4.2. Технология устройства буроинъекционных свай.
Машины и оборудование
При значительном увеличении нагрузок на старый фундамент, при ремонте и реконструкции зданий возникает необходимость в создании дополнительного фундамента в виде буроинъекционных свай диаметром 100–300 мм и более. Длина таких свай до 20 м. Скважины бурятся через старый фундамент или рядом с ним, армируются и заполняются мелкозернистой бетонной смесью, обладающей, за счет введения комплексной добавки, высокой пластичностью и водоудерживающей способностью (рис. 4.6) [1, 9].
Рис. 4.6. Устройство буроинъекционной сваи сквозь старый фундамент
Буроинъекционные сваи применяются при строительстве новых сооружений рядом с существующими, а также для усиления зданий, находящихся в аварийном состоянии. В этих случаях другие виды свай из-за вибрации, ударов и громоздкости оборудования оказываются неприемлемыми. Устройство буроинъекционных свай может выполняться передвижными установками (рис. 4.7) или, если работы выполняются в стесненных условиях, малогабаритными станками внутри помещения либо в его подвальной части непосредственно через стены и фундаменты усиливаемых зданий.
Рис. 4.7. Передвижная установка на гусеничном ходу для устройства буроинъекционных свй «ATLAS»
Усиления оснований и фундаментов буроинъекционными сваями включает разработку следующих вариантов передачи нагрузок от сооружения на вновь устраиваемый фундамент: безростверковый, ростверковый, подведение нового фундамента под усиливаемый и комбинированный (рис. 4.8).
В нормативных документах различают следующие виды буроинъекционных свай[15]:
- буроинъекционные диаметром 0,15—0,35 м, устраиваемые в пробуренных скважинах путем нагнетания (инъекции) в них мелкозернистой бетонной смеси, а также устраиваемые полым шнеком;
- буроинъекционные диаметром 0,15—0,35 м, выполняемые с уплотнением окружающего грунта путем обработки скважины по разрядно-импульсной технологии (серией разрядов импульсов тока высокого напряжения — РИТ).
а) б) в) г)
Рис. 4.8. Усиление существующих фундаментов буроинъекционными сваями:
а) - безростверковый, б) - ростверковый, в) - подведение нового фундамента под усиливаемый г) - комбинированный
Также в нормативных документах определены основные требования к устройству буроинъекционных свай[15].
Проходку скважин для буроинъекционных свай выполняют вращательным бурением шнековым буром или шарошечными долотами. При проходке неустойчивых обводненных грунтов бурение скважин ведется под защитой глинистого (бентонитового) раствора или под защитой обсадных труб.
По окончании шарошечного бурения производят промывку скважины от шлама через буровой став свежим глинистым раствором в течение 3-5 мин.
Рекомендуемая плотность глинистого (бентонитового) раствора - 1,05-1,15 г/см3, уточняя ее для конкретных грунтовых условий в лаборатории.
Отклонение от заданного угла бурения не должно превышать ±2°. Отклонения по длине свай не должны превышать ±30 см проектных длин.
Установка арматурного каркаса, как правило, должна предшествовать инъекционным работам, но при соответствующем обосновании арматурный каркас разрешается устанавливать в скважину, уже заполненную инъекционным раствором (рис. 4.9). В последнем случае время сборки и монтажа арматурного каркаса должно обеспечивать его установку в проектное положение до начала схватывания инъекционного раствора и составлять не более 1 ч.
Установку арматурного каркаса буроинъекционной сваи в скважину допускается производить отдельными секциями. Стыковка арматурных стержней секций осуществляется ручной дуговой сваркой.
Арматурный каркас должен иметь фиксирующие элементы для центрирования его в скважине и обеспечения требуемой толщины защитного слоя. Секции каркаса перед установкой очищают от случайно налипшего на него грунта.
а) б) в) г)
Рис. 4.9. Стадии формирования сваи:
а-бурение; б- заполнение бетоном и подъем шнека; в- завершение бетонирования; г – армирование сваи
Скважины буроинъекционных свай заполняются инъекционным раствором - мелкозернистой бетонной смесью (цементно-песчаным раствором). Инъекционный раствор должен быть однородным и не расслаиваться при инъекции, марка раствора по удобоукладываемости, определяемая по ГОСТ 7473, должна быть П4 (18–20 см по стандартному конусу). При нормальных условиях созревания прочность при испытании кубиков со стороной 7 см должна быть не менее 15 МПа в 7-дневном возрасте и 30 МПа – в 28-дневном.
