Буровые сваи

В зависимости от способа изготовления буровые сваи имеют много разновидностей, но всем им присущ основной процесс — бурение в грунте скважин. В соответствии со СНиП 2.02.03—85 буровые сваи подразделяют на следующие виды:
1) буронабивные сплошного сечения с уширениями и без них, бетонируемые в скважинах, пробуренных в глинистых грунтах выше уровня подземных вод без крепления стенок скважин, а в любых грунтах ниже уровня подземных вод с закреплением стенок скважин глинистым раствором или инвентарными обсадными трубами;
2) буронабивные полые круглого сечения, устраиваемые с применением многосекционного вибросердечника;
3) буронабивные с уплотненным забоем, устраиваемые путем втрамбовывания в забой скважин щебня или глинистого грунта;
4) буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые путем бурения скважин с последующим образованием уширения взрывом и заполнением скважин бетонной смесью;
5) буроинъекционные диаметром 0,15—0,25 м, устраиваемые путем нагнетания (инъекции) мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора в пробуренные скважины;
6) сваи-столбы, устраиваемые путем бурения скважин с уширением или без него, подачи в них омоноличивающего цементно-песчаного раствора и опускания цилиндрических или призматических элементов сплошного сечения со сторонами или диаметром 0,8 ми более;
7) буроопускные с камуфлетной пятой, отличающиеся от буронабивных с камуфлетной пятой тем, что после образования камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.

Буровые сваи могут быть вертикальными и наклонными. На применение вертикальных буровых свай следует ориентироваться при устройстве фундаментов в любых грунтах, включая гравийно-галечные, а также при наличии скальных прослоек или при опирании на скальные грунты. Наклонные сваи рекомендуется применять, как правило, в грунтах, не имеющих валунов размером более 30 см или скальных прослоек.

Уширенные пяты вертикальных и наклонных свай устраивают в связных и несвязных грунтах без включения валунов, скальных прослоек, затонувших предметов. Как правило, существенного повышения несущей способности буровой сваи намного легче достигнуть путем устройства уширения в ее основании, чем путем увеличения диаметра сваи и глубины ее заложения. Устройство уширения целесообразно также с точки зрения экономии трудовых затрат и материалов.

Как показала практика строительства, буровые сваи целесообразно опирать на пласт грунта с расчетным сопротивлением не менее 1,5 МПа, а при устройстве уширений — не менее 1 МПа.

Буровые сваи обладают некоторыми преимуществами перед забивными. К наиболее существенным преимуществам относятся: возможность изготовления нестыкованных свай большой длины; необходимость армирования ствола сваи только на действие эксплуатационных нагрузок; исключение перевозки свай и связанной с этим опасности их повреждения; возможность проведения работ по сооружению фундаментов вблизи существующих зданий и сооружений, для сохранности которых недопустимы сотрясения грунта.

Наряду с этим буровые сваи имеют и ряд недостатков: сваи можно нагружать только после приобретения бетоном расчетной прочности, т. е. через 28 суток после их изготовления; отсутствует надежный контроль за качеством уложенного бетона и свай в целом — возможно появление не поддающихся контролю дефектов в виде разрывов сплошного ствола сваи при подъеме обсадных труб, а также образование местных сужений ствола и каверн; необходимы дополнительные затраты на производство земляных работ по устройству скважин и по осуществлению мер против обрушения грунта с их стенок.

Несмотря на отмеченные недостатки, буровые сваи целесообразно применять в следующих случаях: в фундаментах опор мостов и для несущих колонн каркасных зданий, передающих на грунт большие сосредоточенные нагрузки; при передаче на фундаменты значительных горизонтальных нагрузок; при наличии в грунтах твердых включений, исключающих возможность забивки свай; вблизи существующих зданий и сооружений, где имеется опасность их повреждения вследствие сотрясения; грунта в процессе принудительного заглубления свай и оболочек; в местах, где поверхность несущего пласта имеет значительную разницу в отметках.

Буровая свая состоит из ствола, головы и пяты, которая может заканчиваться уширением. В зависимости от местных условий скважины для устройства буровых свай разрабатывают насухо или подводным способом, принимая меры против возможного обрушения грунтов. К таким мерам относятся использование избыточного давления воды, глинистого раствора или применение обсадных труб. Обсадные трубы диаметром до 0,8 м можно погружать с закрытым концом в грунты, не имеющие включений валунов, скальных прослоек и других твердых предметов. В остальных случаях трубы заглубляют с открытым концом, периодически удаляя из них грунт.

бурообсадная свая
Рис. 8.13. Наклонная бурообсадная свая с уширением 1 — зумпф; 2 — уширение; 3 — ствол; 4 — арматурный каркас; 5 — стальная защитная оболочка

При значительной длине буровых свай, больших нагрузках на них или в неблагоприятных гидрогеологических условиях применяют бурообсадные сваи (рис. 8.13), отличающиеся от буронабивных свай тем, что их боковая поверхность в пределах верхней части обсажена (закрыта) железобетонной или стальной оболочкой. Например, при расположении фундаментов опор мостов в реке, средняя скорость течения воды в которой превышает 3 м/с, бетон наружной поверхности буровых свай в зоне воздействия перемещающихся гравийно-галечных и галечно-валунных отложений защищают от истирания покрытием из листовой стали толщиной не менее 10 мм. Это покрытие распространяют на 1 м выше и ниже указанной зоны.

Арматурные каркасы для буровых свай изготовляют из продольных стержней периодического профиля диаметром   не   менее   16   мм   и   спиральной   арматуры диаметром 6—8 мм. Продольные стержни каркаса располагают равномерно по окружности. Расстояние между стержнями, а также шаг спиральной арматуры принимают равным 15—20 см. В случае значительного числа стержней продольной арматуры для выполнения этого требования их располагают в каркасе в виде пучков из двух-трех стержней.

Кроме продольных стержней и спирали равномерно по длине арматурного каркаса на расстоянии около 2 м друг от друга ставят наружные кольца жесткости, которые изготовляют из стержней того же диаметра, что и продольная арматура, или из полосовой стали толщиной не менее 5 мм. Верхние концы продольных стержней каркаса на длине, обеспечивающей их заделку в ростверк, оставляют без спирали и колец жесткости, чтобы было удобнее армировать ростверк.

Толщина защитного слоя бетона буровых свай должна быть не менее 10 см. Для обеспечения этой толщины к трем стержням арматурного каркаса, предназначенного для вертикальных свай, приваривают фиксирующие коротыши из полосовой стали. При наклонных сваях взамен коротышей к двум продольным нижним стержням приваривают направляющие из угловой или полосовой стали на участке каркаса, находящемся в пределах скважины.

Буровые сваи лучше всего армировать заранее изготовленными каркасами проектной длины. Однако при длине свай более 15 м арматурные каркасы собирают из отдельных секций при опускании их в скважину.

В целях предотвращения подъема арматурного каркаса в процессе бетонирования сваи его необходимо заанкерить. Для этого в сваях, армируемых только в верхней части, к двум диаметрально расположенным стержням каркаса приваривают два стержня длиной до дна скважины, снабженных на нижнем конце анкерами в виде коротышей из угловой стали. Анкеровку каркаса, начинающегося со дна скважины, осуществляют с помощью коротышей из угловой стали, приваренных непосредственно к нижнему кольцу жесткости.

Ствол буровой сваи можно изготовлять монолитной или сборно-монолитной конструкции из бетона или железобетона. Для фундаментов малых и средних мостов широко применяют железобетонные буроопускные сваи-столбы диаметром 0,8 м и длиной до 17 м.