Главная → Статьи

Особенности погружения свай в грунт

Погружение свай в различных грунтах происходит различно. В маловлажных или сухих песчаных грунтах при забивке свай быстро наступает отказ. После перерыва в бойке свай отказ возрастает. Таким образом, первоначальный отказ не является истинным. В практике строительства он получил название «ложного». Это явление объясняется тем, что при забивке свай происходит вытеснение воды и уплотнение грунта как вокруг ствола, так и у острия свай. Истинный отказ свай в таких песчаных грунтах может быть получен через 2—3 дня после окончания забивки.

В водонасыщенных песчаных грунтах явление ложного отказа не наблюдается. Но погружение свай в этих грунтах происходит с трудом, так как невозможно удалить воду в окружающую среду. Таким образом, во всех песчаных грунтах погружение свай сопряжено с большими трудностями.

Молоты большого веса в песчаных грунтах не дают эффекта. После погружения сваи на некоторую глубину молот начинает подпрыгивать, и погружение сваи прекращается. Дальнейшие попытки погрузить сваю приводят к ее разрушению. Поэтому, чтобы погрузить сваю в песчаиый грунт, применяют подмыв, так как при подмыве происходит постоянное движение потока воды по поверхности ствола сваи, уменьшающее силы трения и лобового сопротивления. Подмыв не приводит к уменьшению несущей способности свай в песчаных грунтах (при обязательной добивке свай при отключенном подмыве), за исключением мелких и пылеватых песков. Это объясняется тем, что в песчаных грунтах при забивке свай переход связанной воды в свободную и наоборот происходит быстро, чем обусловливается быстрое восстановление их структуры. Кроме того, песчаные грунты не могут поглощать воду в объеме, большем объема пор, а избыточная вода при добивке сваи, если выключен подмыв, выходит наружу.

Этим следует объяснить высокую несущую способность забивных свай в песчаных грунтах. Поэтому подмыв часто применяют в песчаных грунтах. Заметное снижение прочности при подмыве происходит в пылеватых и мелких песках, но это не имеет решающего значения, так как подошву свай всегда доводят до кровли более плотных грунтов.

Интенсивность вытеснения воды и, следовательно, уплотнение грунта тем выше, чем больше частота ударов сваебойного агрегата. Поэтому погружать сваи в песчаные грунты рекомендуется виброударными машинами. Некоторые опытные работы подтверждают это положение.

По СН 200—62 несущая способность свай, погружаемых в песчаные грунты вибропогружателем, увеличивается на 10% по сравнению со сваями, погружаемыми молотом; в действитель: ности же она увеличивается до 30%. Для погружения свай в песчаные грунты при отсутствии виброударных машин предпочтение следует отдавать молотам, которые имеют небольшую кинетическую энергию, но большую частоту ударов. К ним относятся дизельные молоты, а затем молоты двойного действия.

Множество типоразмеров виброударных машин требует разумного подхода к их выбору. Например, на ряде строительств установлено, что для погружения шпунтовых свай в водонасы-щенных песках на глубину до 10—12 м выгодно применять высокочастотные вибраторы, так как в этих грунтах решающее значение имеет сила трения. Для плотных песков высокочастотные вибраторы менее эффективны, так как здесь решающее значение имеет не сила трения, а лобовое сопротивление; чтобы преодолеть его, требуются вибраторы большой мощности (по величине импульса удара и возмущающей силы). С увеличением размера свай влияние частоты вибрации уменьшается; поэтому для погружения свай большого размера применяют низкочастотные вибраторы средней и большой мощности.

В песчаные грунты трубчатые сваи можно погружать как с закрытым, так с открытым концом. При погружении свай с открытым концом в нижней части образуется плотная песчаная пробка, которая способствует дополнительному уплотнению грунтового основания. Поэтому трубчатые сваи диаметром до 80 см с сохранением грунтового ядра из песков относят к категории обычных забивных свай, т. е. их несущая способность по грунту принимается как для свай, погружаемых с закрытым концом. Высота пробки должна быть не менее трех диаметров ствола сваи.

