Инновационный и эффективный метод устройства силовой конструкции — буроинъекционные сваи

Оборудование для установки

Универсальная буровая установка

Закладка стержней свай ведется с применением специальной техники. С помощью подручных приспособлений и инструментов также можно поставить буроинъекционные стержни, но только для малых строений загородного типа.

Разные установки на базе силового агрегата отличаются техническими параметрами и мощностью. Навесные приспособления с мощной помпой монтируются на любом автомобиле. Используются самоходные МБУ — мобильные буровые установки с колесным или гусеничным ходом. Для строительства зданий больше используются автомобильные платформы, т.к. они более мобильные.

Базовая колонна содержит элементы:

• шнековый бур;
• вращатель свай;
• вертлюг;
• металлическая мачта;
• гидроподъемник.

Классификация и конструкция буронабивных свай

Буронабивные сваи — железобетонные конструкции, скважина под монтаж которых формируется посредством бурения. Типичная конструкция буронабивной опоры состоит из двух элементов — бетонного тела и арматурного каркаса. Для армирования свай применяются готовые арматурные каркасы заводского производства. Тип каркаса — продольно-поперечный, он состоит из вертикальных арматурных прутьев, которые соединяются горизонтальными перемычками. Для создания продольного контура используется рифленая арматура, произведенная по горячекатаному методу (класс А1-А3). Диаметр прутьев подбирается исходя из размеров сваи, он может варьироваться в пределах 12-20 мм.

Рис: Армокаркас для бурнонабивных свай

Фиксирующие поперечные перемычки выполняются из гладкой арматуры (диаметр 8-15 мм). Соединение каркаса выполняется электродуговой сваркой. После стыковки каркас, с целью предотвращения коррозии, покрывается защитной грунтовкой.

Важно: бетонное тело буронабивной сваи создается из смеси марки М200-М300, соответствующей классу прочности В25. Нормативная морозостойкость используемого бетона — 200 циклов, класс водонепроницаемости — 6. Согласно особенностям конструкции выделяют два вида буронабивных свай:

Согласно особенностям конструкции выделяют два вида буронабивных свай:

• Цилиндрические;
• С уширением опорной подошвы.

Цилиндрические сваи имеют одинаковое сечение по всей длине ствола, тогда в уширенных сваях нижняя часть ствола обладает увеличенным диаметром. За счет увеличенной площади опирания такие опоры получают повышенную устойчивость в грунте и большую грузонесущую способность.

Рис: Схема монтажа буронабивных свай с уширением

Уширение может формироваться двумя методами — посредством использования специальных буровых колонн с откидными резцами либо камуфлетным методом, при реализации которого на дне скважины размещается взрывчатое веществом и производится его последующая детонация.

Формирование стоимости

Чаще всего во время устройства буронабивных свай производится целый комплекс строительных работ: разметка свайного поля, бурение скважин, сварка арматурных каркасов, установка армирования в полости, заливка бетонного раствора в скважины с использованием глубинного вибратора. То есть общая стоимость буроинъекционных свай состоит из следующих частей:

1. Стоимость работ по бурению скважин (глубина бурения).
2. Цена водо-песчаного или песчано-цементного состава (объем требуемого раствора).
3. Стоимость арматуры и сборка армированного каркаса.
4. Амортизация специальной техники, которая используется на стройплощадке.
5. Доплата, если рабочий процесс осложняется с учетом особенностей местности (тип и сложность рельефа).

Правильно рассчитанный и грамотно установленный фундамент на буроинъекционных сваях подойдет для сооружения любых конструкций на неустойчивых грунтах. В отличие от ленточного основания, фундамент на сваях стоит гораздо дешевле. Установку буроинъекционных свай стоит доверять лишь опытным строителям. Только так получится сделать действительно прочную основу здания.

Устройство буроинъекционных свай

Что такое буроинъекционная свая, и как она устроена? Это конструкция из бетона, которую устанавливают под углом 300-450 к стенкам фундамента для того, чтобы она взяла на себя несущие нагрузки от ремонтируемого локального участка (строители говорят – разгрузила). Технология ремонта основания буроинъекционными сваями технически несложная, кроме одного пункта: установить их самостоятельно и без специального оборудования практически невозможно.

