Способы устройства буронабивных свай

В зависимости от грунтовых условий буронабивные сваи устраива­ют одним из следующих способов - сухим способом (без крепления стенок скважин), с применением глинистого раствора (для предотвра­щения обрушения стенок скважины) и с креплением скважины обсад­ной трубой.

а)   Рис. 5.1. Технологическая схема устройства буронабивных свай сухим способом: а - бурение скважины; б - разбуривание уширенной полости; в - установка арматурного каркаса; г- установка бетонолитной трубы с вибробункером; д - бетонирование скважины методом верти­кально перемешаемой трубы (ВПТ); е - подъем бетонолитной трубы; 1 - буровая установка; 2- привод; 3 - шнековый рабочий орган; 4 - скважина; 5 - расширитель; 6- уширенная полость; 7 - арматурный каркас; 8- стреловой кран; 9 - кондуктор-патрубок; 10 - вибробункер; 11- бето­нолитная труба; 12 - бадья с бетонной смесью; 13 - уширенная пята сваи

Сухой способ применим в устойчивых грунтах (проса-дочные и глинистые твердой полутвердой и тугопластичной консистенции), которые могут держать стенки скважины (рис. 5.1). Скважина необ­ходимого диаметра разбуривается мето-дом вращательного бурения в грунте на заданную глубину. После приемки скважины в установ­ленном порядке при необходимости в ней монти-руют арматурный кар­кас и бетонируют методом верти-кально перемещающейся трубы. Используемые в строи-тельстве бетонолитные трубы, как правило, состоят из отдельных секций и имеют стыки, позволяющие быстро и надежно соединить трубы. Секции бетонолитных труб длиной 2, 4...6 м в стыках скрепляют болтами или зам-ковыми соединениями, у пер-вой секции крепится приемный бункер, через который бетон-ная смесь по­дается в трубу. В скважину опускается бетоно-литная труба до самого низа, в приемную воронку подается

бетонная смесь из автобетоносме­сителя или с помощью специального загрузочного бункера, на этой же воронке закреплены вибраторы, которые уплотняют укладываемую бетонную смесь. По мере укладки смеси бетонолитная труба извлекается из скважины. По окончании бетонирования скважины голову сваи формуют в специальном инвентарном кондукторе, в зимнее время до­полнительно надежно защищают. Сухим способом по рассмотренной технологии изготовляют буронабивные сваи диаметром от 400 до 1200 мм, длина свай достигает 30 м.

Применение глинистого раствора. Устройство буронабивных свай в слабых водонасыщенных грунтах требует повышенных трудоза­трат, что обусловлено необходимостью крепления стенок скважины для предохранения их от обрушения (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Технологическая схема устройства буронабивных свай под глинистым рас­твором:   а - бурение скважины; б - устройство расширенной полости; в - установка арматурного каркаса; г - установка вибробункера с бетонолитной трубой; д — бетонирование скважины методом ВПТ; 1 - скважина, 2 - буровая установка; 3 - насос; 4,- глиносмеситель; 5 - приямок для глинистого раствора; 6 - расширитель; 7 - штанга; 8 - стреловой кран; 9 - арматурный каркас; 10 - бетоно­литная труба; 11- вибробункер

В таких неустойчивых грунтах для предотвращения обрушения стенок скважин применяют насыщенный гли-нистый раствор бентонитовых глин плотностью 1,15... 1,3 г/см3, который оказывает гидростатическое давление на стен­ки, хорошо временно скрепляет отдельные грунты, особенно обвод­ненные и неустойчивые, при этом хорошо удерживает стенки скважин от обрушения. Этому же способствует образование на стенках скважи­ны глинистой корки вследствие проникновения раствора в грунт. Скважины бурят вращательным способом. Глинистый раствор го­товят на месте выполнения работ и по мере бурения подают в скважи­ну по пустотелой буровой штанге под давлением. По мере бурения

на­ходящийся под гидростатическим давлением раствор от места забуривания, встречая сопротивление грунта, начинает подниматься вверх вдоль стенок скважины, вынося разрушенные бурами грунты, и выхо­дя на поверхность, попадает в отстойник-зумпф, откуда снова насосом подается в скважину для дальнейшей циркуляции.