При погружении свай-оболочек и колодцев-оболочек также следует сохранять песчаную лробку. С увеличением размеров оболочек степень уплотнения песчаной пробки уменьшается, эта пробка способствует сохранению плотности грунтового основания, образовавшейся вследствие воздействия вибрации. Песчаная пробка затрудняет погружение оболочек; поэтому грунт из внутренней полости оболочек следует удалять, но при извлечении грунта необходимо оставлять пробку высотой не менее 3 м. Извлечение всего грунта до уровня ножа оболочки требует дополнительной затраты труда и материалов и, самое главное, ухудшает работу фундамента. Это важное обстоятельство должно быть учтено при проектировании фундаментов на оболочках.

Погружение свай в глинистые грунты связано с рядом особенностей. При забивке свай в глинистые грунты также возникает ложный отказ. Но в этом случае происходит явление, обратное наблюдаемому в песчаных грунтах: при непрерывной забивке свай получается увеличенный отказ, а после отдыха, наоборот, меньший отказ. Это можно объяснить тем, что при погружении свай в глинистые грунты происходит нарушение сил сцепления между частицами грунта и переход связанной воды в свободную, которая, двигаясь по поверхности ствола свай, уменьшает силы трения.

Статическое приложение усилия нарушает структуру грунтов текучей консистенции; в них происходит тиксотропное разупрочнение, т. е. они разжижаются. Если грунты пластичной консистенции, то от действия статической нагрузки они только размягчаются. Разжижение этих грунтов возможно при вибрации, а если грунты полутвердой консистенции, то только при сильной вибрации. Разжижение в грунтах полутвердой консистенции наступает в результате превращения части связанной воды в свободную. Поэтому в глинистых грунтах подмыв и вибропогружение не всегда желательны, так как они снижают несущую способность свай по грунту. По СН 200—62 при вибропогружении свай их несущая способность уменьшается путем введения коэффициентов: для супесей — 0,9, для суглинков — 0,7 и для глины — 0,6. При добивке свай подмыв не допускается. Добивку сваи до проектной глубины нужно производить ударом молота одиночного действия, который имеет большую энергию единичного удара и небольшую частоту.

Погружение свай в глинистые грунты с закрытым концом иногда сопряжено с большими трудностями. В таких случаях сваи погружают с открытым концом. По СН 200—62 разрешается учитывать грунтовое ядро из глинистых грунтов, если свая с открытым концом погружена ударом молота при выключенном подмыве. Но подошвы свай в таких случаях не рекомендуется закладывать в грунтах текучей консистенции.

Глинистые грунты обладают большими силами сцепления. В некоторых случаях они настолько велики, что при забивке свая возвращается вместе с молотом в прежнее положение. Чтобы преодолеть силы сцепления, требуется увеличить число ударов молота. Но от чрезмерного увеличения числа ударов, например при вибрации, происходит разжижение грунтов.

Глинистые грунты, как указано выше, могут содержать большое количество свободной воды, объем которой может превосходить объем пор. В таких грунтах, т. е. в водонасыщенных, погружение свай независимо от их степени плотности чрезвычайно затруднено, так как такие грунты не уплотняются. Погружение свай в них возможно, если есть выход потока воды по поверхности ствола сваи наружу.

Глинистые грунты, которые содержат только физически связанную воду, уплотняются в процессе погружения свай. В таких грунтах во время погружения часть физически связанной воды переходит в свободную, которая способствует погружению свай, а свободные поры уплотняются.

В природных условиях глинистые грунты дочетвертичного возраста, как и некоторые четвертичные, например ледниковые, содержат только физически связанную воду. При погружении свай такие грунты разжижаются; поэтому в них эффективно применять забивные сваи. В такие грунты можно забивать также сваи с открытым концом, оставляя грунтовое ядро. Несущую способность последних принимают как для свай, погруженных с закрытыми концами.

