2. Деформации зданий при забивке вблизи них шпунта и свай

При погружении шпунта и свай в результате работы сваебойного снаряда в окружающих грунтах возникают колебания. Воздействие этих колебаний на близко расположенные здания или сооружения может привести к повреждению или разрушению конструкций вследствие дополнительных неравномерных осадок оснований, выпирания грунта при потере его устойчивости, действия вибрации на конструкцию, т.е. возникновения усталостной прочности материала конструкций, и т.п. [6, 7, 8,19, 21].

Глинистые грунты в меньшей степени реагируют на вибрацию, чем пески. Для развития деформаций глинистых грунтов требуется продолжительное воздействие вибрации, поэтому при забивке шпунта существующие фундаменты не теряют своей устойчивости, если он забивается до разработки котлована. Иначе реагируют на динамические воздействия водонасыщенные пески и супеси, находящиеся в рыхлом состоянии (е > 0,70) или в состоянии средней плотности. Существующие фундаменты в таких грунтах могут подвергаться значительным неравномерным осадкам вследствие уплотнения или выдавливания грунта из-под фундаментов. Для прогнозирования возможности уплотнения грунта при динамических воздействиях необходимо знать, при каком уровне колебаний он начинает уплотняться. Обычно это оценивается сопоставлением ускорения колебаний, возникающих при забивке или вибропогружении свай (шпунта), с резким качественным изменением свойств грунта, определяемым экспериментально.

Степень опасности колебаний при забивке свай, вызывающих осадку зданий, существенно зависит от вида грунта, глубины погружения сваи, расстояния от сваи до существующих зданий, размеров сваи и ряда других факторов [22]. Как видно из рис. 2.1, а, амплитуды смещений быстро затухают с увеличением расстояния и существенное их влияние сказывается на расстоянии L = 20 м. Определяющим фактором значений амплитуд смещений являются грунтовые условия. Применение для забивки свай молота меньшего веса также приводит к снижению амплитуд смещений грунта и соответственно зоны их влияния.

С увеличением глубины погружения сваи Н амплитуды смещения могут изменяться в 1,5—2 раза — зоны А и Б (рис. 2.1, б). Наибольшие значения амплитуд наблюдаются при погружении сваи на глубину 3—6 м (зона А — критическая глубина). Однако увеличение амплитуды на глубине может быть, связано с особенностями геологического строения площадки, возможными перерывами (зона Б) в погружении сваи в тиксотропных грунтах (явление засасывания — быстрое восстановление структурных связей между частицами грунта, а также образование их между грунтом и сваей после прекращения забивки).

Для снижения уровня колебаний целесообразно уменьшать частоту ударов и высоту падения молота, увеличивая его вес, а также сокращать время «отдыха» сваи в процессе забивки. Наиболее эффективным для снижения уровня колебаний являются следующие способы погружения свай: в лидерные скважины, в тиксотропной рубашке, вдавливанием и др.

При погружении свай в глинистые грунты нередко происходит подъем грунта и ранее забитых свай. Это весьма распространенное явление чаще всего наблюдается на значительном расстоянии от существующего здания при забивке свай по направлению к нему. В результате поднимаются полы (сделанные по грунту) в подвале или в первом этаже (бесподвальных зданий), фундаменты мелкого заложения, а также и свайные, развиваются деформации несущих конструкций зданий, возникают и другие неблагоприятные явления (рис. 2.2).

Несущая способность ранее забитых свай зависит от их подъема при погружении последующих свай. Это объясняется тем, что свая при погружении в грунт выдавливает его в стороны, а так как сопротивление грунта смещению в стороны в ряде случаев больше, чем вверх, то грунт выпирает вверх, увлекая за собой и ранее забитые сваи (см. рис. 2.2). У сваи, поднятой грунтом, контакт между острием и грунтом нарушается. Полость под острием, по-видимому, заполняется грунтом с нарушенной структурой, сжимаемость которого намного больше, чем сжимаемость грунта в естественном состоянии.

Величина подъема ранее забитых свай зависит от показателя текучести грунта, размеров погружаемых свай, плотности свайного поля, грунтовых условий, скорости и способа погружения и других факторов. На рис. 2.3 показан подъем свай на одной из площадок Ленинграда при забивке сваи А на различную глубину [22].

Из этого рисунка видно, что максимальный подъем имела свая № 14, соседняя со сваей А. Влияние от забивки сваи № 14 распространялось и на сваю № 9, значительно удаленную (до 8500 мм) от забиваемой (по данным О.П. Гузенкова и В.С. Ласточкина, радиус зоны подъема достигал 10 м). Суммарная величина выпора некоторых свай превысила 200 мм. Выпор свай, соседних с забиваемой, начинался даже при небольшой глубине ее погружения (3—5 м). Подъем дна котлована составлял 380—800 мм в зависимости от плотности размещения свай в свайном поле. Размеры зоны влияния, величина подъема ранее забитых свай и дна котлована зависят главным образом от физико-механических свойств глинистых грунтов (от твердого до текучепластичного состояния), расстояний между сваями и порядка забивки свай. Чем меньше показатель текучести глинистых грунтов, тем больше интенсивность подъема ранее забитых свай при погружении последующих.

Сваи, расположенные ближе к границе котлована, испытывают обычно меньшую суммарную величину поднятия, чем сваи, расположенные в середине котлована. По всей видимости, это связано с тем, что последовательное погружение свай приводит к увеличению плотности грунта, поэтому нужно иметь в виду, что забивка на одном и том же расстоянии каждой последующей сваи приводит ко все более возрастающему приравниванию выпора у предыдущей сваи (Гузенков, Ласточкин, 1981 и др.).

С учетом изложенного выше, в ряде случаев целесообразнее применять способ вдавливания сваи. Однако у некоторых грунтов (иольдиевые глины, позднеледниковые ленточные глины и др.), перемятых в процессе погружения свай, существенно ухудшаются строительные свойства (уменьшается сопротивляемость сдвигу, увеличивается сжимаемость). Поэтому для уменьшения возможных деформаций зданий вдавливание свай и шпунта рекомендуется начинать с ряда, расположенного ближе к существующему фундаменту, а сваи применять с меньшей площадью поперечного сечения.

При забивке свай вблизи подпорных стенок необходимо учитывать состав грунта засыпки за стенкой. Если этот грунт будет оседать при сотрясениях, давление на стенку может значительно возрасти; если грунт малосжимаем, он может сдвинуться к стенке, значительно увеличить опрокидывающий момент.