Глинистый раствор, находящийся в скважине под давлением, цементирует грунт стенок, тем самым препятствуя проникновению воды, что позволяет исключить применение обсадных труб. После завершения проходки скважины в нее при необходимости устанавливается ар­матурный каркас, бетонная смесь из вибробункера по бетонолитной трубе попадает на дно скважины, поднимаясь вверх, бетонная смесь
вытесняет глинистый раствор. По мере заполнения скважины бетонной
смесью производят подъем бетоновода.

Крепление скважин обсадными трубами. Устройство свай этимметодом возможно в любых гидрогеологических условиях; обсадные, трубы могут быть оставлены в скважине или извлечены из нее в процессе изготовления сваи (рис. 6.15). Обсадные трубы соединяют меж­ду собой при помощи замков специальной конструкции (если это ин­вентарные трубы) или на сварке. Пробуривают скважины вращатель­ным или ударным способом. Погружение обсадных труб в грунт в процессе бурения скважины осуществляют гидродомкратами.

После зачистки забоя и установки арматурного каркаса скважину бетонируют методом вертикально перемещаемой трубы. По мере за­полнения скважины бетонной смесью могут производить извлечение и инвентарной обсадной трубы. Специальная система домкратов, смонтированных на установке, сообщает трубе возвратно-посту- патель­ное движение, за счет чего бетонная смесь дополнительно уплотняет­ся.

а) Рис. 5.3. Технологическая схема устройства буронабивных свай с применением об­садных труб: а - установка кондуктора и забуривание скважины; б - погружение обсадной трубы; в - проходка скважины; г - наращивание следующего звена обсадной трубы; д - зачистка забоя скважины; е -установка арматурного каркаса; ж -заполнение скважины бетонной смесью и извлечение обсад­ной трубы; 1 - рабочий орган для бурения скважины; 2 - скважина; 3 - кондуктор; 4 - буровая установка; 5 - обсадная труба; 6 - арматурный каркас; 7 - бетонолитная труба; 8 - вибробункер	По завершении бетонирования скважи-ны осуществляют фор-миро­вание головы сваи. Находят применение установки по изготовле-нию набивных свай с использованием обсад-ных труб с извлечением грунта из трубы вибро-грейфером (рис. 5.3). В настоящее время проходит успешное испытание специаль-ный полимерный кон-центрат на основе полиакриламида, ко- торый в процес­се гидратации образует коллоидный буровой раствор, создающий защитную пленку на стенках скважины, что в сочетании с избыточным гидроста-
Рис. 5.4. Технологическая схема изготовления набивных свай с выемкой грунта под защитой обсадных труб: а - погружение обсадной трубы виброустановкой; 6 - извлечение грунта из обсадной трубы виб­рогрейфером; в — бетонирование сваи; г - извлечение обсадной трубы виброустановкой; 1— об­садная труба; 2 - виброустановка; 3 - виброгрейфер; 4 - арматурный каркас; 5 - бадья с бетон­ной смесью	тическим давлением предотвращает их осыпание. Бурение в сложных геологических условиях без применения обсадных труб по­казало целостность буронабивной сваи по всей глубине после закачи­вания в нее бетона и отсутствие каких-либо наплывов или впадин бе­тона на боковой поверхности сваи. Использование коллоидного рас­твора позволяет существенно увеличить производительность буровых работ, снизить их себестоимость и трудоемкость, резко сократить по­требность в обсадных трубах без снижения качества работ. Буронабивные сваи с уширенной пятой. Диаметр таких свай 0,6...2,0 м, длина 14...50 м. Существуют три способа устройства уширений свай. Первый способ — распирание грунта усиленным трамбова­нием бетонной смеси в нижней части скважины, когда невозможно оценить качество работ, форму (какой стала пята уширения), насколь­ко бетон перемешался с грунтом и какова его несущая способность. При втором способе скважину пробуривают станком, имеющим на буровой колонке специальное устройство в виде раскрывающегося ножа, для образования уширения скважины диаметром до 3 м (рис. 5.5). Нож раскрывается
а) б) Рис. 5.5. Разбуривание полости в грунте уширителем: а - положение уширителя во время раз-буривания скважины; б - то же, в про­цессе разбуривания полости; 1 - грунтосборник; 2 - режущие ножи; 3 - скважи­на; 4 - штанга; 5 - уширенная полость	гидравлическим механизмом, управляемым с поверхности земли. При вращении штанги ножи срезают грунт, кото­рый попадает в бадью, расположенную над расширителем. За несколько операций срезания ножами грунта и извлечения его на поверхность в грунте образуется уширенная по­лость. В скважину подают глинистый раствор из бентонитовых глин, кото­рый непрерывно циркулирует и обеспе­чивает устойчивость стенок скважины. При устройстве уширений разбуривание полости осуществляют одновре­менно с подачей в скважину свежего глинистого раствора до полной замены раствора, загрязненного грунтом. После завершения бурения скважины на про­ектную глубину буровую колонку с уширителем извлекают, в скважину устанавливают арматурный каркас.

