Сельхозтехника Изготовление свай на строительной площадке созданием скважины в грунте и заполнением ее бетоном предложил киевский инженер К. Страус в конце XIX века. С того времени появилось много различных конструкций и технологий свайных работ, которые в той или иной степени развивают эту идею.
Виды свайных работ
Чаще всего изготавливают такие сваи:
- буронабивные;
- пневмотрамбованые;
- частотрамбованые;
- буронабивные с улучшенной основой;
- буронабивные с расширением;
- камуфлетные;
- сваи в вытрамбованых скважинах;
- буроинъекционные;
- комбинированные сваи.
Технология свайных работ
В основу технологии изготовления свай положены способы создания скважины и укладка бетонной смеси. Скважины в основном бурят шнековым или ковшевым буром, челюстным грейфером или ударно-канатным способом, причем два последних способа применяют даже для бурения в скале. Для свай применяют скважины диаметром 40– 120 см., глубиной 8 – 20 м. и даже 35 – 40 м. Шнековый бур, как правило, имеет такую же длину, как и свая. Его завинчивают в грунт на несколько метров (иногда на всю глубину), а затем вынимают для очистки от шлама; такую повторяют операцию несколько раз.
Ковшевой бур – это вертикальный полый цилиндр, на нижнем торце которого имеются щели с режущими бортами, а к верхнему торцу прикреплен штангу, с помощью которой ковш вращается по вертикальной оси (в это время ковш наполняется грунтом сквозь щели в нижнем торце), а также вынимается или опускается в скважину. Для опорожнения ковша нижняя его крышка со щелями открывается.
Челюстной грейфер – это полый цилиндр. Вместо нижнего дна в нем две или более челюстных створок. С открытыми челюстями грейфер опускают в свободном падении в скважину; челюстями дробят почву, затем с помощью тросов челюстные створки закрывают, а грейфер с грунтом поднимают для опорожнения. Для ударно-канатного бурения в скважину опускают в свободном падении с высоты тяжелое долото, которое дробит скалу, а буровой шлам вымывают водой. Для такого бурения применяют специальные машины. В почвах, которые ненадежно удерживают стенку скважины (сыпучие, жидкие), применяют бурение в обсадной металлической трубе, которую во время заполнения скважины смесью бетона можно вынимать. Также поддерживают стенки скважины высшим уровнем воды в ней, чтобы градиент напора фильтрационных вод был направлен от скважины в грунт.
Однако чаще всего используют циркулирующий глинистый раствор, который предотвращает обвал стенок скважины и вымывает на поверхность остатки бурового шлама. Для этого рядом со скважиной обустраивают глинистое хозяйство, которое состоит из растворосмесителя, резервуаров, болотных носителей, трубопроводов. Буронабивные сваи изготавливаются по самой простой методике: пробуренную заполняют скважину смесью бетона.
В сухие буронабивные скважины укладывают полужесткую бетонную смесь с помощью бадьи с дистанционным раскрытием и трамбуют ее трамбовкой. Подвижные бетонные смеси подают в скважину с помощью бетонолитной трубы, а в последнее время – трубы бетононасоса. Литые бетонные смеси можно сбрасывать в скважину на глубину 20 м. и более без риска, что они расслоятся. В заполненные водой скважины бетонную смесь укладывают с помощью бетонолитной трубы, которую удерживают заглубленной на 0,8 м. и вынимают из скважины по мере ее заполнения.
Пневмотрамбованые сваи – это те же буронабивные сваи, выполненые в обводненных грунтах, но для уплотнения бетонной смеси скважину закрывают специальной шлюзовою камерой и уплотняют бетон сжатым воздухом.
Частотрамбованые сваи больше всего контактируют с почвой, грунт не вибуривается, а раздвигается и уплотняется металлической трубой диаметром 42 см. Нижний конец трубы закрывают чугунным наконечником, который затем оставляют в почве. Трубу постепенно наполняют бетонной смесью и одновременно вынимают с помощью пневмомолота двойного действия. Труба при этом выполняет возвратно-поступательное движение, что приводит трамбовки бетонной смеси. Такие сваи за своими основными качествами подобные забивных.
Буронабивные сваи с улучшенной основой возникшие в связи с тем, что достаточно высокое сопротивление грунта нижнему концу буронабивных свай используется не полностью вследствие рыхления дна скважины или осыпания грунта со стенок. Особенностью этих свай является то, что дно скважины перед бетонированием трамбуют или в него вбивают несколько маленьких (20 х 20 см длиной 2 м) свай со скошенным острием, они расходятся в разные стороны, создавая зону уплотнения почвы. Расширение ствола буронабивных свай (в нижней части или с несколькими расширениями) увеличивает их несущую способность. Осесимметричное расширение скважины выполняют после ее изготовления с помощью специального расширителя, который вращается вертикально.
