Технология бурения скважин под сваи
Большинство зданий возводится именно с использованием технологии строительства на сваях. Это позволяет сократить сроки строительства и его стоимость.
Этот процесс способствует максимальному укреплению фундамента здания.Применение данной технологии позволяет значительно снизить нагрузку построенного здания на грунт и не создает дополнительной нагрузки на фундаменты соседних, уже возведенных сооружений, что позволяет не допустить дополнительных динамических нагрузок. Когда идет строительство нового здания около уже существующего, используется забивка рядного шпунтового ограждения, уберегающего старые сооружения от дополнительных нагрузок и не допускающего обрушения грунта.
Это весьма актуально при строительстве на неустойчивой почве с низкой плотностью грунта и в местах повышенной сейсмической активности. Установка подобного фундамента позволяет проводить строительство в различных климатических условиях вне зависимости от времени года.
Наиболее распространены и пользуются спросом буронабивные скважины. Зачастую после бурения возникают проблемы с осыпанием грунта. Для устранения подобной проблемы внутри скважин производится установка специальных труб, предотвращающих осыпание грунта и помогающих сохранить форму скважины до тех пор, пока не закончится строительство.
Устанавливают сваи в грунт не только когда идет строительство новых домов, а также они могут использоваться для укрепления фундамента уже построенного здания, для укрепления склонов.
Схема процесса бурения скважин под фундамент.
Общие сведения о буронабивных сваях
До недавнего времени фундаменты на буронабивных сваях в основном использовались в портовом строительстве и мостостроении, однако в последнее время они получили более широкое применение в гражданском и промышленном строительстве.
Существует 3 основных типа буронабивных свай:
Устраиваемых в маловлажных и сухих связных грунтах, которым не требуются специальные мероприятия по укреплению стенок скважин;
Изготовляемых в слабых, обводненных и несвязных грунтах, стенки скважин которых придерживаются от обрушения сильным давлением воды;
Возводимых в аналогичных грунтовых условиях с закреплением стенок с помощью обсадных труб (инвентарных или неизвлекаемых).
Строительство буронабивных свай в маловлажных и связных сухих грунтах
Монтаж буронабивных свай в маловлажных и сухих грунтах, например, лессовых, производится с помощью буровых агрегатов, которые снабжены рабочими механизмами, действующими по технологии вращательного бурения (ковшевой бур или шнековая колонна), разбуривающими скважину в грунте необходимой глубины и диаметра в зависимости от проекта и используемого оборудования. С целью предотвратить обрушение грунта устье скважины обсаживают металлическим патрубком. Производится бурение с периодической выемкой грунта на поверхность с последующей отгрузкой его в автотранспорт.
По достижении забоя скважины проектной отметки при необходимости по длине скважины или в ее нижней части устраивают уширения путем разбуривания полости с помощью специального приспособления под названием уширитель. После окончания бурения скважина освидетельствуется и после ее приемки при необходимости в нее производят монтаж арматурного каркаса и бетонируют.
Бетонирование производится посредством вертикально перемещающейся трубы. Используемые бетонолитные трубы – секционные, со стыками разных конструкций. Когда производится монтаж свай по данной технологии, к стыкам бетонолитных труб особых требований по герметичности не предъявляется, поэтому основная задача стыков – обеспечить надежное и быстрое соединение секций труб. Бетонную смесь подают в приемную воронку бетонолитной трубы с помощью специального приемного бункера или непосредственно из автобетоносмесителя.
Бетонную смесь приготавливают на месте или доставляют централизованно. Бетонолитная труба по мере бетонирования извлекается из скважины. Уплотнять бетонную смесь в скважине при этом можно при помощи вибраторов, которые укрепляют на приемной воронке бетонолитной трубы.
Закончив бетонирование скважины, голову сваи формуют в специальном инвентарном кондукторе. По данной технологии наиболее часто производят монтаж буронабивных свай диаметром 400, 500, 600, 1000, 1200 мм и до 30 м длиной. Буронабивные сваи такого типа находят широкое применение в гражданском и промышленном строительстве.
Технология возведения буронабивных свай с укреплением стен скважины от обрушения излишним давлением глинистого раствора или воды
Данная технология используется когда производится монтаж буронабивных свай в обводненных неустойчивых грунтах.
Бурение скважины производят вращательным способом, но при необходимости проходки скальных прослоек могут быть использованы сменные рабочие детали ударного типа (долота, грейферы). Стены скважины в данном случае поддерживаются от обрушения избыточным давлением воды или глинистым раствором в скважине.
