Способы погружения свай: забивка, вдавливание, вибро, бурение

Способы погружения свай в грунт: классификация

Способы погружения свай — это технологии, которыми готовый элемент заводского изготовления (железобетонную сваю, стальную трубу, шпунт, винтовую сваю) доводят до проектной отметки без выемки грунта. Грунт при этом не извлекается, а раздвигается и уплотняется вокруг ствола и под остриём. Это главное отличие погружаемых свай от буровых, которые устраивают в заранее пробуренной скважине.

СП 24.13330.2021 в разделе о видах свай прямо называет основные методы погружения свай: забивка молотами, вибропогружение, вдавливание и завинчивание, в том числе с установкой в лидерные скважины. На практике методы делятся на две группы.

• Основные — те, что создают усилие погружения: удар молота, вибрация, статическая нагрузка, крутящий момент.
• Вспомогательные — те, что снижают сопротивление грунта: лидерные скважины, подмыв водой, реже электроосмос в глинах.

Вспомогательные приёмы сами по себе сваю не погружают, но часто именно они решают, дойдёт ли свая до отметки. Проект обычно указывает и основной метод, и вспомогательный: например, «вибропогружение шпунта в лидерные скважины ф300» или «забивка свай с подмывом до отметки −8,0».

Забивка молотом

Самый старый и до сих пор самый массовый способ для железобетонных свай. Сваю ставят в направляющие копра, надевают наголовник и бьют по нему ударной частью молота. Каждый удар продвигает сваю на величину, которую называют отказом. По отказу на последних ударах судят, набрала ли свая расчётную несущую способность.

Оборудование

Копёр — мачта с направляющими на гусеничной или тракторной базе либо навесное оборудование на экскаватор. Молоты бывают дизельные (трубчатые и штанговые), гидравлические и устаревшие паровоздушные. Гидромолоты позволяют регулировать энергию удара: в начале погружения бьют слабее, чтобы не сколоть голову сваи, затем выходят на полную энергию.

Где работает и где нет

Забивка хорошо идёт в суглинках, супесях и песках средней плотности. Трудности начинаются в насыпи с бетоном, в мёрзлом слое, в плотных песках и твёрдых глинах: свая отклоняется, у неё скалывается голова или наступает ложный отказ выше отметки. Главное ограничение — шум и динамика: рядом с жилыми и старыми зданиями забивку ограничивают или заменяют. Подробно о копрах, молотах и контроле отказа — в отдельной статье о забивных сваях в нашем разделе статей о сваях и бурении.

Как проверяют результат

По мере погружения ведут журнал: число ударов на каждый метр, отказ на последнем залоге, отметку острия. Сваи, не давшие расчётного отказа, после «отдыха» в грунте добивают контрольными ударами — за это время грунт вокруг ствола восстанавливает прочность, и отказ обычно уменьшается. Несущую способность на объекте подтверждают испытаниями по ГОСТ 5686-2020.

Вибропогружение и вибровдавливание

Вибропогружатель создаёт продольные колебания элемента. Вибрация снижает трение грунта по боковой поверхности, особенно в песках и водонасыщенных грунтах, где частицы на время теряют сцепление. Элемент погружается под собственным весом и весом вибропогружателя. При вибровдавливании к вибрации добавляют пригруз — усилие от стрелы экскаватора или лебёдки.

Для металлических элементов — шпунта Ларсена, стальных труб, трубошпунта — это основной способ. Например, высокочастотный вибропогружатель PTC 7 массой около 1 т с центробежной силой 384 кН на экскаваторе 200-й серии погружает трубы ф219–630 и шпунт Л4–Л6, а после засыпки котлована извлекает их тем же оборудованием. Подробнее о методе — на странице вибропогружение шпунта и свай.

Ограничения

• Плотные глины. Вибрация почти не снижает сцепление, вибропогружатель греется, элемент встаёт выше отметки. Здесь нужен лидер.
• Соседние здания. Колебания передаются на фундаменты. По СП 45.13330.2017 (п. 12.1.2) оценку динамического воздействия не делают, если до зданий больше 25 м при вибропогружении свай и 15 м для шпунта. Ближе — расчёт, лидерные скважины, мониторинг.
• Железобетонные сваи. Погружать их вибрацией можно, но в плотных грунтах эффективнее забивка или вдавливание.

Статическое вдавливание

Сваю продавливают в грунт постоянным усилием гидроцилиндров. Реакцию воспринимает масса установки и пригруза, поэтому установки статического вдавливания тяжёлые: чем больше нужное усилие, тем больше масса машины. Ударов и вибрации нет, шум — только от двигателя.

