Лидерное бурение скважин под сваи: особенности и СНиП

Что такое лидерные скважины

Лидерная скважина — это отверстие, вырезанное в земле для последующего опускания железобетонных свай или шпунта. Ведущее отверстие — это пилотное отверстие, которое бурится для облегчения забивки свай.

В зависимости от используемого оборудования, сваи вставляются в скважину одним из следующих способов

• Отступы.
• Пробивка.
• Смачивание с помощью вибрации.

Диаметр лидерного отверстия зависит от выбранного метода. При забивании или вдавливании диаметр отверстия должен быть на пять сантиметров меньше диаметра самой толстой части сваи. При использовании вибрационного метода разница в диаметре сохраняется в пределах одного-двух сантиметров.

Метод лидерного бурения предполагает использование буровой установки. Во многих случаях мобильные буровые установки, или МБУ, являются наилучшим решением для бурения лидирующих скважин. Эти машины оснащены самоходной транспортной базой и могут быть как колесными, так и гусеничными. Однако из-за их больших размеров и ограниченной мобильности на строительной площадке гусеничные МБУ редко используются для бурения фундамента.

Необходимость бурения лидеров

В строительстве и фундаментных работах лидерное бурение необходимо для установки железобетонных свай и забивки шпунтовых свай.

Важное замечание: Лидер для забивки шпунтовых свай был специально разработан для установки трубчатых секций (шпунтовых свай), для плоских, щелевых или шпунтовых свай ZEITIC — эта техника не используется.

Рис.: Бур для шпунтового ограждения
Лидерное бурение обычно применяется, когда сопротивление грунта, забиваемого в шпунт или свайную конструкцию, превышает приложенную мощность приводного механизма — молота, вибробура или статического индентора. В таких случаях забивка свай без ведущей скважины невозможна или требует много времени.

Важно: В центральной части России грунт часто содержит глубокие слои высокотвердого песка толщиной 1-2 метра. (глубина залегания 6-7 м), что требует наличия лидерных скважин для проникновения в сваи.

Лидерное бурение также достигается, когда в грунте участка имеются твердые включения, представленные гравием, которые сталкиваются с наконечником сваи и вызывают ее разрушение.
Помимо грунтов высокой плотности, лидерное бурение также проводится в текучих, насыщенных влагой глинистых грунтах, где отсутствие жесткой структурной связи делает невозможным точное определение местоположения забиваемой конструкции. Затем отверстие в воротнике служит в качестве направляющей, позволяя установить сваю строго под требуемым углом.

Рис.: Свинцовое отверстие в скале и почве
Воротниковые сваи можно забивать с уменьшенной мощностью дизельного молота, что снижает шум, связанный с оборудованием, и динамические нагрузки, передающиеся через сваю на грунт, с которым она соприкасается, и через грунт на фундаменты близлежащих зданий.  Это преимущество позволяет осуществлять ударное и шпунтовое забивание свай в застроенных городских районах, не повреждая фундаменты близлежащих зданий.

Зачем нужны лидерные скважины при забивке свай

Лидерные сваи — это первоначальное создание скважины, в которую затем забиваются шпунтовые сваи.

Данный метод используется в следующих случаях

• Ни виброплунжеры, ни установки колонкового бурения не могут проникать в уплотненный песок в слоях толщиной более 2 м за один проход. В каменистых почвах (более 30% камня) и на мерзлых грунтах также невозможно забивать сваи без пробного бурения.
• В плотных почвах сопротивление свай очень велико. Для того чтобы загнать свайный фундамент на проектную глубину, ударные или вибрационные нагрузки должны быть увеличены во много раз. В застроенных районах повышенные нагрузки могут привести к повреждению соседних строений.

