Вопрос 5 Устройство свайных фундаментов на буровых сваях

В отечественном мостостроении буровые сваи были впервые применены на строительстве Ленинградского моста через р. Иртыш в г. Омске (1954 - 1959 гг.). Методы разработки и извлечения грунта при бурении скважины последние пять десятилетий непрерывно совершенствовались, обновлялись буровые станки и буровые машины.

В отечественной практике ширикое распространение получил способ разработки скважин под избыточным давлением воды или глинистого раствора. С применением этой технологии изготовливают вертикальные и наклонные буровые сваи с уширенной пятой.

Избыточное давление воды применяют в глинистых и водонасыщенных песчаных грунтах. Этот способ требует постоянного поддержания в скважине воды на 3…5 м выше уровня грунтовых или поверхностных вод. Дополнительные сложности возникают при работе в зимний период и в условиях превышения расхода воды над её дебитом.

Крепление стенок скважины глинистым раствором применяют в тех случаях, когда невозможно использовать воду. Имея повышенный по сравнению с водой удельный вес (1,0…1,5 т/м³), глинистый раствор своим гидростатическим давлением препятствует перемещению грунта внутрь скважины. Глинистый раствор образует на стенах скважины фильтрационную корку, обладающую пониженной проницаемостью. Для изготовления глинистого раствора используют бентонитовую глину. Для предотвращения обрушения грунта в верхней части скважины применяют инвентарный патрубок длиной около 3 м.

В зарубежной практике приоритет был отдан способу разработки грунта под защитой обсадных труб. Первые шаги в освоении способа разработки грунта под защитой обсадных труб грейфером ударного действия сделала французская фирма «Беното». Механизмы погружения (извлечения) обсадных труб аналогичные используемым в агрегатах «Беното» применяются в настоящее время в агрегатах фирм «Като», «Бауэр», «Казаграндэ» и др. Практикой доказано, что применение извлекаемых инвентарных обсадных труб экономически и технологически наиболее целесообразно.

Буровые сваи в зависимости от способа изготовления имеют много разновидностей, но всем им присущ основной процесс – бурение скважин. В практике отечественного мостостроения для фундаментов мостов в основном используют:

• буронабивные сваи – железобетонные элементы диаметром 0,6…1,7 м без уширения и с уширенной пятой до 3,5 м, бетонируемые непосредственно в скважинах (см. рис.);

• сваи-столбы – железобетонные цилиндрические или призматические сваи сплошного сечения, погруженные в предварительно пробуренные скважины с последующим омоноличиванием зазора между стенкой скважины и железобетонным элементом цементно-песчаным раствором. Применяются в фундаментах малых и средних мостов диаметром до 0,8 м и длиной до 17 м (см. рис.).

• бурообсадные сваи – разновидность буронабивных свай, отличается тем, что их боковая поверхность в пределах верхней части обсажена (закрыта) железобетонной или стальной оболочкой. Подобная защита необходима, например, в условиях, когда сваи попадают в зону воздействия перемещающихся песчаных, гравийно-галечных и галечно-валунных отложений (см. рис.).

• Сваи комбинированной конструкции – применяют в безростверковых опорах, когда буровую сваю в нижней части фундамента наращивают предварительно изготовленными железобетонными столбами с устройством жёсткого соединения между ними (см. рис.).

Подошва буровых свай или их уширений размещается, как правило, с заглублением не менее 1 м в высокопрочные и не менее 2 м в грунты средней прочности при глубине до 50 м.

