Статическое вдавливание свай: технология и когда нужен лидер

Что такое статическое вдавливание свай

Статическое вдавливание свай — способ погружения готовой сваи в грунт постоянной статической нагрузкой. Гидроцилиндры установки захватывают сваю и плавно продавливают её вниз, а реакцию воспринимает масса самой установки и пригруза. В отличие от забивки здесь нет ударов, а в отличие от вибропогружения — колебаний, которые передаются на соседние фундаменты.

Погружение свай методом вдавливания выбирают, когда динамика недопустима: рядом с жилыми домами, памятниками, аварийными зданиями, действующими сетями, на территории больниц и предприятий с чувствительным оборудованием. Метод входит в перечень способов погружения забивных свай в СП 24.13330.2021 наряду с забивкой, вибропогружением и завинчиванием.

У метода два главных ограничения: предел по усилию установки и её масса. Первое решают лидерными скважинами, второе — подготовкой площадки и выбором машины под размеры участка. Ниже разбираем оба вопроса подробно, вместе с технологией, контролем и сметой.

Обзор всех способов — забивки, вибропогружения, завинчивания и вспомогательных приёмов — в статье о способах погружения свай в разделе статей о свайных работах.

Установки статического вдавливания свай

Установка статического вдавливания свай (СВУ) — тяжёлая самоходная машина. Главная её характеристика — максимальное усилие вдавливания: модели обычно обозначают именно по нему, в тоннах-силах. Чем больше усилие, тем больше масса машины вместе с пригрузом, потому что упором служит она сама.

Как устроена установка

• Ходовая часть. Шагающая или гусеничная: машина передвигается по полю от сваи к свае, перешагивая уже погружённые.
• Зажимной узел. Гидравлические губки обжимают сваю по боковой поверхности, и цилиндры вдавливают её ходами. Есть установки с передачей усилия на голову сваи.
• Пригруз. Металлические или бетонные блоки, которые доводят массу машины до требуемого упора.
• Кран. Подаёт сваи с площадки складирования в зажим.
• Приборы. Манометры или электронная система записывают давление и усилие по глубине.

Многие установки имеют боковой узел вдавливания для свай у стен и в углах, куда основная позиция не достаёт. Минимальное расстояние от оси сваи до существующей стены зависит от модели и указывается в её паспорте — его проверяют ещё на стадии ППР.

Вдавливание шпунта и секционных свай

Для шпунта применяют компактные установки, которые зажимают несколько уже погружённых шпунтин и используют их как упор. Машина движется по верху стенки, поэтому может работать вплотную к зданиям и на узких участках. При усилении фундаментов вдавливают короткие секции свай домкратом, упирающимся в сам фундамент, — так работают в подвалах и внутри зданий.

Технология вдавливания свай по этапам

1. Подготовка площадки. Установка тяжёлая, поэтому площадку планируют и при необходимости укрепляют щебнем или плитами. Проверяют, нет ли под ходом машины сетей и пустот.
2. Разбивка свайного поля. Геодезист выносит оси и точки свай, их закрепляют на местности.
3. Лидерные скважины — если их требует проект: бурят на толщу насыпи, мёрзлого или плотного слоя перед проходом установки.
4. Подача и центровка сваи. Кран заводит сваю в зажим, оператор выставляет её по вертикали и в точку.
5. Вдавливание. Сваю погружают ходами цилиндров, перехватывая зажимом. Давление записывают по глубине.
6. Наращивание. Составные сваи стыкуют сваркой закладных или стыковым элементом по проекту и продолжают вдавливание.
7. Доведение до отметки. Сваю вдавливают до проектной отметки или до заданного проектом усилия.
8. Документы. Журнал погружения свай с усилиями, акты скрытых работ, исполнительная схема свайного поля.

Технология вдавливания свай чувствительна к последовательности. Свайное поле обычно погружают от центра к краям или от существующего здания наружу, чтобы вытесняемый грунт не поднимал уже погружённые сваи и не давил на соседние фундаменты. Порядок записывают в ППР.

Контроль усилия и испытания

У вдавливания есть преимущество, которого нет у других методов: усилие погружения каждой сваи известно на каждом метре. По графику давления видно, где свая прошла слабый слой, где упёрлась в плотную прослойку и на какой отметке набрала сопротивление. Сваи с аномально низким усилием сразу попадают в список на дополнительную проверку.

