Бурові палі (буроін’єкційні та буронабивні).

Сучасні буронабивні палі досить широко застосовуються в практиці фундаментобудування. Вони відрізняються від інших тим, що виготовляються на місці будівництва в незакріпленій свердловині без використання будь-яких обсадних труб або у свердловині під захистом постійної чи тимчасової оболонки.

Буронабивні палі влаштовують із використанням механізмів, широко застосовуваних у будівництві. Фундаменти на буронабивних палях потребують мінімального об’єму земляних робіт і дають змогу мати значну економію матеріальних та трудових ресурсів.

У незакріпленій свердловині буронабивні палі можна влаштовувати передусім у маловологих глинистих ґрунтах. Буріння здійснюють буровими установками без використання бурових розчинів.

У результаті буріння можливе влаштування свердловин діаметром 400–1200 мм на глибину до 30 м. Короткі свердловини пробурюють ямкобурами. Якщо потрібне створення розширення в нижній частині свердловини або по її довжині, застосовують механічні розширювачі. З цією ж метою іноді викорис-товують вибухівку (камуфлетні палі).

Після ретельного очищення забою від розпушеної породи у свердловину вміщують циліндричний арматурний каркас на всю довжину палі або на її частину. Далі за допомогою бетонолитної труби, довжина якої повинна бути на 20–50 см коротшою за довжину свердловини, безпосередньо з автобетонозмі-шувача або через приймальний бункер проводять бетонування. Використову-ють бетон класу В15 і вище з осіданням конуса 14–16 см. У міру бетонування трубу витягають із свердловини одночасно з ущільненням бетону вібраторами, які закріплюють на приймальній воронці бетонолитної труби. Бетонування ба-жано виконувати без перерви. Після закінчення бетонування стовбура палі влаштовують верхню частину фундаменту залежно від конструкції стику несучих надземних конструкцій із ростверком.

За необхідності збільшення несучої здатності палі іноді після буріння свердловини у вибій опускають вибухівку, а запальний шнур виводять нагору. Далі свердловину заповнюють пластичним бетоном і заряд підривають. Гази стискують ґрунт у вибої, утворюється порожнина, куди під власною вагою спрямовується бетон. Цей бетон після його тужавіння разом з ущільненим навколо порожнини ґрунтом створює ядро, яке разом зі стовбуром палі забезпечує велику несучу здатність.

Високого рівня механізації робіт досягають за допомогою обладнання, котре виготовлюють фірми “Беното” (Франція) та “Като” (Японія). Таке обладнання дозволяє створити свердловину, використовуючи грейферний спосіб або роторне буріння. Пересувне устаткування вдавлює обсадну трубу домкратами з одночасним її обертанням. Пухкі ґрунти із свердловини дістають дво- або тристулковими грейферами. Щільні міцні ґрунти розроблюють із застосуванням шарошечного долота з періодичним очищенням забою механічним або гідрав-лічним способом. Палі системи “Беното” роблять діаметром 0,4–1,5 м і до 100 м завглибшки, а системи “Като” – діаметром 0,6–2 м і до 60 м завглибшки.

Тип та розміри буронабивних паль призначають залежно від ґрунтових умов, напрямів і величин навантажень, способів виконання робіт, а також економічної ефективності варіанта. Так, палі, які виготовлюються в незакріплених свердловинах, доцільно влаштовувати до 30 м завглибшки при необхідності прорізання слабких або просадочних ґрунтів під опори з великими навантажен-нями, в тому числі й горизонтальними; при малих навантаженнях глибина таких паль – до 6 м.

Палі із закріпленням стінок свердловини глинистим розчином або палі із закріпленням стінок обсадними трубами використовують при прорізанні насипного, глинистого м’якопластичного або текучого ґрунту, їх улаштовують за-вглибшки 15–30 м.

Палі із закріпленням стінок свердловини обсадними трубами, які витягаються, використовують для будівництва на зсувних схилах, для фундаментів під обладнання, якщо на фундамент діють великі горизонтальні, у тому числі й сейсмічні, навантаження.

Крім того, слід мати на увазі, що застосування набивних паль іноді є єдино можливим засобом фундаментування, наприклад при виконанні робіт побли-зу від діючих будівель, на які неприпустимий динамічний вплив, при необхідності посилення фундаментів існуючих будівель, у стиснених умовах будівель-ного майданчика, а також тоді, коли немає забивних паль та обладнання для їх занурення.

Палі іноді армують лише у верхній частині. Це доцільно тоді, коли виривання паль неможливе, ґрунтові умови добрі (показник текучості IL≤0,4), а горизонтальне навантаження спричиняє розтягуюче напруження в палі σt<0,4 МПа. Якщо палі прорізають потужний шар слабкого ґрунту, зазнають виривання або горизонтального навантаження, то їх армують на всю довжину.

