Буроинъекционные сваи технология

Буроинъекционные сваи

Компания «БУРИНЖСТРОЙ» выполняет работы по устройству буроинъекционных скважин для сооружения и усиления оснований фундаментов. Мы получили допуски СРО на выполнение строительных работ, обладаем достаточным опытом и современным буровым оборудованием.

Эта разновидность свай нашла применение:

• при ведении нового строительства в непосредственной близости от имеющихся сооружений
• при необходимости эффективно и надежно усилить фундамент пребывающего в аварийном состоянии здания
• в иных ситуациях, когда реализация прочих методик невозможна ввиду больших габаритов стандартного оборудования или из-за недопустимости создания вибрационных и ударных нагрузок

Технологические особенности процесса позволяют полностью исключить наличие ударов и вибрации и выполнять устройство фундаментов в условиях самой плотной застройки.

Мы предоставляем заказчикам любые услуги по устройству буросекущих свай

Мы предлагаем устройство буросекущих свай для следующих целей:

• укрепление котлованов для создания фундаментов, основа ленточных фундаментов. В последнем качестве свайная стенка – уже готовая подвальная стена;
• при строительстве тоннелей метро, автотоннелей, подземных парковок, гаражей, складов и подземных этажей;

• укрепление берегов водоемов, создание гидротехнических объектов;
• формирование железнодорожных насыпей, автострад;
• устройство подземных коллекторов: стенка водонепроницаемая, она препятствует смешиванию вредных отходов с грунтовыми водами;
• защита подземных коммуникаций от обрушения грунта и повреждения грунтовыми водами.

Разновидности буроинъекционных свай

Отличие БИС заключается в способе наполнения раствором скважины. Стандартная технология выполнения инъекционной сваи изменяется в разных случаях и зависит от качества почвы и характеристик строения.

Виды буроинъекционных оболочек:

• скважины без обсадки;
• проход с установкой металлической оболочки;
• с винтовым погружением.

Первая технология используется в мало обводненных грунтах, при этом шнек выбирает землю, и бетононасос подает раствор внутрь забоя. Подбирается диаметр долота и транспортера. Обсадка из труб применяется в оплывающих и размывающихся грунтах, при этом увеличивается прочность элемента, экономится бетон.

Винтовые сваи не требуют начального прохода бурением. Труба снабжается лопастями и вкручивается в требуемом месте на нужную глубину. БИС бывают висячего типа, различаются также сваи-стойки, которые опираются основанием на стабильный слой грунта.

Без дополнительной обсадки скважины

Устройство опор методом непрерывного полого шнека (НПШ) больше применяется за границей, но и в России набирает популярность. Буровая колонна складывается из пустотелых шнеков и опускается в землю до монтажной отметки. Грунт поднимается на поверхность спиральным шнеком. Освободившееся пространство заполняют бетонным раствором, который поступает в скважину под давлением.

Преимущество метода в том, что его производительность больше, чем метода с монтажом обсадки в 5 – 10 раз. За счет давления раствора увеличивается компактность почвы вокруг сваи, одновременно уплотняются стенки прохода, за счет чего повышается прочность стержня.

Сокращается время работы техники, что ведет к улучшению экологии, если монтаж ведется в условиях города. Работы по установке свай без обсадки проводятся с меньшим количеством производимого шума, т.к. не нужно удалять землю с поверхности шнека.

С обсадкой скважины

Устройство буронабивных свай с обсадной трубой

Сущность обсадной технологии буроинъекционных свай заключается в использовании секционных многоразовых труб. Коллекторные элементы опускаются по мере бурения прохода и вынимаются после бетонирования очередного участка. Секции скрепляются с помощью технологичных стыков или методом сварки.

Бурение проводят вращением, ударами или вибрацией или используют составные способы. Для этого применяют станки бурения, домкраты и вращатели. Ствол зачищают после достижения нужной отметки и подают вниз арматурный каркас. Бетонирование проводят с непрерывным уплотнением смеси для очищения от воздушных пузырьков.

Очередность армирования и подачи раствора может меняться в зависимости от выбранной конструкторами технологии обустройства свайного фундамента. Устанавливают наклонные или отвесные стойки в тесных условиях, где нельзя применить другую технику. Обсадная технология используется в близости от соседних зданий, в нестабильных почвах, в дне водоемов.

