Устройство буронабивных свай

Устройство сваи в буровых скважинах.

Буронабивные сваи устраивают в скважинах, образуемых в грунте с извлечением грунта из скважины. В готовые скважины укладывают бетонную смесь, при этом до бетонирования в скважину может устанавливаться арматурный каркас. Буронабивные сваи могут выполняться с уширениями.

Технология изготовления буронабивных свай отличается способами образования скважин в грунте и формирования бетонного ствола сваи.

В зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий буронабивные сваи устраивают без крепления стенок скважин (сухой способ), используя избыточное давление воды или глинистый раствор для предотвращения обрушения стенок, и с креплением стенок скважин обсадными трубами.

При устройстве буронабивных свай применяют вращательное, ударно-канатное и грейферное бурение.

При устройстве буронабивных свай находит применение оборудование фирм “Казахгранде”(Италия), ”Беното”(Франция), ”Като”(Япония). Это оборудование обеспечивает проходку скважин и бетонирование свай с использованием обсадных труб, извлекаемых из скважины в процессе бетонирования.

При бурении скважин используют также машины с ковшовыми бурами, например: СО-1200; МБС-1,7А; БУ-1 и др.

Рисунок 8.3.1 – Разбуривание уширенной полости уширителями: а – положение уширителя в скважине перед началом разбуривания полости; б – после завершения разбуривания полости; 1 – грунтосборник; 2 – режущие ножи; 3 – скважина; 4 – штанга; 5 – уширенная полость.

Для устройства свай с уширениями применяют расширители, которые бывают следующих типов: уплотняющие, грейферные и др. Наиболее распространенными являются расширители пантографного типа (рис. 8.3.1). Основными деталями такого расширителя являются ведущая штанга, режущие ножи и грунтосборник для извлечения грунта из скважины.

Грейферные расширители позволяют разрабатывать уширенную полость за один цикл, что является важным преимуществом. Это достигается за счет того, что в сложенном виде ножи образуют вместительную емкость.

Рисунок 8.3.2 – Технологическая схема устройства буронабивных свай сухим способом: I – бурение скважины шнеком; II – разбуривание уширенной полости; III – установка арматурного каркаса; IV – установка бетонолитной трубы с вибробункером; V – бетонирование скважины методом ВПТ; VI – 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; 13 – уширенная пята

Бурение скважин без крепления стенок применяют в устойчивых грунтах. Скважины бурят методами вращательного бурения с применением шнекового или ковшового буров (рис. 8.3.2). Если требуется по проекту, то нижнюю часть скважины расширяют с помощью расширителей, закрепленных на буровой штанге. После приемки скважины в ней монтируют арматурный каркас и бетонируют сваю. Подача бетонной смеси с осадкой конуса 16-20 см осуществляется через бетонолитные трубы, которые состоят из отдельных секций. Бетонолитная труба соединена с приемной воронкой, через которую бетонную смесь непосредственно подают из автобетоносмесителя. По мере укладки бетонной смеси бетонолитную трубку поднимают. Уплотнение малоподвижных бетонных смесей на всю глубину скважины осуществляется глубинным вибраторами.

Для формирования головы сваи применяется обсадной патрубок. Он также может служить для крепления арматурного каркаса в скважине и бетонолитного оборудования. По такой технологии устраивают буронабивные сваи диаметром 400-1000мм и глубиной до 30м.

Рисунок 8.3.3 – Технологическая схема устройства свай методом свободного сброса бетонной смеси: а – без уплотнения; б – с уплотнением всплывающим вибратором; в – то же, глубинным вибратором; 1 – армокаркас; 2 – приемная воронка; 3 – бадья; 4 – бетон; 5 – вибратор ИВ-60 с поплавком; 6 – скважина; 7 – глубинный вибратор В1-631.

Использование бетонолитных труб при бетонировании свай усложняет технологию и повышает трудоемкость изготовления свай. Этих недостатков можно избежать, если использовать метод свободного сброса бетонной смеси. Обеспечение качества изготовления свай по этому методу достигается путем применения бетонных смесей, не образующих конуса расплыва в скважине, что также способствует предотвращению растекания смеси от места падения (рис. 8.3.3). При методе свободного сбрасывания бетонная смесь может укладываться без уплотнения, с уплотнением всплывающим вибратором или глубинным вибратором.

