Контроль сплошности буронабивных свай

Мы уже начинали разговор о подземной «жизни» городов, когда рассказывали о необходимости обследовать фундаменты. Однако эта история начинается гораздо глубже оснований зданий и даже глубже самых современных многоуровневых подземных паркингов. Там, в кромешной вечной тьме, словно легендарные Атланты, на своих бетонных плечах держат каждое здание сваи. От них выносливости, которую строители называют прочностью, зависит стабильное положение здания на долгие годы. А выносливость эту может гарантировать только качественно залитый бетон. Поэтому контроль сплошности свай так важен при возведении зданий, когда строительство еще даже не вышло на отметку «ноль».

1. Что означает сплошность бетона
2. Основные характеристики буронабивных свай
3. Важные выписки из нормативного документа
4. Методы неразрушающего контроля сплошности свай
   • Ультразвуковой метод
   • Сейсмоакустический метод

Что означает сплошность бетона

Немного не привычное слуху слово означает очень простой строительный показатель. Сплошность бетона – это качество его укладки, которое гарантирует сохранение несущей способности сваи в течении заявленного срока службы.

В тех случаях, когда строительная лаборатория ведет сопровождение строительства непосредственно на площадке и производит входной контроль всех поступающих материалов, за качество бетона можно быть спокойным. Однако его сплошность при заливке свай зависит не только из качества материала, но, в значительной степени, от человеческого фактора и погодных условий. В результате свая, даже из самого хорошего бетона, может иметь следующие дефекты:

• трещины и разломы;
• углубления, пустоты, пористости и аномальные зоны, т.е. места полного отсутствия бетона;
• понижения прочности
• разуплотнения и сужения;
• включения грунта и шлама, т.е. мелких дробленых частиц угля или руды.

Проблема заключается в том, что, в отличие от других бетонных конструкций, 97-98% длины свай остаются навсегда невидимыми глазу. Если, в ходе строительных работ, непрерывность и неразрывность бетона не была достигнута из-за отклонения от проектных решений по длине, форме, диаметру, прочности, размерам армированного каркаса, свайная конструкция может потерять несущую способность и долговечность, а значит безопасность. Она может просесть или полностью разрушится, нанося серьезный, иногда непоправимый ущерб всему зданию. Поэтому после заливки свай и затвердевания бетона необходимо производить контроль его сплошности.

Основные характеристики буронабивных свай

Любой вид свай служит для увеличения несущей способности фундамента здания или сооружения в слабых грунтах. В современном строительстве тремя основными видами являются забивные, винтовые и буронабивные сваи. В отличие от первых двух видов, буронабивные сваи содержат металл только внутри, имеется в виду арматурный каркас, следовательно, меньше подвержены естественной коррозии, поэтому считаются более надежными. Поэтому такие сваи используют не только в гражданском, но также в промышленном и дорожном строительстве.

Итак, буронабивная свая – это несущая строительная конструкция, внешне похожая на цилиндрический столб с подошвой или без, который опирается на прочный грунт ниже глубины промерзания почвы в данном климатическом регионе. Такая свая состоит металлического армирующего каркаса и бетонного наполнителя, который заливается внутрь обсадной металлической трубы на глубину до 40 метров. После застывания бетона труба извлекается из грунта, кроме случаев, когда этот грунт определяется, как проблемный.

Технология буронабивных свай используется, если:

• выявлен высокий уровень грунтовых вод;
• нагрузки могут вызвать подвижки грунта;
• предполагается возводить здание со значительным весом;
• застройка вокруг признана плотной;
• новое здание строится на месте старого;
• здание возводится около водоема;
• у участка сложный многоступенчатый рельеф.

Буронабивные сваи обладают следующими характеристиками:

№	Характеристика	Детализация	Описание
1	Конструкция	Цилиндрическая	Одинаковое сечение по всей длине сваи
		Цилиндрическая с подошвой	Более широкая нижняя часть для дополнительной устойчивости
2	Технология	Без обсадной трубы	Бетон заливается прямо в грунт
		Со снимаемой обсадной трубой	Бетон заливается в металлическую трубу, которую удаляют после застывания
		С неснимаемой обсадной трубой	Бетон заливается в металлическую трубу, которую не удаляют после застывания в самых проблемных грунтах
3	Ростверк	Низкий	Заливается ниже уровня грунта, повышает несущую способность свай в местностях, где грунт промерзает и оттаивает несколько раз за сезон
		Обычный	Заливается на уровне грунта
		Высокий	Размещается выше грунта в местностях со сложным рельефом
4	Диаметр	200-1000 мм	Зависит от тяжести будущего здания
5	Арматура		Не менее 6 стержней для промышленного строительства, не менее 4 стержней для гражданского

Наиболее распространенным методом устройства буронабивных свай является бурение обсадной трубой с выборкой с последующим размещением арматуры и бетонированием методом вертикально перемещающейся трубы с постепенным извлечением обсадной трубы. При видимой простоте и возможности производства свай прямо на строительной площадке, эта технология довольно сложна и требует внимательного отношения. Самым проблемным этапом является заливка раствора по стволу сваи, поэтому от точного соблюдение технологии монтажа зависит несущая способность сваи в дальнейшем.