Буронабивные с расширением. Под расширителем бадью подвешивают для уборки разрыхленного грунта. Расширение делают довольно большие – 1-3 м в диаметре.
Камуфлетные сваи – это буронабивные сваи с расширением ствола, обычно в нижней части, которое выполняется с помощью взрывчатых веществ. Почва на стенах камуфлета, а также на некоторой глубине значительно уплотняется, что повышает несущую способность.
В вытрамбованых скважинах сваи устраивают в сухих макропористых (лессовых) грунтах. Специально изготовленную трамбовку эллипсоидальной формы по направляющим, а иногда и без них, сбрасывают с высоты 3 – 7 м. в одно и то же место. За 20-30 мин. вытрамбовывается скважина глубиной 3 – 8 м. Иногда в скважину утрамбовывают 2 м. щебня. Сваи, выполненные таким образом, имеют достаточно высокую несущую способность и могут конкурировать с забивными по относительным показателям.
Буроинъекционные сваи изготавливают по технологии фирмы «Солетанж». Шнековый бур с сердечником-бетонопроводом забуривают на всю глубину сваи. До верхнего фланца сердечника-бетонопровода шнекового бура подключают гибкий бетонопровод от бетононасоса, который нагнетает бетонную смесь сквозь шнек до забоя скважины. Одновременно с нагнетанием бетонной смеси в скважины буровой орган поднимают на поверхность. В этой технологии особенно важно согласовать объем поданной бетонной смеси и скорость подъема бура, чтобы не создать разрыв в теле сваи.
Комбинированные сваи. К комбинированным относятся сваи, конструкция которых содержит элементы, изготовленные заранее, с последующим углублением их, и элементы, которые выполняются на месте. Среди них различают: буроопускные, камуфлетные со сборным стволом и грунтовые анкеры. Железобетонные элементы буроопускных свай готовят в заводских условиях: они имеют вид цилиндров диаметром 0,8 м., длиной 3-6 м.
Цилиндры опускают краном в пробуренные скважины, у которых диаметр на 3 – 5 см. больший, чем диаметр свай. После установки их на сваи монтируют мощные вибраторы, которые работают в режиме трамбования. Трамбование грунтов в специальном режиме приводит к тому, что свая контактирует с грунтом по всей поверхности, но остается на заданной отметке по высоте. Буроопускными также называют обычные призматические сваи, которые опускают в пробуренные в вечной мерзлоте скважины, а затем заливают почвенно-водной смесью, которая через некоторое время замерзает, чем обеспечивает прочную связь сваи с грунтом. Камуфлетные сваи со сборным стволом устраивают так же, как камуфлетные монолитные, но сразу после заполнения бетонной камуфлета смесью в скважину вставляют сборную курю или стояк, который создает собирательный ствол сваи.
Грунтовые анкеры используют чаще всего в условиях реконструкции.
Буровая штанга – это инъектор с многими отверстиями на боковой поверхности, через которые в окружающий грунт нагнетают цементный раствор. Инъектор остается в почве и служит арматурой сваи.
Контроль качества работ
Качество устройства свай контролируют в несколько этапов во время выполнения работ. Контролю подлежит правильность вынесения в натуру местоположения свай и вертикальная привязка их. Перед заглублением свай проверяют соответствие всех конструкций, материалов и изделий, которые поступающие на строительную площадку, проектным требованиям.
Во время заглубления свай ведут специальный журнал, в котором отмечают все технологические особенности, количество ударов на метр углубления молота, а также фиксируют повреждения сваи. Вместе с устройством буронабивных свай изготавливают и испытывают контрольные кубики из того же бетона, что и сваи, для оценки его качества. После устройства свай выполняют фактическую геодезическую съемку их местоположение. Контролируют несущую способность. Для этого на некоторое количество их (до 3%) действуют статической нагрузкой или испытывают их динамическим способом (выборочным добиванием).
Техника безопасности
Правила поведения работников во время устройства свай регламентируются СНиП Ш-4-80. Основные из них касаются техники безопасности при работе на строительных машинах.
Так, нужно внимательно следить за устойчивостью копра, не перегружать его; во время подтягивания свай подвешен молот следует обязательно зафиксировать. Пробурены скважины сразу закрывают специальными люками, а места их размещение огораживают.