Обсадные трубы для буронабивных свай: технология устройства и преимущества

Глава VI. БУРОНАБИВНЫЕ СВАИ. СТЕНЫ В ГРУНТЕ

§ VI.1. ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

VI.1.1. Общие сведения

В СССР фундаменты на буронабивных сваях применялись до недавнего времени в основном в мостостроении и портовом строительстве, однако в последние годы они получают все более широкое распространение в промышленном и гражданском строительстве.

В соответствии с технологией изготовления выделяются три основные группы (типа) буронабивных свай:

– устраиваемых в сухих и маловлажных связных грунтах, не требующих специальных мероприятий по креплению стенок скважин;
– изготовляемых в несвязных, слабых и обводненных грунтах, стенки скважин которых удерживаются от обрушения избыточным давлением воды или глинистым раствором;
– сооружаемых в аналогичных грунтовых условиях с креплением стенок при помощи обсадных труб (неизвлекаемых или инвентарных).

VI.1.2. Технология изготовления буронабивных свай в связных сухих и маловлажных грунтах

В сухих и маловлажных грунтах, например лессовых, буронабивные сваи устраиваются при помощи буровых агрегатов, снабженных рабочими органами, действующими по принципу вращательного бурения (шнековая колонна или ковшевой бур), разбуривающими в грунте скважину необходимого диаметра и глубины в зависимости от требований проекта и применяемого оборудования. Устье скважины обсаживается для предотвращения обрушения грунта металлическим патрубком. Бурение производится с периодической выдачей грунта на поверхность в отвал, с последующей погрузкой его в автотранспорт.

После достижения забоя скважины проектной отметки в необходимых случаях в нижней части или по длине скважины устраиваются уширения разбуриванием полости при помощи специального приспособления — уширителя. По окончании бурения скважина освидетельствуется, и после ее приемки в необходимых случаях в нее устанавливается арматурный каркас и производится бетонирование.

По окончании бетонирования скважины голова сваи формуется в специальном инвентарном кондукторе.

Наиболее часто по этой технологии изготовляются буронабивные сваи диаметром 400, 500, 600, 1000 и 1200 мм и длиной до 30 м. Буронабивные сваи этого типа нашли широкое применение в промышленном и гражданском строительстве .

Егоров А.И., Рогачевскии Л.И. Применение буровых свай большого диаметра в промышленном и гражданском строительстве. Основания и фундаменты. V сборник КИСИ

Схема изготовления буронабивных свай по описанной технологии приведена на рис. VI-1.

Рис. VI-1. Технологическая схема устройства буронабивных свай без применения обсадных трубVI.1.3. Технология изготовления буронабивных свай с креплением стенок скважин от обрушения избыточным давлением воды или глинистым раствором

Указанная технология изготовления буронабивных свай используется при устройстве их в неустойчивых обводненных грунтах.

Бурение скважины осуществляется вращательным способом, однако в случае необходимости проходки скальных включений и прослоек могут быть применены сменные рабочие органы ударного типа (грейферы, долота). Стенки скважины в этом случае удерживаются от обрушения глинистым раствором или избыточным давлением столба воды в скважине. Массовое устройство буронабивных свай связано с необходимостью готовить и транспортировать большие объемы глинистого раствора, а затем либо восстанавливать, либо удалять со строительной площадки использованный раствор. Это создает определенные затруднения в проведении работ в зимних условиях, кроме того, при устройстве буронабивных свай с применением глинистого раствора затруднен контроль качества бурения скважин.

Принцип крепления стенок скважин избыточным давлением столба воды, залитой в скважину выше уровня грунтовых вод, состоит в том, что избыточный напор создает гидродинамический поток воды из скважины в окружающий грунт. При этом возникают силы, препятствующие обрушению и оплыванию стенок скважины. Необходимым условием производства работ этим методом является превышение уровнем воды в скважине уровня грунтовых вод. Величина превышения должна быть, как правило, не менее 3 м.

Описанный метод крепления стенок скважин от обрушения наиболее прост, однако является менее надежным, сложен в зимних условиях, требует безукоризненной организации работ.

По окончании бурения скважин и зачистки забоя в нее устанавливается арматурный каркас и скважина бетонируется. Бетонирование осуществляется методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). При бетонировании под водой применяют бетонолитные трубы с герметичными быстроразъемными стыками.

Бетонирование и формование головы свай производится так же, как и бетонирование свай в сухих грунтах.