• В чрезвычайно плотных грунтах повышенные нагрузки могут привести к разрушению железобетонных свай или деформации шпунтовых свай.
• В сильно обводненных, песчаных почвах вибрации могут вызвать деконсолидацию, что приводит к нарушению сплошности и потере прочности. Впоследствии почва не восстанавливается полностью. Этой ситуации можно избежать с помощью воротникового бурения.
• На рыхлых почвах замачивание обычно проводят зимой — промерзшие почвы не так легко разрушаются. Для скважин, которые погружаются в мерзлый грунт, их также следует бурить заблаговременно.
• При опускании на глубину более 9 метров грунт будет плотным, независимо от его состава. Бурение в «целинной почве» может привести к разрушению сваи.

Лидерное бурение решает несколько проблем.

• Он снижает интенсивность вибраций и общую динамическую нагрузку на грунт.
• Минимизирует уровень шума от работы сваебойной машины
• Риск повреждения окружающих конструкций сведен к минимуму
• Сваи с помощью лидерного бура могут быть установлены на любую глубину, независимо от типа грунта.
• Свая забивается за одну операцию без последующего вдавливания
• Линия отвеса будет вертикальной независимо от чередования пластов (в некоторых случаях она наклонена под проектным углом).
• Риск деформации шпунтовой сваи из-за забивания снижается благодаря уменьшению нагрузки на шпунт и наличию готовой направляющей.

Сфера использования лидерных скважин

Решение в пользу использования лидерных свай было принято на основании геологического исследования местности, на которой расположена строительная площадка. Эта техника особенно эффективна во время строительства

• в плотных городских районах.
• При необходимости забивки железобетонных свай на глубину более 9 метров
• зимой и в климатических условиях крайнего севера.
• На мерзлых и каменистых почвах.
• С песчаной прослойкой.
• При наличии гравия на земле.

При работе в плотных грунтах лидерные шпуры также используются, когда сопротивление грунта превышает возможности плунжерного механизма — молотка, виброплунжера, устройства статического вдавливания. Быстрое решение этой проблемы можно получить, создав скуку лидеров.

Лидерные буры очень эффективны в жидких, глинистых условиях, когда невозможно точно определить местоположение вставляемой свайной конструкции. Затем ведущее отверстие действует как направляющая, позволяя установить сваю вертикально или под нужным углом.

Технология производства работ по лидерному бурению

Весь процесс предварительного бурения и бурения свай (свай, колонн и шпунта) можно условно разделить на четыре основных этапа. К ним относятся.

• Установка оборудования на проектном валу и выравнивание буровой.
• Прямое шнековое бурение.
• Забивка (погружение) шпунтовых свай или железобетонных свай (заполнение бетоном буронабивных свай в подготовленной скважине).
• Обследование законченной скважины.

Шпур может разрабатываться двумя типами шнеков — составным и непрерывным. Если мы используем непрерывную конструкцию, мы делаем отверстие по одному — если нам нужно углубиться больше, чем длина используемого шнека, используется телескопический удлинитель (в этом случае верхний профиль лезвия шнека углубляется ниже уровня земли).
При использовании модульного шнека бурение также осуществляется поэтапно — сегменты бурятся на глубину, равную длине одной секции шнека, а затем сегменты постепенно наращиваются. Композитный шнек соединяется с помощью резьбового или шестигранного соединения.

Важное замечание: В процессе бурения грунт в скважине поднимается на поверхность шнеком и удаляется экскаватором или грейдером после проходки скважины.

Рис.: Подъем вынутого материала над лопастью шнека
Бурение и забивка свай под свинец происходит непрерывно — выкапывается углубление, забивается свая, затем следующая буронабивная свая. Бурение большого количества скважин после забивки свай сопряжено с риском обрушения прилегающих негерметичных стен полости.

Вы можете ознакомиться с этим процессом, посмотрев следующие видеоролики, снятые непосредственно на строительной площадке.

Технические средства для лидерного бурения

При проведении бурения свай современные технологии и оборудование буровых установок позволят выполнить все работы на высоком уровне качества и с соблюдением временных параметров.

