Как уже упоминалось, известковые сваи были успешно применены для уплотнения слабых водонасыщенных лёссовых грунтов в основании строящегося цеха стального литья в Барнауле. Лёссовые грунты залегали на глубину около 30 м, имели текучую, мягкопластичную и текучепластичную консистенцию, удельный вес 2,65 гс/см³, объемный вес 1,51-1,61 гс/см³, естественную влажность 23-26%. Влажность грунтов на пределе раскатывания составляла 18-21%, на пределе текучести 25,6-29,5%. Модуль общей деформации был равен 10,3-15,7 кгс/см², угол внутреннего трения 13-14°, а сцепление 0,12-0,21 кгс/см² (результаты испытания грунтов по методике медленного сдвига на нормально уплотненных образцах).

Первоначально предполагалось уплотнить грунты тяжелыми трамбовками. Однако опытное уплотнение основания этим методом показало, что грунт при трамбовании не уплотняется, а разрушается, и наблюдается выпор грунта из-под трамбовки (степень влажности грунтов равнялась 0,91-0,98). Поэтому в течение двух месяцев 1966 г. было устроено 587 известковых свай длиной 6-7 м (рис. III. 13) при помощи станка УГБ-50-А. Устройство такого количества скважин оказалось возможным, потому что водонасыщенные лёссовые грунты в течение суток хорошо сохраняли вертикальные стенки скважины. Максимальная производительность станка составляла 18 скважин за смену. Скважины засыпали небольшими слоями негашеной комовой извести, Раздробленной на куски размером, до 3 см. После укладки каждого слоя его уплотняли трамбовкой весом 170 кг.

Рис. III.13 Вид основания под цех завода в Барнауле после устройства известковых свай

Эту трамбовку, представляющую собой тяжелую трубу с закрытым сферическим нижним днищем, сбрасывали краном «Пионер» с высоты 1-2 м по 5-8 раз.

Известь привозили на площадку небольшими порциями (для засыпки скважин в течение суток). Вначале использовали известь с невысокой активностью (74 %), а впоследствии с активностью 77%. После окончаний устройства известковых свай были пробурены скважины и отобраны образцы грунта на различных расстояниях от них. Лабораторные исследования этих образцов показали, что влажность грунта уменьшалась на 2-9% (см. рис. III. 14), а прочность увеличивалась. Так, образцы, отобранные между известковыми сваями и испытанные на срез по такой же методике, как и до опыта, имели угол внутреннего трения 17-20°, а сцепление 0,3-0,37 кгс/см² (вместо 13-14° и 0,12-0,21 кгс/см²). Модуль общей деформации грунта, отобранного на расстоянии 15 см от боковой поверхности известковой сваи, оказался равным 65 кгс/см², а грунта из участков между известковыми сваями - 29-38 кгс/см².

Рис. III.14 Изменение влажности грунтов основания под цехом завода в Барнауле после устройства известковых свай
а - схема расположения свай и контрольных скважин; б - изменение влажности по глубине в центре свайного куста; в - то же, между сваями; 1 - до устройства свай; 2 - после устройства свай

Рис. III.15 Схема основания, уплотненного известковыми сваями
а - план; б - разрез по сваям; 1 - уплотненная грунтовая подушка; 2- грунт, уплотненный тяжелыми трамбовками; 3 - водонасыщенный лёсс

Общий план размещения известковых свай показан на рис. III.15. Уменьшение степени влажности грунта до 0,75-0,8 позволило применить для уплотнения грунтов тяжелые трамбовки. В результате трамбования поверхность грунта снизилась на 35-42 см (отказ при трамбовании составлял 2,2-2,8 см). Поверху уплотненного слоя была устроена грунтовая подушка из местного суглинка с влажностью на пределе раскатывания. Грунтовую подушку отсыпали послойно (по 20 см) и уплотняли катками.
После окончания строительства цеха давление под фундаментом достигло 2,5 кгс/см². При этом осадка цеха на 1970 г. составила всего 12 см.

В связи с тем, что на некоторых экспериментальных участках известковые сваи оказались неэффективными (опыты Б. Ф. Рельтова и В. С. Сафрончик в Риге), автор совместно с И. Г. Тахировым провел экспериментальное изучение процессов, возникающих вокруг известковых свай при их устройстве в водонасыщенных лёссовых грунтах. Опытная площадка в районе пос. Буетон Тадж. ССР на глубину до 12 м была сложена водонасыщенными лёссовыми суглинками, имеющими примерно одинаковые характеристики сжимаемости по глубине слоя. Физико-механические свойства лёссовых суглинков на глубине 4-5 м характеризовались следующими показателями.

На площадке были устроены два куста известковых свай (8 свай в кусте при расстояниях между центрами свай 2 м) и несколько одиночных известковых свай (рис. III. 16). Сваи на глубину 3-5,5 м устраивали при помощи металлической обсадной трубы (внутренним диаметром 265 мм) с оставляемым в грунте железобетонным башмаком. Активность негашеной извести, которой заполняли трубу перед ее извлечением, составляла около 80% (содержание MgO+CaO), а затем ее уплотняли в скважине трамбовкой весом 80 кг.

Чтобы выявить термическое воздействие известковой сваи на окружающие водонасыщенные грунты, вокруг нее, а также в теле сваи устанавливали температурные датчики. Точность измерения температур составляла 1° С.

Процессы уплотнения водонасыщенных лёссовых грунтов в процессах забивки металлической трубы и гашения извести исследовались с помощью датчиков, измеряющих давление в поровой воде (конструкции МИСИ).

Рис. III.16 План экспериментальной площадки с известковыми сваями
1 - сваи диаметром 265 мм; 2 - датчики температуры; 3 - датчики порового давления

Точность измерения порового давления составляла 10-20 гс/см².

Для определения деформативных характеристик водонасыщенных лёссов после упрочнения их известковыми сваями через 36 дней грунты были вновь испытаны штампом площадью 10 тыс. см². Результаты испытания грунтов до и после их упрочнения приведены на рис. III.17.

После устройства сваи на различном расстоянии от ее боковой поверхности были отобраны образцы. Исследования их показали, что прочность и сжимаемость грунта существенно меняются в зависимости от расстояния до боковой поверхности известковой сваи.

Рис. III.17 Изменение сжимаемости грунтов на опытной площадке (пос. Бустон Тадж. ССР) при устройстве известковых свай
1 - испытание грунта до устройства известковых свай штампом площадью 10 тыс. см²; 2 - то же, после устройства свай

Так, образцы, отобранные на расстоянии 0,35 м, характеризовались углом внутреннего трения 16-22° и сцеплением 0,35-0,43 кгс/см². На расстоянии 0,7 м угол внутреннего трения образцов грунта был равен 14-17°, а сцепление 0,18-0,25 кгс/см².