Коллекция буровых технологий в строительстве. Устройство буронабивных свай методом двойного вращения (Double Rotary)

Эта статья продолжает рубрику «Коллекция буровых технологий в строительстве».

В строительной отрасли применяются сегодня разнообразные буровые технологии, каждая из которых имеет свои особенности, область применения, достоинства и недостатки.

Здесь, в этой рубрике, представлено краткое описание каждой такой технологии. Полагаем, что посетителям сайта будет полезно иметь под рукой своего рода справочник по применяемым буровым технологиям в строительстве.

Настоящая статья посвящена весьма интересной и высокопроизводительной технологии, которая объединяет преимущества классических технологий сооружения буронабивных свай – метода Келли и метода НПШ (непрерывного полого шнека).

Общее описание

Любая технология, применяемая для устройства буронабивных свай, в том числе технология двойного вращения, должна быть «узаконена» в строительной организации технологической картой, регламентом, а также утверждена для применения на конкретном объекте соответствующим проектом производства работ.

Проходка скважины под буронабивную сваю ведется непрерывным полым шнеком, собираемым из секций, имеющих внутреннюю полость, через которую в дальнейшем будет подаваться бетонная смесь.

Непрерывный полый шнек представляет собой круглую оболочку, составленную из двух труб. Внутренняя труба выполняет функции бетоновода, а к внешней толстостенной несущей трубе по всей ее длине приварена непрерывная винтовая лопасть.

 Грунт по мере погружения (закручивания) шнека в массив накапливается на этой лопасти и впоследствии выдается вместе со шнеком на поверхность. В процессе бурения низ бетоновода шнека закрыт клапаном (для предотвращения попадания в него грунта). При подаче бетонной смеси бетононасосом через бетоновод в полость шнека избыточное давление выдавливает клапан и открывает возможность подачи бетонной смеси в скважину.

Одновременно с погружением шнека осуществляется погружение (закручивание) обсадной трубы в грунт. Вращение полого шнека и обсадной трубы происходит в разные стороны, что значительно облегчает процесс бурения грунта.

Обсадная труба выполняет функции крепления стенок образуемой скважины.

Таким образом, в отличие от метода Келли, буровая установка не оснащена штангой, но зато имеет так называемый двойной ротор (вращатель). Функция двойного ротора заключается в передаче крутящего момента и осевого усилия на став обсадных труб (нижний вращатель) и, одновременно, на полый шнек (верхний вращатель).

В процессе бетонирования бетонная смесь при помощи бетононасоса через гибкий бетоновод, и полый шнек подается в скважину. Момент поступления бетонной смеси и формирования определенного давления в системе машинист буровой машины наблюдает на мониторе бортового компьютера (информация при этом фиксируется датчиком бетона, установленном в вертлюге). В момент превышения установленного показателя давления машинист буровой установки приступает к извлечению буровой колонны (бетононасос при этом продолжает подачу бетонной смеси с постоянной производительностью).

Таким образом, основной задачей машиниста буровой установки является извлечение буровой колоны при поддержании постоянного давления. При прохождении буровой колонны через прослойку нестабильных грунтов машинист буровой установки наблюдает падение давления бетонной смеси, снижает скорость извлечения колонны, добиваясь повышения рабочего давления в системе бетоноводов до установленного значения.

В состав бурового комплекса входят:

— буровая установка;

— бетононасос для подачи бетонной смеси через полый шнек в скважину;

— автомобильный или гусеничный кран (использование гусеничного крана в данном методе значительно удобнее, поскольку не требуется его многократная перестановка с выдвижением и уборкой опор, перестановкой подкладок);

— вибропогружатель, подвешиваемый к стреле крана;

— экскаватор – погрузчик для уборки выбуренного грунта из зоны работ.