Рисунок 8.3.4 – Технологическая схема устройства буронабивных свай под глинистым раствором: I – бурение скважины; II – устройство уширенной полости; III – установка арматурного каркаса; IV – установка вибробункера с бетонолитной трубой; V – бетонирование скважины методом ВПТ; 1 – скважина; 2 – буровая установка; 3 – насос; 4 – глиносмеситель; 5 – приямок для глинистого грунта; 6 – расширитель; 7 – штанга; 8 – стреловой кран; 9 – арматурный каркас; 10 – бетонолитная труба; 11 – вибробункер.

Возведение буронабивных свай в слабых водонасыщенных грунтах имеет повышенную трудоемкость, что обусловлено необходимостью крепления стенок скважины для предохранения их от обрушения. В водонасыщенных неустойчивых грунтах для предотвращения обрушения стенок скважин применяют глинистый раствор плотностью
1,15-1,3г/ , который оказывает гидростатическое давление на стенки скважины. Этому же способствует и образование на стенках скважины глинистой корки вследствие проникания раствора в грунт (рис. 8.3.4). Бурение скважины выполняют вращательным способом. Глинистый раствор готовят на месте выполнения работ преимущественно из бентонитовых глин и по мере бурения подают в скважину. Циркулирующий в скважине раствор выносит разрушенные бурами грунты и укрепляет стенки скважины.

При устройстве расширений у свай разбуривание полости ведут при продолжении подачи в скважину свежего глинистого раствора до полной замены раствора, загрязненного грантом. Затем уширитель извлекают. После завершения бурения скважины на проектную глубину в скважину устанавливают арматурный каркас. Бетонирование ведут методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ), постепенно поднимая бетонолитную трубу, следя, чтобы нижний конец ее находился всегда ниже уровня поверхности бетона в скважине. Бетонную смесь подают с помощью вибробункера, соединенного с бетонолитной трубой. Бетонная смесь, поступая в скважину, вытесняет глинистый раствор.

Для бетонирования свай методом ВПТ применяют бетонолитные трубы. В бетонолитных трубах секционного типа стыки длиной 2,4-6м соединяют болтами и замковыми соединениями. К первой секции крепится приемный бункер, через который бетонная смесь подается в трубу. По мере заполнения скважины бетонной смесью бетонолитную трубу постепенно поднимают и удаляют верхние секции. Бетонирование упрощается при использовании телескопической бетонолитной трубы. Такие бетонолитные трубы можно применять только в необводненных грунтах. В процессе бетонирования нижний конец трубы должен быть заглублен в бетон не менее чем на 1м.

Интенсивность укладки бетонной смеси должна быть не менее 4-5 , но не менее 4 м ствола в 1 ч. Перерывы в бетонировании не должны превышать 1ч. Применение обсадных труб усложняет работу, так как требует специального оборудования для их погружения и последующего извлечения.

Устройство буронабивных свай с креплением стенок скважин обсадными трубами (рис. 8.3.5) возможно в сложных грунтовых условиях. Как правило, обсадные трубы должны быть инвентарными, извлекаемыми из скважины по мере бетонирования сваи. Погружают обсадные трубы в процессе бурения скважины гидродомкратами, а также посредством забивки или вибропогружения. При бетонировании скважин в неустойчивых и обводненных грунтах необходимо, чтобы уровень забоя скважины был на 1-1,5м выше уровня низа конца обсадной трубы, т.е. чтобы в обсадной трубе была грунтовая пробка, исключающая возможность прорыва обводненного грунта в обсадную трубу.

