Буроинъекционные сваи: устройство и технология сооружения, способы установки и сфера применения БИС, Технология изготовления и области применения буроинъекционных свай

Автор: | 01.10.2021

Содержание

 

Что такое буросекущие сваи?

Буросекущие сваи – известный вид свай буронабивных, имеющий свои особенности устройства, из-за которых представляет собой подобие настоящей стены, размещенной в грунте.

Устройство буросекущих свай позволяет создать сплошную герметичную конструкцию, размещаемую непосредственно около фундамента. Чаще всего буросекущие сваи используются при строительстве котлованов, когда основной задачей является создание прочной ограждающей конструкции.

Этот тип конструкции также хорошо показал себя в качестве способа укрепления склонов, столь необходимого при строительстве мостов, дорог и домов.

Достоинства буроинъекционных свай

Эти конструкции обладают следующими преимуществами:

  • возможность установки на различных сложных грунтах;
  • любое направление прокладки — вертикально, горизонтально, под уклоном;
  • возможность монтажа в городских условиях — в непосредственной близости от другого здания без угрозы его обрушения;
  • низкий уровень шума при установке (актуально для города).

Сфера применения

Исходя из вышеперечисленных достоинств, получаем следующий список областей применения буроинъекционных свай — самых передовой технологии в этой области на текущий момент.

Это:

Постройка новых строений вблизи существующих. Буроинъекционные сваи используются для укрепления фундамента и стен строения, позволяют избежать проседания или сползания грунта, благодаря чему предохраняют существующее здание от обрушения. При наличии специализированной техники — например, мобильных бетонных заводов — устройство свай можно проводить в условиях предельно ограниченного пространства.

Корректировка крена здания. Такие сваи можно эффективно применять, если необходимо выровнять здание, просевшее из-за повышения уровня грунтовых вод, износа несущих элементов конструкции или любых других причин.

Усиление фундамента. Применяется при повышенных требованиях к массе, которую должны выдерживать несущие стены или опоры — например, надстройка этажей, установка более тяжелого оборудования и т. д.

Где применяются буроинъекционные сваи

К устройству буроинъекционных свай прибегают в случаях, когда в силу особенностей грунта другие виды свайных фундаментов применяться не могут. Также существуют случаи, когда именно буроинъекционные сваи являются наиболее предпочтительным вариантом.

укрепление фундамента буроинъекционными сваями

Рис. 1.2: Укрепление фундамента дома буроинъекционными сваями

Разберемся, в каких ситуациях лучше всего применять сваи буроинъекционного типа:

  • Необходимость укрепления уже возведенных перегруженных фундаментов (при надстройке помещений);
  • Для укрепления фундаментов при изменении эксплуатационных нагрузок построек (замена производственного оборудования на более габаритное, увеличение мостов);
  • При возведении построек в сильно застроенной черте города либо при строительных работах в условиях ограниченного пространства (на территории действующих заводов и предприятий);
  • Для исправления крена фундаментов, возникшего в результате их осадки;
  • При строительстве зданий на проблемной почве.

Буроинъекционные сваи очень часто применяются при реконструкции оснований, поскольку инъекционная технология позволяет выполнить укрепление проблемного фундамента не нарушая структуру грунта, на котором расположено здание и, тем самым, не усугубляя аварийную ситуацию.

Совет эксперта! Буроинъекционное укрепление значительно уменьшает объем земляных работ (нет необходимости рыть котлован вокруг здания), что существенно ускоряет темпы реконструкции.

укрепление грунта буроинъекционными сваями

Рис. 1.3: Укрепление грунта буроинъекционными сваями

Оборудование для установки буроинъекционных свай

Скорость обустройства фундаментов из буроинъекционных свай непосредственно зависит от оборудования, которое используется для их установки
Для монтажа БИС применяются мобильные буровые установки с непрерывным полым шнеком (CFA), попросту говоря — инъекционной трубой. Визуально буровая колонна в CFA установках аналогична колонне обычных ямобуров — та же спиральные лопасти, однако внутри такой колонны расположен канал для подачи бетонного раствора.