Бе­тонирование ведут методом вертикаль­но перемещающейся трубы, когда од­новременно в трубу подают бетонную смесь и поднимают ее. Бетонная смесь, соприкасаясь с вязким глинистым рас­твором, не снижает своей прочности, цементное вяжущее из смеси не

Рис. 5.6. Технологическая схема уст­ройства свай с камуфлетным уширением: а - опускание заряда ВВ и заполнение сква­жины бетонной смесью; б - подъем бетоно­литной трубы и образование уширенной пяты взрывом; в - готовая набивная свая с камуф­летным уширением; / - заряд ВВ; 2 - про­вод к подрывной машине; 3 - обсадная тру­ба; 4 - приемная воронка; 5 - бетонная смесь; 6 - бадья с бетонной смесью; 7 -уширенная пята; 8 - арматурный каркас

вымывается. Бетонная смесь выжимает глинистый раствор вверх по трубе и через зазор между трубой и скважиной. Нижний конец бетонолитной трубы должен быть постоянно заглублен в бетонную смесь на глубину порядка 2 м; бетонирование осуществляют непрерывно, чтобы не возни­кали прослойки глинистого раствора в бетоне. Взрывной способ устройства уширений (рис. 5.6). В пробуренную скважину устанавливают обсадную трубу. На дно скважины опускают заряд взрывчатого вещества расчетной массы и выводят провода от де­тонатора к взрывной машинке, находящейся на поверхности. Скважи­ну заполняют бетонной смесью на 1,5...2,0 м, поднимают на 0,5 м об­садную трубу и производят взрыв. Энергия взрыва уплотняет грунт и создает сферическую полость, которая заполняется бетонной смесью из обсадной трубы. После этого порциями и с необходимым уплотне­нием заполняют обсадную трубу бетонной смесью доверху. Буронабивная свая с башмаком. Особенность метода в том, что в пробуренную скважину опускают обсадную трубу, имеющую на кон­це свободно опертый чугунный башмак, оставляемый в грунте после

погружения обсадной трубы на требуемую глубину. Порционно загру­жая бетонную смесь, регулярно ее уплотняя и постепенно извлекая трубу из скважины, получают готовую набивную бетонную сваю.

Трубобетонные сваи. Принципиальное отличие метода в том, что обсадная труба длиной до 40...50 м имеет в нижней части жестко за крепленный башмак. После достижения дна скважины труба остается там, не извлекается, а заполняется бетонной смесью.

