Явления, происходящие при погружении свай и при их изготовлении в грунте

В процессе погружения свая вытесняет некоторый объем грунта. Это приводит к уплотнению окружающего ее грунта, что обычно наблюдается в рыхлых и средней плотности песках, а также в ненасыщенных водой пылевато-глинистых грунтах. Однако даже в этих грунтах при забивке свай вокруг нее может происходить небольшое поднятие дна котлована.

Глины и суглинки, в которых все поры заполнены водой, уплотняются только в результате отжатия поровой воды.

Рис. 3.16 Деформации грунта при погружении свай: 1 – характер деформаций; 2 – эпюры вертикальных перемещений

Так как вода из таких грунтов отжимается очень медленно, во время погружения свай наблюдается лишь незначительное уплотнение грунтов в результате выдавливания воды из пор и отжатия ее вдоль ствола сваи вверх, а также вследствие упру­гих объемных деформаций воды, содержащей воз дух.

Основная же деформация грунта развивается в виде смещения его частиц в стороны и вверх, что приводит к поднятию дна котлована (рис. 3.16). При выпоре пылевато-глинистого грунта происхо­дит его перемятие, нарушение природной структуры и снижение прочности. Перемещающийся вверх грунт способен поднимать ранее забитые сваи. Это существенно снижает их несущую спо­собность. В связи с этим после поднятия свай необходима добивка их до проектного положения.

Особенно сильно снижается прочность пылевато-глинистого грунта, расположенного непосредственно у боковой поверхно­сти сваи, так как вода, отжимаемая из пор грунта, переме­щается к свае и вверх по этой поверхности. В результате резко умень­шается трение сваи о грунт, что способствует ее погружению при ударах, (рис. 3.17, а).

Таким образом, если по мере заглубления сваи в пески и в ненасыщенные водой пылевато-глинистые грунты она встре­чает все большее сопротивление, и отказ (погружение сваи от одного удара) все уменьшается, то по мере погружения в тиксотропные насыщенные водой глины и суглинки отказ нередко увеличивается.

Логично считать, что чем большее сопротивление оказывает грунт погружению сваи, т. е. чем меньше отказ, тем большую нагрузку можно передать на сваю. Поэтому сразу после погру­жения сваи в насыщенные водой пылевато-глинистые грунты она имеет небольшую несущую способность.

Опыт показывает, что надо дать свае «отдохнуть», т. е. не подвергать ее статическим и динамическим воздействиям в течение нескольких дней пос­ле погружения. За этот пери­од окружающая сваю вода по­степенно переместится от ее боковой поверхности, кроме того, вследствие тиксотропных свойств грунта прочность его около сваи со временем в значительной степени восстановится, и тогда несущая способность сваи увеличится. Строители говорят, что «грунт засосал сваю». Если теперь произвести по свае удары свайным молотом, аналогичные ударам при забивке, отказ, как правило, будет во много раз меньше. Этот отказ называют действительным отказом, или отказом после «отдыха». При забивке же наблюдается производственный отказ, часто на­зываемый «ложным отказом».

В песках, наоборот, «ложный отказ» при забивке иногда бывает меньше действительного, так как в процессе погруже­ния сваи под ее нижним концом образуется ядро уплотненного грунта, а вдоль ствола сваи за счет отжатия воды возникает «сухое трение», препятствующее погружению сваи при ударах свайного молота (рис. 3.17, б).

Во время «отдыха» сваи происходит релаксация напря­жений в песке, и сопротивление грунта ее внедрению снижается. Необходимая продолжительность «отдыха» сваи зависит от характера грунта: обычно для супесей и песков – одна неделя, для суглинков – две недели, для глин – не менее трех недель.

Рис. 3.17. Явления «ложных отказов» при погружении свай: а) – глинистые грунты; б) – песчаные грунты

Применение подмыва для погружения свай в пески приво­дит к их разрыхлению, поэтому последний метр сваи забивают без подмыва. Нижний конец сваи должен быть заглублен в грунт, не подвергавшийся размыву. Под влиянием динамиче­ских воздействий песок вокруг сваи уплотняется.

Весьма эффективно погружение свай в водонасыщенные пески вибрированием. При этом происходит интенсивное уплот­нение песка вокруг погружаемых свай, они получают более вы­сокую несущую способность, чем забитые сваи.

При изготовлении свай, свай-оболочек и свай-столбов, на­зываемых нами для краткости сваями, изготовленными в грун­те (набивными), явления, происходящие в массиве грунта, в значительной степени зависят от применяемой технологии. Ис­пользование бурения для изготовления скважин приводит к разуплотнению грунта вокруг сван. Это существенно умень­шает несущую способность таких свай по сравнению с забив­ными сваями. Еще в большей степени снижается несущая спо­собность буронабивных свай, когда в забое остается шлам. Для увеличения несущей способности таких свай уплотняют грунт под сваями и вокруг них. С этой целью применяют камуфлетные взрывы, механическое трамбование, электрогидродинами­ческий эффект и др.