Технология устройства буронабивных свай повышенной несущей способности

Написал ЦОиМТС, 25 июня 2015

Буронабивные сваи, даже при опирании на пески и крупнообломочные грунты, существенно проигрывают забивным сваям в несущей способности при одинаковом расходе бетона. Известные способы повышения несущей способности свай (устройство уширений, в том числе камуфлетных, уплотнение грунта, погружение забивных элементов в забой скважины и другое) не имеют массового распространения из-за повышенной трудоемкости и ненадежности контроля качества. В городе Красноярске широкое применение имеют буронабивные сваи-инъекторы, опирающиеся на крупнообломочные грунты или пески средней крупности, крупные и гравелистые, высокая несущая способность которых достигается за счет цементации грунта под нижним концом сваи, осуществляемой через пластмассовую трубку после бетонирования сваи [1, 2]. Однако при длине свай менее 8м цементация основания не дает существенного эффекта, так как невозможно создать давление нагнетания цементного раствора, необходимое для создания закрепленной зоны под нижним концом (2-4атм.), уже при 1-1,5атм. раствор выходит из устья скважины, а несущая способность сваи увеличивается незначительно. Не дает эффекта закрепление грунта цементацией и в обводненных грунтах, наличие воды препятствует образованию под нижним концом сваи массива из закрепленного грунта.

В указанных условиях эффективным оказался способ закрепления грунта под нижним концом сваи с помощью снаряда с полой штангой и режущим наконечником (пикобуром) [3]. Наконечник также является полым и имеет форму равнобедренного треугольника, расположенного вершиной вниз. В боковых углах имеются отверстия, через которые в грунт нагнетается цементный раствор.

При наличии подземных вод закрепление грунта в забое скважины целесообразно проводить в несколько этапов. Сначала после проходки скважины с обсадными трубами пикобур погружают на 0,3-0,4м ниже забоя и нагнетают при его вращении первую порцию цементного раствора. Затем пикобур извлекают и снова погружают на 0,3-0,4м ниже предыдущей проходки с одновременным нагнетанием раствора. При необходимости операцию повторяют до достижения нижним концом сваи требуемой глубины.Технология устройства свай при их длине до 6м предусматривает после бурения скважины на необходимую отметку погружение на 0,5-0,6м ниже забоя пикобура, после чего в грунт при вращении пикобура под давлением подается цементный раствор плотностью 1,85г/м3, изготовленный из цемента марки 400. Расход цементного раствора на закрепление грунта обычно составляет 65-100л. После извлечения пикобура устанавливается арматурный каркас и производится бетонирование.

Фундаменты подземной стоянки по ул. Взлетная, где под слоем твердых и пластичных супесей и суглинков на глубине 5,5-6м ниже дна котлована залегают гравелистые пески, были запроектированы буронабивные сваи-инъекторы [2] диаметром 320мм с заглублением в песок на 0,5-0,7м. Однако статические испытания показали, что несущая способность таких свай недостаточна для восприятия проектной расчетной нагрузки на сваю 500кН, и поэтому была применена технология с закреплением основания через пикобур с расходом цементного раствора 70л. Предельное сопротивление свай увеличилось с 300-350кН до 1000кН, в связи с чем данная технология была использована и для фундаментов жилого дома. Результаты статических испытаний свай приведены на рисунке 1.Технология устройства буронабивных свай с закреплением грунтов под нижним концом цементацией через пикобур применена на нескольких объектах в г. Красноярске.

Основанием фундаментов лабораторно-исследовательского корпуса с глубиной заложения 6,5м являются гравийно-галечниковые грунты, однако при отрывке котлована выявилось, что на одном з
участков находится линза рыхлых песков средней крупности мощностью до 3м.

Попытка замены песков на подбетонку оказалась неудачной из-за опасности обрушения откосов и наличия близрасположенныхэксплуатируемых зданий и инженерных сетей, и поэтому были применены буронабивные сваи длиной 3м диаметром 320мм с закреплением грунтов под пятой цементацией через пикобур. Расчетная нагрузка на сваю была принята 400кН. Сваи изготавливались с применением извлекаемых обсадных труб, расход цементного раствора на закрепление грунта составлял в среднем 65л. Статические испытания свай в связи со стесненными условиями площадки были выполнены только до нагрузки 600кН. Свая, прорезающая свежеотсыпанные насыпные грунты, показала при этой нагрузке осадку 9,7мм, а свая в песках природного сложения – только 2,1мм, что объясняется сопротивлением боковой поверхности. Графики статических испытаний приведены на рисунке 2.

Испытания показали предельное сопротивление свай 850кН. Графики статических испытаний приведены на рисунке 3.Площадка строительства жилого дома по ул. Лесной сложена до глубины 7,8-9,1м туго- и мягкопластичными суглинками, и многочисленными маломощными линзами и прослойками песков. Далее идет слой гравелистых песков средней плотности  толщиной 1,4-2,0м, подстилаемый элювиальными суглинками твердой и полутвердой консистенции. Подземные воды находятся на глубине 6,5м ниже дна котлована. Применение забивных свай на данной площадке оказалось невозможным из-за близости существующих зданий. Буронабивные сваи, изготовленные с обсадной трубой без закрепления основания, показали невысокую несущую способность. У свай диаметром 320мм, заглубленных в гравелистый песок на 0,5-0,7м, предельное сопротивление составило всего 400кН. Поэтому была применена технология с закреплением грунта под нижним концом сваи с помощью пикобура. После проходки скважины с обсадной трубой и зачистки разрыхленного грунта в забое желонкой пикобур опускали ниже забоя на 0,3м с одновременной подачей цементного раствора плотностью 1,8г/м3из цемента марки 400. Затем пикобур извлекался из грунта до забоя скважины и вновь погружался на 0,3м ниже первой проходки для закрепления следующей захватки. Общий расход раствора составлял 150л.

Таким образом, можно отметить, что у коротких буронабивных свай длиной до 7-8м, а также при наличии подземных вод, закрепление грунтов под нижними концами буронабивных свай (песков от средней крупности до гравелистых или крупнообломочных) с помощью цементации через пикобур увеличивает несущую способность не менее чем в 2 раза. При этом технология устройства свай усложняется несущественно, а контроль следует осуществлять по расходу цементного раствора при закреплении.

Следует выявить эффективность закрепления через пикобур других видов грунтов – суглинков, супесей, песков мелких и пылеватых, с тем, чтобы расширить область применения указанной технологии.