Коллекция буровых технологий в строительстве. Устройство буронабивных свай методом Келли под защитой инвентарных обсадных труб

Этой статьей мы открываем рубрику, которую решили назвать «коллекция буровых технологий в строительстве». В строительной отрасли применяются сегодня разнообразные буровые технологии, каждая из которых имеет свои особенности, область применения, достоинства и недостатки.

Мы решили представить здесь краткое описание каждой такой технологии и разместить их в одном месте, под одной рубрикой. Полагаем, что пользователям будет полезно иметь под рукой своего рода справочник по применяемым буровым технологиям в строительстве.

Первой в нашей  коллекции подобных технологий станет устройство буронабивных свай методом Келли в скважинах, пробуренных под защитой инвентарных обсадных труб.

Общее описание

Проходка скважины под буронабивную сваю ведется специальным буровым инструментом, который крепится к нижнему торцу штанги Келли.

Штанга Келли – это телескопическая многосекционная конструкция, которая последовательно раскрывается в полости скважины по мере того, как из нее осуществляется выемка грунта (Рис.1).

 Для разработки грунта служит специальный буровой инструмент: шнеки короткой длины, ковшевые буры или колонковые буры.

Штанга Келли служит для передачи крутящего момента, создаваемого ротором буровой установки и вертикального перемещения, создаваемого подающей лебёдкой или гидравлическим цилиндром, на буровой инструмент. После завершения цикла загрузки бурового инструмента грунтом машинист буровой установки, складывая штангу, выдает его для разгрузки.

Разработка грунта в забое скважины ведется внутри полости, образуемой инвентарными обсадными трубами. Обсадные трубы удерживают поверхность стенок скважины от обрушения при бурении в грунтах I – IV категории, в том числе, обводненных.

Став обсадных труб на начальном этапе бурения погружается в грунтовый массив только ротором буровой установки через специальный переходник, называемый дрейтеллером. Далее, по мере возрастания сопротивления грунта, для погружения става труб используется трубо вкручивающий стол с целью предотвращения излишних нагрузок на ротор.

Таким образом, ротор буровой установки выполняет две функции:

— передача крутящего момента и вертикального усилия на обсадные трубы (дрейтеллер установлен на верхний фланец погружаемой секции, все замковые соединения дрейтеллера с фланцем закрыты);

— передача крутящего момента и вертикального усилия на штангу Келли (замковые соединения открыты, дрейтеллер снят).

Проходка скважины – это циклический процесс, состоящий из следующих операций:

— закручивание очередной секции обсадной трубы в грунтовый массив на глубину, определяемую характеристиками грунта и длиной секции, нижняя секция оснащена буровой коронкой, которая разрушает грунт по мере вращения и погружения (Рис. 2);

— разработка породы внутри полости, образованной ставом обсадных труб (Рис. 3);

— выдача бурового инструмента, заполненного грунтом, на поверхность для его разгрузки (Рис. 4);

— стыковка очередной секции обсадной трубы, гидроизоляция стыка, закручивание става обсадных труб в грунт и так далее в той же последовательности.

Количество циклов определяется характеристиками грунта, длиной скважины и составом комплекта обсадных труб. В основном применяются секции обсадных труб длиной 2 — 4 м. Последние погружаемые секции должны иметь длину 1 – 3 м, что обеспечивает в дальнейшем возможность контроля устойчивости положения арматурного каркаса в ходе бетонирования скважины.

В процессе разработки грунта, помимо машиниста буровой установки, принимают участие два монтажника, которые занимаются стыковкой обсадных труб, контролем вертикальности их положения при погружении в грунт, подготовкой стыков очередной секции обсадной трубы к монтажу, принимают участие в разгрузке грунта или замене бурового инструмента (при необходимости). От их опыта, сноровки и выучки в значительной мере зависит продолжительность каждого цикла разработки грунта и, соответственно, длительность всего процесса в целом, а также качество будущей буронабивной сваи.

Нарушения качества буронабивной сваи могут иметь место, если, например, монтажники плохо заизолировали стыки секций обсадных труб, через которые в дальнейшем могут поступать грунтовые воды с примесями минеральных частиц. Последнее грозит нарушением сплошности конструкции свай, снижением их несущей способности.

Управление процессом устройства скважины осуществляет мастер на смене, который должен своевременно принимать решения по типу используемого бурового инструмента (совместно с машинистом буровой установки), контролировать правильность выполнения всех операций, фиксировать фактические характеристики разрабатываемых слоев грунта.

Бурение скважины завершается после достижения проектной отметки низа буронабивной сваи. Если предполагается, что процесс установки арматурного каркаса займет длительное время или начало бетонирования скважины откладывается на неопределенный срок, то может быть принято решение о том, чтобы остановить бурение на уровне, превышающем отметку низа сваи на величину, составляющую не менее 1 диаметра сваи (для предотвращения разуплотнения или «заиливания» основания сваи). В этом случае бурение оставшейся толщи грунта осуществляется непосредственно перед установкой арматурного каркаса в проектное положение.

Перед установкой арматурного каркаса при необходимости следует зачистить забой скважины от осадка минеральных частиц.

На данном этапе важно обеспечить соответствие фактического положения арматурного каркаса требованиям проектной документации (Рис. 5).

После завершения процесса монтажа арматурного каркаса мастер на смене дает разрешение на бетонирование.

Бетонирование конструкции буронабивной сваи осуществляется методом ВПТ, бетонолитная труба должна быть постоянно заглублена в бетон скважины (не менее 2 м от верха бетона).

