Инвентарные обсадные трубы для сооружения буронабивных свай: рекомендации по эксплуатации и техническому обслуживанию

Эту статью написал инженер Николай Крайний.

Устройство буронабивных свай – это высокомеханизированный строительный процесс, в котором применяется разнообразная специальная и общестроительная техника и оборудование, специальный буровой инструмент, вместе составляющие целый буровой комплекс.

Прежде всего, это буровая установка, основной функцией которой является бурение скважин. Буровая установка обычно оснащается трубовкручивающим (обсадным) столом при сооружении буронабивных свай в технологии «под защитой инвентарных обсадных труб».

В буровой комплекс входят также автомобильной кран для подачи и монтажа арматурного каркаса в скважину, бетонолитных труб и экскаватор – погрузчик для уборки выбуренного грунта из зоны работ. В зависимости от ситуации на строительном объекте может потребоваться использование поливомоечной машины для создания гидравлического пригруза в скважине, илососа для откачки воды из скважины при бетонировании, бетононасоса для подачи бетона в скважину

Для бурения скважин предназначен различный буровой инструмент: шнеки, ковшебуры, колонковые буры, уширители.

При сооружении буронабивных свай в России преимущественно применяют инвентарные обсадные трубы.

Инвентарные обсадные трубы – это важный элемент бурового комплекса, от технического состояния которого может существенно зависеть качество всего процесса.

 Изношенные обсадные трубы создают риски их потери при бурении или при извлечении в процессе бетонирования. Кроме того, через изношенные стыки могут поступать вместе с грунтовыми водами минеральные частицы грунта, что чревато нарушением сплошности тела сваи при бетонировании.

Наконец, поврежденные посадочные поверхности обсадных труб увеличивают время на их стыковку и, соответственно, снижают темпы производства работ по устройству буронабивных свай.

А ведь известно, что высокий темп – это сегодня единственный способ получить приемлемый экономический результат в отрасли буровых работ в строительстве.

В настоящей статье даны рекомендации по эксплуатации и техническому обслуживанию инвентарных обсадных труб.

Эти рекомендации будут полезны лицам, занятым в буровых организациях непосредственным обслуживанием труб, а также линейным руководителям (мастерам, прорабам) и монтажникам в процессе их эксплуатации.

Назначение и область применения

Инвентарные обсадные трубы предназначены для удержания поверхности стенок скважин от обрушения, при бурении под буровые столбы в грунтах I – IV категории, в том числе, обводненных.

Областью применения обсадных труб является устройство оснований фундаментов мостовых и промышленно – гражданских сооружений, ограждений котлованов из буронабивных свай.

Принцип работы и устройство

Принцип работы обсадных труб заключается в их последовательном погружении буровой установкой в массив грунта, с одновременным наращиванием колонны труб секциями определенной длины по мере извлечения грунта из их полости.

Погружение обсадных труб в процессе бурения и извлечение их из грунта при бетонировании производится путем придания им ротором  буровой установки или трубовкручивающим столом качающих поворотных движений вокруг собственной оси с одновременным перемещением вниз при задавливании и вверх при извлечении.

Конструкция обсадных труб (применяемых в РФ) всех типоразмеров по диаметру, производимых по определенному стандарту, одинакова и отличается только длиной секций. При этом обсадные трубы, производимые по разным стандартам, несколько отличаются друг от друга, прежде всего, конструкцией стыков.

Секции обсадных труб собираются между собой при помощи соединительных элементов – пробок. Также с помощью пробок к нижней секции колонны обсадных труб присоединяется буровая коронка, предназначенная для разрушения грунта в процессе погружения обсадных труб и образования цилиндрической поверхности скважины.

Буровая коронка оснащена зубьями, наплавленными твердым сплавом, или усиленными твердосплавными цилиндрическими вставками разных диаметров.

Режущие зубья буровой коронки размещены с разводом в разные стороны так, что при бурении образуется прорезь, ширина которой превышает толщину обсадных труб на 10 мм в каждую сторону. Это позволяет сократить силу трения по боковой поверхности труб при «завинчивании» в грунт, избежать повышенного износа их внешней поверхности и перегрузок в работе ротора и трубовкручивающего стола.