Плюс, который часто недооценивают, — контроль. Установка показывает усилие вдавливания каждой сваи по манометру, и по нему видно, как свая проходит слои и на какой отметке набирает сопротивление. Минусы — скорость ниже, чем у вибропогружения, требования к несущей способности площадки под тяжёлую машину и предел по усилию: плотный слой, который свая не проходит при максимальном усилии, проходят лидером. Технология, установки и ограничения подробно разобраны в статье о статическом вдавливании свай.

Вдавливают не только ж/б сваи. Шпунт погружают установками, которые упираются в уже погружённые шпунтины и «шагают» по стенке, — так ограждают котлованы вплотную к зданиям. При усилении существующих фундаментов короткие секции свай вдавливают домкратами с упором в сам фундамент: тяжёлая техника там не нужна вовсе.

Завинчивание

Так погружают винтовые сваи: стальной ствол с лопастью вкручивают в грунт гидравлическим вращателем, сваекрутом или вручную. Несущую способность даёт в основном лопасть, которая опирается на грунт ниже точки погружения. Требования к самим сваям задаёт ГОСТ Р 59106-2020, расчёт — СП 24.13330.2021.

Завинчивание тихое и быстрое, площадку не нужно бетонировать, сваю можно сразу нагружать. Ограничения — невысокие нагрузки по сравнению с ж/б и буровыми сваями, плохая работа в насыпи с мусором и каменистых грунтах, коррозия ствола. Это способ для частных домов, заборов, лёгких пристроек и временных сооружений, о нём — на странице монтаж винтовых свай.

Погружение в лидерные скважины

Лидерная скважина — скважина по оси элемента, диаметр которой не больше его сечения. Её бурят перед забивкой, вибропогружением или вдавливанием, чтобы пройти мешающий слой: насыпь, мёрзлый грунт, плотную глину. Лидер совместим с любым основным методом и в плотных грунтах Москвы применяется постоянно.

У лидера есть цена для расчёта: сваи в лидерных скважинах хуже работают по боковой поверхности. В СП 24.13330.2021 (табл. 7.4) коэффициент для сваи, заглублённой не менее чем на 1 м ниже забоя лидера, равен 0,5 при диаметре лидера, равном стороне сваи, 0,6 — при диаметре на 0,05 м меньше и 1,0 — на 0,15 м меньше. Поэтому диаметр и глубину лидера назначает проектировщик, а СП 45.13330.2017 (п. 12.1.1) допускает лидерное бурение только по согласованию с проектной организацией.

Для шпунта выигрыш хорошо виден в цифрах. Шпунт Л5 длиной 12 м в суглинке без лидера погружают по 15–30 штук за смену, с отказами и перебивкой; с лидером — 40–60 штук. Лидер добавляет к стоимости шпунтины 6–10 тыс. ₽, но убирает простои. Диаметры, цены и технику смотрите на странице лидерное бурение под шпунт и сваи.

Подмыв и другие вспомогательные приёмы

Подмыв — подача воды под давлением к острию сваи по трубкам, закреплённым на стволе или выведенным внутрь полой сваи. Струя разрыхляет и вымывает песок, и свая погружается под действием молота или вибропогружателя заметно легче. Работает в песках и супесях, в глинах почти бесполезен.

Ограничения у подмыва серьёзные. Вода нарушает грунт под остриём, поэтому последние 1–2 м сваю, как правило, погружают без подмыва. Рядом со зданиями подмыв опасен: вымытый песок может уйти из-под соседних фундаментов. На городских площадках его применяют редко и только по проекту.

Электроосмос — пропуск постоянного тока через водонасыщенную глину, чтобы снизить трение по стволу. Метод встречается в учебниках и отдельных проектах, в обычной практике Москвы и МО его почти не применяют.

Буровые сваи как альтернатива погружению

Когда ни один способ погружения не подходит — слишком плотные грунты, валуны, недопустимая вибрация, большие нагрузки, — переходят на буровые сваи. Скважину бурят на проектный диаметр, ставят арматурный каркас и бетонируют. В неустойчивых грунтах стенки держат обсадной трубой, глинистым раствором или полым шнеком (технология НПШ).

Буровая свая не вытесняет грунт и не создаёт динамики, её диаметр и длину можно подобрать под нагрузку без ограничений заводского сортамента. Зато нужен бетон, время на набор прочности и тщательный контроль сплошности. Подробнее — на странице буронабивные сваи под ключ.

