ГЕОИЗОЛ // Пресса о нас

Винтовая свая Атлас: улучшенная техника строительства свайных фундаментов на основе применения безвибрационных свай со смещением грунта. Опыт в России

Строительство свайных фундаментов вблизи от существующих сооружений часто является источником нарушения спокойствия и раздражения людей из-за уровней шума и колебаний, которые становятся недопустимо высокими для людей и соседних зданий с точки зрения действующих в настоящее время стандартов и правил. Применяемая технология «Атлас» для строительства свайных фундаментов позволяет в значительной степени решить эти экологические проблемы и гарантирует весьма высокую несущую способность этих фундаментов вследствие уникального винтового профиля сваи и полного смещения грунта. Такой метод позволяет исключить необходимость обработки вынутого на поверхность загрязнённого грунта. все эти особенности, наряду с конкурентоспособной стоимостью работ, обеспечивают технике «Атлас» широкое применение во всех областях строительного бизнеса.

Строительство свайных фундаментов вблизи от существующих сооружений часто становится проблематичным из-за динамического воздействия на грунты под основанием фундаментов соседних зданий и высокого уровня шума работающего оборудования. Применение технологии «Атлас» позволяет в значительной степени решить эти проблемы и гарантирует высокую несущую способность фундаментов вследствие уникального винтового профиля сваи и смещения (уплотнения) грунта. Кроме того, метод позволяет практически исключить вынос грунта на поверхность. Все это делает технологию незаменимой при работе в исторической застройке. Первые буровые установки для винтовых свай были разработаны примерно 45 лет назад, принцип работы заключался в безвибрационном ввинчивании в грунт полой стальной трубы с буровым наконечником для бокового смещения и уплотнения грунта в нижней части трубы.

Гидравлический ротор одновременные вращательные и вертикальные перемещения трубы. Сейчас эксплуатируется четвертое поколение машин «Атлас» с мощными гидравлическими двигателями, что позволяет применять сваи «Атлас» не только в прибрежной бельгийской зоне, в глинистых грунтах, но и в большинстве геотехнических условиях. Одновременное повышение эффективности буровой установки, несущей способности свай и производительности работ привело к ситуации, когда технология «Атлас» стала конкурентной по отношению к другим видам свай: забивным, вдавливания, буронабивным с выносом грунта.

Профессор Б. Ф. ван Импе из Бельгийского государственного университета в Генте, начал долгосрочную программу исследований в начале 80-х годов. До настоящего времени опубликованы более 40 научных отчетов по технологии применения винтовых свай, причем большинство отчетов основано на результатах огромного числа различных испытаний на свае Атлас, проведенных как в Бельгии, так и за рубежом.

Начало этих исследовательских программ и представление их результатов на различных международных конференциях и симпозиумах усилили интерес к технологии Атлас и спрос на нее в зарубежных странах. К настоящему времени технология Атлас успешно применяется в Германии, Франции, Великобритании, Нидерландах, Австралии, России и т.д. Хорошо разработанные технические требования к качеству и правила расчетов параметров винтовых свай позволяют расширить применение этого типа свай, повысить доверие к ним и расширить рынок для таких свай.

Основная рама, опирающаяся на гусеницы, содержит гидравлические двигатели и закрытую кабину с пультом управления. Уникальные средства типичной буровой установки Атлас находятся в передней части установки. Это внушительный буровой ротор (рис. 3), состоящий из четырех гидравлических устройств, создающих необходимый крутящий момент, два независимых ротора давления, обеспечивающих тягу, и стрела подъемного крана в верхней части опорной рамы. Для обеспечения высокой степени устойчивости во время создания свайного фундамента буровая установка снабжена четырьмя опорами, по одной опоре на каждом углу рамы.

Обсадная труба, которая вводится в грунт при совместном действии крутящего момента и вертикальной тяги, создаваемой буровым ротором, состоит из нескольких толстостенных модульных сегментов стальной трубы. Отдельные сегменты трубы связываются вместе скрытыми соединениями до тех пор, пока не будет достигнута требуемая длина трубы, необходимая для использования сваи нужной длины. Наружный диаметр трубы сделан постоянным (324 мм) и остается неизменным при строительстве с применением всех доступных диаметров сваи, по крайней мере, до внутреннего диаметра винта или диаметра сердечника, равного 360 мм.

К внешней стороне обсадной трубы приварены четыре стальных ведущих штанги, которые обеспечивают передачу вращательного движения от бурового ротора к обсадной трубе. Две противоположных штанги являются непрерывными, тогда как две другие штанги имеют вырезы с интервалом в 450 мм между ними. Вырезы используются для установки пружинных замков, закрепленных на роторах давления. Таким образом, вертикальное перемещение вверх или вниз роторов давления передается к обсадной трубе. В нижней части головки бура обсадная труба огорожена расходным (жертвенным) наконечником из чугуна. Такие наконечники выпускаются с различными профилями и весом, чтобы обеспечить оптимальный способ прохождения свай через слои грунта.

Каждый наконечник имеет два держателя одностороннего действия: когда бур вращается в направлении по часовой стрелке, происходит захват наконечника, тогда как при вращении против часовой стрелки захват ослабляется и отводится назад.

