Устройство буронабивных свай

Atlas Copco

Компания Atlas Copco справедливо считается одним из мировых лидеров во многих областях машиностроения, в т. ч. производстве бурового оборудования для горно-добывающей промышленности. Но только горным делом его применение не ограничивается. В большинстве европейских стран оно уже давно успешно применяется для инженерного бурения, в. т. ч. буровых работ в строительном комплексе. Круг задач, решаемых с помощью «строительного» бурового оборудования Atlas Copco, очень широк.

Это и взрывные скважины, необходимые не только при проходке тоннелей, но и строительстве дорог и различных сооружений транспортного, энергетического и промышленного комплекса; бурение под анкерное крепление (например, для укрепления откосов при строительстве мостов), бурение при устройстве буронабивных свай. Последнее особенно актуально для тех крупных российских городов, чьи исторические центры активно реконструируются, где ведется новое строительство, в том числе и т. н. «уплотнительная» застройка.

Здесь не обойтись без щадящих технологий, не допускающих даже намека на возможность повреждения находящихся в непосредственной близости от места работ конструкций. (Буронабивные сваи – это также единственный выход при строительстве на скальных грунтах). Кроме того, многие здания, построенные 100 и более лет назад, испытывающие прессинг резко возросших потоков транспорта и увеличившегося объема подземного строительства, нуждаются в работах по укреплению фундаментов. Производимые Atlas Copco небольшие буровые станки наилучшим образом подходят для этого

Они способны работать в самых стесненных условиях, некоторые модели способны даже проходить сквозь дверные проемы (это очень важно, поскольку зачастую скважины для укрепления фундаментов приходится бурить не только снаружи, но и изнутри зданий). Их немаловажное достоинство – низкие шум и вибрация

Универсальные буровые установки Mustang используются в гидрогеологии, инженерной геологии, при устройстве фундаментов, для укрепления грунтов. С их помощью можно (при необходимости меняя буровое оборудование) реализовывать несколько видов бурения: шнековое, колонковое, погружным пневмоударником, вращательное (роторное шарошечными долотами), бурение OD, ODEX и DEPS. Сегодня производятся 4 модели: Mustang 4 (особенно хорошо подходит для бурения в ограниченном рабочем пространстве, имеет 4 модификации), Mustang 5 (буровая установка среднего размера; может быть легко оборудована специально спроектированными комплектами для струйной цементации колонн различной высоты; имеет 5 модификаций). Mustang 9 (установка повышенной мощности; для особо тяжелых условий эксплуатации; имеет 4 модификации), Mustang 13 (новейшая модель в семействе Mustang, разработанная для наиболее тяжелых условий эксплуатации; предусмотрено 3 модификации). Основное отличие «Мустангов» от конкурентов – повышенные момент вращения и подача.

Как строительные могут позиционироваться модели легкой серии с гидроперфоратором: ROC D3, ROC D5, ROC D7, ROC D9, ROC F7 и их модификации и исполнения (такие, как, например, с кабиной и без, с системой RRC, бесшумные, модификации с дистанционным управлением и т. д.) Всего производится 5 моделей и 10 исполнений. Полностью автоматизированные (автоматическая замена штанг обеспечивает очень высокую скорость бурения) они изначально изготавливаются под конкретное буровое оборудование – пневмоударник, гидроперфоратор и др.

В ассортименте компании есть также оборудование для нагнетания цементного раствора, используемое для стабилизации, уплотнения или укрепления грунта и скальных пород.

Преимущества бурового оборудования Atlas Copco – это не только надежность, экономичность и высокая производительность, но и высокая планка сервисного обслуживания, поддерживать которую помогает развитая сеть филиалов (основные – в Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Хабаровске, Мирном и плюс представительства во всех без исключения регионах), наличие складов в регионах (буровой инструмент, запасные части, расходные материалы), высокая квалификация специалистов.

