Устройство буронабивных свай на разных грунтах

ОСОБЕННОСТИ ОБУСТРОЙСТВА БУРО НАБИВНЫХ СВАЙ В ВОДОНАПОЛНЕННЫХ ГРУНТАХ

В зависимости от общей массы будущего строения, а также его конструктивных особенностей, чаще выбирается фундамент на буронабивных сваях с уширенным основанием. Опора предполагается на слои крупного песка с глубиной залегания до 7,0-8,0 метров. Для бурения применяется буровая установка типа ПБУ, расчетный проход скважин которой не менее глубин, указанных в проекте. Установки оснащаются буровыми коронками, шнеком, ударной штангой для трамбования, конец которой заострен на 90 градусов, диаметр наконечника 27,5 см, масса 250 кг.

Начальный этап работ требует выполнения опытных исследований по степени величины влияния динамических воздействий при трамбовании сухой бетонной смеси и щебеночной засыпки на рядом стоящие строения. Определяется величина высоты сбрасывания трамбовки, стандарты 3,5-5 метров – это показатель, при котором динамические воздействия оказывают минимальное влияние на близрасположеные фундаменты. Обязательно принимается в расчет количество ударов трамбовки для засыпки порции щебня.

Чтобы обустроить буронабивные сваи в водонасыщенных грунтах, выполняются поэтапные работы:

1.Проведение подготовительных работ, которые включают:

-разметку расположения инженерных коммуникаций;

-очистку территории от твердых наземных покрытий;

-разметку и уточнение границ наружных оконечностей фундаментов строений, в условиях уплотненной застройки;

-разбивку осей свай посредством разметки периметра фундамента будущего строения. Точность разбивки +/- 10 мм, обязательно закрепление точек посредством колышков, несмываемой краски.

Важно! Подготовительные работы в обязательном порядке включают определения уровня расположения подземного водонасыщеного слоя. Кроме того, проводится отработка технологии трамбования щебеночной подушки в нижнюю часть скважины, и расчет количества ударов, необходимых для забивания щебня «до отказа»

2.Устройство буро набивных свай в водонасыщенных грунтах с уширенным основанием из щебня.

На этом этапе устанавливается буровой станок на предварительно размеченную ось скважины, бурится отверстие до несущего слоя, с величиной заглубления 10-15 см. Осуществляемое бурение и обустройство свайных элементов проводится методом «через одну», с возвратом в пропущенные шурфы после того, как осуществится процесс схватывания смеси бетона в уже залитых шурфах. Но не ранее, чем через сутки или набора бетоном прочности в 25% от установленной проектными документами.

3.Выполняется монтаж в пробуренную скважину обсадной трубы с таким расчетом, чтобы частично продавить ее в грунт.

4.Выполняется откачка воды посредством насоса и частичная зачистка забоя желонкой.

5.Отсыпается сухая бетонная смесь на уровень 40 см объемом до 0,035 м3.

6.Постепенно обсадная труба поднимается, одновременно трамбуется сухая смесь бетона марки от М150 до первоначального уровня глубины, вследствие чего в скважине создается малопроницаемая для воды пробка-уширение из бетона, что минимизирует риск последующего наполнения скважины водой.

7.Выполняется отсыпка слоев щебня с трамбованием до «отказа». Объем порции щебня не превышает 0,025 м3, то есть высота подушки до 35 см. Фракционная составляющая щебня для уширения 20-40 мм, прочностные показатели не ниже 30 Мпа.

Важно! Состояние «отказа» — это снижение уровня уплотняемого слоя до 1 см за один удар трамбовочного оборудования. В процессе работы и подсыпки сначала сухой смеси бетона, затем щебня, создается уширение в нижней части шурфа (основания) буронабивной сваи диаметра 450 мм высоты до 500 мм

Совет! В случае, когда начальная порция щебеночной подсыпки не трамбуется в грунт, подсыпается вторая порция щебеночного наполнителя и утрамбовывается до состояния «отказа».

8.Выполняется монтаж внутрь обсадной трубы арматурного каркаса, сваренного из прутков диаметра 12 мм с последующей заливкой бетоном.

