Лидерное бурение: этапы погружения свай и устройство скважины.

Эксплуатационные возможности БМ-811 полностью отвечают требованиям лидерного бурения в средней полосе России — машина эффективно разрабатывает любые типы местности (в том числе вечную мерзлоту), на бурение 8-метрового отверстия в высокопрочном грунте МБУ требуется не более 7 минут.

Основные технологии лидерного бурения

На этой странице вы найдете информацию об особенностях использования метода лидерного бурения. Вы узнаете, в каких случаях осуществляется лидерное бурение и какое специальное оборудование для этого требуется. Подробно рассмотрена процедура бурения и использование таких компонентов, как обсадные трубы и бентонитовая промывка.

• Необходимость бурения лидеров
• Технология производства работ по лидерному бурению
• Лидерное бурение с применением вспомогательных средств
• Что такое CFA или SOB-колонны
• Преимущество CFA
• Явление размягчения грунта
• Основные плюсы лидерного бурения
• Технические средства для лидерного бурения
• Стоимость лидерного бурения

Для того чтобы сделать бурение железобетонных свай или свай из железобетона или забивных плит, а также забивку свай менее трудоемкой, более безопасной для существующих вблизи строительной площадки сооружений и в то же время более точной с точки зрения строительства, используется лидерное бурение. Иногда такое забивание свай также называют «пробным бурением».

Необходимость бурения лидеров

В строительстве и фундаментных работах пилотные отверстия необходимы как для установки железобетонных свай, так и для бурения шпунтовых свай.

Важно: Буры для шпунтовых свай предназначены только для установки трубчатых секций (свай). Эта техника не используется для забивки плоских свай, корытных свай или свай с временными элементами.

Иллюстрация: Бурение с направляющей для свай

Техника забивки с направляющей обычно используется, когда сопротивление грунта, в который забивается свая, или конструкция сваи превышает применимую мощность оборудования для забивки, такого как молот, вибропогружатель или статический пенетратор. В таких случаях забивка без предварительного бурения невозможна или очень трудоемка.

Важно: В центральной части России грунт часто содержит глубокий слой твердого песка толщиной 1-2 м (глубина слоя 6-7 м), который требует направленного бурения для проходки сваями.

Направленное бурение также выполняется, если в грунте на участке имеются твердые включения в виде конгломератных пород, которые сталкиваются с наконечником сваи и вызывают повреждения.

Помимо грунтов высокой плотности, лидерные скважины бурятся в текучих, насыщенных влагой глинистых грунтах, где отсутствие жестких структурных связей делает невозможным точное позиционирование погружаемой конструкции. В этом случае лидерная скважина выполняет роль направляющей, позволяя установить сваю точно под нужным углом.

Иллюстрация: Направляющая скважина в скальных грунтах

Направляющие сваи можно забивать с меньшей потребностью в мощности дизельных молотов, что снижает сопутствующий шум машины и динамические нагрузки, передающиеся через сваю на соприкасающийся с ней грунт и через грунт на фундаменты соседних сооружений. Это преимущество позволяет производить забивку свай и шпунта в застроенной части города без разрушительного воздействия на фундаменты соседних зданий.

Что такое лидерная скважина

Свайный фундамент полностью выполняет свое назначение только в том случае, если каждая свая установлена строго вертикально. Такого положения трудно добиться на очень твердых почвах. На помощь строителям пришли буровые установки. Сначала они используются для бурения пилотного отверстия, которое является не чем иным, как контейнером для установки последней сваи. В зависимости от используемого оборудования существует три способа забивки свай в скважину:

• вдавливание;
• забивание;
• вибропогружение.

Диаметр приводного вала зависит от выбранного метода. Например, при забивании или вбивании диаметр скважины должен быть на 5 см меньше, чем диаметр сваи в самой толстой точке. При вибрационном методе допускается разница в диаметре от одного до двух сантиметров.

Метод забивки свай с направляющими отверстиями позволяет достичь, в частности, следующего:

• строгое соблюдение вертикальности расположения свай;
• значительное уменьшение действия ударной волны на близлежащие здания и сооружения;
• сокращение уровня шума;
• возможность использования стержней заданной длины.

Этот метод фундамента можно использовать зимой, когда температура наружного воздуха ниже нуля. Это также важно, особенно при работе в условиях крайнего севера.

Технология производства работ

Решение об использовании вертикального бурения основывается на геологических исследованиях в районе строительной площадки. Выбор метода бурения, оборудования и размеров бура определяется расчетом и зависит от типа и размеров свай. Порядок действий следующий

1. Подготовка территории. Для строительства свайного фундамента не требуется тщательное выравнивание площадки и ее планировка. Достаточно удалить растительность, убрать мусор и подготовить удобные места для установки бурильной и забивной техники.
2. Разметка. Данная процедура должна выполняться точно в соответствии с проектом. Разметку удобно выполнять лазерным или обычным нивелиром. Можно пользоваться мерной рулеткой, подручными средствами, но это затянет процесс по времени. Найденные на местности точки расположения будущих скважин намечают колышками.
3. Согласно требованиям СНиП для лидерных скважин должен составляться проект производства работ, в котором назначается порядок бурения стволов и забивки свай. Этому порядку надо следовать неукоснительно, чтобы при обустройстве очередной сваи не происходило смещения или обрушения соседних скважин от ударных или вибрационных волн. Как правило, сразу все скважины не бурят.
4. В случае применения железобетонных или металлических свай глубина лидерных скважин сообразно СНиП делается меньше длины стержня на 2 – 2,5 м. Это нужно для того, чтобы острый конец сваи входил в грунт как можно плотнее.