Массовый монтаж буронабивных свай связан с необходимостью заготовки и транспортировки больших объемов глинистого раствора, а в дальнейшем либо восстановлением, либо удалением со строительной площадки применяемого раствора. Это создает некоторые трудности в проведении работ зимой, кроме того, при установке буронабивных свай с использованием глинистого раствора усложнен контроль качества бурения скважины.
Принцип крепления стенки скважины избыточным давлением воды, которая была залита в скважину, превысив уровень грунтовых вод, заключается в том, что излишний напор образует гидродинамический поток воды в окружающий грунт из скважины. При этом создаются силы, которые препятствуют оплыванию и обрушению стенок скважины. Условием, которое необходимо при производстве работ данным методом, является превышение уровня грунтовых вод уровнем воды в скважине. Величина превышения должна составлять, как правило, не меньше трех метров.
Описанный выше способ крепления стенок скважин от обрушения считается наиболее простым, однако является не вполне надежным, труден в зимних условиях и требует безупречной организации работ.
После того как бурение скважины и зачистка забоя окончены, в нее производится установка арматурного каркаса, скважину бетонируют способом вертикально перемещающейся трубы. Если бетонирование происходит под водой, пользуются бетонолитными трубами с быстроразъемными герметичными стыками. Формование и бетонирование головы сваи осуществляется таким же методом, как бетонирование свай в сухом грунте.
Применяются буронабивные сваи длиной до 30 метров, диаметром от 600 до 1700 мм, с уширением до 3500 мм и изготовленные по описанной технологии.
Изготовление буронабивных свай с креплением стен скважин от обрушения при помощи обсадных труб
Обустройство буронабивных свай по данной технологии возможно в различных гидрогеологических и геологических условиях. При изготовлении свай обсадные трубы, удерживающие стенки скважин, можно оставлять в грунте.
В зависимости от типа проходимого грунта при ударном бурении по мере разработки скважины обсадную трубу погружают в грунт и следуют за забоем или опережают его до проектной отметки. Отдельные секции обсадной трубы при этом наращивают по мере надобности.
При вращательном методе бурения в первую очередь проходят лидерную скважину на длину одной секции обсадной трубы, затем в скважину погружают обсадную трубу. Затем производят бурение следующего участка, после этого в скважину наращивают и погружают очередную секцию обсадной трубы. Так бурение ведут до проектной отметки.
Скважины бурят не только при строительстве домов, но и для проведения надземных, внешних водомагистралей, газоснабжения. Чистая вода нужна людям, поэтому высоким спросом всегда пользуется буровая установка для бурения скважины на воду. Перед тем как будет приобретена буровая установка на воду, необходимо узнать как можно больше об условиях ее эксплуатации: в каких местностях вы собираетесь бурить, насколько глубоко залегают грунтовые воды, какие преобладают породы.
Вода, протекающая под землей, может быть артезианской или грунтовой. Грунтовые воды обычно находятся неглубоко от поверхности земли, так что для того чтобы их добыть, достаточно глубины простого деревенского колодца. Для их добычи не требуется большая и мощная установка для бурения на воду. Но грунтовые воды не всегда чисты и пригодны для употребления. Все зависит от экологии в данной местности. Если почва загрязнена, то воду, содержащуюся в ней, грунт отнюдь не только насытит полезными минеральными веществами, но и может отравить опасными для здоровья и жизни химическими соединениями или заразить бактериями.
Артезианские воды – другое дело. Они залегают глубоко под землей, за то гораздо меньше подвергаются вредному воздействию окружающей среды. Однако добывать их намного сложнее. Буровая установка на воду в данном случае требуется уже немалая, так как артезианские воды располагаются от 100 метров под землей и глубже. Буровая установка сделает скважину нужного размера и даст доступ к чистой воде.
Технология анкерного бурения
Существует несколько видов анкерного бурения. Они зависят от типов буроинъекционных анкеров, которые применяются в том или ином случае:
анкерных свай;
анкеров;
грунтовых нагелей.
Однако суть технологии при любом типе неизменна. При помощи специального ударно-вращательного бурового инструмента в грунт (породу) забуривается стальная штанга, снабженная на конце буровой головкой. Штанга может забуриваться как горизонтально, так и наклонно, и вертикально. Одновременно с процессом бурения происходит наполнение получаемой скважины водно-цементным раствором, который по достижению необходимой отметки становится все гуще.