Влияние участка на параметры фундамента

Особенности при проектировании фундамента с использованием свай даны в СНиП :

Длина выбирается таким образом, чтобы нагрузка приходилась на прочный слой, прорезая более слабые напластования;
На просадочных почвах исследования для проектирования выполняются только специализированными организациями;
Буронабивная свая
Исходя из сложности площадки бурят контрольные скважины с шагом не более 50 метров. На каждый контур отдельного здания не меньше 4 бурений. Допускается 3 скважины для площади подошвы здания до 1300 м².
По результатам изучения гидрогеологического режима (подземные воды), составляется прогноз вероятного его изменения при возведении проектируемого сооружения. Все характеристики почв, которые могут меняться при замачивании, принимаются в расчет исходя из полного водонасыщения;
В набухающих грунтах установка может проводиться как с полной прорезкой слоя набухания, так и без. В случае полного прохождения с опорой на не набухающие слои, соблюдения СНиП , подъем отдельных составляющих фундамента практически исключен;
Дополнительно учитывается СНиП , когда строительство ведется на подрабатываемых площадях;
Обязательно применение СНиП II-7-81* в сейсмических районах.

КОНСТРУКЦИЯ И УСТАНОВКА АРМАТУРНЫХ КАРКАСОВ

Армирование свай при устройстве ограждения котлована выполнять пространственными каркасами с симметричной рабочей арматурой.
Секции арматурных каркасов, изготавливать на специально оборудованной площадке (арматурном цехе), завозить на стройплощадку длинномерным автотранспортом и складировать в специально отведенном месте.
Укрупненную сборку каркасов производить в специально отведенном месте (арматурный цех) на строительной площадке с занесением соответствующей записи в журнал сварочных работ. Сварка секций каркасов производится электродами. Сварные швы стандартные, по ГОСТ 5264-80* и ГОСТ 14098-91. Неуказанные и нестандартные швы выполняются электродуговой сваркой. Катет шва по наименьшей толщине свариваемых элементов.
Хранить готовые каркасы на деревянных подкладках под навесом или накрывать брезентом (непромокаемой тканью).
Секции армокаркасов поставляются с паспортом на готовое изделие, а перед монтажом освидетельствуются и принимаются по акту комиссией. Перед погружением в скважину необходимо очистить и удалить с арматуры ржавчину, масло.
Опускание армокаркаса осуществляется в скважину при помощи бурильно-крановой установки за один раз, при этом способ строповки, подъема и опускания должны исключать появления в нем деформаций.
При опускании армокаркаса соблюдать следующие условия: удерживание каркаса от раскачивания и вращения с помощью гибких оттяжек из пенькового каната.
Опускание каркаса производить в положении, обеспечивающем его свободное прохождение в траншею при геодезическом контроле за вертикальностью и с обеспечением проектной величины защитного слоя между несущей арматурой и грунтом. Временные монтажные распорки, расположенные внутри колец жесткости, должны быть удалены. Все рабочие должны быть вне пределов опасной зоны. Каркас перемещать к месту опускания в скважину в вертикальном положении.
Стропальщики стропят за монтажные петли армокаркаса на крюк бурильно-крановой установки. По сигналу старшего стропальщика машинист производит натяжку стропа для фиксации надежности строповки каркаса, после чего каркас медленно поднимается, вывешивается в вертикальном положении и медленно перемещается к скважине. Стропальщики придерживают и направляют каркас в процессе опускания. В случае его остановки, вызванной перекосом, по сигналу старшего стропальщика машинист слегка приподнимает каркас и стропальщики выравнивают его положение. Когда армокаркас занял в скважине проектное положение по высоте, стропальщики закрепляют его в форшахте или обсадной трубе отрезками труб.
При изготовлении каркасов сварочные работы производить в соответствии с проектной документацией, ГОСТ 14098-91, ГОСТ 10922-90 и РТМ 393-94 (НИИЖБ ГОССТРОЯ РФ). При низких температурах (ниже -20°С) сварку стыков арматуры производить с предварительным подогревом газовыми горелками до 150°-200°С по обе стороны от стыка на расстоянии 3-4 dH арматуры, сварочные работы выполнять сварочным током на 10-15% выше по сравнению с обычным. При отрицательных температурах (ниже -5°) сварку стыков стержней арматуры производить без перерыва, за исключением времени, необходимого на смену электрода и зачистку шва при многослойной сварке. При вынужденном длительном перерыве сварочных работ, их возобновление производить после очистки шва от шлака от предыдущего шва и предварительного подогрева стыка выше указанным способом.
Зона сварки и рабочее место сварщика должны быть ограждены от атмосферных осадков, сильного ветра. При температуре ниже -30° сварочные работы на монтаже выполнять запрещается. Работы разрешается производить только в оборудованном тепляке. Сварочные материалы к месту производства работ следует подавать непосредственно перед сваркой в комплекте, необходимом на период непрерывной работы сварщика, предварительно просушив их в печи для сушки электродов в соответствии с рекомендациями завода изготовителя. У рабочего места покрытые электроды хранить в закрытых пеналах, исключающих увлажнение.

