Технология устройства буронабивных свай: этапы, оборудование, контроль

Что такое буронабивная свая и где её применяют

Технология устройства буронабивных свай сводится к трём операциям: в грунте бурят скважину нужного диаметра и глубины, в неё опускают арматурный каркас и заполняют бетонной смесью. Свая формируется прямо в грунте, поэтому её не нужно везти с завода, стыковать и забивать. В нормах такие сваи называются буровыми (СП 24.13330.2021, раздел 6), в сметах и закупках — «железобетонные буронабивные сваи», на площадке — БНС. В разговоре говорят и «монтаж буронабивных свай», хотя монтировать здесь нечего: свая не собирается из готовых элементов, а бетонируется в скважине. Технология устройства буровых свай одинакова для любых диаметров буронабивных свай — от 300 мм у частного дома до 1500 мм под опору моста; меняются только техника и способ крепления стенок.

Главное отличие от забивных свай — бурение с выемкой грунта. Грунт вокруг ствола не уплотняется, как при забивке, но и не испытывает ударной и вибрационной нагрузки. Это даёт два практических следствия. Первое: буронабивные сваи в грунте можно устраивать рядом с существующими зданиями и сетями, где забивка запрещена или требует мониторинга. Второе: несущая способность одного ствола задаётся диаметром и длиной, а не сортаментом завода, — под тяжёлую колонну делают одну сваю большого диаметра вместо куста забивных.

Где применяют фундамент на буронабивных сваях:

• каркасы складов, производственных корпусов и логистических комплексов — сваи под колонны с монолитным ростверком;
• жилые и общественные здания в стеснённой застройке, где нельзя бить и вибрировать;
• опоры эстакад, галерей, навесов, рекламных конструкций;
• усиление фундаментов при реконструкции и надстройке;
• ограждения котлованов из секущих и касательных свай;
• частные дома — буронабивные сваи для фундамента с ростверком, обычно небольшого диаметра и длины.

Подробно о том, как мы считаем и выполняем работы под ключ на объектах в Москве и области, рассказываем на странице буронабивные сваи под ключ. Здесь — сама технология и требования норм к каждому шагу.

Способы бурения и крепления стенок скважины

Способ устройства выбирают по инженерно-геологическим изысканиям: есть ли в пределах длины сваи подземные воды, устойчивы ли стенки, нет ли плывунов, валунов, насыпи с бетоном. СП 45.13330.2017 (п. 12.2.1) допускает четыре варианта: сухие скважины без крепления, крепление извлекаемыми обсадными трубами, глинистыми (бентонитовыми) или полимерными растворами и в отдельных случаях — избыточным давлением воды. Отдельно в своде описаны сваи непрерывным полым шнеком (подраздел 12.4).

Сухая скважина

Самый простой и дешёвый вариант. Шнек или буровой ковш выбирает грунт, стенки держатся за счёт сцепления. Подходит для глинистых грунтов при уровне подземных вод ниже пяты сваи. Ограничение — линзы и прослойки песка: даже тонкая водонасыщенная прослойка может дать осыпь на забой или «пережим» ствола при бетонировании.

Бурение свай с обсадной трубой

Обсадную трубу погружают вибратором или установкой с возвратно-поступательным движением (п. 12.2.1а), на нижнем фланце первой секции — режущий наконечник, для твёрдых глин и скальных прослоек — усиленный. Грунт выбирают изнутри трубы, при этом в дисперсных грунтах оставляют грунтовую пробку высотой не менее двух диаметров трубы, но не менее 1 м (п. 12.2.4а): она не даёт песку с водой прорваться в трубу снизу. Бурение опережающим забоем, когда шнек уходит ниже башмака трубы, в песках и обводнённых грунтах недопустимо (п. 12.2.2).

Мы работаем по схеме, когда экскаватор с гидробуром проходит скважину, а вибропогружатель сразу погружает за ним обсадную трубу ф219–630: так в водонасыщенных песках стенка не успевает обрушиться.

Под бентонитовым раствором

Скважину заполняют глинистым или полимерным раствором, который давит на стенки и не даёт им обрушиться. Уровень раствора в процессе бурения, очистки и бетонирования должен быть выше установившегося уровня напорных подземных вод не менее чем на 3,0 м (п. 12.2.4). Буровой инструмент поднимают медленно, чтобы не создать поршневой эффект и не вымыть грунт из-за стенки. Параметры раствора контролируют и записывают в журнал.

