Контрольные вопросы

1. С учетом каких факторов осуществляют выбор типа сваи, устраива­емой в проектном положении?

Какими основными факторами определяются предельные значения диаметров и длин различных типов свай, устраиваемых в проектном по­ложении?ГЛАВА 6

Методы устройства буронабивных свай

1. Основные процессы, выполняемые при устройстве буронабивных свай

При устройстве буронабивной сваи последовательно выполня­ются следующие строительные процессы: бурение скважины, очи­стка забоя от шлама или его уплотнение, установка патрубка для образования головы сваи, опускание в скважину арматурного кар­каса и бетонолитной трубы, бетонирование скважины методом вертикального перемещения трубы (ВПТ), удаление верхнего слоя бетона.

Устройство буронабивной сваи показано на рис. 6,1.

Рис. 6.1. Изготовление буронабивной сваи с использованием глинистого

раствора:

а — бурение скважины под глинистым раствором; б — опускание каркаса; в — установка бетонолитной трубы с вибробункером; г — бетонирование сваи мето­дом ВПТ с вытеснением глинистого раствора из скважины

Бурение осуществляют, как правило, вращательным методом с использованием различных рабочих органов, которые заменяют по ходу бурения в зависимости от гидрогеологических условий и прочности грунта.

В процессе бурения скважины в неустойчивых грунтах стенки скважины защищают от обрушения путем подачи в скважину гли­нистого раствора или одновременного опускания обсадных труб.

Удаление разбуренного грунта в процессе бурения из скважи­ны, заполненной глинистым раствором или водой, осуществля­ется двумя способами:

■ применение специальных рабочих органов (например, грей­ферного типа), позволяющих извлекать грунт через глинистый раствор или воду;

• использование насоса для откачки разбуренного грунта вме­сте с частью глинистого раствора непосредственно из забоя без поднятия бурового става (промывка глинистым раствором).

При втором способе требуется значительное количество гли­нистого раствора и специальное оборудование для его постоян­ной регенерации.

При бурении в несвязных грунтах для удаления разбуренной породы используют также эрлифты.

При использовании обсадных труб бурение производят с неко­торым отставанием от погружения трубы, которая залавливается (забуривается) с опережением, чтобы избежать разуплотнения грунта, прилегающего к стенкам скважины.

После окончания бурения производят очистку забоя от шлама, а в сухих скважинах — уплотнение разрушенного грунта, чтобы исключить возникновение дополнительной осадки при передаче нагрузки на сваю.

После установки патрубка в устье скважины для образования головы сваи (при бурении без обсадных труб) в скважину опуска­ют арматурный каркас с закрепленными на нем фиксаторами для обеспечения проектного защитного слоя и затем — бетонолитную трубу.

Бетонирование осуществляют методом вертикального переме­щения трубы. До начала подачи бетонной смеси в трубу опускают пыж, чтобы избежать перемешивания с водой или глинистым раствором первой порции бетонной смеси. С этой же целью ис­пользуют также герметичные теряемые наконечники, предотвра­щающие попадание воды или. глинистого раствора в трубу при ее опускании в скважину до забоя. Подачу бетонной смеси в скважи­ну ведут при минимальном зазоре между забоем и нижним тор­цом бетонолитной трубы. Подъем трубы начинают только после ее полного заполнения бетонной смесью при продолжающейся подаче бетонной смеси. При этом глинистый раствор (или вода — при использовании обсадных труб) вытесняется из скважины на поверхность и отводится по лоткам для повторного использова­ния.

В процессе бетонирования бстонолитная труба должна быть заг­лублена в бетон не менее чем на 70 см (при бетонировании верх­ней части сваи). В начале бетонирования заглубление может зна­чительно превышать указанную величину и зависит от длины тру­бы и создаваемого напора.

После заполнения бетоном патрубка, установленного на устье скважины, производится срезка верхнего слоя бетона (10 ... 15 см), имевшего контакт с водой (глинистым раствором) при бетони­ровании.

При бурении некоторых горных пород для промывки скважи­ны используют воду.

При устройстве коротких буронабивных свай длиной до 3... 4 м в устойчивых необводненных грунтах бурение осуществляют без защиты стенок. Бетонная смесь в этом случае сбрасывается в скважину без применения каких-либо дополнительных уст­ройств.

При использовании глинистого раствора качество изготовле­ния свай значительно ниже, чем при использовании обсадных труб.

Кроме того, в этом случае требуются дополнительное оборудо­вание и материалы для приготовления и регенерации значитель­ных объемов глинистого раствора. Поэтому в современных техно­логиях бурение скважин осуществляют под защитой обсадных труб. Инвентарные обсадные трубы (цельные или составные) извлека­ют из скважины с применением различных механизмов одновре­менно с бетонированием ствола сваи.

