Инновационный и эффективный метод устройства силовой конструкции — буроинъекционные сваи

Виды и характеристики

Разные условия строительства обусловили наличие нескольких разновидностей буронабивных свай. Обобщенная характеристика приведена в таблице:

№	Классификационный признак	Детализация
1	Конструкция	– цилиндрические;– с подошвой.
2	Технология устройства	– без оболочки; – снимаемая оболочка; – не снимаемая оболочка.
3	Устройство	– равномерного сечения; – с камуфлетной пятой; – буроинъекционные; – буросекущие.
4	Ростверк	– низкий; – обычный; – высокий.
5	Диаметр	200-1000 мм.

Более подробный обзор технических характеристик, приведенных в таблице. 

1. По конструкции:

цилиндрические. Данный тип свай отличает правильная цилиндрическая форма и одинаковое сечение по всей длине изделия;

с подошвой. Опорная подошва позволяет повысить устойчивость опоры, и ее несущую способность. Визуально такую сваю отличает более широкая нижняя часть.

2. По технологии устройства:

без оболочки. Такой вариант является самым быстрым и наиболее экономичным из всех других. Однако его применение ограничено свойствами грунта. Буронабивные сваи без оболочки допустимо применять только в прочных, устойчивых к осыпанию грунтах, а также при минимальном уровне грунтовых вод;

снимаемая оболочка. Эту функцию принимает на себя обсадная труба, которая постепенно вынимается по мере заполнения скважины раствором;

неснимаемая оболочка. Случай аналогичный предыдущему, но обсадная труба остается в почве.

3. По устройству:

равномерного сечения;

с камуфлетной пятой (расширяющиеся к низу). Это позволяет увеличить площадь подошвы сваи и ее несущую способность. Используется на слабых грунтах. Чтобы получить пятку, взрывается полость в нижней точке скважины. Затем полость заливается раствором;

буроинъекционные. В данном случае бурят скважину небольшого диаметра, которую заполняют смесью цемента и отсева;

буросекущие. Это аналог технологии строительства фундаментов «стена в грунте». В этом случае расстояние между буронабивными сваями настолько незначительное, что получается сплошная лента из свай. По сути – это аналог ленточного фундамента, обладающий повышенной прочностью.

4. Ростверк

Конструктивно ростверк – это верхняя часть фундамента, благодаря которой нагрузки распределяются равномерно на сваи.

• низкий. Позволяет повысить несущую способность сваи благодаря тому, что ростверк помещается ниже уровня промерзания почвы;
• обычный. Расположен на грунте;
• высокий. Размещается на высоте 200-300 мм над уровнем грунта. Высокий ростверк незаменим при сложном рельефе местности.

5. Характеристики и размеры:

глубина заложения – до 40 метров;

диаметр – 250-1000 мм. Диаметр буронабивных свай зависит от веса будущей конструкции. Так в промышленном строительстве востребованными является размеры более 500 мм. Популярные в частном строительстве размеры, а также их несущая способность и расход бетона указаны в таблице:

несущая способность буронабивной сваи 200-400 т. (при изготовлении механизированным способом) и до 7 т. (при изготовлении своими руками);

минимально допустимое количество стержней арматуры – 6 шт. для промышленного строительства, и 4 шт. для частного;

минимально допустимая толщина продольных стержней арматуры – 18 мм. для промышленного строительства, и 8-12 мм. для частного;

толщина поперечных элементов – 4-8 мм. или листовой металл.

Размеры свай определяются проектом.

Общий принцип создания буроинъекционных свай и различные технологии

Устройство буроинъекционных свай определяется технологией их монтажа – в скважину заливается бетонный раствор, в нем устанавливается армирующий каркас. Лучше всего показали себя технологии без использования обсадных труб. Они более просты в реализации, экономичны и дают отличные результаты.

CFA

Технология CFA предусматривает использование для бурения непрерывного полого шнека. В процессе его погружения в грунт выбуренная порода удаляется из скважины. После достижения необходимой глубины шнек начинает подниматься, в то время как по его каналу подается бетонный раствор, заполняющий скважину. Заключительным этапом работ является погружение армирующего каркаса в жидкий раствор.

