Технология использования буронабивных свай для устройства фундаментов в условиях существующей застройки и реконструкции ТТК

     
     ТИПОВАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА (ТТК)

УСТРОЙСТВО ФУНДАМЕНТОВ ИЗ БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ В УСЛОВИЯХ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ ЗАСТРОЙКИ И РЕКОНСТРУКЦИИ

1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Разработана стандартная технологическая схема для создания фундаментов с использованием буронабивных свай в условиях уже существующей застройки и процесса реконструкции. Данная карта предназначена для использования строительными организациями при разработке проектно-сметной документации и выполнении работ в соответствии с технологией установки буронабивных свай.

Предназначена для использования строительно-монтажными организациями при разработке проектно-сметной документации и проектов производства работ.

При возведении зданий на свайных фундаментах в стесненных условиях городской застройки серьезную проблему представляют динамические нагрузки, воздействующие на расположенные поблизости здания. Решение этой проблемы возможно с использованием технологии устройства буронабивных свай.

Область применения буронабивных свай во всех грунтах, кроме скальных и крупнообломочных, в т.ч. обводненных, структурно-неустойчивых без применения инвентарных обсадных труб или тиксотропных растворов в стесненных городских условиях с приближением к существующим зданиям до 1 м. При этом при проведении инженерно-геологических изысканий должно быть обращено особое внимание на обследование мест возведения фундаментов с целью выявления в грунте различного рода препятствий (скальных прослоек, валунов размером более 25 см и т.п.).

Работы могут производиться по устройству буронабивных свай диаметром 400-1200 мм и глубиной заложения до 25 м в различных грунтовых условиях для сооружения свайных фундаментов вблизи существующих зданий с применением импортного оборудования фирмы «Касагранда С-40» (Италия).

Технология устройства набивных свай

Набивные сваи устраивают на месте их будущего положения путем заполнения скважины (полости) бетонной смесью или песком. В настоящее время применяют большое количество вариантов решения таких свай. Их основные преимущества:

возможность изготовления любой длины;

отсутствие значительных динамических воздействий при устройстве свай;

применимость в стесненных условиях;

применимость при усилении существующих фундаментов.

Набивные сваи изготовляют бетонными, железобетонными и грунтовыми, причем имеется возможность устройства свай с уширенной пятой. Способ устройства свай прост — в предварительно пробуренные скважины подается для заполнения бетонная смесь или грунты, в основном песчаные.

Применяют следующие разновидности набивных свай — сваи А.Э.Страуса, буронабивные, пневмонабивные, вибротрамбованные, частотрамбованные вибронабивные, песчаные и грунтобетонные. Длина свай достигает 20…30 м при диаметре 50…150 см. Сваи, изготовляемые с применением установок фирм Като, Беното, Либхер могут иметь диаметр до 3,5 м, глубину до 60 м, несущую способность до 500 т.

Особенности технологии свайных работ в условиях реконструкции

Специфика производства свайных работ. При реконструкции и техническом перевооружении предприятий нередко возникает необходимость усиления фундаментов или повышения их несущей способности. В этих условиях применяют различные способы подведения дополнительных свай, метод «стена в грунте», модифицированный метод опускного колодца.

Подведение дополнительных свай. При данном способе обычно применяют буронабивные и вдавливаемые многосекционные сваи, погружаемые по углам фундамента и воспринимающие нагрузку через устраиваемую по его периметру железобетонную обойму — ростверк. Однако более эффективным решением является устройство свай из укрепленного грунта или набивных свай непосредственно под подошвой существующего фундамента с использованием «струйной технологии». Эта технология устройства свай включает следующие основные процессы:

бурение до грунтового основания скважин диаметром 100…150 мм через нижнюю ступень фундамента по его углам, а при необходимости и между углами;

опускание через пробуренное отверстие в фундаменте струйного монитора и последующая проходка скважины небольшого диаметра в грунте на проектную глубину посредством разрушения грунта высоконапорной струей от монитора;

расширение скважины до проектного сечения путем постепенного подъема монитора, через сопло которого поступает размывающая струя воды или укрепляющий грунт раствор, в результате чего образуется свая из укрепленного грунта.