Непрерывный полый шнек

Шнек с полым ставом заворачивают на всю длину сваи за один цикл без остановки, затем через полость подают бетон под давлением и поднимают шнек, не вращая его в обратную сторону. Каркас погружают в свежую смесь вибратором или собственным весом. Метод быстрый и почти не даёт шлама, но требует мощной установки и бесперебойной подачи бетона: процесс бетонирования должен быть непрерывным до заполнения скважины (п. 12.4.7). Скважины ближе трёх диаметров от только что забетонированных бурить нельзя, пока бетон в соседях не наберёт прочность (п. 12.4.4).

Как способ влияет на расчёт

Технология — не только вопрос производства. СП 24.13330.2021 (п. 7.1.9) снижает расчётное сопротивление бетона буровых свай коэффициентом γcb = 0,85 и дополнительным коэффициентом γ'cb, который зависит от способа работ. А коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности γR,f по таблице 7.6 для бетонирования под водой или раствором ниже, чем для сухого способа. Поэтому заменить в ходе работ сухое бурение на бетонирование под водой без согласования с проектировщиком нельзя: меняется расчётная несущая способность.

Технология устройства буронабивных свай по этапам

Независимо от способа крепления стенок последовательность одна. Различаются только инструмент и то, в какой момент извлекают обсадную трубу.

1. Подготовка и разбивка. Площадку планируют до отметки, при которой проходит буровая техника, геодезист выносит оси свай. Работы по устройству скважин начинают только после инструментальной проверки планового положения осей и отметок спланированной территории (СП 45.13330.2017, п. 12.2.1).
2. Опытный участок. До массового изготовления свай технологию отрабатывают на опытном участке; если рядом есть здания, участок оснащают геотехническим мониторингом (там же). На опытных сваях подтверждают глубину, режим бурения, достаточность грунтовой пробки, поведение бетона.
3. Бурение скважины выбранным способом до проектной отметки с записью грунтов в журнал.
4. Освидетельствование скважины: глубина, диаметр, положение в плане, соответствие грунта забоя изысканиям, отсутствие шлама и воды.
5. Установка арматурного каркаса с фиксаторами защитного слоя и креплением от всплытия.
6. Бетонирование — свободным сбросом в сухую скважину или методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ); извлечение обсадной трубы.
7. Срезка оголовков до проектной отметки после набора прочности, очистка выпусков арматуры, приёмка свай и сдача свайного основания под ростверк.

Бурение и освидетельствование скважины

Бурят до проектной отметки забоя. Глубина буронабивных свай задаётся проектом так, чтобы нижний конец вошёл в прочный слой: СП 24.13330.2021 (п. 8.14) не рекомендует опирать буровые сваи на рыхлые пески и глинистые грунты с показателем текучести IL > 0,6. Если на расчётной глубине грунт оказался слабее, чем в изысканиях, решение принимает проектировщик, а не бригада.

По окончании бурения проверяют соответствие рабочей документации фактических размеров скважины, отметок устья и забоя, положения в плане, а также соответствие грунта основания изысканиям, при необходимости с геологом (п. 12.2.5). Если встретилось непроходимое препятствие — бетонный фундамент, валун, старая свая, — решение о том, можно ли использовать скважину, принимает организация, проектировавшая фундамент. Сместить точку на полметра «по месту» без согласования — грубая ошибка: меняется расчётная схема ростверка.

Очистка и уплотнение забоя

Забой очищают от разрыхлённого грунта, а при отсутствии воды в скважине — уплотняют трамбованием (п. 12.2.6). Масса трамбовки — не менее 3 т для скважин диаметром менее 1 м и не менее 5 т при диаметре 1 м и более, трамбуют до отказа не более 2 см. Допускается виброштампование, в том числе с втрамбовыванием щебня или жёсткой бетонной смеси. Рыхлый шлам на забое — главная причина того, что свая при испытании «проваливается» под нагрузкой меньше расчётной: её пята стоит на подушке из размокшего грунта.

После установки каркаса, непосредственно перед бетонированием, скважину освидетельствуют повторно: нет ли осыпей, вывалов, воды и шлама на забое (п. 12.2.7). При бентонитовом растворе перед установкой каркаса раствор заменяют свежим и зачищают забой погружным насосом или эрлифтом (п. 12.2.7а).

Что пишут в журнал бурения

• номер сваи по схеме, дата и время начала и окончания бурения;
• фактическая глубина и диаметр инструмента, отметка устья;
• пройденные грунты по глубине и уровень появления воды;
• глубина погружения обсадной трубы, высота грунтовой пробки;
• встреченные препятствия и принятые решения со ссылкой на согласование.

На каждую скважину оформляют акт освидетельствования скрытых работ — без него бетонирование не начинают.

Арматурный каркас

Каркас — пространственная конструкция из продольных стержней, спирали или колец и жёстких колец через 2–3 м, которые держат форму при подъёме. Для длинных свай каркас собирают из секций и стыкуют над устьем скважины сваркой или муфтами. Количество и диаметр продольных стержней, шаг спирали, длину выпусков в ростверк и защитный слой бетона задаёт проект.

