Железобетонная буровая свая

Виды буровых свайных оснований

Самыми распространенными видами буровых опор являются буронабивные, буросекущие и винтовые сваи. Кроме этого к буровым фундаментам можно отнести забойные конструкции – скважины, заполненные щебеночной засыпкой с послойным уплотнением; опоры с расширительной пятой, возводимые с помощью взрывных работ и полые опоры, смонтированные с помощью вибросердечника.

Буронабивные сваи

Виды бетонных буронабивных свай (в том числе – железобетонные) получили широкое распространение благодаря возможности выполнять работы по усилению старых и разрушенных фундаментов в городских условиях при плотной застройке. При выполнении усиления фундаментов старых зданий вблизи существующих автомобильных дорог, подземных коммуникаций метрополитенов, существующих высотных зданий, не происходит разрушение существующих конструкций, при этом не требуется запрещать эксплуатацию объектов на время производства реставрационных работ.

Скважины для устройства буронабивных свай выполняют с помощью буровых агрегатов, при достижении проектной отметки, бур вынимается и освобождается от грунта. В скважину опускается предварительно изготовленный каркас из арматуры, который заполняется бетонной смесью через воронку. Смесь подается в полость конструкции непосредственно из бетоносмесительной установки или премного бункера для бетонной смеси.

При устройстве буронабивных свай в основном применяются следующие технологии:

• С использованием обсадной трубы.
• С использованием глинистого раствора.
• С использованием проходного шнека.
• С применением двойного вращателя (Double Rotary).
• С использованием уплотнения грунта.

Буронабивные сваи обладают не только достоинствами, стоит отметить присущие конструкциям недостатки:

• Небольшая несущая способность.
• Высокая трудоемкость буровых работ.
• Сложность крепления скважин в легких и водонасыщенных грунтах.

 Буросекущие сваи

Буросекущие сваи по краям котлованов

Технология установки буросекущих свай в основном идентична установке буровых свай. Применяется процесс установки буросекущих свай для создания полноценных подпорных «стен в грунте». Буросекущие опоры ничем не отличаются от буронабивных свай, только их установка проводится в одну линию с шагом, равным нулю. Конструкции, возведенные по методу устройства буросекущих свай, применяются для строительства подземных сооружений: автомобильных парковок, подземных тоннелей и переходов, их разрешено монтировать на большой глубине (до 30 метров).

Винтовые сваи

Винтовые сваи — такой тип свай, которые при заглублении ввинчиваются в грунт с одновременным вдавливанием под усилием. Сваи состоят из металлической основы (ствола) с наваренными или литыми лопастями.

Винтовые сваи широко используются для любых типов зданий, что обусловлено коротким сроком, необходимым для завершения установки фундаментов.

Основание из винтовых свай обладает высокой несущей способностью, способно выдерживать большие нагрузки на сжатие и выдергивание, особенно в пучинистых грунтах.

Металлическая винтовая свая одновременно является опорной частью фундамента, буром и анкером, который препятствует выдавливанию конструкции.

Основное назначение винтовых свай – возведение фундаментов для легких жилых и хозяйственных построек разного назначения.

Чтобы предупредить преждевременный износ винтовых свай из металла, важно предварительно перед погружением в грунт выполнить антикоррозийную защитную обработку

Бурокасательные сваи

Ограждение котлована из бурокасательных свай.

Этот тип фундамента применяют в том случае, когда сваи воспринимают горизонтальные и вертикальные нагрузки от воздействия грунтовых пород и фундаментов близлежащих существующих зданий, обычно способ незаменим при работе в районе плотной застройки, а также используется для ограждения глубоких котлованов и при необходимости прорезки насыпей в грунтах с твердыми включениями.

Преимуществами этого метода являются:

• Возможность проводить работы в стесненных условиях в районах с существующей плотной застройкой.
• Технология не нуждается в организации дополнительного водоотведения и водоотлива.
• Применение технологии установки бурокасательных свай намного сокращает продолжительность работ.

Устройство буронабивных свай

Полученные опоры связывают между собой бетонным ростверком

Выбор свайного фундамента для строительства здания значительно сократит расходы и ускорит процесс.