Возможна установка в скважину арматурного каркаса, выходящего в существующий фундамент, последующее заполнение скважины бетонной смесью при недостаточной несущей способности грунтовых свай.

При подведении грунтовых свай под фундаменты по струйной технологии возможны три ее варианта: одно-, двух- и трехкомпонентная, отличающиеся числом составляющих, составом оборудования и несущей способностью получаемых грунтовых свай.

Однокомпонентная технология предусматривает размыв грунта одной или двумя противоположно направленными струями укрепляющего раствора. Раствор можно приготовить заранее (цементно-песчаный или цементно-глинистый), или получить необходимый состав путем раздельной подачи к соплам его составляющих. Смешение будет происходить непосредственно при выходе из сопла (жидкое стекло и отвердитель, цементно-песчаный раствор и химические добавки-ускорители твердения и др.). При однокомпонентной струйной технологии грунт размывается в радиусе 200…350 мм от сопла, диаметр столба грунтовой сваи составляет 0,5…0,7 м.

Двухкомпонентная струйная технология осуществляется одновременной подачей струи укрепляющего раствора и концентричной ей кольцевой струи воздуха. Размыв грунта растворно-воздушной струей происходит в радиусе 1,0…1,5 м, а диаметр грунтовой сваи достигает 2…3 м. В трехкомпонентной технологии дополнительно в грунт подаются добавки, ускоряющие процесс формирования сваи.

При струйной технологии можно получать сваи различного сечения: винтовые, корневидные, с поперечными дисками-диафрагмами и др. За счет развитой боковой поверхности несущая способность свай выше в 1,5…1,8 раза, чем у свай круглого поперечного сечения.

Винтовые сваи устраивают путем подъема монитора, имеющего одно или несколько боковых сопл, расположенных одно над другим с одновременным разворотом вокруг его вертикальной оси. Число винтовых лопастей на таких сваях соответствует числу сопл на мониторе шаг винтовых лопастей определяется скоростью подъема монитора.

Вдавливание многосекционных свай. Многосекционные сваи обычно состоят из трех и более сборных коротких элементов-секций. Эти секции последовательно стыкуют по мере вдавливания их в грунт домкратами или другими механизмами до положения, при котором обеспечивается проектная несущая способность. Домкрат устанавливают под подошву существующего фундамента, под специальную балку или инвентарное упорное устройство, анкеруемое за неподвижные конструкции и соседние здания. Для устройства многосекционных свай используют стальные трубы диаметром 245…400 мм с башмаком или заваренным нижним концом. Секции свай длиной около 1 м по мере вдавливания стыкуются сваркой. После вдавливания полость сваи заполняют бетонной смесью. Применяют железобетонные секции свай сечением 30х30 и длиной 60, 90 и 120 см со штыревым стыком секций.

Достоинства многосекционных свай в том, что вдавливание производится в режиме статического испытания свай, отсутствуют динамические воздействия при погружении свай, обеспечивается высокая надежность усиления конструкций и постоянный контроль несущей способности сваи в процессе погружения.

Модифицированный метод опускного колодца. Этот метод позволяет повысить несущую способность массива грунта под существующим фундаментом за счет заключения грунта в железобетонную оболочку, где грунт может воспринимать большие давления, так как находится в замкнутом объеме опускного колодца и подвергается трехосному напряженному состоянию. Модифицированный метод опускного колодца отличается от традиционного тем, что грунт разрабатывается снаружи, а не внутри опускного колодца. После выемки грунта до уровня нижней ступени фундамента устраивают оболочку колодца (сборную или монолитную), опускают ее с разработкой грунта по наружному контуру, и далее стенки оболочки наращивают. Работы выполняют последовательно до погружения оболочки на проектную отметку.

Буронабивные сваи. Характерной особенностью устройства буронабивных свай является предварительное бурение скважин до заданий глубины.

