Буронабивные сваи: технология устройства

Технология устройства буронабивных свай

Буронабивные сваи – особая технология и специальный метод в строительстве, который наиболее всего подходит и используется при высокой плотности застройки, что так характерно для мегаполисов и современных городов. Чаще всего, для устройства фундаментов используются забивные сваи и в определенных случаях их использование оптимально. Но устройство буронабивных свай имеет ряд своих неоспоримых преимуществ, таких как возможность проведения строительно-монтажных работ, в старой части города, где использование привычных технологий представляет существенную опасность для стоящих рядом сооружений и проходящих коммуникаций. Буронабивные сваи – это один из самых удобных способов организации фундамента строящегося здания. Диаметр свай, как правило, составляет 0,35 – 1,5 м. В большинстве случаев данную технологию устройства применяют при больших нагрузках, а также при глубоком залегании мало сжимаемых грунтов. Эта технология обеспечивает производство работ без ударов и вибраций, что особенно важно при изготовлении буронабивных свай вблизи существующих зданий и сооружений. Технология устройства буронабивных свай применяется – при больших сосредоточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках, на строительных площадках со сложными геологическими и инженерными условиями, в стесненных условиях городской застройки, вблизи существующих зданий и сооружений в которых могут возникнуть деформации при забивке или вибропогружении. Буронабивные сваи выполняются по технологии:

CFA (НПШ-непрерывного полого шнека);
под защитой бентонитового раствора;
под защитой обсадных труб погружаемых дрейтеллером;
под защитой обсадных труб погружаемых и извлекаемых с помощью вибропогружателя.

Устройство буронабивных свай методом CFA (Continuous Flight Auger) или НПШ (Непрерывный Полый Шнек) – одна из наиболее распространённых за рубежом и постепенно обретающая популярность в России технологий. Суть метода заключается в том, что буровая колонна, состоящая из полых шнеков, погружается в грунт на проектную величину, при этом происходит выбуривание (подъём грунта посредством реборд спиральной навивки шнека) грунта на поверхность. Применение буронабивных свай выполненных по технологии CFA, за счёт заполнения под давлением пространства скважины бетоном, не допускает разуплотнения около свайного пространства. Основными преимуществами применения данного метода являются: – высокая производительность – в 3-12 раз выше по сравнению с устройством свай с обсадной трубой. Разброс может быть вызван затруднениями в поставках бетона, арматурных каркасов и подготовкой площадки под буровую технику; – гарантированное уплотнение забоя и стенок скважины, как следствие более высокая несущая способность при тех же параметрах; – меньший уровень шума при производстве в сравнении с методом при использовании обсадной трубы, т.к. нет необходимости “сбрасывать” грунт со шнека; – экологичность, т.к. время работы буровой техники значительно сокращается, что немаловажно при работе в заселённых городских центрах. При устройстве буронабивных свай под защитой обсадных труб обсадную трубу опускают в скважину одновременно с выбуриванием грунта, что предотвращает осыпание рыхлых слоев породы. Обсадная труба настолько плотно прилегает к стенкам самой скважины, что позволяет избежать какой-либо деформации грунта. К трубам предъявляются достаточно строгие требования и в каждом конкретном случае труба должна быть четко установленного размера и диаметра. После бурения скважины на проектную глубину в нее опускается и монтируется заранее изготовленный арматурный каркас, затем происходит заливка бетона.

Более подробно о практике применения технологии CFA при устройстве буронабивных свай в одной из своих статей рассуждают наши сотрудники:

Жаворонко Н.С., главный инженер проекта
ООО «ПСУ Гидроспецстрой»;

Кабанов И.С., главный специалист
ООО «ПСУ Гидроспецстрой»

В настоящее время в геотехническом строительстве известен ряд новых технологий устройства буронабивных свай. Одним из них является метод CFA (Continuous Flight Auger) или НПШ (Непрерывный Проходной/Полый Шнек). Данный метод устройства буронабивных свай – один из наиболее распространённых методов за рубежом и постепенно обретающий популярность в России. «Постепенно» – т.е. достаточно медленно в сравнении с другими новыми геотехнологиями.