Но усилие вдавливания — ещё не несущая способность. После погружения грунт вокруг сваи восстанавливает прочность, и сопротивление меняется: в глинах обычно растёт, в некоторых песках может снизиться. Поэтому расчётную несущую способность подтверждают испытаниями по ГОСТ 5686-2020: программу испытаний утверждает заказчик, а сами испытания выполняет специализированная лаборатория.

Грунты и ограничения метода

Другие ограничения метода связаны с техникой. Тяжёлая машина требует ровной площадки с достаточной несущей способностью и подъезда для трала, на котором её привозят. Мобилизация такой установки дорогая, поэтому вдавливание выгодно на полях от нескольких десятков свай. Скорость ниже, чем у забивки и вибропогружения: для шпунта Л5 длиной 12 м — около 20–30 шпунтин за смену.

Есть и ограничения по окружению. Над зоной работ не должно быть ЛЭП, если кран установки поднимает сваю на всю длину, а под ходом машины — неглубоких сетей и колодцев, которые не выдержат её веса. По СП 45.13330.2017 (п. 12.1.3) сваи не погружают ближе 5 м к стальным трубопроводам давлением до 2 МПа — это расстояние проверяют по плану сетей ещё на стадии ППР.

Когда нужен лидер под вдавливание

Лидер под вдавливание бурят, когда сопротивление плотного слоя больше усилия установки или когда этот слой лежит выше проектной отметки острия. Шнек проходит слой и частично выносит грунт, а установка вдавливает сваю через разрыхлённую толщу в ненарушенный грунт ниже. Диаметр лидера — не больше стороны сваи, чаще на 0,05 м меньше.

Коэффициенты даны для свай, нижний конец которых заглублён не менее чем на 1 м ниже забоя лидера. Если лидер на 0,15 м меньше стороны сваи, коэффициент равен 1,0 — для сваи 400×400 это лидер ф250. Глубину и диаметр лидера назначает проектировщик; по СП 45.13330.2017 (п. 12.1.1) лидерное бурение выполняют по согласованию с проектной организацией.

Пример. Поле из 120 свай 350×350 длиной 12 м, по ИГИ на глубине 4–7 м лежит прослойка плотной глины, которую установка не проходит. Проектировщик назначает лидер ф300 на 7 м — до подошвы прослойки. Ниже свая идёт вдавливанием ещё 5 м, условие заглубления не менее 1 м ниже забоя выполняется с запасом. Объём бурения — 840 м, ямобуром по 550 ₽/м это 462 000 ₽ с НДС, лидер под всё поле бурится за несколько смен.

Как совмещают бурение и вдавливание

• Лидер бурят на захватку, которую установка закроет за смену: в песках скважины быстро осыпаются.
• Буровая машина не должна мешать ходу установки: удобен ямобур с вылетом стрелы 10–12 м, который бурит со стороны.
• Глубину каждой скважины записывают в журнал бурения, чтобы оператор установки знал, где начинается ненарушенный грунт.
• Точки, сдвинутые из-за препятствий в насыпи, согласуют с проектом до погружения.

Подбор диаметра, техника и цены за метр — на странице лидерное бурение скважин под сваи. Ямобур бурит лидер ф250–450 на глубину 3–12 м от 500 ₽/м, экскаватор с гидробуром — ф350–650 до 18 м от 800 ₽/м, с НДС 22%.

Вдавливание, забивка и вибропогружение

Во всех трёх колонках последняя строка одинаковая: в плотных грунтах любой метод упирается в сопротивление слоя, и решение одно — лидерная скважина. Разница в том, что при вдавливании нехватку усилия видно сразу по манометру, а при забивке её маскирует ложный отказ.

На одном объекте методы часто комбинируют. Основное поле или ограждение погружают вибропогружателем в лидерные скважины — быстро и недорого, а полосу вдоль соседнего здания шириной, которую задаёт расчёт динамики, проходят вдавливанием. Так стоимость безвибрационного метода платят только там, где он действительно нужен. Границу между зонами, тип техники и порядок захваток фиксируют в ППР, а за соседним зданием на всё время работ ведут геодезический мониторинг осадок.