На рис. 6.2 показано устройство буронабивной сваи установ­кой фирмы «Франки» с использованием грейферного бура и со­ставной обсадной трубы, погружаемой в грунт с помощью спе­циального стола с домкратами. Стол является принадлежностью базовой машины и передает на обсадную трубу продольное вдав­ливающее усилие и колебательный момент вращения. Столы боль­шой массы (до 30 т) для задавливания обсадных труб могут ис­пользоваться самостоятельно без передачи усилий на базовую машину. Данная установка позволяет изготавливать сваи диамет­ром до 1 800 мм при наибольшем вдавливающем усилии на о(> садную трубу — 25 т.

При бурении в нескальных грунтах обсадная труба залавлива­ется всегда с опережением, размер которого зависит от плотно­сти грунта. Бурение ведется внутри трубы (с отставанием), что позволяет избежать разуплотнения грунта за пределами ствола сваи и даже получить некоторое дополнительное его уплотнение при значительном опережении погружения обсадной трубы. Наращи­вание обсадной трубы звеньями длиной 3...5 м осуществляется

с

Рис. 6.2. Изготовление буронабивиой сваи с использованием обсадной трубы, залавливаемой при помощи стола:

а, б, в — бурение скважины грейферным буром с наращиванием обсадной тру­бы; г — опускание бетонолитной трубы и начало бетонирования; д — окончание бетонирования и извлечение последнего звена обсадной трубы

а б в г д

помощью базовой машины или с использованием самоходного стрелового крана.

После достижения нижним кондом обсадной трубы проект­ной глубины грунт внутри трубы удаляется до ее нижней кромки. В скважину устанавливают арматурный каркас, бетонолитную тру­бу и немедленно приступают к бетонированию с одновремен­ным извлечением обсадной трубы. Задержка бетонирования не­допустима, поскольку это приводит к разуплотнению грунта в забое с последующим возникновением дополнительной осадки сваи.

Поднятие бетонолитной трубы производят иногда с использо­ванием возвратно-поступательных движений для уплотнения бе­тонной смеси. В зависимости от проектной глубины скважины ис­пользуют цельные или составные (из отдельных звеньев) бетоно- литные трубы. Одновременно с помощью стола извлекают и разъ­единяют звенья обсадной трубы .

Для уплотнения бетонной смеси при данном способе изготов­ления свай могут использоваться также различные типы вибрато­ров, устанавливаемых в верхней части бетонолитной трубы. Тре­буемую степень уплотнения бетонной смеси при данном способе изготовления свай удается получить лишь при использовании вы­сокоподвижных (пластифицированных) бетонных смесей с осад­кой конуса 16...20 см.

Рассмотренная схема изготовления буронабивных свай с при­менением обсадных труб используется в машинах многих зару­бежных фирм. Технологические отличия заключаются в примене­нии различных буровых насадок для бурения и извлечения грунта из обсадной трубы, а также в различных способах погружения обсадных труб и способах уплотнения бетона.

Например, в машинах серии KS—В фирмы «Юнттан» для по­гружения обсадной трубы используется схема, аналогичная схе­ме, показанной на рис. 6.2, а для буре­ния применяется короткий шнек с раз- личными наконечниками и устройство для его очистки от грунта после извле­чения из обсадной трубы.

В машинах серии BG фирмы Bauer (рис. 6.3) для бурения и извлечения грунта также используют короткие шне­ки различной конструкции. При этом погружение обсадной трубы при буре­нии в песчаных и глинистых грунтах осу­ществляется ее вращением с одновре­менным действием продольного вдав­ливающего усилия от базовой машины (без применения стола). К нижнему зве­ну трубы крепится специальный режу­щий наконечник. Машины серии BG позволяют изготавливать сваи диаметром

620. .2ООО мм и длиной 14,6...29,6 м„ Технические характеристики машин, этой серии представлены в табл. 6.1.

Рис. 6.3. Машина марки BG22H фирмы Bauer

Марка машины фирмы Bauer	Наиболь­шая длина сваи, м	Момент вращения, кН ■ м	Усилие вдавлива­ния, кН	Мощность, кВ	Масса машины, т
BG 9С	14,6	93	55...75	122	33
BG 9	16,5	93	75.,.100	125	39
BG 9Н	17,3	93	100	122	45
BG 14	20,3	140	150	206	67
BG 15	20,5	145	120... 160	160	63
BG 22	22,9	220	160...200	222	70
BG 22H	19,5	220	160	190	63
BG 22V	24,1	220	150	180	80
BG 22C	21,1	220	150...200	222	90
BG 22S	2L,8	220	150...250	222	90
BG 30	20,5	360	150...200	180	80
BG 30	21,8	360	150...250	222	85... 100
BG 40	25,0	360	250... 300	297	115
BG 40	27,0	360	250	297	117
BG 50	29,6	360	300	448	147

