Технология устройства набивных свай в продавленных скважинах.

Одним из путей повышения эффективности набивных свай является устройство их в уплотненных скважинах. При устройстве таких свай вокруг создается уплотненная зона, в пределах которой повышается прочность грунта и снижается его деформативность. Устройство набивных свай в уплотненных скважинах производится методами продавлива-ния без извлечения грунта на поверхность.

Образование скважин и полостей в грунте без его выемки из них осуществляется следующими способами: пробивкой сердечниками и обсадными трубами с помощью молотов, продав-ливанием вибропогружателями и вибромолотами, пробивкой снарядами и трамбовкой, пробивкой пневмопробой-никами, расширением гидравлическими уплотнителями и продавливанием с помощью винтовых устройств.

Устройство свай без выемки грунта известно давно. Еще в 1900 г. французским инженером Дюлаком была предложена технология изготовления набивных свай по так называемой системе «Компрессоль». По этой технологии свая изготавливается следующим образом. Вначале путем многократного сбрасывания с высоты чугунного конуса пробивается скважина. Затем скважину заполняют бетонной смесью, щебнем или песком и уплотняют трамбовкой стрельчатой формы до образования уширенной части в основании сваи. Затем укладывают бетонную смесь в верхнюю часть сваи с уплотнением плоской трамбовкой. В настоящее время разработано много модификаций этого способа. Различия заключаются в типах применяемых механизмов и приспособлений для укладки и уплотнения материалов заполнения скважины. Устройство свай без выемки грунта может быть выполнено методом выштамповывания с использованием станка ударно-канатного бурения БС-1М. Сначала станком БС-1М бурят лидерную скважину, а затем скважину пробивают снарядом на требуемую глубину. В нижнюю часть ствола на высоту 1,5—2 м подают жесткую бетонную смесь и ударами трамбовки в основании сваи устраивают уширенную пяту. После этого в устье скважины устанавливают обсадной патрубок и монтируют армо-каркас, а затем бетонируют верхнюю часть свай.

Другим способом изготовления свай без выемки грунта является метод виброформования свай, сущность которого заключается в следующем.

На месте будущей скважины устанавливают приемный бункер и виброформователь. Полый наконечник виброформователя, закрытый снизу лопастями и соединенный через жесткую штангу с вибропогружателем, под действием последнего погружается в грунт и образует скважину, которая сразу по мере погружения наконечника заполняется бетонной смесью из бункера, -установленного над устьем скважины. Затем наконечник приподнимают, при этом лопасти раскрываются, а бетонная смесь остается в скважине. Вместо самораскрывающихся створок может быть использован теряемый железобетонный башмак.

Часто трамбованные набивные сваи выполняют в скважинах, образованных путем забивки обсадной трубы, опирающейся на чугунный башмак. Трубу после заполнения ее бетонной смесью извлекают, и бетонная смесь, выходящая из трубы, заполняет скважину. Забивку и извлечение обсадной трубы выполняют с помощью специального копра, оборудованного паровым молотом двойного действия. Этот молот также используют и для уплотнения бетонной смеси в скважине. При подъеме трубы чугунный башмак остается в скважине. После загрузки каждой порции бетонной смеси трубу поднимают. Высота подъема трубы от удара молота примерно в 1,5—2 раза превосходит величину погружения ее от последующего удара. Через трубу удары передаются на бетонную смесь, вызывая ее уплотнение. Свая имеет волнистую внешнюю поверхность, что повышает несущую способность сваи. Технология изготовления свай системы «Франки» была разработана в 1915 г. В ряде стран она получила широкое распространение. С помощью копрового оборудования KPF сваи «Франки» изготовляют диаметром до 0,6 м и длиной до 20 м в инвентарной толстостенной обсадной трубе с помощью специального копра. Обсадную трубу устанавливают на поверхности грунта в месте изготовления сваи и заполняют на высоту 0,8—1 м жесткой или сухой бетонной смесью. Затем смесь уплотняют бабой, падающей с высоты 1 м. Заклиниваясь в трубе, смесь образует бетонную пробку. При дальнейшем уплотнении бетона пробка, увлекающая за собой обсадную трубу, погружается вместе с ней в грунт.

После достижения проектной отметки обсадную трубу поднимают на канатах на 20—30 см и трамбовкой выбивают из нее бетонную пробку. Уширенную пяту образуют трамбованием бетонной смеси жесткой консистенции. О размерах уширенной пяты судят по объему израсходованного бетона. В слабых грунтах объем пяты достигает нескольких кубических метров. После установки арматурного каркаса обсадную трубу заполняют бетоном и постепенно извлекают из скважины. Расширяют ствол сваи ударами снаряда с высоты 1 — 1,5 м. Вследствие уплотнения окружающего грунта бетоном диаметр ствола сваи на 10—20 % получается больше внутреннего диаметра обсадной трубы.

Вибротрамбованные сваи используют в сухих связных грунтах на глубину 4—6 м. Вибротрамбованные сваи устраивают по следующей технологии. С помощью вибропогружателя в грунт погружают обсадную трубу со съемным башмаком на конце. После погружения трубы вибропогружатель снимают и полость трубы загружают на 0,8—1 м бетонной смесью. С помощью трамбующей штанги, подвешенной к вибропогружателю, смесь трамбуют, в результате чего она вместе с. башмаком вдавливается в грунт, образуя при этом уширенную пяту. Заполнив бетонной смесью обсадную трубу, ее извлекают из грунта с помощью экскаватора при работающем вибропогружателе. В верхней части сваи устанавливают арматурный каркас.

В Польше разработаны технологии «Алькон» и «Фундекс», основанные на погружении обсадных труб с винтовым наконечником. Они позволяют устраивать цилиндрические и винтовые сваи глубиной до 30 м и диаметром до 800 мм. Недостатками, ограничивающими применение этих способов, являются: высокая энергоемкость, большое сопротивление грунта при погружении обсадной трубы, что требует применения приводных механизмов большой мощности, высокая стоимость теряемых винтовых наконечников.

Для устройства набивных свай может быть использован метод винтового продавливания скважин спиралевидными снарядами. Образование скважин и устройство набивной сваи с использованием спиралевидных снарядов осуществляется на месте изготовления набивной сваи. С помощью привода осуществляется вращение снаряда. Одновременно с вращением на снаряд передается осевое усилие, которое создается весом снаряда, буровой колонны, привода, а также пригрузки или усилием, создаваемым натяжением каната специальной лебедкой. При погружении снаряда грунт вытесняется в стороны за счет специальной геометрии снаряда. Бетонирование свай производится по технологии изготовления свай сухим способом. В слабых грунтах несущую способность сваи можно повысить за счет многоразового прохода и заполнения скважины грунтом или другим материалом (цементно-песчаная смесь, раствор, песок). На последнем этапе скважина заполняется бетонной смесью с уплотнением. Перед бетонированием в скважину устанавливают арматурный каркас.

Для погружения спиралевидных снарядов могут быть использованы буровые установки с вращательным приводом БУК-600, СО-2 и др.

Статические испытания показали высокую эффективность набивных свай в скважинах, продавленных спиралевидными снарядами. Несущая способность таких свай в 2—2,8 раза выше по сравнению с буронабивными сваями. Непосредственно у сваи плотность сухого грунта повышается на 40—45 % по сравнению с природной плотностью, a компрессионный модуль деформации в 3—3,2 раза.