С винтовой набивкой

Метод несущих винтонабивных стоек не требует бурения прохода перед установкой сваи, т.к. на трубу ставят лопастной наконечник. Труба погружается завинчиванием в грунт, при этом монтаж напоминает технологию устройства свайно-винтового основания. Сегменты арматурной конструкции сваривают или соединяют узлами из проволоки.

Инъекционные сваи, установленные завинчиванием, имеют преимущества:

• невысокая стоимость обсадки и низкие трудозатраты;
• быстрое устройство фундамента;
• возможность установки самостоятельно;
• не требуется предварительная выемка грунта.

Винтовые сваи часто выбирают для строительства частного дома. Лопасти ставят не только на конце, но и по всей поверхности трубы, если на участке рыхлая почва. Обсадка со временем подвергается коррозии и снижает защиту, кроме того, труба трудно завинчивается в прочных слоях, например, скальных.

Техника для буроинъекционных свай

Для создания буроинъекционных свай привлекаются мобильные буровые установки — МБУ. Это самоходная техника, обустроенная на транспортной базе колесного либо гусеничного типа. В фундаментном строительстве наиболее распространены колесные МБУ, ввиду их большей мобильности и способности добираться на целевые объекты своим ходом.

Буровая оснастка МБУ расположена на рабочей платформе, установленной на транспортном шасси с помощью шарнирных соединений. В зависимости от типа платформы машины классифицируются на фиксированные и поворотные. Для разработки каждой последующей скважины МБУ с фиксированной платформой нужно менять свое положение на площадке, тогда как наличие поворотной платформы дает машине возможность бурить сразу несколько скважин по периметру текущего расположения.

Базовым рабочим механизмом МБУ является буровая колонна, которая состоит из шнекового бура, вертлюга, вращателя, подъемных гидроцилиндров и стальной мачты, по которой перемещается бур. В зависимости от типа силового привода, МБУ классифицируются на две группы — установки, в которых забор мощности для вращения бура ведется от двигателя шасси, и машины с независимыми гидроприводами.

Торцевая часть острия шнека укомплектована заглушкой, которая предотвращает заполнение полости грунтом в процессе разработки скважины. По завершению проходки, когда начинается бетонирование, подаваемая по полости смесь выдавливает заглушку из посадочного отверстия.

Нагнетание смеси в полый шнек выполняется с помощью бетононасоса. Спецтехника подключается к буровой колоне через вертлюг, к которому подсоединяются подающие шланги и заборные патрубки. Нормативное давление подачи бетона при заполнении буроинъекционной сваи — 10 мПа.

Для монтажа в скважину арматурного каркаса привлекается крановая установка. При обустройстве свай длиной до 5-ти метров каркас опускается в полость под своим весом, однако при работе с более длинными сваями, для армирования опоры используется вибпрогружатель.

Условия и особенности

Буроинъекционной сваей называют конструкцию, которая получается при замещении смесью бетона (с армирующим каркасом) извлеченного при бурении грунта.

Область применения этих несущих элементов распространяется на такие случаи:

• производство работ на неустойчивом сыпучем грунте, где нужно проводить дополнительное укрепление стен котлована;
• возведение зданий большой этажности в условиях плотной застройки;
• проведение работ в исторических архитектурных центрах;
• необходимость установки опор с заданным углом наклона;
• возведение пристроек, дополнительных этажей к существующему зданию.

Старый ленточный незаглубленный фундамент, установленный на такие свайные опоры, выглядит следующим образом (фото):

Фундаменты можно расположить рядом

В промышленном строительстве буроинъекционные сваи относят к виду буронабивных конструкций, которые используются при возведении зданий в плотно населенных районах городов, при невозможности устанавливать сваи забивным способом, а также на грунтах под уклоном.

Изменение условий эксплуатации здания (увеличение нагрузки на фундамент, повышение уровня грунтовых вод, чрезмерное водонасыщение с поверхности окружающего грунта, износ по сроку службы несущих подземных конструкций, техногенные вибрации) приводят к неравномерной осадке здания. Возможность остановить процесс разрушения предоставляет метод установки бетонных опор под любым углом без разрушения старого ленточного основания.

Технология бурения с немедленным заполнением готовым раствором применяется для усиления склонов с целью предотвращения постепенного разрушения уникальных ландшафтов. Примером использования технологии являются профилактические работы по обеспечению сохранности почти вертикального Мелового утеса (Святогорская Лавра).

