Лучшее для Санкт-Петербурга!
Новые технологии устройства буронабивных свай

Характерной особенностью Санкт-Петербурга является большая мощность слабых водонасыщенных тиксотропных грунтов. О преимуществах и проблемах применения новых технологий при производстве земляных работ рассказывает д. т. н., профессор, зав. кафедрой геотехники СПбГАСУ Рашид Александрович Мангушев.

рис. 4. Сваи, выполненные фирмой «Статика» по технологии «Фундекс»

В центральной части города относительно прочные моренные отложения залегают на глубинах до 30 м и выше от дневной поверхности.
При производстве работ нулевого цикла в Санкт-Петербурге приходится учитывать свойства грунтов надморенной толщи, представленной позднеледниковыми и послеледниковыми озерными и морскими отложениями. Часто именно эти грунты служат основанием фундаментов мелкого заложения, в них располагается большая часть тела свай трения при устройстве свайных фундаментов.

При использовании таких грунтов в качестве оснований характерны следующие процессы:
а) большие, неравномерные, длительно незатухающие осадки зданий и сооружений и окружающей территории;
б) потеря устойчивости несущих слоев оснований зданий и сооружений, сложенных пылевато-глинистыми грунтами в состоянии незавершенной консолидации или подвергшихся промерзанию-оттаиванию;
в) разрушение природной структуры грунтов при традиционных способах производства земляных работ;
г) плывунные явления при открытом водоотливе из котлованов и траншей;
д) изменение несущей способности свай вследствие развития сил отрицательного трения на участках, поднятых намытым или насыпным грунтом;
е) развитие процессов гниения торфа, органических включений в грунте и деревянных элементов подземных конструкций при понижении уровня подземных вод.

Знание и учет этих сложных процессов во многом определяет профессионализм и успех строительных организаций, занимающихся устройством оснований и фундаментов.
До начала 90-х годов основным типом свайных фундаментов являлись сборные железобетонные сваи. Однако их применение оказалось весьма опасным для зданий старой застройки.
Многочисленные аварии и повреждения соседних зданий при забивке свай на расстояниях до 20, а иногда и более метров вынудили проектировщиков и строителей искать и широко внедрять новые технологии, оказывающие более щадящее воздействие на окружающую застройку.

Широко известные ранее технологии изготовления свай в грунте – буронабивные и буроинъекционные сваи – с начала 90-х годов получили в Санкт-Петербурге новую жизнь и сильно снизили процент использования свай предварительной готовности (сборных железобетонных свай).
По характеру изготовления такие сваи могут быть разделены на три основных типа:
а) сваи с выемкой грунта,
б) с частичной выемкой,
в) без выемки грунта по стволу сваи.

Примером буронабивных свай без выемки грунта могут служить сваи, изготовленные по технологии «Фундекс», освоенной и применяемой такими фирмами, как «Статика Инжиниринг», «Геоизол», «Геострой» и др.

Рис. 1 . «Теряемый» чугунный винтовой наконечник

Технология устройства свай «Фундекс» разработана в Нидерландах в 1960 г. и заключается в образовании скважины под сваю без извлечения грунта за счет его уплотнения ввинчиваемой инвентарной стальной трубой, нижний конец которой закрыт оставляемым в грунте режущим наконечником.
Сваи «Фундекс» изготавливаются установками вращательно-вдавливающего (извлекающего) действия. Пятой будущей сваи служит «теряемый» чугунный винтовой наконечник, который выставляется на заданную точку поверхности грунтового основания (рис. 1).

К наконечнику штыковым соединением через тройную гидроизолирующую мягкую прокладку крепится нижний конец штатной буровой толстостенной трубы, верхний конец которой зажат в силовом рабочем органе бурового стола, перемещающегося по направляющей стреле.

Рис. 2. Схема устройства свай «Фундекс»

Скважина для будущей сваи создается путем вращательно-вдавливающего погружения системы «наконечник–буровая труба» до заданной отметки (рис. 2).

В процессе внедрения системы в основание грунт раздвигается в радиальном направлении от оси скважины и одновременно уплотняется. По достижении наконечником проектной отметки труба проверяется на отсутствие воды.

В сухую инвентарную трубу через открытый верхний конец опускается арматурный каркас. Перед подачей бетонной смеси для предотвращения ее расслоения в трубу подается порция раствора – праймера, состоящего из одной части цемента, одной части песка и одной части воды. Затем производится порционное заполнение полости пластичным бетоном на мелком (5–20 мм) заполнителе с осадкой конуса 12–14 см.
Извлечение буровой трубы из грунта производится возвратным знакопеременным вращением с одновременным вытягиванием.
Диаметр ствола сваи может быть 380, 450, 520 мм, длина сваи – до 45,0 м.

Преимущества свай «Фундекс»:
• Отказ от свай заводского изготовления и связанных с их использованием операций (доставка, складирование, подъем на копер, стыковка и т. п.).
• Отсутствие значительных динамических воздействий на грунтовый массив основания в процессе изготовления свай, что важно с точки зрения безопасности прилегающих строений, особенно в стесненных условиях застройки.
• Высокая несущая способность свай при их качественном изготовлении.
• Отсутствие работ по удалению грунта из полости буровой трубы и необходимости его вывоза со стройплощадки.
• Высокая производительность (до 380 п. м. в сутки).
• Низкий уровень шума работы специализированной копровой установки.