Мокрим способом набивні палі влаштовують у нестійкому водонасиченому ґрунті. Буріння свердловин виконуються за допомогою бурової техніки з обертанням бурового снаряда або желонкою. Стінки свердловин закріплюють від руйнування глинистим розчином або надмірним тиском стовпа води. Стійкості стінок сприяє також поступове створення на них глинистої кірки. Після буріння та зачищення забою в свердловини опускають арматурні каркаси, а по-тім засобом ВПТ (вертикально пересувної труби) свердловини бетонують пластичним бетоном класу не менше ніж В25 з осіданням конуса 16–20 см.

При будівництві нових будівель поруч з уже існуючими, а також для укріпленного споруд, що знаходяться в аварійному стані всі інші види паль через вібрацію, ударів і громіздкості обладнання виявляються не надійними. Пристрій буроін'єкційних паль виконується в скрутних умовах малорозмірний верстатами всередині приміщення або в його підвальній частині через фундаменти і стіни підсилюються будівель.

Для багатьох сталий способів посилення основ і фундаментів загальними застосування в різних грунтових умовах є неможливими, а також велика ціна і трудомісткість виготовлення робіт. Закріплення фундаментів шляхом влаштування буроін'єкційних паль ймовірно в різних грунтових умовах, при цьому ціна робіт зменшується в 2-2,5 рази.

За допомогою буроін'єкційних паль можна робити зміцнення фундаментів, не розробляючи котловани і не порушуючи натуральної структури основи грунтів, так як вживаного для їх влаштування обладнання не створює рухливих впливів і, крім того, воно малорозмірних і може бути загальноприйнято як всередині виробничого або житлового приміщення, так само і в його підвальній частині. Посилення таким способом найбільш раціонально робити, якщо грунти, основи відновлюваного будівлі мають не високу несучу здатність. У такому випадку все навантаження або частину від фундаменту передають на більш глибоко розміщені інші шари грунту, для чого влаштовують під будівлею буроін'єкційні палі.

Технологічна послідовність виготовлення буроін'єкційних паль наступна:

1. буріння свердловин;

2. установка арматурного каркаса;

3. ін'єкція цементно-піщаного розчину.

Залежно від грунтових умов, а також від області застосування рекомендуються наступні технологічні схеми виготовлення буроін'єкційних паль:

а) у маловлажних глинистих грунтах (зазвичай I або II тип грунтових умов по просадного) найбільш доцільно застосовувати технологію, показану на рис. 3.1а. Свердловина діаметром 13-18 см буриться установкою шнекового буріння. При цьому необхідно, щоб діаметр бурового долота перевищував діаметр шнека не більше ніж на 0,6-1,0 см. Це забезпечує затирання стінок свердловини більш вологим грунтом, що піднімається по шнеку із забою і перешкоджає осипання грунту після вилучення бурового інструменту з свердловини. Свердловини можуть також пробиватися верстатом БС-1М або пневмопробійників. У готову свердловину опускається каркас, потім виробляється ін'єкція цементно-піщаного розчину через шланг або бетонолітную трубу, опущені в забій свердловини

Технологічна схема виготовлення буроін'єкційних паль в маловлажних глинистих грунтах:

а - при діаметрі палі 13-18 см; б - при діаметрі більше 18 см.

I - буріння свердловини, II - установка армокаркаса, III - бетонування палі;

1 – буровой шнек, 2 - армокаркас, 3 - ін'єкційний шланг, 4 - готова паля, 5 - бункер для вибуреного грунту, 6 - бункер для бетону, 7 - "дихальна" трубка

б) в грунтових умовах за п. а при діаметрі вертикальної свердловини більше 18 см доцільно бетонувати свердловину вільним скиданням розчину з осадкою конуса 13-18 см. При цьому каркаси довжиною до 5 м можна встановлювати в свіжоукладений розчин

в) в слабких, обпливають грунтах необхідні спеціальні заходи по зміцненню свердловин. На рис. 3.2 показана технологія виготовлення паль за допомогою обсадних труб. Верстатом обертального або ударно-обертального буріння буриться свердловина, обсаджена трубами.

Після вилучення бурового інструменту і установки каркаса обсаджена свердловина заповнюється розчином через ін'єкційну трубу або гнучкий шланг. Після заповнення свердловини розчином ін'єкційна труба витягується, на верхню секцію обсадних труб нагвинчує кришка зі штуцером для шланга до розчинонасоси або компресора, через який свіжоукладений розчин опресовується у міру витягання обсадних труб. Регулюючи тиск і витрата розчину, можна отримати уширение в палі на необхідному рівні.

Технологічна схема виготовлення буроін'єкційних паль за допомогою видобутих обсадних труб (I-IV у водонасичених грунтах; I, V, VI - в сухих):

I - буріння свердловини; II, VI - установка армокаркаса; III, V - бетонування палі; IV - опресовування свердловини і витяг обсадних труб

(1 - обсадні труби; 2 - армокаркас, 3 - ін'єкційна труба, 4 - оголовок з штуцером, 5 - шланг розчинонасоса, 6 - готова паля)