Конструктивные отличия

По технологическим особенностям изготовления и эксплуатации буроинъекционные сваи делят на 2 основные категории:

1. Висячие. Они передают основную нагрузку на окружающий грунт своей боковой поверхностью. Такая необходимость возникает на участке, где почва не имеет твердых пород для обеспечения несущей функции, создания прочной основы зданию.
2. Стойки. Столбы распределяют нагрузку от надземного строения не столько боковой площадью, сколько на более широкую по площади пяту. Такие элементы используют для зданий на сложных участках, чтобы гарантировать отсутствие вертикальное смещение грунта по стенкам скважины вдоль опоры. Эти качества востребованы при проведении капитальных работ по реконструкции мостов, эстакад, укреплению фундаментов аварийных зданий.

Процесс ремонта аварийной просадки фундамента показан на этом фото:

Спасение действующего здания

Для усиления фундамента наливными столбами из бетона не всегда применяются крупногабаритные машины и оборудование, имеющееся в наличии у промышленных гигантов. Вместо самоходной буровой установки и передвижного бетонного завода, достаточно передвижного станка с наборным буром, бетономешалки и сварочного аппарата для самостоятельного изготовления каркасов из арматуры.

В индивидуальном строительстве применяют малогабаритные агрегаты, которые способны обслуживать всего 2 человека. Высокая скорость работ обусловлена еще и тем, что не требуется производить большой объем сопутствующих земляных работ для других видов бетонного фундамента.

Отличия технологии

Время изготовления и установки буроинъекционной сваи (БИС) технология ее производства совмещает. Цементный раствор заливается в готовую скважину в момент обратного хода бура через внутренний канал, проходящий по его вертикальной оси. Это существенно экономит время строительства и позволяет использовать имеющиеся неповрежденные стенки грунта в качестве опалубки.

Последовательность всех этапов создания бис

При строительстве многоэтажных зданий требуется значительная длина столба – порядка 15 м. В таких случаях армирование может выполняться только в верхней части опоры.

Впрыск цементной массы производится бетононасосом высокого давления, чтобы обеспечить равномерное распределение бетонного раствора по всей длине скважины. Прочность монолита повышается также за счет поглощения наружным слоем жидкого материала частиц окружающего грунта.

Подача раствора

Основным отличием этой технологии от установки буронабивных бетонных свай является способ поступления инъекционного цементного раствора (бетон с наполнителем мелкой фракции или цементно-песчаная смесь) непосредственно через бур в скважину.

Конструкция рабочего органа буровой установки включает в себя: штангу, центратор, муфту, буровую колонку, крепеж (шайбы, гайки).

Колонки изготавливают под определенный вид грунта. Для почвы, содержащей твердые вкрапления, наконечники буровых колонок дополнительно наваривают твердыми сплавами.

Существенное значение имеет правильно выбранная форма лопастей винта, которые имеют буроинъекционные сваи. Чаще всего она имеет трапецеидальное или округлое сечение, что значительно повышает адгезию жидкого раствора с формирующимися стенками скважины.

Секции колонки для бурения

Образец наборной буровой колонки с коронкой для прохождения твердых пород приведен на фото:

Подача в скважину инъекционного бетона может производиться непосредственно через канал в буровом шнеке, а также после его извлечения по специальной трубе, которая впоследствии извлекается или оставляться навсегда в массе бетона.

Арматура

Армирующий каркас готовят заранее и погружают его в свежий залитый бетон на нужную глубину.

Заготовки, сделанные квалифицированным сварщиком для непрерывной работы на площадке, где последовательно наливают буроинъекционные сваи, выглядят, как на этом фото:

Готовые каркасы

Согласно требованиям СНиП для изготовления 1 каркаса необходимо:

• продольные стержни арматуры 6 шт, класса А3, Ø 18 мм;
• наружный Ø каркаса не менее 140 мм;
• каркас разделяется на секции, не превышающие длину 11,7 м;
• ответственные скважины должны армироваться каркасами, изготовленными прямо на строительной площадке (без транспортировки);
• дополнительное усиление проводится внешними арматурными кольцами из металла, толщиной до 9 мм и шириной от 6 до 9 см;
• металл необходимо погрузить в защитный слой бетона, составляющий не меньше 7 см.

Арматурный каркас погружают в залитую бетоном скважину не позже, чем через 20 мин после внесения раствора.

Рекомендации по применению буроинъекционных свай

Необходимость монтажа БИС вызвана отсутствием возможности сделать опоры забивным путем. Данный тип свай рекомендуется применять в следующих ситуациях:

Монтаж и применение БИС

1. Потребность в дополнительной прочности при превышении проектной нагрузки на основание. Например, при возведении надстроек в здании или установке тяжеловесного оборудования.
2. Строительство фундаментов на сложных грунтах.
3. Ведение строительства поблизости от существующих зданий при вероятности обрушения смежных строений.
4. Устранение крена здания при осадке.

