В современной практике фундаментостроения задача повышения несущей способности свай в слабых и неустойчивых грунтах остается одной из ключевых. Наряду с традиционными методами, такими как увеличение длины и диаметра сваи, активно развиваются технологии устройства уширений.
Данный обзор посвящен детальному анализу конкретного конструктивно-технологического решения – буронабивной сваи с неизвлекаемым металлическим уширителем телескопического типа. Решение позиционируется как способ, объединяющий преимущества буронабивных технологий и свай-оболочек, с акцентом на экономическую эффективность за счет применения бывших в употреблении труб.
Конструктивные особенности уширителя
Предлагаемая конструкция представляет собой многокомпонентный узел, предназначенный для формирования локального уширения в заданном интервале глубин, как правило, в слое слабого грунта.
Основной элемент – телескопическая система, состоящая из нескольких (в рассмотренном примере – трех) вложенных друг в друга металлических секций. Каждый элемент выполнен в форме усеченного конуса. В транспортном (сложенном) положении они образуют компактный узел, по геометрии напоминающий перевернутый складной стакан.
Соединение с обсадной колонной. Верхняя (наименьшая) секция уширителя оснащена приваренной по контуру горизонтальной стальной пластиной. Эта пластина является опорным и связующим элементом для инвентарной обсадной трубы. Соединение реализовано по принципу байонетного замка: на пластине выполнены фигурные прорези, а на нижнем торце первой секции обсадной трубы – ответные выступы (выпуски). Это позволяет жестко сцепить уширитель с обсадной колонной для передачи вдавливающих усилий и последующего раскрытия.
Элементы для погружения и фиксации. По нижнему периметру самой крупной (внешней) секции расположены пассивные резцы. Их функция – снижение лобового сопротивления грунта при погружении. Для обеспечения соосности и фиксации секций в рабочем (раскрытом) положении на внутренних поверхностях колец предусмотрены конструктивные упоры.
Материалы. Ключевым экономическим преимуществом заявляется возможность изготовления секций уширителя из металлических труб, бывших в употреблении, что значительно снижает металлоемкость и итоговую стоимость конструкции по сравнению с аналогами из нового проката.
Технологический цикл устройства сваи
Процесс монтажа сваи с данным типом уширителя можно разделить на следующие ключевые этапы.
Подготовка. На начальном этапе производится лидерное бурение или разработка грунта на глубину, равную высоте уширителя в сложенном состоянии.
Погружение уширителя. В подготовленный приямок устанавливается уширитель в сложенном виде. К его верхней пластине крепится первая секция обсадной трубы путем совмещения выступов с пазами и поворота для фиксации.
Вдавливание и разработка грунта. Далее производится последовательное наращивание инвентарной обсадной колонны. По мере ее погружения под собственным весом и/или при помощи вибропогружателя/вдавливающей установки, производится выемка грунта из ее внутренней полости стандартными методами (шнек, грейфер). Обсадная колонна в данном случае выполняет роль толкателя, погружая уширитель на проектную отметку.
Активация (раскрытие) уширителя. После достижения забоем проектной глубины, начинается процесс раскрытия. Обсадная колонна извлекается на величину, достаточную для последовательного выдвижения внутренней (третьей), а затем средней (второй) секций уширителя. Упоры на секциях ограничивают их вертикальный ход, фиксируя конструкцию в раскрытом положении, образуя жесткую оболочку в форме усеченного конуса. Нижняя секция обсадной трубы, соединенная с уширителем, остается в грунте.
Армирование и бетонирование. В полость сваи, сформированную обсадной трубой и раскрытым уширителем, устанавливается арматурный каркас. Затем производится бетонирование по технологии вертикально перемещаемой трубы (ВПТ), что обеспечивает высокое качество бетонного тела сваи и полное заполнение уширения.
Завершение. По мере заполнения скважины бетоном производится поэтапное извлечение секций обсадной и бетонолитной труб. В результате в грунте остается готовая железобетонная свая с монолитным неизвлекаемым металлическим уширением в зоне слабого грунта.
Критический анализ и практические аспекты для специалистов
Несмотря на заявленную эффективность и технологическую проработанность, предложенное решение вызывает ряд вопросов, требующих дополнительного изучения и экспериментального подтверждения:
Надежность узла соединения: Байонетный замок между уширителем и обсадной трубой является наиболее ответственным элементом. Он должен выдерживать значительные знакопеременные нагрузки: высокое осевое сжатие при погружении и растягивающее усилие при активации. Требуется детальный расчет прочности данного узла.
Герметичность телескопического соединения: В представленном описании не затрагивается вопрос герметизации зазоров между секциями уширителя. При бетонировании под давлением существует высокий риск утечки цементного молока через эти зазоры в грунт, что приведет к снижению прочности бетона в уширении и неконтролируемому расходу смеси. Этот аспект требует проработки (например, за счет установки эластичных уплотнителей).
Взаимодействие с грунтом при раскрытии: Процесс активации уширителя путем подъема обсадной колонны может столкнуться с трудностями в плотных и связных глинистых грунтах. Силы трения и «присасывания» грунта могут препятствовать выдвижению секций или требовать приложения значительных усилий, что усложняет технологию.
Экономическая целесообразность: Экономия на использовании б/у труб может быть нивелирована высокой трудоемкостью и стоимостью изготовления самого телескопического уширителя, требующего точной механической обработки, сварки и сборки. Необходим комплексный экономический анализ «стоимость материала vs. стоимость изготовления».
Выводы
Представленная технология устройства буронабивной сваи с неизвлекаемым телескопическим уширителем является интересным инженерным решением, направленным на оптимизацию работы фундаментов в сложных геологических условиях. Концепция позволяет точечно усиливать ствол сваи, используя при этом стандартное буровое и бетононасосное оборудование.
Однако для перехода от концепции к широкому практическому применению необходимо провести комплексные исследования: численное моделирование для оценки напряженно-деформированного состояния системы «свая-уширитель-грунт», лабораторные и натурные испытания для верификации прочности узлов, а также для отработки технологии активации в различных типах грунтов и решения вопроса герметичности конструкции. Без этих данных оценка реальной эффективности и надежности технологии остается на уровне теоретического предположения.
Расходные материалы и оборудование для устройства буронабивных свай вы всегда можете приобрести или арендовать в ООО "Бурсервис".
