Буроинъекционные сваи: технология установки и устройство БИС

Наращивать железобетонные сваи рекомендуется путем сты­кования их звеньев. На рис. 20 показаны конструкции рекомен­дуемых типов стыков.

Гидроподмыв при погружении свай

Гидроподмыв грунта при погружении свай можно произво­дить на участках, удаленных не менее чем на 20 м от зданий и сооружений. Применяют способ подмыва для ускорения погру­жения всех видов свай в песчаные, гравелистые грунты, илисто-глинистые, суглинки и глины средней плотности. Струя воды, подаваемая под большим давлением к основанию сваи, умень­шает лобовое сопротивление и силы трения по боковой поверх­ности сваи. Подмыв грунта прекращают при достижении погружаемой сваи отмет­ки на 1 -1,5 м выше про­ектной отметки погруже­ния.

Технологическая   схема  вибропогру­жения вертикальных  железобетонных  свай с гидроподмывом приведена на рис. 21.

Рис 21. Технологическая   схема  вибропогру­жения вертикальных            железобетонных  свай с гидроподмывом: 1 — кран МКГ-25; 2 — железобетонная свая; 3 — виб­ропогружатель с автоматическим наголовником; 4 — гидроигла; 5 — положение гидроиглы во время уста­новки сваи и передвижения крана; б — напорный шланг

При глубине погруже­ния свай более 20 м в песчаные грунты и супеси целесообразно сочетать подмыв с подачей сжато­го воздуха, нагнетаемого в зону подмыва через воздухопроводящие труб­ки с плоскими наконечни­ками.

Грунт   извлекают из-под ножа сваи-оболочки и внутренней ее полости с помощью грейфера или размывают его струей воды и удаляют эрлифтом с помощью гидроэлеватора или гидрожелонки. В плотных связных грунтах (глина, конгломераты), в которые необходимо погрузить сваи-оболочки на большую глу­бину, предварительно разбуривают скважины буровыми механиз­мами. После удаления размытого грунта из оболочки на глубину   0,4-0,5 м ниже ее торца включают электродвигатель вибропогру­жателя для ее погружения.

Электроосмос и обмазка поверхности свай полимерами для ускорения погружения свай

Для ускорения погружения свай применяют электроосмос или обмазку поверхности свай полимерами. Способ элек­троосмоса основан на том, что при кратковременном дейст­вии постоянного электрического тока во влажных глинистых грунтах возникает движение поровой воды от анода к катоду. Если одну из свай погружать обычным способом и присоеди­нить ее к положительному полюсу генератора постоянного тока, а другую к отрицательному полюсу того же генератора тока, то вблизи сваи-анода образуется зона грунта с пониженной влаж­ностью, а вокруг сваи-катода — зона водонасыщенного грунта. Вследствие этого снижается трение сваи о грунт, и она при забивке молотом или вибрировании ускоренно погружается. После погружения сваи-катода восстанавливается нормальная влажность и несущая способность грунта, окружающая сваю. Наибольший эффект применения этого способа достигается при погружении свай в водонасыщенные плотные глинистые грунты, моренные суглинки и моренные глины.

В журнале работ кроме записей, ведущихся при забивке свай обычным способом, заносят следующие данные: устройство элек­тродов, план расположения свай-электродов, напряжение тока, последовательность присоединения свай к разным полюсам и утечку тока. Применение синтетических полимеров позволяет ускорить по­гружение свай и одновременно повышает несущую способность грунта.

Для ускорения погружения свай применяют в качестве об­мазки бетонит, разновидность глины. В отвердевшем состоянии бетонитовая суспензия обладает гидрофобными свойствами и может прочно связать частицы грунта, окружающие сваю.

Какими бывают сваи

Классификация свай производится по нескольким параметрам:

  • конструкции – цельные или составные, выполненные из отдельных секций, с острием или тупым нижним концом (открытым, закрытым), с уширениями на разных уровнях или без них;
  • по размеру – короткие (жесткие) и длинные (гибкие или средней жесткости);
  • форме сечения – круглые и многоугольные, трапецеидальные, пирамидальные и конические, крестообразные, тавровые и двутавровые, сплошные и пустотелые, ровные и переменного поперечного профиля;
  • материалу изготовления – деревянные, бетонные или железобетонные, из металла, грунтобетонные, комбинированные;
  • характеру работы – висячие и опорные (сваи-стойки);
  • технологии монтажа – забивные, винтовые, набивные (частотрамбованные, буронабивные), вдавливаемые;
  • способу армирования – с поперечно и продольно установленными ненапрягаемыми или предварительно напряженными стержнями, расположенными в центре, по периметру или углам.
Читайте также:  Для чего нужна подсыпка под фундамент, и какая она бывает

В зависимости от грунтовых условий, конструкции и высоты дома выбирают различные типы свай. К примеру, в качестве свайного фундамента на вечномерзлых грунтах, а также в районах с сейсмичностью, превышающей 6 баллов, не допускается использовать сплошные железобетонные стволы без поперечного армирования. А круглые полые жб сваи великолепно проявляют себя в условиях сейсмичности 7 и более баллов, но использование такого фундамента при строительстве гидротехнических сооружений не допускается.

