При проектировании подземных сооружений, котлованов и фундаментов в условиях плотной городской застройки инженеры часто сталкиваются с необходимостью формирования герметичных ограждающих конструкций. Именно здесь на первый план выходят буросекущие сваи и бурокасательные сваи — две модификации буронабивной конструкции, которые позволяют создать сплошную «стену в грунте» без ударных и вибрационных воздействий на окружающую застройку.
Что такое буросекущие сваи?
Буросекущие сваи (БСС) — это разновидность буронабивных свай, которые размещаются в грунте с взаимным пересечением (секанием) тел соседних элементов, образуя сплошную монолитную стену. По принципу работы конструкция позволяет устроить «стену в грунте», однако формируется не из траншейного замоноличенного массива, а из последовательно пробуренных и заполненных скважин.
Суть метода состоит в чередовании двух типов элементов. Первоочередно устраиваются так называемые «мягкие» (неармированные) сваи из бетона пониженного класса (В7,5–В10) с шагом, немного меньшим их диаметра. Во второй очереди после частичного набора прочности между ними бурятся промежуточные сваи, при этом буровой инструмент срезает кромки соседних «мягких» элементов, формируя замковое сцепление. Промежуточные сваи армируются пространственными каркасами и заливаются бетоном.
Что такое бурокасательные сваи?
Бурокасательные сваи (БКС) — это еще одна разновидность буронабивных опор, при которой отдельные элементы устанавливаются вплотную друг к другу, соприкасаясь боковыми поверхностями, но без разрушения (секания) тела соседних столбов. Каждая свая бурится и бетонируется индивидуально, а расстояние между осями подбирается таким образом, чтобы зазор между готовыми элементами был минимальным или отсутствовал.
Бурокасательные сваи и буронабивные конструкции близки по технологии изготовления, но отличаются целью размещения. Буронабивные опоры используются преимущественно как несущие отдельные элементы фундамента и располагаются с расчетным шагом, определяемым нагрузками. Бурокасательная конструкция ориентирована на формирование ограждающей стены, поэтому шаг между центрами равен диаметру элемента, а армирование бурокасательных свай выполняется объемными каркасами в каждом элементе или через один, в зависимости от расчетных условий.
При необходимости обеспечения водонепроницаемости зазоры между соседними элементами заполняются грунтоцементными колоннами по технологии Jet Grouting диаметром до 400 мм, что делает стену герметичной.
Бурокасательные и буросекущие сваи — в чем разница?
Отличие буросекущих свай от бурокасательных заключается в характере взаимодействия соседних элементов, последовательности работ и итоговых свойствах конструкции. Ниже приведены ключевые различия:
- Способ сопряжения. Буросекущие элементы пересекаются телами (бур срезает кромки соседних столбов), образуя замковое соединение. Бурокасательные элементы лишь соприкасаются боковыми поверхностями без взаимного разрушения.
- Водонепроницаемость. Стена из буросекущих свай обеспечивает герметичность за счет секущего замка. Бурокасательная конструкция без дополнительных мероприятий допускает фильтрацию через микрозазоры между элементами.
- Порядок устройства. При буросекущей схеме сначала выполняются неармированные элементы, затем — армированные промежуточные. При бурокасательной схеме все элементы устраиваются последовательно, без необходимости ожидания набора прочности соседних столбов.
- Армирование. У буросекущих конструкций каркас ставится через одну сваю. Армирование бурокасательных свай может выполняться в каждом элементе подряд, что повышает жесткость стены и позволяет сократить количество ярусов анкерного крепления.
- Трудоемкость. Секущая технология требует более мощного бурового оборудования с двойным вращателем, способного разбуривать кромки набравшего частичную прочность бетона. Касательная технология менее энергозатратна.
Помимо перечисленных характеристик, важно понимать, чем отличаются сваи буросекущие и бурокасательные от буронабивных. Буронабивные опоры располагаются дискретно, каждая из них несет индивидуальную нагрузку, и между ними остается грунтовый массив. Буросекущие и бурокасательные конструкции формируют непрерывную стену, предназначенную для восприятия горизонтальных нагрузок грунта и гидростатического давления, хотя технологии по своей сути схожи.
Важно понимать, что буросекущие и бурокасательные сваи не являются шпунтом. С функциональной точки зрения шпунтовое ограждение и «стена в грунте» из буросекущихся свай решают аналогичные задачи — ограждение котлована, удержание грунта, защиту от подтопления. Однако шпунтовое ограждение формируется из готовых профилированных элементов (стальных, полимерных), погружаемых в грунт забивкой, вибрацией или вдавливанием. Буросекущая конструкция создается «по месту» путем бурения и бетонирования, что исключает динамические воздействия на окружающую застройку, что позволяет применять ее даже в условиях стесненной городской застройки.
Технология устройства буросекущих свай пошагово
Технология сооружения ограждения котлована методом буросекущих свай включает несколько последовательных этапов.