До начала работ буровой комплекс подготавливается к работе:

— осуществляется укрупнительная сборка колонны полого шнека и става обсадных труб с креплением к верхнему и нижнему вращателям буровой установки соответственно;

— от бетононасоса к полому шнеку монтируется гибкий бетоновод, который стыкуется с полым шнеком через специальный адаптер (бетоноводный вертлюг), жестко соединенный с ротором буровой установки;

— в месте крепления става обсадных труб на дрейтеллере устанавливается защитный кожух, обеспечивающий направленное падение части выбуриваемого грунта.

Технология устройства буронабивных свай методом «двойного вращения» под защитой обсадных труб состоит из следующих рабочих процессов:

— подготавливается зона производства работ и рабочая площадка с твердым покрытием (для установки буровой машины);

— подготавливается буровой комплекс к работе (описание дано выше);

— устанавливается буровая машина на точку бурения;

— осуществляется бурение скважины на проектную отметку с одновременным погружением полого шнека и става обсадных труб (низ колонны полого шнека в процессе бурения несколько превышает низ обсадной трубы, что позволяет создавать постоянную грунтовую пробку и предотвращать поступление грунтовых вод в скважину);

— бетонируется скважина при помощи бетононасоса через полость шнека;

— одновременно с процессом бетонирования извлекаются обсадные трубы и шнек, загруженный выбуренным грунтом (в процессе бетонирования буровая колонна извлекается без вращения);

— после завершения подачи бетона буровая установка осуществляет поворот на 90 градусов и разгружает грунт из полости обсадной трубы; разгрузка осуществляется посредством обратного вращения шнека и става обсадных труб (оба става при этом так же, как и в процессе бурения, вращаются в разные стороны);

— в скважину, заполненную бетонной смесью, погружается арматурный каркас;

— для установки арматурного каркаса на проектную отметку применяется вибропогружатель, смонтированный на кране;

— осуществляется уборка грунта из зоны производства работ.

Весь цикл устройства буронабивной свай методом двойного вращения вы можете увидеть на этом видео.

Вибропогружатель может быть как электрическим, так и гидравлическим. Гидравлический вибропогружатель снабжен зажимным устройством, что позволяет каркасу лучше входить в резонанс с частотой вибропогружателя. Таким образом, применение гидравлического вибропогружателя является в данном методе более эффективными, но более сложным в эксплуатации, так как для его работы требуется гидравлическая маслостанция.

Представленная здесь технология устройства буронабивных свай методом двойного вращения представляет собой циклический процесс, позволяющий, при должной подготовке, обеспечить высокие темпы производства и получение качественной строительной продукции.

Технологию двойного вращения целесообразно применять в дисперсных грунтах: илах, песках, слабых и неустойчивых обводненных грунтах, твердых и полутвердых глинистых грунтах.

В других видах грунтов, например, в плотных грунтах с прослойками скальных пород, включениями галечников или валунов применение данной технологии нецелесообразно (возможны недопустимые отклонения свай от вертикали или остановка бурения).

Достоинства и недостатки метода

Существенным преимуществом данного метода является его высокая производительность. Темп работ зависит от характеристик грунта и геометрических параметров буронабивных свай (диаметр, длина).

Существуют разные оценки темпов работ при применении этого метода, но ясно одно: производительность устройства буронабивных свай при прочих равных условиях значительно, не менее чем в 3 — 5раз превышает аналогичные показатели в сравнении с методом Келли. 

Метод двойного вращения обладает также и другими достоинствами:

— высокая степень надежности процесса бетонирования с точки зрения обеспечения качества работ (исключаются нарушения сплошности свай);

— отсутствуют осадки дневной поверхности после завершения подачи бетонной смеси в скважину и извлечения обсадной трубы (бетон подается в полость скважины под давлением, что исключает обрушение стенок скважины и разуплотнение массива грунта);

— возможность выполнения работ вблизи существующих зданий, инженерных коммуникаций;

— пониженные шумовые нагрузки при бурении скважины и последующей разгрузке грунта, что позволяет применять метод в круглосуточном режиме в непосредственной близости от жилой застройки;

— экономичное расходование бетонной смеси в сравнении с методом CFA (отсутствует эффект разуплотнения грунта в стенках скважины, находящихся под защитой обсадных труб).

