Технология устройства свай с короткими проходными шнеками

Получила свое развитие в начале 90 х годов прошлого столетия на базе использования российского парка бурильных машин: ПБУ, ЛБУ, БГМ, УБГ-СГ, СБУ-100. Сегодня кроме отечественных буровых установок в городе работают машины среднего класса западных фирм Klemm, Soilmec, Casagrande, EGT. Среди компаний, которые сегодня используют технологии коротких проходных шнеков, можно назвать «Адепт», «Геострой», «Циклон», «Основа», «Буровая компания», СК «Подземстройреконструкция», ЗАО «Техпрогресс», «Гидроспецстрой» и др.

Рис. 6. Технологическая карта устройства свай с использованием коротких проходных шнеков.

При работе в стесненных условиях плотной городской застройки в последнее время хорошо зарекомендовали себя бурильные машины на базе малогабаритных буровых установок Klemm, Soilmec SM400, Casagrande C6, позволяющие устраивать буронабивные сваи диаметром до 450 мм и длиной до 25 – 30 м.

Технология ЗАО «Геострой» по устройству свай с использованием коротких проходных шнеков заключается в погружении шнеков на проектную глубину, нагнетании бетона по внутренней трубе шнека с помощью бетононасоса при одновременном его извлечении и последующем погружении армокаркаса при помощи вибропогружателя в заполненную бетоном скважину.

К преимуществам этой технологии относятся: отсутствие вибрации и ударов (что дает возможность работать вблизи существующих зданий), высокая несущая способность свай, высокая производительность (4 – 6 скважин глубиной 25 м в смену), хорошее качество заполнения скважины бетоном за счет подачи того под давлением, высокая точность постановки свай (весь процесс контролируется при помощи бортового компьютера). Данная технология оказывается вне всякой конкуренции на площадках с неравномерным напластованием грунтов.

Однако есть у нее особенности, требующие повышенного внимания. Так, требуется особо тщательное выполнение операции разъединения проходных шнеков при их подъеме, во избежание образования шеек и заплывания скважины грунтом. При бурении через прослои тугопластичных или полутвердых суглинков или глин скорость проходки снижается, поэтому необходим контроль соотношения скорости проходки и частоты вращения шнека для исключения выноса из скважины на дневную поверхность лишнего грунта. При бурении имеет место влияние на массив грунта, что вводит ограничение на количество одновременно устраиваемых скважин при работе вблизи существующих зданий (конкретно их число определяется ППР на основании геомониторинга).

Технология непрерывного проходного шнека

Или технология SOB-колонны, CFA, (от англ. continuous flight auger) впервые появилась в Санкт-Петербурге в 1997 году. Она использовалась французской фирмой «Солетанж Баши» при устройстве свай на строительстве Транспортно-коммерческого центра на Лиговском проспекте. Несмотря на предостережения геотехнической общественности, фирма не провела необходимых опытных работ и потерпела фиаско (были разрушены два здания). Кроме того, имело место нерасчетное поглощение бетона при подаче его в скважину. Так, при физическом объеме скважины – 7 м³, расход поглощения бетона последовательно выполненных свай составил – 16, 24, 38 и 56 м³. Данное обстоятельство заставило очень осторожно и технологически обоснованно внедрять технологию непрерывного проходного шнека на строительных площадках Санкт-Петербурга.

Рис. 7. Вид шнековой колонны Рис. 8. Технологическая карта изготовления буронабивных свай по технологии SOB-колонны (CFA).

Наиболее безопасным для окружающих зданий оказалось бурение со сравнительно небольшой частотой вращения рабочего органа и как следствие – со значительным крутящим моментом (такой вид бурения принято называть медленновращательным). Оно производится разными по конструкции рабочими органами на основе шнекового бура.

Шнековый бур для медленновращательного бурения представляет собой механический бурильный инструмент, имеющий в качестве породоразрушающего элемента бурильную головку и шнек для аккумулирования и транспортировки на поверхность разрушенного грунта. Шнековые буры чаще всего изготавливают с одной (однозаходный), реже с двумя (двухзаходный) шнековыми спиралями. Торцы шнека, подверженные значительному износу, наплавляют износостойкими сплавами. Породоразрушающая бурильная головка имеет либо плоские, либо круглые резцы, а иногда комбинацию тех и других. Резцы снаряжены твердосплавными элементами, которые значительно повышают их износоустойчивость. В процессе эксплуатации, по мере износа они подлежат замене.

Рис. 9. Шнек(А) и ковшовый бур (Б).

Применяемая ЗАО «Геострой» технология по устройству свай методом SOB-колонны заключается в погружении непрерывного проходного шнека на проектную глубину, извлечении грунта в объеме разбуриваемой скважины на поверхность, нагнетании бетона по внутренней трубе шнека при одновременном извлечении шнековой колонны и последующем погружении армокаркаса вибропогружателем в заполненную бетоном скважину. Таким образом, формирование сваи происходит без дополнительного крепления стенок скважины.

Технология незаменима для грунтов, имеющих слои, существенно отличающиеся по прочности. Особенно она эффективна при проходке большой толщи песков, полутвердых и тугопластичных суглинков, когда изготовление свай уплотнения невозможно.

Серьезным преимуществом является высокая производительность (до 79 свай глубиной 25 м в сутки) и высокое качество заполнения скважины бетоном, так как бетонная смесь подается под давлением при помощи бетононасоса.

Необходимо обратить внимание на то, что при устройстве свай по технологии SOB-колонны (CFA) происходит тиксотропное разупрочнение грунта в околосвайном массиве, следствием чего введено ограничение по ее использованию вблизи существующих зданий, если модуль деформации грунта меньше 5 МПа, а угол внутреннего трения меньше 10 градусов.

При устройстве буронабивных свай в водонасыщенных грунтах наиболее надежной защитой от обрушения стенок скважин при бурении является использование обсадных труб.