Первый цикл работы CFA установок заключается в создании скважины под будущую сваю — грунт по лопастям буровой колонны поднимается наверх, пока не будет достигнута требуемая проектом глубина скважины. При этом инъекционная полость буровой колонны закрыта заглушкой , предотвращающей попадание в отверстие почвы.

Далее, в буровую колонну насосом нагнетается бетонный раствор и происходит поднятие колонны с одновременным заполнением скважины бетоном. Все современные CFA-установки выполняют подачу бетона под давлением, в результате чего он уплотняется и свая получает большую прочность. Затем на установку вместо буровой колонны монтируется вибропогружатель и в заполненную бетоном скважину опускается армирующий каркас.

БМ 811 для создания буроинъекционных свай

Рис. 1.5: Установка для бурения под буроинъекционные сваи БМ-881

Строительная компания «Богатырь» обладает парком современного оборудования для бурения лидерных скважин под буроинъекционные сваи:.

  • БМ-881 — установка, обладающая мощным силовым агрегатом, способным выполнять бурение скважин под БИС даже в промерзшем грунте;
  • КГ-12м — наша «тяжелая артиллерия», оборудованная навесной установкой СО-2, которая может бурить скважины под сваи глубиной до 30 метров.

Важно! современное буровое оборудование обладает высокой продуктивностью — фундамент под дом средних размеров может быть обустроен за 1-2 рабочие смены.

Виды буроинъекционных свай

Классификация буроинъекционных свай выполняется исходя из технологии из монтажа, согласного которой выделяют:

  • БИС без дополнительной обсадки скважины;
  • БИС с обсадкой скважины;
  • БИС с винтовой навивкой.

Буроинъекционные сваи без обсадки используются для создания фундаментов в нормальной почве, в которой содержится минимальное количество грунтовых вод. БИС без обсадки имеют ограничение в максимальном диаметре, который не может превышать 180 мм.

Тип подачи раствора при возведении БИС без обсадки выбирается исходя из их диаметра — это может быть как самотечная подача в уже пробуренную скважину, так и подача инъекционной трубой, которая наполняет скважину бетоном сразу по достижению буром ее забоя. БИС без обсадки обязательно укрепляются армокаркасом.

В почве с недостаточной несущей способностью (влагонасыщенных и склонных к сдвигам грунтах) практикуется укрепления скважин под БИС обсадными трубами. Такие трубы представляют собою металлическую гильзу, помещенную в пробуренную скважину, внутрь которой нагнетается бетонный раствор.

буроинъекционные сваи с обсадной трубой

Рис. 1.4: Устройство буроинъекционной сваи с обсадной трубой

Метод монтажа БИС с винтовой навивкой отличается от технологии возведения обычных БИС. Скважины для таких свай образуются посредством бурения грунта винтообразным наконечником закрепленным на инъекционной трубе. На стволе инъекционной трубы расположен армокаркас, он погружается в грунт одновременно с бурением скважины.

Важно! Обсадка скважин, хоть и увеличивает стоимость обустройства фундамента, является залогом его прочности и долговечности, пренебрегать ею в пользу экономии категорически нельзя.

Устройство буроинъекционных свай

Для создания БИС используется бетонная смесь на основе цемента марок М400 и выше, с густотой не выше 29%. Соотношение цемента песка и воды — 1:1:0,4 либо 1:2:0,7. В состав раствора добавляют песок мелких фракций, размером не более 1 миллиметра.

Фактическая прочность бетона буроинъекционной сваи должна составлять не меньше 15 МПа спустя 7 дней после ее создания, и не меньше 30 МПа спустя 28 дней.
Для армирования, в зависимости от габаритов БИС и типа грунта, могут использоваться как единичные арматурные прутья, так и арматурные каркасы. В исключительных ситуациях для армирования могут использовать стальные трубы

Совет эксперта! Армирование БИС обязательно для свай любой глубины и диаметра.

