Буронабивные сваи

Буронабивные сваи — это тип строительных свай, изготавливаемых непосредственно на строительной площадке путём бурения скважины в грунте и последующего заполнения её бетоном (или железобетоном). В отличие от забивных свай, которые изготавливаются заводским способом и погружаются в грунт, буронабивные сваи формируются в грунте, что позволяет использовать их в стеснённых условиях, вблизи существующих зданий и в сложных грунтовых условиях. Они относятся к категории набивных свай и являются одним из наиболее распространённых типов фундаментов в промышленном, гражданском и транспортном строительстве.

История

Технология устройства буронабивных свай начала развиваться в конце XIX — начале XX века. Первые патенты на способы бурения скважин и заполнения их бетоном были получены в США и Европе. В России активное внедрение буронабивных свай началось в 1930-х годах, в частности, при строительстве Московского метрополитена и гидротехнических сооружений. Значительный вклад в разработку теории и практики устройства таких свай внесли советские учёные Н. М. Герсеванов, В. А. Флорин, Б. И. Далматов. В 1960–1980-х годах технология получила широкое распространение при возведении высотных зданий, мостов и промышленных объектов. В современной России буронабивные сваи являются одним из основных типов фундаментов для зданий повышенной этажности и объектов с высокими нагрузками.

Классификация

Буронабивные сваи классифицируются по нескольким признакам.

По способу устройства

• Сваи, устраиваемые без крепления стенок скважины — применяются в устойчивых грунтах (глины, суглинки, плотные пески), где стенки скважины не обрушаются в процессе бурения и бетонирования.
• Сваи, устраиваемые с креплением стенок скважины — используются в неустойчивых, водонасыщенных или сыпучих грунтах. Для крепления применяют обсадные трубы (металлические или пластиковые), которые извлекаются по мере бетонирования, или глинистый раствор (бентонитовый), который удерживает стенки от обрушения.

По наличию уширения

• Сваи цилиндрические — имеют постоянное сечение по всей длине.
• Сваи с уширением (пятами) — в нижней части сваи формируется уширение (обычно с помощью специального бурового инструмента или взрывным способом), что увеличивает площадь опоры и несущую способность.

По материалу

• Бетонные и железобетонные — наиболее распространённый тип. Армируются пространственными каркасами из стальной арматуры.
• Грунтобетонные — изготавливаются с использованием буросмесительной технологии, когда грунт смешивается с цементным раствором непосредственно в скважине.
• Сваи из мелкозернистого бетона — применяются для малонагруженных фундаментов.

По способу передачи нагрузки

• Сваи-стойки — опираются на скальные или малосжимаемые грунты и передают нагрузку в основном через нижний конец.
• Висячие сваи — передают нагрузку за счёт трения по боковой поверхности и частично через нижний конец. Используются в толщах сжимаемых грунтов.

Технология устройства

Процесс устройства буронабивной сваи включает несколько этапов:

1. Бурение скважины — выполняется с помощью буровых установок различных типов (шнековых, ковшовых, ударно-канатных, вращательных). Диаметр скважины может составлять от 0,3 до 3,0 м и более, глубина — до 50–60 м и более.
2. Очистка забоя — удаление разрыхлённого грунта со дна скважины для обеспечения плотного контакта бетона с грунтом.
3. Установка арматурного каркаса — в скважину опускается пространственный каркас, сваренный из продольных стержней и поперечных хомутов. Армирование может быть частичным (только в верхней части) или полным по всей длине.
4. Бетонирование — скважина заполняется бетонной смесью. Бетон подаётся через бетоновод (трубу), нижний конец которой всегда находится в толще свежеуложенного бетона, чтобы избежать расслоения смеси и попадания грунта. В случае использования обсадных труб или глинистого раствора бетонирование ведётся методом вертикально перемещаемой трубы (ВПТ).
5. Извлечение обсадной трубы (если она применялась) — производится одновременно с бетонированием или после него, в зависимости от технологии.
6. Формирование оголовка — верхняя часть сваи после бетонирования выравнивается, и при необходимости формируется оголовок для последующей обвязки ростверком.

Применение

Буронабивные сваи широко применяются в различных областях строительства:

• Фундаменты зданий и сооружений — жилые и общественные здания (особенно высотные), промышленные цеха, склады, торговые центры.
• Транспортное строительство — опоры мостов, путепроводов, эстакад, тоннелей.
• Гидротехническое строительство — фундаменты плотин, дамб, причальных сооружений, набережных.
• Реконструкция и усиление фундаментов — устройство буронабивных свай вблизи существующих зданий без нарушения их конструкции (например, при надстройке этажей или при аварийном состоянии фундамента).
• Строительство в сложных грунтовых условиях — на болотистых, обводнённых, вечномёрзлых грунтах, а также в зонах сейсмической активности.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Возможность устройства в стеснённых условиях городской застройки, вблизи существующих зданий и коммуникаций.
• Отсутствие динамических воздействий на грунт (в отличие от забивных свай), что важно при работе вблизи ветхих строений и в сейсмоопасных районах.
• Возможность изменения глубины и диаметра сваи в зависимости от фактических грунтовых условий, выявленных в процессе бурения.
• Высокая несущая способность, особенно при устройстве уширений и опирании на прочные грунты.
• Возможность проходки через слои с валунами, твёрдыми включениями и скальными породами с использованием специального бурового инструмента.

Недостатки

• Более высокая трудоёмкость и стоимость по сравнению с забивными сваями (особенно при использовании обсадных труб или глинистого раствора).
• Зависимость качества от погодных условий (бетонирование при отрицательных температурах требует специальных мероприятий).
• Необходимость строгого контроля качества на всех этапах (бурение, очистка забоя, армирование, бетонирование).
• Ограниченная длина свай при использовании некоторых типов буровых установок (обычно до 30–40 м, хотя существуют установки, способные бурить до 60–80 м).
• Риск образования дефектов (каверны, раковины, разрывы сплошности бетона) при нарушении технологии.

Контроль качества

Для обеспечения надёжности буронабивных свай проводится комплекс контрольных мероприятий:

• Входной контроль — проверка арматуры, бетонной смеси, состояния бурового оборудования.
• Операционный контроль — контроль глубины и диаметра скважины, чистоты забоя, правильности установки арматурного каркаса, режима бетонирования.
• Приёмочный контроль — испытания свай статической или динамической нагрузкой для определения фактической несущей способности.
• Неразрушающие методы — ультразвуковая дефектоскопия, сейсмоакустические методы, метод радиоволнового просвечивания для выявления дефектов в теле сваи.
• Разрушающие методы — отбор кернов из тела сваи для лабораторных испытаний бетона на прочность.

Нормативные документы

В Российской Федерации проектирование и устройство буронабивных свай регламентируется следующими основными документами:

• СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85».
• СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений».
• ГОСТ 5686-2020 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями».
• СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87».

Интересные факты

• Самые длинные буронабивные сваи в мире (свыше 130 м) были устроены при строительстве мостов через проливы и заливы, например, при возведении моста через пролив Босфор в Турции.
• В России рекордные по длине буронабивные сваи (до 60 м) использовались при строительстве небоскрёбов в Москва-Сити и при возведении опор Крымского моста.
• Технология буронабивных свай позволяет создавать фундаменты на вечной мерзлоте без её оттаивания, что критически важно для строительства в северных регионах России.