Introduction of new technologies for manufacturing displacement piles

В настоящее время при возведении фундаментов в Российской Федерации все чаще используют технологию установки свай непосредственно в грунте. Существует множество способов строительства таких свай, выбор которых зависит от местоположения строительной площадки и характеристик грунта.

Наиболее распространенной технологией является метод НПШ, который предполагает формирование полого проходного шнека в грунте с извлечением грунта на поверхность. После достижения проектной отметки шнек постепенно извлекается из скважины и одновременно заполняется бетонной смесью. Затем в наполненную бетоном скважину устанавливается арматурный каркас.

Технология НПШ широко используется на связанных грунтах, таких как полутвердые и тугопластичные суглинки, глины. В таких типах грунтов стенка скважины сохраняет свою форму длительное время, что позволяет бетону приобрести нужную прочность и создать тело сваи

При возведении свай в слабых и влажных грунтах широко применяется метод бурения с использованием обсадной трубы

Недостатками данной технологии являются многочисленные технологические операции, необходимые для формирования свай, что приводит к уменьшению производительности и увеличению сроков строительства фундамента. Еще одним значительным недостатком является разуплотнение грунта в процессе бурения под защитой обсадной трубы, что может снизить несущую способность сваи по боковой поверхности.

При возведении свай в водонасыщенных и переувлажненных грунтах, в том числе в Саратовской области, все более распространены сваи «Фундекс».

В настоящее время данная технология широко применяется для создания свай в водонасыщенных, переувлажненных и несвязных грунтах. Она была разработана в Нидерландах в 60-х годах XX века и начала использоваться в России с 2000-х годов при строительстве зданий в Санкт-Петербурге. Основным преимуществом «Фундекс» является возможность формирования скважины под сваю без выноса грунта на поверхность благодаря его уплотнению. Для создания скважины под сваю используется стальная инвентарная труба, которая ввинчивается в грунт и нижний конец которой закрыт теряемым наконечником.

В процессе формирования скважины теряемый наконечник разрыхляет грунт и выталкивает его в стороны от оси вращения, после чего разрыхленный грунт уплотняется в стенки скважины при помощи инвентарной трубы. Более подробно о сваях «Фундекс» можно узнать из работ Р.А. Мангушева

Технология изготовления свай вытеснения – СВГС, например, для сваи диаметром 450 мм, заключается в следующем (Рис. 1):

– Труба диаметром 380 мм с винтовой нарезкой шнека шириной лопасти 35 мм и теряемым коническим наконечником DPOS-4Е погружается в грунт под действием осевого усилия и крутящего момента, причем наибольший диаметр винтового шнека составляет 465 мм.

– При проходе наконечника через слои грунта происходит его радиальное смещение и уплотнение. Это приводит к изменению физико-механических свойств грунта на боковой поверхности обсадной трубы, в результате чего ранее уплотненный грунт между стенкой скважины и обсадной трубы разуплотняется. Образовавшийся разуплотненный водонасыщенный грунт, расположенный вдоль внешней поверхности трубы, перемещается плоскими лопастями винтового шнека во время извлечения трубы, образуя скважину с диаметром, соответствующим диаметру наконечника.

– После достижения обсадной трубой требуемой отметки в полость трубы монтируется арматурный каркас. Внутренняя полость трубы заполняется бетонной смесью.

– Труба с вращением извлекается, при необходимости в нее доливается бетонная смесь.         

Рисунок 1 - Схема изготовления набивной сваи по технологии СВГС

DOI:10.60797/mca.2024.54.3.1

Согласно СП 24.13330.2021 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты», сваи «Фундекс» и СВГС относятся:

– по способу заглубления в грунт – к набивным железобетонным сваям, которые устанавливаются в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, сформированные путем принудительного вытеснения – отжатия грунта (п.6.1в);

– по способу устройства свай – к вытеснительным сваям, устраиваемым путем погружения (завинчиванием) инвентарных труб с закрытым нижним концом в грунт с помощью башмака. После заполнения скважин бетонной смесью данные трубы извлекаются (п.6.4а).

Несущую способность набивных свай Fd, кН, работающих на сжимающую нагрузку, рассчитывают по формуле 7.13 из СП 24.13330.2021, учитывая расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи R, кПа, принятое из Таблицы 7.2 того же стандарта, как и для забивных свай.

При работе со сваями «Фундекс» выявлено, что данные сваи обладают технологическими особенностями, которые в определенных грунтовых условиях могут привести к негативным последствиям их использования

– возникновение местных сужений свай из-за излишне высокой скорости изготовления;

– образование «плачущих» свай, когда вода проходит сквозь свежий бетон и вызывает разрыхление верхней части по арматуре, что снижает несущую способность;

– невозможность опустить нижние концы свай в несущий грунт из-за ложного «отказа». Буровой установке не хватает осевого усилия для опускания широкого наконечника в твердые коренные грунты, и нижний конец свай оказывается на недостаточно плотном слое этих грунтов;

– нагрев трубы при погружении, с последующими затратами времени на охлаждение до необходимой температуры перед заливкой бетоном свай;

– уменьшение несущей способности свай по боковой поверхности из-за зазора между диаметром наконечника и обсадной трубы, что приводит к снижению плотности контактного слоя грунта и его насыщению водой.

Технология производства свай СВГС, разработанная компанией «Геотехника-С», имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными сваями «Фундекс».

– ускоренное бурение скважин;

– избежание нагрева трубы;

– предотвращение возникновения «гейзерения» при установке свай;

– применение более легкого и энергоэффективного бурового оборудования для изготовления свай;

– минимизация риска недопогружения нижних концов свай по отношению к проектным отметкам;

– повышенная несущая способность свай по боковой поверхности благодаря отсутствию разуплотненного грунта;

– увеличение несущей способности у основания сваи за счет винтовых лопастей на обсадной трубе, увеличивающих усилие вдавливания путем дополнительного тягового усилия.

– Для установки свай требуется меньше осевое усилие благодаря использованию тягового усилия, создаваемого лопастями на трубе.

– Использование башмака меньшего размера (4Е вместо 6Е) при одинаковом диаметре свай уменьшает зону разуплотнения вокруг сваи, снижает воздействие на соседние сваи и окружающую застройку, а также сокращает стоимость свай.

Сваи, изготовленные по новой технологии, успешно прошли испытания на строительных объектах Саратовской области, продемонстрировав хорошие результаты. Однако для более глубокого понимания процесса формирования свай требуются дальнейшие испытания.