Как нам кажется, есть два диаметрально противоположных мнения, касающихся перспектив развития данного метода устройства свай:

– Производители бурового оборудования зачастую не то чтобы переоценивают возможности своей техники, они скорее приводят только преимущества данного метода по сравнению с другими, умалчивая о возможных проблемах, которые могут возникнуть у подрядчика при применении данного метода в тех или иных условиях.

– Проектировщики, конструкторы – приверженцы старых испытанных технологий, которые в силу недостатка достоверной информации, как в специализированной литературе, так и в нормативных документах, не применяют данную технологию устройства свай при разработке проектных решений.

Оба эти мнения не сказываются положительным образом на развитии и продвижении данной технологии устройства буронабивных свай в нашей стране.

В данной статье, в первую очередь, нам бы хотелось поделиться собственным, накопившимся опытом применения CFA технологии в условиях Москвы, Московской области и других регионов России, а также опытом обоснования принятых проектных решений.

Во-первых, стоит уточнить, в чём заключается суть данного метода. В основе способа изготовления свай по данной технологии лежит следующая схема проходки скважины: буровая колонна, состоящая из полых шнеков (полый шнек – шнек, на котором выполнена спиральная навивка на трубе, а не на стержне, как на обычном шнеке), погружается в грунт на проектную глубину и при этом происходит выбуривание (подъём грунта посредством реборд спиральной навивки шнека) грунта на поверхность. Объём выбуренного грунта, как правило, меньше геометрического объёма скважины.

Снизу буровая колонна оборудована заглушкой с уплотнителем для предотвращения попадания грунта внутрь. Далее производится подача бетона с помощью бетононасоса в полость буровой колонны, после заполнения буровой колонны бетоном давление в ней возрастает и происходит выдавливание заглушки. При подаче бетона происходит одновременное поднятие буровой колонны, таким образом осуществляется формирование тела сваи. За счёт того, что подача бетона осуществляется под давлением, происходит дополнительное уплотнение стенок и забоя (нижнего участка) скважины и, как следствие, повышение несущей способности сваи. Равномерность заполнения скважины контролируется специальными датчиками и отображается на дисплее в кабине оператора или с помощью манометра, установленного на вращателе.

Фото 1. На рисунке изображён датчик “Dialog” производства компании “Jean Lutz” Франция, на котором отображаются параметры давления, расхода бетона, скорость его подачи, глубина скважины. Также изображается профиль формирования сваи (центральная диаграмма, на которой видно уширение внизу сваи). Данные записываются на жёсткий диск датчика по каждой скважине и с помощью флэш-накопителя через USB-порт могут быть просмотрены на любом ПК

Далее происходит погружение пространственного арматурного каркаса, для гарантированного погружения каркас опускается с помощью вибропогружателя. Использование вибропогружателя не обязательно при небольшой длине свай и достаточной подвижности бетонной смеси.

Фото 2. Погружение арматурного каркаса в скважину, заполненную бетонной смесью

Давление подачи бетона не должно, как правило, превышать 2 атм., чтобы не происходила запрессовка скважины бетоном, в противном случае погружение арматурного каркаса будет затруднительно или вообще невозможно.

Давление в заданных параметрах поддерживается с помощью скорости подачи бетона на бетононасосе и скорости извлечения шнека из грунта.

При заполнении скважины бетоном расход смеси превышает геометрический объём скважины в 1,2-1,5 раза в зависимости от грунтовых условий. Процесс заполнения скважины должен быть непрерывным, как правило, бурение начинается непосредственно перед подъездом миксеров с бетоном к стройплощадке. Важно обращать внимание на качество привозимого бетона, поскольку крупные включения заполнителя, а также недостаточная подвижность бетонной смеси могут привести к образованию пробок из запрессованного бетона либо к перерывам в бетонировании, и, как следствие, к низкому качеству свай. Последующее погружение каркаса необходимо выполнять сразу после завершения заполнения скважины бетоном.