В процессе устройства свай «Фундекс» фирмой ЗАО «Статика Инжиниринг», как правило, измеряются крутящий момент и усилие вдавливания буровой трубы, что позволяет косвенно произвести оценку ожидаемой несущей способности сваи в данных инженерно-геологических условиях.

Этими же фирмами освоена и другая современная технология устройства буронабивных свай с частичной выемкой грунта – сваи CFA, устраиваемые проходным шнеком (Continuous Flight Auger (CFA) Piles).

Устройство CFA-свай заключается в погружении рабочего органа – полого (проходного) шнека на необходимую глубину. Грунт извлекается в объеме разбуриваемой скважины и доставляется на поверхность посредством реборд, наваренных по спирали по всей длине трубы.

Рис. 5. Схема устройства свай проходным шнеком

Технология устройства свай проходным шнеком заключается в следующем (рис. 5).

1. Установка бурового станка на точку предполагаемого устройства сваи.
2. Погружение шнековой колонны до проектной отметки.
3. Постепенное извлечение шнека из скважины с одновременным ее заполнением бетонной смесью, подаваемой через полый шнек бетононасосом.
4. Перемещение станка на следующую точку бурения.
5. Погружение в скважину, заполненную бетонной смесью арматурного каркаса с помощью вибратора.
6. Формирование оголовка сваи для связи с ростверком.

При внедрении проходного шнека происходит частичное уплотнение грунта, а также некоторое разупрочнение контактной зоны «свая-грунт» в процессе разрушения грунта бурением.
Технология положительно зарекомендовала себя при использовании в грунтах, имеющих слои, существенно различающиеся по прочности. Особенно эффективна она при проходке большой толщи песков, полутвердых и тугопластичных суглинков, когда применение технологии изготовления свай уплотнения невозможно.

Рис. 6. Буровой станок для устройства свай проходным шнеком (1) и полый шнек (2)

Недоучет тиксотропного разупрочнения водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов, возникающего в околосвайном массиве грунта при устройстве свай по данной технологии при последовательном изготовлении свай без «отдыха», приводит к существенному перерасходу бетонной смеси (в 2–7 раз). Повышенный расход бетонной смеси, как правило, имеет место, когда в инженерно-геологическом разрезе площадки присутствуют значительные по толще слои текучих, текучепластичных суглинков и супесей с низкими прочностными характеристиками.

Преимуществом технологии CFA-свай является высокая производительность работ и высокое качество заполнения скважины бетоном за счет подачи бетона под давлением.

В табл. 1 приведен перечень основных возможных проблем, возникающих при изготовлении свай в грунте по рассмотренным технологиям, и предложения по минимизации ущерба от возможных потерь.

№ п/п	Возможная проблема	Предложение по минимизации возможного ущерба
1	Нарушение тела в верхней части сваи при проходе через насыпные грунты или ниже уровня поверхностных грунтовых вод, в том числе дополнительное бетонирование «шейки сваи»;напорных.	1) использование кондукторов; 2) дополнительные работы по наращиванию головы либо 3) откачка воды из скважины; 4) изготовление свай по технологии CFA; 5) дополнительные испытания проблемных свай.
2	Наличие слабых прослоев в грунте может привести к повышенному расходу бетона.	1) устройство буровых свай в неизвлекаемой металлической трубе; 2) дополнительные испытания проблемных свай.
3	При наличии в основании плотных грунтов с галечниковыми или валунными включениями может произойти отклонение ствола сваи от проектного положения или остановка бурения и разрушение бурового наконечника.	1) уширение ростверка либо устройство дополнительных балок по фактическому расположению свай; 2) назначение дублирующих свай либо дополнительных, с включением или с исключением свай, частично не соответствующих проекту.
4	При изготовлении свай в слабых грунтах возможно оседание грунта ниже проектной отметки голов свай (рис. 7).	1) дополнительная подсыпка на дно котлована на отметки, превышающие проектную отметку свай; 2) дополнительные работы по дозаливке голов свай вручную.
5	При устройстве кустов свай в связных грунтах возможен выпор грунта на расстоянии до 80 см от изготовляемой сваи, что может привести к поднятию ранее изготовленных свай.	Снятие излишков грунта либо его дополнительное перераспределение по дну котлована.
6	При устройстве буронабивных свай вблизи зданий и сооружений может произойти их дополнительная осадка до 30 мм.	Соблюдение безопасных расстояний при устройстве свай вблизи зданий с проведением мониторинга за деформациями сооружений.

Рис. 7. Оседание сваи и поверхности грунта около нее после изготовления

Влияние указанных проблем можно значительно снизить при тщательном изучении физико-механических процессов, происходящих в массиве грунта около изготавливаемой сваи и в стволе самой буронабивной сваи как во время ее изготовления, так и при передаче на нее нагрузки.
Очень важно, что осознание исследований, необходимых для повышения качества изготовления и прогнозирования работы свай, выполненных по новым технологиям, имеется у руководителей геотехнических фирм «Статика Инжиниринг» и «Геострой».
Кафедрой геотехники и Центром геотехнологий Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета совместно с этими фирмами проводятся и намечаются новые полевые исследовательские работы по изучению работы буронабивных свай, выполненных по различным технологиям.

Рашид Александрович Мангушев, д. т. н., профессор ГАСУ
тел. 316-4806

ЗАО «Статика Инжиниринг»
Тел. (812) 394-1222