Буронабивные сваи: устройство, технология и применение
Буронабивные сваи формируют непосредственно в грунте. Буровая установка разрабатывает скважину проектного диаметра и глубины, после чего в ней формируют армированный железобетонный ствол. В результате получается опора, передающая нагрузку от сооружения на грунтовое основание.
Технология не сводится к последовательности «пробурить и заполнить бетоном». Необходимо обеспечить проектную геометрию ствола, устойчивость стенок скважины, требуемое состояние забоя и правильное бетонирование. Конкретная схема зависит от геологии, уровня подземных вод, размеров сваи и возможностей бурового оборудования.
Поэтому при устройстве свай применяются разные рабочие органы и технологические решения: шнеки, ковшебуры, колонковые буры, резцы, забурники, обсадные системы, буровые растворы и оборудование для формирования уширений.
Что представляет собой буронабивная свая и как она работает
Главное отличие буронабивной сваи от готового железобетонного элемента состоит в способе устройства. Забивную сваю изготавливают заранее и погружают в грунт, а тело буронабивной формируют непосредственно в пробуренной скважине.
Конструкция включает железобетонный ствол, арматурный каркас, нижний конец и оголовок, через который свая соединяется с ростверком, фундаментной плитой или другой несущей конструкцией. В отдельных проектах нижнюю часть выполняют с уширением.
Нагрузка может передаваться грунту как через нижний конец сваи, так и по боковой поверхности ствола. Соотношение этих составляющих зависит от геологического разреза, длины и диаметра опоры, характеристик грунта и способа ее устройства.
Поэтому глубину нельзя назначать по принципу «чем глубже, тем лучше»: значение имеет, какие слои проходит ствол и в каком грунте располагается его нижний конец. Диаметр также влияет не только на несущую способность, но и на объем бурения, расход бетона, армирование и требования к оборудованию.
Важное значение имеет состояние забоя. Разрыхленный грунт, осыпавшийся материал или слой шлама меняют условия работы нижнего конца сваи и могут снизить эффективность передачи нагрузки на основание.
Как устраивают буронабивную сваю
При классической технологии с предварительным формированием скважины работы выполняют последовательно:
- разбивают свайное поле и устанавливают буровую установку в проектной точке;
- проходят скважину до заданной отметки;
- при необходимости закрепляют ее стенки обсадной колонной или стабилизирующим раствором;
- контролируют и очищают забой;
- устанавливают арматурный каркас;
- выполняют бетонирование;
- после набора прочности подготавливают оголовок для соединения с ростверком или плитой.
Последовательность зависит от применяемой технологии. Например, при НПШ/CFA бетон подается через внутренний канал шнековой колонны во время ее извлечения, а арматурный каркас устанавливают после заполнения ствола.
Если скважина заполнена водой или стабилизирующим раствором, необходимо исключить загрязнение бетонной смеси и нарушение сплошности ствола. Для таких условий применяют предусмотренную проектом технологию бетонирования, в том числе способ вертикально перемещаемой трубы.
От чего зависит технология бурения
При выборе технологии необходимо решить три взаимосвязанные задачи: чем разрушать грунт, как извлекать его из скважины и каким способом сохранять устойчивость сформированного ствола.
Выбор бурового инструмента
При роторном бурении с Kelly-штангой рабочий орган периодически опускают на забой, заполняют разработанным грунтом и извлекают для разгрузки. В зависимости от геологии используют шнеки, ковшебуры, колонковые буры и другую оснастку.
Шнек извлекает разработанный материал на витках. Ковшебур накапливает грунт внутри корпуса и используется при циклической проходке. Колонковый инструмент применяют в прочных породах и при встрече крупных твердых включений.
На процесс бурения влияет и конструкция нижней части рабочего органа. Забурник центрирует инструмент и начинает разработку центральной зоны, а резцы непосредственно разрушают грунт. Их форму, расположение и материал подбирают с учетом плотности, прочности и абразивности породы.
Стабилизация стенок скважины
Если грунт не способен сохранять форму после проходки, стенки скважины необходимо стабилизировать. Один из способов - применение обсадной колонны. Трубу погружают в грунт, а разработку продолжают внутри нее. Обсадка препятствует обрушению стенок и поступлению грунта в уже сформированную часть скважины.