Сфера использования

Лидерное бурение часто используется при строительстве свайных фундаментов. Конструкция может быть возведена любой сложности и объема.

Как правило, этот метод используется в таких случаях:

1. Если верхний слой грунта очень твердый. Во время ударной технологии установки свай может случиться нарушение целостности железобетонной конструкции. Предварительное выполнение скважин дает возможность с легкостью пройти сложные слои почвы.
2. Монтаж шпунтовых заграждений для траншей и котлованов.
3. Если в процессе выполнения геологического исследования был определен слой плотного песка. Во время ударного способа установки свай этот грунт пройти почти невозможно. Поэтому требуется использование лидерного бурения.
4. Установка коммуникаций без обустройства траншей.
5. Если на строительном объекте по большей части находятся скальные породы. Для забивного способа каменистый грунт является непреодолимым препятствием.
6. Если строительство выполняется на вечно замерзшем грунте. Эта земля является довольно плотной. Чтобы избежать возможных проблем, лучше всего использовать лидерную технологию.
7. Если на территории, где производится установка фундамента, преобладает дисперсная почва, которая обладает незначительной плотностью. В таком случае особо ценна направляющая технология бурения.
8. Если сваи погружаются на довольно большую глубину. В этом случае может произойти «отказ» сваи. Вследствие этого без разработки скважин выйти на требуемый уровень не представляется возможным.

Технологический метод забивки свай в лидерные скважины также используется при строительстве фундаментов вблизи зданий и сооружений.

Глубина бурения не должна превышать 90 % от размера забиваемой сваи и определяется с помощью пробного бурения.

Выбор технологии

Решение о бурении пробного отверстия (также известного в строительной отрасли как пилотное отверстие) требует согласия спонсора проекта и должно быть подкреплено отчетами об инженерно-геологических изысканиях и текущими условиями.

С учетом требуемого диаметра и глубины устанавливаемой сваи и типа грунта определяется необходимый размер и глубина «пилотного отверстия».

Обычно для свай диаметром 30х30 см используется профиль бурения 200-250 мм, а для диаметров 35х35 см или 40х40 см — 300-350 мм. Следует отметить, что пробное бурение проводится на глубине 2,2-2,7 м, что больше глубины на месте установки сваи, указанной в проектной документации.

Также решается, какая техника наиболее приемлема при бурении лидера: существует метод полного бурения или так называемое частичное бурение (размягчение слоев почвы с помощью бура). Следует отметить, что при установке лидера грунт, выбуренный из полости с помощью буров, значительно поднимет отметку в сторону поверхности почвы и должен быть либо удален, либо выемка должна производиться с необходимым в этом случае запасом.

Во время работ необходимо хорошо спланировать согласованную работу с техническими средствами (например, буровым оборудованием), чтобы избежать «затаптывания» ранее пробуренных скважин.

Кроме того, необходимо учитывать расстояние между скважинами, чтобы избежать их разрушения под динамической нагрузкой во время забивки свай сваебойной машиной.

Особенности технологии

Пилотная скважина — это своего рода контейнер для установки окончательной сваи. В зависимости от используемого оборудования керн может быть погружен одним из трех способов:

• вдавливанием;
• забиванием;
• погружением под вибрацией.

Диаметр буровой скважины зависит от способа установки железобетонной опоры в скважину. Если стержень забивается или распирается, то диаметр бура выбирается примерно на 5 см меньше диаметра сваи. Это необходимо для прочного соединения и обеспечения надежного контакта между поверхностями. При погружении под вибрационную нагрузку эта разница уменьшается до 1-2 см.

Согласно требованиям СНиП, бурение лидерных скважин допускается только при наличии утвержденного проекта, в котором указан порядок бурения и забивки свай. Это необходимо соблюдать для того, чтобы при бурении новых скважин не произошло обрушения.

Если работы должны проводиться в стабильных почвах и при низком уровне грунтовых вод, скважины должны буриться по традиционной технологии. Однако если фундамент должен быть построен в болотистых, обводненных и других несвязных почвах, то процедура проводится с использованием дополнительных средств: Обсадных труб и бентонитовых смесей.

Скважины обычно создаются путем полной выемки грунта, но в некоторых случаях выбирается частичное бурение (рыхление грунта буровой установкой).

