тесное сотрудничество с подрядной организацией, имеющей опыт выполнения работ по струйной цементации, позволит учесть все нюансы технологии и избежать ошибок при составлении сметы и выполнении работ.

Связанные нормы

При работе с грунтоцементными сваями методом струйной цементации, помимо ГЭСН 05-03-031-71, могут быть применимы или полезны следующие нормативные документы:

• ГЭСН 05-03-031-43: Устройство свай методом струйной цементации по двухкомпонентной технологии (jet2) в связных грунтах, длиной до 10 м, диаметром: свыше 1100 до 1200 мм. Эта норма используется для Jet2 в связных грунтах, отличаясь типом грунта, длиной и диаметром свай.
• ГЭСН 05-03-031-72: Устройство свай методом струйной цементации по двухкомпонентной технологии (jet2) в несвязных грунтах, длиной свыше 10 до 20 м, диаметром: свыше 1900 до 2000 мм. Аналогична рассматриваемой норме, но для свай большего диаметра в тех же грунтовых условиях.
• ГЭСН 05-03-031-77: Устройство свай методом струйной цементации по двухкомпонентной технологии (jet2) в несвязных грунтах, длиной свыше 20 м, диаметром: ... Эта норма применяется для свай большей длины в несвязных грунтах.
• [LINK_DOCUMENT:СП 291.1325800.2017]СП 291.1325800.2017 "Конструкции грунтоцементные армированные. Правила проектирования"[/LINK_DOCUMENT]: Этот свод правил устанавливает основные геотехнические требования и распространяется на проектирование армированных грунтоцементных конструкций, выполненных методом струйной цементации.
• ГЭСН 81-02-05-2022 (или 2001) "Свайные работы. Опускные колодцы. Закрепление грунтов": Общий сборник, в котором содержится данная норма и другие, связанные с закреплением грунтов.
• Методические пособия по укреплению грунтов методами струйной цементации: Содержат рекомендации по проектированию и производству работ.

Контрольные моменты

Для обеспечения качества и соответствия проектным требованиям, при устройстве свай по ГЭСН 05-03-031-71 необходимо контролировать следующие параметры:

• Геометрические параметры свай: Фактическая длина и диаметр грунтоцементных элементов.
• Расход цементного раствора: Мониторинг объема нагнетаемого раствора на погонный метр сваи.
• Давление и скорость нагнетания: Соответствие проектным значениям давления цементного раствора и сжатого воздуха, а также скорости подъема и вращения буровой колонны.
• Прочность грунтоцемента: Отбор и испытание контрольных образцов грунтоцемента на сжатие в проектные сроки (например, 14, 28, 90 дней).
• Сплошность и однородность: Применение геофизических методов (например, сейсмоакустического просвечивания) для оценки сплошности и выявления возможных дефектов в теле сваи.
• Вынос грунта: Контроль объема вынесенного грунта и его утилизация в соответствии с экологическими нормами.

Соблюдение этих контрольных требований позволит гарантировать надежность и долговечность возводимых грунтоцементных конструкций, а также избежать непредвиденных затрат и задержек в ходе строительства.