Важные выписки из нормативного документа

Актуальным сводом правил, касающихся технологии монтажа железобетонных свай и контроль их качества и сплошности бетона, является СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты». Два главных принципа, которые предусматривает СП – это проведение работ сертифицированными организациями, имеющими допуски и обеспечение требуемого проектом контроля качества при производстве строительных изделий и выполнении работ на строительной площадке.

Приложение С полностью посвящено требованиям к производству работ по устройству буровых и буронабивных свай. Вот самые важные выписки из документа, влияющие напрямую на сплошность бетона после затвердевания:

1. Готовые скважины нужно держать закрытыми, кроме времени, которое требуется на удаление шлама, проверки и установку арматуры.
2. Шлам и прочие загрязнения, которые могут отрицательно повлиять на значение несущей способности сваи, следует удалять до бетонирования.
3. Буровое оборудование должно быть рассчитано на вид грунта, наличие грунтовых вод и окружающей застройки, а также предотвращать разрыхление грунта вокруг сваи и обеспечивать быстрый процесс бурения.
4. Появление пустот за обсадными трубами в процессе их подъема должно быть исключено.
5. Разработку грунта без обсадки стенки скважины следует допускать, если грунт остается устойчивым и исключается его обрушение. В случае монтажа сваи без обсадных труб, стенки скважины должны быть укреплены бетонным раствором. Устойчивость стенок скважины нужно проверить с помощью изготовления пробной свай.
6. Сваи под углом следует монтировать только в обсадных трубах.
7. Арматура должна быть чистой, без ржавчины и дефектов.
8. Арматуру следует устанавливать в забой только после чистки. Перед заливкой бетона, арматуру требуется зафиксировать согласно проектным решениям.
9. Перерыв между окончанием бурения скважины и началом ее бетонирования должен быть минимальным, а перед работами по заливке нужно дополнительно проверить чистоту забоя.
10. В процессе бетонирования должен быть достаточный запас бетона для обеспечения непрерывного бетонирования. Вибрирование для уплотнения залитого бетона не допускается. Бетон следует укладывать так, чтобы не допускать его расслоение.
11. Труба, подающая раствор и все ее соединения должны быть водонепроничаемыми.
12. Подачу бетона и скорость подъема обсадных труб следует устанавливать таким образом, чтобы в свежеуложенный бетон не проникали грунт или вода.

Но даже при выполнении всех требований указанных правил, после затвердевания бетона требуется выполнять сплошной или выборочный контроль качества свай на сплошность бетона с применением полевых неразрушающих методов.

Методы неразрушающего контроля сплошности свай

Прежде, чем говорить о методах неразрушающего контроля, нельзя не отметить, что проверить качество свай можно через выбуривание кернов и их дальнейшей проверки в лаборатории разрушающими методами путем односложного сжатия. Однако такая методика применяется крайне редко и считается слишком дорогой длительной и негарантирующей результат, поскольку вырезать керн из достаточно тонкой сваи проблематично. Допускается включение такой проверки в комплекс с неразрушающими методиками и только для 2% от общего количества тестируемых свай. Даже при выборочном контроле около 20% тестов отводится на сейсмоакустическую методику и 10% — на ультразвуковой метод.

Ультразвуковой метод сплошности свай

Данная методика позволяет отследить один из основных параметров ультразвуковых волн — скорость их распространения и затухания в свае и сделать выводы о сплошности бетона в конструкции.

Известно, что скорость распространения ультразвуковых волн в качественном бетоне обычно составляет 3500–4500 м/с. Чем прочнее бетон, тем выше скорость прохождения ультразвуковой волны. Поэтому наличие любых дефектов (трещин, пустот и т.д.) и инородных включений снижает скорость распространения ультразвуковых волн в таких местах, в то время, как значения затухания сигнала повышаются.

Для этого арматурный каркас дополняют трубками доступа, чтобы обнаружить зоны нарушения сплошности бетона в пределах плоскостей между осями этих трубок. В такую трубку погружают источник ультразвука до нижней отметки, затем постепенно поднимают его с заданным шагом, «прозванивают» каждую зону и регистрируют показания с помощью приемника на поверхности. Зарегистрированные данные загружают в компьютер для анализа и построения визуализации дефектов с помощью графиков.

Сейсмоакустический метод

Сейсмоакустическая методика известна также под названием звуковое тестирование целостности. Она основана на возбуждении продольных акустических волн вдоль оси сваи, регистрации их отражения и интерпретации полученного сигнала. Ее используют в тех случаях, когда нет возможности установить закладные трубки.

Для поиска дефектов над сваей или рядом с ее боковой поверхностью устанавливается сейсмодатчик. Возбуждение волны осуществляется путем создания ударного воздействия с помощью обычного молотка или другого инструмента. Созданный акустический сигнал проходит через всё тело железобетонной сваи до основания, отражается от границ соприкосновения бетона с грунтом и возвращается в датчик, который регистрирует все показания. Волна также особым образом отражается от дефектов и посылает в датчик особый эхо-сигнал.

У данного метода есть одно главное преимущество – нет необходимости закладывать трубки. С помощью акустики можно определить:

• длину сваи;
• резкие изменения поперечного сечения, т. е. все расширения и сужения;
• поперечные трещины.

Однако есть и недостатки, ведь метод не позволяет выявить тип, габариты и причину дефекта, а также прочность материала, несущую способность сваи и ее отклонение от вертикали.