Назначение и виды свайопределяют вариант их изготовления – в заводских условиях, на площадке или непосредственно в грунте.

Сваи-стойки представляют собой столбы, проходящие сквозь слабые слои и опирающиеся непосредственно на плотные грунтовые пласты. К висячим сваям относятся стволы, передающие нагрузку от сооружения на сжимаемый грунт через свои боковые поверхности.

Для погружения свайного фундамента до необходимой отметки забивным или вдавливаемым способом используют специальное оборудование – молоты, копры или другие установки ударного и вибрационного действия. Они бывают:

  • гидравлическими;
  • механическими;
  • дизельными;
  • пневматическими и т.д.

Набивные типы свай выполняются с предварительным бурением скважин или забивкой полых труб в грунт, который в процессе углубления удаляется разными способами. Образованное отверстие впоследствии заполняется бетонным раствором. В зависимости от технологии производства работ и характеристик грунта, оболочки вынимают или оставляют в качестве обсадки. Часто конструкция буронабивных свай предусматривает устройство уширенной пяты, увеличивающей несущую способность фундамента. Отверстие в нижней части образуется механическим путем (разбуриванием) или посредством камуфлетного взрыва.

Винтовые сваи изготавливают из железобетона, либо металла. Они состоят из ствола и винтовых лопастей, расположенных на установленном в нижней части башмаке-наконечнике. Столб может быть как пустотелым, так и сплошным или заполненным бетоном, а лопасти – литыми стальными или чугунными, сварными металлическими и даже пластмассовыми.

Одним из видов свайных фундаментов являются шпунтовые стенки, выполненные из дерева, а также стали или железобетона. Сваи устанавливаются вплотную друг к другу, создавая водонепроницаемое ограждение.

Деревянные сваи

Для деревянных свай используют длинномерную древесину ели и сосны. В определенных ситуациях допускается применять дуб, лиственницу или кедр. В качестве материала выбирают прямоствольные бревна, очищенные от коры. При значительном заглублении допускается выполнять наращивание деревянных свай по длине до 3-4 элементов.

Нижнюю часть стволов заостряют, а в случае погружения в каменистые или слишком плотные грунты – на нее надевают защитные металлические башмаки. Сверху на бревна устанавливают бугель, представляющий собой кольцо из металла. Он предохраняет дерево от возможного разрушения ударным молотом.

Железобетонные сваи

Сборные сваи изготавливаются на заводах, а монолитные – непосредственно на площадках в соответствии с проектом. Арматура может быть обычной, либо предварительно напряженной, а для заливки применяют тяжелые бетоны с соответствующими показателями по морозоустойчивости.

Металлические сваи

Для свай используются трубы, сварные конструкции или прокатный профиль. Изделия небольшого диаметра допускается погружать закрытыми снизу коническими наконечниками. В качестве защиты от коррозии поверхность металлических свай обрабатывают:

  • битумом;
  • каменноугольными смолами;
  • др. антикоррозийными составами.

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.

Читайте также:  Выбираем тип фундамента для жилого дома со стенами из пеноблоков

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 устройство подъездов;
  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 для предупреждения 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.

Недостатки при обустройстве

Использование буроинъекционной технологии имеет и определенные недостатки. Так, во время обустройства этих свай, в отличие от набивных и буронабивных опор, нет искусственного уплотнения почвы. То есть их несущая возможность находится на уровне природного состояния.

Использование буроинъекционных опор зачастую является невозможным из-за угрозы выдавливания бетонного состава из почвы грунтовыми водами до его полного засыхания. Этот процесс может произойти при сооружении оснований в песчаных обводненных почвах с высоким коэффициентом фильтрации, а также активным передвижением подземных вод.

Некоторые сомнения относительно качества уже изготовленных фундаментов может вызывать и технология их обустройства. Нередко появляются сложности во время погружения арматурного каркаса в бетон, который при низком давлении опускается на глубину не больше 75−85% длины опоры. Последующее погружение армирования, которое происходит под повышенным давлением, приводит к нарушению целостности арматуры, ее выпиранию из стен опоры. То есть нижний участок сваи находится почти без армирования.