арматурный каркас для укрепления буроинъекционных свай

Рис. 1.6: Армокаркас для укрепления БИС

Тип армокаркаса определяется в зависимости от особенностей грунта и несущей нагрузки, которую будет испытывать свая. Каркас может быть либо однородным по все длине БИС (в неустойчивой почве), либо смешанным (сваренный цилиндрический каркас в месте наибольшего изгибающего давления на сваю, и одиночная арматура по остальной длине БИС) в нормальных грунтах.
Армокаркас изготавливается из горячекатаной арматуры классов А5 и А4, диаметр которой для конструкций разного размера определяется требованиями СНиП 2.02.03-85.

Усиление фундамента буроинъекционными сваями

Усиление аварийных оснований посредством БИС необходимо выполнять сразу же после обнаружения их осадки, первые признаки которой — растрескивание стен. Также усиление является важной частью процесса подготовки существующих помещений к надстройке.

усиление фундамента буроинъекционными сваями

Рис. 1.7: Усиление фундамента буроинъекционными сваями

Процесс усиления фундамента БИС выполняется в несколько этапов:

  • Проводятся проектные расчеты и определяется оптимальный диаметр и глубина заложения свай;
  • Рабочая площадка подготавливается к работе, развертывается буровая установка;
  • По периметру аварийного фундамента создается ростверк, соответствующий проектным расчетам;
  • Выполняется бурение скважин и их заполнение бетонным раствором;
  • Сваи укрепляются арматурным каркасом и выполняется опрессовка (уплотнение) бетона.

Области применения буроинъекционных свай

Усиление несущих конструкций сооружений

Буроинъекционные сваи рекомендованы к применению в случае повышения требований к несущей способности объекта (увеличение количества этажей, расширение мостов и эстакад, установка более тяжелой промышленной техники), а также при аварийной осадке зданий и сооружений из-за изменения геологических условий, износа или перегруженности несущих конструкций. Благодаря современной технологии установки, буроинъекционные сваи могут применяться для укрепления фундаментов уже существующих построек даже в условиях плотной городской застройки, а также на площадках с проблемными геологическими условиями.

Усиление несущих конструкций сооружений при аварийной осадке

Усиление несущих конструкций сооружений
при аварийной осадке

Усиление несущих конструкций сооружений при недопустимых горизонтальных перемещениях

Усиление несущих конструкций сооружений
при недопустимых горизонтальных перемещениях

1 — существующий фундамент; 2 — буроинъекционные сваи; 3 — слабый грунт; 4 — плотный грунт

Создание новых объектов вблизи уже существующих сооружений

Строительные проекты, предусматривающие создание какого-либо объекта на минимальном расстоянии от уже существующего, относятся к числу наиболее технически сложных. Для того, чтобы защитить фундамент и стены построек от вибрации и повышенных нагрузок в период строительства и последующей эксплуатации нового объекта, их укрепляют при помощи буроинъекционных свай. Использование свай дает возможность минимизировать риски деформации, неправильной осадки и подвижки грунта в процессе строительных работ. Благодаря применению малогабаритных буровых машин и мобильных бетонозаводов, выполнить работы по установке буроинъекционных свай можно даже в условиях ограниченного пространства (строительство туннеля, надстройка зданий, укрепление существующего фундамента, создание подземных парковок).

Строительство туннеля рядом с существующими зданиями

Строительство туннеля рядом
с существующими зданиями

Надстройка существующего здания

Надстройка существующего здания

1 — существующие фундаменты; 2 — новые фундаменты на сваях

Коррекция крена здания

Повышение уровня грунтовых вод, переувлажнение грунта и износ несущих конструкций часто часто приводят к сильной неравномерной осадке сооружений, возведенных на традиционном плитном или ленточном фундаменте. Единственным способом остановить разрушение исторических зданий в подобных случаях является использование буронабивных свай. Существует две технологии устранения крена:

  • Фундамент усиливается сваями в точке максимальной осадки, через необходимый промежуток времени проводится усиление также других точек фундамента, просевших до нужной отметки;
  • Наиболее просевший участок фундамента укрепляется путем ввода свай, затем другие зоны фундамента искусственно опускаются до той же отметки путем ослабления оснований по методике замачивания или выборки грунта.
Коррекция крена здания Коррекция крена здания

