Журнал подводного бетонирования: порядок ведения при сооружении буронабивных свай на конкретном примере.

Введение

     Буровые строительные организации периодически сталкиваются с необходимостью ведения журнала подводного бетонирования при сооружении буронабивных свай оснований мостовых сооружений методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ).

     Сразу отметим, что ни в одном нормативном документе федерального уровня – СП или ГОСТе, не содержится обязательных указаний по этому вопросу.

     Однако, технические службы заказчика или инжиниринговые компании, выполняющие функции строительного контроля, вправе включить журнал подводного бетонирования в состав документации, которую подрядная организация обязана вести в процессе сооружения свайных оснований.

    Таким образом, сложилась парадоксальная ситуация: с одной стороны, журнал подводного бетонирования при устройстве буронабивных свай вроде бы необязателен, а с другой – его ведения может потребовать строительный контроль и этому требованию нельзя не подчиниться.

    Впрочем, и сама подрядная организация может проявить такую инициативу, даже если заказчик не предусмотрел подобного требования.

     Отметим, правда, что в сложившейся на сегодня практике редко можно встретить подрядчика, который действительно по своей инициативе ведет журнал подводного бетонирования при сооружении буронабивных свай и, если такое имеет место, значит, в этой организации отдают должное технологической дисциплине и пристально следят за качеством производства работ.

     Почему сделан такой вывод, вы поймете, прочитав эту статью.

     Прежде, чем переходить к конкретному примеру, следует разобраться, на чем же основано требование заказчика или желание квалифицированного подрядчика вести журнал подводного бетонирования.

     Первопричину этого следует искать в нормативно-технической документации.

     Начнем с основного документа – СП 46.13330.2012 «Мосты и трубы».

     В п. 8.14 этого документа прямо указано, что на всех этапах процесса бетонирования скважин буронабивных свай методом ВПТ необходимо контролировать уровень бетонной смеси в скважине и заглубление бетонолитной трубы в бетонную смесь. 

     При этом СП 46.13330.2012 не регламентирует конкретные параметры заглубления.

     Точное указание относительно величины заглубления бетонолитной трубы в бетонную смесь при бетонировании сваи методом ВПТ дано в СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты».

     Пунктом 12.2.8 этого СП требуется обеспечить на всех этапах бетонирования контроль заглубления бетонолитной трубы в бетонную смесь не менее чем на 1,5 метра.

     Конкретные указания содержатся также в СТО НОСТРОЙ 2.29.108-2013 «Устройство фундаментов мостов. Часть 2. Устройство свайных фундаментов».

     В п. 5.4.6.3 указано, что бетонирование буронабивной сваи следует производить методом ВПТ.

     Там же, в п. 5.4.6.7 установлено требование относительно минимального расстояния, на котором следует расположить низ бетонолитной трубы от забоя скважины до начала процесса бетонирования, а именно — не менее 20 см.

     Пункт 5.3.7.4 регламентирует уровень заглубления низа бетонолитной трубы в бетонную смесь, который не должен быть меньше 0,8 м на всех этапах бетонирования.

     Заметим, что это требование является менее жестким, чем аналогичное ограничение СП 45.13330.2017.

     Поэтому при подготовке ППР целесообразно руководствоваться ограничением СП 45.13330.2017, если в проектной документации не содержится иное.

     В п. 5.4.6.10 СТО НОСТРОЙ 2.29.108-2013 указано также, чтоуровень верха столба бетонной смеси в процессе бетонирования не должен опускаться ниже 2,0 м, считая от низа ножевой секции обсадной трубы.

    Наконец, в п. 7.2.8.1 даны указания относительно метода контроля уровней бетонной смеси в скважине и бетонолитной трубе, которые следует измерять отвесом с делениями перед каждым подъемом обсадных или бетонолитных трубы, а также метода контроля уровней низа обсадных и бетонолитных труб, которые измеряются по разметке на трубах линейкой по ГОСТ 427. 

     Таким образом, в нормативно-технической документации, регламентирующей процесс бетонирования скважин методом ВПТ при сооружении буронабивных свай оснований мостовых сооружений, установлены ограничительные требования к определенным технологическим параметрам, а именно:

     — низ бетонолитной трубы до начала бетонирования должен располагаться от забоя скважины не менее, чем на 20 см;

     — бетонолитная труба должна быть постоянно заглублена в бетонную смесь не менее, чем на 1,5 м;

     — уровень столба бетонной смеси в скважине должен превышать уровень низа ножевой секции не менее, чем на 2,0 м на всех этапах бетонирования.

     Однако, ни один из приведенных выше документов не определяет способ, которым такой контроль следует осуществлять, отдавая решение этого вопроса под ответственность конкретных исполнителей и контролирующих организаций.