Особенно важно не допускать большого перерыва при устройстве свай в маловлажных песках крупных и средней крупности, т.к. часть воды из бетонной смеси поглощается песками, происходит «обезвоживание» и, как следствие, резкое понижение подвижности смеси.

Арматурный каркас должен обладать достаточной жёсткостью для того, чтобы не деформироваться при погружении, особенно важно следить за качеством сварных стыков при применении вибропогружателя. Верхняя часть каркаса должна быть приспособлена под захват вибропогружателя или дополнительно усилена стальным кольцом для использования вибропогружателей без гидравлического зажима, имеющего окончание в виде «перевёрнутой кастрюли».

Невозможность погружения каркаса говорит о том, что в скважине образовалась пробка или произошло схлопывание грунта, вызванное разряженным давлением при нарушении скоростного режима поднятия буровой колонны.

В «слабых» водонасыщенных грунтах (таких как супеси текучие, пески пылеватые, средней плотности и рыхлые), и особенно при малой глубине погружения свай (до 12 м) выдержать давление подачи бетонной смеси в вышеуказанных параметрах – практически не выполнимая задача, так как расход бетонной смеси превышает геометрический объём в 2-2,5 раза и происходит поднятие грунта вокруг скважины. Исходя из собственного опыта устройства свай, можно утверждать, что давление должно быть порядка 0,6-0,1 атм. Если даже при таком давлении расход бетонной смеси не снижается, целесообразнее применять иные технологии устройства свай или проверять сплошность и выдержанность геометрии ствола сваи контрольным бурением, сейсмоаккустикой или другими неразрушающими методами.

Так, при устройстве свайного поля диаметром 880мм длиной 14м производственного корпуса фабрики по производству детского питания «Нестле» в г.Вологда в тиксотропных водонасыщенных грунтах первоначальный расход бетонной смеси превышал геометрический в 1,8 раза, впоследствии в результате снижения давления был снижен до 1,3.

В рамках подготовки объектов к XXII Олимпийским и XI Паралимпийским играм 2014 года, сваи диаметром 450 мм свайного основания зданий Основной Олимпийской деревни в Имеретинской низменности, выполненные в водонасыщенных песчаных и гравелистых грунтах, имели расход бетона, в 1,25 раза превышающий геометрический, и при этом несущую способность, полученную по результатам натурных испытаний, в 1,4 раза больше расчётной.

Рис 1. Стадии формирования сваи: 1- бурение, 2 – бетонирование, 3 – завершение бетонирования, 4 – погружение каркаса

Основными преимуществами метода устройства буронабивных свай по технологии НПШ по сравнению с другими методами являются:

– высокая производительность – в 3-12 раз выше по сравнению с устройством свай с обсадной трубой (разброс в производительности может быть вызван затруднениями в поставках бетона, арматурных каркасов и подготовкой площадки под буровую технику);

– гарантированное уплотнение забоя и стенок скважин – и, как следствие, более высокая несущая способность свай;

– уменьшение уровня шума при производстве в сравнении с методом, который использует обсадную трубу, т.к. нет необходимости «сбрасывать» грунт со шнека;

– экологичность, т.к. время работы буровой техники значительно сокращается, что немаловажно при работе в условиях плотной городской застройки.

