Техника

Оборудование для сооружения буронабивных свай

Буронабивные сваи используются для сооружения столбчатых фундаментов из моно-литного бетона (в отличие от фундаментов из свай-оболочек, изготавливаемых заранее и за-биваемых копровыми установками на стройплощадке) и достаточно широко применяются в современном транспортном строительстве. Бетонирование таких свай ведется по известному методу вертикально перемещаемой трубы (ВПТ), обеспечивающему устройство монолитных конструкций высокого качества, имеющих значительную несущую способность.
Скважина для будущей сваи создается путем вращательно-вдавливающего погруже-ния буровой трубы с наконечником до заданной проектом отметки пяты сваи. В процессе бурения совершаются непрерывные возвратно-вращательные движения обсадной трубы.
При внедрении бурового наконечника в основание грунт раздвигается в радиальном направлении и одновременно уплотняется. Внутри трубы остается свободное воздушное пространство. В сухую полость через открытый конец буровой трубы опускается заранее подготовленный арматурный каркас. Затем производится порционное заполнение полости бетоном через бетонолитную трубу, при этом обсадную трубу из грунта извлекают в соот-ветствии с порционностью заполнения скважины бетоном, путем возвратно-поступательного вращения ее с одновременным приложением вытягивающего осевого усилия.
Для сооружения буронабивных свай в настоящее время выпускается широкая но-менклатура машин различных производителей (таблица 1). Полный комплект оборудования для устройства таких свай состоит из бурового станка, имеющего буровой наконечник и уд-линяющую штангу, инвентарных обсадных труб длиной от 1 до 3 м с режущим наконечни-ком, установленным в нижнем фланце первой секции трубы, бетононасоса, бетонолитной трубы и вспомогательного оборудования.
В данной статье будут рассматриваться только буровые агрегаты, поскольку они яв-ляются определяющим видом оборудования в рамках данной технологии.

Фирмы-производители выпускают два вида такой техники:
* специализированные самоходные стреловые буровые машины; 
* буровое оборудование, устанавливаемое на стреловые самоходные гусе-ничные краны или экскаваторы.
Основные западные производители буровых машин, несмотря на некоторые различия в параметрах и назначении, выпускают сходный типоряд техники.
Специализированные буровые машины оснащаются мощным дизельным двигателем и собственной гидравлической системой, что позволяет им работать в большинстве случаев без дополнительной станции.
Машины оснащены специальной направляющей, способной изменять угол наклона, что дает возможность вести бурение под углом в вертикальной плоскости и устраивать на-клонные сваи.
На направляющей навешивается штанга-лидер, к которому прикрепляется буровой наконечник.
Вид бурового наконечника зависит от типа грунтов и может представлять собой, на-пример: 
* грейфер;
* желонку (цилиндрический бур с клапаном на дне);
* шнековый бур;
* ковшовый бур.
Таким образом, большинство машин универсальны, могут использоваться для многих методов забивки и бурения и способны погружать сваи различного типа.
Эксплуатационная температура большинства моделей практически всех фирм состав-ляет от +40 до -40 °С.
Кроме того, некоторые фирмы пошли по пути дальнейшей универсализации выпус-каемого оборудования. Практически все модели фирм IHC и MAIT могут поставляться с двигателями всевозможных модификаций. То же относится к модельному ряду BFD извест-ной фирмы BAUER.
Все машины импортного производства оснащаются средствами автоматического управления и контроля над производимыми операциями, а также средствами понижения шума и вибрации.
Отмечается четкая тенденция к уменьшению размеров машин при одновременном по-вышении маневренности и мощности.
Так, например, новая модель F2800 (фирма IHC), в отличие от других машин FUNDEX для устройства фундаментов, обладает большим количеством специальных харак-теристик: короткая длина лидера при транспортировке, большая выходная мощность двига-теля, что позволяет устанавливать тяжелые сваи, несмотря на небольшие габариты модели, и многие другие возможности. Максимальная длина направляющей новой модели достигает 31 м. Она может уменьшаться до 21 м в ограниченных по высоте условиях и до 18 м при транс-портировке. Небольшие размеры машины делают ее очень подходящей для работы в услови-ях тесной городской застройки. На лидере могут также навешиваться роторы с вращающим моментом 450 kNm. Транспортный вес ограничен приблизительно 62 тоннами, такой вес яв-ляется очень низким по сравнению с машинами такого класса (с подобными мощностями и спецификациями). Устройство свай Fundex 2800 производится под защитой обсадной трубы, с использованием теряемого наконечника. Железобетонные сваи длиной до 31 м диаметром 380, 450 и 520 мм изготавливаются в грунтовых основаниях обычной буровой установкой вращательно-вдавливающего (извлекающего) действия. При этом пятой будущей сваи слу-жит «теряемый» (остающийся в грунте) чугунный винтовой наконечник. Минимальное рас-стояние от оси изготавливаемой сваи до существующих сооружений составляет не менее 1,5 м.
Буровое оборудование, устанавливаемое на стреловые самоходные гусеничные краны или экскаваторы, принципиально не отличается от такого же оборудования, которым осна-щены специализированные машины. Разница состоит только в базовой машине. Таким спо-собом упрощается и удешевляется использование бурового оборудования (не требуется сложной специальной машины). Однако при этом требуется дополнительно иметь гидравли-ческую станцию для управления буровым агрегатом.