В последние годы созданы машины, позволяющие обходиться также и без обсадных труб. Принципиальная схема изготовления свай по данной технологии показана на рис. 6.4. Бурение скважи­ны осуществляют шнековым буром за одну проходку на полную глубину (рис. 6.4, а). При этом стенки скважины удерживаются от обрушения лопастями шнека, заполненными грунтом. После окончания бурения осуществляется подача бетонной смеси бе­тононасосом через буровую штангу шнекового бура при одно­временном его поднятии (рис. 6.4, б). Скорость поднятия регули­руют с учетом обеспечения некоторого избыточного давления в бетонной смеси, подаваемой в скважину. После заполнения сква­жины бетонной смесью в устье устанавливают трубу-кондуктор, затем с помощью вибратора в скважину опускают арматурный каркас (рис. 6.4, в), производя одновременно уплотнение бетон­ной смеси.

Машину обслуживают три человека. Производительность ма­шины при погружении свай 0 600 мм, / = 20 м — 12 свай в смену.

Рис. 6.4. Принципиальная схема изготовления сваи с подачей бетонной смеси через буровой став:

а — бурение скважины шнеком за одну проходку; б — поднятие шнека одно­временно с подачей бетонной смеси; в — опускание арматурного каркаса под действием вибрации; 1 — бетонная смесь; 2 — вибратор

Несущая способность свай, изготовленных данным методом, не­сколько выше, чем при использовании рассмотренных ранее спо­собов с применением глинистого раствора или обсадных труб. Это обусловлено тем, что при бурении значительная часть грунта раз­двигается в стороны, образуя уплотненную зону вокруг сваи. Кро­ме того, бетонная смесь подается при избыточном давлении, обес­печивая надежное сцепление со стенками скважины.

В заключение отметим, что при изготовлении свай 1-й груп­пы особое внимание уделяется тщательной очистке забоя сква­жины от разрыхленного грунта перед бетонированием (особен­но в сваях-стойках) в целях устранения дополнительных (неуч­тенных) осадок при передаче на сваю эксплуатационной на­грузки.

Отметим также, что если обсадную трубу оставляют в грунте (трубобетонная свая), например при строительстве в сейсмиче­ских районах, то несущая способность по грунту такой висячей сваи несколько ниже из-за снижения сопротивления по боковой поверхности сваи. В подавляющем большинстве случаев примене­ние трубобетонных свай экономически не оправдано.Контрольные операции осуществляют на всех стадиях изготов­ления сваи. Сечение скважины и ее глубину контролируют соот­ветственно с помощью шаблонов и мерных лент с грузом, а так­же с помощью специальных лазерных приборов. Однако при ис­пользовании современных буровых агрегатов и при бурении в ус­тойчивых грунтах или с обсадными трубами геометрические па­раметры скважины выдерживаются с достаточной точностью и не требуют выполнения специальных контрольных измерений.

При армировании сваи на всю длину глубина скважины конт­ролируется по нивелиру при опускании арматурного каркаса до соприкосновения с забоем и последующим поднятием его до про­ектной отметки. Контроль проектной длины арматурного каркаса осуществляется при его изготовлении.

В соответствии со СНиП 3.02.01-87 в обводненных песчаных, просадочных и других неустойчивых грунтах бетонирование свай должно производиться не позднее 8 ч после окончания бурения, а в устойчивых грунтах — не позднее 24 ч.

Нормы большинства стран требуют незамедлительного бето­нирования после окончания бурения. Это требование связано с возможностью дополнительного разрыхления грунта в забое, осо­бенно при низком уровне воды в скважине. При невозможности незамедлительного бетонирования бурение скважин начинать не следует, а уже начатых следует прекратить, не доведя их забой на 1 ...2 м до проектного уровня и не разбуривая уширений.

Наиболее жесткие требования предъявляются к качеству зачи­стки забоя скважины. При бурении в скальных грунтах забой про­мывают водой до исчезновения остатков шлама. При отсутствии оснастки для качественной зачистки забоя используют трамбовки специальной конструкции для уплотнения забоя, а также втрам­бовывают в забой щебень или железобетонные элементы.

Для контроля качества укладки бетонной смеси разработаны специальные радибизотопные и ультразвуковые приборы, опу­скаемые в скважину при бетонировании. Однако при использова­нии современных высокоподвижных пластифицированных бетон­ных смесей с осадкой конуса 16... 20 см высокое качество укладки надежно обеспечивается при значительной длине бетонолитной трубы и увеличении ее погружения в бетонную смесь.