Самими первыми в нашей стране, на основе которых применяются существующие разновидности буронабивных свай, являются сваи А.Э.Страуса, которые были предложены в 1899 г. Изготовление свай включает следующие операции:

пробуривание скважины;

опускание в скважину обсадной трубы;

извлечение из скважины осыпавшегося грунта;

заполнение скважины бетоном отдельными порциями;

трамбование бетона этими порциями;

постепенное извлечение обсадной трубы.

В пробуренную до проектной отметки (5…12 м) скважину осторожно опускают трубу диаметром 25…40 см и далее загружают бетонной смесью. После заполнения скважины на глубину около 1 м бетонную смесь трамбуют и медленно поднимают вверх обсадную трубу до тех вор, пока высота смеси в трубе не уменьшится до 0,3…0,4 м. Снова загружается бетонная смесь и процесс повторяется. Учитывая, что диаметр скважины больше диаметра обсадной трубы и поверхность пробуренного грунта оказывается неровной, шероховатой, при наполнении бетонной смесью обсадной трубы, ее подъеме и уплотнении смеси, бетон заполнит весь свободный объем, включая и зазор между стенками скважины и обсадной трубой. Часть бетона и цементного молока проникнет в грунт, повысив его прочность.

Недостатки способа — невозможность контролировать плотность и монолитность бетона по всей высоте сваи, возможность размыва несхватившейся бетонной смеси грунтовыми водами.

Армирование свай производят только в верхней части, где на глубину 1,5…2,0 м в свежеуложенный бетон устанавливают металлические стержни для их последующей связи с ростверком.

В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраивают одним из следующих способов — сухим способом (без крепления стенок скважин), с применением глинистого раствора (для предотвращения обрушения стенок скважины) и с креплением скважины обсадной трубой.

Сухой способ применим в устойчивых грунтах (просадочные и глинистые твердой полутвердой и тугопластичной консистенции), которые могут держать стенки скважины (рис.1). Скважина необходимого диаметра разбуривается методом вращательного бурения в грунте на заданную глубину. После приемки скважины в установленном порядке при необходимости в ней монтируют арматурный каркас и бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы.

Рис.1. Технологическая схема устройства буронабивных свай сухим способом:

а — бурение скважины; б — разбуривание уширенной полости; в — установка арматурного каркаса; г — установка бетонолитной трубы с вибробункером; д — бетонирование скважины методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ); е — подъем бетонолитной трубы; 1 — буровая установка; 2 — привод; 3 — шнековый рабочий орган, 4 — скважина; 5 — расширитель, 6 — уширенная полость; 7 — арматурный каркас; 8 — стреловой кран; 9 — кондуктор-патрубок; 10 — вибробункер; 11 — бетонолитная труба; 12 — бадья с бетонной смесью; 13 — уширенная пята сваи

Используемые в строительстве бетонолитные трубы, как правило, состоят из отдельных секций и имеют стыки, позволяющие быстро и надежно соединить трубы. Секции бетонолитных труб длиной 2,4…6 м в стыках скрепляют болтами или замковыми соединениями, у первой секции крепится приемный бункер, через который бетонная смесь подается в трубу. В скважину опускается бетонолитная труба до самого низа, в приемную воронку подается бетонная смесь из автобетоносмесителя или с помощью специального загрузочного бункера, на этой же воронке закреплены вибраторы, которые уплотняют укладываемую бетонную смесь. По мере укладки смеси бетонолитная труба извлекается из скважины. По окончании бетонирования скважины голову сваи формуют в специальном инвентарном кондукторе, в зимнее время дополнительно надежно защищают. Сухим способом по рассмотренной технологии изготовляют буронабивные сваи диаметром от 400 до 1200 мм, длина свай достигает 30 м.