- Устройство форшахты для буросекущих свай. Форшахта — это направляющая железобетонная конструкция, устраиваемая по периметру будущей стены. Она обеспечивает точное позиционирование бурового инструмента и предотвращает обрушение верхнего слоя грунта при бурении. Форшахту изготавливают отдельными захватками длиной 3–6 метров. В ней предусматриваются отверстия, соответствующие проектному диаметру буросекущих свай. Без форшахты гарантировать пересечение свай и герметичность стены невозможно: малейшее отклонение каскадно нарушает геометрию.
- Бурение скважин первой очереди. Неармируемые элементы бурятся через одну позицию с использованием обсадных извлекаемых труб. Обсадная труба обеспечивает устойчивость стенок скважины и защищает бетонную смесь от контакта с грунтовыми водами.
- Заполнение скважин первой очереди бетоном. Через пустотелый вал шнека или бетонолитную трубу подается бетонная смесь пониженного класса. Обсадные трубы извлекаются по мере заполнения. Низкая марка нужна, чтобы спустя 12–36 часов соседние сваи можно было разбурить, пока бетон сохраняет «мягкое» состояние.
- Бурение скважин второй очереди. После частичного набора прочности бетона первой очереди (до состояния, при котором возможно секание) бурятся промежуточные скважины. Режущий наконечник обсадной трубы врезается в кромки соседних элементов, формируя замковое сопряжение.
- Армирование и бетонирование второй очереди. В скважину погружается арматурный каркас (как правило, конструкция типа «беличье колесо»), затем скважина заполняется бетоном проектного класса.
- Устройство ростверка. По верху свайной стены заливается железобетонный ростверк, объединяющий элементы в единую конструкцию. Горизонтальная арматура ростверка связывается с выпусками каркасов свай.
Бурокасательные сваи — технология устройства
Технология устройства бурокасательных свай отличается от секущей схемы упрощенной последовательностью. Все элементы бурятся последовательно, без разделения на очереди, поскольку разбуривание соседних столбов не требуется. Бурение выполняется под защитой обсадных труб, армокаркас погружается сразу после завершения скважины, после чего производится бетонирование. Для обеспечения водонепроницаемости между касательными элементами зазоры могут уплотняться инъекцией цементного раствора или грунтоцементными колоннами.
Бучардирование видимых поверхностей бурокасательных свай становится финишной операцией, когда стена из БКС остается открытой как стена паркинга, набережной или цокольного этажа. Бучардирование — это ударно-вращательная обработка бетона твердосплавными насадками-«звездочками» на ручных, пневматических или электрических машинах. После полного набора прочности (28 суток) и раскрытия котлована поверхность очищают, при необходимости термически обрабатывают газовой горелкой и обрабатывают бучардой: множественные удары пирамидальных зубьев скалывают тонкий слой глубиной 0,5–5 мм, создавая однородную декоративную фактуру. Технология решает три задачи одновременно: маскирует натеки бетона и следы обсадной трубы, удаляет рыхлый карбонизированный слой, обеспечивает шероховатость для штукатурки или плитки.
Буросекущие сваи — диаметр и стандартные размеры
Размеры буросекущих свай определяются проектными нагрузками, глубиной котлована и гидрогеологическими условиями. Стандартные диаметры буросекущих свай в практике строительства составляют 400, 620, 750, 800, 820, 880, 1000, 1200, 1500 мм; в отдельных проектах — до 2000 мм. Расстояние между осями соседних элементов принимается равным 0,8–0,9 от диаметра, что обеспечивает необходимую величину секущего замка. Длина элементов варьируется от 5 до 40 метров и более, в зависимости от глубины залегания несущего пласта и требуемой высоты подпорной стены.
При расчете бурокасательных конструкций шаг между центрами равен диаметру, а типовые размеры элементов совпадают с буросекущими аналогами.
В сравнении с траншейной стеной в грунте свайная стена выигрывает в трех ключевых аспектах: все операции идут под защитой инвентарной обсадной трубы без бентонитового раствора, сохраняется ненарушенный массив грунта вокруг котлована, минимальное расстояние до соседних строений составляет 1500 мм от оси сваи.
Расчет несущей способности буросекущих свай и проектирование
Расчет несущей способности буросекущих свай выполняется по тем же принципам, что и для буронабивных конструкций, с учетом специфики работы стены «в грунте». Несущая способность определяется на основании результатов инженерно-геологических изысканий, данных статических испытаний и расчетных методов, предусмотренных нормативными документами.
При проектировании учитываются горизонтальные нагрузки от бокового давления грунта, гидростатическое давление подземных вод, нагрузки от близлежащей застройки и транспорта, а также сейсмические воздействия. Стена моделируется как балка на упругом основании с анкерным или распорным креплением по ярусам.
Нормативная база — СП, СНиП и техническая документация
Проектирование и устройство буросекущих и бурокасательных конструкций регламентируется следующими основными нормативными документами:
- СП 24.13330.2021 (актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты») — устанавливает требования к проектированию свайных фундаментов, включая расчет несущей способности.