Интерес представителей российского строительного комплекса к буровой технике Atlas Copco совпал с заинтересованностью компании в новых заказчиках. А значит, уже в самое ближайшее время эти машины можно будет увидеть на строительных площадках.

Альтернатива буронабивным сваям – лидерное бурение под сваи

Прекрасной альтернативой изготовлению буронабивных свай является лидерное бурения скважин под сваи. Цена бурения одного погонного метра скважины – от 200 рублей, и зависит от состояния грунта.

Наша техника позволяет, не меняя позиции тут же осуществлять погружение свай в пробуренные скважины. В чем преимущество такого метода?

Такое погружения не создает высокого уровня вибрационного воздействия на соседние строения.

Позволяет строить надежные свайные фундаменты даже в городской черте в условиях плотной застройки.

Обеспечивает точную расчетную забивку свай в сложных грунтах (вечномерзлые грунты, участки с высоким уровнем грунтовых вод, грунты с плывунами и линзами и т. п.).

Кроме того, мы производим лидерное бурение под винтовые сваи и их установку. Обращайтесь, наши специалисты знают и любят свое дело!

Устройство буровой установки

На фото — схема буровой установки

Буровая установка для устройства буронабивных свай универсального действия представляет собой машину, имеющую буровое и энергетическое оборудование, предназначенное для ремонта старых и освоения новых скважин. Главным рабочим элементом является телескопическая мобильная мачта, которая смонтирована на шасси и способна наклоняться во все стороны. Ее используют для того, чтобы осуществлять контроль над навесным оборудованием. Для того, чтобы привести установку в транспортное и рабочее положение, используются гидроцилиндры. Силовой агрегат машины используется для привода рабочих органов.

Порядок устройства сваи с использованием раскатчика

Установка буронабивных свай с раскатчиком – технология нетипичная. На буровой аппарат на низ устанавливается раскатчик.

Оставшийся в скважине раскатчик станет пятой сваи

Работы проводятся следующими этапами:

1. Опускается на необходимую глубину раскатчик.
2. Обустраивается скважина методом вдавливания почвы в стенки шахты.
3. После того, как скважина готова, бур вынимается на поверхность, а раскатчик остается на дне скважины.
4. Опускаются трубы опалубки.
5. Устанавливается и фиксируется армация.
6. Заливается бетонный раствор.
7. Раскатчик, находясь внизу опоры, внутри скважины, служит для сваи пятой.

Пример расчета буронабивного свайного фундамента

До начала работ следует определить требуемое количество опорных элементов и их диаметр.

При выполнении расчетов следует учитывать тип и характеристики грунта на участке, уровень залегания грунтовых вод и глубину промерзания. Для частного дома эти показатели можно определить самостоятельно, пробурив скважину.

Минимальный диаметр буронабивных свай при длине элемента менее 3 м должен составлять 30 см.

Исходные данные для расчета:

• дом из кирпича, толщиной наружных стен 640 мм;
• внутренняя несущая стена толщиной 380 мм, длиной 8 метров;
• размер дома 7×8 метров;
• высота этажа 3 метра.

Расчет нагрузок на фундаменты выполняем с учетом удельного веса используемых при строительстве материалов и конструкций.

Таблица 2. Удельный вес основных материалов.

Материал	Масса кг/м3
Кирпич	1800
Железобетон	2400
Пиломатериал сосна	500
Металлическая черепица (кг/м2)	70

Сбор нагрузок

1. Стены:

Масса стен = 7м (длина) × 2 + 8 м(ширина) × 2 × 3(высота) × 0,64 (толщина стены) + 8 × 3 ×  0,38 (внутренняя стена)  × 1800 кг/м3 (плотность кирпича) × 1,2 (К – поправочный коэффициент) = 116 294,4 кг.

1. Монолитные перекрытия:

Масса перекрытий = 7 м (длина) × 8 м (ширина) × 0,12 (толщина) × 2400 (удельный вес монолитного железобетона) ×1,3 (К) = 20 966 кг.