Оборудование для сооружения бурошнековых свай

Свайные фундаменты, сооруженные по технологии непрерывного шнека (так назы-ваемой «технологии CFA»), совмещают в себе преимущества забивных и буронабивных свай без извлечения грунта. Данный способ бурения позволяет производить работы в различных грунтах – сухих и болотистых, рыхлых и плотных, а также проходить через мягкие горные породы (туф, суглинок, известняк, песчаник и др.). Работа по данной технологии не вызыва-ет вибраций, благодаря чему более всего подходит для работ в центральных районах горо-дов. С целью шумопонижения при работе вблизи жилых районов все установки оснащены звукоизоляцией.
Формирование свай по технологии CFA осуществляется без выемки грунта, что по-зволяет выполнять работы в непосредственной близости к существующим сооружениям, значительно сократить количество используемых материалов и площадь рабочей площадки.
Данная технология исключает использование бентонитного раствора, что позволяет избежать загрязнения строительной площадки. При этом не возникает проблем, связанных со складированием разработанного грунта после формирования сваи.
Главной частью и основным отличием оборудования для реализации технологии CFA является один или несколько шнеков (длинный винт), высота которых соответствует требуе-мой высоте сооружаемой сваи. Несущей основой шнека является толстостенная труба, внут-ри которой проходит бетоновод, подсоединенный сверху к бетононасосу. В начале полого шнека установлен забурник, оснащенный 1 или 2 спиралями и режущим инструментом, что позволяет облегчить прохождение через грунт. От попадания грязи в полую часть шнека за-щищает специальная заглушка, оснащенная уплотнительным кольцом и закрепленная сталь-ной цепью.
Оборудование для сооружения буронабивных свай по этой технологии устанавлива-ется на базовые машины:
– универсальные буровые установки;
– машины, разработанные специально для технологии CFA.
Формирование сваи происходит следующим образом. При бурении шнек прессует грунт, уплотняя при этом стенки скважины. Когда шнек достигает заданной глубины, произ-водится нагнетание сначала цементного «молочка» для промывки забоя, а затем бетонной смеси при помощи бетононасоса, соединенного шлангами с вертлюгом, расположенным на удлинительной мачте шнека.
Состав бетонной смеси для CFA: мелкозернистый щебень крупностью до 15 мм, песок крупностью 0,4-0,5 мм, содержание цемента может меняться от 350 до 450 кг/м³, водоце-ментное соотношение должно составлять ~0,45. Осадка конуса должна быть в пределах 19-21 см. В зависимости от условий работы могут применяться специальные добавки для бе-тонной смеси (например, суперпластификатор С-3).
Давление, создаваемое бетононасосом при прохождении смеси через полую часть шнека, выдавливает специальную заглушку, и бетонная смесь попадает внутрь скважины, при этом шнек поднимается, с вращением или без, освобождая пространство в скважине. По-сле полного выхода шнека из скважины в заполненную бетонной смесью скважину опускают стальной армокаркас либо при помощи вибратора, либо без использования вибратора (оно может быть необязательно при длине каркаса 16-18 м).

Каждая машина зарубежного производства оснащена специальной компьютерной системой, отображающей на дисплее оператора параметры процесса сооружения скважины, привязанные к ее глубине: давление в заполняемой полости скважины и плотность ее запол-нения (либо давление на входе бетоновода), профиль образующейся сваи, величину крутя-щего момента на приводе шнека, частотную характеристику погружения армокаркаса. Все полученные данные сохраняются в памяти компьютера и при необходимости могут быть распечатаны.
Все зарубежные фирмы-производители постоянно совершенствуют применяемое обо-рудование. Например, компания Soilmec с 30-летним опытом работы по технологии CFA ис-пользует шнеки с различным шагом и наклоном спирали для увеличения скорости проник-новения, зависящей от условий и характеристик сопротивления грунта.
В зависимости от конкретного типа грунта используются различные виды режущего инстру-мента, который устанавливается под различным наклоном и режущим углом.

Буросекущие сваи

Буросекущие сваи используются в качестве ограждения котлованов (аналог «стены в грунте»), при необходимости устройства герметичной стены. Диаметр их составляет, как правило, 620 и 750 мм, а длина – до 20 м. При устройстве буросекущих свай сооружаются в первую очередь сваи без армокаркасов, затем между ними врезается армированная свая по обычной технологии, с той разницей, что в этом случае разбуривают кромки соседних свай. Таким образом, армирование производится через одну сваю, оставляя рассекаемые сваи бе-тонными, не имеющими арматуры. Расстояние между продольными осями свай составляет 0,8-0,9 их диаметра. В результате получается сплошная монолитная стена, аналогичная вы-полняемой по методу «стена в грунте». При устройстве буросекущих свай применяется то же буровое оборудование, что и при сооружении буронабивных свай.
Вышеперечисленные технологии и оборудование достаточно широко применялись в нашей стране при строительстве мостов и транспортных развязок, в частности и в таких крупных городах, как Москва и Санкт-Петербург. При этом в связи с использованием более жестких смесей и повышенной крупностью заполнителя возникли проблемы как с обеспече-нием однородности и прочности свай, так и с погружением каркасов большой длины, обла-дающих повышенной гибкостью.
Эти проблемы решались НИЦ «Стройтехкомплекс» ОАО ЦНИИС совместно с ОАО «Волгомост», ОАО «Гипротрансмост» и фирмой «Инсотранс». В результате была разработа-на уникальная технология виброштампования укладываемой в скважину бетонной смеси (технология «Вибростолб»), а также оборудование для погружения длинномерных каркасов (для технологии CFA).
В состав оборудования для реализации технологии «Вибростолб» входят: специализи-рованный бестрансмиссионный гидравлический вибратор, набор виброштампов с уплот-няющими ребрами, комплект специальных бетонолитных труб с вибростойкими соедине-ниями.