9.Формирование сваи посредством изымания обсадной трубы, удаление верхнего слоя грунта, устройство ростверка.

Важно! Если водонасыщение грунта не нормированно, то бетонирование свайного ствола проводится с одновременным извлечением обсадной трубы или после удаления трубы из шурфа. Перерывы в заливке бетона более, чем на 25-30 минут не допускаются

Условия строительства

Глубина заложения сваи фундамента определяется на основе данных гидрогеологических изысканий, проводимых на месте возведения объекта. При этом учитывают такие факторы, как:

• физико-механические свойства грунта и возможность их изменения в процессе строительства и эксплуатации дома;
• расположение подземных вод;
• максимально вероятный уровень осадков в течение весны и осени;
• склонность почвы к вспучиванию в зимний период;
• глубина промерзания.

Помимо гидрогеологических характеристик участка при расчете уровня залегания свайного основания имеют значение архитектурные и конструктивные особенности сооружаемых объектов.

Монтаж свай

Среди них можно выделить:

• вид здания, количество этажей и наличие подвальных помещений;
• уровень залегания несущих конструкций окружающих строений;
• величина и характер предполагаемых нагрузок, которые будут воздействовать на фундамент после введения объекта в эксплуатацию;
• расположение инженерных коммуникаций.

После проведения анализа гидрогеологических и инженерно-архитектурных условий строительства выбирают тип и материал свай, определаются с их конструкцией и рассчитывают диаметр сечения, количество и длину.

Виды и характеристики почвы

Поскольку свойства грунта оказывают существенное влияние на выбор технологии строительства зданий, то при закладке свайного фундамента обращают внимание на прочность почвы и ее устойчивость к сжиманию. При возведении дома или хозяйственных сооружений можно воспользоваться традиционными технологическими картами, разработанными для определенной местности

Однако стоит учитывать, что они актуальны для объектов промышленного и гражданского строительства. Более точные данные получают, исследуя почву непосредственно на площадке.

Еще одной характеристикой грунта является глубина промерзания, которая влияет на уровень закладки основания. Она зависит от месторасположения строительства, вида почвы на участке и теплотехнических параметров дома. Если возводимое здание предполагается отапливать, то уровень промерзания грунта снижается на 20-30 %. При строительстве холодных ангаров и других аналогичных сооружений он увеличивается примерно на 10 %.

Расположение грунтовых вод

Не менее важным параметром наряду со свойствами почвы на строительной площадке является уровень грунтовых вод.

Расположение грунтовых вод

Если он расположен достаточно низко относительно основания, то глубина его заложения определяется с учетом вида и характеристик грунта. При высоком уровне подземных вод все расчеты проводятся на основе данных о промерзании почвы

Кроме того, следует обращать внимание на динамику содержания влаги в почве

При непостоянном уровне грунтовых вод, который повышается во время обильных осадков целесообразно сооружение специальных кювет на территории расположения объекта. Они предотвращают негативное воздействие влаги на фундамент и служат для отвода ее излишков. Снизить высокий уровень грунтовых вод, который сохраняет стабильные показатели в течение года, помогут дренажные системы или их комплекс.

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 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.

Технология и способы погружения свай

Способ погружения свайных опор в мерзлые грунты при использовании технологии строительства оснований из буроопускных свай, включает следующие операции:

• Предварительное бурение скважин в вечномерзлом грунте.
• Устройство амортизационной песчано-гравийной подушки – в скважину послойно засыпается крупный песок с проведением тщательного уплотнения слоев. Второй слой подушки выполняется из мелкого гравия или щебня мелкой фракции. Устройство песчано-гравийной подушки предполагает выполнение тщательного уплотнения слоев песка и щебня.

• Погружение металлической сваи в подготовленную скважину (существует специальная технология).
• Заполнение пазух свайного фундамента грунтом или раствором – устройство основания под здание в вечномерзлых грунтах предполагает заполнение пространства вокруг наружных поверхностей свайной опоры мерзлым материковым грунтом; цементно-песчаным или цементно-глинистым раствором.