Глинистые грунты, которые легко разжижаются, должны быть удалены из внутренней полости оболочек. Упрочнять такие грунты после разуплотнения в результате ударов или вибрации можно, используя химическое воздействие. Предпосылкой этому служит способность глинистых грунтов к реакции взаимного обмена катионами, находящимися в окружающей воде. Однако этот вопрос не привлек еще внимания химиков и строителей, хотя и заслуживает большого внимания.

Несущая способность свай, погруженных в глинистый грунт, возрастает во времени. В практике это явление принято называть процессом «засасывания», а длительность периода, в течение которого происходит нарастание несущей способности свай до стабильной величины, называется «отдыхом». Продолжительность отдыха для разных грунтов различна — от нескольких дней до многих месяцев.

При забивке сваи молотом продолжительность отдыха составляет: для супесей — 5—10 дней, для суглинков—15— 20 дней, для тощих и пылеватых глин — 25—30 дней, для жирных глин — 30 дней и более. При забивке свай виброударными машинами продолжительность отдыха увеличивается, но этот вопрос еще недостаточно выяснен. Можно полагать, что с увеличением частоты ударов степень разжижения грунта увеличивается и соответственно увеличивается продолжительность отдыха. После наступления упрочнения грунтов их несущая способность увеличивается в 1,5—2 раза по сравнению с несущей способностью, наблюдаемой сразу после забивки свай. Однако в высокочувствительных глинах которые обладают повышенной тиксотропи-ей, такое упрочнение не происходит, и их несущая способность остается низкой. Поэтому в таких грунтах применять сваи нецелесообразно.

При увеличении влажности прочность глин падает. Поэтому подмыв в глинистых грунтах, в отличие от песчаных, снижает несущую способность. Кроме того, глинистые грунты, особенно глина, плохо размываются. По этой причине в глинистых грунтах подмыв не рекомендуется. Погружение свай в глинах и суглинках рекомендуется производить молотом, а не вибропогружателем. Молоты желательно применять тяжелые, с большой кинетической энергией, но с меньшим числом ударов, т. е. молоты одиночного действия. Погружение свай молотами и вибропогружателями в супесях дает одинаковый эффект.

При погружении свай вибропогружателем в глинах и суглинках происходит интенсивное выделение свободной воды, способствующей их разжижению. В настоящее время накоплен достаточно большой опыт, подтверждающий это положение.

На одной строительной площадке вибропогружателем ВП-3 были погружены две железобетонные трубчатые сваи диаметром 500 мм на глубину 18 м и две такие же сваи — шеститонным молотом одиночного действия с подмывом (на глубину 0,5 м добиты без подмыва). Грунт состоял из слабых ленточных суглинков мощностью 6—8 м и из верхнеморенных пылеватых суглинков средней плотности до глубины 16—19 м. Концы свай опирались на нижнеморенные плотные суглинки с включением гравия, гальки и валунов. Анализ испытаний этих свай показывает следующее: несущая способность свай, погруженных вибропогружателем, примерно на 40% ниже несущей способности свай, погруженных молотом; через 7 месяцев несущая способность свай, погруженных вибропогружателем, становится примерно равной несущей способности свай через месяц после погружения молотом; несущая способность свай, погруженных вибропогружателем, медленно нарастает во времени, что свидетельствует о наличии нарушенной зоны в подошве свай и о медленном восстановлений ее структуры; критическая нагрузка свай, погруженных на глубину 18 м в относительно плотные грунты, невысока. Это следует объяснить неправильной технологией погружения свай: в таких грунтах нельзя было применять подмыв; сваи нужно было погружать молотом одиночного действия без подмыва до отказа возможно на меньшую глубину или же применить сваи меньшего сечения, забивая их тем же молотом до плотных грунтов. При этом несущая способность свай была бы выше.

Правильный выбор сваебойного агрегата при погружении свай имеет большое практическое значение. Практику применения вибропогружателей (без дальнейшего их усовершенствования), как универсальных для всех грунтов, следует считать порочной. Как отмечалось неоднократно, молоты и виброудар должны не заменять, а дополнять друг друга.

Ваш отзыв