Использование технологии буроинъекционных свай позволяет оперативно устранять огрехи возведения фундаментов различного типа.

Буроинъекционные сваи и их особенности

Отличительной особенностью таких свай является небольшой диаметр, редко превышающий 13 – 25 см и относительно большая глубина. Материалом для ствола буроинъекционых свай является мелкозернистый армированный бетон. Изготавливаются сваи путем инъекции бетона в скважину под давлением.

Раствор для получения мелкозернистого бетона состоит из цемента, соответствующего марке раствора, требуемому сроку схватывания и агрессивности среды. Инертным заполнителем в растворе служит мелко- и среднезернистый песок, а пластифицирующей добавкой – бетонитовый порошок.

Для устройства корневидных свай используют разнообразные растворы в зависимости от задач, которые они должны решить: цементные, цементно-песчаные, цементно-бетонитовые и растворы других составов.

Устройство буроинъекционных свай для усиления фундаментов — наиболее частая область применения данных изделий.

1. Бурение скважины 2. Заполнение скважины мелкозернистым бетоном с одновременным подъемом буровой колонны 3. Установка армокаркаса в скважину 4. Инъекция цеметного раствора в нижнюю часть скважины через специальную трубку

В зависимости от видов грунта, залегающего под нижним концом, корневидные сваи подразделяются на висячие сваи и сваи-стойки. Конструкции, опирающиеся нижними концами на скалу, относятся к сваям-стойкам, а сваи, которые опираются на грунт нижним концом и боковой поверхностью – к висячим сваям. Последние применяются часто в сжимаемых грунтах.

В зависимости от характера нагрузки буроинъекционные сваи армируются либо в верхней части сваи, либо на всю длину. Длина секции арматуры зависит от высоты помещения, в котором идут работы. Армированный каркас может устанавливаться как до опрессовки скважины, так и после нее, а также одновременно с ней. Арматура корневидных свай имеет специальные фиксирующие элементы, которые выполняют ее отцентровку в скважине для обеспечения проектной толщины бетонного слоя. Сварные стыки, соединяющие арматурные каркасы по всей длине сваи, обеспечивают равномерную прочность арматуры. Расстояние между отдельными стержнями продольной арматуры по контуру сваи должно составлять не меньше диаметра стержня.

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.

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.

Рис. 1.3: Укрепление грунта буроинъекционными сваями

Как устроены сваи

Данная конструкция не относится числу устройств повышенной сложности. Она состоит из нескольких деталей:

• штанга;
• муфта;
• центратор;
• буровая колонка;
• шайбы;
• гайки.

Технология сооружения буроинъекционных свай

Используя муфты, штангу соединяют в буровую колонну. Отдельное внимание создатели конструкции уделают нарезке, от которой зависит такое качество, как адгезия раствора. Одной из важнейших деталей является центратор или централизатор, от которого зависит равномерное распределение раствора, поступающего в скважину. По своей высоте он всегда превышает буровую коронку.

Гайки, используемые при сборке конструкции, имеют разную форму, изготавливаются из мелкозернистой стали, прошедшей специальную обработку, отличаются устойчивостью к воздействию высоких температур и высокий уровень твердости. Каждая такая деталь проходит дополнительную термическую обработку.

Некоторые особенности устройства инъекционных опор

Сваи данного типа выполняются в основном с применением армирующих конструкций, при этом используют различные технологии установки:

• Если позволяют геологические условия арматурный каркас лучше устанавливать в скважину после извлечения бурового инструмента. При этом отдельные сегменты этого каркаса должны соединяться сваркой или другими способами, гарантирующими прочность стыка и работоспособность всей конструкции.
• В некоторых случаях, чаще всего для неглубоких свай, допускается установка армирующего каркаса в скважину после закачки инъекционной смеси. При этом сделать это необходимо до начала отвердевания раствора (не позже чем через 1 час после прекращения подачи смеси). Чтобы обеспечить это, необходимо заблаговременно приготовить конструкцию каркаса.

Подача инъекционного раствора может осуществляться через полый буровой шнек или по специальной трубе, которая может извлекаться или оставаться в толще бетона. От выбора определенной технологии будет зависеть окончательная цена буроинъекционных свай, при извлечении технологических труб конструкция будет стоить дешевле.