Существует мнение, что в процессе бурения за счёт выноса грунта буровой колонной происходит разуплотнение околосвайного пространства и, как следствие, оседание поверхности. То есть в случае бурения вблизи существующих зданий грунты основания могут разуплотняться и давать осадку. Но, как упоминалось выше, объём выбуренного грунта меньше объёма бетонной смеси, подаваемой в скважину, т.е. на самом деле происходит уплотнение грунта околосвайного пространства. Разуплотнение может быть вызвано нарушением технологии производства работ. Здесь следует заметить что бурение скважины должно выполняться за один раз и с постоянным поступательным движением шнека вниз без бурения на одном и том же месте. Важно, чтобы параметры бурового оборудования: усилие вращателя, усилие на забой скважины и на извлечение шнека соответствовали инженерно-геологическим условиям. Можно сказать/предположить, что мнение о дополнительных осадках зданий окружающей застройки формировалось, как правило, на неудачном опыте применения несоответствующего оборудования. Одним из «больных» мест данной технологии остаётся качество бетонной смеси, в частности, крупность заполнителя. Для более равномерного формирования ствола сваи рекомендуемая фракция 3-15мм, что не является популярным на бетонных заводах при поставках бетонной смеси ограниченными партиями. Многие из подрядных организаций составляют свои карты для приготовления бетона, которые перед непосредственной поставкой согласовываются с заводом-поставщиком. Нарушение состава бетонной смеси может привести к нежелательным последствиям: запыжовыванию бетоноводов, шнека, скачкам давления при подаче бетона, невозможности погружения арматурного каркаса из-за образования пробок (расслоения бетона).

Вышеописанная технология может применяться также при устройстве ограждений котлованов, что и было сделано при реализации строительства здания на улице Сретенка в г. Москве. Проектом предусматривалось устройство «стены в грунте» из бурокасательных свай диаметром 600мм и шагом 650мм, армированных трубой диаметром 426мм. Сваи выполнялись по технологии CFA, в процессе устройства свай дополнительные осадки зданий окружающей застройки не превысили 3 мм. В качестве ограждения котлована данная технология применялась при устройстве буронабивных свай диаметром 800мм при возведении комплекса зданий и сооружений Московского Государственного Института Электроники (МИЭМ) по адресу: г.Москва, р-н Строгино, мкр. 14-А. Сваи были выполнены в том числе и в водонасыщенных песках, при этом сплошность и геометрия свай были обеспечены.

Фото 3. Ограждение котлована «стена в грунте» из бурокасательных буронабивных свай диаметром 800мм при возведении комплекса зданий и сооружений Московского Государственного Института Электроники (МИЭМ).

Буронабивные сваи, выполненные по данной технологии, при испытаниях несущей способности по грунту статической нагрузкой по ГОСТ 5686-94 показывают, как правило, результаты выше проектных, определенных с учетом требований Свода правил СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85. Показательным в данном случае является пример принятых проектных решений и результатов испытаний грунтов сваями на объекте – жилой дом с подземной автостоянкой и встроенным общественным центром семейного досуга по адресу: Москва, улица Милашенкова, владение 6, где несущая способность по результатам испытаний превосходила расчётную более чем в 1,8 раза.

Для жилого 17-ти этажного здания принят плитный фундамент, который опирается на свайное основание из буронабивных свай диаметром 600 мм и длиной 25м, опирающихся на юрские тугопластичные слюдистые пылеватые суглинки. Расчетная вертикальная нагрузка, допускаемая на буронабивную сваю по грунту, определена на основании требований Свода правил СП 24.13330.2011 (СНиП 2.02.03-85) и составила порядка 1400 кН (140 тс). Буронабивные сваи были изготовлены из бетона класса по прочности В25, марки по водонепроницаемости W6 по технологии полого шнека, для которых были проведены испытания статической нагрузкой по ГОСТ 5686-94. По данным результатов испытаний расчетная вертикальная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составила порядка 2540 кН (254тс), что привело к существенному уменьшению количества буронабивных свай.

Таким образом, практический опыт позволяет утверждать, что применение технологии CFA дает значительную экономию средств и обеспечивает высокую надёжность строительства, в том числе и в сложных гидрогеологических условиях, и в условиях стеснённости.

Данная технология постепенно приобретает все большую популярность (даже в таких консервативных областях строительства, как дорожное и мостовое). Эта тенденция в ближайшие годы, на наш взгляд, будет усиливаться по мере насыщения отрасли соответствующими установками, оборудованием, оснасткой, а также квалифицированным персоналом – специалистами по производству данного вида работ.

Полный текст статьи Вы можете прочитать здесь – https://gssm.ru/?p=1426

Технология устройства буронабивных свай

Контакты