Свая делается из бетона с наполнителями мелких фракций, не армируется, но таким способом можно укрепить любой фундамент. Бетон в этой технологии используется везде – и при создании сваи, и при ее заливке, и при проведении инъекций, так что основной недостаток этого метода – дороговизна, связанная не только с приготовлением большого объема раствора, но и с его доставкой. Скважин для монтажа свай может понадобиться от нескольких единиц до нескольких десятков, а при минимальном диаметре скважины 30 см и глубине заложения опоры до нескольких метров получится внушительная цифра расхода смеси. На практике глубина погружения сваи зависит от уровня промерзания грунта, и бурить нужно на 0,5-0,7 м ниже этой точки.

Устройство и монтаж буроинъекционных свай

Преимущества буроинъекционных свай при усилении и ремонте оснований:

1. Монтировать сваи можно в труднодоступных для строительной техники местах;
2. Укрепить можно даже фундаменты зданий, находящихся в зоне сильных промышленных вибраций:
3. При использовании природного камня-дикаря получается не самое прочное основание, которое может смещаться вбок со временем, но применение буроинъекционных свай укрепляет и такие старые конструкции;
4. Профессиональное проектирование свай использует классические методики, позволяющие узнать количество опор и тип конструкции;
5. Буроинъекционные сваи имеют идеальную несущую способность, что позволяет им выдерживать вес любого здания, стоящего на рыхлом или песчаном грунте, так как скважина бурится ниже уровня слабых слоев почвы.

Спецтехника для монтажа свай Фундамент рекомендуется усиливать в таких случаях:

1. В фундаменте начали появляться трещины;
2. Происходит локальная усадка здания. Это может проявляться как по углам, так и по периметру стен дома;
3. При реставрации аварийного здания, текущее состояние которого необходимо сохранить до начала ремонта;
4. При необходимости защиты фундамента от промышленных или производственных вибраций. Как пример – вибрации грунта в зоне железнодорожных узлов или крупных автотрасс;
5. При необходимости замены разрушенной винтовой сваи или столбчатой опоры можно использовать буронабивную сваю;
6. При укреплении здания в зоне плотной застройки – в центре города, к примеру.

Монтаж сваи внутри здания Последовательность рабочих операций по укреплению фундаментов с применением буроинъекционных свайных опор:

1. Перед составлением проекта ремонтируемого основания делается расчет новой конструкции, после чего разрабатывается сам проект;
2. Путем изысканий устанавливается тип и свойства грунта, количество слоев и глубина залегания прочного слоя;
3. По разметке в проекте бурятся скважины – угол бурения 300 от вертикальной оси, глубина – расчетная;
4. Бетонный раствор для инъекций должен быть средней плотности с низкой дисперсностью;
5. Спецтехникой или мощным насосом, создающим необходимое давление, бетонный раствор подается в скважину;
6. Скважины соединяются арматурой друг с другом и с ремонтируемым фундаментом.

Создание и заливка буроинъекционных свай

Сваи буроинъекционные (БИС)

Монтаж БИС по большому счёту подразумевает замену отработанного грунта из скважины бетонным раствором, который подаётся туда под давлением через полый шнек, а затем в залитую смесь погружается арматурный каркас до определённой проектной отметки.

Вся технология — буроинъекционные сваи и их монтаж по несущим способностям определяется статическим испытанием согласно ГОСТ 5686-78. Стержни БИС отличаются гибкостью (l/d = 80-120) и малым диаметром (d = 120-250 мм), а название происходит от процесса изготовления, то есть, от инъёкции бетона в буровую скважину.

Общие положения и применение

По конструкции и способу изготовления БИС можно разделить на несколько видов: а) происходит вытеснение бурового раствора с опрессовкой 0,2-0,4 МПа; б) под защитой обсадной трубы с опрессовкой 0,2-0,4 МПа; в) инъекция в сухую, заранее выбуренную скважину; г) сброс бетона в пробитую скважину; д) винтонабивные.

Технология изготовления

В зависимости от состояния грунта и области применения существуют различные технологические схемы производства БИС.

