Устройство песчаных свай

Песчаные сваи применяются для глубинного уплотнения сильносжимаемых глинистых грунтов, заторфованных грунтов, рыхлых и слабых водонасыщенных мелких и пылеватых песков, в том числе с прослойками и линзами супесей, суглинков, глин и илов (Мангушев Р.А. [4]).

Эти сваи не являются прочным несущим элементом, а применяются для уплотнения и улучшения строительных свойств слабых водонасыщенных грунтов, когда применение других методов, в том числе железобетонных свай, является неэффективным или неэкономичным.

При устройстве песчаных или грунтовых свай их сжимаемость незначительно отличается от сжимаемости уплотненного окружающего грунта. Поэтому песчаная свая (столб) воспринимает нагрузку совместно с окружающим его уплотненным грунтом, т.е. создается уплотненное основание со средним модулем деформации, значительно превышающим модуль деформации неуплотненного грунта. Особенность работы песчаных свай заключается также в том, что они работают и как дрены, отводя поровую воду из водонасыщенных грунтов на поверхность. В связи с дренирующими свойствами песчаных свай даже слабые водонасыщенные глинистые грунты быстро упрочняются в основании.

Технология устройства песчаных свай включает погружение в слабый грунт инвентарной металлической трубы диаметром
d = 0,325-0,5 м, снабженной раскрывающимся наконечником с помощью вибропогружателей или вибромолотов (рис. 3.21).

В процессе погружения трубы грунт вокруг образовавшейся полости уплотняется (диаметром до 1,5 м), затем в трубу порциями засыпается крупный или среднезернистый песок и труба постепенно извлекается (при этом происходит раскрытие наконечника) из грунта до полного заполнения ствола сваи [2, 9, 18]. При формировании зоны уплотнения в массиве грунта вокруг свай повышается давление в поровой воде, что значительно ускоряет процесс фильтрации воды к песчаным сваям и способствует уплотнению грунтов вокруг них.

Устройство этих свай позволяет в 1,5-2 раза повысить значения угла внутреннего трения φ и удельного сцепления сслабого грунта, а также более чем в 2 раза модуля деформации грунта Е.

Рис. 3.21. Оборудование (а), план и разрез (б) расположения
песчаных свай:

1 – кран-экскаватор; 2 – вибропогружатель; 3 – приемное отверстие;
4 – инвентарная труба; 5 – раскрывающийся наконечник;
6 – полость скважины; 7 – уплотненная зона

Песчаные сваи в плане размещают в шахматном порядке на вершине равностороннего треугольника из условия, чтобы плотность грунта в межсвайном пространстве достигла проектного значения во всем уплотняемом массиве (см. рис. 3.21). Поверх массива из песчаных свай обычно устраивается уплотненная песчаная подушка толщиной h = 0,5-1,0 м, которая служит для равномерного распределения давления от возводимого сооружения на уплотненный массив, а также ускорения фильтрации и отвода отжимаемого из массива грунта поровой воды за пределы площадки строительства. К недостаткам песчаных свай относятся использование специального оборудования, определенные сложности при исследовании качества уплотнения массива грунта и самой сваи, быстрая кольматация стенок скважин и ухудшение условий работы этих свай.