- СП 45.13330.2017 (актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87 «Земляные сооружения, основания и фундаменты») — регламентирует правила производства и приемки работ.
- СП 381.1325800.2018 — «Сооружения подпорные. Правила проектирования», раздел 8.4 которого содержит конструктивные требования к подпорным сооружениям из буровых свай.
- СП 50-102-2003 — свод правил по проектированию и устройству свайных фундаментов, содержащий расширенные рекомендации по различным типам свай.
- ГОСТ 5686-2020 — методы полевых испытаний грунтов сваями.
Отдельного СНиП или СП, посвященного исключительно буросекущим или бурокасательным сваям, не существует. Проектировщики руководствуются общими сводами правил для свайных фундаментов, а также разрабатывают техкарты на основе проектной документации. Устройство буросекущих свай в техкарте составляется индивидуально для каждого объекта с указанием состава работ, последовательности операций, применяемого оборудования и контрольных параметров.
Противофильтрационные экраны
Одна из специфических областей применения буросекущих и бурокасательных свай — создание противофильтрационных экранов. Такие экраны устраиваются на объектах гидротехнического строительства, полигонах захоронения отходов, вблизи водоемов и промышленных площадок для предотвращения миграции загрязненных грунтовых вод.
Для противофильтрационных завес в обводненных грунтах классически применяются буросекущие сваи — их замковое соединение шириной обеспечивает герметичность. Использование бурокасательных свай в противофильтрационных экранах требует дополнительной герметизации зазоров между элементами. Между ними устраивают грунтоцементные колонны Jet Grouting, и такая комбинированная конструкция признается одной из самых надежных для ПФЗ.
Стоимость буросекущих свай и расценка в смете
Стоимость буросекущих свай формируется из нескольких составляющих: затрат на бурение, расхода бетона и арматуры, работы обсадными трубами, устройства форшахты и ростверка, а также мобилизации и демобилизации буровой техники. Ориентировочная цена бурокасательных свай и буросекущих конструкций зависит от диаметра, глубины, грунтовых условий и региона выполнения работ. Бурокасательные сваи на 5–15% дешевле буросекущих, т.к. здесь нет повторного бурения по бетону соседей, нет двух очередей, меньше расход бетона на замки.
Расценка в смете на буросекущие сваи определяется на основании сборников ФЕР (Федеральные единичные расценки), ТЕР (территориальные единичные расценки) и индивидуальных калькуляций. При составлении локальных смет используются расценки на буронабивные сваи с корректировочными коэффициентами, учитывающими специфику секущего бурения. Итоговый бюджет объекта существенно зависит от объема подготовительных работ, типа применяемого оборудования и наличия осложняющих факторов (высокий уровень подземных вод, скальные включения, стесненные условия площадки).
Альтернативный подход — грунтоцементные конструкции
Геотехническая компания «Геобилдинг» предлагает прогрессивную альтернативу классическим бетонным буросекущим и бурокасательным сваям. Вместо традиционного подхода с заливкой бетона специалисты компании выполняют аналогичные конструкции из грунтоцемента, применяя технологии струйной цементации (Jet Grouting).
Принцип метода заключается в формировании грунтоцементных столбов непосредственно в массиве путем разрушения и перемешивания грунта с цементным раствором под высоким давлением. В результате образуется однородный грунтоцементный массив, обладающий достаточной прочностью и водонепроницаемостью для решения задач ограждения котлованов и устройства противофильтрационных завес.
Преимущества грунтоцементного подхода «Геобилдинг»:
- Отсутствие необходимости извлечения выбуренного грунта и утилизации шлама, что снижает затраты на логистику.
- Высокая адаптивность к сложным грунтовым условиям, включая водонасыщенные, неоднородные и техногенные толщи.
- Возможность формирования конструкций переменного диаметра и сложной геометрии.
- Меньший уровень шума и вибраций по сравнению с классическим бурением обсадными трубами.
- Экономическая эффективность за счет использования грунта стройплощадки в качестве основного компонента материала.
Технология Jet Grouting особенно востребована при реконструкции объектов в плотной городской среде, усилении существующих фундаментов, создании водонепроницаемых экранов и закреплении ослабленных грунтовых оснований.
Буросекущие и бурокасательные конструкции занимают важное место в арсенале геотехнических решений при строительстве подземных сооружений, ограждении котлованов и устройстве фундаментов в стесненных условиях. Выбор между двумя типами определяется требованиями к водонепроницаемости, расчетными нагрузками, бюджетом проекта и особенностями грунтовых условий площадки. Применение грунтоцементных технологий, предлагаемых компанией «Геобилдинг», расширяет возможности проектировщика, позволяя создавать аналогичные по функционалу конструкции с повышенной адаптивностью и экономической эффективностью.
Источники
- СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты» (актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85).
- СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» (актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87).
- СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов».
- ГОСТ 5686-2020 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями и грунтами».
- Методические рекомендации по проектированию и устройству свайных фундаментов, НИИ оснований и подземных сооружений.