1. Крыша двускатная деревянная:

Масса крыши = 7,5 м3 пиломатериала × 500 кг (удельный вес древесины) = 3 750 кг.

1. Кровля:

Масса кровли = 7 × 8 × 1,3 (наклон ската) ×70 кг (вес 1м2 металлочерепицы) = 5 096 кг.

1. Железобетонный ростверк:

Под кирпичные стены толщиной 64 см принимаем ростверк из монолитного армированного бетона сечением 60 см× 50 см. Длина ростверка равна длине несущих стен

Масса ростверка = 7×2+8×2 +8 × 0,6 × 0,5 × 2400 (удельный вес железобетона)×1,2(К) = 32 832 кг.

Вес дома с ростверком = 116 294 + 20 966 + 3750 + 5096 + 32 832 = 178 938 кг.

Расчет несущей способности сваи

Для устройства фундамента частного дома изготавливаем сваи диаметром 30 см, длиной 2 метра.

Площадь сечения сваи S = πR² =3.14 × 15² = 706 см2.

Для заливки свай используем бетон В12,5, прочностью 261,8 кгс/см2.

Несущая способность одной сваи =706 × 16,05 = 11 331 кг.

Необходимое количество свай = 178 938 / 11 331 = 16 штук.

Шаг свай = 38/16 = 2,37 м.

При расчете следует руководствоваться СП «Свайные фундаменты»

Для более точного расчета следует учитывать удельный вес всех строительных материалов и конструкций.

Изготовление свай

Пока не упоминалось еще одно несомненное достоинство буронабивных свай – универсальность технологии.

Она заключается в том, что ее можно одинаково успешно применять как на крупных промышленных объектах – с использованием серьезной буровой и прочей техники, так и при строительстве небольших частных домов, большую часть работ выполняя при этом вручную с минимальным привлечением машин и механизмов.

Один из примеров выполнения работ на небольшом объекте с привлечением ямобура показан на видео:

Расчет буронабивных свай и их несущая способность

При использовании технологии на серьезных крупных объектах все необходимые параметры закладываются при проектировании, обязательно выполняемом в таком случае. Несущая способность свай, изготавливаемых механизированным способом, достигает 200-400 тонн, порой доходя до показателя 600 тонн на одну сваю.

При частном строительстве обычная несущая способность сваи редко превосходит 10 тонн.

Диаметры свай

В соответствии с потребностями объекта меняется и диаметр используемых свай. Например, при частном домостроении применяются буронабивные сваи следующих диаметров и несущей способности:

Диаметр сваи, м	Несущая способность, т	Объем бетона, куб. м
0,40	7,536	0,2512
0,30	4,242	0,1414
0,25	2,946	0,0982
0,20	1,884	0,0628
0,15	1,062	0,0354

Каркасы и бетон для буронабивных свай. В случае применения технологии на крупных объектах используются сваи гораздо больших диаметров и значительно большей длины. Конкретные необходимые параметры берутся из проектно-сметной документации на объект.

При возведении частных домов для изготовления буронабивных свай рекомендуется использовать бетон класса В22,5 (ближайший аналог по марке – М300), в небольших зданиях и сооружениях допускается  В20 и В15 (соответственно, М250 и М200). От качества материала во многом зависит качество получаемой буронабивной сваи.

Обязательным составным элементом любой буронабивной сваи является находящийся в ней сварной пространственный арматурный каркас. По требованиям СНиП он должен представлять собой продольную арматуру, равномерно распределенную по всей окружности сваи. Минимальное количество арматурных стержней – 6, каждый диаметром 18 или более мм. Используется сталь класса АIII.

Данные требования являются обязательными при строительстве крупных объектов. При возведении фундамента для частного дома или бани требования менее строгие. В большинстве случаев используются 4-6 стержней арматуры диаметром 10-12 мм, перевязанных между собой или готовые треугольные металлические каркасы.