При устройстве такого фундамента из строительства полностью исключаются земельные работы.

Понятным ограничением использования сваи в качестве основания является наличие подвального этажа у здания. Свайный фундамент – это опоры, погруженные в грунт и связанные между собой бетонными перемычками.

Чтобы рассчитать количество, диаметр и глубину заложения сваи, следует обратиться к специалистам. Не имея достаточных знаний, сложно произвести вычисления.

Но прикинуть стоимость будущей основы можно, используя усредненные данные по нагрузкам. Цифры приведены из расчета высоты сваи – 2 м и расстоянием между опорами – 1 м.

Таблица объемов материалов в зависимости от несущей способности опор

Диаметр сваи, м	Несущая способность, тн	Площадь опоры, м2	Арматура класса А I ф6 мм, м	Арматура класса А III ф12мм, шт*м
0.15	1.1	0.18	0.75	3*6
0.20	1.9	0.31	1.00	4*8
0.25	2.9	0.49	1.26	4*8
0.30	4.2	0.71	1.51	6*12

• укрепив стенки шахты,
• зафиксировав нижний край скважины с помощью его расширения,
• увеличив глубину заложения опоры,
• расширив диаметр скважины.

Формирование стоимости

Бюджет строительства и цена буронабивных свай зависит от нескольких факторов, которые могут оказать достаточно сильное влияние на итоговую сумму. В частности, следует учесть:

сезон. Зимой услуги монтажников обойдутся дороже. Ранней весной и поздней осенью повышается количество грунтовых вод, может понадобиться использование обсадных труб и т.п.;

тип грунта. Чем прочнее грунт, тем дешевле обойдутся работы по устройству свай;

назначение и размер строения, вид используемого строительного материала. Определяют статическую нагрузку на фундамент;

технология изготовления буронабивных свай (определяется проектом);

параметры свай (глубина заложения, наличие пятки, диаметр, тип каркаса);

количество свай;

условия работы (например, работа в условиях плотной застройки обойдется дороже).

Ориентировочная стоимость монтажа буронабивной сваи диаметром 150 мм. приведена в таблице. При диаметре в 200 мм. смета возрастет на 35-40%.

Буронабивные сваи отличаются длительным сроком эксплуатации (более столетия) и при этом, отвечают всем требованиям по надежности, прочности, несущей способности и срокам строительства.

Конструкции буронабивных свай

При создании свайного фундамента подобного вида изготавливаются и применяются свайные конструкции из монолитного бетона

При создании свайного фундамента подобного вида изготавливаются и применяются  свайные конструкции из монолитного бетона, комбинированные, сборные (из железобетона). Последние часто делаются с уширением пяты – вариант показан для строительства в проблемных грунтах, где основной состав – глина и суглинки. Уширение пяты позволяет усилить несущую способность свайного элемента, но в скальных грунтах данный технологический прием не используется.

Определяя типы буронабивных свай, необходимо руководствоваться ГОСТ 19804.2-79;  ГОСТ 10060.0-95.  Самыми используемыми считаются буронабивные, буросекущие, бурокасательные сваи. Также к буровым фундаментам относятся конструкции забойного типа: скважины, заполняемые щебеночной отсыпкой с послойным уплотнением, опоры с уширенной пятой, для изготовления которых применяются взрывные работы и полые опоры, изготовленные посредством использования сердечника.

Буронабивные сваи

Это конструкции, в том числе железобетонные, получившие широкое распространение, благодаря простоте обустройства

Это конструкции, в том числе железобетонные, получившие широкое распространение, благодаря простоте обустройства, возможности применения для усиления существующего фундамента и строительства оснований на ограниченном пространстве. Достоинством является минимальная динамическая нагрузка на соседние строения, отсутствие разрушительных воздействий на трассы, подземные коммуникации. Кроме того, технология изготовления фундамента допускает работу объекта в обычном режиме при проведении реставрационных работ.

