Вдавливание свай Преимущества и особенности технологии

Оборудование для погружения

Такие строительные работы помогает выполнять специальное оборудование – для вдавливания свай и установки. Основой спецтехники является опорная рама. На ней устанавливается зажимное устройство, функция которого заключается в закреплении свай. Гидроцилиндры служат соединяющим элементом между зажимом и рамой. Данная комбинация позволяет осуществить опускание объектов в отверстие.

Погружение свай: различные методы … Методы погружения свай, технология … Методы забивки свай

Чтобы техника набрала необходимую массу, ее укомплектовывают с помощью анкерных грузов. На рамном механизме устанавливают гидравлические насосы, которые поддерживают давление в заданных пределах. Для передвижения по территории строительства конструкцию помещают на шасси.

Подготовительные работы

Погружение свай начинается с тщательного исследования почвы на стройплощадке. От его результатов зависит выбор габаритов свай (их длина и диаметр лопасти). В большинстве случаев при закручивании винтовых свай применяются типовые винтовые опоры ВС108 с длиной до 2,5 м. Далее подготовка производится в таком порядке:

• подсчет необходимого количества свай с определением расстояния между ними;
• разметка контуров фундамента и мест закручивания винтовых свай;
• погружение свай вручную или при помощи техники.
• подрезание свай под проектный уровень;
• приваривание оголовков.

Первой ввинчивают угловую сваю, находящуюся на самой высокой точке рельефа. Далее последовательно — еще три угловых сваи. После завинчивания винтовых свай на всех четырех углах между оголовками натягивается трос или стальная проволока (это будет маркер высоты).

Вдавливание свай – очень точная технология

Сваесдавливающая установка

Для этой работы используется установка, которая оборудована подъёмно-крановым механизмом. Также тут есть захват и специальный подающий пресс. Агрегат, который производит вдавливание свай, установлен на раме – она называется платформой. Установка, когда она находится в рабочем положении, якорится – это делают при помощи контргрузов. В подающее устройство загружается свая и вертикально заглубляется в грунт – за счёт того, что прикладывается статическая нагрузка. Нижней точкой рабочей подачи ограничивается величина одного прохода. Количество подходов определяется конструктивными отличиями разных устройств, которые обеспечивают погружение сваи на необходимую глубину. Шаговым механизмом производится перемещение установки – данный механизм – это две модульных опоры. Площадка за счёт такой техники не разбивается, а лишь уплотняется.

СВУ (то есть – сваевдавливающие установки) разных моделей обеспечивают необходимое усилие статической нагрузки по оси, оно может составлять 40-1200 тонн. Механизмы при этом бывают разными по транспортабельности, по массе, а также по тому времени, которое требуется для введения устройства в эксплуатацию. Самым оптимальным для того, чтобы вдавливать обычные сваи в грунт песчано-глинистый, называют механизмы СВУ, вес которых составляет около 130 тонн. Данные устройства принято перевозить с частичной разборкой – на специализированных полуприцепах-платформах. Чтобы подготовить такую машину к работе, достаточно всего 5 часов. СВУ конструктивно изготовлено таким образом, чтобы оно могло сохранять устойчивость, а также функционировать на территории, где уклон не превышает 15 градусов.

Номинальная скорость заглубления (подачи) свай составляет около 0,9 метров в минуту – это самый медленный режим. Если грунт лёгкий и включен более быстрый режим, вы легко добьётесь скорости 5 метров в минуту. За счёт функции непрерывного контроля за усилием заглубления можно существенно оптимизировать уровень несущей нагрузки – это касается всей свайной фундаментной конструкции. Точность вдавливания по глубине обеспечивается системой управления процессом запрессовки.

Комбинированные методы устройства свай

К комбинированным методам устройства свай относятся виброударный метод, вибровдавливание, метод подмыва грунта и электоосмос.