На верхнем рисунке в позиции I и II (позиция III – это уже бетонирование) показан принцип целесообразности шнекового бурения скважин диаметром от 13 до 18 см, где диаметр долота не должен превышать 10 мм. Это обеспечит затирание стенок на скважине более влажным грунтом, который поднимается по шнеку и препятствует осыпанию сверху. Для пробития скважин применяется пневмопробойник или станок БС-1М, после этого при помощи шланга производится инъекция цементно-песочным раствором прямо в забой.

Для маловлажных глинистых грунтов со скважиной более 18 см наиболее целесообразно свободное сбрасывание раствора в шурф с осадкой корпуса от 13 до 18 см. Если длина арматурного не превышает 5м, то лучше всего его устанавливать непосредственно в свежую бетонную смесь.

На схеме вверху вы видите принципы монтажа в водонасыщенных грунтах (I-IV) и I, V, VI – в сухих. При этом I: бурение; II, VI — установка арматурного каркаса; III, V – процесс бетонирование сваи; IV — опрессовка скважины и извлечение обсадки. Помимо этого на обозначениях: 1 — обсадные трубы; 2 – арматурный каркас; 3 — инъекционная труба; 4 – штуцер с оголовком; 5 — шланг растворонасоса; 6 — готовая БИС.

I — бурение скважин при помощи шарошечного долота (шарошка); II — монтаж арматурного каркаса; III- монтаж инъекционной трубы и заполнение скважины смесью: IV — монтаж тампона и опрессовка скважины с забоя: IVа — опрессовка скважины со стороны устья (1 — буровой став 2 – арматурный каркас; 3 — инъекционная труба; 4 — усиливаемое основание; 5 — устьевой лоток; 6 — тампон с сальником; 7 — расширенная часть сваи; 8 – БИС).

• I — устройство скважины; II — наполнение шурфа инъекционной смесью; III — монтаж арматуры; IV – опрессовка. 1 — обсадная труба; 2 — инъекционная труба; 3 — трубчатая арматура; 4 — инъектор с двойным тампоном
• е) при монтаже буроинъекционных свай с винтовой навивкой по стволу (винтонабивные сваи) скважина создаётся путем завинчивания в грунт полого формирующего наконечника, который состыкован с вращательной инъекционной трубой, в которой монтируется арматурный каркас. БИС создаётся при вкручивании наконечника и подачи цементно-песочного раствора под давлением 0,2-0,3 МПа насосом в полость, образующуюся в грунте.

Какой фундамент лучше — свайный или ленточный

Ленточный фундамент прост и надежен для любой, даже самой громоздкой постройки, и его применяют на различных грунтах.

По сути это замкнутая часть и опора всех стен здания, и она погружена в грунт на заданную глубину.

Такой фундамент может быть изготовлен из следующих материалов:

• Кирпич.
• Камень.
• Фундаментный блок.
• Комбинированный способ.
• Монолит из железобетона.

Последний способ наиболее распространен.

Плюсы:

1. Надежность.
2. Прочность.
3. Отличные эксплуатационные показатели.
4. Высокая устойчивость к нагрузкам. Лента выдерживает нагрузки, превышающие вес здания.
5. Малый объем земляных работ.
6. Всесезонность обустройства.
7. Большой срок службы.

Присутствуют и некоторые минусы, свойственные любым конструкциям:

• Большой собственный вес.
• Возможно образование трещин или даже перелома фундамента в случае появления давления в определенной точке.
• Немалые материальные затраты.
• Велика трудоемкость работы.

Оба вида основания – как свайное, так и ленточное имеет свои достоинства и недостатки, и сделать правильный выбор можно только исходя из конкретных условий.

Выбирать следует, прежде всего, исходя из гидрогеологической ситуации на данном участке, сезонными изменениями грунтовых вод, типом рельефа и многими другими факторами. Исходя из всех параметров, и их сочетания осуществляется оптимальный выбор.

Принцип технологии

Для буроинъекционных опор в земле делаются скважины диаметром до 40 см. При достижении необходимой глубины они наполняются водоцементным или цементно-песчаным составом, подающимися внутрь под большим давлением с помощью полого шнека. За счет подачи раствора под давлением его можно заливать и в горизонтально, и в вертикально сделанные скважины. Затем в еще не застывший бетон устанавливается армированное каркасное основание.