Скважины выполняются посредством буровых приборов, при достижении необходимого заглубления, бур вынимается и скважина армируется предварительно изготовленным каркасом, после чего заполняется смесью бетона. Изготовление буронабивных свай может производиться по следующим технологиям:

• С применением обсадной трубы;
• С использованием глиняной болтушки;
• Посредством использования проходного шнека;
• С использованием двойного вращателя;
• Посредством уплотнения грунта.

Достоинства буровых свай:

1. Возможность изготовление на месте застройки;
2. Длительный срок службы;
3. Относительная дешевизна проекта;
4. Высокая несущая способность фундамента;
5. Вариабельность толщины;
6. Минимальные требования к применению тяжелой техники (иногда можно и вовсе обойтись без нее);
7. Широкие возможности применения.

Однако есть и недостатки:

• По сравнению с ленточными и плитными фундаментами несущая способность низкая;
• Повышенные трудозатраты;
• Сложность изготовления свай на водонасыщеных грунтах.

Буросекущие сваи

Буросекущие элементы монтируются с шагом «в ноль», то есть представляют собой сплошную стену конструкционных тел

Это конструкции, технология монтажа которых повторяет буронабивные свайные элементы. Отличие в том, что буросекущие элементы монтируются с шагом «в ноль», то есть представляют собой сплошную стену конструкционных тел, которая служит для обустройства полноценной подпорки грунта. Применяются для строительства подземных парковок, тоннелей, переходов. Строительство по СНиП 2.02.01-83 данного типа разрешено на малой глубине – не более 30 метров.

Бурокасательные сваи

Фундамент данного типа применяется в случае вертикальной и горизонтальной нагрузки на элементы от ближайших строений

Фундамент данного типа применяется в случае вертикальной и горизонтальной нагрузки на элементы от ближайших строений, грунтовых вод. Как правило, этот способ используется при строительстве на ограниченном пространстве, а также для ограждения очень глубоких котлованов, для прорезки насыпей в грунтах, имеющих твердые крупнофракционные включения.

Преимуществами технологии являются такие показатели:

• Возможность проведения работ в условиях плотной застройки;
• Нет необходимости в обустройстве дополнительного водоотведения, водоотлива;
• Изготавливать бурокасательные сваи несложно как по трудовым затратам, так и оперативно по времени.

Расчет буронабивного фундамента с ростверком

При расчете необходимо руководствоваться данными о характеристиках грунтов и материалов, указанных в СНиП , 11-23-81, 11-25-80, и Всего проводится три расчетные операции:

Расчет буронабивных свай

В ходе расчета определяется длина свай (глубина залегания), их сечение, количество и схема расположения. Диаметр буронабивной сваи для строительства коттеджа составляет от 15 до 40 см. Наиболее часто этот параметр принимают равным 20 см. Чтобы не проводить сложные расчеты с использованием громоздких формул, предлагаем воспользоваться готовой таблицей, в которой указана несущая способность опор различного диаметра, а также приблизительный расход бетона и арматуры:

Зная несущую способность одной опоры можно по простой формуле рассчитать расстояние между элементами:

l = P/Q, где

l — расстояние между сваями;

P — несущая способность 1 сваи;

Q — нагрузка на 1  фундамента (масса дома делить на длину ростверка).

Пример расчета: Для дома весом 50 т, возводимого на глинистых грунтах на сваях диаметром 20 см потребуется 27 опор (50 000 кг/1884 кг = 26,53…).

Шаг буронабивных свай в ленточном ростверке проще вычислить, исходя из правила: расстояние между опорами должно быть не более трех их диаметров. Для свай диаметром 20 см шаг будет составлять 0,6 м. Для плотных грунтов этот показатель можно увеличить на 25%, значит, расстояние между сваями в нашем случае будет 0,8 м.

При желании более точно можно рассчитать шаг буронабивных свай по формуле: l = P/Q, где l — расстояние между сваями; P — несущая способность 1 сваи; Q — нагрузка на 1 пог.м фундамента (масса дома/ длина ростверка).

Схема расположения буронабивных свай составляется с учетом СНиП, опоры располагаются:

• по углам дома;
• вдоль несущих стен с выбранным шагом;
• под входной группой.

