Способы и средства ремонта буронабивных свай

Набивные сваи после их изобретения и устройства в России в 1899 г. широко применяют во всем мире.

Такие сваи целесообразно устраивать на площадках со сложными инженерно тАУ геологическими условиями, затрудняющими или делающими невохможным применение забивных свай; на площадках с большой толщей просадочных грунтов; застроеных районах, где погружение забивных свай может привести к деформациям элементов несущих конструкций или оборудования. Кроме того, при устройстве набивных свай исключается шум, вызываемой работой молотов.

При устройстве набивных свай легко решаются вопросы увеличения диаметра ствола (до 1,5 м и более) при глубине заложения до 60 м и более для передачи на них больших сосредоточенных нагрузок до 500...1000 т на сваю и более и армирование ствола сваи на расчетном участке. Набивные сваи, как правило, устраивают по индивидуальным проектам в соответствии с нормативно тАУ инструктивными документами. В настояшие время в практике отечественного фундаментостроения применяют буронабивные сваи с уширением и без.

Технология изготовления таких свай зависит от геологических и гидрогеологических условий строительной площадки. Применяют в основном три известных способа устройства свай: без специальных мероприятий по крепления стенок скважины; с обеспечением устойчивости стенок скважины от обрушения избыточным давлением глинистого раствора или воды; с креплением стенок скважины неизвлекаемыми или инвентарными обсадными трубами.

При строительстве зданий на водонасышенных неоднородных глинестых грунтах текучей консистенции с прослойкой песков и суписей буронабивные сваи длинной до 50 м можно применять с применением свай тАУ оболочек. Иногда такие сваи называют трубобетонными.

Для повышения несущей способности буронабивных свай в их основании устраивают уширения. Такие уширения образуют энергией взрыва (в этом случае сваи называют буронабивными с комуфлетным уширением), механическим разбуриванием полости пяты, путем вдавливания грунта в стенки скважины, а также путем втрамбовывания в основание скважины жесткой бетонной смеси или забивкой в основание скважины группы свай малого размера.

Способ изготовления буронабивных свай без крепления стенок скважины рекомендуется применять при прорезании устойчивых связных грунтов (глинистые грунты твердой, полутвердой, тугопластичной консистенции, в том числе просадочные и набухающие); при залегании грунтовых вод в период строительства ниже пяты сваи.

Изготовляют буронабивные сваи сухим способом в соответствии с технологической схемой, приведенной на Рис.1.

Бурение скважин для свай ведется вращательным и ударно тАУ канатным способом, с применением шнеков, буровых цилиндров или желонок. При необходимости разбуривания уширения к станку вместо бурового органа присоединяют уширитель. После окончания бурения устанавливают кондуктор тАУ опалубку с обсадным патрубком и вращением цилиндрической бадби с прорезями и откидным днищем зачищают забой (дно скважины).

В скважинах без уширений вместо зачистки забоя допускается уплотнение основания втрамбовыванием слоя щебня или жесткого бетона толщиной 15...20 см с помощью балансира, долота или виброштампа. При этом стенки скважины должны быть закреплены инвентарной обсдной трубой.

Кондуктор с обсадной опалубкой можно не ставить в случаях, когда в устье скважины связный грунт достаточно устойчив, поверхность земли очищена от рыхлого грунта и обсыпание его исключено, воронка (бункер) с бетонолитной трубой опирается непосредственно на поверхность земли, обжимая грунт в устье скважины, и армирование ствола производится отдельными стержнями (без хомутов) в свежеуложенный бетон сваи.

Перед бетонированием в скважину опускают арматурный каркас, продольные стержни которого должны быть выпущены выше отметки верха сваи на длину, указанную в проекте. Короткие арматурные каркасы подвешивают к кондуктору. Для бетонирования подают бетонную смесь через воронку (бункер) с бетонолитной трубой диаметром не менее 273 мм.

Длина бетонолитной трубы зависит от зазора между нижним концом трубы и забоем скважины. Зазор до бетонирования должен быть в пределах 20...50 см.

Бетонная смесь поступает в воронку (бункер) непосредственно из автобетоносмесителя или вибробадьи с секторным затвором, которую подают стреловым краном.

Объем бетонной смеси, подаваемой через бетонолитную трубу, должен быть достаточным для заполнения скважины с небольшим превышением отметки головы сваи, чтобы компенсировать понижение уровня бетона при извлечении трубы за счет заполнения затрубного пространства и усадки при твердении.