• При виброударном погружении на сваю одновременно воздействуют и удары, и вибрация, облегчая вхождение сваи в плотный грунт. Виброударные установки снабжены двумя рамами: для электрогенераторного ударного молота и для стрелы с вибропогружателем. Он соединяется со сваей через оголовок. Виброударный метод позволяет погружать сваи длиной до 6 м.
• Вибровдавливание сочетает в себе вибрацию, ударное воздействие и вдавливание. Свая погружается под воздействием собственной массы, энергии вибропогружателя, ударной нагрузки и вдавливающей силы. Вибровдавливание также применяется для свай длиной до 6 м.
• Подмыв грунта востребован при работе на сыпучих или рыхлых субстратах при установке крупногабаритных свай. Грунт смачивается, и свая свободно «ныряет» в почву под действием собственного веса и веса установленного на нее молота. Несущая способность в таких условиях будет невелика, поэтому подмыв грунта часто совмещают с ударным погружением.
• Электроосмос является технологической операцией, облегчающей работы, а не полноценным методом погружения свай. Эта технология подходит для водонасыщенных глинистых почв и суглинков. Две погружаемые сваи соединяются в электрическую сеть из катода и анода. Грунт возле катода собирает влагу из зоны анода, облегчая погружение сваи. После отключения сети, субстрат восстанавливает свойства, обеспечивая свае высокую несущую способность.

Ударный метод погружения

Наиболее распространен ударный метод применяется с использованием ударного свайного оборудования. Это паровоздушные, гидравлические и дизель-молоты различной мощности.

— Трубчатые дизель-молоты имеют преимущество перед штанговыми, так как при одинаковом весе энергия удара у трубчатых молотов в 2-3 раза выше, чем у штанговых.

— Оборудование навешивается на специальную установку — сваебойную машину и, при забивании сваи наносит сильные удары по ее верхней части. Чтобы торец сваи, по которому наносится удар, не разрушался, применяют специальное оборудование — наголовник.

— Погружение производится до достижения проектной глубины и соответствующего отказа при забивке свай.

Вибрационный метод эффективен при погружении свай в несвязные водонасыщенные грунты. Для этого применяются соответствующие устройства — вибропогружатели, которые через наголовник передают свае вибрацию определенной частоты. При этом грунт под основанием сваи и вокруг нее становится «плывучим», трение резко снижается, и свая погружается за счет собственного веса.

Буровые сваи

Технология устройства буронабивных свай

Буровые сваи классифицируются по способу устройства.

• буронабивные, бетонируемые в скважинах, пробуренных в пылевато-глинистых грунтах выше уровня грунтовых вод без крепления стенок скважин,
• буронабивные, устраиваемые в скважинах, пробуренных в любых грунтах ниже уровня грунтовых вод — с креплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными обсадными трубами,
• буроинъекционные диаметром 150-250 мм, устраиваемые способом нагнетания мелкозернистого бетонного раствора в пробуренные скважины,
• буроопускные сваи, устраиваемые путём опускания в скважину железобетонной сваи и заполнения промежутка бетонной смесью.

Виды буронабивных свай отличаются способом устройства и назначением. Собственно, основной вид выполняется прямо по месту расположения методом бурения скважины, заполнения её бетонным раствором и армирования каркасом, заранее заготовленным на всю или частичную глубину скважины из железных стержней и проволоки.

В сложных грунтовых условиях, плывунных, песчаных и грунтах на уровне подземных водоносных слоёв устройство буронабивных свай (БНС) выполняется под защитой извлекаемых инвентарных обсадных труб или под защитой глинистого (бентонитового) раствора. Допустимо оставлять обсадные трубы в грунте, если фильтрация грунтовых вод превышает 200 метров в сутки. Обычно это становиться известным по результатам инженерно-геологических изысканий и для устройства БНС используют более дешёвые оставляемые трубы.

Устройство БНС с обсадными трубами

Диаметр буронабивных свай определяется расчётом несущей способности и может находится в пределах 300-2000 мм, а глубина — ещё и уровнем залегания несущего опорного слоя грунта, и может достигать 76 м. Назначение буронабивных свай — обеспечение прочного фундамента для массивных зданий и сооружений за счёт большого диаметра и глубины погружения, позволяющей достичь малосжимаемых несущих пластов и обеспечения опорной пяты большой площади.

В простых грунтовых условиях применяется менее затратный метод устройства буронабивных свай непрерывным полым шнеком. Суть метода заключается в том, что бетонирование выполняется не с помощью отдельной бетонолитной трубы, а непосредственно через полость бурового шнека. По достижении буром проектной глубины в его полость под давлением подаётся бетон и по мере подъёма скважина заполняется бетоном. На последней стадии происходит погружение армокаркаса. После схватывания и выдержки бетона свая готова.