Посмотрите видео, как производится установка буроопускных опор.

Способ погружения свайных опор в мерзлые грунты выбирается в зависимости от комплекса условий, которые включают состояние мерзлых грунтов. В зависимости от ситуации, могут применяться следующие варианты погружения опор:

• Механизированная установка опор – при этом варианте буроопускные опоры монтируются в скважины при помощи специальных механизмов. Способ монтажа опор нельзя назвать экономичным, так как привлекается дорогая грузоподъемная техника.
• Устройство фундаментного основания методом погружения свай в предварительно оттаянный грунт (оттаивание проводится специальными иглами с помощью пара или электричества). Этот способ отличается сложностью и сопряжен с высокими затратами.
• Монтаж свай в скважины заведомо меньшего диаметра (бурозабивной способ).
• Забивка свайных опор в вечномерзлые грунты без проведения предварительной подготовки.

Два первых способа применяются в твердомерзлых грунтах, технология забивного погружения свай применяется обычно в мерзлых пластичных грунтах. Каждый способ имеет свои особенности, преимущества и недостатки, выбирая технологию погружения свай, следует всесторонне оценить существующие условия строительства.

Определение характеристик и параметров фундамента

Для того, чтобы спроектировать фундамент, необходимо произвести расчеты по следующему алгоритму:

1. Вычислить общую массу строящегося здания.
2. Определить типы грунтов и вычислить их физико-механические параметры. Для этого берут образцы грунта на разной глубине из пробных скважин.
3. Определить силу, с которой дом давит на фундамент.
4. Произвести расчет несущей способности буронабивной сваи.
5. Определить общее количество буронабивных свай и их конфигурацию.

Определение массы здания

1. Массу подсчитывают для каждого элемента конструкции – стен, перегородок, перекрытий и кровли. Сначала рассчитывают объем:

L, D, H – соответственно длина, ширина и высота элементов дома.

2. Вычисляют вес:

где p – плотность материала.

3. Рассчитывают вес полезной нагрузки – добавляют массу полов, штукатурки, декоративных отделочных материалов. Эта величина – постоянная, нормативная. Она зависит от общего размера помещений дома на всех этажах. Значение веса полезной нагрузки равно 150 кг/м2.

4. Увеличивают общую массу на коэффициент запаса прочности: конструкция должна противодействовать давлению снега зимой. Величину коэффициента берут из СП «Нагрузки и воздействия». Для средней полосы России значение коэффициента надежности равно:

• 1,3 – для бетонных монолитных сооружений;
• 1,2 – для сборных кирпичных и плитных конструкций;
• 1,1 – для домов из бруса и бревен;
• 1,05 – для сооружений из стали.

Определение физико-механических параметров грунтов

1. Несущую способность грунта можно определить по таблице 1:

Свая опирается на грунт не только нижним торцом, но и всей боковой поверхностью. Это сопротивление также учитывается при расчете фундамента.

Определение параметров, влияющих на несущую способность свай

Опоры изготавливаются из бетона марки 100 и выше. Для того, чтобы опора выдерживала поперечные нагрузки, ее армируют стальными прутками. Чтобы перераспределить и выровнять между сваями весовую нагрузку, придать конструкции жесткость, вершины опор обвязывают бетонным ростверком. Монолитную ленту армируют стальными прутками.

Характеристики пород

К вечномёрзлым относятся породы, находящиеся в мёрзлом состоянии от 3-х и свыше лет. Они характеризуются нестабильной структурой: в период оттаивания значительно оседают из-за нарушения естественной структуры. К деятельной полосе земли относится верхний слой, который оттаивает летом, а и с приходом зимы замерзает. Периоды обильного оттаивания и замерзания приводят к её пучению. Это ухудшает устойчивость, и снижает прочность домов, возведённых на таком покрытии.

На глубину деятельного слоя влияют климатические условия и геологический тип залегающей земли. В зависимости от этих факторов его мощность может колебаться в пределах от 0,3 до 4 метров. По мере продвижения к югу, глубина деятельного слоя увеличивается. Максимальную глубину поверхностного слоя имеет земля с открытыми порами, в структуре которых преобладают куски скальных пород и песок.

