Коллекция буровых технологий в строительстве. Сваи, изготавливаемые с уширением

Сваи с уширением проектируются с двумя целями:

     — повысить несущую способность сваи и;

     — одновременно не допустить излишнего, не обоснованного расчетами, расходования бетонной смеси.

     Для этого уширение устраивается обычно в нижней части сваи, в зоне ее опирания на грунт или по всей длине сваи, в зависимости от назначения сооружения и характеристик грунта.

     Уширение сваи может быть выполнено различными способами, к основным, из которых относятся:

     — разбуривание с применением специального бурового инструмента – уширителя;    

     -разрядно-импульсная технология.

     Для образования уширения свай применяются и другие методы, правда, используемые реже основных, такие как вдавливание, раскатывание или взрывной способ.

     В настоящей статье остановимся на характеристиках и особенностях двух основных способов создания уширения, наиболее часто применяемых в практике строительства.

Сваи, изготавливаемые способом разбуривания уширения

      Технология изготовления таких буронабивных свай в основном ничем не отличается от технологии их устройства методом Келли под защитой инвентарных обсадных труб, за исключением операции по устройству уширения.

     После завершения бурения скважины до проектной отметки извлекают обсадную трубу так, чтобы нижняя кромка бурового става превышала отметку забоя скважины на величину длины цилиндра уширителя с некоторым расчетным запасом.

     В устойчивых связных грунтах возможно остановить погружение обсадной трубы так, чтобы нижняя кромка бурового става превышала проектную отметку низа сваи на указанную выше величину и завершить устройство скважины методом лидерного бурения.

     Затем к нижней части штанги буровой установки крепят специальный буровой инструмент, называемый уширителем, или буром-расширителем, опускают его на забой скважины и выполняют разбуривание уширения.

     Принцип действия этого инструмента достаточно прост — за счет вертикального механического усилия, создаваемое штангой, лопасти, оснащенные режущими приспособлениями — ножами, раскрываются (рис. 1).

     Одновременно при вращении штанги производится разбуривание призабойной зоны скважины, грунт которой поступает внутрь цилиндра уширителя.

     После завершения процесса разбуривание инструмент вместе с грунтом выдается на поверхность и разгружается. При извлечении уширителя его лопасти складываются обратно внутрь цилиндра и не препятствуют подъему штанги буровой установки.

     После завершения процесса бурения скважины и разбуривания уширения последовательно выполняются стандартные операции метода Келли: монтируется арматурный каркас, производится бетонирование сваи (рис. 2).

     В результате получается буронабивная свая с уширенной пятой, несущая способность которой значительно превышает стандартную, без уширения, конструкцию. Следовательно, возникает возможность уменьшить диаметр основного тела сваи, чем в результате и обеспечивается экономия бетонной смеси.

     Например, если, согласно расчетам, сваи диаметром 800 мм, изготовленные с уширением, обеспечивают ту же несущую способность, что и сваи диаметром 1000 мм без уширения, то экономия на 1 погонный метр конструкции составит около 0,3 кубическим метров. Теперь нетрудно представить себе масштаб экономии при изготовлении свайного поля, которая может составить сотни кубических метров бетонной смеси и, соответственно, миллионы рублей.

Сваи с уширением, изготавливаемые с применением разрядно импульсной технологии

     Разрядно-импульсные технологии известны, начиная с 1950 – х годов, причем в СССР их разработкой занимались целые научные институты и лаборатории.

     Технология сооружения свай с использованием импульсных токов была практически разработана и впервые технически реализована в Советском Союзе, хотя патент на аналогичный способ также получили и немецкие инженеры.

     Впрочем, они не смогли решить технические проблемы для практического воплощения запатентованного ими способа.

     То, что не удалось немцам, воплотил в жизнь инженер В. М. Бухов, создатель известной строительной компании ООО «МПО РИТА».

     В основе разрядно – импульсной технологии, получившей сокращенную аббревиатуру РИТ, положено преобразование электрической энергии в механическую. При этом такое преобразование носит взрывообразный характер, что и обеспечивает достижение нужного эффекта при устройстве сваи.

     Скважину, заполненную бетонной смесью, при помощи излучателя, погруженного в скважину на определенную глубину, обрабатывают высокоэнергетическими электрическими разрядами, для чего напряжение постоянного электрического тока повышается до 10 кВт.

     При этом частота разрядов составляет до 20 импульсов в минуту.

     В результате серии так называемых камуфлетных, то есть заглубленных взрывов формируются уширения, заполненные бетонной смесью.

     В результате взрывного воздействия высоковольтных электрических разрядов, помимо уширения, возникают дополнительные положительные эффекты: происходит цементация окружающей скважину грунтовой зоны, а сам бетон приобретает более высокую прочность и водонепроницаемость.

     Каждая такая свая приобретает высокую несущую способность.

     По информации инженера В. М. Бухова, в результате статического испытания сваи диаметром 250 мм вдавливающей нагрузкой 130 тн на одном из объектов осадка составила всего 8,6 мм при допустимой величине 40 мм.

     Характеристики и преимущества РИТ-технологии обеспечивают возможность ее эффективного применения в сложных грунтовых условиях, в водонасыщенных песках, лессовидных суглинках и супесях

     При этом проходка скважин ведется без инвентарных обсадных труб даже в неустойчивых несвязных грунтах.

     Кроме того, эта технология экологически безопасна, не оказывает вредного динамического воздействия на близлежащие здания и сооружения.

     Наконец, РИТ-технология предполагает использование компактного технологического оборудования, что позволяет выполнять работы из подвалов или зоны цокольных этажей при усилении фундаментов существующих зданий и сооружений.

     Преимущества РИТ-технологии, такие, как уплотнение и цементация грунта в зоне околосвайного пространства, повышение прочности и водонепроницаемости бетонной смеси определяют возможность ее использования при сооружении ограждающих конструкций котлованов, то есть «стен в грунте».

     Наконец, высокая несущая способность свай, изготовленных при помощи РИТ-технологии, позволяет им конкурировать с забивными сваями, имея в виду меньшие расходы инвестора на получение необходимого результата, то есть свайного поля с требуемыми характеристиками по несущей способности.

     Состав технологических операций при сооружении свай РИТ (рис. 3):

     — бурение скважины;

     — бетонирование скважины мелкозернистой бетонной смесью или цементно-песчаным раствором;

     — погружение в бетонную смесь или раствор излучателя с последующей ее обработкой высоковольтными электрическими разрядами на проектную глубину;

     — извлечение излучателя и погружение в бетонную смесь (раствор) арматурного каркаса при помощи вибропогружателя.

     Таким образом, РИТ-технология в части бурения, бетонирования и монтажа арматурного каркаса аналогична технологии непрерывного полого шнека (НПШ).