Осевое усилие и крутящий момент на обсадную трубу при погружении и извлечении передается с секции на секцию пробками.  Дополнительно для облегчения процесса стыковки труб  при их наращивании служит шпоночное соединение.

Каждая секция обсадных труб представляет собой двухстенную круглую оболочку. Толщина наружной стенки (обечайки) несколько больше толщины внутренней обечайки.

Пространство между обечайками заполнено ребрами жесткости, выполненными в виде спиралей, из металлического прута прямоугольного сечения. В торцевые части  каждой секции вварены фланцы с посадочным выступом с одной стороны и посадочным отверстием с другой.

На фланце с посадочным выступом с помощью сварки устанавливаются втулки с коническим отверстием под пробки. На фланце с посадочным отверстием с помощью сварки  закрепляются втулки с резьбовыми отверстиями под пробку и выфрезерованы шпоночные пазы.

Рекомендации по эксплуатации

Обсадные трубы изготовлены с высокой точностью, поэтому с ними следует обращаться с особым вниманием и осторожностью. Малейшее повреждение или деформация соединительных фланцев, могут сделать трудным или невозможным их соединение друг с другом или вовсе вывести из строя.

Недопустимо перемещение секций обсадных труб по строительной площадке волоком, перекаткой или иными подобными примитивными способами. Следует помнить, что каждая обсадная труба в зависимости от длины и диаметра стоить отнескольких сотен тысяч до миллиона рублей и более.

Работы по установке и снятию секций обсадных труб выполняются при помощи дрейтеллера, установленного на  роторе буровой установки. При выполнении этих работ необходимо использовать все имеющиеся на дрейтеллере замковые соединения.

При монтаже бурового става по окончании операции установки и закрепления труб комплектом пробок можно отсоединить дрейтеллер или переключить ротор в режим «свободного» вращения.  При демонтаже обсадных труб после удаления комплекта пробок снятие обсадной трубы со става возможно только ротором с установленными замками на дрейтеллере. 

После установки демонтированной трубы на подготовленную площадку c твердым покрытием и отсоединения замков дрейтеллера все последующие действия выполняются автомобильным краном.

Использование лебёдок, установленных на буровой установки, в качестве грузоподъёмных механизмов для перемещения обсадных труб категорически запрещается. Они, согласно инструкции заводов – производителей, применяются  только для монтажа или демонтажа узлов и механизмов, принадлежащих самой буровой установки.

Оптимальный состав звена для выполнения работ по монтажу и демонтажу секций обсадных труб – два монтажника 3 разряда и машинист буровой установки 5 разряда.

До начала работ по бурению скважины необходимо выполнить следующие подготовительные мероприятия:

— подготовить площадку в зоне действия буровой установки (или) и автомобильного крана, а также площадку  для временного складирования обсадных труб;

— подготовить необходимое количество обсадных труб, очистить их от наплывов грунта и грязи, проверить  визуально состояние посадочных поверхностей, при необходимости смазать  (обязательно);

— уложить секции обсадных труб на деревянные подкладки, раскрепить клиньями для предотвращения их скатывания;

— нижнюю секцию предварительно объединить с ножевой коронкой;

—  подготовить ящик с необходимым количеством пробок, конусных и резьбовых втулок;

— подготовить специальные ключи для установки пробок.

Погружать обсадные трубы в грунт следует на глубину, соответствующую проектной отметке низа скважины, плюс 0.5 – 1,0 м в зависимости от категории грунта в забое скважины, для предотвращения попадания грунта в полость колонны обсадных труб через забой скважины (смотри пункт 4.14 «Технологической карты на устройство буронабивных свай»).

В процессе погружения грунт извлекается из полости обсадной трубы навесным рабочим органом буровой установки.