Технология бурения с защитой стенок скважин

Применяется также технология бурения с защитой стенок скважин от обрушения путем заполнения ее специальным глинистым раствором устье скважины укрепляют короткой обсадной трубой;

Технология сооружения буронабивных свай с бурением скважин под

а)- 1 стадия — крепление устья скважины обсадной трубой;
б — 2 стадия — извлечение грунта под защитой глинистого раствора;
в — 3 стадия — установка в скважину арматурного каркаса;
г — 4 стадия — бетонирование скважины методом ВПТ.

буровой станок;
короткая обсадная труба;
глинистый раствор;
рабочий орган бурового станка;
арматурный каркас;
бетонолитная труба с воронкой;
заслонка;
забетонированный столб

устье скважины укрепляют короткой обсадной трубой;
производится извлечение грунта из скважины под защитой бентонитового глинистого раствора;
в скважину устанавливают арматурный каркас;
скважину бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ).

Бурение скважин свай под защитой инвентарных обсадных труб наиболее часто применяют для фундаментов мостов.

Для крепления стен скважин используют инвентарные стальные обсадные трубы диаметром 1,2; 1,5; 1,7; 2,0 м. Они состоят из стыкуемых резьбовыми конусными пробками промежуточных секций длиной 2, 4 и 6 м и ножевой секции с режущей коронкой с зубьями.

При применении этой технологии сначала проводят подготовительные работы:

срезку бульдозером с погрузкой в автосамосвалы с помощью погрузчиков и складирование в отведенное место растительного слоя грунта, планировку рабочей площадки и устройствоподъездов;
разбивку и закрепление осей опоры и каждой сваи на базе геодезической разбивочной основы;
доставку и сборку бурового, кранового и бетонолитного оборудования;
подготовку площадки из железобетонных плит под буровую машину и другое оборудование, установку инвентарной опорной плиты бурового стола.

После выполнения всех подготовительных работ бурение скважин производят в следующем порядке:

№	Порядок работ
1	после установки буровой машины в рабочее положение с помощью стрелового крана устанавливают нижнюю часть обсадной трубы с ножевой секцией, последующие секции объединяют между собой конусными резьбовыми пробками (общая длина обсадной трубы назначается из условия возвышения ее над уровнем рабочей площадки на 1,5 м для возможности размещения обжимного хомута);
2	обсадные трубы погружают домкратами в грунт вращательно-вдавливающими движениями на проектную глубину;
3	удаляют грунт из полости обсадной трубы различными способами: в песчаных, глинистых грунтах пластичной, полутвердой и твердой консистенции применяют ударный грейферный или шнековый способ бурения, в водонасыщенных песках, плывунах и илах грунт разрабатывают желонкой с обратным клапаном (в процессе бурения непрерывно совершаются возвратно-вращательные и поступательные движения обсадной трубы);
4	грунт, извлекаемый из скважины, складируют в специальные емкости и затем вывозят в заранее отведенные места, грунт из скважин фундаментов русловых опор загружают на плашкоуты из инвентарных понтонов КС
5	по мере необходимости обсадную трубу наращивают очередными секциями при помощи стрелового крана, все секции заранее очищают от грязи (на строительной площадке организуется участок для очистки и мойки обсадных труб)
6	бурение производят на всю глубину, для контроля после установки станка на место бурения на его мачте, примерно в 1 м от поверхности земли (рабочего мостика), наносят линию условного нуля, от которого ведется отсчет
7	при разработке неустойчивых грунтов в скважине поддержи-вают уровень воды на 1…1,5 м выше уровня воды в реке дляпредупреждения наплыва воды и грунта в скважину
8	после достижения проектной отметки перед установкой арма-турного каркаса забой тщательно зачищают от бурового шлама
9	в ходе буровых работ постоянно следят за характеристиками проходимых грунтов, для контроля соответствия проектной геологии и выявления необходимости замены рабочего органа данные бурения заносятся в журнал бурения скважин; перед каждой установкой новой секции обсадной трубы, а также при изменении характеристик грунта лотом замеряют глубину скважины и определяют отметку дна;
10	в процессе бурения осуществляют постоянный контроль положения ножа обсадных труб относительно уровня разрабатываемого грунта

Наращивание обсадной трубы автокраном

По окончании бурения контролируют глубину скважины и качество зачистки забоя скважины путем медленного опускания рабочего органа и пробного забора бурового шлама со дна скважины.