Устройство свай НПШ для фундамента нефтяного резервуара

Буроинъекционные сваи (БИС) имеют особое применение: укрепление старых, ветхих оснований зданий, а также в случае опасности оседания и подвижек грунта. Бурение диаметром 150-250 мм происходит в непосредственной близости или сквозь массив фундаментной конструкции. Армирование БИС в этих случаях может и не производится.

Буросекущие сваи предназначены для устройства сплошной бетонной стены, способной нести функцию шпунтового ограждения котлована, служить фундаментом и стеной подвальной части здания. Выполняются методом последовательного бурения и бетонирования сначала нечётных скважин, а затем чётных с обеспечением их зацепления.

Расчёт свай

Расчёт фундаментных свай-стоек выполняется:

• По несущей способности грунта под пятой сваи,
• По прочности конструкции сваи,
• По имеющимся горизонтальным нагрузкам.

Последовательность подбора, изготовления, заглубления, проверки качества, испытаний свай регламентируется СНиП «Свайные фундаменты».

Достоинства метода вдавливания

Технология вдавливания свай и шпунтов открывает принципиально новые технологические возможности, основные выгоды и преимущества которых трудно переоценить, а именно:

по сравнению с ударными методами (забивкой свай)

• экономия времени в 2-3 раза за счет высокой скорости производства работ — одна установка погружает от 12 км свай больших сечений в месяц в самые тяжелые грунты (на практике 20-30 свай за смену, столько же, сколько и обычная сваебойная установка, скорость сильно зависит от организации работ, наличия дополнительной техники, складирования, подвоза свай и пр.);
• экономия минимум 20 % средств вследствие отказа от лидерного бурения (справедливо только при наличие лидерного бурения, что применяется не часто);
• экономия минимум 25 % средств на земляных работах — для работы свае вдавливающей установки не требуется предварительная разработка грунтов и выравнивание площадки. Техника успешно работает на уклонах до 15° и вдавливает сваи до проектной отметки прямо с дневной поверхности грунта (справедливо только для отдельных видов СВУ, как правило требуется черновое выравнивание поверхности, о чем неоднократно сказано выше);
• экономия минимум 30 % средств за счет применения меньшего объёма свай больших сечений (400х400 мм), при этом сваи имеют минимальное армирование (справедливо в случае специального заказа свай без поперечного армирования, поскольку серийно выпускаются только стандартные сваи с полным армированием, рассчитанные на забивку);
• экономия минимум 50 % средств на энергозатраты (не понятно, за счет чего);
• экономия 50 % средств за счет снижения объёма дорогостоящих полевых испытаний свай и грунтов, так как применяемая технология дает возможность проводить замер усилия вдавливания каждой погружаемой сваи (как правило испытываются только 1-2% погруженных свай, кроме того, официальное заключение об испытаниях может предоставить только специализированная организация, имеющая соответствующую аккредитацию, а не любой владелец СВУ);
• повышение на 10-12 % несущей способности свайного поля при одинаковых геометрических показателях погружаемых элементов (за счет уплотнения грунта при погружении свай) (впрочем, уплотнение грунта в полной мере происходит и при забивке свай обычной сваебойной установкой);
• высокая надежность свайных оснований из-за отсутствия неконтролируемых микротрещин в теле свай и отсутствия разрушений оголовков, неизбежно возникающих в процессе их забивки (однако, оголовки свай, входящие в тело ростверка, обычно и так срубаются с оголением арматуры, поэтому сохранность бетона не требуется);
• бесшумная работа свае вдавливающей установки и отсутствие динамических воздействий на окружающие здания (безусловное, это является важнейшим, качественным преимуществом СВУ по сравнению со сваебойными установками).

