Введение
Отличие отечественной техники и технологии от зарубежных аналогов состоит в том, что в качестве инструмента для проходки скважин под коммуникации применяются раскатчики, а не буровой инструмент. Раскатчики не извлекают грунт из скважины, а уплотняют (раздвигают) его в радиальном направлении. В результате отпадает необходимость применения бентонитового раствора для укрепления стенок скважины и выноса грунта на поверхность, следовательно, не нужно дополнительное дорогостоящее оборудование для приготовления бентонитового раствора и его подачи в забой. Кроме того, по сравнению с буровым инструментом раскатчик обеспечивает высокую несущую способность стенок скважины за счёт образования вокруг неё уплотнённой зоны грунта, что позволяет исключить просадку грунта над и под коммуникациями, благодаря этому повышается срок их службы. Сваи заводского изготовления, погружаемые путем забивки или вдавливания без выемки вытесняемого грунта, применяются в отечественной строительной практике достаточно давно. С начала 90-х годов прошлого века на отечественном строительном рынке начали появляться новые зарубежные технологии изготовления буронабивных свай без выемки грунта. Но наиболее новой и современной технологией изготовления свай вытеснения (уплотнения) является технология «DDS» (Drilling Displacement System) немецкой фирмы «Bauer», появившаяся в 2000-м году на строительных площадках. Ее главными преимуществами перед другими аналогичными технологиями изготовления свай в грунте являются: высокая скорость изготовления свай; высокая экономическая эффективность; низкий уровень шума при производстве работ; отсутствие вибраций.
Рекомендуемые нормативными документами расчеты несущей способности свай по грунту были разработаны для забивных свай и буровых свай, изготавливаемых с выемкой грунта.
Буронабивные сваи
Буронабивные сваи вытеснения, изготавливаемые по технологии «DDS» (Drilling Displacement System), - разновидность буронабивных свай, которые изготавливаются в грунте бурением с использованием специального бурового наконечника, позволяющего вытеснять разбуриваемый грунт в стороны. При этом бетонная смесь подается через отверстие на буровом наконечнике при помощи бетононасоса и одновременно с подъемом снаряда производится заполнение скважины бетоном.
Формирование скважины под сваю происходит за счет вдавливающего усилия и вращения бурового снаряда-раскатчика. Грунт разбуривается нижней частью снаряда с последующим уплотнением цилиндрической частью. Буровой инструмент также служит для подачи бетонной смеси на забой скважины, и для заполнения скважины бетоном под давлением при помощи бетононасоса, что, в свою очередь, обеспечивает опрессовку скважины и увеличение площади передачи нагрузки (за счет площади поверхности уплотненного грунта) примерно на 30 %.
Последовательность выполнения работ по сооружению буронабивных свай по технологии «DDS» включает в себя следующие операции: подготовка рабочей площадки для обеспечения маневра буровой установки и доставки бетона; монтаж бурового и вспомогательного оборудования; постановка бурового станка БГ-25 на точку для устройства скважины под сваю, и точная фиксация бурового инструмента с использованием геодезической основы разбивки осей; проходка скважины ходом инструмента вниз; подсоединение бетононасоса «МЕСВО» к установке БГ-25; подъем бурового инструмента вверх с одновременным закачиванием бетона через клапанное устройство в нижнюю зону скважины под давлением до 300 кПа; контроль давления бетона по датчику (при увеличении давления бетона необходимо увеличить скорость подъема бурового инструмента); отсоединение бетононасоса «МЕСВО» от установки БГ-25; отъезд установки БГ-25 от скважины; установка монтажного крана, оборудованного вибропогружателем, рядом с заполненной бетоном скважиной, для погружения арматурного каркаса (при работе в стесненных условиях, исходя из построечных условий, арматурный каркас может погружаться с использованием специальной лебедки буровой установки БГ-25); погружение в скважину с бетоном арматурного каркаса с удлинителем на проектную отметку при помощи вибропогружателя; отсоединение удлинителя от каркаса и извлечение его из скважины.
Целесообразность применения данного вида буронабивных свай вытеснения определяется конкретными инженерно-геологическими условиями строительной площадки и особенностью объекта на основе технико-экономических показателей возможных вариантов проектных решений. Данная технология наиболее эффективна в условиях залегания водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов с низкими показателями прочностных и деформационных свойств в Санкт-Петербурге, Северо-Западном и других регионах России.