Технология бурения с защитой стенок скважин

Применяется также технология бурения с защитой стенок скважин от обрушения путем заполнения ее специальным глинистым раствором устье скважины укрепляют короткой обсадной трубой;

Технология сооружения буронабивных свай с бурением скважин под

• а)- 1 стадия — крепление устья скважины обсадной трубой;
• б — 2 стадия — извлечение грунта под защитой глинистого раствора;
• в — 3 стадия — установка в скважину арматурного каркаса;
• г — 4 стадия — бетонирование скважины методом ВПТ.

1. буровой станок;
2. короткая обсадная труба;
3. глинистый раствор;
4. рабочий орган бурового станка;
5. арматурный каркас;
6. бетонолитная труба с воронкой;
7. заслонка;
8. забетонированный столб

• устье скважины укрепляют короткой обсадной трубой;
• производится извлечение грунта из скважины под защитой бентонитового глинистого раствора;
• в скважину устанавливают арматурный каркас;
• скважину бетонируют методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ).

Бурение скважин свай под защитой инвентарных обсадных труб наиболее часто применяют для фундаментов мостов.

Для крепления стен скважин используют инвентарные стальные обсадные трубы диаметром 1,2; 1,5; 1,7; 2,0 м. Они состоят из стыкуемых резьбовыми конусными пробками промежуточных секций длиной 2, 4 и 6 м и ножевой секции с режущей коронкой с зубьями.

При применении этой технологии сначала проводят подготовительные работы:

1. срезку бульдозером с погрузкой в автосамосвалы с помощью погрузчиков и складирование в отведенное место растительного слоя грунта, планировку рабочей площадки и устройствоподъездов;
2. разбивку и закрепление осей опоры и каждой сваи на базе геодезической разбивочной основы;
3. доставку и сборку бурового, кранового и бетонолитного оборудования;
4. подготовку площадки из железобетонных плит под буровую машину и другое оборудование, установку инвентарной опорной плиты бурового стола.

После выполнения всех подготовительных работ бурение скважин производят в следующем порядке:

№	Порядок работ
1	после установки буровой машины в рабочее положение с помощью стрелового крана устанавливают нижнюю часть обсадной трубы с ножевой секцией, последующие секции объединяют между собой конусными резьбовыми пробками (общая длина обсадной трубы назначается из условия возвышения ее над уровнем рабочей площадки на 1,5 м для возможности размещения обжимного хомута);
2	обсадные трубы погружают домкратами в грунт вращательно-вдавливающими движениями на проектную глубину;
3	удаляют грунт из полости обсадной трубы различными способами: в песчаных, глинистых грунтах пластичной, полутвердой и твердой консистенции применяют ударный грейферный или шнековый способ бурения, в водонасыщенных песках, плывунах и илах грунт разрабатывают желонкой с обратным клапаном (в процессе бурения непрерывно совершаются возвратно-вращательные и поступательные движения обсадной трубы);
4	грунт, извлекаемый из скважины, складируют в специальные емкости и затем вывозят в заранее отведенные места, грунт из скважин фундаментов русловых опор загружают на плашкоуты из инвентарных понтонов КС
5	по мере необходимости обсадную трубу наращивают очередными секциями при помощи стрелового крана, все секции заранее очищают от грязи (на строительной площадке организуется участок для очистки и мойки обсадных труб)
6	бурение производят на всю глубину, для контроля после установки станка на место бурения на его мачте, примерно в 1 м от поверхности земли (рабочего мостика), наносят линию условного нуля, от которого ведется отсчет
7	при разработке неустойчивых грунтов в скважине поддержи-вают уровень воды на 1…1,5 м выше уровня воды в реке дляпредупреждения наплыва воды и грунта в скважину
8	после достижения проектной отметки перед установкой арма-турного каркаса забой тщательно зачищают от бурового шлама
9	в ходе буровых работ постоянно следят за характеристиками проходимых грунтов, для контроля соответствия проектной геологии и выявления необходимости замены рабочего органа данные бурения заносятся в журнал бурения скважин; перед каждой установкой новой секции обсадной трубы, а также при изменении характеристик грунта лотом замеряют глубину скважины и определяют отметку дна;
10	в процессе бурения осуществляют постоянный контроль положения ножа обсадных труб относительно уровня разрабатываемого грунта