Раствор подается под высоким давлением при помощи смесительно-насосной станции и после застывания образует прочную буроинъекционную сваю. Естественно, что из-за наличия в теле сваи армирующей стальной штанги прочность ее значительно возрастает.
Часто для увеличения этого показателя сквозь сваю протягивается стальной трос. Сферы применения анкерного бурения
Анкерное, как и горизонтальное бурение имеет множество сфер применения.
Укрепление стенок строительных котлованов;
противооползневые мероприятия; укрепление русел рек и береговых линий;
укрепление стен шахт и тоннелей;
стабилизация горных пород;
устройство телевизионных мачт, опор ЛЭП, вышек сотовой связи;
строительство железных дорог;
укрепление дорожных полотен, причальных стенок;
подведение новых фундаментов под уже имеющиеся;
расширение горных дорог;
защита гидротехнических сооружений от всплыва и многое другое.
Инъекционное закрепление грунтов
Основная цель инъекционного укрепления грунтов – улучшение прочностных, деформационных характеристик грунтов, уменьшение его водопроницаемости, заполнение существенных пустот в грунте (тампонаж карстовых пустот).
Метод инъекционного укрепления грунтов широко применяется как для проведения работ по закреплению широкой площади оснований авто- и железнодорожного полотна, оснований фундаментов масштабных зданий и сооружений перед началом строительства, строительстве котлованов и прочих подземных сооружений, так и для работ по усилению фундаментов, созданию противофильтрационных завес, пристенной гидроизоляции подземной части эксплуатируемых зданий, сооружений.
Специалисты предприятия в зависимости от свойств существующих грунтов и поставленных задач подберут оптимальную схему укрепления грунтов, состав и методику инъектирования закрепляющего раствора.
Методы инъекционного укрепления грунтов:
Цементация (нагнетание цементного раствора);
Силикатизация (укрепление грунтов одно- и многокомпонентными растворами силиката натрия);
Смолизация (инъектирование грунта различными органическими и синтетическими соединениями – смолами совместно или последовательно с отвердителями);
Газовая силикатизация (одновременное или последовательное с силикатизацией инъектирование в грунт различных газов).
Забивные сваи
Свайные фундаменты устраивают в виде :
— одиночных свай (под отдельно стоящие опоры);
— лент (под стены зданий и сооружений);
— кустов (под колонны) с расположением свай в плане в зависимости от геометрических размеров фундамента;
— сплошного свайного поля, предназначенного для восприятия нагрузок от здания (под плиту).
Сваи могут быть вертикальными и наклонными. Верх свай срезают под один уровень и соединяют между собой ростверком, принимающим на себя все нагрузки от зданий и сооружений, равномерно распределяя их на сваи.
Различают сваи-стойки и висячие сваи. Сваи-стойки прорезают слабые верхние слои грунта и передают нагрузку на более плотные и прочные нижние горизонты. Висячие сваи передают нагрузку за счет сил трения, возникающих между боковыми поверхностями сваи и уплотненным грунтом. Со временем грунт, как бы "засасывает" сваю, увеличивая силы бокового сцепления.
Забивные сваи изготавливают из железобетона, металла и дерева. Деревянные сваи изготавливают из хвойных пород: сосны, кедра, лиственницы, реже из дуба. Диаметр деревянной сваи в тонком конце должен быть не менее 18 см. Нижний конец сваи заостряют на длину, равную 1,5-3 диаметра бревна, и на него надевают стальной наконечник — башмак, предохраняющий заостренный конец сваи от разрушения во время его погружения в грунт. На верхний конец сваи надевают стальное кольцо - бугель, предохраняющий древесину от раскалывания и размочаливания во время ударов молота. У читателя может возникнуть сомнения по поводу долговечности деревянных свайных фундаментов. Они могут быть развеяны тем, что при строительстве многих мировых памятников архитектуры использовались деревянные сваи. Примером такого памятника может служить церковь Санта Мария делла Салюта, построенная в XVII веке, фундамент которой надежно покоится на 110 тысячах деревянных свай.
Железобетонные сваи чаще всего бывают квадратного сечения с заостренным концом и со стальным башмаком или обоймой на обратной стороне сваи. Железобетонные сваи могут быть с ненапрягаемой и предварительно напряженной арматурой.