В начале процесса бурения скважины при погружении двух первых секций обсадных труб необходимо через каждые 1,0 – 1,2 м проверять вертикальность положения колонны во избежание недопустимых отклонений планово – высотного положения будущей конструкции буронабивной сваи. Следует помнить, что отклонения от вертикали также создают дополнительные нагрузки на буровую установку и фланцы обсадных труб.

После того, как обсадная труба при погружении займет такое положение, что ее верхний срез будет возвышаться примерно на 1 м над верхним подвижным хомутом (кольцом) трубовкручивающего стола, необходимо подготовить фланец погруженной трубы (очистить его от грунта, смазать «отработкой» или «Литолом – 24») к наращиванию следующей секции и соединению их пробками.

Погружение колонны обсадных труб с последовательным наращиванием секциями и одновременным извлечением грунта продолжается до достижения проектной отметки низа скважины.

Извлечение обсадных труб производится в обратной последовательности в процессе укладки бетонной смеси.

Рекомендации по техническому обслуживанию

Техническое обслуживание обсадных труб производится в два этапа.

Начальный этап осуществляется сразу после завершения операций по укладке бетона и последовательного извлечения секций из бетонируемой скважины.

В состав начального этапа технического обслуживания секций обсадных труб входят следующие операции:

— очистка, мойка  и обтирка наружной поверхности трубы от грунта;

— очистка, мойка и обтирка внутренних поверхностей обсадных труб от остатков бетонной смеси;

— визуальный осмотр внешних и внутренних поверхностей секций обсадных труб, фланцев, конических и резьбовых  отверстий для выявления недопустимого износа или повреждений с составлением акта освидетельствования в случае их обнаружения;

— смазка посадочных поверхностей секций обсадных труб, конических отверстий и резьбовых соединений литиевой пластичной смазкой («отработкой» или «Литолом – 24», изготавливаемым по ГОСТ 21150 -87);

— очистка, выбраковка, смазка и укладка в специальный ящик соединительных пробок.

Работы первого этапа технического обслуживания выполняются звеном монтажников. Ответственным за проведение визуального осмотра и составление акта освидетельствования секций обсадных труб является мастер на смене. К акту следует приложить фотоотчет, который позволяет оперативно сделать выводы о характере износа или повреждений и возможности их исправления в полевых условиях.

Акт освидетельствования направляется главному механику или техническому директору строительной буровой организации для определения мероприятий по ремонту. Также проводится анализ причин повреждений дорогостоящего бурового оборудования.

В состав второго (последующего) этапа технического обслуживания инвентарных обсадных труб входят следующие операции:

— наплавка изношенных режущих кромок коронки;

— замена конических и резьбовых втулок по мере их износа и износа резьбы;

— заварка различного рода дефектов в секциях обсадных труб и коронках с обязательной зачисткой швов на внешних и внутренних поверхностях;

— восстановление инвентарных (учетных) номеров, нанесенных на поверхность секций обсадных труб.

При ручной заварке фланцев следует применять электроды типа УОНИ.

Для наплавки применяется порошковая проволока или электроды из материалов с высокой износостойкостью (например, OK Weartro 60T).

 При наплавке следует избегать острых углов в местах переходов, радиусы скруглений должны быть не менее 10 мм.

Мероприятия второго этапа технического обслуживания инвентарных обсадных труб должны проводиться специалистами механической службы строительной буровой организации, имеющими необходимый опыт и квалификацию.

Мероприятия второго этапа технического обслуживания фиксируются в специальном журнале с указанием их характера, длительности, применяемых материалов, ответственных исполнителей.

При складировании и хранении секции обсадных труб должны быть уложены на деревянные подкладки в горизонтальном положении и закреплены клиньями.

Допускается укладка труб на подкладки в два или максимально три ряда по высоте.

Категорически запрещается хранить обсадные трубы в вертикальном положении во избежание опрокидывания, повреждения фланцев, а также для исключения производственного травматизма.

Неукоснительное выполнение рекомендаций по эксплуатации и техническому обслуживанию труб позволит продлить срок их полезной службы, избежать прямых материальных потерь и сохранить финансовые ресурсы буровых строительных организаций, переживающих сегодня непростые времена.