Определение обсадной трубы

Осадные трубы

Диаметр буронабивных стержней составляет 0,35 – 1,5 метра, длина достигает 30 метров, такой тип свай используется при высоких нагрузках и при глубоком расположении стабильных слоев почвы.

Технологию применяют в условиях:

сосредоточенных горизонтальных и вертикальных нагрузок;
на стройплощадках с непростой инженерной и геодезической обстановкой;
в случае близко стоящих построек.

Бетонолитные трубы включают несколько секций со специальными стыками для надежного и быстрого соединения. Бетон в воронку загружают из автомобильного миксера или используют подающий электовибробункер с пневмоударным приспособлением. Использованный кокон вынимают из скважины после наполнения бетоном заданного участка по высоте.

Бетон в стволе скважины уплотняют вибратором, который крепят на входящей воронке обсадного корпуса. После полной заливки головку сваи формируют с помощью инвентарного станка и утепляют зимой. Устанавливают наклонные и вертикальные элементы по технологии буронабивных оболочек. Стационарные капсулы погружают дрейтеллером (поворотной платформой), а извлекаемые участки заглубляют и извлекают с применением вибропогружателя.

Устройство буронабивного фундамента

Этот тип основания применяется не только в промышленном, но и частном строительстве. Возведение фундамента на буронабивных сваях требует спецтехники, но это быстрее и дешевле, чем заливка популярного ленточного основания. Важная особенность буронабивного фундамента – возможность его самостоятельного устройства с применением ручных или мотобуров.

Перед началом работ необходимо приготовить инструмент и материалы:

рулетка, моток шнура, набор колышков и молоток для разметки;
бур для скважин – ручной, с электрическим приводом или на ДВС;
опалубка из рубероида, пластика, железобетона или асбестоцемента, чтобы их можно было оставить в скважине, для промышленного строительства понадобятся съемные обсадные трубы;
арматура для опор и ростверка;
инструмент для приготовления бетонного раствора, цемент, щебень, песок.

Необходимые расчеты

Чтобы правильно провести расчет количества буронабивных свай необходимо определить общую массу здания (вес стенок, плит перекрытий, коммуникаций, мебели и т.д.). Учитывая, что сваи изготавливаются из бетона М300, со стандартным армированием, несущую способность одной буронабивной сваи можно найти по таблице:

Диаметр сваи, мм	Площадь опоры, см²	Несущая способность, кг	Объем бетона, м³	Количество вертикальных прутков арматуры, шт	Расход арматуры, пог. м
150	177	1062	0,0354	3	7
200	314	1884	0,0628	4	9
250	491	2946	0,0982	4	10
300	707	4242	0,1414	6	14
400	1256	7536	0,2512	8	18

При помощи портативных буров можно подготовить скважины диаметром до 200 мм, поэтому они чаще всего применяются в частном строительстве.

Чтобы рассчитать заглубление опоры, необходимо узнать глубину промерзания грунта в местности и прибавить 20 сантиметров. Например, если промерзание достигает 1,3 м, то буронабивные сваи погружаются на глубину 1,5 м. На пучинистых, сыпучих, болотистых и подвижных грунтах потребуются дополнительные исследования, а при заглублении нужно будет добираться до пластов с твердой породой.

Для расчета количества свай потребуется массу здания поделить на несущую способность одной опоры, а полученный результат умножить на коэффициент погрешности 1,2. Он учитывает возможные неточности при определении массы ростверка, мебели, снеговой нагрузки.

Подготовка и разметка

Планировка фундамента начинается со схемы свайного поля, на которой указываются расстановка буронабивных опор. Для этого на углах участка, чтобы убедиться, что он прямоугольный, нужно замерить диагонали, они должны быть равными.

Первые четыре буронабивные сваи устанавливаются по углам, остальные должны быть равномерно распределены под несущими стенками. В местах, где будут делаться скважины, забиваются колышки.

Расстояние между буронабивными сваями с ростверком по технологии не должно превышать 2 м, но не менее 3 свайных диаметров, чтобы не нарушить структуру грунта.

Монтаж

После подготовительных этапов можно приступать к монтажу буронабивных свай своими руками. Ручным, механическим или электрическим буром проделываем скважины на заданную глубину, согласно разметке.