После зачистки забоя и установки арматурного каркаса скважину бетонируют методом ВПТ. По мере заполнения скважины бетонной смесью обсадную трубу извлекают. При устройстве уширения используют буровой или взрывной способ. При взрывном способе обсадную трубу располагают на 1,2-1,5м выше дна скважины. На дно скважины опускают заряд ВВ расчетной массы и выводят проводники от детонатора к подрывной машине. Обсадную трубу заполняют бетонной смесью и производят взрыв. За счет взрыва образуется полость, которая сразу же заполняется бетонной смесью из обсадной трубы. Вокруг полости грунт уплотняется. Завершение бетонирования ствола сваи осуществляют описанным ранее способом. Сваи бетонируют литой бетонной смесью с осадкой конуса 16-20см.

В обводненных грунтах может быть использовано напорное бетонирование, которое заключается в непрерывном нагнетании бетонной смеси на всю высоту скважины под воздействием гидростатического давления, создаваемого бетононасосными установками.

Рисунок 8.3.5 - Технологическая схема устройства буронабивных свай с применением обсадных труб. I – установка кондуктора и забуривание скважины; II – погружение обсадной трубы; III – проходка скважины; IV – наращивание следующего звена обсадной трубы; V – зачистка забоя скважины; VI – установка арматурного каркаса; VII – 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.

Для изготовления буронабивных свай могут быть использованы виброгрейферы, работа которых осуществляется через направляющее устройствойство, устанавливаемое на поверхности грунта. Диаметр грунтозаборника виброгрейфера должен быть меньше диаметра обсадной трубы не менее чем на 100мм. Устройство скважины виброгрейферами может осуществляться и без обсадных труб. Виброгрейферы позволяют осуществить проходку выработок в грунте для устройства опор сложной конфигурации в плане.

Изготовление набивных свай с выемкой грунта под защитой обсадных труб осуществляют при помощи виброустановки ПВН-2 в комплекте с виброгрейфером. Такая технология может быть использована в песчаных грунтах любой крупности со степенью влажности и в пылевато-глинистых грунтах с показателем текучести . Работы по изготовлению набивных свай осуществляют по технологии (рис. 8.3.6.)

Рисунок 8.3.6 - Технологическая схема изготовления набивных свай с выемкой грунта под защитой обсадных труб. I – погружение обсадной трубы виброустановкой; II – извлечение грунта из обсадной трубы; III – бетонирование сваи; IV – извлечение обсадной трубы виброустановкой. 1 – обсадная труба; 2 – виброустановка; 3 – виброгрейфер; 4 - арматурный каркас; 5 – бадья.

Существенным недостатком буронабивных свай сплошного сечения является их повышенная материалоемкость на единицу несущей способности по грунту основания, что вызвано традиционной технологией изготовления свай. Для устранения этого недостатка разработана технология изготовления буронабивных полых свай.

Бетонирование полых свай выполняют с помощью вибросердечника (рис. 8.3.7.). Вибросердечник собирается из трубчатых секций, соединенных друг с другом через упругие прокладки. Внутри каждой секции расположены вибраторы круговых колебаний. После бурения скважины в устойчивых грунтах и ее зачистки устанавливают с устье скважины бункер-центратор, обеспечивающий работу сердечника и скважины. Одновременно бункер-центратор служит для приема бетонной смеси. Затем устанавливают арматурный каркас. Бетонирование сваи выполняют в два этапа. Сначала бетонируют нижнюю часть сваи, уплотняя бетонную смесь с помощью вибросердечника, который погружают в первоначально уложенную порцию бетона. Затем бетонируют остальную часть сваи, производят ее виброуплотнение, после чего вибросердечник с выключенными вибраторами извлекают. Полость сваи заполняют балластом (грунтом, песком). Для изготовления полых свай применяют малоподвижные бетонные смеси.

Рисунок 8.3.7- Технологическая схема изготовления полых свай. I – бурение скважины; II – установка бункера центратора; III – установка арматурного каркаса; IV – бетонирование нижней части сваи; V – установка вибросердечника и виброуплотнение нижней части сваи; VI – бетонирование ствола сваи и его виброуплотнение; VII – извлечение вибросердечника; VIII – оформление головы сваи; 1 – кран; 2 – буровая установка; 3 – кондуктор; 4 – бункер-центратор; 5 – выдвижной шток бункера-центратора; 6 – арматурный каркас; 7 – ограничитель; 8 – бадья; 9 – бетонная смесь; 10 – вибросердечник; 11 – свая;
12 – арматурная сетка.