Требования к армированию и бетонированию

С учетом действующего СНиП существуют определенные требования к бетонированию и использованию армирования в буроинъекционных сваях. Технология установки:

1. Сечение устанавливаемого каркаса должно быть всегда меньше на 14 см, в отличие от диаметра пробуренной полости. Это позволяет избежать заклинивания каркаса в скважине.
2. Для армирования применяются пространственные каркасы, у которых продольные пояса находятся на одинаковом расстоянии по отношению друг к другу. Минимальное число продольных прутьев — 6 штук, класс арматуры — А3 (сечение — не менее 18 мм).
3. К армирующим каркасам предъявлены высокие требования относительно жесткости. Крепление элементов производится с помощью сварки, арматура должна быть дополнительно усилена стальными кольцами, находящимися с внешней части каркаса с дистанцией 2 м. Устанавливаются кольца с шириной 5−10 см, толщиной — 8−10 мм.
4. Наибольшая длина арматуры — 11,7 м. Если требуется установка каркаса в скважину большего размера, то отдельные части свариваются друг с другом на стройплощадке.
5. Для устройства буроинъекционных свай используется бетон М300 с классом сжатия не менее В22,5.

Также требуется заливка защитного бетонного слоя вокруг каркаса слоем не менее 7 см. Равномерное расположение арматуры в скважине достигается благодаря креплению фиксаторов на металлических кольцах жесткости.

Условия монтажа

Также существуют требования и к непосредственно процессу монтажа БИС. С учетом СНиП должны быть соблюдены следующие условия:

1. Во время постоянных работ можно бурить близлежащие скважины с шагом, который не превышает 3 диаметра уже находящейся сваи. Если дистанция меньше допустимой, разрабатывать новую опору можно только по истечении суток после заливки бетоном предыдущей опоры.
2. Процесс заливки бетоном производится при постоянных поступательно-возвратных передвижениях шнека.
3. Обязательное сохранение постоянного давления подачи бетонного раствора при наполнении полости, при его снижении требуется уменьшить время извлечения шнековой колонны.
4. После окончания процесса заливки бетоном МБУ должна отъехать от скважины. Грунт, который был выработан во время установки опоры, убирается с помощью экскаватора.
5. После очистки территории в устье скважины устанавливается кондуктор и выполняется заливка бетоном надземной части опорного столба.
6. Армирование сваи производится тут же по окончании наполнения полости бетоном и очищения устья скважины.

Монтаж буронабивных свай — крепление на глинистый раствор или давление воды

Такой вид свай под фундамент крепится сильным давлением воды или раствором на глиняной основе (если работы проводятся в неустойчивых обводненных грунтах).

Процесс бурения производится методом вращения или ударным, но если нужно проходить слои скальной породы, возможно применение долота или грейфера (ударный тип устройства).

При бурении скважины, производится закачка глиняной смеси, которая имеет свойства по противодействию гидравлическому давлению и разрушению грунтовой стены. После внедрения в почву глиняной смеси образуется слой в виде корки на стенах.

Во избежание загрязнения всей площади строительства смесью, по контуру площадки и в ее грунте устанавливаются желоба из дерева с уклоном, по которым транспортируется отработанный раствор в сборник зумпф.

Иногда применяется другой метод скрепления стен колонны — превышающим давлением воды. При использовании данного метода, важным фактором будет излишний уровень воды в отверстии над уровнем грунтовой воды.

Особенности укрепления оснований буроинъекционными сваями

Варианты укрепления фундамента буроинъекционными сваями

Далеко не всегда можно построить прочный фундамент строго по проекту. Тем более, что многие проектировщики не имеют достаточно опыта, их работа поставлена на поток и ошибки в расчетах неизбежны. И самым быстрым и щадящим методом устранения их ошибок в уже построенном фундаменте считается использование буроинъекционных свай.

Расчеты необходимого количества свай, их типа и диаметра нужно доверять профессионалам с большим опытом работы в этой сфере. Самостоятельно проводить настолько сложные расчеты не рекомендуется.

Также нужно помнить, что многие фундаменты подвержены еще большему разрушению за счет использования вибрационной техники.

Также нужно предусмотреть специальный щит, который временно перекроет распространение подвижек от близлежащих магистралей.