Наращивание обсадной трубы автокраном

По окончании бурения контролируют глубину скважины и качество зачистки забоя скважины путем медленного опускания рабочего органа и пробного забора бурового шлама со дна скважины.

Технологические особенности

Обычно диаметр буронабивных свай — не выходит за пределы 880-1200 мм. В длину они могут достигать 35 м. Чтобы сваи обрели форму — применяют литую бетонную смесь.

Чтобы изготовить разные конструкции свай, используют четыре способа:

• Технология с непрерывным шнеком. Внутри него полость для подачи бетона в самую нижнюю точку скважины.
• С обсадной трубой. Её погружают и извлекают с помощью вибропогружателя. Таким образом защищаются стенки.
• С бентонитовым раствором, который не позволяет стенкам осыпаться.
• Технология с обсадной трубой, которую погружают используя метод вращения.

Технология с непрерывным шнеком

Эту технологию применяют в прочных грунтах, чаще всего в глинистых.

У шнека есть труба, к которой приварена специальная спираль, способная удалять грунт. Так по грунту бурится скважина. Шнек вращается, бурильная часть дробит грунт, и он по спирали подаётся на поверхность.

На конце внутренняя полость закрыта заглушкой с функцией обратного клапана: она не пропускает в полость разбуриваемый грунт.

Сначала выбирается нужная глубина, заглушка открывается, постепенно подаётся бетон и заполняет скважину. Когда она наполнится, шнек вынимают (вращая или просто вытаскивают без вращения).

Чтобы бетон застыл, скважину на некоторое время оставляют с раствором.

Для устройства железобетонных свай, в скважину вибратором опускают каркас из арматуры.

Технология с обсадной трубой

Этот способ используют, когда грунт оползневый или неустойчивый. Обсадная труба способна защитить скважину: она не позволяет стенкам обрушиться при бурении, «держит» слои грунта вокруг скважины, чтобы они не давили, и не даёт обрушиться арматурному каркасу при его введении.

Процесс технологии такой:

• Нужно погрузить трубу отдельными частями (вынимать нужно таким же способом).
• Метод погружения: вдавливание, вибрация или вращение. После нужно вытащить бур и остатки грунта, заполнить трубу бетоном или арматурным каркасом.

Арматуру ставят по центру скважины с получением защитного слоя в 60-70 мм. Следующий этап — заливка бетонного раствора и его уплотнение. Скважину заполняет бетон, и постепенно извлекается обсадная труба.

При обустройстве свай-стоек, для их опоры нужно расширить низ скважины. Грунт нужно удалить до 1,5-3 диаметров скважины. Если скважина камуфлетная — можно уплотнить взрывом.

Технология с обсадной трубой «фундекс»

Этот способ стал популярен несколько лет назад благодаря так называемому щадящему режиму. Работы проходят без ударных и вибрационных воздействий, поэтому нет риска повредить близлежащие сооружения. Грунт при этом сохраняет свои физико-механические свойства.

Диаметр изделий, которые выполняются по этой технологии — в пределах 450-600 мм. Эту технологию обычно используют в местностях, где неустойчивая сейсмическая ситуация.

Скважина бурится специальными коническими катками, которые установлены на общем валу. Бурят одновременно методом вращения и вдавливания, что не позволяет грунту попадать на поверхность.