1 — положение фундаментов до начала усиления;
2 — буроинъекционные сваи I стадии усиления;
3 — сваи II стадии усиления;
4 — сваи III стадии усиления

Строительство на проблемных грунтах

В целом ряде случаев установка буроинъекционных свай становится единственным способом создания долговечных и устойчивых фундаментов под различные объекты. Особенно рекомендовано использование свайных несущих конструкций в следующих случаях:

  • Работа на грунтах с крупными скальными включениями или сильными показателями просадки;
  • Строительство на участках с уклоном более 8%;
  • Создание фундамента на слабых грунтах при недостаточной толщине глубоко залегающих твердых пород;
  • Строительство на участках с «плывунами» или высоким уровнем грунтовых вод.
Усиление оснований фундаментов под оборудование

Усиление оснований фундаментов под оборудование

Фундамент мостовой опоры в сложных грунтовых условиях

Фундамент мостовой опоры в сложных грунтовых условиях

1 — сваи; 2 — крупнообломочный материал; 3 — фундамент

Создание фундамента «стена в грунте»

Фундамент типа «стена в грунте» относится к числу наиболее прогрессивных типов опорных конструкций и позволяет возвести масштабные высотные сооружения даже на малосвязных, слабых и переувлажненных почвах. Также сооружения типа «стена в грунте» широко применяются в качестве подпорных стен для защиты от оползней, а также противофильтрационных завес, предохраняющих подземные сооружения от грунтовых вод. Суть технологии «стена в грунте» заключается в создании узкой траншеи или ряда скважин, которые заполняются цементной смесью. При работе в условиях плотной застройки «стена в грунте» из буронабивных или буроинъекционных свай позволяет в кратчайшие сроки создать прочные опорные конструкции и избежать повреждения фундаментов соседних зданий.

Подпорные стены для противооползневой защиты

Подпорные стены для противооползневой защиты

Создание фундамента «стена в грунте»

Создание фундамента «стена в грунте»

Технология изготовления буроинъекционных свай

В связи с постоянным ускорением темпов строительства методика создания буроинъекционных свай постоянно совершенствуется. Ежегодно на рынке появляются новые разработки, позволяющие снизить стоимость работ и уменьшить время строительства. Одной из ключевых тенденций на данный момент является стремление объединить разные операции по установке сваи – например, некоторые производители предлагают буровые колонны одноразового использования, которые остаются в скважине и выполняют роль армирующей конструкции.

В качестве основных этапов создания буроинъекционных свай можно выделить:

  • Бурение скважины;
  • Установку армокаркаса;
  • Введение цементного раствора.

В качестве армирующих элементов сваи могут применяться также металлические трубы, арматурные стержни и комбинированные металлоконструкции, однако трехмерные армокаркасы получили наибольшее распространение благодаря своей повышенной прочности. Как отмечают специалисты, именно этап конструирования армокаркаса является самым слабым звеном в технологии создания свай.

На сегодняшний день существуют две методики создания армокаркасов под буроинъекционные сваи:

  • Сборка вручную.
    Армокаркас собирается при помощи полуавтоматических сварочных аппаратов. Возможно создание каркасов любой конфигурации, вес и длина могут значительно варьироваться. Основным плюсом ручной сборки является возможность создавать армокаркасы непосредственно на месте работ. Основной недостаток – отсутствие контроля за качеством сборки на разных этапах;
  • Сборка на станке.
    Специализированная техника для сборки армокаркасов изготовляет конструкции с заданными размерами в режиме автоматической сварки. Станок позволяет изготовить армокаркас стандартного размера в 15 раз быстрее, чем при использовании ручной сборки, а также добиться безупречного качества полученного изделия. Минусами использования автоматизированной сборки является необходимость транспортировать готовые каркасы на площадку, а также ограничения по размерам изготовляемых металлоконструкций (не более 14 м. в длину, вес до 5 т.).

Создание армокаркасов вручную – более рискованная и трудозатратная методика, использование которой оправдано лишь при реализации масштабных строительных проектов на труднодоступных площадках и создании каркасов под сверхглубокие сваи. При работе с малыми и средними строительными объектами наиболее выгодным является использование станка для сварки армокаркасов, в кратчайшие сроки изготовляющего высококачественные конструкции с заданными параметрами.