Дополнительно буронабивные сваи должны быть установлены под тяжелыми элементами, например камином, печью, котельной. Глубина залегания свай зависит от глубины, на которой будут обнаружены несущие грунты, если основание возводится на слабых почвах или от уровня промерзания грунта в регионе. Как правило, глубина бурения под опоры составляет 1,5-3 м.

Расчет монолитного ростверка

Расчет ростверка заключается в определении его ширины и высоты. Для вычисления ширины можно использовать формулу:

В = М/L*R

В — ширина ленты ростверка;

М — масса дома;

L — длина ростверка;

R — несущая способность верхнего слоя грунта.

Данная формула применима как для ростверка нулевой высоты, так и мелкозаглубленного. Висячий ростверк рассчитывается по принципиально другой технологии, которая является крайне сложной. Если вы планируете строительство дома с висячим ростверком, то расчет необходимо заказать в проектной организации.

Мнение эксперта

Сергей Федоров

Профессиональный строитель. Стаж 18 лет

Задать вопрос эксперту

В соответствии с вышеприведенной формулой ширина ростверка в большинстве случаев определяется в диапазоне 30-50 см. Для коттеджа достаточно среднего значения ширины — 40 см при стандартной высоте 20-50 см в зависимости от желаемого заглубления.

Расчет армирования

Буронабивные сваи должны быть усилены армированием. Диаметр арматуры зависит от массы сооружения. Оптимальный вариант для частного дома — ребристая арматура 12 мм. Зависимость размера армирования от диаметра свай можно увидеть в Таблице 1. Соединение арматуры осуществляется только специальной металлической проволокой, сварку для фундамента применять нельзя!

Каким способом сооружаются сваи буронабивные – специфика технологии

Бурение скважин для свай осуществляется различными методами:

• с помощью стандартного лопастного шнека, оснащенного усиленным наконечником;
• с использованием наращиваемой инвентарной трубы, состоящей из отдельных секций;
• комбинированным способом, предусматривающим шнековое бурение с последующей подачей бетона в полость.

Каждый способ формирования скважин имеет свои особенности. Рассмотрим их более детально.

Бурение свай с помощью технологического оборудования шнекового типа

Приведенный метод выполнения бурильных работ предусматривает применение специальной бурильной техники, оснащенной стандартным шнеком. Рабочий орган представляет собой продольный стержень с расположенными по винтовой линии лопастями и хвостовиком с усиленным наконечником.

Главные особенности функционирования оборудования, оснащенного стандартным лопастным шнеком:

• увеличенная до 120 см/мин скорость проходки скважины рабочим органом;
• циклическое погружение и подъем шнекового устройства с извлечением осевшей почвы;
• возможность прохода за один прием без подъема лопастного шнека скважины глубиной 8-10 м.

Конструктивные особенности рабочего органа и функциональные возможности оборудования позволяют с помощью шнекового бура сформировать полость в нижней части канала. Увеличенная площадь опорной площадки и конусообразная форма полости обеспечиваются с помощью расширительного устройства, погружаемого одновременно со шнеком. На заданной глубине шарнирный механизм изменяет угловое положение насадки, которая формирует в нижней части шурфа расширение заданной формы и размера. Это позволяет увеличить нагрузочную способность буронабивной сваи.

Определенный тип свай и технологию их погружения выбирают в зависимости от данных инженерно-геодезических и геологических изысканий

Бурение скважин для свай по стержневой технологии с бетонированием

Применяемое технологическое оборудование и рабочий инструмент позволяют:

• формировать за смену множество скважин, суммарная длина которых достигает 350-400 м;
• погружать рабочий орган в почву при выполнении бурильных операций на глубину 30-40 м;
• обеспечить диаметр канала, сформированного при погружении стержневого инструмента, в диапазоне 50-100 см и выше;
• постепенно наращивать длину секций лопастного шнека до достижения заданной глубины шурфа;
• нагнетать в скважину с помощью специальной насосной установки подготовленную бетонную смесь;
• поднимать рабочую мачту одновременно с подачей бетонной смеси в пробуренную полость.

