Коллекция буровых технологий в строительстве. Метод уплотнения (технология DDS)

Настоящей статьей мы продолжаем пополнять нашу коллекцию буровых технологий в строительстве.

Технология уплотнения (раскатки) околосвайного грунта имеет несколько разновидностей, определяемых в главном особенностями конструкции рабочего снаряда.

К семейству технологий сооружения буровых свай в раскатанных скважинах без извлечения грунта относятся:

— сваи, изготавливаемые при помощи спиралевидных снарядов (сваи «Бауэр», «Омега», Де Вааль»);

— сваи «Атлас» и «Оливье»;

— сваи «Фундекс»;

— сваи «Tubex»;

— сваи «Tubex Grout-injection piles».

Все они имеют одну общую особенность: грунт при бурении не извлекается, но уплотняется в стенки скважины, что при определенных грунтовых условиях обеспечивает высокую эффективность строительного производства.

Здесь мы рассмотрим особенности данной технологии на примере свай, изготавливаемых при помощи спиралевидных снарядов (DDS – Drilled Displacement Piles).

Общее описание

Основным рабочим инструментом данной технологии является шнек – раскатчик, представляющий собой веретенообразную металлическую конструкцию, которая крепится к нижнему торцу обсадной инвентарной трубы.

Шнек – раскатчик – это полый металлический цилиндр переменного сечения, имеющий по всей длине или значительной части внешней поверхности винтовую лопасть, снизу оснащенный забурником или сменной лидирующей частью в виде бурового шнека (смотри видео в конце статьи).

В процессе бурения скважины грунт, разрабатываемый забурником и боковой винтовой лопастью, не извлекается, но перемещается при вращении к стенкам скважины и уплотняется.

Конструкция рабочего органа (шнека-раскатчика), как правило, предусматривает так называемую уплотняющую часть, расположенную в середине цилиндра и имеющую диаметр, превышающий внешний диаметр буровой трубы. Именно в процессе вращения уплотняющей части рабочего органа происходит уплотнение грунта в зоне, примыкающей к стенкам скважины.

Размер зоны уплотнения зависит от характеристик грунта, конструктивных особенностей рабочего органа (снаряда) и скорости его вращения.

После достижения проектной отметки бурения приступают к бетонированию скважины. Характеристики бетонной смеси определяются проектной документацией, но, как правило, применяют так называемую литую мелкозернистую бетонную смесь с пластификатором.

Подачу бетонной смеси осуществляют под давлением бетононасосом через буровую трубу и полость шнека – раскатчика. Буровая труба в процессе бетонирования выкручивается из скважины, при этом бетонная смесь постепенно заполняет все пространство скважины.

По завершении бетонирования скважины в бетонную смесь монтируется арматурный металлический каркас при помощи вибропогружателя, верх каркаса должен соответствовать высотной отметке, назначенной проектной документацией.

Таким образом, производственный процесс сооружения буронабивных свай методом уплотнения (раскатки) околосвайного грунта состоит из следующих технологических операций (рис. 1):

— установка бурового станка в положение, обеспечивающее требуемую точность устройства сваи в плане;

— бурение скважины до проектной высотной отметки с одновременной раскаткой грунта в стенки скважины;

— бетонирование сваи через буровую трубу и полость шнека – раскатчика с одновременным их извлечением из скважины;

— монтаж арматурного металлического каркаса при помощи вибропогружателя, подвешенного к стреле крана.

При этом одновременно с выполнением технологической операции погружения арматурного каркаса в скважину, заполненную бетонной смесью, буровой станок может перемещаться на следующую точку бурения.

Технология устройства буровых свай с уплотнением околосвайного грунта может применяться не во всех грунтовых условиях. В частности, проблематично ее применение в плотных твердых и полутвердых глинистых грунтах, а также в плотных грунтах с включениями галечников и валунов, не говоря уже о скальных грунтах.

Наиболее эффективная область применения этой технологии – это слабые грунты и водонасыщенные пески.