В целом, технология изготовления свай незначительно варьируется в зависимости от применяемой техники. Выбор бурового оборудования и метода бурения выполняется в соответствии с типом почвы и строительными задачами.

Основные технологические схемы изготовления буроинъекционных свай

Глинистые почвы

На участках с глинистым грунтом (средний уровень влажности, 1-2 категория по просадке) для создания скважин под буроинъекционные сваи размером до 180 мм. применяется методика шнекового бурения. В связи с высокой нагрузкой рекомендуется выбирать буровые шнеки со сменным наконечником и использовать буровое долото с диаметром, превышающим диаметр шнека не более чем на 6-10 мм. Подобный технический прием позволяет избежать обрушения стенок скважины при извлечении шнека на поверхность – более влажная почва, поднимающаяся со дна скважины по виткам шнека, покрывает ее стенки и играет роль стабилизатора. При работе в удалении от уже существующих построек для погружения шнека можно использовать пневмопробойник. После пробуривания скважины в нее погружается армокаркас, затем с помощью шланга или бетонолитной трубы вводится цементная смесь.

В том случае, если в глинистом грунте необходимо пробурить скважину диаметром боле 180 мм., рекомендуется во избежание осыпания стенок скважины вначале проводить введение цементного раствора, а затем устанавливать армокаркас (подходит для армокаркасов длиной не более 5 м.).

Изготовление буроинъекционных свай в маловлажных глинистых грунтах при диаметре сваи 13-18 см

Изготовление буроинъекционных свай в маловлажных глинистых грунтах при диаметре сваи 13-18 см

Изготовление буроинъекционных свай в маловлажных глинистых грунтах при диаметре сваи более 18 см

Изготовление буроинъекционных свай в маловлажных глинистых грунтах при диаметре сваи более 18 см

I — бурение скважины,
II — установка армокаркаса,
III — бетонирование сваи

1 — буровой став,
2 — армокаркас,
3 — инъекционный шланг,
4 — готовая свая,
5 — бункер для выбуренного грунта,
6 — бункер для бетона,
7 — «дыхательная» трубка

Слабые почвы

Малосвязные грунты легко деформируются под влиянием влаги, поэтому в ходе буровых работ стенки скважин необходимо дополнительно укреплять. На участках с подобным типом почв буроинъекционные сваи устанавливаются под защитой обсадных труб, препятствующих обвалу стенок скважины. Бурение выполняется вращательным или ударно-вращательным методом, после извлечения буровой колонны в готовую обсаженную скважину вводится шланг или бетонолитная труба. Как только скважина заполняется полностью, верхняя часть обсадной трубы подсоединяется к компрессору при помощи специальной крышки. По мере того, как обсадная труба извлекается из скважины, составляющий тело сваи бетонный раствор равномерно опрессовывается. Благодаря использованию компрессора или насоса с регулятором давления, оператор может увеличить диаметр сваи, создав расширение в нужной точке. Недостатком данной технологии является необходимость использовать одноразовые наконечники для обсадных труб, которые остаются в скважине после окончания работ.

Технологическая схема изготовления буроинъекционных свай с помощью извлекаемых обсадных труб

Технологическая схема изготовления буроинъекционных свай с помощью
извлекаемых обсадных труб (I-IV в водонасыщенных грунтах; I, V, VI — в сухих)

I — бурение скважины;
II, VI — установка армокаркаса;
III, V — бетонирование сваи;
IV — опрессовка скважины и извлечение обсадных труб;

1 — обсадные трубы;
2 — армокаркас;
3 — инъекционная труба;
4 — оголовок со штуцером;
5 — шанг растворонасоса;
6 — готовая свая

Почвы с высокой поглощающей способностью

Залегание слоя сильнопоглощающего грунта в пределах длины сваи может стать значительной проблемой при бурении. При наличии на участке прослоек породы подобного типа рекомендуется отдать предпочтение буроинъекционным сваям с трубчатым армированием. После ввода в скважину промывочного раствора в нее опускается полая арматурная труба с дополнительными отверстиями в стенках, закрытыми резиновой мембраной. После того, как промывочный раствор застыл и стабилизировал стенки скважины, в скважину подается цементная смесь. Резиновые мембраны лопаются, и цементная смесь выходит за пределы застывшей бентонитовой оболочки, образуя расширение в нужной точке.