• Подача осуществляется при помощи бетононасосов, при этом давление раствора может достигать 20-30 атмосфер.
• Инъекцию бетона необходимо выполнять до тех пор, пока бетонная смесь не станет выходить из устья скважины.
• При этом стоит помнить о том, что по технологии объем закачанного бетона должен составлять 1,25-2,5 объема самой скважины. Если скважина приняла более этого количества, что бывает при плохом состоянии ее стенок при отсутствии обсадки, необходимо дать смеси застыть, и после этого произвести окончательную опрессовку.
• Для инъекций применяются растворы марки П4 (по удобоукладываемости). Предъявляются требования и к прочностным характеристикам бетона. Его состав должен обеспечить через семь дней после заливки прочность не менее 15 Мпа, а через четыре недели не меньше чем 30 Мпа.

Как устроены буроинъекционные сваи?

Вся конструкция состоит нескольких частей – это штанга, муфта, центратор, буровая колонка, шайбы и гайки.

Шайбы в зарубежных аналогах изготавливаются с применением стали марки 28Mn6. Отечественные аналоги производятся из стали марки 30Г.

Существенное значение уделяется правильно подобранной резьбе. В большинстве случаев, трапецеидальная или круглая резьба значительно увеличивает адгезию раствора, который подается в скважину.

Нарезка осуществляется с ориентировкой на метод холодного проката. При помощи муфт штанга соединяется в цельную буровую колонну.

Представленные соединительные элементы изготавливаются с применением мелкозернистой стали под маркой 28Mn6.

Внутри муфт также нарезается резьба. Когда производится бурение под сваи, то применяется так называемая система GSI, которая позволяет применять буровые колонки.

Каждая отдельно взятая колонка подходит под определенную разновидность грунта. При необходимости наконечники колонок дополнительно укрепляются твердыми сплавами.

Централизаторы изготавливаются с применением таких марок стали, как 42CrMo4 и 42ХМ. Это узловое соединение является одной из ключевых деталей всей конструкции, ввиду того, что от него зависит центрирование всей колонны при проведении работ.

Если сваи не будут точно отцентрированы, то поступающий в скважину раствор не будет способен к равномерному распределению.

Это может провести к различным механическим повреждениям или коррозийным процессам в штангах.

Центратор всегда должен быть на несколько миллиметров выше, чем сама буровая коронка. Гайки, используемые для соединения различных элементов сваи, могут иметь прямую и сферическую форму.

Эти изделия изготавливаются с применением стали марок 42CrMo4, которые известны своей высокой степенью устойчивости к высоким температурам.

Эти детали при производстве проходят дополнительную термическую обработку. После этого показатель их твердости становится равен 26-28 HRC. Шайбы изготавливаются из стали СТ3с.

Как происходит установка буроинъекционных свай? (видео)

Виды и технологические нюансы

Все существующие на сегодняшний день буроинъекционные сваи подразделяются на два основных вида. Эти виды разнятся тем, что имеют разные части, передающие посильную нагрузку на грунт.

1. Сваи-стойки погружаются в глубоко лежащие слои подземных пород и осуществляют передачу нагрузки через пяту.
2. Сваи висячего типа конструируются на том участке, который не имеет крепкого несущего слоя. Они производят передачу нагрузки на грунт, используя для этого боковую поверхность.

Расчет буроинъекционных свай направлен на то, чтобы текущий процесс производства изделий проходил через нужное количество ключевых пунктов, имеющих важное значение. Эти расчетные пункты представлены в виде:

• тщательного заполнения скважины бетоном и его доливкой в процессе оседания смеси;
• плотности мелкозернистого бетона;
• степени прочности бетона.

Для осуществления контроля над двумя последними параметрами необходимо проводить отбор необходимых образцов с частотой равной одному разу в сутки.

В большинстве случаев расчет производится с применением ряда специальных формул, которые публикуются в специализированных строительных справочниках.

В тех видах грунтов, которые имеют высокую степень склонности к оплыванию, применяется обсадка скважин при помощи металлических труб.

Усиление фундамента буроинъекционными сваями

Иногда можно использовать промывку с участием разбавленных бетонных смесей. Они подвергаются застыванию после того, как шнек затирается в стенки.

Таким образом, формируется достаточно надежная обойма, которая берет на себя функцию обсадки.

Монтаж тех свай, которые снабжены винтовой навивкой не требует проведения предварительных бурильных работ.