Буроинъекционные сваи (БИС) и их устройство

01.12.2018 1,214 Просмотров

Область применения и разновидности технологии

Что такое буронабивные сваи (опоры) – ответ содержится в самом вопросе. Сначала в почве бурят отверстия, затем их заполняют бетоном и армирующими каркасами. Нижним основанием буронабивная свая опирается на несущие (твердые) пласты почвы (обязательно ниже уровня промерзания). После обустройства опор, они могут быть связаны между собой железобетонной лентой (ростверком). В результате всех работ получается ленточный фундамент с буронабивными сваями, для обустройства которых в настоящее время применяют следующие технологии:

  1. После бурения в скважину соответствующего диаметра под давлением подают специальный глинистый раствор, который образует на стенках плотную корку. Затем глинистую смесь удаляют из скважины, в нее опускают арматурный каркас и заполняют бетонным раствором.
  2. Осуществляют бурение скважины специальным приспособлением – полым шнеком, через который подают цементный раствор. Затем в залитую скважину под давлением опускают арматурный каркас.
Область применения и разновидности технологии
  1. Бурение скважин без выемки грунта при помощи специальных установок, позволяющих делать уплотнение грунта с помощью раскачки и трамбовки.
  2. После бурения скважины в нее устанавливают обсадную трубу, которую используют в качестве опалубки для железобетонной опоры.

Именно последний способ является наиболее приемлемым в случае самостоятельного обустройства фундамента по технологии использования буронабивных свай с ростверком, так как не требует применения специальной техники для производства работ.

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.

Устройство буронабивных свай с применением непрерывного полого шнека (CFA)

Прогресс в развитии технологий устройства буровых свай частично был продиктован разработками буронабивных свай, выполняемых по технологии непрерывного проходного шнека. Для устройства сваи в грунт на определенную глубину ввинчивается непрерывный проходной полый шнек с пробкой на конце (рис. 1). Эта пробка препятствует проникновению грунта внутрь полого  шнека в процессе бурения.

Рис. 1. Устройство буронабивной сваи с применением бурового шнека 1. Бурение непрерывным шнеком; 2. Подача бетона и извлечение шнека; 3. Установка арматурного каркаса; 4. Формирование оголовка сваи

По достижении проектной отметки скважины в нее  через полый шнек подается некоторое количество бетонной смеси или цементного раствора  для его скопления на лопастях шнека. Затем по мере извлечение шнека производится дальнейшее одновременное нагнетание в скважину бетонной смеси или цементного раствора (рис. 2).

Рис. 2. Процесс устройства буровых свай непрерывным полым шнеком при строительствештаб-квартиры Национального Олимпийского Комитета Республики Беларусь

Скорости извлечения шнека и нагнетания бетонной смеси или цементного раствора в скважину должны быть синхронизированы, поскольку их соотношение определяет среднюю площадь поперечного сечения сваи, которое должно увязываться с проектным диаметром сваи. Ошибочное определение соотношения скоростей может способствовать формированию сваи неверного диаметра. При быстром извлечении шнека существует риск нарушения целостности ствола сваи, а при слишком медленном происходит  избыточный расход бетонной смеси. Для исключения такого несоответствия используется самый современный бортовой компьютер, с помощью которого и обеспечивается дополнительный контроль целостности ствола и несущей способности свай. Благодаря использованию указанного современного оборудования в настоящее время имеется возможность устройства свай CFА диаметром от 0,45 до 1,0 м  при их длинах до 24 м.

Читайте также:  Все, что нужно знать об утеплении свайного фундамента

Некоторые особенности устройства инъекционных опор

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

  • Если позволяют геологические условия арматурный каркас лучше устанавливать в скважину после извлечения бурового инструмента. При этом отдельные сегменты этого каркаса должны соединяться сваркой или другими способами, гарантирующими прочность стыка и работоспособность всей конструкции.
  • В некоторых случаях, чаще всего для неглубоких свай, допускается установка армирующего каркаса в скважину после закачки инъекционной смеси. При этом сделать это необходимо до начала отвердевания раствора (не позже чем через 1 час после прекращения подачи смеси). Чтобы обеспечить это,  необходимо заблаговременно приготовить конструкцию каркаса.

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.

Плюсы и минусы применения буроинъекционных свай

Главным преимуществом буроинъекционных свай перед другими видами является полное отсутствие вибрации во время проведения монтажных работ.

Кроме того существенными плюсами можно считать:

  • минимальное время монтажа;
  • отсутствие надобности в крупных земельных работах;
  • возможность установки в очень стесненных условиях;
  • способность проведения монтажа без смещения слоев земли;
  • надежность, которая обеспечивается осуществлением компьютерного контроля над работой;
  • минимальное влияние на само здание и окружающие объекты;
  • возможность проведения работ в холодное время года.