DDS

Принципиальным отличием технологии DDS является метод выполнения скважины. В этом случае грунт не эвакуируется, а уплотняется, образуя прочные стенки. В остальном (заливка раствора, установка арматуры) последовательность действий аналогична.

Обсадные трубы для буронабивных свай

Обсадные трубы – это изделия из металла, погружаемые в скважину и позволяющие значительно усилить всю конструкцию

Использование предполагается в двух вариантах:

1. Изготовление фундамента с обсадными трубами – это изделия из металла, погружаемые в скважину и позволяющие значительно усилить всю конструкцию. Есть технологии, при которых труба после заливки извлекается. Методика используется при возведении зданий в условиях повышенной плотности застройки для минимизации риска повреждения рядом стоящих строений.
2. Без обсадных труб – технология использует применение глиняной болтушки, укрепляющей стенки скважины и не допускающей их осыпания. Чаще всего данный тип подходит для устройства свайного поля для укрепления уже существующей основы.

Для строительства фундамента в проблемных грунтах СНиП 2.02.03-85 регламентирует использование только стальных труб, которые противостоят разнообразным нагрузкам. Срок эксплуатации изделий достигает 50 лет, но имеются недостатки:

1. Подверженность процессам коррозии, что снижает длительность службы труб;
2. Стоимость труб довольно высока.

Области применения буроинъекционных свай

Благодаря своим техническим свойствам и качествам буроинъекционные сваи получили широкое распространение при:

• производстве работ на сыпучих грунтах, требующих укрепления стенок котлована;
• возведении многоэтажных зданий в условиях города в районах с плотной застройкой;
• проведении работ в историческом центре города;
• необходимости изготовления опор под определенным углом наклона;
• возведении дополнительных этажей над уже имеющейся постройкой.

Сооружение буроинъекционных свай

В связи с особенностями изготовления и использования буроинъекционные сваи делятся на две основные категории:

1. Висячие, которые устанавливают на участках, где основную нагрузку на грунт необходимо передать через боковую поверхность. Это необходимо там, где на участке строительства грунт лишен прочного несущего слоя.
2. Стойки. Они передают нагрузки, располагаясь в наиболее глубоких слоях грунта, через специально оборудованную пяту.

Данные конструкции используют при возведении зданий на участках, где необходимо гарантировать полное отсутствие осыпание грунта со стенок скважины. Особого внимания заслужили подобные конструкции при проведении работ по расширению мостов и эстакад, укреплению фундамента уже построенных зданий, при аварийной осадке зданий.

Принцип технологии

Для буроинъекционных опор в земле делаются скважины диаметром до 40 см. При достижении необходимой глубины они наполняются водоцементным или цементно-песчаным составом, подающимися внутрь под большим давлением с помощью полого шнека. За счет подачи раствора под давлением его можно заливать и в горизонтально, и в вертикально сделанные скважины. Затем в еще не застывший бетон устанавливается армированное каркасное основание.

Требования к армированию и бетонированию

С учетом действующего СНиП существуют определенные требования к бетонированию и использованию армирования в буроинъекционных сваях. Технология установки:

1. Сечение устанавливаемого каркаса должно быть всегда меньше на 14 см, в отличие от диаметра пробуренной полости. Это позволяет избежать заклинивания каркаса в скважине.
2. Для армирования применяются пространственные каркасы, у которых продольные пояса находятся на одинаковом расстоянии по отношению друг к другу. Минимальное число продольных прутьев — 6 штук, класс арматуры — А3 (сечение — не менее 18 мм).
3. К армирующим каркасам предъявлены высокие требования относительно жесткости. Крепление элементов производится с помощью сварки, арматура должна быть дополнительно усилена стальными кольцами, находящимися с внешней части каркаса с дистанцией 2 м. Устанавливаются кольца с шириной 5−10 см, толщиной — 8−10 мм.
4. Наибольшая длина арматуры — 11,7 м. Если требуется установка каркаса в скважину большего размера, то отдельные части свариваются друг с другом на стройплощадке.
5. Для устройства буроинъекционных свай используется бетон М300 с классом сжатия не менее В22,5.