Что важно на площадке:

• Фиксаторы защитного слоя — пластиковые или бетонные «колёса» на продольных стержнях. Без них каркас ложится на стенку скважины, и арматура остаётся без защитного слоя.
• Строповка — так, чтобы каркас висел вертикально и не деформировался при подъёме (п. 12.2.10).
• Закрепление в проектном положении — каркас фиксируют к обсадной трубе или кондуктору, иначе бетон при подъёме поднимет его вверх, а извлечение трубы может сместить в плане (п. 12.2.10).
• Трубки для контроля сплошности. Для свай диаметром более 850 мм СП 24.13330.2021 (п. 7.5.14) рекомендует оснащать часть каркасов специальными трубками для неразрушающего контроля ствола; для одиночных свай под колонну — сплошной контроль.

Каркас принимают по акту освидетельствования скрытых работ до погружения в скважину. В ГЭСН установка каркаса — отдельная позиция 05-01-061 «Установка в скважину арматурного каркаса».

Бетонирование буронабивных свай

Бетонирование — самый ответственный этап: дефект ствола, допущенный здесь, уже не исправить без выбуривания керна и усиления. СП 45.13330.2017 различает два способа укладки смеси.

Свободный сброс

Допускается в сухих скважинах: в песках, обсаженных инвентарными трубами или железобетонными оболочками, и в необсаженных скважинах в суглинках и глинах выше уровня подземных вод без прослоек и линз песка и супеси (п. 12.2.8). Высота свободного сброса — не более 6 м, до 20 м — только при положительной опытной проверке со специально подобранной смесью. Бетон подают через воронку с направляющим патрубком, чтобы струя не била в стенки и не обрушала грунт в бетон.

Метод вертикально перемещаемой трубы (ВПТ)

В скважины с водой, глинистым или полимерным раствором бетон укладывают только через бетонолитную трубу с бункером и пробкой, чтобы смесь не перемешивалась с раствором. Сначала труба стоит на забое, затем её поднимают не менее чем на свой диаметр и начинают заполнение. Всё время бетонирования контролируют уровень смеси и следят, чтобы труба была заглублена в бетон не менее чем на 1,5 м (п. 12.2.8). Если трубу «вытащили» из бетона, раствор попадает внутрь ствола и образуется разрыв сплошности.

Сроки и непрерывность

• В обводнённых песках, просадочных и других неустойчивых грунтах бетонировать — не позднее 8 ч после окончания бурения, в устойчивых — не позднее 24 ч (п. 12.2.9).
• Если эти сроки не выдержать, бурение не начинают, а начатые скважины останавливают, не доводя забой на 1–2 м до проектного уровня.
• Бетонирование начинают только при наличии на площадке объёма смеси, нужного для заполнения сваи, с запасом не более 15% (там же).
• Бетонолитная труба всегда заполнена смесью; перерывы более 60 мин не допускаются, технологический перерыв на демонтаж секции трубы — не более 30 мин; сохраняемость удобоукладываемости смеси — не менее 2 ч (п. 12.2.10а).
• Если всё-таки образовался холодный шов, возможность использовать сваю решает проектная организация по результатам ультразвуковой дефектоскопии и выбуривания керна (п. 12.2.10б).

Обсадную трубу извлекают по мере бетонирования, держа её башмак ниже уровня бетона. Резкий подъём трубы при густой смеси приводит к «пережиму» ствола грунтом. Бетон заливают выше проектной отметки головы сваи: верхний слой с шламом и цементным молоком потом срезают.

Срезка оголовков

Когда бетон наберёт прочность, лишнюю часть ствола срезают до проектной отметки, обнажая выпуски арматуры для связи с ростверком. Отметку голов при монолитном ростверке выдерживают с отклонением ±3 см (СП 45.13330.2017, табл. 12.1). Срезают гидравлическими кольцевыми сколотниками или отбойными молотками, не повреждая арматуру и бетон ниже отметки.

Установки для буронабивных свай

СП 45.13330.2017 (п. 12.2.1) говорит об универсальных агрегатах грейферного, ударного, роторного, ковшового или шнекового типа, которые кроме бурения умеют устанавливать каркасы, бетонировать и извлекать обсадные трубы. На практике выбор делают по диаметру, длине и грунтам.

Роторная установка оправдана, когда в проекте сваи диаметром от 800 мм, длиной более 20 м или технология НПШ. Для массовых свай диаметром 350–650 мм длиной до 18 м экскаватор с гидробуром выходит дешевле: у роторных установок высокая стоимость перевозки и метра бурения, а экскаватор доставляется как обычная техника и работает с радиуса от 8,7 м, не заезжая на каждую точку.