Бетонирование буронабивных свай должно производится без перерывов. Если бетонирование ствола прерывается на 2 часа и более, бетонолитную трубу оставляют в теле сваи, а бетонирование завершают после доставки бетонной смеси независимо от продолжительности перерыва. Если при прерывании бетонирования бетонолитная труба будет поднята выше уровня бетона в скважине или полностью извлечена, а затем ствол добетонирован без очистки поверхности бетона от обсыпающейся земли и без усиления стыка, то такая свая признается дефектной и взамен ее должна быть назначена дополнительная.

Способ устройства сваи под защитой глинистого раствора целесообразно применять при проходке скважин в водонасыщенных неустойчивых грунтах (глинистые, мягкопластичной и текучепластичной консистенции), осыпающихся или оплывающих в незакрепленных скважинах.

Буронабивные сваи с применением глинистого раствора изготавливают в соответствии с технологической схемой, приведенной на Рис.2. Поддготовка к свайным работам включает также работы по организации глинистого хозяйства.

Глинистое хозяйство состоит из глиномешалки для приготовления раствора, грязевого насоса, зумпфов для чистого и отработанного глинистого раствора и системы траншей для сброса раствора, в который он поступает через жолоба. Сток осуществляется следующим образом: по контуру котлована роют траншею, в которую укладывают деревянный желоба сечением 40х40 см с уклоном в сторону зумпфа 1:100. От каждого куста свай подводится такой же желоб к магистральному. Объем зумпфов для глинистого раствора определяют из расчета нормальной работы без вывоза отработанного раствора в течении 3...4 дней, что составляет 150...200 м³. Зумпфы следует размещать за пятном здания. В противном случае их приходится переносить в процессе производства работ. Необходимо предусматривать транспортные средства для вывоза отработанного раствора и место его сброса.

Бурение скважин и разбуривание уширений с применением воды вместо глинистого раствора допускается в связных грунтах (суглинках и глинах) только в том случае, если устойчивость стенок скважины и свода уширений установлена опытным изготовлением свай и обусловлена проектом.

Бурение скважин под глинистым раствором осуществляется станками ударно тАУ канатного и вращательно тАУ всасывающего бурения; для разбуривания уширения рабочий орган заменяют уширителем специальной конструкции.

Во избежания размыва устья скважины циркуляционным потоком глинистого раствора во всех случаях необходимо устанавливать кондуктор или специальный контейнер с обсадным патрубком длинной 1...1,5 м.

Состав глинистого раствора задается проектом и подбирается в лаборатории в зависимости от характеристики промерзаемых грунтов и применяемой глины. Глинистый раствор приготовляют из бетонита или местных глин. Уровень глинистого раствора в скважине независимо от способа бурения должен превышать уровень грунтовых вод не менее чем на 1 м пр наличии обсадной трубы, при отсутствии обсадки тАУ должен быть не ниже устья скважины.

После разбуривания уширения скважины промывают тем же глинистым раствором до полного выноса бурового шлама, но не менее 10 минут.

Перерывы при бурении скважины, а также между окончанием бурения скважины и разбуриванием уширения допускаются не более 8 часов при условии поддержания в скважине уровня глинистого раствора на отметки поверхности земли или подошвы отводяшего лотка.

Перерым между окончанием разбуриания уширения с промывкой и началом бетонирования сваи допускается для песков и супесей не более 2, для суглинков и глин не более 4 часов. При перерывах большей продолжительности с помощью уширителя производится контрольная проверка сохранности уширения, а также повторная промывка глинистым раствором. При перерывах более 8 часов пригодность буровой скважины устанавливает комиссия с участием представителя технадзора заказчика.

Состав бетонной смеси также подбирается в строительной лаборатории. Он должен удовлетворять требованиям действующих ГОСТов на гидротехнический бетон. Прочность бетона при подборе его состава принимается на 10 % предусмотренной проектом.

Бетонирование уширенной полости ствола сваи осуществляется методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). Для подачи бетона применяют стальные бесшовные трубы диаметром 273...300 мм. Трубы могут быть цельными или собранными из отдельных секций. Цельные трубы рекомендуется применять при глубине скважины до 12 м и расходе бетонной смеси до 4 м³ на 1 сваю. При применении труб, собранных из отдельных секций, необходима герметизация всех стыков.