Также требуется заливка защитного бетонного слоя вокруг каркаса слоем не менее 7 см. Равномерное расположение арматуры в скважине достигается благодаря креплению фиксаторов на металлических кольцах жесткости.

Условия монтажа

Также существуют требования и к непосредственно процессу монтажа БИС. С учетом СНиП должны быть соблюдены следующие условия:

1. Во время постоянных работ можно бурить близлежащие скважины с шагом, который не превышает 3 диаметра уже находящейся сваи. Если дистанция меньше допустимой, разрабатывать новую опору можно только по истечении суток после заливки бетоном предыдущей опоры.
2. Процесс заливки бетоном производится при постоянных поступательно-возвратных передвижениях шнека.
3. Обязательное сохранение постоянного давления подачи бетонного раствора при наполнении полости, при его снижении требуется уменьшить время извлечения шнековой колонны.
4. После окончания процесса заливки бетоном МБУ должна отъехать от скважины. Грунт, который был выработан во время установки опоры, убирается с помощью экскаватора.
5. После очистки территории в устье скважины устанавливается кондуктор и выполняется заливка бетоном надземной части опорного столба.
6. Армирование сваи производится тут же по окончании наполнения полости бетоном и очищения устья скважины.

Как устроены буроинъекционные сваи?

Вся конструкция состоит нескольких частей – это штанга, муфта, центратор, буровая колонка, шайбы и гайки.

Шайбы в зарубежных аналогах изготавливаются с применением стали марки 28Mn6. Отечественные аналоги производятся из стали марки 30Г.

Существенное значение уделяется правильно подобранной резьбе. В большинстве случаев, трапецеидальная или круглая резьба значительно увеличивает адгезию раствора, который подается в скважину.

Нарезка осуществляется с ориентировкой на метод холодного проката. При помощи муфт штанга соединяется в цельную буровую колонну.

Представленные соединительные элементы изготавливаются с применением мелкозернистой стали под маркой 28Mn6.

Внутри муфт также нарезается резьба. Когда производится бурение под сваи, то применяется так называемая система GSI, которая позволяет применять буровые колонки.

Каждая отдельно взятая колонка подходит под определенную разновидность грунта. При необходимости наконечники колонок дополнительно укрепляются твердыми сплавами.

Централизаторы изготавливаются с применением таких марок стали, как 42CrMo4 и 42ХМ. Это узловое соединение является одной из ключевых деталей всей конструкции, ввиду того, что от него зависит центрирование всей колонны при проведении работ.

Если сваи не будут точно отцентрированы, то поступающий в скважину раствор не будет способен к равномерному распределению.

Центратор всегда должен быть на несколько миллиметров выше, чем сама буровая коронка. Гайки, используемые для соединения различных элементов сваи, могут иметь прямую и сферическую форму.

Эти изделия изготавливаются с применением стали марок 42CrMo4, которые известны своей высокой степенью устойчивости к высоким температурам.

Эти детали при производстве проходят дополнительную термическую обработку. После этого показатель их твердости становится равен 26-28 HRC. Шайбы изготавливаются из стали СТ3с.

Виды и технологические нюансы

Все существующие на сегодняшний день буроинъекционные сваи подразделяются на два основных вида. Эти виды разнятся тем, что имеют разные части, передающие посильную нагрузку на грунт.

1. Сваи-стойки погружаются в глубоко лежащие слои подземных пород и осуществляют передачу нагрузки через пяту.
2. Сваи висячего типа конструируются на том участке, который не имеет крепкого несущего слоя. Они производят передачу нагрузки на грунт, используя для этого боковую поверхность.

Расчет буроинъекционных свай направлен на то, чтобы текущий процесс производства изделий проходил через нужное количество ключевых пунктов, имеющих важное значение. Эти расчетные пункты представлены в виде:

• тщательного заполнения скважины бетоном и его доливкой в процессе оседания смеси;
• плотности мелкозернистого бетона;
• степени прочности бетона.

Для осуществления контроля над двумя последними параметрами необходимо проводить отбор необходимых образцов с частотой равной одному разу в сутки.

