// Буронабивные сваи

Фирма Геоизол производит работы по устройству буронабивных свай с 2001 года.

Устройство буронабивных свай как для нового строительства, так и для усиления существующих конструкций
Оборудованием для устройства буронабивных свай с винтовой боковой поверхностью фирмы "Franki", позволяющее изготавливать сваи d до 820мм с производительностью до 10-12 свай в смену (100-200п.м свай). В настоящее время имеется пять буровых станков "BT50" (изготовитель бельгийская фирма Franki), три станка "Fundex" (изготовитель - голландская фирма "Fundex", и станки "Casagrande".


Освоенные технологии:

• Atlas (сваи ввинчивания с винтовой боковой поверхностью)
• Fundex (сваи свинчивания с теряемым башмаком)
• CFA ( буронабивные сваи по шнековой технологии)
   

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.

I. Введение
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.

II. Описание бурового станка
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.

III. Устройство винтовых свай
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 (Рис. 5.5.), 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.

4. Несущая способность сваи Атлас, нагруженной по отдельной оси
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.

6. Области применения свай Атлас
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.

Технология "непрерывного шнека" (CFA)
Свайные фундаменты, сооруженные по технологии непрерывного шнека, совмещают в себе преимущества забивных и буронабивных свай без извлечения грунта. Этот способ бурения позволяет производить работы в различных грунтах - сухих и болотистых, рыхлых и плотных, а также проходить через мягкие горные породы. При бурении скважин практически отсутствует шум, удары, колебания, вибрация - этот факт позволяет применять метод CFA для строительства в стеснённых городских условиях.

Формирование сваи
Комплекс работ по устройству буронабивных свай включает в себя подготовительные работы, работы по бурению скважин, заполнению бетонной смесью скважин, установке арматурных каркасов, уход за уложенным бетоном и контроль качества работ.

Когда шнек достигает заданной глубины, производится подача бетона при помощи бетононасоса, соединенного шлангами с вертлюгом, расположенным на удлинительной мачте шнека. Давление, создаваемое бетононасосом при прохождении бетона через полую часть шнека, выдавливает специальную заглушку и бетон попадает внутрь скважины, при этом шнек поднимается, с вращением или без, освобождая пространство в скважине. Плотность заполнения скважины контролируется при помощи специального прибора, отображающего на дисплее форму сваи в графическом виде или при помощи манометра, по которому контролируется давление бетона.

Армирование сваи
Технология изготовления свай методом "полого шнека" (СFA) требует использования каркаса из арматуры, которая вводится в заполненную бетоном скважину при помощи вибратора.

Технология "Фундекс"
Свайные основания обладают большой несущей способностью (до 400 тонн), обеспечивают надежность возводимых сооружений, сохранность существующих рядом зданий и предоставляют новые возможности для архитекторов и проектных организаций.

Технология по производству буронабивных свай с теряемым наконечником под защитой вдавливаемой трубы ("Фундекс"), при проектировании зданий и при устройстве фундаментов в застроенных районах является более предпочтительной и щадящей, чем другие технологии, так как не приводит к осадкам грунтов и соседних зданий и не образует при производстве работ волновых колебаний грунта и конструкций.

Технология изготовление свай "Фундекс" широко применяется в различных грунтовых условиях, кроме прослоек плотных песков толщиной более 3,0 м. Технология изготовление свай широко применяется благодаря преимуществам этого вида устройства свай:

• полное отсутствие сотрясений и вибраций грунтового основания, опасных для состояния прилегающих зданий и сооружений, вследствие чего эта технология является предпочтительной в условиях стесненной существующей застройки;
• высокая несущая способность свай по грунту;
• отсутствие работ по удалению грунта из полости трубы и необходимости вывоза его со стройплощадки;
• высокая производительность свайных работ;
• оперативный контроль в процессе погружения трубы с наконечником;
• низкий уровень шума.

Технология устройства свай "Fundex 2800" под защитой обсадной трубы, с использованием теряемого наконечника.
Железобетонные сваи длиной до 31 метра и диаметров стволов 380, 450 и 520 мм изготавливаются в грунтовых основаниях вращательно-вдавливающего (извлекающего) действия буровой установкой. Пятой будущей сваи служит "теряемый" (остающийся затем в грунте) чугунный винтовой наконечник, который выставляется в заданной точке поверхности грунтового основания. Забой для будущей сваи создается путем вращательно-вдавливающего погружения системы "наконечник-буровая труба" до заданной проектом отметки пяты сваи. В процессе внедрения системы в основание грунт раздвигается и радиальном направлении и одновременно уплотняется. Внутри трубы остается свободное воздушное пространство. В сухую полость через открытый коней буровой трубы опускается заранее подготовленный арматурный каркас. Затем производится порционное заполнение полости бетоном.

Извлечение трубы из грунта основания производится в соответствии с порционностью заполнения бетоном, путем возвратно-поступательного вращения ее с одновременным приложением вытягивающего осевого усилия. Минимальное расстояние от оси изготавливаемой сваи до существующих сооружений составляет 1,5 метра.