До начала работ по устройству буронабивных свай фундамента должны быть выполнены следующие подготовительные работы:

• Планировка рабочей площадки

• Разбивка и закрепление осей опоры и каждой сваи отдельно

• Перебазировка кранового, бурового и бетонолитного оборудования к месту изготовления свай

• Устройство электроосвещения для осмотра скважины и возможности производства работ круглосуточно

Технологическая последовательность устройства буровой сваи установкой «Като» с применением обсадной трубы следующая:

• Укладка по осям скважины инвентарной опорной плиты для буровой установки;

• Перемещение буровой установки с наводкой на ось скважины, установка её в горизонтальное положение на выносных опорах;

• Установка ножевой секции обсадной трубы;

• Бурение скважины с разработкой грунта грейфером и опережающим погружением обсадной трубы не менее чем на 2 м. При проходке скальных пород применяют ударное долото, шарошечное долото или турборуб;

• Очистка забоя с помощью желонки;

• Установка арматурного каркаса в скважину;

• Сборка и опускание бетонолитной трубы;

• Укладка бетонной смеси в скважину методом вертикально перемещающейся трубы с периодическим извлечением обсадной трубы.

Рис. Сооружение буронабивных столбов

1 – погружение обсадной трубы и разработка грунта в скважине грейфером, 2 – наращивание обсадной трубы, 3 – бурение скальной породы турбобуром и погружение обсадной трубы, 4 – погружение и соединение секций арматурного каркаса, 5 – бетонирование столба с помощью бетонолитной трубы и извлечение обсадной трубы.

А – растительный слой, Б – песок, В – гравийно-галечниковый грунт с валунами, Г – выветрелая скала, Д – слабовыветрелая скала.

В установках, реализующих вращательное бурение, разработку скважины выполняют соответствующим сменным оборудованием – ковшовым буром, колонковым буром, шнеком и т.д.

В зависимости от местных условий сооружение буровых свай может производиться с поверхности грунта или искусственных островков. В условиях глубокой воды на акватории, где экономически не целесообразно устройство искусственных островков организуют рабочие площадки на стационарных или плавучих подмостях. Стационарные подмости применяют при глубине воды до 5…6 м, особенно при неблагоприятном воздействии волновых процессов на бурение скважин с плавучих средств.

При сооружении столбов в разработанном котловане или при устройстве свай на акватории буровой станок может быть установлен на специальный рабочий мостик, опирающийся на конструкции ограждения (на шпунтовое ограждение, на бездонный ящик из понтонов и т.д.).

Скважины бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Укладку бетонной смеси ведут непрерывно, через одну бетонолитную трубу, расположенную по оси скважины. Бетонная смесь подаётся в бетонолитную трубу через накопительный бункер непосредственно из автобетоносмесителя или перегрузочной бадьи. Установку бетонолитной трубы в скважину перед бетонированием следует производить так, чтобы нижний конец был расположен выше забоя скважины на 20…25 см (начальное положение). В процессе бетонирования бетонолитная труба должна находиться в бетона на глубине 2…4 м. Скорость выхода бетонной смеси регулируют за счёт поднятия (опускания) бетонолитной трубы.

Бетонная смесь во время укладки в скважину должна иметь подвижность, соответствующую осадке конуса 16…20 см. Для изготовления смеси рекомендуется применять пластифицирующие добавки и замедлители схватывания.

В зимних условиях бетонную смесь следует подавать подогретой так, чтобы её температура в скважине в момент укладки была не менее +5⁰С. При температуре воздуха ниже 20⁰С рекомендуется обогревать приёмный бункер и верхнюю часть трубы при помощи, например, паровых рубашек или объемлющих тепляков.

В случае крепления скважины обсадной трубой ей в течение всего процесса бетонирования во избежание её засасывания необходимо придавать постоянное возвратно-поступательное движение.

Бетонная смесь, уложенная в пределах верхних 3 м буронабивных свай, должна быть тщательно уплотнена глубинными вибраторами. Высота забетонированной сваи методом ВПТ должна превышать проектную при бетонировании в воде – на 1..2%, но не менее 30 см, при бетонировании под глинистым раствором – на 3…5%, но не менее 1 м. образовавшийся слой слабого бетона в верхней части сваи следует удалить до проектной отметки верха сваи в плите ростверка.