     И здесь на выручку приходит журнал подводного бетонирования, форма которого как нельзя лучше соответствует требованиям ведения оперативного контроля нормируемых параметров при выполнении технологических операций в процессе бетонирования скважины, в том числе при:

     — подаче бетона в скважину;

     — извлечении обсадных труб;

     — извлечении бетонолитных труб.

     Данная форма контроля позволяет избежать возникновение недопустимых отклонений от установленных выше требований и, соответственно, предотвратить возможные нарушения сплошности бетона сваи.

     Вот почему целесообразно вести журнал подводного бетонирования, особенно при сооружении буронабивных свай в сложных гидрогеологических условиях, даже если заказчик этого формально не требует.

     Напомним, что на основании требований проектной (рабочей) документации и с учетом положений указанных нормативно-технических документов должен быть разработан проект производства работ (ППР), в котором, в том числе, отражаются все перечисленные выше требования применительно к конкретному объекту.

     Какие факторы в ходе бетонирования скважины влияют на изменение параметров заглубления обсадных и бетонолитных труб в бетонную смесь?

     Во-первых, при подаче определенного объема бетона происходит подъем столба бетонной смеси в скважине. Величину этого подъема Δ(м) легко определить по формуле:

Δ(м) = V/S

    где V – объем уложенной в скважину очередной порции бетонной смеси

           S – площадь сечения обсадной трубы, измеренная по ее внутреннему диаметру, то есть за вычетом толщины стенок.

     Во-вторых, при извлечении обсадной трубы уровень бетонной смеси падает, поскольку заполняется пространство, освобождаемое стенками обсадной трубы, имеющими толщину 40 – 60 мм, кроме того, часть бетонной смеси заполняет возможные пустоты затрубного пространства в зависимости от типа грунта, примыкающим к стенкам скважины.

     Этот показатель может быть установлен расчётным путем на основании справочных материалов о нормативных показателях расхода бетонной смеси в зависимости от типа грунта, с последующим уточнением опытным путем, при бетонировании первых 2 – 3 скважин.

     При извлечении бетонолитных труб тоже, конечно, тоже имеет место падение уровня бетонной смеси, но оно настолько мало, что им можно пренебречь при расчетах.

     Теперь после того, как мы разобрались с требованиями, предъявляемыми нормативно-технической документацией к показателям уровней заглубления обсадных и бетонолитных труб, а также выяснили, какие изменения и вследствие каких причин происходят со значениями этих параметров в ходе выполнения технологических операций по бетонированию скважины, можно переходить к конкретному примеру.

Журнал подводного бетонирования: назначение, структура, указания по ведению

     Журнал подводного бетонирования – это специальный журнал, который ведется в процессе сооружения буронабивных свай в том случае, если при этом используется метод ВПТ.

     Цель ведения данного журнала – обеспечить, в соответствии с требованиями нормативно-технической документации, контроль достаточного заглубления ставов обсадных и бетонолитных труб в бетонную смесь на всех этапах сооружения буронабивной сваи.

     При использовании иных технологий, например, метода НПШ или метода двойного вращения, необходимость в ведении журнала подводного бетонирования отпадает.

     На рис. 1 приведена форма журнала подводного бетонирования.

     Журнал подводного бетонирования ведется отдельно для каждого мостового сооружения, независимо от количества опор.

     Ответственность за ведение журнала подводного бетонирования возложена на старшего производителя работ, под контролем которого мастера на смене заполняют конкретные позиции.

     Для удобства ведения журнала полезно предварительно подготовить схемы раскладки секций в ставах обсадных и бетонолитных труб с указанием номеров и длины каждой секции.

    В нашем примере секции обсадных труб будем обозначать латинской прописной (заглавной) буквой L, а секции бетонолитных труб – строчной буквойk.

     Каждой секции будет присвоен свой номер, начиная с нижних элементов става обсадных или бетонолитных труб.

     Так, номером L1 обозначим нижнюю секцию обсадной трубы с ножевой коронкой, а номером k 1 – нижнюю секцию бетонолитной трубы.

     На рис. 2 приведены схемы раскладки секций обсадных и бетонолитных труб для нашего примера.

     В графе 1 журнала (рис. 1) отражаются номера опор и бетонируемых свай согласно утвержденной рабочей документации.

     Графы 2,3,4 посвящены фиксации времени и продолжительности выполнения отдельных операций по бетонированию.

     Общая их продолжительность должна быть таковой, чтобы интенсивность бетонирования свай не опускалась ниже нормативных требований, указанных в ППР, например, не менее 4,0 м³/час.