Особую осторожность следует соблюдать при наличии вблизи сооружаемых буровых свай существующих фундаментов, инженерных коммуникаций, поскольку в процессе бурения шнеком – раскатчиком возможны осадки конструкций при выпоре грунта.

Представленная технология позволяет сооружать буровые сваи диаметром до 800 мм и длиной до 30 – 35 метров.

Достоинства и недостатки технологии

Основными достоинствами технологии уплотнения (раскатки) околосвайного грунта являются:

— высокая производительность;

— отсутствие затрат на вывоз грунта.

По некоторым оценкам цикл изготовления буровой сваи диаметром 600 мм и длиной до 25 м составляет не более 25 – 30 минут.

Кроме того, буровые сваи, изготовленные по этой технологии, обладают более высокой несущей способностью в сравнении с классической сваей, сооружаемой в обсадных инвентарных трубах. По некоторым данным, несущая способность сваи, изготовленной методом раскатки, на 30% превышает аналогичный показатель.

Наконец, при соблюдении необходимых требований в процессе бетонирования сваи, прежде всего, имея в виду непрерывность подачи бетона и давление бетононасоса, исключаются вывалы грунта и нарушения сплошности тела сваи.

Вместе с тем представленная технология имеет недостатки:

— ограничения по диаметру и длине сооружаемых свай, о чем упоминалось в предыдущем параграфе;

— ограничения по грунтовым условиям;

— высокая вероятность выпора грунта, что может привести к деформациям близко расположенных сооружений;

— возможный перерасход бетона при наличии прослоек слабых грунтов.

Рекомендации по применению технологии

Учитывая недостатки и ограничения данной технологии, приведенные выше, возможность ее применения должна быть обоснована расчетами, данными инженерных изысканий и проектом производства работ (ППР).

С типовой технологической картой на устройство буронабивных свай методом уплотнения околосвайного грунта можно ознакомиться, например, здесь.

ППР должен быть согласован с техническим надзором заказчика (генподрядчика), а также эксплуатирующими организациями, если вблизи к месту производства работ расположены действующие сооружения или инженерные коммуникации.

В некоторых случаях может потребоваться проведение геотехнического мониторинга зданий и сооружений, необходимость которого определяется по условиям согласования с их владельцами, положениями проектной документации и ППР.

Учитывая высокую производительность метода, следует до начала работ создать необходимый запас арматурных каркасов, обеспечив их складирование в непосредственной близости к месту производства работ.

 Особое внимание необходимо обратить на качество и график поставки бетонной смеси на строительную площадку, от чего в значительной степени зависит эффективность применения самого метода, а также качество строительной продукции.

Нарушения ритма поставок или качества бетонной смеси могут привести к возникновению пробок в бетоноводах, необходимости их прочистки, как следствие, к непроизводительным простоям технологического оборудования и, возможно, к выходу из строя ответственных узлов и элементов машин.

В конечном счете возникает угроза некачественного выполнения работ, если, например, случился недопустимый простой оборудования в процессе бетонирования сваи.

Эффективность технологии уплотнения (раскатки) околосвайного грунта может быть обеспечена только высококвалифицированным, слаженным и обученным персоналом, вместе составляющим экипаж бурового комплекса. В состав экипажа бурового комплекса входят:

— прораб, или мастер на смене;

— машинист буровой установки;

— машинист бетононасоса;

— машинист автомобильного крана;

— монтажники (2 человека).

Не следует поручать исполнение работ данным методом людям, наспех собранным, как это говорят, «с миру по нитке», как это практикуется в последнее время некоторыми буровыми организациями. Такой подход к формированию экипажа грозит организации потерями, как финансовыми, так и имиджевыми.

Немаловажную роль играет также отлаженное рабочее взаимодействие с представителями технического надзора заказчика (генподрядчика).

Это имеет значение, поскольку темпы работ, сложность и количество технологических операций, выполняемых в единицу времени, ответственность линейного персонала здесь существенно выше в сравнении, например, с классической технологией устройства буронабивных свай методом Келли под защитой инвентарных обсадных труб.

Полезное видео: технология устройства БНС методом уплотнения (DDS)

Полезное видео: конструкция шнека — раскатчика