В процессе нагнетания бетонного раствора уплотняются стенки скважины, что положительно влияет на прочностные характеристики канала. Арматурный каркас погружается в скважину методом вдавливания или с помощью вибропогружателя. Указанный метод бурения позволяет значительно сократить строительный цикл по сооружению свайного фундамента за счет совмещение операций по бурению и бетонированию.

Бурение под сваи буронабивные с защитой части скважины с помощью труб

Технология выполнения бурильных мероприятий предусматривает возможность использования инвентарных труб для защиты поверхности канала, сформированного в грунте.

Инвентарная труба – это специальная бурильная оснастка, которая состоит из следующих составляющих:

• отдельных трубчатых секций, которые легко соединяются с помощью замков. Длина каждого элемента не превышает 6 м;
• режущей головки с зубчатой поверхностью. Насадка изготовлена из твердосплавного материала и крепится в нижней части трубы.

Процесс бурения осуществляется по следующему алгоритму:

1. Выполняется скоростная проходка грунтового массива буром. При вращении и погружении в скважину рабочего органа грунт постепенно извлекается из сформированного канала.
2. Одновременно с бурением в почву вдавливается инвентарная труба. Металлическая оболочка защитной трубы затрудняет проникновение в скважину подземных вод и не допускает обрушения стенок шурфа.

После завершения операций по формированию углубления выполняются следующие операции:

1. Осуществляется извлечение на нулевую отметку шнекового бура.
2. Производится откачка воды, проникшей через грунт в шурф.
3. Постепенно опускается в скважину арматурная решетка.

Завершается процесс формирования буронабивной сваи закачкой предварительно подготовленной бетонной смеси в сформированную в земле полость. Для непрерывной подачи бетонного раствора используется специальное оборудование.

Сфера использования

Чаще всего буроинъекционные столбы применяются в случае, если невозможно установить забивные сваи. Но это не единственная область их использования. Строители также могут воспользоваться этой технологией если:

• необходима закладка фундамента на нестабильных грунтах;
• требуется укрепление основной конструкции, когда необходимо превысить расчетные нагрузки — утяжелить поверхность фасада облицовкой, соорудить мансарду, установить надстройку;
• необходимо сохранить естественный ландшафт от разрушений при строительстве;
• исправить крен здания из-за неравномерной усадки уже сооруженной коробки конструкции.

Основное отличие буроинъекционных свай от буронабивных опорных столбов заключается в способе подачи инъекционного бетонного раствора в забой.

С учетом качественного состава почвы и близости прохождения подземных вод, технология постоянно усовершенствуется.

Так, сегодня существуют следующие способы:

1. Буроинъекционные опорные столбы с обсадкой отверстия монтируются в зонах с ослабленным грунтом, где часто происходит его пучение в зимний сезон. Обсадка выполняется с помощью металлических гильз, устанавливающихся в скважины. После заливают бетонный раствор.
2. БИС без дополнительной обсадки используется на стабильной почве с небольшим количеством подземных вод. Максимальный диаметр этих опор — 18 см. Пробуренную скважину армируют и заполняют бетоном зразу после достижения требуемой глубины.
3. Опоры с навивкой характеризуются особой технологией устройства. Скважины для них делаются с помощью специального наконечника в виде винта. Вместе с бурением производят армирование.

Типы БНС

Буронабивные сваи по характеру работы в грунте подразделяют на

• сваи-стойки
• висячие сваи

Для сооружения буронабивных свай (БНС) применяют: бетон по ГОСТ 26633-91 с осадкой конуса для различных способов укладки:

• 10…16 см – для метода вертикально перемещаемой трубы (ВПТ);
• 14…24 см – при укладке под напором;
• 3…7 см – при сбрасывании через бункер с направляющей трубой;
• арматурная сталь классов А-I, А-II, А-III по ГОСТ 5781-82 в соответствии с рабочей документацией.

На проведение работ разрабатывают ППР. Технология привязывается к местным условиям и зависит от геологического строения, конструкции фундаментов опоры, имеющегося оборудования и прочих факторов. При сооружении буронабивных свай должны соблюдаться требования нормативов.
В настоящее время в России используют буровые машины японских и европейских фирм

• KATO
• BAUER
• JUNTTAN
• LIEBHERR,которые могут осуществлять ударное и вращательное бурение.