Бетонную смесь в приемную воронку става бетонолитных труб обычно подают из лотка автобетоносмесителя (Рис. 6).

В ходе бетонирования сваи важно контролировать устойчивость положения арматурного каркаса и своевременно принимать необходимые меры, исключающие его перемещение одновременно с подъемом става обсадных труб.

Подробнее о том, как обеспечить устойчивость положения арматурного каркаса при бетонировании, читайте здесь.

По мере бетонирования извлекаются секции обсадных труб (Рис. 7).

Таким образом, технология устройства буронабивных свай методом Келли под защитой обсадных труб состоит из следующих рабочих процессов:

— подготовка строительной площадки и зоны производства работ для установки буровой машины в рабочее положение, временного складирования обсадных труб, бурового инструмента, арматурных каркасов, установки вспомогательных строительных машин и механизмов (автомобильный кран, компрессор и др.);

— последовательное погружение буровой установкой секций обсадных труб до проектной отметки с одновременной разработкой и извлечением грунта из полости скважины;

— укрупнение арматурного каркаса, зачистка забоя скважины и установка арматурного каркаса в проектное положение;

— сборка и монтаж в скважину става бетонолитных труб, через который будет осуществляться подача бетонной смеси в скважину;

— бетонирование буронабивной сваи методом ВПТ;

— извлечение става обсадных труб, их расстыковка, очистка от наплывов грунта и бетона, временное складирование.

Достоинства и недостатки метода

Как уже упоминалось выше, сооружение буронабивных свай методом Келли под защитой обсадных труб является наиболее распространенной технологией в России. Видимо, это объясняется тем, что такая технология является относительно несложной в исполнении, а ее применение возможно в широком спектре инженерно-геологических условий. Кроме того, в «жирные» нулевые годы нынешнего века в страну было ввезено большое количество буровых установок и оборудования, ориентированного на применение именно этой технологии, и сегодня оно все еще продолжает повсеместно использоваться.

К достоинствам и преимуществам этой технологии можно отнести следующее:

— возможность ее применения в самых разнообразных инженерно-геологических и гидрологических условиях, исключая скальные грунты высокой прочности;

— возможность изготовления свай в широком диапазоне технических характеристик: диаметрами от 600 мм до 2700 мм, длиной до 102 м.

— значительный опыт проектирования свай, сооружаемых в данной технологии, накопленный проектными организациями Российской Федерации;

— отсутствие высоких динамических и вибрационных нагрузок на близко расположенные к месту производства работ здания и сооружения;

— предотвращение осадок дневной поверхности в процессе выполнения технологических операций (при жестком соблюдении всех технологических требований);

— возможность непосредственного контроля над соответствием фактических характеристик слоев грунта тому, что предусмотрено проектной документацией и, соответственно, возможность оперативного изменения и корректировки проектных решений;

— возможность обеспечения прямого визуального и инструментального контроля всех технологических операций и, соответственно, оперативного вмешательства в процессы для предотвращения недопустимых отклонений.

К преимуществам метода Келли следует отнести также наличие в нашей стране большого количества буровых установок, обсадных труб, бурового инструмента, предназначенных именно для этой технологии. Также имеется достаточное число специалистов – машинистов буровых установок, мастеров, монтажников (помбуров), накопивших большой опыт работы в этой технологии. Поэтому у заказчиков сегодня не вызывает большой проблемы подобрать исполнителей для реализации проектов устройства буронабивных свай методом Келли.

Недостатки метода:

— невозможность его применения в городских условиях без нарушения действующего законодательства о тишине;

— относительно невысокая производительность (в сравнении, например, с методами CFA, двойного вращения или под защитой глинистого раствора);

— повышенные расходы на приобретение, техническое обслуживание и ремонт обсадных труб, их перевозку и хранение;

— высокая чувствительность к нарушениям требований технологии, что приводит к нарушениям качества свай, недопустимым перемещениям арматурных каркасов в ходе бетонирования, нарушениям сплошности конструкций свай, потере их несущей способности и, в конечном счете, к значительным непроизводительным расходам;

— высокая стоимость работ по устройству буронабивных свай данным методом.

Рекомендации по снижению влияния недостатков метода

Для предотвращения указанных недостатков при применении метода Келли следует самым строжайшим образом требовать от линейного персонала соблюдения положений технологических карт, регламентов, проектов производства работ. В этом случае брак и непроизводительные потери будут практически исключены.

 Сегодня, в отличие от нулевых годов, подрядчики не могут диктовать заказчикам свои условия, и вынуждены зачастую работать в очень жестких условиях по цене. Поэтому ключевое значение имеет темп производства работ, только высокая производительность может обеспечить возможность подрядчикам заработать приемлемый доход.

Следовательно, важно правильно подготовиться к производству работ:

— иметь обслуженные буровые установки, подготовленный буровой инструмент, отремонтированные обсадные трубы;

— собрать квалифицированный, слаженный и мотивированный линейный персонал, доверяющий руководству буровой компании;

— убедиться в наличии проектной и исходно-разрешительной документации, фронта работ, готовности строительной площадки, выполнении иных условий, необходимых для организации ритмичной работы;

— обеспечить наличие на площадке необходимого количества арматурных каркасов, взять на контроль ритмичную поставку бетонной смеси;

— организовать плодотворное взаимодействие с представителями технического надзора заказчика по вопросам освидетельствования ответственных конструкций, скрытых работ, своевременного получения разрешений на выполнение тех или иных технологических операций.

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

Успехов Вам, друзья!

Полезное видео: устройсто буронабивных свай методом Келли под защитой обсадных труб