Технология устройства буроинъекционных свай в условиях реконструкции зданий и сооружений

Буроинъекционные сваи — это буровые сваи диаметром 180-400 мм. Длина свай около 20 м. Скважины бурятся через старый фундамент или рядом с ним. После специальных работ по опрессовке такие сваи имеют неровную поверхность, поэтому за рубежом они получили название "корневидных"

Буроинъекционные сваи рекомендуется применять в сведущих случаях:

- усиление перегруженных оснований;

- усиление оснований в связи с повышением или изменением характера эксплуатационных нагрузок;

- строительство новых объектов рядом с существующими;

- строительство в стесненных условиях внутри действующих предприятий;

- исправление крена здания, или отдельного фундамента;

- усиление фундаментов;

- решение сложных задач при реконструкции фундаментов;

- строительство новых объектов в сложных грунтовых условиях.

Усиление оснований существующих зданий и сооружений производится обычно в следующих случаях:

при недопустимых по величине или неравномерных осадках сооружения или его части, вызванных уплотнением под нагрузкой сильно сжимаемых грунтов, замачиванием просадочных грунтов, гниением деревянных свай, перегруженностью оснований и пр.;

при увеличении эксплуатационных нагрузок (замена оборудования более тяжелым, увеличение этажности зданий, расширение проезжей части мостов, эстакад и пр.).

Применение буроинъекционных свай в этих случаях допускается в любых грунтовых условиях.

Примеры:

Рис.2.1. Применение буроинъекционных свай:
а - усиление основания при аварийных осадках; б - усиление основания при недопустимых горизонтальных перемещениях;
1 - существующий фундамент; 2 - буроинъекционные сваи; 3 - слабый грунт; 4 - плотный грунт

Рис.2.2. Применение буроинъекционных свай:
а - строительство туннеля рядом с существующими зданиями; б - надстройка существующего здания:
1 - существующие фундаменты; 2 - новые фундаменты на сваях

Технологический цикл устройства буроинъекционных свай включает:

1.бурение кладки фундамента, установку трубы-кондуктора и ее тампонирование (тампонирование скважины — закачивание в скважину тампонажного раствора с целью закрытия зон поглощения, водопритоков, трещин; либо с целью консервации скважины);

2.бурение скважины до проектной отметки под защитой обсадной трубы или под глинистым раствором;

3. заполнение скважины твердеющим раствором;

4.установку арматурного каркаса;

5.опрессовку заполненной раствором скважины давлением 0,2 - 0,4 МПа.

Более понятно: На первой стадии осуществляется выбуривание наклонной скважины в теле фундамента на глубину, не превышающую заглубление 0,5 м. Затем осуществляется цементация фундамента под давлением 0,1-0,2 МПа с целью повышения его монолитности и ликвидации расслоения в швах. После набора прочности 0,2-0,3 МПа производится повторное выбуривание данной скважины, но на глубину, превышающую заложение фундамента. Затем погружается арматурный каркас и производится нагнетание цементно-песчаного раствора или мелкозернистой бетонной смеси с дальнейшей опрессовкой.

(СНиП 3.02.01-87):Заполнение скважины твердеющими буроинъекцционных свай твердеющими растворами следует производить через буровой став или трубку- инъектор от забоя скважины снизу вверх до полного вытеснения глинистого раствора и появлениия в устье скважины чистого раствора. Опрессовку буроинъекционных свай следует осуществлять после установки в верхней части трубы-кондуктора тампона с манометром путем нагнетания через инъектор твердеющего раствора под давлением 0,2-3 МПА в течение 2-3 мин.

От давления и времени опрессовки зависят в последующем сопротивление трению по боковой поверхности сваи и, соответственно, ее несущая способность. Происходит частичная цементация грунта на контакте свая - грунт. В слабых грунтах при опрессовке под давлением 0,2 - 0,4 МПа грунт вокруг сваи уплотняется, сечение сваи увеличивается, имеющиеся полости заполняются раствором.

Технологическая схема усиления фундаментов буроинъекционными сваями
I - бурение скважины в теле фундамента; II - нагнетание тампонажного раствора; III - повторное бурение; IV - установка армокаркасов и нагнетание цементно-песчаной смеси; 1 - фундамент; 2 - буровой станок; 3 - бур; 4 - инъекция тампонажного раствора; 5 - зона укрепления фундамента; 6 - инъектор; 7 - армокаркас; 8 - установка для инъецирования; 9 – ростверк сваи

Если прочность фундамента недостаточна, проводят инъекцию цементного раствора в его кладку.

Арматурный каркас или одиночные стержни опускают в скважины секциями, равнопрочный стык которых выполняют с помощью сварки, что существенно осложняет работу.

