Современные технологии сооружения буровых свай

ОАО «Буровая компания «Дельта» свою производственную деятельность ориентирует на освоение и внедрение в геотехническую практику наиболее передовых технологий фундаментостроения, что обеспечивает более высокому уровню отечественной строительной отрасли. При этом основной упор делается на повышение производительности труда в осуществлении работ нулевого цикла, снижение материалоемкости и повышение эксплуатационной надежности  выполняемых фундаментных конструкций в конкретных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях застраиваемых объектов. Успеху в этом направлении способствуют оснащение компании высокопроизводительными механизмами с требуемой оснасткой за счет их закупки у наиболее развитых зарубежных фирм. При необходимости производится их  оперативная модернизация  при наличии собственной производственной базы. Важная роль принадлежит также научному сопровождению со стороны ученых кафедры геотехники и экологии в строительстве БНТУ с их богатым научным потенциалом, что позволяет оперативно совершенствовать конструктивно-технологические решения исходя из большого многообразия грунтовых условий, порой весьма неблагоприятных, а совместное выполнение работ по испытанию свай с нагрузкой до 1000 тонн позволяет обеспечить соблюдение ГОСТа и выявление фактической несущей нагрузки сваи, что в итоге позволяет принимать более экономичные и надежные решения по свайным фундаментам. Ниже остановимся на описании некоторых из применяемых буровой компанией технологий.
Сооружение «стена в грунте» по технологии С.S.Р. с использованием буровой установки с двумя вращателями.
Традиционно для сооружения сплошных линейных фундаментов применяется технология «стена в грунте» с использованием грейферного ковша. Однако особенности данной технологии требуют применения большого количества специального оборудования для приготовления, очистки и последующего хранения бентонитного раствора. В условиях плотной городской застройки размещение оборудования на стройплощадке, вывоз грунта, загрязненного бентонитным раствором с его последующей утилизацией создают проблемы и требуют дополнительных затрат.

Фото 1

Технология С.S.Р. (Cased Secant Piles – Секущие сваи с обсадной трубой), представляет собой сочетание двух технологий сооружения буронабивных свай – применение непрерывного шнека с использованием обсадных труб, что позволяет сооружать фундаменты без бентонитного раствора в любых типах грунта, в том числе и обводненных. Для технологии С.S.Р. разработаны специальные буровые установки, оснащенные двумя вращателями. Конструктивной особенностью оборудования является установка непрерывного шнека внутри обсадной трубы (фото 1).
Формирование сваи происходит следующим образом: бурение начинают с погружения обсадной трубы на небольшую глубину, затем при вращении непрерывного шнека и обсадной трубы в разные стороны доходят до заданной глубины, При этом сохраняется опережение обсадной трубы, что не позволяет грунтовым водам проникнуть внутрь полости трубы с разупрочнением за счет этого окружающего грунта. После достижения заданной глубины через полую часть шнека начинают подачу бетона с одновременным подъемом шнека и трубы. Заполняющий обсадную трубу разрыхляемый шнеком грунт выходит вдоль лопастей шнека вверх и удаляется при помощи очистителя. После заполнения обсадной трубы бетоном она извлекается, а в тело полученной сваи при помощи вибратора погружается арматурный каркас. Технология С.S.Р. позволяет сооружать буросекущие сваи с гарантированным отклонением от вертикали менее 1,0-1,5%, причем имеющимся у ОАО «Буровая компания «Дельта» оборудованием можно изготавливать сваи диаметрами 660мм, 820мм, 1020мм с их глубиной до 21,5м. Достигаемая повышенная несущая способность оснований таких свай обеспечивает возможность сокращения потребного их количества и сопутствующих этому сроков выполнения работ.

Фото 2

Формирование скважин в пористых маловлажных лессовых грунтах за счет уплотнения и вытеснения грунта с помощью раскатчика было предложено в СССР В.И. Феклиным. Немецкая фирма «Bauer» в развитие данной  технологии разработала комплект оборудования для раскатки и бетонирования скважин в слабых водонасыщенных грунтах. При этом технология изготовления свай вытеснения системы «Бауэр» включает выполнение скважины для  сваи без извлечения грунта за счет его уплотнения рабочим органом, который представляет собой конус с винтовой лопастью. Конус закреплен на конце бу­ровой трубы (фото 2).
При погружении рабочего органа грунт вытесняется в сторо­ны и вокруг скважины образуется уплотненная зона, размер кото­рой зависит от свойств грунта, скорости погружения и конструк­ции рабочего органа.

За счет опрессовки грунта вокруг скважины несущая способ­ность свай «Бауэр» становится значительно больше в сравнении с традиционными буровых свай. По данным разработчика технологии, трение по боковой поверх­ности этих свай примерно на 30 % больше, чем у буровых свай, а сопротивление сжатию под их острием увеличивается на 50…70%. При достижении буровой трубой с рабочим органом проектной отметки производится подача бетонной смеси под давлением, которое на выходе из бетононасоса суммируется с весом бетонного столба. После этого производится вдавливание арматурного каркаса при помощи вибропогружателя.