Но сегодня пока не известно ни одной серьезной аварии, которая связана с деформацией основания из буроинъекционных опорных столбов. Их сфера использования в последнее время только увеличивается.

Читайте также:  Кому принадлежит подвал в многоквартирном доме?

Формула и пример расчета

Для точности подсчетов ключевых показателей потребуется вооружиться специальными формулами.

Расчетная схема устойчивости шпунтового ограждения

Чтобы воспользоваться ими, необходимо учесть такие параметры:

  • надежность и толщину стенок сваи;
  • сопротивление обвязки;
  • коэффициент работы конструкции в почве;
  • устойчивость замков к разрыву;
  • величину горизонтальных нагрузок;
  • радиальное усилие;
  • силу опрокидывающего действия.

Это лишь основные показатели, но есть и другие, которые учитываются индивидуально в зависимости от типа грунта и климатических условий региона.

Важно понимать, что при разрытии почвы нарушается равновесие сил. Так, при извлечении грунта увеличивается давление со стороны охлажденных стенок.

Техническая информация, которая понадобится при расчетах, для правильной установки шпунтов, приведена в СНиП

Формула прочности стенок, которая поможет избежать их преждевременного разрушения, учитывает такие величины:

  • глубину котлована;
  • вертикальную силу давления грунта;
  • давление почвы при опрокидывании;
  • сила противодействия вращающемуся механизму.

Вычисление выглядит так:

М1 ≤ m/γ * M2, где

М1 ‒ опрокидывающий момент;

М2 ‒ момент удержания или противодействие силе опрокидывания;

m — показатель условий работ (для большинства регионов ‒ 0,95, в местностях со слабой почвой ‒ 0,7);

γ ‒ коэффициент надежности.

Чтобы получить М1, необходимо Еа (эпюрное равнодействующее активное давление) умножить на Са (равнодействующее плечо по отношению к нулевой отметке).

Для вычисления М2 потребуется En (эпюрное равнодействующее пассивное давление) умножить на Cn (равнодействующее плечо по отношению к нулю).

Расчеты выполняются из нижней точки сваи, поскольку на высоте шпунт подвергается действию дополнительных сил.

Чтобы не выполнять все действия вручную, рекомендуем воспользоваться специальными программами или строительными калькуляторами. А еще лучше поручить разработку технической документации мастерам.

Правильно рассчитанные показатели ‒ гарантия устойчивости шпунтовой конструкции, ее долговечности и прочности.

Устройство опоры с использованием шнека

Буровые сваи можно монтировать при помощи полого шнека. Такой способ дает возможность заложить опору любой глубины. Происходит такой процесс в несколько этапов:

  1. При помощи полого бура с закрытым рабочим торцом делается шахта под устройство сваи.
  2. Достигнув необходимой глубины заложения, бур останавливают и одновременно начинают подачу раствора и выход бура на реверс.
  3. В свежий бетонный раствор вибровдавливателем помещается каркас из прутьев армации.

При устройстве фундамента методом полого шнека можно сократить расстояние между опорами до минимума, так как воздействие вибрацией на почву не существенно.

Оборудование для погружения

Для осуществления процедуры погружения конструкции, используются сваевдавливающие машины или как их ещё называют гидравлические копры, а также сваевдавливающие установки.

Сваевдавливающие машины хороши тем, что для их работы не нужны дополнительные механизмы и какое-либо оборудование. Технология работы таких машин выглядит следующим образом:

  • Разобранное оборудование по частям доставляется на площадку для строительства.
  • Оборудование собирается в функционально-законченный механизм.
  • Площадка для работы выравнивается.
  • Строители производят разметку точек для будущего вдавливания свай.

Гидравлический копер или сваевдавливающая машина.

Гидравлический копер имеет несколько преимуществ перед сваевдавливающей установкой. Машина более оперативно устанавливает конструкции, а также имеет гидравлические цилиндры, которые отлично справляются с погружением свай в площадку, что отличается уклоном до 15%. Таким образом, такой метод не предусматривает предварительного разравнивание почв до идеально ровных параметров.

Сваевавливающая установка имеет более сложное строение механизма. Установка работает следующим образом:

  • Установку помещают в место будущего вдавливания.
  • Установку анкеруют дополнительным грузом.
  • Оборудование выравнивается вручную.
  • Свай вдавливают.
  • Дополнительные анкерные грузы снимают.
  • Установка передвигается на другую позицию для следующего вдавливания.

Установка имеет невысокую стоимость. Если установку необходимо перемещать на другие позиции быстро, специально для этой цели используется самоходное шасси.

Сваевдавливающая установка.

Основным отличием работы машины и установки для вдавливания свай является предварительная подготовка площадки: в последнем случае зачистка места строительства должна быть более тщательной, что отнимает значительное количество времени.