Применение глинистого раствора. Устройство буронабивных свай в слабых водонасыщенных грунтах требует повышенных трудозатрат, что обусловлено необходимостью крепления стенок скважины для предохранения их от обрушения (рис.2). В таких неустойчивых грунтах для предотвращения обрушения стенок скважин применяют насыщенный глинистый раствор бентонитовых глин плотностью 1,15…1,3 г/см, который оказывает гидростатическое давление на стенки, хорошо временно скрепляет отдельные грунты, особенно обводненные и неустойчивые, при этом хорошо удерживает стенки скважин от обрушения. Этому же способствует образование на стенках скважины глинистой корки вследствие проникновения раствора в грунт.

Рис.2. Технологическая схема устройства буронабивных свай под глинистым раствором:

а — бурение скважины; б — устройство расширенной полости; в — установка арматурного каркаса; г — установка вибробункера с бетонолитной трубой; д — бетонирование скважины методом ВПТ; 1 — скважина, 2 — буровая установка; 3 — насос; 4 — глиносмеситель; 5 — приямок для глинистого раствора; 6 — расширитель; 7 — штанга; 8 — стреловой кран; 9 — арматурный каркас; 10 — бетонолитная труба; 11 — вибробункер

Скважины бурят вращательным способом. Глинистый раствор готовят на месте выполнения работ и по мере бурения подают в скважину по пустотелой буровой штанге под давлением. По мере бурения находящийся под гидростатическим давлением раствор от места забуривания, встречая сопротивление грунта, начинает подниматься вверх вдоль стенок скважины, вынося разрушенные бурами грунты, и выходя на поверхность, попадает в отстойник-зумпф, откуда снова насосом подается в скважину для дальнейшей циркуляции.

Глинистый раствор, находящийся в скважине под давлением, цементирует грунт стенок, тем самым, препятствуя проникновению воды, что позволяет исключить применение обсадных труб. После завершения проходки скважины в нее при необходимости устанавливается арматурный каркас, бетонная смесь из вибробункера по бетонолитной трубе попадает на дно скважины, поднимаясь вверх, бетонная смесь вытесняет глинистый раствор. По мере заполнения скважины бетонной смесью производят подъем бетоновода.

В настоящее время проходит успешное испытание специальный полимерный концентрат на основе полиакриламида, который в процессе гидратации образует коллоидный буровой раствор, создающий защитную пленку на стенках скважины, что в сочетании с избыточным гидростатическим давлением предотвращает их осыпание. Бурение в сложных геологических условиях без применения обсадных труб показало целостность буронабивной сваи по всей глубине после закачивания в нее бетона и отсутствие каких-либо наплывов или впадин бетона на боковой поверхности сваи. Использование коллоидного раствора позволяет существенно увеличить производительность буровых работ, снизить их себестоимость и трудоемкость, резко сократить потребность в обсадных трубах без снижения качества работ.

Крепление скважин обсадными трубами. Устройство свай этим методом возможно в любых гидрогеологических условиях; обсадные трубы могут быть оставлены в скважине или извлечены из нее в процессе изготовления сваи (рис.3). Обсадные трубы соединяют между собой при помощи замков специальной конструкции (если это инвентарные трубы) или на сварке. Пробуривают скважины вращательным или ударным способом. Погружение обсадных труб в грунт в процессе бурения скважины осуществляют гидродомкратами.

Рис.3. Технологическая схема устройства буронабивных свай с применением обсадных труб:

а — установка кондуктора и забуривание скважины; б — погружение обсадной трубы; в — проходка скважины; г — наращивание следующего звена обсадной трубы; д — зачистка забоя скважины; е — установка арматурного каркаса; ж — заполнение скважины бетонной смесью и извлечение обсадной трубы; 1 — рабочий орган для бурения скважины; 2 — скважина; 3 — кондуктор; 4 — буровая установка; 5 — обсадная труба; 6 — арматурный каркас; 7 — бетонолитная труба; 8 — вибробункер

После зачистки забоя и установки арматурного каркаса скважину бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы. По мере заполнения скважины бетонной смесью могут производить извлечение и инвентарной обсадной трубы. Специальная система домкратов, смонтированных на установке, сообщает трубе возвратно-поступательное движение, за счет чего бетонная смесь дополнительно уплотняется. По завершении бетонирования скважины осуществляют формирование головы сваи. Находят применение установки по изготовлению набивных свай с использованием обсадных труб с извлечением грунта из трубы виброгрейфером (рис.4).

