Буровые сваи изготавливают в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью. Для бурения используют шнеки и буры, закрепляемые на концах штанг буровых установок. В неустойчивых водонасыщенных грунтах бурение скважин осуществляют под защитой обсадных труб, которые предотвращают наплыв грунта в скважину и его избыточный отбор.

Набивные сваи, в отличие от буровых, бетонируют в скважинах, образованных за счет вытеснения (раскатки) грунта в радиальном направлении с помощью ввинчивания трубы, на конце которой закреплен раскатывающий орган или оставляемый в грунте наконечник.

Применительно к технологиям изготовления буровых и набивных свай используют термин «щадящие», подразумевая, что они не оказывают существенных динамических нагрузок на грунты основания. Однако отсутствие значительных динамических воздействий, которые, например, возникают при забивке свай, не обязательно предполагает отсутствие ощутимых дополнительных деформаций близкорасположенных зданий. Известны случаи, когда именно «щадящие» технологии изготовления свай в грунте приводили к аварийным деформациям соседних зданий.

Для изготовления буровых свай характерна дополнительная осадка зданий соседней застройки, величина которой зависит от технологии бурения и свойств грунтов.

При устройстве набивных свай наблюдается обратное явление. За счет раскатки скважины происходит выдавливание грунта в стороны и отмечаются подъемы близкорасположенных зданий, приводящие к их неравномерным деформациям. Кроме этого, скрытую угрозу представляют сваи, получившие выпор при изготовлении последующих. График статических испытаний на вдавливание поднятых выпором свай можно разделить на две стадии. Для первой стадии характерна провальная осадка сваи на величину ее выпора. Вторая стадия начинается уплотнением грунтов под пятой сваи.

Раскатка скважин — непрерывный процесс образования цилиндрически-конической полости в грунте путем его вытеснения в сторону уплотнения, который осуществляется специальным навесным снарядом — раскатчиком скважин. Грунт из скважины не извлекают, как при бурении, а раздвигают и уплотняют — «раскатывают» его в радиальном направлении.

Раскатчик при проходке в сжимаемых грунтах вдавливает грунт в стенки скважины, существенно уплотняя их. В результате отпадает необходимость применения бентонитового раствора для укрепления стенок скважины и выноса грунта на поверхность. Также становится ненужным использование дополнительного дорогостоящего оборудования для приготовления бентонитового раствора и его подачи в забой. Это позволяет получить устойчивую цилиндрическую скважину с зоной уплотненного грунта, примыкающего к ней.

По сравнению с буровым инструментом раскатчик обеспечивает высокую несущую способность сваи, устроенной в раскатанной скважине, за счет образования вокруг нее уплотненной зоны грунта, что позволяет исключить просадку грунта и значительно снизить осадки фундаментов на слабом основании.

Известны различные конструкции раскатчиков скважин. Институтом горного дела СО РАН изобретен раскатчик, представляющий собой ряд установленных друг за другом на общем валу катков (цилиндров и конусов) и острия. Оси вращения катков смещены относительно оси вала, в результате чего образуется спиралевидная поверхность. Катки посажены на вал с помощью подшипников. При передаче валу вращения и продольного усилия катки начинают обкатывать и вдавливать в стенку скважины грунт и таким образом формировать ее.

Данная конструкция модифицирована НИИОСПом «ЦНИИОМТом» и ООО «Основание» г. Липецка. Модификация заключалась в упрощении конструкций раскатчика СО РАН при сохранении его внешней формы. В результате модификации катки перестали вращаться, что значительно упростило конструкцию и повысило надежность раскатчика.

Применение метода раскатки

скважина буронабивной свая раскатчик

Устройство работает следующим образом. При вращении приводного вала 1 от электропривода колеса 3, перемещаясь вдоль витков условной винтовой линии и обкатываясь по своим забоям, формируют стенку скважины и создают вектор силы тяги в направлении движения, обеспечивая продольную подачу устройства. Формируется скважина с плотными гофрированными стенками. Длина скважины определяется количеством присоединенных штанг.

Конструкция Проходчика обеспечивает условия для создания осевых и радиальных сил до 100 кН. Эти составляющие, во-первых, создают вектор силы тяги в направлении перемещения (не требуется усилие поджатия) и, во-вторых, формируют скважину с плотными стенками.

В комплект оборудования входят колонковые буры, алмазные коронки для сухого бурения, позволяющие сохранять направленность скважины при наличии в грунте инородных тел типа строительного мусора, корней деревьев.

Строительство подземных трубопроводов, устройство набивных свай, анкеров, «стены в грунте», зондирование и глубинное уплотнение грунтов, в т. ч. уплотнение слабых водонасыщенных грунтов, возведение столбчатых фундаментов, образования скважин для погружения в них железобетонных свай, формирования профильных скважин; других технологиях, где есть повышенные требования к устойчивости скважины.

Преимущества метода раскатки: относительно низкая энергоемкость процесса образования скважин, отсутствие вибраций для рядом стоящих сооружений и бесшумность, что важно при работах в городах и на многих предприятиях, экологическая безопасность, высокие скорости проходки — с учетом промежуточных операций — до 25м/час, высокая точность проходки — отклонение от оси на расстоянии 10м — 2 см, возможность использования в случаях, когда применение любых жидкостей размывки и укрепления скважин запрещено, например: подземные гаражи, аэропорты и т. д., возможность применения в стесненных городских условиях.

Возможность использования для любых грунтах, включая условия обводнения и вечной мерзлоты.

Экономическая эффективность метода раскатки: сокращение сроков строительства, снижение объемов земляных и взрывных работ, сокращение привлекаемого для работ специального оборудования, уменьшение задействованных трудовых ресурсов.

В качестве инструмента для проходки скважин под коммуникации применяются раскатчики, а не буровой инструмент. Раскатчики не извлекают грунт из скважины, а уплотняют (раздвигают) его в радиальном направлении. В результате отпадает необходимость применения бентонитового раствора для укрепления стенок скважины и выноса грунта на поверхность, следовательно, не нужно дополнительное дорогостоящее оборудование для приготовления бентонитового раствора и его подачи в забой. Кроме того, по сравнению с буровым инструментом раскатчик обеспечивает высокую несущую способность стенок скважины за счёт образования вокруг неё уплотнённой зоны грунта, что позволяет исключить просадку грунта над и под коммуникациями, благодаря этому повышается срок их службы. Раскатчики скважин могут найти широкое применение не только для бестраншейной прокладки и ремонта коммуникаций (реновации), а также: сооружения «стены в грунте»; устройства набивных свай; устройства скважин для анкерных креплений; возведения столбчатых фундаментов; сооружения экранов в скважинах для захоронения радиоактивных отходов; образования скважин для погружения в них железобетонных свай; уплотнения слабых водонасыщенных грунтов; формирования профильных скважин; других технологиях, где есть повышенные требования к устойчивости скважины. На наш взгляд наиболее широкое применение раскатчики скважин могут найти при устройстве набивных свай для подготовки основания фундаментов промышленных и гражданских зданий и сооружений. Практика показывает, что набивные сваи, изготовленные с применением раскатчиков скважин, имеют значительно большую несущую способность по сравнению с набивными сваями, изготовленными в пробуренных скважинах - за счёт образования уплотнённой зоны грунта вокруг сваи. Набивные сваи в раскатанных скважинах имеют большее преимущество также и перед забивными сваями. Технология изготовления набивных свай с применением раскатчиков скважин позволяет изготавливать сваи практически любого диаметра на любую глубину и любого профиля (с уширенной пятой, с винтовой нарезкой и пр.).