Необходимость круглогодичного возведения зданий и соору­жений потребовала от строителей вести свайные работы при отрицательных температурах и в мерзлых грунтах.

Погружение свай в мерзлые грунты может осуществляться без проведения подготовительных мероприятий и с проведением подготовительных мероприятий, связанных с подготовкой грун­та для последующего погружения свай.

Предварительная подготовка грунта включает в себя следу­ющие  мероприятия:

бурение лидерных скважин на всю глубину промерзания;

электропрогрев грунта стержневыми электродами (ТЭНами) на глубину 0,7-0,8 м;

нарезание в грунте узких полос по осям забивки свай с помо­щью баровых машин;

пробивка отверстий-скважин с помощью лидеров-желонок на глубину промерзания;

оттаивание грунта   (углем или паром);

прожигание скважин в мерзлом грунте термобурами.

В процессе погружения свай в мерзлый грунт под острием сваи возникает зона деформации, которая по мере погружения сваи опускается вниз.

При погружении в мерзлый грунт сваи с тупым концом зо­на деформации имеет шарообразную форму, размеры которой составляют в различных грунтах по вертикали 3-3,5 диаметра погружаемой сваи и по горизонтали 1,5-2 диаметра.

При погружении же сваи с острым концом зона деформации имеет форму эллипса, размеры которого по вертикали состав­ляют два диаметра сваи и по горизонтали 0,8-1,25 диаметра в сторону от сваи.

В процессе забивки сваи в мерзлый грунт в зоне деформа­ции происходит уплотнение грунта и наблюдается переход его в талое состояние в местах соприкасания со сваей. Следует за­метить, что общее лобовое и боковое сопротивления в связных мерзлых грунтах при этом увеличиваются пропорционально глу­бине погружения, в несвязных мерзлых грунтах общее сопро­тивление погруженной сваи с глубиной возрастает незначи­тельно.

Забивка свай в мерзлые грунты без проведения предвари­тельных мероприятий требует применения более тяжелого обо­рудования и некоторого увеличения продолжительности работ.

Предварительная подготовка мерзлого грунта позволяет значительно ускорить производство работ, повышает точность погружения свай в плане, что касается несущей способности свай, то ее величина в зависимости от грунтовых условий и ме­тода подготовки грунта для последующей забивки свай несколь­ко снижается (около 10-25%).

Выполнение подготовительных мероприятий вызывает увели­чение стоимости и трудоемкости свайных работ в пределах 10-30%.

Окончательный выбор метода подготовки мерзлого грунта должен производиться с учетом грунтовых условий, глубины промерзания грунта, наличия парка машин и механизмов, а также наличия тех или иных энергетических ресурсов (пара, электроэнергии и  т. п.).

При погружении свай с предварительным паропрогревом в процессе разрыхления грунта паром и последующего замерза­ния его за счет миграции излишней влаги вокруг погружаемой сваи накапливается ледяная прослойка, что приводит к сниже­нию несущей способности висячей сваи порядка 15-20%.

В крупнозернистых песчаных грунтах эффект миграции вла­ги сказывается в значительно меньшей степени.

При оттаивании грунта электропрогревом (ТЭНами) - ми­грация влаги при смерзании почти исключается за счет значи­тельного выпаривания влаги в процессе прогрева грунта. В этом случае нет необходимости проведения оттаивания на всю глуби­ну промерзания: тепло, аккумулированное грунтом, позволяет сократить глубину прогрева.

При устройстве лидерных скважин в мерзлых грунтах с по­мощью бурения площадь сечения лидерных скважин составля­ет, как правило, 50-60% площади сечения сваи.

Погружение трубчатых свай типа канализационных труб (в связи с их слабым армированием) в мерзлый грунт не допу­скается, а производится либо удаление промерзшего грунта, ли­бо его оттаивание под каждой сваей (электропрогревом или па­ропрогревом).

В некоторых случаях могут быть применены специальные установки и машины для предварительной механической обра­ботки мерзлого грунта путем бурения лидерных скважин для последующей установки в них свай и погружения их до проект­ной отметки.