Мобильные буровые установки, или МБУ, используются для руководства процессом бурения. Эти машины имеют колесную или гусеничную самоходную транспортную базу. Гусеничные МБУ редко используются для бурения фундаментов из-за их больших размеров и ограниченной мобильности на строительной площадке.
Колесные агрегаты позволяют быстро перемещаться на стройплощадку и непосредственно на свайную площадку. Подрядчики, имеющие установки непрерывного бурения достаточной длины, могут применять технологию CFA. Надежный комплект сваебойного оборудования (вибромолоты, дизель-молоты) и современный вибропривод обеспечивают забивку свай в скважину в строгом соответствии с проектными отметками.

Наша компания располагает буроинъекционной сваебойной машиной BM-811. Это высокопроизводительный самосвал, который может выполнять все технические операции лидерного бурения.

• Разработка скважин глубиной до 12 м. (диаметры от 150 до 500 мм).
• В лидер можно забивать сваи длиной до 9 м. (вес до 3 тонн).

Помимо высокой мобильности и маневренности, ключевым преимуществом установки является наличие вращающейся рабочей платформы, благодаря которой МБУ может бурить или устанавливать сваи, не меняя своего положения в поле (периметр установки составляет 6 м).

Рисунок: BM-811
БМ-811 полностью подходит для бурения в среднерусских зонах — машина может эффективно разрабатывать любой тип грунта (включая вечную мерзлоту), а для бурения 8-метровой скважины в сильно твердом грунте МБУ требуется не более 7 минут.

Важно: арендовав BM-811, вы сэкономите на финансовых затратах при реализации проекта, так как все технические операции (сверление и нарезание резьбы) будут выполняться одной машиной.

Принципы и способы лидерного бурения

Для бурения свинца используется ряд принципиально различных методов бурения. Наиболее распространенными являются следующие.

A. Шнековое бурение. Это наиболее распространенный метод, используемый в технике бурения. Используется для бурения несложных грунтов — песков, супесей, глин, мелкозернистых глин, гравия и т.д. Другими словами, грунты категорий сложности бурения от I до V.

Основная концепция шнека заключается в использовании прямого шнека, длина которого равна или больше глубины бурящейся скважины. Шнек состоит из центрального стержня, обычно изготовленного из высокопрочной трубы так, что он полый по всей длине, и спирального фланца, расстояние между которыми не позволяет почве скапливаться внизу, который приварен к стержню непрерывными прорезями с обеих сторон. На нижнем конце шнека через шестигранное соединение обычно крепится инструмент для разрушения почвы. При вращении шнека почва измельчается и постепенно поднимается вдоль шнека. Та часть грунта, которая познается шнеком выше уровня строительной площадки, изгоняется из шнека и должна быть удалена из скважины. Как только шнек достигает заданной глубины скважины, его поднимают на поверхность и отводят в сторону краном, чтобы освободить от вырытой почвы. Диаметр шнека варьируется от 72 мм до 750 мм или даже больше.

Б. Роторное бурение. Этот метод используется, когда в почве есть включения горных пород, валуны, или когда почва крупнозернистая и рассыпчатая, или засорена обломками строительных конструкций.

В этом случае буровым инструментом является высокопрочная стальная труба, которая используется в качестве обсадной трубы. Внутри трубы также имеется полая труба, а на нижнем конце полой трубы закреплено буровое долото, либо двух- или трехрезцовое долото, либо абразивное долото, режущее долото, лопаточное долото и т.д.

Разбитая порода вымывается потоком воды или грязи, который подается через полость в штоке и выполняет три основные функции.

— Он охлаждает долото и защищает его от перегрева и разрушения.

— Поднимает разрушенную породу на поверхность, т.е. на уровень строительной площадки.

— Если обсадные трубы не используются, буровой раствор укрепляет стенки скважины, проникая в неконсолидированные пласты, предотвращая их обрушение в скважину под давлением воды.