Метод двойного вращения имеет недостатки:

— прежде всего, длина сооружаемых свай ограничивается высотой мачты буровой установки (длина буронабивных свай не превышает 20 – 25 метров);

— диаметры используемых обсадных труб ограничены размером 1000 мм;

— невозможность применять метод при наличии так называемого «холостого» бурения более 0,5 – 1,0 метра, что весьма часто встречается на практике;

— невозможность применять метод в грунтах, характеризующихся напластованиями скальных пород (известняк, песчаник) и пород с включениями валунов или галечников.

— для обеспечения эффективности метода требуются рабочие площадки значительных размеров с повышенными требованиями к качеству основания.

Рекомендации по применению метода

Технология сооружения буронабивных свай методом двойного вращения является более сложной и тонкой в сравнении, например, с методом Келли.

Требуется слаженная работа машинистов буровой установки и бетононасоса в процессе бетонирования, полностью исключены перерывы в поставке бетонной смеси, любой отказ техники чреват потерей дорогостоящего бурового оборудования.

Поэтому необходимым условием для применения данного метода является наличие в организации квалифицированного линейного персонала, имеющего опыт его практического применения. Если, как это принято зачастую, собрать коллектив «с миру по нитке», то с высокой степенью вероятности вместо эффективной высокопроизводительной работы получится нечто прямо противоположное.

Также критически важным фактором является надлежаще техническое состояние буровой техники, прежде всего, буровой установки и бетононасоса.

Перед началом работ целесообразно провести их внеплановое техническое обслуживание. Должны быть полностью обслужены и отремонтированы обсадные трубы, секции проходного шнека.

Существенное значение имеет качество подготовки бетонной смеси, состав и требования к которой определяются технологической картой и проектом производства работ, а также условия ее доставки (имеется в виду дальность возки).

 В любом строительном процессе, где используется бетонная смесь, ее качество имеет значение. Однако в данном случае контролю качества поступающей бетонной смеси следует уделить особое внимание, поскольку зачастую, при самых незначительных отклонениях от требуемых параметров по составу инертных материалов или водоцементному соотношению, происходит сужение отверстий бетоноводов, образование в них «пробок». 

В результате работы останавливаются, тратится время на прочистку бетоноводов, а то и вовсе оборудование выходит из строя.

Все это вещи элементарные, всем понятные, но на практике не всегда и не везде исполняемые, что приводит к непроизводительным потерям, браку строительной продукции.

Учитывая высокую производительность метода, важно организационно подготовиться к ритмичной работе, исключить любые причины, которые могут вызвать простои технологического комплекса:

— создать необходимый запас подготовленных к монтажу арматурных каркасов;

— взять под контроль поставки бетонной смеси в достаточном объеме;

— заранее подготовить достаточный фронт работ;

— иметь достаточный запас технической воды для промывки оборудования после каждого цикла бетонирования (шнеки, бетоноводы);

— выделить на строительной площадке место, достаточное для временного складирования значительного объема выбуренного из скважин грунта.

Не менее важно обеспечить в ходе технологического процесса эффективное рабочее взаимодействие с ответственными представителями технического надзора заказчика. Это важно при любом методе и при любой технологии, скажете вы. Да, это так, но в данном случае следует уделить этому обстоятельству особое внимание, поскольку темп работ, количество ответственных операций в единицу времени, уровень ответственности линейного персонала здесь существенно выше.

 Применяйте метод двойного вращения при сооружении буронабивных свай, стройте больше и лучше, зарабатывайте доходы для развития более современных буровых технологий в строительстве.

Успехов Вам, друзья!

Полезное видео: устройство буронабивных свай методом двойного вращения