Деятельные покрытия делятся на:

• Сливающиеся – в период зимних холодов поверхностный грунт промерзает на всю глубину, и смерзается со своим вечномёрзлым основанием;
• Не сливающиеся – наличие незамерзающей перемычки между поверхностным слоем и материковым основанием.

Вечномёрзлая толща делится:

• Непрерывно мёрзлый грунт – состоит из однородной массы земли;
• В состав слоистой толщи входят прослойки из смёрзшихся пород, льда или слоёв, подверженных воздействию подпочвенных вод.

Земля под основание сооружения может состоять из покрытий любого вида, среди которых наибольшее распространение получили основные типы. К редко встречающимся типам мерзлотных покрытий относятся скальные породы.

В зависимости от состояния, мёрзлые почвы делятся на такие типы:

• Твёрдомёрзлая порода – относится смерзшийся песок, который в мёрзлом виде обладает характеристиками скальной подошвы.
• Пластичномёрзлые слои. В их состав входят глинистые почвы. Вследствие содержания в них замёрзшей воды, они подвержены сжатию под воздействием определённой нагрузки;
• Сыпучемёрзлые покрытия – относится песчаный и гравийный слой. Они даже в мёрзлом виде не скреплены льдом и достаточно рыхлые.

В процессе возведения здания следует учитывать особенности и структуру земли, чтобы построенное здание было надежным и долговечным.

Как выбрать диаметр обсадной трубы

Специализированные каталоги содержат перечень диаметров обсадных труб для буронабивных свай. Для указания данных параметров имеется специальная маркировка; также их описывает техническая документация по внешнему и внутреннему диаметру. Это дает возможность очень точно подгонять трубы под изготовляемую скважину, для чего имеются определенные международные стандарты. Для маркировки внешнего диаметра могут использоваться обозначения 620 – 2500 мм, для внутреннего – от 640 до 2580 мм.

Чтобы увеличить производительность водонапорной скважины, приобретение труб значительного диаметра не всегда является хорошим вариантом – все равно через нее не сможет пройти больше воды, чем способен принять наружный водопровод или поставить водоносный слой

При выборе изделия подходящего диаметра важно добиваться соответствия с пропускными характеристиками скважины.

По ходу бурильных работ рекомендуется делать частые паузы для поднимания бура и выборки осыпавшегося грунта. Когда работа по бурению завершена, потребуется еще около трех дней на вывод почвенной жижи и откачивание воды. Эти обязательные к исполнению мероприятия как нельзя лучше способствуют обустройству требуемого расширения: как результат, вода в скважину сможет поступать в большем объеме.

Для изготовления глубоких колодцев до 15 м для буронабивные сваи с обсадной трубой можно использовать арендованное оборудование. Оно состоит из бура, упорной треноги, вращательного ворота и соединительных элементов, фиксирующих трубы. Схожая буровая технология используется, когда закладывается фундамент: для укрепления стенок подойдет оптимальный способ. Если подобные мероприятия покажутся трудными для самостоятельной реализации, то можно ограничится только подготовкой участка, пригласив для основных работ специализированную бригаду.

Расценки на подобные услуги могут отличаться, на что влияет целый ряд факторов. Компанией, реализующей данную работу, обычно предоставляется смета и отчетные документы с указанием местных тарифов. В них входят затраты на приобретение и транспортировку необходимых материалов к месту работы.

В стоимость работы по монтажу буронабивных свай входят следующие пункты:

• Разработка проектной документации.
• Материал, из которого изготовлены трубы.
• Используемая в этом случае технология.
• Глубина и ширина бурения.
• Геологические особенности участка.
• Требования по скорости реализации заказа.
• Состояние оборудования.
• Сколько нужно скважин.

Каждый и способов имеет свои достоинства и недостатки, которые учитываются при подборе наиболее оптимального варианта в конкретном случае. Бетонирование свай в обсадной трубе в этом отношении является очень универсальным методом, поэтому его и предпочитают в большинстве ситуаций.