Буронабивные сваи вытеснения, выполняемые по технологии «DDS», могут использоваться в широком спектре строительства, как при новом строительстве, так и при реконструкции существующих зданий и сооружений: в качестве свайных фундаментов встроек, пристроек при реконструкции внутригородских территорий и действующих промышленных предприятий; для устройства свайных фундаментов при строительстве зданий и сооружений с нагрузкой на сваю до 3500 кН; для стабилизации слабых неконсолидированных водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов в основании насыпей, дорог; при устройстве свайных оснований транспортных сооружений (мостов, путепроводов, галерей под трубопроводы); при уплотнении грунтов для обеспечения противооползневой защиты.
Ограничением по применению свай, изготавливаемых по технологии «DDS», являются большие толщи (более 6–8 метров) плотных песчаных и гравийных грунтов, глин твердой консистенции или выветрелых трещиноватых скальных пород.
В случае наличия данных грунтов сваи «DDS» могут использоваться при следующих условиях: толща несжимаемого грунта ограничена, напластования над слоем несжимаемого грунта должны быть сжимаемы, при забуривании в несжимаемый слой, вытесняемый грунт отжимается вверх.
Раскатчики скважин могут найти широкое применение не только для бестраншейной прокладки и ремонта коммуникаций (реновации), а также: сооружения «стены в грунте»; устройства набивных свай; устройства скважин для анкерных креплений; возведения столбчатых фундаментов; сооружения экранов в скважинах для захоронения радиоактивных отходов; образования скважин для погружения в них железобетонных свай; уплотнения слабых водонасыщенных грунтов; формирования профильных скважин; других технологиях, где есть повышенные требования к устойчивости скважины.
Наиболее широкое применение раскатчики скважин могут найти при устройстве набивных свай для подготовки основания фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений. Практика показывает, что набивные сваи, изготовленные с применением раскатчиков скважин, имеют значительно большую несущую способность по сравнению с набивными сваями, изготовленными в пробуренных скважинах - за счёт образования уплотнённой зоны грунта вокруг сваи. Набивные сваи в раскатанных скважинах имеют большее преимущество также и перед забивными сваями. Технология изготовления набивных свай с применением раскатчиков скважин позволяет изготавливать сваи практически любого диаметра на любую глубину и любого профиля (с уширенной пятой, с винтовой нарезкой и пр.).
Буровые сваи изготавливают в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью. Для бурения используют шнеки и буры, закрепляемые на концах штанг буровых установок. В неустойчивых водонасыщенных грунтах бурение скважин осуществляют под защитой обсадных труб, которые предотвращают наплыв грунта в скважину и его избыточный отбор.
Набивные сваи, в отличие от буровых, бетонируют в скважинах, образованных за счет вытеснения (раскатки) грунта в радиальном направлении с помощью ввинчивания трубы, на конце которой закреплен раскатывающий орган или оставляемый в грунте наконечник.
Применительно к технологиям изготовления буровых и набивных свай используют термин «щадящие», подразумевая, что они не оказывают существенных динамических нагрузок на грунты основания. Однако отсутствие значительных динамических воздействий, которые, например, возникают при забивке свай, не обязательно предполагает отсутствие ощутимых дополнительных деформаций близкорасположенных зданий. Известны случаи, когда именно «щадящие» технологии изготовления свай в грунте приводили к аварийным деформациям соседних зданий.
Для изготовления буровых свай характерна дополнительная осадка зданий соседней застройки, величина которой зависит от технологии бурения и свойств грунтов.
При устройстве набивных свай наблюдается обратное явление. За счет раскатки скважины происходит выдавливание грунта в стороны и отмечаются подъемы близкорасположенных зданий, приводящие к их неравномерным деформациям. Кроме этого, скрытую угрозу представляют сваи, получившие выпор при изготовлении последующих. График статических испытаний на вдавливание поднятых выпором свай можно разделить на две стадии. Для первой стадии характерна провальная осадка сваи на величину ее выпора. Вторая стадия начинается уплотнением грунтов под пятой сваи.
Раскатка скважин — непрерывный процесс образования цилиндрически-конической полости в грунте путем его вытеснения в сторону уплотнения, который осуществляется специальным навесным снарядом — раскатчиком скважин. Грунт из скважины не извлекают, как при бурении, а раздвигают и уплотняют — «раскатывают» его в радиальном направлении.
Раскатчик при проходке в сжимаемых грунтах вдавливает грунт в стенки скважины, существенно уплотняя их. В результате отпадает необходимость применения бентонитового раствора для укрепления стенок скважины и выноса грунта на поверхность. Также становится ненужным использование дополнительного дорогостоящего оборудования для приготовления бентонитового раствора и его подачи в забой. Это позволяет получить устойчивую цилиндрическую скважину с зоной уплотненного грунта, примыкающего к ней.