Наш парк под буронабивные сваи

Скважины под буронабивные сваи мы бурим экскаваторами с гидробуром — JCB 200, DEVELON 210 и гусеничным CAT 324, — диаметрами 350, 450, 550 и 650 мм на глубину до 18 м. Плотные глины и строительный мусор проходим обычным шнеком, бетон и крупные валуны — усиленным. В водонасыщенных песках бурим под защитой обсадной трубы, которую сразу погружает вибропогружатель PTC 7. Цена бурения — от 800 ₽/м за диаметр 350 мм до 2 000 ₽/м за 650 мм с НДС 22%, расценка фиксируется в договоре.

Контроль качества и исполнительная документация

СП 45.13330.2017 (п. 12.8.2) делит контроль на входной (материалы и документы о качестве), операционный (каждая операция по ППР и технологическому регламенту) и приёмочный. Для буронабивных свай ключевые параметры собраны в таблице 12.1 свода: отметки устья, забоя и уширений ±10 см, диаметр скважины ±5 см, вертикальность оси ±1%, положение в плане свай диаметром более 0,5 м — ±10 см поперёк ряда. Полный разбор допусков с методами контроля — отдельная тема.

Контроль ствола

Качество бетона сваи проверяют прямым методом — выбуриванием керна и испытанием образцов — или косвенными: ультразвуковым, сейсмоакустическим, радиоизотопным, термометрическим (п. 12.8.23). При выборочном контроле по п. 12.8.25 керн на полную длину выбуривают из 2% свай, но не менее чем из двух; длину и сплошность стволов косвенными методами проверяют у 20% свай, однородность бетона — у 10%. Все сваи, при изготовлении которых нарушалась технология, контролируют обязательно (п. 12.8.26).

Испытания

Для контроля выбранной длины буровых свай и подтверждения технических решений проект должен предусматривать статические испытания свай (СП 24.13330.2021, п. 8.14). Испытания по ГОСТ 5686-2020 проводит специализированная лаборатория по программе, утверждённой заказчиком; буронабивные сваи испытывают не раньше, чем бетон наберёт 80% проектной прочности.

Комплект документов

• журнал бурения скважин с глубиной и грунтами по каждой скважине;
• акты освидетельствования скрытых работ на скважину и армирование;
• журнал бетонных работ, документы о качестве бетонной смеси, протоколы испытаний образцов;
• журнал параметров бентонитового раствора, если он применялся;
• исполнительная схема расположения свай в свайном поле с фактическими отклонениями;
• акт приёмки свайного основания (п. 12.8.28).

Работаем по договору с НДС 22% и ЭДО, журнал бурения и акты скрытых работ передаём по каждой захватке.

Как работы называются в смете и в закупке

В лотах и ведомостях объёмов работ встречается формулировка «устройство железобетонных буронабивных свай d=… мм, L=… м» или «устройство свайного поля из буронабивных свай». В ГЭСН 81-02-05-2022 «Свайные работы» расценки разделены по способу бурения, единица измерения — 1 м³ сваи. Поэтому ПТО важно с самого начала знать технологию: от неё зависит, какой таблицей считать сваю.

Если скважину бурит один подрядчик, а каркас и бетон делает другой, в договоре бурение удобнее принимать в погонных метрах скважины заданного диаметра, а не в кубометрах сваи: так считаются фактические глубины из журнала бурения.

Типовые ошибки при устройстве буронабивных свай

Что подготовить заказчику перед устройством свай

Чтобы рассчитать стоимость и сроки, достаточно нескольких документов. Чем полнее комплект, тем точнее КП и тем меньше неожиданностей на площадке.

1. Проект свайного поля — схема свай с диаметрами, отметками голов и низа, количеством.
2. Инженерно-геологические изыскания — колонки скважин, уровень подземных вод, наличие плывунов и насыпи. По ним выбираем способ: сухое бурение или под обсадной трубой.
3. План площадки — подъезды, существующие сети, здания рядом, ЛЭП над зоной работ.
4. Разбивка — вынесенные оси или разбивка свай, отметка планировки.
5. Распределение работ — кто ставит каркас, кто поставляет бетон и отвечает за бетонирование, кто вывозит грунт.

Подача техники — на следующий день после согласования. Подробнее о составе работ и о том, сколько стоит устройство буронабивных свай в Москве и области, — на странице услуги. Другие разборы по бурению, сваям и шпунту — в разделе статей ФирмаСтрой; там же материалы о расчёте, допусках и испытаниях свай, которые продолжают эту тему. Если нужен быстрый ориентир по технологии под ваш грунт, пришлите изыскания — ответим в тот же день; полный список статей о сваях и бурении пополняется.