Приготовливают инъекционный раствор непосредственно на строительной площадке перед его нагнетанием в скважину. Для приготовления раствора используют скоростные смесители с частотой вращения не менее 200 об/мин. Продолжительность перемешивания составляющих раствора должна быть не менее 60 с.
Использовать приготовленный инъекционный раствор необходимо в течении двух часов после его изготовления. Один раз в сутки отбираются образцы инъекционного раствора для контроля его прочности после 28-дневного твердения в условиях, аналогичных условиям изготовления буроинъекционных свай.
Заполнение скважины инъекционным раствором производят либо непосредственно через буровой став, либо через трубу-инъектор. В любом случае заполнение производится от забоя скважины снизу вверх до полного вытеснения бурового раствора и появления в устье скважины чистого инъекционного раствора.
Весь процесс инъектирования раствора до полного заполнения скважины осуществляется при расположении нижнего конца инъекционной трубы на расстоянии не более 0,5 м от забоя скважины (в начальный момент инъектирования нижний конец инъекционной трубы располагается непосредственно на забое скважины). Диаметр инъекционных труб должен быть не менее 40 мм.
При устройстве буроинъекционных свай (кроме буроинъекционных свай РИТ) после заполнения скважины твердеющим раствором и установки арматурного каркаса в проектное положение производят опрессовку сваи. Для опрессовки в верхней части трубы-кондуктора установливают тампон (обтюратор) с манометром и через инъектор производят нагнетание раствора под давлением 0,2-0,3 МПа в течение 1-3 мин.
Устройство буроинъекционных свай РИТ по разрядно-импульсной технологии производят не менее чем 5–7 электрическими разрядами с шагом соответственно 200–300 мм по ее длине и не менее чем 15 разрядами в забое скважины при энергии каждого разряда 30–40 кДж.
Для этого в скважину после заполнения ее мелкозернистой бетонной смесью опускают специальный разрядник. В процессе погружения разрядника на его электроды периодически подают высокое напряжение, обеспечивающее возникновение электрического разряда требуемой мощности, что вызывает уплотнение грунта в стенках скважины и в ее забое.
Расход инъекционного раствора на одну опрессованную буроинъекционную сваю должен быть не менее 1,25 и не более 2,5 объема скважины. При утечках инъекционного раствора из скважины буроинъекционной сваи (не позволяющих поднять давление опрессовки до проектного значения) следует прекратить его инъекцию при подаче раствора в объеме, равном 2,5 объема скважины, а затем выполнить повторную опрессовку через (12 ± 1) ч.
Расход инъекционного раствора при устройстве свай РИТ должен соответствовать установленному в проекте.
Усиление оснований и фундаментов буроинъекционными сваями включает два этапа: укрепительная цементация кладки существующих фундаментов и контакта фундамент - грунт; устройство собственно буроинъекционных свай.
Проходку скважин для буроинъекционных свай выполняют вращательным бурением в теле фундамента трехшарошечными долотами, а в грунтах - шнековым буром или шарошечными долотами. Пример комбинированного долота с инъектором приведен на рис. 4.10.
Для укрепления устья скважины буроинъекционной сваи в кладке усиливаемых фундаментов устанавливают трубу-кондуктор, выступающую над забоем скважины не менее чем на 300 мм. Установку трубы-кондуктора с внутренним диаметром, равным диаметру сваи или большим, производят в заранее пробуренную и заполненную цементным раствором скважину. Разбуривание цементного камня в трубе-кондукторе начинают не ранее чем после двухсуточной выстойки трубы-кондуктора в скважине с фиксацией этого факта в журнале работ.
Рис. 4.10 Долото с инъектором:
1 – сопло; 2 – буровое долото; 3 – центратор; 4 – муфта; 5 – центральный канал; 6 – труба с резьбовой поверхностью; 7 – вторичное нагнетание цементного раствора; 8 – несвязный грунт; 9 – первичная инъекция при бурении скважины с применением цементного раствора; 10 – пластина; 11 – шаровая гайка
Бурение в трубе-кондукторе ведут с продувкой сжатым воздухом. По окончании разбуривания цементного камня в трубе-кондукторе последующее бурение скважин в песчаных и других неустойчивых грунтах ведут до проектной отметки под защитой бентонитового раствора или полым шнеком без выемки грунта.