Верхние концы бетонолитных труб следует снабдить жесткими металлическими воронками (бункерами), для загрузки бетонной смеси, которые изготовляют из листовой стали толщиной 3...5 мм с металлической обвязкой из угловой стали. К воронке (бункеру) прикрепляют площадку с ограждением и лестницей.

Бетонирование методом ВПТ рекомендуется производить с применением вибраторов, укрепленных на трубах или воронках.

Для подъема и опускания труб, а также их наращивания или укорочения применяются стреловые краны необходимой грузоподъемности или инвентарные металлические вышки с электрическими лебедками. Вышку ставят над устьем скважины и предназначают для: заполнения воронки (бункера) и трубы бетонной смесью в любом рабочем положении; подъема и опускания трубы; убержания трубы при снятии верхних звеньев; предохранения трубы от горизонтальных смещений и перекосов во время бетонирования; наблюдения за режимом бетонирования (заполнением трубы, ее заглублением и т.д.).

Механизмы для подъема и опускания труб должны обеспечивать их вертикальное перемещение и возможность быстрого опускания трубы на 50...100 см.

При первоначальном заполнении трубы бетонной смесью применяют пробки, предохранительные клапаны, изолирующие бетонную смесь от смешивания с глинистым раствором или водой.

Во избежание растекания глинистого раствора на рабочей площадке над устьем скважины устанавливают бездонный металлический ящик с отверстием над отводящим лотком. Бетонирование ведется с выпуском раствора через верх кондуктора тАУ опалубки.

Уровень бетонной смеси в скважине и величину заглубления трубы проверяют с помощью стандартного уровнемера или лота, опускаемого в зазор между стенкой скважины и трубой. В зависимости от результатов измерений устанавливают предельно возможную высоту подъема трубы.

Интенсивность укладки бетонной смеси должна быть не менее 4 м³/ч в летних условиях и 5 м³/ч тАУ в зимних, но не менее 4 пог.м. ствола в час. Перерывы в бетонировании не должны быть более 1 ч.

В случае прорыва глинистого раствора или воды в трубу (при неосторожном ее подъеме или недостаточном заглублении), о чем судят по падению уровня глинистого раствора или воды в скважине, бетонирование следует немедленно прекращать.

Свая признается дефектом, если при ее бетонировании образовался разрыв между бетонной смесью и бетонолитной смесью и бетонолитной трубой и в смесь попал шлам, а бетонирование продолжалось без его удаления. Пониженную несущую способность такой сваи компенсируют устройством дополнительной сваи.

При бетонировании свай методом ВПТ необходимо обеспечить интенсивную и непрерывную подачу бетонной смеси. При этом к концу бетонирования глинистый раствор и загрязненная бетонная смесь должны быть полностью удалены из скважины.

Признаком качественного завершения бетонирования является выход на поверхность земли незагрязненного бетона с наличием в щебня или гравия такой же крупности, какая была в примененной бетонной смеси.

При устройстве буронабивных свай под слоем глинистого раствора возникает ряд технологических трудностей, а главное, не всегда обеспечивается требуемое качество их стволов. Поэтому вместо раствора для крепления стенок скважины применяют инвентарные или неизвлекаемые металлические обсадные трубы. Обсадку скважин в зависимости от условий их проходки производят частично или на всю глубину.

Скважина образуется вдавливанием обсадной трубы с одновременным извлечением грунта из ее внутренней полости. Вдавливание трубы производится с помощью гидродомкратов, сообщающих ей вращательно тАУ поступательное движение, что значительно облегчает ее погружение.

Извлекают грунт из скважины установками вращательного и ударно тАУ вращательного бурения. Применять такой метод целесообразно лишь в тех случаях, когда в процессе бурения встречается неустойчивый обводненный грунт с твердыми прослойками и включениями.

Наличие обсадных труб не исключает притока в скважину грунтовых вод. В ряде случаев приходится проходить пески тАУ плывуны, которые, обладая большой подвижностью, поднимаются вверх по обсадной трубе и препятствуют работе. Для предотвращения этого яявления в обсадную трубу заливают воду, которая позволяет создать гидростатическое давление и предотвратить поступление песка тАУ плывуна в трубу. В этом случае скважину бетонируют методом ВПТ, а обсадную трубу извлекают так, чтобы ее нижний конец был заглублен в слой бетона на 1,5...2,0 метра. Крепят стенки скважины обсадными трубами в ряде случаев не на всю высоту, а только в пределах неустойчивой части грунта.