В зависимости от проектного решения обсадная колонна может извлекаться в процессе бетонирования либо оставаться в конструкции.
Другой вариант - использование глинистого или полимерного раствора. Он поддерживает стенки скважины и при определенных условиях позволяет отказаться от сплошной обсадки по всей глубине. При этом необходимо контролировать характеристики раствора, состояние скважины и соблюдение технологии бетонирования.
Обсадная колонна и буровой раствор в данном случае являются не отдельными видами свай, а способами обеспечить устойчивость скважины при выбранной технологии проходки.
Бурение непрерывным полым шнеком
Отдельная технологическая схема - устройство свай непрерывным полым шнеком, НПШ/CFA. Шнековую колонну погружают до проектной отметки, после чего через внутренний канал начинают подавать бетон одновременно с контролируемым подъемом инструмента.
В отличие от классического циклического бурения, между окончанием проходки и началом бетонирования здесь не остается полностью открытой скважины. Извлечение шнека и заполнение формируемого ствола бетонной смесью происходят в рамках одного технологического процесса.
После бетонирования в свежеуложенную смесь устанавливают арматурный каркас. Качество готовой сваи во многом зависит от согласованности скорости подъема шнека и подачи бетонной смеси.
Таким образом, способ проходки, стабилизации стенок и бетонирования необходимо рассматривать как элементы единой технологической схемы.
Когда применяют уширенную пяту
Если проектом предусмотрено увеличение площади нижнего конца сваи, в основании скважины формируют уширение. После проходки основного ствола до заданной отметки опускают специальный уширитель, рабочие элементы которого раскрываются на глубине и разрабатывают грунт за пределами диаметра ствола.
После окончания разработки инструмент складывают и извлекают, а сформированная полость при бетонировании становится частью монолитной сваи.
Уширение увеличивает площадь нижнего конца, но его эффективность зависит от свойств грунта, геометрии сформированной полости и состояния забоя. Поэтому размеры уширения определяются расчетом, а при производстве работ контролируют глубину, раскрытие рабочего органа и соответствие полученной формы проекту.
Конструкцию режущей части уширителя также подбирают под грунтовые условия: оснастка для мягких грунтов отличается от инструмента, рассчитанного на разработку плотных и прочных пород.
Что контролируют при устройстве свай
После бетонирования большая часть буронабивной сваи становится недоступна для непосредственного осмотра, поэтому качество необходимо обеспечивать на всех этапах работ.
При бурении контролируют положение скважины, ее глубину, диаметр и направление. При использовании обсадки или раствора следят за устойчивостью стенок, а после достижения проектной отметки оценивают состояние забоя.
Перед бетонированием проверяют параметры и положение арматурного каркаса. Во время заполнения скважины важны свойства бетонной смеси, непрерывность подачи и соблюдение принятой технологии.
Нарушения могут привести к включениям грунта, местному уменьшению сечения и другим скрытым дефектам. Поэтому для ответственных объектов применяют предусмотренные проектом методы контроля сплошности и испытаний свай.
При НПШ дополнительно контролируют проектную глубину, подачу бетона, скорость подъема шнековой колонны и фактический объем заполнения.
Где применяют буронабивные сваи
БНС сваи используют в фундаментах зданий, промышленных объектов, мостов, эстакад и других сооружений, когда нагрузку необходимо передать на более глубокие и надежные слои грунта.
Технология востребована в плотной городской застройке, где важно снизить динамическое воздействие на окружающий грунтовый массив и соседние конструкции по сравнению с ударным погружением готовых железобетонных свай.
Еще одна характерная область применения - площадки со сложным инженерно-геологическим разрезом. В пределах одной скважины могут встречаться рыхлые, водонасыщенные, плотные, крупнообломочные и прочные слои. По мере изменения условий проходки можно менять рабочую оснастку, режим бурения и способ стабилизации стенок.
Поэтому буронабивная технология применяется не только для передачи больших нагрузок на глубокие слои основания. Ее важное преимущество - возможность адаптировать способ устройства сваи к конкретной геологии и условиям строительной площадки.
Рекомендуемые товары
Получите консультацию