В России также начат выпуск буровых машин. В индексах буровых машин цифры обозначают максимальный диаметр обсадной трубы в мм. Для различных грунтовых условий применяют сменные рабочие органы буровых машин и дополнительное оборудование:

• ковшовый бур для бурения в сухих и обводненных нескальных породах и уборки разрыхленных скальных грунтов объемом 0,8…1 м³;
• шнековый бур для бурения в связных (глинистых) грунтах и рыхления полускальных;
• тяжелый ударный грейфер массой 3…8 т и объемом 0,5…0,8 м³ для бурения в песках и гравии;
• долото-ударное крестовое с зубьями или с прямыми резцами массой 3…8 т для скальных пород;
• адаптер-переходник для вкручивания, вдавливания в скважину (и извлечения) обсадных труб вращателем бурового органа при небольшой глубине и небольших сопротивлениях обсадки;
• буровой стол-механизм для погружения и подъема обсадных труб путем их качания (вращения) на угол 15…25° с одновременным вдавливанием или извлечением осевым усилием;
• инвентарные стальные плиты толщиной 40…50 мм, подкладываемые под буровой стол для возможности извлекать обсадную трубу с расчетным усилием на мягком грунте;
• вибропогружатели для погружения обсадных труб с приводом от базовой машины;
• уширители — устройства для увеличения площади опирания свай в пластичных глинистых грунтах и снижения эффекта разуплотнения грунта при бурении, например, буронабивные сваи Ø1,2 м могут иметь уширение Ø до 2,25 м при длине сваи до 40 м.
• При строительстве фундаментов мостов применяют технологию CFA (Continuous flight augers) устройства буронабивных свай с помощью бурошнековой установки с полым шнеком.

Наиболее известные и востребованные модели буровых установок

В современное время особую популярность приобрел бренд Sany – буровые установки универсального действия для устройства буронабивных свай нашли на рынке обширное применение. Данная международная корпорация ежегодно изготовляет около 1500 установок. Буровые машины роторного типа САНИ отлично зарекомендавали себ при строительстве трассы федерального значения «Амур», Москвы-Сити, олимпийских объектов Сочи 2014, а также при восстановительных работах Саяно-Шушенской ГЭС. В роли силового агрегата используются моторы Isuzu и Mitsubishi из Японии, а также CAT из США и Deutz из Германии.

Буровые установки САНИ представлены следующими агрегатами:

• буровые установки со шнековым буром (полным) и системой CFA, предназначенные для бурения скважин, диаметр которых 800 мм, а глубина составляет 24 м
• .Роторные машины серии SR, диаметр скважины не превышает 350 см, а глубина бурения составляет до 120 м.

Также востребованы буровые установки Trive 150 LS (Италия), Bauer MBG12 (Германия), Zoomlion ZR360C (Китай), KATO (Япония). Их используют при оборудовани городских зданий и объектов, ЖД-магистралей, морских портов, а также свайных оснований мостов.

Из установок отечественного производства наиболее широкое применение нашла бурильно-сваебольная машина БМ 811 (Урал 4320). Она отличается доступной стоимостью и надежностью. Данная бурильно-сваебойная машина предназначена для труднодоступной местности, имеет гусеничный ход, поэтому ее широко используют на крайнем севере при возведении нефтегазодобывающих объектов.

Сферы применения

Представленное оборудование используется в следующих случаях:

• для постройки высоких и громоздких промышленных и офисных зданий;
• при строительстве объектов на болотистой местности или иных ослабленных грунтах;
• для возведения домов на сложной рельефной местности;
• когда твёрдые породы, способные выдержать нагрузку здания, залегают довольно глубоко.

Буронабивные сваи, в отличие от забивных и винтовых, имеют более надёжную конструкцию и не подвергаются коррозии. Требования к фундаментам описаны в Своде правил СП 24.13330.2011, в соответствии с которым и должны выполняться работы.