В большинстве случаев расчет производится с применением ряда специальных формул, которые публикуются в специализированных строительных справочниках.

В тех видах грунтов, которые имеют высокую степень склонности к оплыванию, применяется обсадка скважин при помощи металлических труб.

Усиление фундамента буроинъекционными сваями

Иногда можно использовать промывку с участием разбавленных бетонных смесей. Они подвергаются застыванию после того, как шнек затирается в стенки.

Таким образом, формируется достаточно надежная обойма, которая берет на себя функцию обсадки.

Монтаж тех свай, которые снабжены винтовой навивкой не требует проведения предварительных бурильных работ.

Плюсы и минусы

Сравнение достоинств и недостатков устройства фундамента на буронабивных сваях.

Преимущества:

• возможность строительства фундамента в непосредственной близости к сооружениям и коммуникациям;
• исключение обсыпания стенок котлована под сваю;
• снижение расхода воды;
• высокая несущая способность и надежность;
• скорость монтажа и возможность работать в любое время года;
• возможность залить сваи своими руками.

Недостатки:

• высокий расход бетона;
• технологическая сложность процесса установки буронабивных свай;
• несущая способность сваи зависит от качества бетона и соблюдения технологии монтажа;
• сложность контроля плотности раствора по стволу сваи и невозможность повлиять на скорость его затвердения. Это может привести к тому, что часть ствола может быть размыта грунтовыми водами. Как правило, этот недостаток нивелируется использованием обсадной трубы, что увеличивает стоимость фундамента из буронабивных свай.

Преимущества буронабивных свай

При выборе буронабивных свай руководствуются такими их преимуществами:

• Минимальное влияние через грунт на фундаменты окружающих построек.
• Отсутствие сокрушительных явлений на коммуникации, расположенные под землёй.
• Сваи закладываются на глубине промерзания грунта это поможет предотвратить их пучение, грозящее трещинами на фасаде.
• Не требуется вывозить грунт со строительной площадки.
• Небольшой уровень вибрации и шума, позволяющий вести работы рядом с жилыми домами.
• Длительный срок службы.
• Высокая скорость изготовления.
• Снижение стоимости и сокращение сроков строительства.
• Технология не причиняет вред располагающемуся рядом рельефу и применима на неравномерных почвах и плохих грунтах.

Буронабивной фундамент не оказывает воздействия на соседние объектыИсточник burstroy48.ru

Классификация

Сваи буроинъекционного типа разделяются на две категории в зависимости от того, какая часть сваи передает основную нагрузку на грунт:

• Сваи-стойки – упираются в глубоко залегающие слои твердых пород, передают нагрузку через пяту;
• Висячие сваи – устанавливаются на участке без прочного несущего слоя, передают нагрузку на грунт через боковую поверхность.

В связи с преобладанием слабых и сжимаемых грунтов большинство свай буроинъекционного типа являются висячими

При установке висячих свай особое внимание уделяется качественному сцеплению между поверхностью сваи и стенками скважины

Усиленный буровой шнек

Для решения вышеуказанной проблемы в ООО ТЕХНОПРОК-61 разработаны, защищены двумя патентами РФ и успешно выпускаются с 2009 г. буровые шнеки диаметром 63*мм (усиленные), которые практически при одинаковой производительности с традиционным шнеком данного диаметра, имеют замковые соединения повышенной прочности и рациональные конструктивные параметры, делающие эти шнеки особо выгодными при сооружении буроинъекционных скважин в грунтах до VI категории по буримости. Буровые шнеки изготавливаются длиной 1м и оснащаются усовершенствованным резьбовым замковым соединением по ГОСТ 24328-80, соответственно с резьбами СП19 и СП22. Усиленные буровые шнеки при необходимости могут комплектоваться переходником любого типа и применяться на малогабаритных буровых установках типа БУМ, УКБ 12/25, КМ-10, МГБ -50П, СКБ и др.

Спецтехника для установки свай

Для организации буроинъекционных опор используют мобильные буровые установки (МБУ). При сооружении фундаментов чаще всего используют колесные МБУ.