Работы по устройству фундаментов на буронабивных сваях ведут по технологическим картам, на которых указывают захватки. К месту бетонирования свай бетонная смесь транспортируется автобетоносмесителями и автобензовозами.

Схема передвижения буровой установки на объекте в зависимости от конфигурации свайного поля, числа свай и расстояния между сваями может быть продольной, поперечной и кольцевой (рис. 8.3.8.).

Буронабивные сваи обладают рядом недостатков, которые сдерживают их более широкое применение. К таким недостаткам следует 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. Для устранения этих недостатков применяют набивные сваи в продавленных скважинах и комбинированные сваи.

Устройство набивных свай в уплотненных скважинах производится методами продавливания без извлечения грунта на поверхность.

Рисунок 8.3.8- Схема движения агрегатов при изготовлении буронабивных свай: а – продольная; б – поперечная; в – кольцевая.

Образование скважин и полостей в грунте без его выемки из них осуществляется следующими способами: пробивкой сердечниками и обсадными трубами с помощью молотов, продавливанием вибропогружателями и вибромолотами, пробивкой снарядами и трамбовкой, пробивка пневмопробойниками, расширением гидравлическими уплотнителями и продавливанием м помощью винтовых устройств.

Устройство свай без выемки грунта может быть выполнено методом выштамповывания с использованием станка ударно-канатного бурения БС-1М (рис. 8.3.9.).

Рисунок 8.3.9- Технологическая схема изготовления набивных свай станком БС-1М. I – бурение лидерной скважины; II – пробивка скважины; III – укладка жесткой смеси; IV – устройство расширенной пяты; V – бетонирование ствола сваи; 1 – лидерная скважина; 2 – станок УШ-2Т; 3 – снаряд; 4 – скважина; 5 – станок БС-1М; 6 –кондуктор; 7 – жесткая бетонная смесь; 8 – бадья; 9 – уширение; 10 – армокаркас; 11 – обсадной патрубок.

Рисунок 8.3.10 – Технологическая схема виброформования свай. I – устаноква приеного бункера и виброформователя; II – погружение виброформователя; III – извлечение виброформователя; IV - установка армокаркаса; 1 – агрегат ВВПС-32/19; 2 – вибратор; 3 – штанга виброформователя; 4 – приемный бункер; 5 – автобетоносмеситель; 6 –лопасти виброформователя; 7 – армокаркас; 8 – кран.

Рисунок 8.3.11 – Технологическая схема устройства частотрамбованных свай. I – погружение обсадной трубы; II – установка арматурного каркаса; III – подача бетонной смеси в полость трубы; IV – извлечение обсадной трубы с одновременным уплотнением бетонной смеси; 1 – обсадная труба; 2 – копер; 3 – молот двойного действия; 4 – арматурный каркас; 5 – бадья; 6 –приемная воронка; 7 – чугунный башмак.

Частотрамбованные набивные сваи выполняют в скважинах, образованных путем забивки обсадной трубы, опирающейся на чугунный башмак (рис. 8.3.11). Трубу после заполнения ее бетонной смесью извлекают, и бетонная смесь, выходящая из трубы, заполняет скважину. При подъеме трубы чугунный башмак остается в скважине.

Рисунок 8.3.12 – Технологическая схема устройства вибротрамбованных свай. I – образование скважины; II – укладка бетонной смеси; III – уплотнение бетонной смеси трамбующей штангой; IV – извлечение обсадной трубы и установка арматурного каркаса; 1 – съемный башмак; 2 – обсадная труба; 3 – вибропогружатель; 4 – кран; 5 – приемная воронка; 6 – бадья; 7 – трамбующая штанга; 8 – уширенная пята; 9 – арматурный каркас.