Буровой раствор может подаваться либо через бурильные трубы, либо через зазор между обсадной колонной и стенкой скважины. В обоих случаях она выходит между обсадной и бурильной трубой.

В. Выбивные стержни. Этот метод очень старый, но может использоваться для скважин малого диаметра и глубины.

По сути, он включает в себя вырезание небольшого углубления в земле и сбрасывание «бурового инструмента» — куска трубы с одной или двумя щелями в стенке — внутрь с высоты нескольких метров. Труба вдавливается в землю, чтобы разрыхлить ее и проникнуть во внутреннюю полость. Трубу поднимают и снова сбрасывают. Как только полость заполняется грунтом, труба сдвигается в одну сторону и освобождается от грунта через щель. Если используется обсадная труба, процесс идет быстрее, и почва не разрушается.

Особенности лидерного бурения

Лидерные скважины требуются как при установке железобетонных свай, так и при забивке шпунтовых свай. Лидерная скважина для шпунтовых свай была разработана специально для трубчатых конструкций: эта техника не используется для плоских, щелевых или цеолитовых свай.

В соответствии с требованиями СНиП для лидерного бурения должен быть составлен рабочий документ, в котором изложены процедуры бурения и забивки свай. Этот порядок должен строго соблюдаться во избежание смещения или обрушения готовой скважины при бурении последующих скважин.
При использовании железобетонных или металлических свайных конструкций глубину лидерного ствола следует уменьшить на 2-2,5 метра ниже длины столба. Это необходимо для того, чтобы острая часть сваи как можно плотнее входила в землю.

Лидерное бурение свайных фундаментов используется не только для сборных свай. Он успешно применяется для колонн, устанавливаемых методом литья. Только в этом случае лидерная скважина проходит до полной глубины заделки и проектного диаметра.

В почвах, не склонных к образованию пустот, и при низком уровне грунтовых вод бурение лидерной скважины осуществляется по стандартной технологии. Однако если работы ведутся на проблемных почвах, бурение лидера сопровождается использованием вспомогательных средств: бентонитового раствора и тандема обсадных труб.

Бентонитовый раствор используется для разработки лидерных скважин в несвязных грунтах, таких как песчаные, супесчаные и лессовые. Обсадные трубы используются для разработки скважин под буронабивные сваи в водонасыщенных грунтах.

Как правило, лидерные скважины создаются путем полного извлечения грунта из скважины во время бурения, однако в некоторых случаях возможна техника частичных скважин.

СНиП на лидерное бурение

Техника лидерного бурения регулируется следующими правилами

• Строительные геодезические работы — 3.01.03.84 СНиП;
• Фундамент, основание, земляные работы — 3.02.01.87
• Свайные фундаменты — 2.02.03.85;
• Безопасность труда — 12.03.2001 и 12.04.2002.
• Организация строительства — 48.13330.2001 СП;
• Проектирование свайных фундаментов — 50.102.2003 СП;
• Требования к документации — 11.02.2006 RD;
• Требования к правилам работы — 11.05.2007 RD.

Лидерное бурение с применением вспомогательных средств

В нормальных грунтовых условиях (не склонных к кавитации, низкий уровень грунтовых вод) колонковое бурение осуществляется по стандартной методике, однако при работе в проблемных грунтах методика сопровождается использованием вспомогательных средств.

• Бентонитовая грязь.
• Корпус.

Бентонитовый раствор подходит для разработки лидеров в несвязных грунтах (песок, супесь, лесс), где существует риск образования полостей в стенках скважины. Раствор представляет собой эмульсию на водной основе, в которой растворены частицы бентонита, полимерных смол или битума (конкретный состав выбирается в зависимости от условий бурения).