На верхней части обсадной трубы помещена воронка. С помощью стрелы крана заполняющие бетоном емкости вместимостью до 500 литров помещаются на этой верхней части трубы для заполнения сваи бетоном. Основание обсадной трубы содержит полый сменный спиральный бур или головку бура для бокового уплотнения грунта. Размеры бура, особенно диаметр смещающего грунт корпуса бура, и размеры спирального фланца, закрепленного на смещающем корпусе, определяют профиль и технические характеристики создаваемой сваи. Для замены на сваю с другими размерами нужно просто использовать другой спиральный бур соответствующего размера.

Процедура устройства винтовых свай Атлас состоит из следующих операций:

Установка бурового станка, бура и теряемого наконечника в предполагаемом месте устройства свай. Соединение между буром и наконечником герметизируется комплектом водонепроницаемого пластичного материала.
Совместное действие крутящего момента и вертикального давления, что обеспечивает ввинчивание в грунт по часовой стрелке трубы и смещающего грунт бура, закрытого снизу расходным наконечником и подходящим уплотнением. Действие происходит без каких-либо вибраций и с низким уровнем шума. Характеристики бурения регистрируются и сравниваются с данными, полученными при исследовании грунта. На заключительной глубине скважины фиксируются ссылочные характеристики бурения, в соответствии с данными, полученными во время испытаний с помощью конического пенетрометра (CPT).
Боковое смещение грунта во время ввинчивания сваи. Как только будет достигнута заданная глубина основания сваи, в трубу вводится арматурный каркас.
Заполнение трубы и воронки в верхней части трубы необходимым количеством пластичной бетонной смеси с помощью ковша для подачи такой смеси.
Вывинчивание трубы и бура в направлении против часовой стрелки до тех пор, пока они не будут полностью выведены из скважины. Во время этого процесса грунт снова смещается вбок и уплотняется, а пластичная бетонная смесь, под действием гидростатического давления, постепенно заполняет пустоты, созданные буром. Для избежания зажатия сваи предусмотрено, чтобы гидростатическое давление бетона в основании обсадной трубы в любое время было значительно выше совместного давления грунта и подземных вод, проявляющегося на таком уровне.
Окончательное формирование сваи Атлас с типичным винтовым профилем. Может быть использован дополнительный арматурный каркас, укрепляющий верхнюю часть сваи, если на неё действуют значительные горизонтальные силы или изгибающие моменты.

Во время установки сваи регистрируется (вручную или автоматически) следующая информация:

Нагрузка на долото, через каждые 45 см глубины проходки,
Частота вращения (обороты в минуту),
Число оборотов, трубы через каждые 45 см глубины проходки,
Действие роторов давления (отдельное или совместное)
Время ввинчивания: начало и конец проходки,
Объем использованного бетона, предпочтительно на каждый метр длины сваи,
Время вывинчивания: начало и конец вынимания трубы и бура.

В случае свай Атлас, созданных, как описано выше, выгодный эффект спиральной формы и уплотнения грунта вокруг свайного ствола, вносит существенный вклад в несущую способность такой сваи. При расчете несущей способности свайного ствола необходимо учитывать поверхность теоретического цилиндра, охватывающего всю бетонную винтовую сваю.

Нижние спиральные обороты сваи действуют как ее увеличенное основание, которое определяет конечную несущую способность сваи. Наконец, допустимая нагрузка (или расчетная нагрузка) сваи равняется сумме окончательного сопротивления основания и окончательного сопротивления ствола сваи, к которой применимы соответствующие запасы прочности.

Данный метод расчета, основанный на результатах исследования грунта в процессе испытаний CPT, применяемый по отношению к сваям Атлас и разработанный профессором В. ван Импе, был предметом обсуждения на многих конференциях и в публикациях (см. список литературы).

Метод расчета свай Атлас (в Бельгии) основан на результатах испытаний CPT (конусы M4 и E1), которые позволяют идентифицировать уровни возможных опорных слоев. Испытания CPT дают данные об окончательном сопротивлении основания устройства и сопротивлении свайного ствола.

Как указано выше, буровые установки Атлас типа BT-42 и BT-60 позволяют устанавливать сваи в грунте почти всех типов, где традиционно могут быть установлены забивные или буровые буронабивные сваи. Свая Атлас может быть применена почти при всех состояниях грунта: от очень слабых до прочных (вязких) глин, для песков с плотностью от средней до большой, а также для гравийных оснований, в суглинистом грунте и в меловом грунте с плотностью от малой до приблизительно средней.

Отдельная свая Атлас может выдерживать осевую сжимающую нагрузку до 2000 кН или нагрузку при растяжении, достигающую 600 кН. Увеличение производительности, надежности и гибкости гарантирует экономичность и конкурентоспособность сваи из-за выгодного соотношения "цена одного килоньютона несущей способности". Не вызывает сомнений, что рыночная доля винтовых свай устойчиво растет. Почти 40% рынка фундаментов глубокого заложения в Бельгии приходится на винтовые сваи, которые составляют приблизительно 70% от всех свай небольшого диаметра (< 70 см).

Работы сопровождались геотехническим мониторингом: исследование состояния грунтов до и после производства свай, методом СРТ- зондирования, геодезические наблюдения за осадками соседних зданий. В ходе работ соседние здания не получили дополнительных деформаций, хотя сваи располагались в 85 см от фундаментов соседних зданий.

Этот опыт позволяет рекомендовать технологию винтовых свай на аналогичных объектах со сложными геологическими и геотехническими условиями.