Буровое оборудование МБУ находится на основной платформе, которая крепится к транспортному шасси на шарнирных соединений. С учетом вида платформы спецтехника бывает поворотной и фиксированной. Для бурения каждой следующей скважины МБУ с фиксированным механизмом необходимо изменять положение, при этом наличие поворотной техники позволяет машине бурить одновременно несколько скважин с учетом их расположения.

Основная рабочая часть МБУ — буровая колонна, состоящая из вертлюга, бура шнекового типа, подъемных цилиндров, вращателя и металлической мачты, по которой передвигается шнек.

Острие бура комплектуется заглушкой, предотвращающей заполнение скважины землей во время разработки полости. При окончании бурения, когда производится заливка бетоном, подаваемый по скважине раствор выдавливает из своего штатного места заглушку.

Нагнетание состава в шнек происходит за счет бетононасоса. МБУ подсоединяется к буровой колонне с помощью вертлюга, куда подключаются подающие шланги. Допустимое давление подачи бетонного раствора — 10 мПа.

Какими способами можно пробурить скважины на участке?

Каждый застройщик, который будет самостоятельно создавать несущие конструкции для жилых или хозяйственных построек, должен пользоваться руководством по проектированию и обустройству фундаментов из буронабивных свай. Процесс проведения таких работ требует строгого соблюдения технологий и утвержденных нормативов. После проведения геологических изысканий и определения типа грунта на участке, застройщик должен приступить к бурению скважин. Для этого можно задействовать несколько методов:

1. Бурение вручную. Для задействования этой методики застройщику необходимо приобрести или взять в аренду бур. В процессе создания скважины ему придется прикладывать большие физические усилия. Если на участке присутствует каменистая почва, то будет очень проблематично вручную пробурить на необходимую глубину. После того как застройщику удастся создать необходимое количество отверстий, он может начать заливать одну за другой буронабивную сваю своими руками.
2. Создание скважин посредством бензинового бура. Этот метод позволит существенно ускорить рабочий процесс. Застройщику не нужно будет прикладывать больших физических усилий и при этом удастся точно спланировать количество отверстий, которые можно создать за день. Перед началом работы ему следует ознакомиться с тематическим видео, которое позволит минимизировать ошибки, научит, как сделать отверстия в разных типах грунта, и оптимизировать рабочие процессы.
3. Бурение скважин при помощи специализированной техники. Чтобы воспользоваться этой методикой застройщику следует обеспечить беспрепятственный доступ технике к строительной площадке. Как правило, такие машины оснащаются длинными стрелами, благодаря чему им удается с одного места пробурить несколько скважин.

Особенности технологии монтажа различных видов опорных столбов

Принципы строительства свайного фундамента изложены в СНиП 2.02.03-85 и СП 24.13330.2011. Каждая технология отличается способом устройства, а также видами силовых элементов.

Работы по закладке фундамента для всех типов свай начинаются с уборки площадки от строительного и другого мусора, выгрузки материалов, подготовки технического оснащения, а также разметки поля в соответствии с планом.

Буронабивные

Сваи изготавливают на строительном участке. Алгоритм технологических операций:

1. В обозначенных местах обустраивают шурфы на проектную глубину.
2. Дно скважины засыпают слоем песка и трамбуют материал, чтобы получить высоту не менее 20 см.
3. По технологии без применения обсадных труб стенки скважины укрепляют для защиты от разрушения глинистым раствором. В большинстве случаев используют инвентарные трубы, которые в частном домостроении можно заменить листовым рубероидом.
4. Заготавливают арматурный каркас и помещают его внутрь скважины.
5. Заливают конструкцию раствором, оставляя выступы продольной арматуры над поверхностью.
6. После затвердевания выравниванию опоры на одном уровне.

Винтовые

Установку винтовых изделий можно проводить вручную или использовать редукторные установки для монтажа. Технологические процессы закладки фундамента на размеченном поле:

• вкручивание стержней на глубину, когда лопасти будут погружены в несущий пласт;
• выравнивание выступающих частей свай на одном уровне по горизонтали;
• бетонирование полости труб для предотвращения окисления металла внутри опорных элементов;
• наваривание оголовков;
• зачистка сварных швов и покрытие гидрофобным составом.