Металлические сваи изготавливают из проката различного профиля (труб, швеллера, двутавра и т.д.). Трубчатые сваи могут заполняться бетоном - трубобетонные сваи. Преимущество трубчатых свай заключается в их легкости и возможности забивки на большую глубину с наращиванием длины сваи по мере ее погружения. Разновидностью трубчатых свай являются винтовые сваи, которые завинчивают в грунт, повышая тем самым их несущую способность в несколько раз.
Перед забивкой выполняют разметку свайного поля с использованием геодезических приборов, рулеток. Для этого устраивают обноски с продольными и поперечными рядами свай, в качестве которой служит натянутый шнур или тонкая проволока, натянутая в виде сетки осей свайного основания. Опуская отвес в местах пересечения осей, находят центр свай, которые помечают вбитыми в землю колышками с указанием порядкового номера сваи.
Погружают сваи в грунт при помощи сваепогружающих агрегатов, смонтированных на базе тракторов, кранов или тяжелых автомобилей. Кроме того, могут использоваться рельсовые копры и установки мостового типа. Рабочими органами сваепогружающих агрегатов служат паровые или дизельные молоты, вибромолоты, вибропогружатели или вдавливающие устройства. Выбор механизма для погружения свай зависит от типа свай, их веса, количества, сроков забивки и наличия средств механизации. Свайные молоты устанавливают на копры, представляющие собой систему ригелей и подкосов, опирающуюся на специальные платформы. Вместо платформ часто используют стреловые краны, на которые навешивают сваебойный механизм. Вибропогружатели воздействуют на сваю вибрацией. Их подвешивают на стреловые краны, закрепляя сваю к наголовнику. Наиболее эффективна комбинация молота и вибропогружателя, которая нашла свое отражение в вибромолотах. Процесс погружения сваи при этом намного ускоряется.
Винтовые сваи завинчивают электрокабестаном, к вращающемуся шпинделю которого прикрепляют сваю.
Процесс забивки и погружения сваи состоит из трех операций:
— перемещение копра или крана к месту забивки сваи;
— подъем и установка сваи;
— погружение сваи в грунт.
Рядовая схема применяется в несвязанных грунтах, сваи забивают последовательно в каждом ряду. Применение такой схемы в связанных грунтах может вызвать неравномерное напряжение в грунте и осадку сооружения.
После забивки свайного поля оголовники свай разбивают, обнажая арматуру. К арматуре сваи приваривают арматурный каркас ригеля-ростверка, который затем бетонируют в специально выставленной опалубке. Железобетонный ростверк служит опорой для стен здания.
Микросваи — железобетонные сваи длиной от 2,5 до 3 м используют для малоэтажного строительства. Их применение позволяет сократить расход железобетона на сооружение нулевого цикла, повысив при этом несущую способность основной опоры здания. Особенно ощутим эффект применения микросвайной технологии на пучинистых глинистых грунтах, где глубокое заложение фундаментов требует большого расхода бетона. Технология микросвай для малоэтажного домостроения в странах Западной Европы появилась более 40 лет тому назад. В нашей стране только недавно в лаборатории средств механизации фундаментостроения АО "ЦНИИС" разработана технология устройства фундаментов на микросваях. Эта технология положительно оценена Госстроем РФ. Для погружения микросвай была создана и специальная сваебойная техника облегченного типа. Базовым автомобилем для этого послужила модель ТАЗ-66", отличающаяся маневренностью и мобильностью. Благодаря этому появилась возможность погружать микросваи в труднодоступных местах и в сложных геологических условиях. При этом сооружение фундаментов на микросваях можно вести в любое время года даже на болотистых участках и насыпных грунтах.
Специфическая форма микросвай (вытянуто-прямоугольная или трапецеидальная с площадью поперечного сечения до 300 см2) в отличие от квадратной или круглой формы обычных свай позволяет создавать фундаменты с самым минимальным расходом железобетона. Причем микросваи применяют как для домов бесподвальной конструкции, так и для зданий с подвалами и цокольными этажами. Для сооружения стен подвала разработаны специальные железобетонные панели толщиной 100 — 120 мм, которые опираются на забитые микросваи. Основанием для ограждающих конструкций служит железобетонный ростверк, технология сооружения которого практически не отличается от традиционной. В бревенчатых домах и зданиях из бруса нижний (окладной) венец можно устанавливать непосредственно на оголовники микросвай. В этом случае требуется точность глубины погружения, которая контролируется нивелиром. Для этого на свае делается отметка (углем или темным фломастером) и производитель работ при помощи нивелира контролирует процесс погружения. При совпадении отметки на свае с осью визирной сетки нивелира процесс погружения микросваи прекращают.