Подводное бетонирование применяют для предохранения бетон­ной смеси от размыва при высоком уровне малоподвижных грунтовых вод. Бетонную смесь подают в обсадную трубу не по лотку, а под дав­лением по трубопроводу, погруженному до самого низа скважины. Благодаря давлению смесь выдавливается из трубы, заполняет снизу пространство скважины и начинает подниматься вверх, оттесняя на­верх и находящуюся в скважине воду. В процессе заполнения бетон­ной смесью скважины необходимо следить, чтобы бетонолитная труба поднималась с одной скоростью с обсадной трубой, низ трубы посто­янно был ниже верха уложенной бетонной смеси на 30...40 см. После полного заполнения скважины верхний слой бетонной смеси толщи­ной 10...20 см, находившийся в контакте с водой, срезают.

В обводненных грунтах может быть использовано напорное бето­нирование набивных свай, которое заключается в непрерывном нагне­тании бетонной смеси на всю высоту скважины под воздействием гид­ростатического давления, создаваемого бетононасосами. Напорное бе­тонирование исключает смешивание бетонной смеси с водой, глини­стым раствором или шлаком (материалами разбуривания). Скорость нагнетания устанавливается исходя из условий непрерывности процес­са бетонирования сваи и беспрепятственного извлечения обсадной тру­бы после заполнения скважины бетоном до начала схватывания. Под­вижность нагнетаемых бетонных смесей должна быть в пределах 18...24см.

Пневмотрамбованные сваи. Сваи применяют при устройстве фун­даментов в насыщенных водой грунтах с большим коэффициентом фильтрации. В этом случае бетонную смесь укладывают в полость об­садной трубы при постоянном повышенном давлении воздуха (0,25...0,3 МПа), который подается от компрессора через ресивер, слу­жащий для сглаживания колебаний давления. Бетонную смесь подают небольшими порциями через специальное устройство - шлюзовую ка­меру, действующую по принципу пневмонагнетательных установок, применяемых для транспортирования бетонной смеси. Шлюзовая ка­мера закрывается специальными клапанами. Подача бетонной смеси в камеру осуществляется при закрытом нижнем клапане и открытом верхнем; при заполнении камеры смесью верхний клапан закрывается, нижний, наоборот, открывается, смесь выжимается в скважину.

Набивные сваи любого типа следует бетонировать без перерывов. При расположении свай одна от другой менее чем на 1,5 м их выпол­няют через одну, чтобы не повредить только что забетонированные. Пропущенные скважины бетонируют при второй проходке бетонолитной установки, после набора ранее забетонированными сваями доста­точной прочности и несущей способности. Такая последовательность работ предусматривает предохранение как готовых скважин, так и свежезабетонированных свай от повреждения.

Буронабивные сваи обладают рядом недостатков, которые сдержи­вают их более широкое применение. К таким недостаткам можно от­нести небольшую удельную несущую способность, высокую трудоем­кость буровых работ, необходимость крепления скважин в неустойчи­вых грунтах, сложность бетонирования свай в водонасыщенных грун­тах и трудность контроля качества выполненных работ.

Устройство свай в продавленных скважинах достаточно эффек­тивно в сухих грунтах. При устройстве таких свай в грунте создается уплотненная зона, повышается прочность грунта и снижается его деформативность. Устройство набивных свай в уплотненных скважинах производят методами продавливания без извлечения грунта на по­верхность.

Данная технология работ базируется на образовании скважины пу­тем многократного сбрасывания с высоты чугунного конуса, в резуль­тате чего пробивается скважина. Затем скважину порционно заполня­ют бетонной смесью, щебнем или песком и уплотняют до образования уширенной части в основании сваи. В верхней части при укладке бе­тонной смеси ее уплотняют вибрированием. Разработано много моди­фикаций этого метода. Образование скважин и полостей в грунте без его выемки осуществляют: пробивкой сердечниками и обсадными тру­бами с помощью молотов, продавливанием вибропогружателями и вибромолотами, пробивкой снарядами и трамбовкой, пробивкой пневмопробойниками, расширением гидравлическими уплотнителями, продавливанием с помощью винтовых устройств.