Виды лидерного бурения

• Шнековое. В процессе работы происходит врезание в поверхность почвы наконечника буровой установки со спиралевидной полосой. В результате происходит разрыхление и выведение выработанной почвы по спиральной полосе. Технология наиболее актуальна, когда нужно выполнить сверление под сваи диаметром 600 мм.
• Роторное. Выполняется с привлечением роторных буровых установок, где усилие на рабочий механизм подается от роторного вращателя. Методика выбирается при разработке глубоких скважин на грунтах с крупными и мелкими обломками скальных пород.
• Ударно-канатное. Выполняется при возвратно-поступательном движении бурового снаряда, который опускается на глубину до 1000 м с ускорением. Подходит для неглубоких лидерных скважин, когда в почве есть обломки крупной фракции.

Для создания пилотных отверстий используются вращательные буры, установленные на установке колонкового бурения. Точная вертикальная установка является ключевым фактором для последующих работ. В противном случае сваи будут установлены под углом, чего допускать нельзя.

При предварительном бурении грунт по краям скважины удаляется, чтобы он не попал обратно в скважину при забивке сваи и не помешал правильной установке свай.

При устройстве свайных фундаментов отверстия могут быть просверлены сверлами разного диаметра. Они должны быть выполнены в следующем порядке:

• Разметка котлована, определение глубины залегания свай, обозначение точек под будущее бурение.
• В определенных местах ставится буровая техника.
• Выполняется проверка правильного вертикального расположения буровых установок.
• Подготовительная разработка грунта.
• Лидерное бурение.
• Размещение свай в скважине.
• После монтажа выполняется проверка и осмотр каждой сваи на соответствие проектному плану.

Особенности лидерного бурения

При этом методе бурения в созданное отверстие помещается железобетонная свая.

Это ускоряет и облегчает процесс оседания:

1. Данная методика помогает в снятии сопротивления грунта при забивании сваи в него
2. Понижает количество нагрузки на сваю
3. Дает возможность вести стройку в застроенных местностях, так как близлежащие сроения не будут повреждены

Основные принципы бурения отверстий следующие:

• Глубина -9/10 от длины стержня сваи
• Диаметр меньше на 50 миллиметров
• На сложных видах почвы допустимо отверстие равное по диаметру самому изделию.

При использовании угловых свай вместо диаметра берется поперечное сечение.

При бурении отверстия возникает вопрос о том, куда девать образовавшуюся насыпь земли. Чтобы не менять уровень земли, проводятся подготовительные мероприятия в виде подготовки ямы глубиной 100-150 мм, которая после окончания работ заполняется грунтом.

Свая забивается в уже подготовленные ямы одним из следующих способов.

В первом случае с помощью молота с механическим приводом, а во втором — с помощью вибропогружателя.

Когда используется этот метод?

Данный вид бурения очень часто используется при строительстве фундаментов с железобетонными сваями.

Этот метод используется в следующих случаях:

• При использовании свай в почве, где располагается двухметровый слой песчаника. Такую преграду самостоятельно свая преодолеть не может. Ни при ударном, ни при вибрационном методах погружения
• В случае слишком твердых верхних слоях грунта. Данный способ поможет избежать деформации сваи при ударе о крайне твердую почву
• При использовании в грунте, где множественно расположены вкрапления камней. При обычном погружении, данный барьер является непреодолимым
• Погружение в промерзшую почву. Плотность такого грунта довольно высока по сравнению с обычным, и забить сваю при таких обстоятельствах будет просто невозможно
• При погружении на высокую глубину – более девяти метров. Ведь чем ниже располагается пласт грунта, тем он плотнее и будет сложнее его пробить. При достижении такого слоя, наступит «отказ» сваи и дальнейшее погружение будет возможно только при создании лидерной скважины
• Забивка в дисперсную почву. Такой вид грунта является наименее плотным, так как структурирующие связи в нем отсутствуют. И во время погружения будет сложно точно позиционировать сваю. Лидерная скважина в данном случае является сугубо направляющей.

Достоинства

Одним из преимуществ этого метода является то, что довольно легко обеспечить равномерное вертикальное проникновение сваи. Это особенно актуально зимой, когда грунт замерз и стал намного тверже — это создает большие проблемы во время строительства. Точное положение достигается еще во время забивания сваи.

Цены на бурение лидерных скважин

Стоимость лидера рассчитывается исходя из его необходимой глубины. Средняя цена за такой метр составляет около 300 рублей. Эта цена зависит от типа грунта и сложности работ.

Еще одним аспектом является стоимость транспортировки строительной техники. Эта услуга обычно стоит около 20 000 рублей. Эта цена может варьироваться в зависимости от удаленности строительной площадки, на которой будут проводиться работы.

Возьмем для примера 15 штук таких скважин, глубина которых составляет 7 метров. Скважина будет предназначена для обычной железобетонной сваи с сечением 350×350 мм.

Рассчитываем стоимость по следующей формуле — 20 000 + (300×(15×7)) = 51 тысяча рублей.

Из этой суммы 20 000 уйдет на перемещение оборудования и 31,5 — на бурение скважины по заданным параметрам.