Общий принцип создания буроинъекционных свай и различные технологии

Устройство буроинъекционных свай определяется технологией их монтажа – в скважину заливается бетонный раствор, в нем устанавливается армирующий каркас. Лучше всего показали себя технологии без использования обсадных труб. Они более просты в реализации, экономичны и дают отличные результаты.

CFA

Технология CFA предусматривает использование для бурения непрерывного полого шнека. В процессе его погружения в грунт выбуренная порода удаляется из скважины. После достижения необходимой глубины шнек начинает подниматься, в то время как по его каналу подается бетонный раствор, заполняющий скважину. Заключительным этапом работ является погружение армирующего каркаса в жидкий раствор.

DDS

Принципиальным отличием технологии DDS является метод выполнения скважины. В этом случае грунт не эвакуируется, а уплотняется, образуя прочные стенки. В остальном (заливка раствора, установка арматуры) последовательность действий аналогична.

Расценки на бурение скважин в смете

Основным сборником в сметно-нормативной базе ФЕР, в котором можно найти расценки для сметы на бурение скважин, является сборник ФЕР04. Он носит название «Скважины» и содержит в своем составе большинство норм на работы, которые должны производиться в процессе устройства выработок данного вида.

Пример сметы на бурение скважины на воду может включать в себя несколько норм из сборника ФЕР04. Нормы на бурение находятся в первом разделе ФЕР04, который в свою очередь имеет внутреннее деление на подразделы.

В пример сметы на скважину на воду нормы из указанного раздела включаются на основании различных факторов. Прежде всего, важную роль в данном вопросе играет метод производства работ. Именно на основании этого признака нормы в разделе 1 рассортированы по подразделам.

Подраздел 1.1 содержит в своем составе расценки в смете на бурение скважин роторным методом. При этом в подразделе представлено множество норм, которые отличаются не только применением разного оборудования в процессе производства работ, но и группой грунтов на объекте.

Составление сметы на скважину при помощи норм из подраздела 1.2 означает, что в состав расчета включены работы по ударно-канатному бурению. Нормы на колонковое бурение находятся в подразделе 1.3. При этом следует заметить, что помимо различий по группам грунта нормы в указанных подразделах учитывают глубину скважины.

Смета на бурение скважины на воду или для других целей будет включать в себя нормы из подраздела 1.4, если производятся работы шнековым методом. Ударно-вращательное бурение учтено нормами подраздела 1.5 раздела 1 сборника ФЕР04. Глубина скважин и группа грунта являются важным фактором при выборе норм для смет и в указанных подразделах.

Подраздел 1.6 содержит расценки в смете на бурение скважин перфораторного типа. Однако в строительстве существуют и прочие виды бурения, помимо перечисленных выше. В связи с этим в состав сборника ФЕР04 включен подраздел 1.7, в котором можно обнаружить нормы на монтаж и демонтаж машин горизонтального бурения, устройство пилотной скважины и т.д.

Таким образом, как можно заметить, пример сметы на бурение скважины на воду и других типов выработок может содержать разнообразные нормы в зависимости от исходных данных, указанный в проекте производства работ или других документах подобного рода. Однако в сборнике ФЕР04 существует множество других норм, необходимых при устройстве скважин разного типа.

Рисунок 1. Расценки на бурение скважин в смете

Принцип технологии

Для буроинъекционных опор в земле делаются скважины диаметром до 40 см. При достижении необходимой глубины они наполняются водоцементным или цементно-песчаным составом, подающимися внутрь под большим давлением с помощью полого шнека. За счет подачи раствора под давлением его можно заливать и в горизонтально, и в вертикально сделанные скважины. Затем в еще не застывший бетон устанавливается армированное каркасное основание.