Рисунок: Установка для подачи бентонитового раствора на буровую установку
Буровой раствор закачивается в скважину через специальную полость в бурильной трубе. Буровой раствор закачивается под давлением, поэтому он не скапливается на дне полости, а циркулирует вверх, удаляя частицы грунта из скважины. Помимо извлечения грунта, раствор более эффективно проникает в твердые слои за счет эрозии породы скважины и дополнительного охлаждения бурильной трубы.

Важное примечание: Основная функция бентонитового раствора — предотвращение обрушения скважины: эмульсия образует твердую полимерную корку над образовавшейся полостью, тем самым укрепляя грунт низкой плотности.

Рис.: Бурение с обсадными трубами
При бурении буронабивных свай обычно используются обсадные трубы. Они необходимы для водонасыщенных почв, в этом случае обсадная труба предотвращает заполнение полостей водой. В процессе бурения, защищенный обсадной трубой, шнек вращается внутри стальной конструкции и непрерывно производит грунт, от которого зависит обсадная труба, тем самым обеспечивая, что по мере углубления скважины обсадная труба будет погружаться в нее.

Что такое CFA или SOB-колонны

Метод CFA — это, по сути, бурение скважины достаточно длинным непрерывным полым шнеком без использования обсадных труб. Этот метод незаменим для грунтов с сильно различающимися прочностными характеристиками. Шнек непрерывного действия обычно используется как однозаходный, реже — как двухзаходный. Стало ясно, что самый безопасный способ бурения в условиях плотного грунта — это когда долото вращается с низкой (относительной) частотой, что специалисты называют медленным вращательным бурением.

Преимущество CFA

Важным преимуществом CFA является высокая производительность (количество 25-метровых свай может составлять от 7 до 9 в день) и высокое качество конечного продукта — свай. В конце концов, скважины заполняются бетоном под давлением с помощью бетононасоса, что обеспечивает однородность свай. Глубина и диаметр скважин позволяют создавать фундаменты для очень больших зданий. Однако, несмотря на все эти преимущества, следует отметить, что при использовании этой техники для забивки свай может произойти размягчение грунта на ощупь. Проще говоря — под воздействием частых вибраций почва начинает размягчаться и может перейти в текучесть.
Материалы, которые работают на вас.

1. Свинцовый шнек
2. Свайные работы: проходка

Явление размягчения грунта

Известно, что это происходит только при содержании глины в почве от 1,5 до 2%. Размягчение ближней сваи может также произойти при наличии комбинации следующих факторов: грунт не имеет модуля деформации 5 МПа, а угол внутреннего трения не превышает 10 градусов. Поэтому всегда необходимо проверять фактическое состояние геологической структуры грунта на строительной площадке перед проведением работ по лидерному бурению.

При буронабивных сваях в водонасыщенных грунтах просто и надежно использовать обсадные трубы, чтобы стенки скважины не разрушались.

Расчет лидерных скважин

Глубина бурения и поперечное сечение скважины зависят от размера самой скважины (немного меньше).

• Диаметр воротникового отверстия на 3-5 см меньше поперечного сечения шпунта. На каменистой почве и вечной мерзлоте диаметр скважины и сваи может быть одинаковым.
• Глубина воротникового отверстия составляет максимум 90 % от высоты сваи (обычно воротниковое отверстие на 2-2,5 м короче сваи).

Для воротниковых скважин в погруженных грунтах (лёсс и т.д.), скважина должна быть расположена в неустойчивом пласте.

Между соседними скважинами должно быть достаточное расстояние, чтобы при работе вибрационной машины или молота вибрации не привели к обрушению грунта в скважину и повреждению стенки скважины.

Чтобы рассчитать стоимость лидерного бурения на вашем участке, необходимо умножить количество проектируемых скважин на их длину, затем умножить стоимость проходки погонного метра (примерно 300 рублей), плюс стоимость транспортировки буровой установки.

Стоимость бурения может варьироваться в зависимости от характеристик грунта, удаленности участка и объема работ. Наши менеджеры помогут вам правильно рассчитать стоимость направляющего отверстия.