Для облегчения погружения свай в мерзлый грунт могут применяться также металлические лидеры-желонки, с помощью которых образуются лидерные скважины.

Лидеры-желонки (рис. 13, а и б) применяются квадратного или круглого сечения з плане. Размеры таких лидеров выбира­ются с таким расчетом, чтобы погружаемая свая имела пло­щадь поперечного сечения на 30-40% больше сечения   лидера.

Погружение лидеров производится либо дизель-молотом, ли­бо с помощью легкого вибромолота, подвешенного к стреле ав­токрана с направляющей. В практике строительства находят применение самоочищающиеся лидеры-желонки. Конструкция такого лидера представляет собой металлическую трубу или ме­таллический короб с открытым верхним и нижним концом. В верхней части лидера  располагается рассекатель. По мере  погружения лидера в грунт и заполнения его разрыхленным грунтом последний, достигнув рассекателя, разбивается на две части и выгружается через боковые стороны лидера.

Погружение и извлечение такого    лидера в мерзлый глини­стый грунт при глубине   промерзания 0,8-0,9 ж   занимает 5-7 мин.

При производстве свайных работ   в зимнее время   успешно применяются двухбаровые машины   на базе тракторов. В этом

Рис. 13 Общий вид лидера-желонки
а - квадратного  сечения;   б - круглого сечения

случае производится прорезка мерзлого грунта на всю глубину промерзания (порядка I-1,4 м) строго по оси забиваемого ря­да свай шириной 12-14 см. Для производства указанных работ на машине устанавливают бары требуемой длины. Перед нача­лом работ производят геодезическую разбивку, обеспечиваю­щую правильное направление движения машины.

Машинист приступает к работе после получения в письмен­ном виде подтверждения об отсутствии на площадке строитель­ства подземных коммуникаций (во избежание их повреждения и  серьезных   аварий).

После прохождения машины вдоль всего фронта строящего­ся здания в образованные прорези устанавливаются сваи и по­гружаются до заданной глубины копром на рельсовом ходу или самоходной  копровой   установкой.

При забивке свай с использованием баровой установки боль­ших отклонений свай от вертикали не наблюдается, так как прорезь, образованная режущими барами, является своего рода направляющей  для  погружения свай.

После окончания работ по погружению свай разработанная прорезь засыпается землей. Производительность баровой   установки в зависимости от свойств разрабатываемых грунтов и глу­бины его промерзания составляет 80-150 пог. м в 1 смену.

Опыт возведения свайных фундаментов в зимнее время по­казал, что забивка свай в мерзлый грунт при глубине его про­мерзания 0,6-0,8 м должна производиться тяжелыми дизель-молотами с соотношением веса ударной части молота к весу по­гружаемой   сваи   не менее   1,5-2.

При больших глубинах промерзания забивка свай в грунт возможна, но в значительной степени увеличивает отклонения свай от проектного положения, приводит к появлению волося­ных трещин на свае и даже к отколам защитного слоя бетона на свае. Кроме того, забивка свай дизель-молотами без предвари­тельной обработки мерзлого грунта при глубине промерзания более 1 .«снижает до 40-50% производительность копровой установки и удлиняет сроки производства работ.

При глубине промерзания более 1-1,2 м целесообразно пользоваться лидерными скважинами, пробуренными на всю глубину промерзания.
Применение самоочищающихся лидеров для предваритель­ного образования скважин целесообразно при глубине промер­зания грунтов «а 1,5-2 м. При этом повышается точность по­гружения свай в плане, увеличивается производительность ко­провой установки.

Практика возведения свайных фундаментов в зимнее время показывает, что применение статического вдавливания, вибро­вдавливания и вибропогружения свай в связные мерзлые грун­ты нецелесообразно из-за малой мощности погружения сущест­вующих конструкций сваепогружающих машин.

Бетонирование оголовков свай, ростверков и стыков произ­водится в зимнее время с применением электро- или паропрогрева бетона в соответствии с техническими условиями по произ­водству строительно-монтажных работ.

В табл. 3 приведены основные способы подготовки мерзлого грунта для погружения свай.

Таблица   3

Основные способы подготовки мерзлого грунта для погружения свай