Рис.4. Технологическая схема изготовления набивных свай с выемкой грунта под защитой обсадных труб:

а — погружение обсадной трубы виброустановкой; б — извлечение грунта из обсадной трубы виброгрейфером; в — бетонирование сваи; г — извлечение обсадной трубы виброустановкой; 1 — обсадная труба; 2 — виброустановка; 3 — виброгрейфер; 4 — арматурный каркас; 5 — бадья с бетонной смесью

Буронабивные сваи с уширенной пятой. Диаметр таких свай 0,6…2,0 м, длина 14…50 м. Существуют три способа устройства уширений свай. Первый способ — распирание грунта усиленным трамбованием бетонной смеси в нижней части скважины, когда невозможно оценить качество работ, форму (какой стала пята уширения), насколько бетон перемешался с грунтом и какова его несущая способность.

При втором способе скважину пробуривают станком, имеющим на буровой колонке специальное устройство в виде раскрывающегося ножа. Для образования уширения скважины диаметром до 3 м (рис.5), нож раскрывается гидравлическим механизмом, управляемым с поверхности земли. При вращении штанги ножи срезают грунт, который попадает в бадью, расположенную над расширителем. За несколько операций срезания ножами грунта и извлечения его на поверхность в грунте образуется уширенная полость. В скважину подают глинистый раствор из бентонитовых глин, который непрерывно циркулирует и обеспечивает устойчивость стенок скважины. При устройстве уширений разбуривание полости осуществляют одновременно с подачей в скважину свежего глинистого раствора до полной замены раствора, загрязненного грунтом. После завершения бурения скважины на проектную глубину буровую колонку с уширителем извлекают, в скважину устанавливают арматурный каркас. Бетонирование ведут методом вертикально перемещающейся трубы, когда одновременно в трубу подают бетонную смесь и поднимают ее. Бетонная смесь, соприкасаясь с вязким глинистым раствором, не снижает своей прочности, цементное вяжущее из смеси не вымывается. Бетонная смесь выжимает глинистый раствор вверх по трубе и через зазор между трубой и скважиной. Нижний конец бетонолитной трубы должен быть постоянно заглублен в бетонную смесь на глубину порядка 2 м; бетонирование осуществляют непрерывно, чтобы не возникали прослойки глинистого раствора в бетоне.

Чем засыпать сваи?

Засыпка свай выполняется с целью обеспечения надежного контакта свай с грунтом и уменьшения риска их деформации, изгиба или провисания. Для засыпки свай используются различные материалы, в зависимости от условий грунта и требований к надежности и долговечности конструкции. Некоторые из наиболее распространенных материалов для засыпки свай:

1. Крупнозернистый песок — использование песка позволяет обеспечить хорошую дренажную способность и устойчивость свай, особенно если грунт имеет высокую влажность.

2. Щебень — щебень может использоваться для засыпки свай на слабых или неустойчивых грунтах, таких как глина или песчаник. Это позволяет обеспечить дополнительную прочность и устойчивость конструкции.

3. Бетон — бетонная засыпка используется в случаях, когда требуется повышенная прочность или устойчивость свай. Она также может использоваться для создания фундаментов и подкладок.

4. Глина — использование глины для засыпки свай позволяет обеспечить хорошую герметичность и защиту свай от воздействия воды и агрессивных сред.

5. Гравий — гравий может использоваться для засыпки свай на слабых грунтах, таких как песчаники или глина, где требуется дополнительная прочность и устойчивость.

Выбор материала для засыпки свай зависит от многих факторов, таких как тип грунта, требования к прочности и устойчивости конструкции, бюджет и другие факторы. Для определения наилучшего варианта засыпки свай рекомендуется обратиться к специалистам.

Видео. Устройство буронабивных свай (метод CFA — непрерывный полый шнек)