Этапы работы

Процесс свинцового бурения и забивки свай можно разделить на несколько этапов.

• Место, где будут забиваться сваи, размечается на площадке.
• Установлено специальное оборудование. Машины устанавливаются в отмеченных местах.
• Подготавливается оборудование и проверяются показатели вертикальности.
• Бурение осуществляется с помощью специальных шпуров.
• Железобетонная конструкция вбивается в землю.
• Каждая установленная свая подвергается осмотру. Сваи передаются техническому руководителю.

Существует несколько типов долот для свинцового бурения: сплошные и составные конструкции. В первом случае создание скважины является непрерывным процессом. Это экономит время и обеспечивает высокое качество выполненной работы.

Преимущества и недостатки лидерных скважин

Во-первых, использование лидерного бурения позволяет значительно сократить продолжительность строительных работ. Другими преимуществами метода лидерного бурения для установки свай являются

• строгое соблюдение вертикальности свай и высокая степень точности при их погружении
• Значительное снижение ударных волн на близлежащие здания и сооружения.
• Низкий уровень шума во время работы.
• Возможность использования свайных конструкций определенной длины.

Кроме того, лидерный ствол позволяет свайной конструкции образовать полноценную опору, способную выдерживать максимальные нагрузки.

Этот метод позволяет не только возводить фундамент, но и создавать прочное ограждение вокруг строительной площадки. Лидерные сваи можно забивать с уменьшенной мощностью дизель-молота, что снижает уровень шума и динамические нагрузки. Таким образом, даже в городских районах эксплуатация оборудования не создает серьезных проблем для жителей и не наносит ущерба существующим конструкциям.

Основными недостатками данного подхода являются

• Необходимость получения целого ряда различных разрешений и согласований для работы с буровой установкой.
• Использование дорогостоящей техники, что увеличивает стоимость строительства
• Необходимость найма квалифицированных специалистов для проведения лидерного бурения.
• Необходимость выравнивания грунта после создания ведущей скважины, так как грунт, извлекаемый из скважины буром, значительно повышает уровень поверхности земли.

Однако эти недостатки несущественны по сравнению с преимуществами метода перфорации.

Достоинства

Одним из его преимуществ является то, что относительно легко добиться равномерного вертикального прокола свай.  Это особенно актуально зимой, когда земля замерзла и стала намного тверже, что создает огромные трудности при строительстве. Точные позиции могут быть достигнуты уже в момент движения

Предварительное бурение помогает при проникновении в особенно твердые слои песка, глины или, наоборот, в очень мягкий грунт. Кроме того, шпур служит направляющей при бурении в очень твердых породах.

Также важно, чтобы свая оставалась целой и не подвергалась деформации, поскольку ей не придется сталкиваться с твердым грунтом. Это также поможет более точно позиционировать сваю для бурения.

Этот метод бурения лучше всего подходит для использования в городских районах, где рядом много зданий.

Недостатки

Единственным недостатком является то, что эти работы требуют больших бюрократических и личных средств, включая оплату профессиональных услуг и использование специального оборудования.

Цены на бурение лидерных скважин

Цена лидерного бура зависит от требуемой глубины. Средняя цена одного такого манометра составляет около 300 рублей. Эта стоимость варьируется в зависимости от типа почвы и сложности работ.

Другим аспектом является стоимость транспортировки строительного оборудования. Плата за эту услугу обычно составляет около 20 000 рублей. Эта цена может варьироваться в зависимости от удаленности строительной площадки.

Возьмем для примера 15 таких скважин, глубина которых равна 7 метрам. Буровые скважины будут предназначены для обычных железобетонных свай с поперечным сечением 350 x 350 мм.

Мы рассчитываем цену по следующей формуле — 20 000 + (300 x (15 x 7)) = 51 000 рублей

Из полученной суммы, согласно заданным параметрам, 20 000 будет использовано на перемещение оборудования, а 31,5 — на само бурение.