Граница между погружаемыми и буровыми сваями на практике размыта. Если проект требует лидер почти на всю длину сваи, расчётное трение падает до уровня, при котором буровая свая того же диаметра оказывается выгоднее: она не теряет боковое сопротивление, а заводской сваи и копра не нужно. И наоборот, на поле в рыхлых песках с высоким уровнем воды забивная свая проще буронабивной: не нужно держать стенки скважины и бетонировать под водой.

Сравнение методов погружения свай

В таблице нет «лучшего» метода. Один и тот же шпунт на одной площадке погружают вибрацией в песке, а в соседней захватке с юрской глиной — в лидерные скважины. У старого кирпичного дома тот же котлован могут ограждать вдавленным шпунтом.

Как выбрать способ погружения

1. Элемент. Металлические шпунт и трубы — вибропогружение, ж/б сваи — забивка или вдавливание, винтовые — завинчивание.
2. Грунты по ИГИ. Насыпь с бетоном, плотные глины, мёрзлый слой — закладываем лидер. Рыхлые водонасыщенные пески — часто без лидера.
3. Окружение. Расстояние до зданий и сетей. По СП 45.13330.2017 (п. 12.1.3) шпунт не погружают ближе 1 м, а сваи — ближе 5 м к стальным трубопроводам давлением до 2 МПа.
4. Объём и сроки. На больших объёмах важна скорость: вибропогружение с лидером даёт 40–60 шпунтин за смену, вдавливание — 20–30.
5. Цена. Сравниваем не цену метра, а стоимость элемента «под ключ» с учётом перебивки, простоев и мониторинга.

Сроки и стоимость: как сравнивать методы

Цена погружения за метр или за тонну мало говорит о стоимости работы. Решают производительность за смену, доля элементов, которые не дошли до отметки, мобилизация техники и сопутствующие расходы: мониторинг соседних зданий, ночные смены, перебивка. Хорошо это видно на примере одного и того же ограждения.

Ограждение из 300 шпунтин без лидера на бумаге дешевле, но при 15–30 шпунтинах за смену займёт 10–20 смен вместо 5–8, а часть шпунта придётся перебивать или резать. Вдавливание обойдётся дороже всего, зато не даст вибрации — его выбирают там, где цена ошибки у соседнего дома выше разницы в стоимости. Для свай логика та же: сравнивают стоимость сваи на проектной отметке, а не стоимость одного удара или метра.

На срок влияет и организация захваток. Лидер бурят на 2–3 элемента вперёд или отдельной машиной: в тандеме «ямобур бурит, экскаватор погружает» за смену проходят в 1,5–2 раза больше точек, чем одной установкой. Зимой к любому методу добавляется мёрзлый слой: первые 1–1,5 м промёрзшего грунта вибрация и лёгкий молот не берут, поэтому лидер бурят хотя бы на глубину промерзания.

Типичные ошибки при выборе способа

• Метод выбран без ИГИ. «Здесь всегда забивали» — не аргумент: в соседних кварталах Москвы под одной и той же насыпью могут лежать и рыхлые пески, и юрские глины.
• Лидер шире элемента. Погружение становится лёгким, но свая теряет трение по боковой поверхности, а шпунт — заделку. Диаметр лидера всегда согласуют с проектировщиком.
• Пауза между бурением и погружением. В песках скважина заплывает за минуты, и бурить приходится второй раз.
• Не учтены соседние здания и сети. Расстояния из СП 45.13330.2017 проверяют до выбора техники, а не после первых жалоб жильцов или трещин.
• Нет пробного погружения. На больших полях несколько пробных элементов в первую смену показывают, нужен ли лидер по всей оси или только на отдельных участках.
• Подмыв у зданий. Вымытый песок уходит из-под соседних фундаментов — в городе подмыв применяют только по проекту.

Нормы и смета

Проектирование погружаемых свай ведут по СП 24.13330.2021, производство и приёмку — по разделу 12 СП 45.13330.2017. Испытания свай статической и динамической нагрузкой — по ГОСТ 5686-2020. СП 50-101-2004 и СП 50-102-2003 встречаются в старых ТЗ, но основным документом стал СП 24.13330.2021.

Лидер и погружение в смете всегда идут разными позициями: бурение в метрах, погружение — в кубометрах или тоннах. Если в КП подрядчика одна цена «за сваю», попросите разбить её по этим единицам — так проще сравнить предложения. Другие материалы о свайных работах, шпунте и бурении — в статьях ФирмаСтрой.