Пустотелые буронабивные сваи

Одним из перспективных направлений совершенствования конструкций буронабивных свай является разработка методов устройства пустотелых свай.

Применение сваи-оболочки вместо сваи сплошного сечения равного диаметра позволяет, как правило, принимать расчетное сопротивление основания по полному сечению оболочки. Это возможно благодаря образованию уплотненного грунтового ядра во внутренней полости сваи при ее погружении или путем устройства железобетонной пробки (днища) в нижней части сваи после ее устройства. Таким образом, наибольший эффект от применения пустотелых свай может быть получен в грунтах с низким расчетным сопротивлением, а также при использовании высокопрочных бетонов.

Незначительный объем применения пустотелых буронабивных свай объясняется технологическими трудностями устройства внутренней полости. Начиная с 60-х годов XX в. в США, Японии, СССР и других странах предложено (запатентовано) значительное число оригинальных способов устройства буронабивных свай-оболочек. Однако оценка их эффективности затруднена, поскольку большинство из них не внедрено. И только незначительная часть имеет опытное, как правило, одноразовое внедрение.

Анализ опубликованных и запатентованных способов показывает, что большинство из них базируется на применении различного вида сердечников (в том числе надувных), извлекаемых после бетонирования стенок сваи, или вибросердечников, извлекаемых в процессе подачи и уплотнения бетонной смеси.

Попытки применения надувных сердечников из эластичных материалов неоднократно имели место в отечественной практике и, как правило, заканчивались неудачно. Основная трудность здесь заключается в обеспечении проектного положения гибкого сердечника при бетонировании стенок оболочки с обязательным использованием подвижной бетонной смеси.

Применение стального сердечника, устанавливаемого в скважину до бетонирования или вдавливаемого в бетонную смесь, предварительно загруженную в скважину, позволяет с достаточной точностью выдержать геометрические размеры и осуществить уплотнение бетонной смеси с помощью навесных вибраторов, установленных на внутренней поверхности сердечника. Однако здесь требуется осуществление специальных приемов, позволяющих извлечь сердечник без повреждения (обваливания) стенок оболочки. Предложено более десяти способов извлечения сердечника после бетонирования или в процессе бетонирования сваи.

При этом подвижность бетонной смеси должна строго выдерживаться в заданных пределах, согласованных с параметрами вибраторов. Снижение подвижности приводит к недоуплотнению бетонной смеси, а увеличение — к возникновению повреждений при извлечении сердечника. Строго нормируется также время выдерживания бетона до извлечения сердечника.

Для облегчения извлечения сердечника предложены различные конструктивные особенности. Например, был предложен сердечник, состоящий из двух коаксиальных оболочек с циркулирующим внутри хладоносителем, позволяющий образовать на внутренней стороне стенок сваи ледяную корку. Сердечник извлекается из бетона при оттаивании ледяной корки.

Наиболее совершенное устройство для изготовления свай с помощью вибросердечника показано на рис. 10.1. К вибросердечнику 2 снизу прикрепили в сложенном виде герметичную эластичную оболочку 1, в которую подавали избыточное давление при извлечении сердечника. Оболочка расправлялась и удерживала от обрушения стенки скважины.

Рис. 10.1. Изготовление полой сваи с помощью вибросердечника с эластичной надуваемой оболочкой: 1 — эластичная оболочка; 2 — вибросердечник

Ряд предложенных способов позволяет изготавливать полые сваи путем заполнения грунтом внутренней полости сваи одновременно с извлечением сердечника.

На кафедре МГСУ выполнены исследования по разработке технологии изготовления полых буронабивных свай методом радиального прессования. Этот метод широко используется в заводской технологии для изготовления железобетонных труб (колец). Формование осуществляется с помощью вращающейся роликовой головки (рис. 10.2). Жесткая бетонная смесь, поступающая в скважину, прижимается к стенкам скважины под влиянием центробежных сил и образует стенку оболочки заданной толщины. При этом ролики выполняют роль уплотняющего устройства, а цилиндрическое основание — роль заглаживающего элемента. Разработанный способ внедрен при строительстве промышленного предприятия в Караганде при устройстве свай диаметром 1,2 м и длиной 3 м в сухих глинистых грунтах.

Рис. 10.2. Изготовление полой сваи методом радиального прессования: 1 — стенка сваи; 2 — роликовая головка

Для устройства пустотелых свай в опытном порядке опробован также метод виброгидропрессования, применяемый для изготовления высоконапорных железобетонных труб диаметрами 500...1600 мм. Сущность метода заключается в том, что сразу после формования трубы с помощью навесных вибраторов между внутренней опалубкой (сердечником) и внутренней поверхностью трубы создают давление 3 МПа (сердечник имеет резиновый чехол). В результате этого бетон подвергается прессованию, а поперечная спиральная арматура получает предварительное напряжение при контролируемом увеличении диаметра внешней опалубки. После набора бетоном 70 % проектной прочности давление снимают. Между трубой и сердечником образуется зазор 2...3 см, и сердечник легко извлекается из трубы.

При устройстве опытной пустотелой буронабивной сваи с применением указанного метода использовали стальной сердечник, взятый с технологической линии по изготовлению труб диаметром 1,2 м. Сердечник установили в скважину диаметром 1,37 м и глубиной 3,2 м. Верхнюю выступающую из скважины часть сердечника обтянули стальным листом с хомутами, чтобы исключить свободное расширение резинового чехла при подъеме давления. Использовали бетонную смесь М 500 непосредственно с технологической линии по изготовлению труб. После укладки и уплотнения бетонной смеси под резиновый чехол подали избыточное давление 1,05 МПа.

Выдержка при данном давлении составила 1,5 ч. После снятия давления и извлечения сердечника было измерено увеличение диаметра сваи-оболочки (по сравнению с исходным диаметром сердечника с чехлом) в нижней части и на расстоянии 20 см от поверхности. Оно составило соответственно 12 и 38 мм. Качество бетона сваи (прочность и водонепроницаемость) оценивали через 28 сут с использованием ультразвукового тестера УК-1401 и прибора «Агама». Испытания подтвердили соответствие бетона проектной марке и водонепроницаемость не ниже W6.

Для широкого внедрения в производство приведенных методов устройства пустотелых буронабивных свай безусловно необходим значительный объем дополнительных исследовательских и проектно-конструкторских работ по созданию агрегатов, позволяющих в едином цикле осуществлять все составляющие операции комплексного процесса устройства сваи.