Изготовление и производство буронабивных свай

Технология изготовления и производства свай имеет многолетнюю историю развития и улучшений. Благодаря широкому применению свай в современном строительстве технология получила быстрое развитие. Сейчас можно с уверенностью сказать что сваи изготовленные на современном оборудовании и с применением последних технологий отвечают всем строгим стандартам и прослужат не одну сотню лет.

Изготовление буронабивных свай начинается на строительном участке в процессе разметки и расчета прогнозируемой нагрузки. Исходя из полученных расчетов производится бурение скважин определенного диаметра на заданную глубину. При работе в мягких грунтах (когда происходит обрушение скважин) используется специальная обсадная оболочка. Далее в скважину вставляется сварной арматурный каркас клетка, длина которого обычно соответствует длине буронабивной сваи. В редких случаях, в целях экономии арматурный каркас может быть значительно короче, но это уменьшает несущую способность сваи. Следующий этап изготовления сваи заключается в заливке скважины жидким бетоном. После полного застывания бетона на конец сваи монтируется посадочный башмак либо оголовок, зависит от дальнейшего плана строительства.

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).

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.

Бетонирование осуществляется методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Применяемые бетонолитные трубы, как правило, секционные, со стыками различных конструкций. При устройстве свай по описываемой технологии к стыкам бетонолитных труб не предъявляется особых требований по герметичности, поэтому основная цель стыков — обеспечить быстрое и надежное соединение секций труб. Подача бетонной смеси в приемную воронку бетонолитной трубы производится непосредственно из автобетоносмесителя или при помощи специального приемного бункера. Бетонная смесь приготовляется на месте либо доставляется централизованно. По мере бетонирования бетонолитная труба извлекается из скважины. При этом уплотнение бетонной смеси в скважине может выполняться с помощью вибраторов, укрепленных на приемной воронке бетонолитной трубы.

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 [11].
Схема изготовления буронабивных свай по описанной технологии приведена на рис VI-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.

Используются буронабивные сваи, изготовляемые по описанной технологии, диаметром 600—1700 мм с уширением до 3500 мм и длиной до 30 м.

4. Технология изготовления буронабивных свай с креплением стенок скважин от обрушения обсадными трубами

Устройство буронабивных свай по описываемой технологии возможно в любых геологических и гидрогеологических условиях. Обсадные трубы для удерживания стенок скважин могут оставаться в грунте при изготовлении свай.

Наиболее рациональным является применение инвентарных труб, извлекаемых в процессе изготовления свай (VI-2). Секции обсадных труб, как правило, соединяются при помощи стыков специальной конструкции (станки «Беното», «Като» и некоторые другие), а также с помощью сварки.
Погружаются обсадные трубы в процессе бурения скважины гидродомкратами с применением специального бурового оборудования, а также посредством забивки трубы в грунт или вибропогружением.
Бурение скважины при изготовлении буронабивных свай осуществляется вращательным или ударным способом.

При ударном бурении по мере разработки скважины обсадная труба погружается в грунт, следуя за забоем или опережая его в зависимости от вида проходимых грунтов, до проектной отметки. При этом отдельные секции обсадных труб наращиваются по мере необходимости.

При вращательном способе бурения вначале проходится лидерная скважина на длину секции обсадной трубы, после чего в скважину погружается обсадная труба. Затем производится бурение следующего участка скважины, после чего наращивается и погружается в скважину очередная секция обсадной трубы. Таким образом бурение ведется до проектной отметки.

После зачистки забоя и установки в скважину арматурного каркаса скважина бетонируется. Бетонирование ведется методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). При этом, как и при бетонировании скважин под водой или глинистым раствором, применяются секционные бетонолитные трубы различных конструкций с герметичными стыками. В сухих скважинах бетонирование может вестись с помощью контейнера специальной конструкции.

Бетонная смесь поступает в приемную воронку бетонолитной трубы по лотку непосредственно из автобетоносмесителя или накопительного бункера. По мере заполнения скважины бетоном обсадная труба извлекается. При этом специальная система гидродомкратов, смонтированных на буровом станке, сообщает колонне обсадных труб возвратно-поступательное и полувращательное движения, дополнительно уплотняя бетонную смесь.

По окончании бетонирования скважины головы сваи формуются в специальном инвентарном кондукторе.
В СССР буронабивные сваи, устраиваемые по описанной технологии, изготовляются диаметром 880—1200 мм, длиной до 35 м. При бетонировании скважин в процессе изготовления буронабивных свай всеми описанными выше способами используется литая бетонная смесь с осадкой конуса 16—20 см.
Выбор типа свайных фундаментов при проектировании определяется прежде всего технико-экономическими соображениями с учетом наличия соответствующих производственных и материальных ресурсов.

Рациональные случаи применения буронабивных свай:

1. Буронабивные сваи с уширениями и без них, устраиваемые без крепления или с креплением стенок скважин, рекомендуются для фундаментов зданий и сооружений любого назначения (производственные, общественные, жилые и др.) при больших сосредоточенных вертикальных и горизонтальных нагрузках, а также на площадках со сложными геологическими и другими условиями строительства, в том числе:
когда в пределах строительной площадки залегание плотных грунтов (несущий слой под нижними концами свай) резко меняет отметки;
при необходимости прорезки сваями насыпей с твердыми включениями (в виде остатков разрушенных частей каменных, бетонных, железобетонных конструкций и т. п.) или прорезки грунтов природного сложения (в виде твердых глинистых грунтов, слоев с часто встречающимися валунами и т. п., не позволяющих производить забивку или вибропогружение свай);
в стесненных условиях:
вблизи существующих зданий и сооружений, в которых могут возникнуть недопустимые деформации элементов несущих конструкции или оборудования при забивке или вибропогружении свай;
в оползневых районах;
буронабивные сваи, для устройства которых требуется крепление стенок скважин обсадными трубами, рекомендуется применять, когда строительные площадки сложены водонасыщенными неоднородными глинистыми грунтами текучей консистенции с прослойками песков и супесей.
Не рекомендуется использовать буронабивные сваи при наличии сильно агрессивных грунтовых или производственных вод.

2. Буронабивные сваи следует устраивать без крепления стенок скважин в тех случаях (дополнительно к перечисленным в п. 1), когда:
строительные площадки сложены глинистыми грунтами твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции (в том числе глинистыми, просадочными и набухающими грунтами);
положение горизонта грунтовых вод в период строительства ниже пяты свай;
длина свай до.30 м.

3. При гражданском строительстве не рекомендуется применять буронабивные сваи, для устройства которых требуется крепление стенок скважин глинистым раствором или избыточным давлением воды в скважине.