Вибротрамбованные сваи (рис. 8.3.12) используют в сухих связных грунтах на глубину 4-6м. Вибротрамбованные сваи устраивают по следующей технологии. С помощью вибропогружателя в грунт погружают обсадную трубу со съемным башмаком на конце. После погружения трубы вибропогружатель снимают и полость трубы загружают на
0,8-1м бетонной смесью. С помощью трамбующей штанги, подвешенной к вибропогружателю, смесь трамбуют, в результате чего она вместе с башмаком вдавливается в грунт, образуя при этом уширенную пяту. Заполнив бетонной смесью обсадную трубу, ее извлекают из грунта с помощью экскаватора при работающем вибропогружателе. В верхней части сваи устанавливают арматурный каркас.

Для устройства набивных свай может быть использован метод винтового продавливания скважин спиралевидными снарядами.

Для погружения спиралевидных снарядов могут быть использованы буровые установки с вращательным приводом БУК-600, СО-2 и др.

Способ винтового продавливания может быть использован при возведении набивных свай в слабых водонасыщенных грунтах без крепления стенок скважин. Для этого используется снаряд, состоящий из трех основных частей: концевой, лидирующей и калибрующей. Известны и другие способы устройства набивных свай в продавленных скважинах. В некоторых случаях продавливание скважин сочетается с другими процессами и используется для возведения комбинированных свай.

Устройство комбинированных и специальных видов свай.

Комбинированные и специальные виды свай применяют в тех случаях, когда имеется возможность рационального сочетания достоинств свай различного вида или применения специальных приемов погружения или устройства свай.

Известно много видов комбинированных и специальных свай (рис. 8.3.13), которые можно классифицировать по различным признакам: технологии выполнения, особенностям конструктивного решения и применяемого материала.

Рисунок 8.3.13 – Комбинированные и специальные виды свай: 1 – с камуфлетным расширением; 2 – с термическим уширением; 3 – с закреплением пяты; 4 – с закреплением по стволу; 5 – забивная с монолитным уширением; 6 – бурозабивная; 7 –оболочка с монолитным заполнением; 8 –набивная с забивной сваей; 9 – в полимерной оболочке; 10 – оболочка с козловым уширением; 11 – набивная с козловым уширением; 12 – оболочка, заполненная бетоном; 13 – то же, с грунтом; 14 – оболочка с монолитным уширением; 15 – оболочка с забивной сваей; 16 – металлическая оболочка с монолитным заполнением.

К наиболее распространенным сваям комбинированного типа относят также сваи, в которых в различной степени сочетаются забивные и набивные сваи.

В некоторых случаях у буронабивных свай выполняют камуфлетное уширение с помощью взрыва заряда ВВ под слоем бетонной смеси.

Комбинированные сваи, состоящие из железобетонных свай заводского изготовления и камуфлетной пяты, устраивают в устойчивых связных грунтах.

У буронабивных свай большого диаметра вместо одного сборного элемента выполняют корневидное уширение путем погружения в дно скважины коротких элементов с несимметричным заострением.

Сваи комбинированного типа могут выполняться путем погружения сборного элемента в дно скважины и последующего бетонирования ствола. Погружение сборного элемента производится молотами или вибропогружателями с помощью специальной штанги.

Иногда буронабивные сваи (опоры) устраивают в оставляемых в грунте трубчатых стальных или железобетонных оболочках. Такие сваи устраивают на местности, покрытой водой, или вблизи существующих зданий, когда в основании залегают весьма неустойчивые грунты. Бетонирование полостей оболочек свай при отсутствии воды следует выполнять свободным сбрасыванием бетонной смеси с осадного конуса 6-8см. В этом случае бетон уплотняют только в голове ствола. При наличии в трубчатых полостях воды бетонирование ведут методом ВПТ.

Известны комбинированные сваи, выполняемые в виде свай-инъекторов. Ствол таких свай выполняют забивным или набивным, а уширенную пяту образуют методом закрепления грунта.

Недостатком набивных свай является относительно большой расход бетона. Этого недостатка можно избежать, если изготавливать специальные набивные сваи-оболочки. Разработаны оборудование и технология изготовления набивных свай-оболочек методом винтового продавливания. Оборудование разработано на основе спиралевидного снаряда и позволяет продавливать скважину в грунте, формовать тонкостенную оболочку в грунте и заполнять полость оболочки балластными материалами.