      В графе 5 отражаются технологические операции, выполняемые в той последовательности, как это имеет место в ходе бетонирования: прием бетонной смеси в скважину, извлечение секций обсадных или бетонолитных труб.

     Графы 6, 7, 8, 9 предназначены для указания характеристик укладываемой бетонной смеси.

     В графе 10 фиксируются номера секций и общая длина става обсадных труб, погруженных в грунт; по мере извлечения обсадных труб эти показатели последовательно уменьшаются.

     В графе 11 показывается нарастающим итогом количество бетона, уложенного в скважину.

     Показатель графы 12 определяется после приемки в скважину последней порции бетона делением общего количества уложенного бетона на величину промежутка времени, соответствующего общей продолжительности операций бетонирования сваи. 

     В графе 13 отражается общая длина погруженного в грунт става обсадных труб от низа ножевой секции до верха става; этот показатель совпадает с показателем графы 10.

     В графу 14 необходимо после выполнения операций по бетонированию или извлечению обсадных труб заносить данные об уровне бетонной смеси в скважине, считая от забоя.

     Напомним, что при укладке очередной порции бетона в скважину этот уровень всякий раз поднимается, а при извлечении обсадных труб, напротив, падает.

     Мы подошли к основным расчетных параметрам при бетонировании буронабивных свай – показателям заглубления обсадной трубы в бетон, считая от низа ножевой секции и заглубления бетонолитной трубы в бетонную смесь.

     Эти параметры отражаются соответственно в гр. 15 и гр. 16 журнала.

     Записи в ходе каждой операции должны быть заверены мастером на смене (гр. 18), ответственным за их качественное выполнение.

Ведение журнала подводного бетонирования: конкретный пример

     В рассматриваемом далее примере предполагается, что буровая компания осуществляет сооружение буронабивных свай основания опоры автодорожного моста Ø1000 мм и длиной 13,0 метров в песчаных грунтах.

     Согласно ППР, разработанному подрядной организацией и согласованному строительным контролем заказчика, уровень верха столба бетонной смеси в ходе выполнения всех операций бетонирования сваи не должен опускаться ниже 2,0 м, считая от низа ножевой секции обсадной трубы.

     При этом бетонолитная труба должна быть постоянно заглублена не менее чем на 2,0 м в бетонную смесь.

     В дальнейшем для удобства расчетов нам потребуются две таблицы, которые целесообразно подготовить заранее.

     Табл. 1 содержит данные о подъеме уровня бетонной смеси в скважине при укладке различных порций бетона, от 1 до 4 м³.

Объем уложенного бетона, м³	Величина подъема уровня бетона в скважине Ø1000 мм, Δ(м), м
1	1,51
2	3,02
3	4,53
4	6,04

     Для расчета значения величины подъема уровня бетона в скважине при бетонировании используем формулу, приведенную выше во введении.

     Так, например, величина подъема уровня бетона в скважине при укладке 1 м³ бетонной смеси составит:

Δ(м) = 1/0,664 = 1,51 м

     Табл. 2 дает информацию о падении уровня бетона в скважине при извлечении секций обсадных труб разной длины, от 1 до 4 пм.

Длина секции обсадной трубы, пм	Величина падения уровня бетона в скважине Ø1000 мм, Δ₁ (м), м
1	0,23
2	0,46
3	0,69
4	0,92

      Данные в эту таблицу заносятся по результатам опытных наблюдений после бетонирования первых 2 — 3 скважин.

     Также можно предварительно оценить величину падения бетона Δ₁ (м) при извлечении секции обсадной трубы расчетным путем, применяя формулу:

Δ₁(м) = L x (S₁ – S)

     где L – длина извлекаемой секции обсадной трубы;

      S₁  ̶  площадь сечения обсадной трубы, измеренная по ее внешнему диаметру;

      S – площадь сечения обсадной трубы, измеренная по ее внутреннему диаметру.

      В нашем примере при извлечении секции обсадной трубы длиной  L = 4 м расчетное падение составит:

Δ₁(м) = 4 х (0,785 – 0,664) = 0,48 м

      Отметим, что в этой формуле не учитывается поглощение части бетонной смеси грунтом, примыкающим к стенкам скважины, которое может быть весьма значительным и зависит от типа грунта.

     Так, при сооружении буронабивных свай в плотных глинах фактическая величина падения бетонной смеси в скважине при извлечении секции обсадных труб будет весьма близка к расчетной, а в дисперсных несвязных грунтах, например, в песках с включением щебня или гальки может значительно превышать ее.

      По этой причине в табл. 2 фактические значения показателей падения бетона почти в 2 раза превышают их расчетные значения, поскольку в нашем примере сваи сооружаются в песчаных грунтах.