Вдавливание свай в Москве: на что обратить внимание

В Москве вдавливание востребовано прежде всего из-за плотной застройки. По СП 45.13330.2017 (п. 12.1.2) оценку динамического воздействия можно не выполнять, если до зданий больше 25 м при вибропогружении свай и больше 15 м для шпунта. На большинстве городских площадок до соседних домов ближе, и тогда либо делают расчёт и мониторинг, либо выбирают безвибрационный метод.

Геология города добавляет свою специфику. Под техногенной насыпью с остатками старых фундаментов часто лежат моренные суглинки с валунами, флювиогляциальные пески разной плотности и юрские глины — твёрдые, плохо проходимые для любого метода погружения. Поэтому вдавливание свай в Москве нередко проектируют сразу с лидерными скважинами: через насыпь — на всю её толщу, в юрских глинах — на часть слоя, чтобы свая дошла до отметки без перегрузки установки.

• Проверьте по ИГИ, какие слои лежат выше отметки острия и хватит ли усилия установки, чтобы их пройти.
• Уточните минимальное расстояние от оси сваи до стены по паспорту установки и сверьте его со свайным полем.
• Заложите в ППР подъезд трала и площадку под пригруз.
• Согласуйте с проектировщиком диаметр и глубину лидера до начала работ, а не после первых недопогружённых свай.

Вдавливание железобетонных свай: какие сваи и как их готовят

Для вдавливания используют те же железобетонные сваи заводского изготовления, что и для забивки: сплошные квадратного сечения 300×300, 350×350 и 400×400 мм по ГОСТ 19804-2012, цельные или составные. Есть особенности, которые стоит учесть при заказе свай.

• Боковая поверхность. Зажим установки обжимает сваю по граням, поэтому сколы, раковины и наплывы бетона на гранях мешают захвату и могут привести к проскальзыванию.
• Прочность бетона. Сваю вдавливают после набора проектной прочности: усилие передаётся через бетон по всей длине захвата.
• Стыки составных свай. Стык должен передавать полное усилие вдавливания без смещения секций. Тип стыка и порядок сварки задаёт проект.
• Длина секции. Её подбирают под ход зажима и кран установки, иначе растёт число перехватов и время на сваю.

Стальные трубы вдавливают реже: открытый конец набирает грунтовую пробку, и усилие растёт быстрее, чем у ж/б сваи того же размера. В плотных грунтах для труб обычно выбирают лидерное бурение с последующим погружением вибропогружателем, если позволяет расстояние до зданий.

Типичные ошибки при вдавливании свай

1. Усилие установки выбрано без учёта плотных слоёв. Машину подбирают по расчётной нагрузке на сваю, а потом оказывается, что сопротивление юрской глины выше отметки острия больше её возможностей. Проверяйте по ИГИ все слои, которые свая должна пройти.
2. Лидер добавлен «по факту». Когда сваи уже начали вставать выше отметки, лидер бурят без согласования, и расчёт поля перестаёт соответствовать фактическому коэффициенту по боковой поверхности. Лидер нужно заложить в проект заранее.
3. Неподготовленная площадка. Тяжёлая установка проседает, свая уходит с вертикали, работу останавливают на отсыпку.
4. Неверный порядок погружения. Вытесненный грунт поднимает соседние сваи и давит на фундаменты рядом. Порядок захваток указывают в ППР.
5. Нет записи усилий. Без журнала с давлением по глубине теряется главное преимущество метода — возможность увидеть слабые места поля до испытаний.

Смета и стоимость

В сметах вдавливание считают по ГЭСН 81-02-05-2022: ж/б сваи — по таблице 05-01-093 «Погружение железобетонных свай вдавливанием статической нагрузкой», за м³; шпунт — по 05-01-094 «Погружение свай вдавливанием статической нагрузкой и извлечение стальных свай шпунтового ряда», за тонну, с разбивкой по длине до 8, до 12 и свыше 12 м. Лидер — отдельной позицией по 05-01-052…058, за метр.

Стоимость складывается из мобилизации установки, числа и длины свай, их стыковки, лидерного бурения и подготовки площадки. Для ориентира по шпунту: Л5 длиной 12 м в суглинке вдавливанием выходит около 38 000 ₽ за шпунтину, при лидере с вибропогружением — около 26 000 ₽. Разница — цена отсутствия вибрации, и она оправдана там, где рядом стоит старое или аварийное здание.

Сравнение вдавливания с другими методами и подробности о забивных сваях — в других статьях о бурении, сваях и шпунте.