Для крепления нижней части скважины последнюю бурят несколько большего диаметра, чем у обсадной трубы. В изготовленную скважины до самого конца опускают обсадную трубу (неизвлекаемую или инвентарную), которую заполняют бетоном.

Слабые грунты могут оказаться на любой глубине образуемой скважины. Если стенки скважины устойчивы не по всей длине, вначале скважину бурят без обсадной трубы. При этом диаметр образуемой скважины делают несколько больше, чем у обсадной трубы. Затем трубу до дна скважины заполняют бетоном и при необходимости извлекают ее краном.

Когда известно, что слабые грунты распологаются в нижней части скважины, ее бурят вначале без обсадной трубы. Затем ее вставляют в пробуренный участок скважины. Дальше погружают трубы при помощи пригруза массы рабочего органа буровой установки.

В случаях расположения слабых грунтов только в верхних частях скважин скважины бурят с применением обсадной трубы лишь в пределах участка слабых грунтов. Извлекают обсадную трубу тогда с помощью гидравлического выдергивателя, который работает в комплексе с инвентарной обсадной трубой и вибратором. Закреплять стенки скважин можно также железобетонными кольцами, большинство которых имеет одинаковые с металлическими трубами размеры наружного диаметра, но стоимость их в несколько раз меньше последних.

Буронабивные сваи повышенной несущей способности в сложных инженерно тАУ геологических условиях можно устраивать с использованием свай тАУ оболочек, широко применяемых в транспортном строительстве. В грунт сваи тАУ оболочки погружаются одним из трех способов: без выборки грунта из оболочки, с выборкой грунта, а также в предварительно пробуренные скважины.

Для погружения сваи по первому способу не требуется вырабатывать грунтовое ядро внутри оболочки. Для погружения таких оболочек применяют ударные или вибрационные механизмы. Этот способ применяют для проходки однородных слабых грунтов, если представляется без нарушения прочности ствола сваи образовать и уплотнить грунтовое ядро.

При проходке неоднородных грунтов с твердыми скоплениями в сложных инженерно тАУ геологических условиях, в которых сваи оболочки испытывают со стороны грунта значительные сопротивления, их рекомендуется погружать с удалением грунта из ее полости. В этих случаях сваи погружают с помощью колцевого вибратора, имеюшего отверстие для погружения рабочего органа, вырабатывающего грунт внутри оболочки. При указанном способе могут возникать большие лобовые и боковые напряжения.

Прочность оболочки в этом случае определяют нагрузками не от сооружения. А от сопротивления грунта. Это обстоятельство приводит к излишнему увеличению прочности тела сваи. Этого недостатка не имеет способ погружения свай тАУ оболочек в предварительно пробуренные скважины. При этом можно легко заделывать низ сваи тАУ оболочки в плотный грунт, а также устраивать бетонную пробку или уширенную пяту.

Для увеличения несущей способности сваи по грунту и более полного использования прочностных характеристик материала, основание сваи уширяют или уплотняют. При необходимости делают и то и другое.

Для устройства уширений свай применяют специальные устройства тАУ уширители. Рабочим органом таких утройств являются уширители режущего или вдавливающего типа. Уширители первого типа оснащены ножами, и в процессе образования полости уширения обеспечивается выдача разработанного грунта на поверхность непрерывно или циклично.

Устройство полости уширения и ее форма зависят от направления раскрытия режущих рабочих органов, а также от расположения шарниров вращения дают возможность открывания рабочих органов вверх. Полученная при этом полость уширения имеет вид усеченного конуса. Такая форма особенно целесообразна при разработке несвязных грунтов, когда устойчивость образованных обратных откосов обеспечивается с помощью глинистого раствора.

Уширителем с нижним расположением шарниров вращения можно образовать сферический свод с примыкающим основанием в виде перевернутого конуса. Применять уширители этого типа целесообразно только в связных грунтах, так как сводчатое нависание грунта при разработке несвязных грунтов даже с закреплением глинистым раствором более опасно, чем обратный откос.

Для ряда грунтовых условий целесообразно устраивать уширения методом вдавливания. С этой целью можно использовать уширитель свай гидравлический (УСГ) или уширитель свай механический (УСМ).