Бурение скважины для свай производят станками типа СБА-500, которые работают без вибрации, бесшумно. Это позволяет устраивать скважины, проходящие непосредственно через тело существующих фундаментов, полы и стены подвалов зданий.

При использовании буроинъекционных свай необходимо учитывать следующие обстоятельства:

1. Угол наклона свай незначительно влияет на величину осадки усиленной конструкции, поэтому нет необходимости его увеличивать, что упрощает ведение работ по их устройству.

2. Сваи должны быть надежно закреплены в фундаменте, для чего состоящий из отдельных бутовых камней на растворе старый фундамент должен быть усилен инъекциями цементного раствора. Фундамент фактически превращается в ростверк и должен по прочности соответствовать своему назначению. Если прочность фундамента недостаточна либо заделка сваи в тело фундамента осуществлена менее чем на 5 ее диаметров, необходимо создать дополнительную конструкцию на контакте «фундамент-грунт», так называемый «контактный слой

3. Расчетом установлено, что увеличение наклона значительно повышает внутренние усилия в сваях. Это обстоятельство в зависимости от основных прочностных и деформационных свойств грунта может быть учтено расчетом и, соответственно, специальной системой объемного армирования.

При проектировании надо учитывать:

1. Предварительные размеры (диаметр и длина) буроинъекционных свай назначаются с учетом инженерно-геологических условий площадки, нагрузки, которую должны воспринимать сваи, вида и состояния усиляемого фундамента, а также несущей способности свай, прогнозируемой в соответствии с опытом проектировщика или определяемой в соответствии с требованиями нормативной литературы;

2. При проектировании усиления фундамента, на который действуют одновременно вертикальные и горизонтальные нагрузки, необходимо стремиться к тому, чтобы центр тяжести сечения свай в любом разрезе, перпендикулярном к линии равнодействующей, находился на этой линии

3. Армирование буроинъекционных свай выполняется по расчету или назначается конструктивно. Сваи армируются одиночными арматурными стержнями, сварными каркасами, жесткой арматурой в виде проката черных металлов или металлическими трубами. Арматура сваи может быть однородной по длине и комбинированной, например, труба или прокат в зоне действия изгибающего момента и каркас или одиночный стержень на остальной длине сваи. В отдельных случаях армирование сваи может производиться нержавеющими металлами или другими, не подвергающимися коррозии материалами.

4. Арматура буроинъекционных свай должна иметь фиксирующие элементы, центрирующие ее в скважине и обеспечивающие требуемую толщину защитного слоя бетона.

5. Проектирование усиления оснований и фундаментов буроинъекционными сваями включает разработку следующих вариантов передачи нагрузок от сооружения на вновь устраиваемый фундамент: безростверковый, ростверковый, подведение нового фундамента под усиливаемый и комбинированный

6. При проектировании усиления углы наклона буроинъекционных свай и схему их расстановки следует принимать, стремясь к передаче на сваи осевых нагрузок, исключая по возможности моментные и горизонтальные нагрузки.

7. Метод расчета прочности ствола буроинъекционных свай предложен на основании СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции».

8. При расчете несущей способности буронабивных свай следует руководствоваться требованиями главы СП 24.13330.2011 « Свайные фундаменты»

Основные преимущества корневидных свай:

2. Полностью исключаются ручные земляные работы. Бурение скважин ведется непосредственно через фундамент, не затрагивая коммуникаций, проходящих около зданий и в подвалах.

3. Используя малогабаритное оборудование, можно вести работы из подвала высотой 2,0 - 2,5 м. В случае необходимости работы можно вести с первого этажа здания.

4. Совершенно не изменяется внешний вид конструкции, что немаловажно при работе на памятниках архитектуры.

5. Можно вести работы на действующих предприятиях без остановки производственного процесса.

6. Затраты ручного труда на всех технологических операциях минимальные; способ экономичен, с низким расходом материалов.

7. Очевидна экологическая чистота способа по сравнению с химическими методами закрепления, что важно в условиях жесткого экологического контроля.

Отметим отдельные недостатки указанных свай:

1. Недостаточная изученность работы тонких свай в слабых грунтах.

2. Низкая несущая способность из-за небольшого диаметра и, соответственно, малой боковой поверхности и площади острия.

3. Сложность надежного закрепления головы сваи в случае ветхого фундамента, который в последующем работает как ростверк. Отсутствие соответствующего расчета.

4. Неопределенность в формировании необходимого диаметра при устройстве буроинъекционных свай в слабых грунтах.

5. Неизученность работы тонкой длинной сваи как элемента, армирующего толщу слабого грунта.

6. Невозможность устройства ствола сваи из тяжелого бетона (скважину малого диаметра можно заполнить только цементными растворами).