по сравнению с буронабивными технологиями

• экономия времени в 3-5 раз за счет высокой скорости производства работ;
• экономия средств на земляных работах — для работы свае вдавливающей установки не требуется предварительная разработка грунтов и выравнивание площадки;
• экономия средств за счет снижения объёмов работ вследствие повышения на 10-25 % несущей способности свайного поля при одинаковых геометрических показателях погружаемых и набивных элементов свайного поля;
• экономия средств на общих объёмах работ за счет повышения на 20 % надежности свайного поля вследствие использования готовых инвентарных погружаемых элементов (свай и шпунтов);
• экономия минимум 60 % средств на энергозатраты;
• экономия 80 % средств за счет снижения объёма дорогостоящих полевых испытаний свай и грунтов, так как применяемая технология вдавливания дает возможность проводить замер усилия вдавливания каждой погружаемой сваи на каждом метре;
• экономия времени вследствие ведения строительства поточным методом, так как заводские сваи непосредственно после погружения включаются в работу ростверков, а буронабивные в течение 28 суток должны набирать прочность;
• общее снижение стоимости метра погружаемой сваи — до 200 %;
• высокая и предсказуемая надежность свайного основания (за счет контроля усилия погружения каждой сваи при производстве работ).
• Кроме того сваи, погружаемые методом статического вдавливания за счет образующейся зоны уплотнения вокруг сваи при расчете несущей способности по боковой поверхности, дают экономию 42-50 % по сравнению с буронабивными.

Недостатки данной технологии

• для перевозки СВУ требуется больше автомобильной и негабаритной техники, чем у сваебойных копров или буровых агрегатов, что увеличивает стоимость перевозки (общая масса СВУ в сборе, очевидно, должна превышать ее усилие погружения (200-350 тс) и может достигать 400 тонн – это соответствует полной загрузке 4-5 железнодорожных вагонов или 10-15 полностью груженных фур по 24 т);

Механизация погружения завинчиванием

Сваи, которые завинчиваются в грунт, применяют при строительстве фундаментов, которые в процессе эксплуатации способны воспринимать выдергиваемые усилия. В связи с этим такие конструкции используют при возведении линий ЛЭП, вантовых креплений, мостов, подпорных стен и других сооружений, фундаменты которых подвержены нагрузкам, которые выдергивают.

Сваи, которые завинчиваются в грунт, отличаются тем, что имеют составляющие. Нижняя часть – стальной башмак, а верхняя – железобетонный стержень или ствол из стальной трубы. Башмак изготавливают в виде конического наконечника с лопастями, расположенными на его поверхности в направлении винтовой линии. Внешний диаметр такого устройства больше соответствующего размера стержня сваи.

Осуществляют погружение свай мобильными установками на базе автомобилей повышенной проходимости. Посредством трансмиссии крутящий момент от двигателя автомобиля передается на сваю.

Процесс углубления совершают в такой последовательности: сваю закрепляют в инвентарной оболочке, затем подают в привод, выполняют завинчивание, выводят курю в исходное положение над местом погружения и, включив привод, завинчивают в грунт на предусмотренную глубину. По завершении процесса установку готовят к перестановке для следующего погружения.

Вдавливаемые сваи – разновидности

Опорные элементы отличаются:

• размером сечения;
• длиной;
• массой;
• материалом;
• армированием;
• наличием полости.

Метод погружения свай может разниться

Технология позволяет осуществлять статическое вдавливание различных видов опор:

1. Цельных – квадратного сечения со стороной квадрата до 40 см.
2. Квадратных – с полостью круглого сечения внутри опоры.
3. Опорных элементов с прямоугольным сечением.
4. Круглых – с внутренней полостью.
5. Тонкостенных – оболочкового типа (обсадных).
6. Трубчатых и тавровых.

Опоры изготавливаются из различных материалов:

• металла;
• бетона;
• железобетона.

Методом силового воздействия на глубину более 45 м вдавливаются составные элементы, что невозможно осуществить вибропогружателем или используя устройство для забивания свай. Опора подбирается в зависимости от особенностей грунта, несущей нагрузки, прилагаемого усилия, позволяющего осуществить погружение свай методом статического вдавливания.

Используемые сваи

Для погружения используются все виды свай из железобетона и металлопроката, в том числе опоры составного типа. Сваевдавливающие установки способны работать с такими видами свай:

• сплошного квадр. сечения;
• квадр. сечения полые внутри;
• круглые с полостью;
• оболочки.

Технология вдавливания целесообразна, если применяются составные опоры, потому что в такой ситуации степень погружения не ограничивается вязкостью конструкции. Подобное отмечается при забивке опор дизельными молотами. Составные сваи заглубляются более чем на 40 м.