      Считаем полезным для организации на основе накопленного опыта сооружения буронабивных свай подготовить таблицы показателей падения бетонной смеси при извлечении обсадных труб для различных грунтовых условий, чтобы иметь возможность заранее использовать их для предварительных расчетов в аналогичных грунтовых условиях, а при необходимости лишь несколько подкорректировать соответствующие значения.

     Приступим одновременно с выполнением операций по бетонированию свай к заполнению журнала подводного бетонирования.

     Выполнение работ по устройству свайного основания начинаем с сооружения сваи №2.18, указываем также дату – 04.11.2022 и время начала бетонирования – 19.00 (рис.3).

     Первая операция — укладка в скважину бетонной смеси в объеме 3,0 м³, о чем делаем запись в гр. 5 журнала, отражаем также показатели времени (гр.3,4) и фактические характеристики бетонной смеси (гр. 6 – 9).

     На этом этапе в грунт погружены все секции обсадной трубы, о чем свидетельствует запись в гр. 10, а в графе 13 отражаем полную длину става – 16,5 м.

      Объем бетона, уложенного в скважину нарастающим итогом, составляет, естественно, 3,0 м³ (гр. 11).

     При укладке бетонной смеси в количестве 3,0 м³ подъем уровня бетона в скважине от забоя согласно табл. 1 составит 4,50 м (гр. 14).

     При этом заглубление обсадной трубы в бетон от низа ножевой секции до верха бетона составит 5,00 м (гр.15), поскольку ножевая секция длиной 0,50 м полностью забурена в грунт ниже проектной отметки забоя.

     Бетонолитную трубу располагаем в скважине так, чтобы ее низ находился от забоя скважины на расстоянии не менее 0,2 м, поэтому ее заглубление в бетон составит 4,30 м (гр.16).

     Таким образом, все позиции журнала подводного бетонирования при выполнении первой операции – укладке начальной порции бетонной смеси в количестве 3,0 м³ – заполнены.

     Следующая операция – извлечение секции обсадной трубы L₅ длиной 2,0 м, о чем делаем записи в гр.3-5 (рис. 4).

     В гр. 10 запись L₁ — L₄ = 14,5 м отражает факт изменения состава и общей длины обсадных труб, погруженных в скважину.

     Изменятся также показатели в гр. 13-16.

     При извлечении секции обсадной трубы длиной 2,0 м падение уровня бетонной смеси согласно табл. 2 составляет 0,46 м, следовательно, уровень бетонной смеси в скважине упадет до значения 4,04 м от забоя (гр. 14).

     Заглубление обсадной трубы в бетон составляло после укладки первой порции 5,00 м, а теперь будет равно 2,54 м, то есть уменьшится на 2,46 м (длина извлеченной секции обсадной трубы плюс падение уровня бетона при ее извлечении), что и необходимо отразить в гр. 15.

     Изменится также и заглубление бетонолитной трубы в бетон, а именно – уменьшится до значения 3,84 м все из-за того же падения уровня бетона при извлечении секции обсадной трубы на 0,46 м.

     Напомним еще и еще раз, что при выполнении всех операций по бетонированию сваи методом ВПТ необходимо контролировать 2 основных показателя – уровни заглубления обсадной и бетонолитной труб в бетон, которые в нашем примере, согласно ППР, должны составлять не менее 2,0 м.

     При каждой операции уровень бетонной смеси контролируется замерами лотом или рулеткой.

     Следующая операция – укладка в скважину следующей порции бетонной смеси в количестве 2,0 м³. (рис. 5).

     В результате этой операции изменятся только значения гр.11,14,15,16:

     — количество бетона, уложенного в скважину, увеличится до 5,0 м³;

     — уровень бетона в скважине согласно табл. 1 поднимется на 3,0 м и составит теперь 7,04 м;

     — на это же значение увеличатся показатели заглубления обсадной и бетонолитной труб в бетон, соответственно, до 5,54 м и 6,84 м.

     Далее мастер принял решение извлечь секции k₄, k₅ бетонолитной трубы, общая длина которых составляет 4,0 м (рис. 6).

     При выполнении этой операции изменится только один показатель – заглубление бетонолитной трубы в бетон, который уменьшится ровно на 4,0 м и составит теперь 2,84 м, не нарушая тем самым установленное для этого показателя ограничение.

     Полагаем, что на примере первых 4-х операций по бетонированию буронабивной сваи алгоритм расчета показателей журнала подводного бетонирования стал вам, наши уважаемые пользователи, совершенно понятен и вы без особенных усилий сможете самостоятельно заполнить все его остальные строки.

    На рис. 7 ниже приведен образец журнала, полностью заполненного после выполнения всех операций по бетонированию сваи №2.18.

Успехов Вам, друзья!