• Наконечник-раскатка выполнен из чугуна. Его ввинчивают в грунт и оставляют внутри, он становится надёжной опорой сваи.
• Труба крепится к раскатке, проверяется — нет ли в трубе воды. Если нет — можно устанавливать каркас из арматуры.
• Затем подают праймер. Специальный раствор содержит равное количество воды, цемента и песка. Поэтому он не позволяет бетону расслаиваться.
• Затем труба заполняется пластичным бетоном и вытягивается, при этом возвратно вращаясь.

Технология устройства свай выбирается исходя из грунтов. Кроме этого общая финансовая составляющая фундамента из свай — тоже имеет значение.

Обычно обсадные трубы в скважине не оставляют.

По закону, их можно не вынимать только в крайних случаях. Допустим, если грунты оползневые на склонах или скорость движения подземных потоков более 200 метров в сутки. Для каждого исключительного случая нужно составлять техническое обоснование.

Область применения

Область применения буронабивных свай чрезвычайно широка. Буронабивной фундамент – это оптимальное решение, когда строительство ведется:

• на слабых грунтах – например, если почва болотистая или представляет собой слой торфа;
• на крутом склоне или на участке с чрезвычайно неровным рельефом;
• в городе – технология буронабивных свай не оказывает динамической нагрузки на объекты, расположенные поблизости, к тому же уровень шума при их установке значительно ниже, чем при традиционной забивке.

Буронабивными сваями часто пользуются, когда необходимо возвести тяжелые объекты, например, производственные предприятия.

Недостаток этой технологии – сравнительно высокая стоимость работ. Поэтому технологией буронабивных свай нецелесообразно пользоваться при строительстве легких каркасных и деревянных построек – это попросту невыгодно с экономической точки зрения. При возведении частных домов желательно использовать опоры диаметром до 200 мм, чтобы можно было обойтись без спецтехники.

Классификация свай

Буронабивные сваи различаются по форме, материалу, способу изготовления и технологии армирования.

• Сваи могут быть в форме цилиндра одного сечения или разного, в том числе с уширением нижнего конца.
• Материал — бетон, смесь бетона и арматурной стали, раствор цемента и песка.
• По способу армирования бывают с армированными каркасами по всей длине или её части.

Способ изготовления будет зависеть от того, какие геологические и гидрогеологические условия на строительной площадке. Также на выбор технологии повлияет и тип рабочего оборудования.

Можно выделить основные способы изготовления свай:

• Обустройство специальных креплений стен скважин.
• Обустройство стен таким образом, который защищает их обрушения: чаще всего для этого применяют глиняный раствор или воду под большим давлением.
• Крепление стен скважины с помощью обсадных труб: неизвлекаемых или инвентарных.

В Своде правил под названием — СП 50-102-2003 есть полная классификация всех видов буронабивных свай. Там описано, как проектируются различные виды фундаментов, в основе которых установлены сваи.

Решение о применении того или иного вида свай в качестве фундамента или ограждающей стенки принимают, основываясь на результатах проведённых инженерно-геологических работ. Изыскания помогут определить свойства грунта и наличие грунтовых вод.

Технология монтажа буронабивных свай

В зависимости от геологических условий буронабивные опоры могут монтироваться с применением различных способов, технологии которых незначительно различаются. Нюансы технологий при использовании разных способов обустройства буронабивных свай рассмотрены выше.

Но для всех способов суть технологии монтажа таких свай заключается в бурении скважины с последующей ее заливкой бетоном.

Скважина пробуривается с использованием различных механизмов, которые применяются при соответствующем способе монтажа свай. В зависимости от плотности грунта в скважину вставляется опалубка (обсадные трубы) или обходятся без нее. Внутрь скважины опускается арматурный каркас, изготовленный из арматуры диаметром 10 мм (вертикальное армирование) и 6 мм (горизонтальное армирование). После этого осуществляется заливка всей конструкции бетоном с дополнительным его уплотнением при помощи виброустановки.

Технология монтажа буронабивных свай достаточно проста и поэтому с успехом применяется не только в промышленном, но и в индивидуальном строительстве.