Фото 3

Итальянская фирма Soilmec изготовила для ОАО «Буровая компания «Дельта» комплект оборудования, который включает набор раскатчиков (фото 2) диаметром 450мм, 650мм, 800мм, аутригеры (фото 3) и дополнительная лебедка для задавливания раскатчика. Оборудование смонтировано на буровой установке SR-65 (max крутящий момент 240 kHm, мощность двигателя – 300 kW, вес – 72 тонны).

Прогресс в развитии технологий устройства буровых свай частично был продиктован разработками буронабивных свай, выполняемых по технологии непрерывного проходного шнека. Для устройства сваи в грунт на определенную глубину ввинчивается непрерывный проходной полый шнек с пробкой на конце (рис. 1). Эта пробка препятствует проникновению грунта внутрь полого шнека в процессе бурения.

По достижении проектной отметки скважины в нее через полый шнек подается некоторое количество бетонной смеси или цементного раствора для его скопления на лопастях шнека. Затем по мере извлечение шнека производится дальнейшее одновременное нагнетание в скважину бетонной смеси или цементного раствора (рис. 2).

Рис. 2. Процесс устройства буровых свай непрерывным полым шнеком при строительствештаб-квартиры Национального Олимпийского Комитета Республики Беларусь

Скорости извлечения шнека и нагнетания бетонной смеси или цементного раствора в скважину должны быть синхронизированы, поскольку их соотношение определяет среднюю площадь поперечного сечения сваи, которое должно увязываться с проектным диаметром сваи. Ошибочное определение соотношения скоростей может способствовать формированию сваи неверного диаметра. При быстром извлечении шнека существует риск нарушения целостности ствола сваи, а при слишком медленном происходит избыточный расход бетонной смеси. Для исключения такого несоответствия используется самый современный бортовой компьютер, с помощью которого и обеспечивается дополнительный контроль целостности ствола и несущей способности свай. Благодаря использованию указанного современного оборудования в настоящее время имеется возможность устройства свай CFА диаметром от 0,45 до 1,0 м при их длинах до 24 м.

СВ зависимости от используемого оборудования во время устройства буронабивных свай, выполняемых с использованием бурового шнека, могут измеряться и вычисляться следующие параметры: частота вращения шнека и создаваемый крутящий момент, скорости бурения (проникновения шнека в грунт), нагнетания бетонной смеси и извлечения шнека из грунта.
В прошлом контроль качества устройства свай осуществлялся производителями работ, которые руководствовались стандартами и нормами по бурению скважин. В настоящее время на стройплощадках во всем мире работа буровых установок контролируется с помощью автоматизированных систем. Хотя такие системы контроля способны предоставлять ценную информацию о качестве свай, но всеже не могут заменить

фото 4

высококвалифицированных специалистов. Методы автоматического контроля качества базируются на измерении объема и давления закачки цементного раствора (или бетонной смеси). Стандартные автоматизированные системы позволяют измерять следующие параметры: 1) время, глубину и развиваемое в гидросистеме давление во время бурения; 2) время, глубину, объем и давление закачки цементного раствора (или бетонной смеси) во время подачи в скважину. В процессе выполнения работ по устройству свай на экраны мониторов выводятся различные графики, отражающие состояние технологического процесса в режиме реального времени (это позволяет в случае необходимости оперативно вносить корректирующие изменения).(фото 4) Таким образом на каждую сваю имеется паспорт в электронном виде (фото 5).

Фото 5

Аналогичные системы автоматизированного контроля используются и при устройстве буронабивных свай с боковым вытеснением грунта. Они служат для постоянного контроля глубины проникновения бурового инструмента, вертикального усилия, крутящего момента, скорости проникновения и частоты вращения раскатчика. С помощью этих систем может определяться удельное потребление энергии с учетом упомянутых ранее переменных и других параметров для используемого оборудования. Полученные результаты при заданных глубин бурения могут сопоставляться с результатами полевых испытаний и использоваться для наглядной оценки работ по устройству свай, а также для прогнозирования их несущей способности.
Буронабивные сваи с вытеснением грунта и выполняемые при помощи полого бурового шнека (сваи CFA) широко используются в Европе, США и в настоящее время завоевывают рынок в РФ и в Украине. Эти технологии требуют меньше финансовых и временных затрат. Их применение при создании элементов жесткости для укрепления грунта имеет ряд преимуществ: относительно небольшие диаметры свай, повышенные трение вдоль стволов и отпор под нижними концами и уширениями, возможность избегать или, по крайней мере, сократить использование стальных арматурных каркасов и др.
В Республике Беларусь существует нормативная база, достаточная для проектирования и применения буровых свай, выполняемых посредством вышеуказанных технологий, обеспечивающих опрессовку окружающего грунта за счет его вытеснения в стороны при раскатке или при закачке бетона под давлением. В частности, в настоящее время на территории нашей страны применительно к сваям с вытеснением грунта в стороны за счет раскатки справедливы предписания Пособия П 19-04 к СНБ 5.01.01-99 «Проектирование и устройство фундаментов из свай набивных с уплотненным основанием», а для свай по технологии CFA – Пособия П 18-04 к СНБ 5.01.01-99 «Проектирование и устройство буроинъекционных анкеров и свай». Оба эти документа будут переработаны в кодексы установившейся практики (ТКП) в соответствии с новой структурой ТНПА исходя из их гармонизации с европейскими нормами (Еврокодами и сопутствующими им стандартами), введенными на территории Республики Беларусь с 01.01.2010 года.