Но у данного вида свай существуют и недостатки:

  • работы должны быть произведены четко и слажено, иначе бетон успеет застыть до того, как в него будет заложена арматура;
  • при монтаже в очень сухом или тугопластичном грунте для продления времени затвердевания бетона придется использовать специальные добавки;
  • нежелательно использование на участках, расположенных на склоне.

Технология расширения нижнего конца скважины

Сваи с расширенным концом более устойчивы Расширенный нижний конец на опоре придает ей значительную прочность и устойчивость. Рассмотрим методы и способы устройства расширенного основания:

  • механическим способом скважина с расширенным основанием бурится с помощью специального устройства с раскрывающимися на конце лопастями до 3 м в сечении. Управляется с поверхности земли с помощью гидравлического устройства. При монтаже расширения бурение ведется одновременно с подачей циркулирующей глиняной смеси, которая предохраняет стенки от осыпания;
  • метод взрыва детонатора в полости шахты. В скважину опускается взрывное вещество, обсадная труба заполняется бетонным раствором на 1,5-2 м, трубу поднимают на 0,5 м вверх, приводят в действие детонатор, провода от которого находятся на поверхности. Образуется воронка сферической формы, она быстро заполняется бетоном, подающимся из обсадной трубы;
  • расширение можно создать путем утрамбовки грунта с помощью специальных устройств. Но качество изготовления опоры по такому методу трудно оценить с поверхности.
Технология расширения нижнего конца скважины

Буронабивные опоры нужно заполнять бетоном непрерывно до полного наполнения и монтажа головы сваи. Опоры, находящиеся на близком расстоянии друг от друга (менее 1,5 м), обустраивают через одну. Если заливать их по порядку, то нарушится целостность только что залитой, не успевшей подсохнуть опоры.

Читайте также:  Укладка первого венца сруба на фундамент

Технология установки

Для усиления всего фундамента в целом используются следующие методики:

Инъекции

В районе опор бурят тонкие скважины, в которые нагнетают специальные закрепляющие составы.

Технология установки

В зависимости от типа грунта могут быть применены:

  • Цементация.
  • Смолизация.
  • Силикатизация.

Технология применения всех составов одинакова, разница лишь в химическом составе грунта. Введенный в скважину раствор пропитывает грунт на определенном расстоянии, вступает с ним в реакцию и образует прочную и жесткую породу с высокой несущей способностью.

Иногда вместо скважин используют инъекторы — металлические трубы с перфорацией для подачи состава в грунт. Они погружаются на 6-8 м посредством пневмомолотов, а извлекаются гидравлическими домкратами или копровыми механизмами.

Обжиг

Еще один способ укрепления грунта в районе заложения свай. По периметру бурятся скважины, в которые через систему специальных форсунок подается топливо и воздух для наддува. В результате в скважине образуется давление до 5мПа, а горение при высокой температуре изменяет физические свойства грунта и существенно укрепляет его, повышает плотность и прочность.

Технология установки

В зависимости от типа используемого топлива и от времени производства процедуры, имеется возможность закреплять грунт на глубину до 30 м.

Помимо этих методик активно используются уже рассмотренные технологии усиления стволов и ростверка, применяющиеся совместно с операциями по закреплению грунта.

Расчет свайного фундамента

При проектировании свайного фундамента обязательно выполняется его расчет на предполагаемые нагрузки. Для этого необходимо знать вес всего здания, почвенный состав основания и его несущую способность на глубину хотя бы до 4 метров. Если основание состоит из слабого грунта, то желательно пройти его до более прочного слоя грунта. В случае, если сваи не достигают прочного слоя, они называются висячими, если доходят до него, – сваями-стойками. По принятому диаметру сваи, и ее длине определяется ее несущая способность в данном грунте.

При проектировании свайного фундамента обязательно выполняется расчет на предполагаемые нагрузки.

Расчет свайного фундамента

Далее, зная общую нагрузку на грунт и несущую способность одной сваи, можно найти количество свай для данного дома. Сваи устанавливаются под несущими стенами с шагом не менее 2 м. Сверху свай устраивается железобетонный ростверк, который может быть как малозаглубленным, так и полностью возвышающимся над землей.

Применение буроинъекционных свай

Процесс монтажа буроинъекционных свай, используемых при реконструкции зданий и сооружений, существенно отличается от технологии, описанной в предыдущем разделе статьи. Диаметр таких конструкций не превышает 15-25 см.

Реконструкция фундамента буроинъекционными сваями начинается с бурения бетонного тела основания. В нем создается отверстие диаметром аналогичное размеру сваи, после чего в полость устанавливается трубчатый инвентарный кондуктор из стали, и выполняется разработка скважины в грунте на требуемую глубину.