Монтаж железобетонных винтовых свай проводится с применением спецтехники, поскольку конструктивные элементы имеют значительный вес и вручную практически невозможно обеспечить соосность столба.

Установка железобетонных опор буровым способом

Потребность в предварительном бурении скважин под забивные сваи возникает в таких случаях:

1. Мощности молотов для забивания недостаточно, чтобы самостоятельно преодолеть сопротивление грунта.
2. Строительство ведется на высокоплотных, вечномерзлых или, наоборот, сильно переувлажненных почвах.
3. Сваи необходимо ввести в грунт под определенным углом.

Последовательность технологических этапов закладки свай:

• лидерное бурение шурфов;
• уборка выработанной земли;
• погружение железобетонных столбов;
• выравнивание выступающих над поверхностью конструкций на одном уровне.

Забивные

Для монтажа забивных опор используют специальную технику с закрепленным дизель-молотом. Алгоритм земляных работ:

1. На забивных столбах делают отметки с шагом в 1 м.
2. С помощью стропов поднимают изделие в вертикальное положение и фиксируют над проектной точкой.
3. Удары дизель-молота производятся с постепенным наращиванием силы. Высота рабочего хода – не более 0,5 м.
4. Чтобы удостовериться в достижении несущего пласта, после погружения сваи на проектную глубину делают 10 последних ударов. Если при этом свая остается на месте, то монтаж силового элемента считают завершенным.

Усиление СФ

Необходимость в усилении конструкции может быть вызвана ошибками при проектировании и строительстве, изменениями гидрогеологических условий, появлением дополнительных нагрузок на фундамент.

Этапы реконструкции:

• проектирование и расчет нового фундамента;
• доставка материалов на площадку;
• подъем дома на домкратах;
• демонтаж старой силовой конструкции;
• разметка свайного поля;
• монтаж новых опор;
• обвязка свай;
• возвращение дома на исходное положение.

Сфера применения

Монтаж буронабивных свай целесообразен в следующих случаях:

• наличие сложных геологических условий в месте строительства;
• значительные горизонтальные и вертикальные нагрузки, вызывающие уплотнение и подвижки грунта;
• большой вес здания;
• повторная застройка (строительство нового дома на месте снесенного старого);
• строительство в условиях плотной застройки;
• строительство возле зданий, представляющих собой историческую и культурную ценность (обычно достаточно старые, и могут деформироваться при проведении свайных работ);
• присутствие слабого грунта или высокого уровня грунтовых вод;
• строительство возле водоемов (сильно обводненный или заболоченный грунт);
• сложный рельеф участка (перепады высот, разный тип грунта и т.п.).

Использовать буронабивные сваи для возведения небольших строений можно, но это экономически невыгодно.

Некоторые особенности устройства инъекционных опор

Сваи данного типа выполняются в основном с применением армирующих конструкций, при этом используют различные технологии установки:

Подача инъекционного раствора может осуществляться через полый буровой шнек или по специальной трубе, которая может извлекаться или оставаться в толще бетона. От выбора определенной технологии будет зависеть окончательная цена буроинъекционных свай, при извлечении технологических труб конструкция будет стоить дешевле.

• Подача осуществляется при помощи бетононасосов, при этом давление раствора может достигать 20-30 атмосфер.
• Инъекцию бетона необходимо выполнять до тех пор, пока бетонная смесь не станет выходить из устья скважины.
• При этом стоит помнить о том, что по технологии объем закачанного бетона должен составлять 1,25-2,5 объема самой скважины. Если скважина приняла более этого количества, что бывает при плохом состоянии ее стенок при отсутствии обсадки, необходимо дать смеси застыть, и после этого произвести окончательную опрессовку.
• Для инъекций применяются растворы марки П4 (по удобоукладываемости). Предъявляются требования и к прочностным характеристикам бетона. Его состав должен обеспечить через семь дней после заливки прочность не менее 15 Мпа, а через четыре недели не меньше чем 30 Мпа.