В скважины опускается заранее изготовленные арматурные каркасы, устанавливаются обсадные трубы. Они могут быть из металла, пластика, рубероида, асбеста, железобетона. В частном строительстве они служат несъемной опалубкой для будущих буронабивных свай. Главное условие – точная вертикальная установка по уровню.

Пространство между обсадными трубами и скважиной заполняется грунтом, которые периодически утрамбовывается. При этом требуется контролировать вертикальность трубы. Высоту свай проверяют гидравлическим или лазерным уровнем, чтобы обвязка была горизонтальной. Если трубы выше, их срезают, арматурный каркас остается как основа для связывания ростверка.

В подготовленную опалубку заливается бетонный раствор марки М300, который уплотняется ручной трамбовкой или вибратором. Залитые буронабивные сваи оставляются до полного схватывания цемента в течение 2-3 недель.

Заливка ростверка

Чтобы достигнуть максимальной прочности буронабивной фундамент соединяется ростверком – железобетонной лентой или рамкой. Он равномерно распределяет давления на все сваи. Устройство ростверка схоже с технологией строительства стандартного ленточного фундамента. Единственное отличие – его нижняя часть находится на весу, не упираясь и не заглубляясь в грунт. Основой ростверка служат оголовки свай, поднятые над землей на проектную высоту.

Ширина ростверка равняется толщине несущих стен, высота – для деревянных, пенобетонных стен равна ширине. Для каменных и кирпичных зданий – на 50% больше ширины. Ростверк заливается в несколько этапов:

Немного истории

История свайного фундаментостроения, эволюция использования свай прошли через множество витков совершенствования технологий. А начиналось все с простых забивных деревянных свай.

Археологические раскопки на берегах Цюрихского озера показали, что сваи использовались человеком в глубокой древности – в эпоху неолита. Сначала они служили в качестве стоек, позволявших приподнять пол жилища над водой или землей. Римский архитектор и инженер Витрувий (I в. до н. э.) подчеркивал необходимость использования деревянных свай при строительстве на наносных или болотистых грунтах для передачи нагрузки от зданий на так называемый «материк». Позднее применение свай позволило возводить на слабых грунтах все более и более массивные сооружения.

Петр Первый использовал опыт голландцев, о чем свидетельствует его письмо к И. Коробову, в котором он дает указание изучить «манер голландской архитектуры, а особливо фундаменты» из-за схожести грунтов. В 1715 г. Петром издается приказ «О подготовке к сентябрю», где есть следующая цитата «…каждый против своего дома паженные сваи для обивки берегов, мерою трехсаженные, числом сколько против каждого двора оных бы столбов могло пойти». И в ноябре этого же года – новый приказ «Об окончании Санкт-Петербургскими жителями к будущей весне бития свай против домов своих, по берегам большой и малой Невы и протокам, под опасением отобрания тех дворов». Согласно ему каждый житель обязан был бить сваи, закладывать за ними связки фашинника и утрамбовывать землю на берегу напротив своего участка.

При капитальной реконструкции Дворцовой набережной в 1925 г. обнаружилось, что вся ее проезжая часть опирается на сплошное свайное основание.

Долгое время забивка свай осуществлялась вручную. Первое описание примитивного ручного копра относится к 1660 г. Изобретение станины с направляющими для бабы и присоединение для ее подъема различных приспособлений позволили увеличить мощность снаряда.

До 1838 г. применялись только забивные сваи. Со временем они модернизировались – изменялся материал, при забивке свай в гравелистые и твердые грунты для деревянных свай стали использовать железные башмаки. Наконечники свай имели разный вид в зависимости от свойств грунта. В. Карлович в монографии «Основания и фундаменты» (1869 г.) признает преимущества винтовых свай перед забивными при применении их в некрепких грунтах, так как «концы их передают давление на большую площадь».

Так, почти два века назад было положено начало использованию буронабивных и винтовых свай.

4 Рекомендации по применению буронабивных конструкций

Сваи можно монтировать без выполнения крепления стенок в тех случаях, когда грунт имеет тугопластичный и твердый характер (например, набухающий либо глинистый грунт), а также при общей протяженности свай не более 30 метров. А вот изделия с креплениями целесообразно применять тогда, когда фундамент устраивается:

в районах с оползневыми грунтовыми явлениями;
в стесненных условиях;
на землях со сложными геологическими условиями.

Нежелательно использовать описанную технологию для фундаментных работ, при которых необходимо выполнять укрепление скважинных стен избыточным водяным давлением.