После проходки скважины из нее изымается буровая колонна и с помощью инъектора, подключенного к бетононасосу, выполняется бетонирование полости. Заполнение ведется до момента, пока из скважины не начнет выходить чистый от шлама раствор.

По завершению бетонирования в полость погружается арматурный каркас, состоящий из секций длиной 3-4 метра, соединяемых между собой посредством сварки. В процессе отвердевания бетон схватывается с телом реконструируемого фундамента и образуем с ним монолитную конструкцию, которая за счет буроинъекционных свай передает нагрузку от здания на глубинные пласты почвы.

Читайте также:  Буровое оборудование: виды и назначение

Виды буроинъекционных свай

Классификация буроинъекционных свай выполняется исходя из технологии из монтажа, согласного которой выделяют:

  • БИС без дополнительной обсадки скважины;
  • БИС с обсадкой скважины;
  • БИС с винтовой навивкой.

Буроинъекционные сваи без обсадки используются для создания фундаментов в нормальной почве, в которой содержится минимальное количество грунтовых вод. БИС без обсадки имеют ограничение в максимальном диаметре, который не может превышать 180 мм.

Тип подачи раствора при возведении БИС без обсадки выбирается исходя из их диаметра — это может быть как самотечная подача в уже пробуренную скважину, так и подача инъекционной трубой, которая наполняет скважину бетоном сразу по достижению буром ее забоя. БИС без обсадки обязательно укрепляются армокаркасом.

В почве с недостаточной несущей способностью (влагонасыщенных и склонных к сдвигам грунтах) практикуется укрепления скважин под БИС обсадными трубами. Такие трубы представляют собою металлическую гильзу, помещенную в пробуренную скважину, внутрь которой нагнетается бетонный раствор.

Рис. 1.4: Устройство буроинъекционной сваи с обсадной трубой

Метод монтажа БИС с винтовой навивкой отличается от технологии возведения обычных БИС. Скважины для таких свай образуются посредством бурения грунта винтообразным наконечником закрепленным на инъекционной трубе. На стволе инъекционной трубы расположен армокаркас, он погружается в грунт одновременно с бурением скважины.

Важно! Обсадка скважин, хоть и увеличивает стоимость обустройства фундамента, является залогом его прочности и долговечности, пренебрегать ею в пользу экономии категорически нельзя.

Порядок расчета опоры на различный поперечник

Берется расчетная высота сваи 2000 мм, горизонтальное армирование прутом в диаметре 6 мм, вертикальное 12 мм, расстояние между сваями 1 м.

Поперечник опоры, мм Несущая способность, кг Площадь опоры, см2 Гладкая арматура, расход, мм Количество вертикальных прутьев каркаса, шт Ребристая арматура, расход, мм
150 1062 177 750 3 6000
200 1884 314 1000 4 8000
250 2946 491 1260 4 8000
300 4242 707 1510 6 12000
400 7536 1256 2010 8 16000
500 11775 1963 2050 10 20000
Порядок расчета опоры на различный поперечник

Чаще всего используются буронабивные опоры с несущей способностью от 200 до 400 тонн, при повышенных нагрузках применяют современные технологии, позволяющие добиться увеличения показателя до 600 тонн.

Высокая несущая способность приобретается при укреплении стенок шахты под опору, укреплении нижнего края скважины с помощью его расширения, увеличении глубины залегания и диаметра сваи.

Классификация

Буронабивной фундамент классифицируется в зависимости от технологии изготовления. На глинистых и других плотных грунтах используется методика НПШ (непрерывный полый шнек). Шнек представляет собой полую трубу, закрытую обратным клапаном, который не позволяет изымаемому грунту попадать в нее. К трубе крепится прочная спираль, поднимающая грунт на поверхность наподобие классического бура. При достижении нужной глубины в полость трубы подается под высоким давлением бетон. Он открывает клапан, постепенно заполняя скважину по мере поднимания шнека наверх. Чтобы сделать буронабивную сваю прочнее, в бетон, мощным вибратором, вводится армирующий каркас. После заливки свая оставляется до тех пор, пока раствор не наберет нужную прочность.

Вторая методика – устройство буронабивных свай с обсадной трубой, эта технология применяется на зыбких грунтах. Труба защищает скважины от обрушения при введении в нее армирующей конструкции или избыточного давления на залитый раствор. Для этого бурится скважина по диаметру трубы, которую помещают в нее при помощи вращения, вдавливания или просто устанавливают там. После этого бур извлекается из грунта, в скважину устанавливается арматура так, чтобы образовался защитный слой бетона около 60 мм. Затем заливается раствор с одновременным уплотнением, а обсадная труба постепенно извлекается из скважины.