Требования к армированию и бетонированию

С учетом действующего СНиП существуют определенные требования к бетонированию и использованию армирования в буроинъекционных сваях. Технология установки:

1. Сечение устанавливаемого каркаса должно быть всегда меньше на 14 см, в отличие от диаметра пробуренной полости. Это позволяет избежать заклинивания каркаса в скважине.
2. Для армирования применяются пространственные каркасы, у которых продольные пояса находятся на одинаковом расстоянии по отношению друг к другу. Минимальное число продольных прутьев — 6 штук, класс арматуры — А3 (сечение — не менее 18 мм).
3. К армирующим каркасам предъявлены высокие требования относительно жесткости. Крепление элементов производится с помощью сварки, арматура должна быть дополнительно усилена стальными кольцами, находящимися с внешней части каркаса с дистанцией 2 м. Устанавливаются кольца с шириной 5−10 см, толщиной — 8−10 мм.
4. Наибольшая длина арматуры — 11,7 м. Если требуется установка каркаса в скважину большего размера, то отдельные части свариваются друг с другом на стройплощадке.
5. Для устройства буроинъекционных свай используется бетон М300 с классом сжатия не менее В22,5.

Также требуется заливка защитного бетонного слоя вокруг каркаса слоем не менее 7 см. Равномерное расположение арматуры в скважине достигается благодаря креплению фиксаторов на металлических кольцах жесткости.

Условия монтажа

Также существуют требования и к непосредственно процессу монтажа БИС. С учетом СНиП должны быть соблюдены следующие условия:

1. Во время постоянных работ можно бурить близлежащие скважины с шагом, который не превышает 3 диаметра уже находящейся сваи. Если дистанция меньше допустимой, разрабатывать новую опору можно только по истечении суток после заливки бетоном предыдущей опоры.
2. Процесс заливки бетоном производится при постоянных поступательно-возвратных передвижениях шнека.
3. Обязательное сохранение постоянного давления подачи бетонного раствора при наполнении полости, при его снижении требуется уменьшить время извлечения шнековой колонны.
4. После окончания процесса заливки бетоном МБУ должна отъехать от скважины. Грунт, который был выработан во время установки опоры, убирается с помощью экскаватора.
5. После очистки территории в устье скважины устанавливается кондуктор и выполняется заливка бетоном надземной части опорного столба.
6. Армирование сваи производится тут же по окончании наполнения полости бетоном и очищения устья скважины.

Технологии устройства буронабивных свай

Для изготовления множества конструкций буровых свай применяются лишь несколько способов:

• с помощью непрерывного шнека (НПШ), имеющего внутри полость для подачи бетонного раствора в самую нижнюю точку скважины;
• с защитой стенок обсадной трубой, погружаемой и извлекаемой вибропогружателем;
• с защитой от обсыпания стенок созданием противодавления бентонитовым раствором;
• используя обсадную трубу, погружаемую «дрейтейлером».

Способ НПШ используется в «прочных», не осыпающихся грунтах, например, в глинистых. По нему шнеком, имеющим трубу по всей его длине и грунтоудаляющую спираль, приваренную к этой трубе, бурят скважину. Внутренняя полость закрыта на конце заглушкой, которая имеет функцию обратного клапана и не дает попасть в полость разбуриваемому грунту. При вращении шнек рабочей бурильной частью дробит грунт и по спирали шнека подает его на поверхность.

На нужной глубине во внутреннюю полость под давлением подают бетонный раствор, который открывает заглушку и начинает заполнять скважину. По мере ее заполнения шнек поднимают на поверхность, вращая его или вытаскивая без вращения. Заполненную раствором скважину оставляют на временную выдержку для набора прочности бетоном.

Рис. 3 Стадии формирования свай

Если свая будет железобетонная, то в скважину с бетоном, используя вибратор, погружают арматурный каркас.

Технология с обсадной трубой используется при обводненных грунтах, и эта труба защищает скважину:

• от обрушения стенок при бурении;
• от давления слоев грунта вокруг скважины;
• от обрушения арматурным каркасом при его введении.

Погружают обсадную трубу отдельными секциями и также посекционно вынимают. Погружение осуществляют или механическим вдавливанием, или вдавливанием с вибрацией, или «дрейтейлом», т. е. вдавливанием с вращением.

Выбор одного из этих способов определяется особенностями грунтов, проходимых при бурении скважины и экономическими характеристиками свайного фундамента. В большинстве случаев обсадные трубы в скважине не оставляют. Нормативные документы разрешают их оставить только в исключительных случаях. Например, при оползневых грунтах на склонах или при скорости перемещения подземных потоков более 200 м в сутки. В каждом случае для этого должно быть составлено техническое обоснование.