Схема устройства свай с трубчатой арматурой

Схема устройства свай с трубчатой арматурой

I — устройство скважины;
II — заполнение скважины инъекционным раствором;
III — установка арматуры;
IV — опрессовка скважины;

1 — обсадная труба;
2 — инъекционная труба;
3 — трубчатая арматура;
4 — инъектор с двойным тампоном

Камень или бетон

Многие проекты предусматривают укрепление буроинъекционными сваями уже существующих плитных или ленточных фундаментов. Для создания скважин в толща каменного или бетонного фундамента используется трехшарошечное буровое долото, рекомендуется также выполнять продувку или промывку. Если в бетонной конструкции также есть железная арматура, она вырезается вместе с керном.

В том случае, если укрепляемый фундамент нестабилен и имеет трещины либо полости, в толще бетона создается лидерная скважина не более 80 см. глубиной, затем в ней с помощью цементной смеси фиксируется одноразовая труба-кондуктор, через которую осуществляется дальнейшее бурение до необходимой точки. После того, как скважина заполняется подаваемым под давлением цементным раствором, происходит замоноличивание трубы-кондуктора. Использование подобной технологии позволяет качественно заполнить все трещины в бетонной основе, находящиеся ниже уровня трубы-кондуктора, и эффективно укрепить фундамент изнутри.

Усиление бутового фундамента

Усиление бутового фундамента

I — бурение лидерной скважины;
II — установка трубы-кондуктора;
III — бурение инъекционной скважины и бетонирование полостей и трещин;
IV — изготовление буроинъекционной сваи

1 — лидерная скважина,
2 — труба-кондуктор,
3 — раствор омоноличивания,
4 — временная пробка,
5 — раствор в трещинах кладки,
6 — труба с сальником,
7 — буроинъекционная свая

 

Когда необходимо усиливать основание

 Укрепление фундаментов буроинъекционными сваями выполняют при:

Проведении реконструкции. Перераспределение нагрузки, перенос производственных линий, добавление этажей увеличивают давление на основание постройки. Чтобы предотвратить обрушение, здание фиксируют свайным способом. Перед установкой проводят прочностные расчёты.

Изменениях в грунте. Размывание «подложки» и прилегающей земли, прорыв канализации, сейсмические сдвиги, проседание из-за вибрации снижают механическую прочность постройки. Ослабленная конструкция может обвалиться. Применение буронабивных элементов укрепляет дом.

Заметном разрушении сооружения. Трещины, пустоты или бреши в стенах, провисания перекрытий — свидетельства непрочности основания. Свайный способ увеличения прочности позволяет обойтись без демонтажа здания, сократить сроки проведения восстановительных работ.

Выявлении ошибок в исходном проекте. Дом, рассчитанный под меньшие нагрузки, скоро начнёт разрушаться. В центре или по краям основания появятся разрастающиеся трещины. Проходящая через них вода ускорит обрушение. Усиление фундамента буронабивными сваями предотвратит несчастье.

Порядок укрепления постройки

Усиление фундамента буронабивными сваями

Буронабивные конструкции монтируют в несколько этапов. В основании и прилегающей земле под углом к вертикальной линии бурят скважины. После продувки их заполняют до краёв цементным раствором. Пока смесь не застыла, в центр вставляют кондуктор. Это стальная труба, в которой протягивают армирующие элементы. После застывания внутри трубы пробуривают полость — в неё и помещают стальную арматуру. Если элементы погружаются посекционно, составные части сваривают прямо в трубе.

Усиление буроинъекционными сваями завершают заливкой расположенной внутри кондуктора арматуры. Она проводится под повышенным давлением, а отверстия запечатываются водоотталкивающими составами. Технология не наносит вреда природе, безопасна для человека. Позволяет избежать полного вывода дома из эксплуатации.