Щебеночные сваи — тип обработки грунта глубинной вибрацией с подачей щебня на дно формируемой скважины, при которой глубинный вибратор используется для создания непрерывных колонн из щебня с заданными длиной и диаметром.


Технология устройства щебеночных применяется для увеличения несущей способности грунтов основания проектируемого сооружения, предотвращения возможной потери устойчивости основания, уменьшения деформаций и времени стабилизации деформаций, для предотвращения возможности разжижения и потери прочности грунтов при сейсмическом воздействии. Технология успешно применяется для увеличения несущей способности грунтов основания проектируемого сооружения, предотвращения возможной потери устойчивости основания, уменьшения деформаций и времени их стабилизации, а также для исключения возможности разжижения и потери прочности грунтов при сейсмическом воздействии. Она идеально подходит для работ с нестабильными грунтами, на каких стоит Петербург.


Данная технология пришла из Европы, где получила название stone columns (каменные колонны) и служит для усиления основания слабых грунтов. Осуществление производства щебеночных свай происходит с помощью трубы с герметичным наконечником и вибропогружателя.
Заполнение скважины может выполняется также другими инертными материалами (песок, цементно-песчаная смесь, песчано-гравийная смесь и т.д.). Сама технология известна давно, мировой опыт усиления грунта путем глубинной вибрации насчитывает более 70 лет.
 

Щебеночные сваи не являются отдельно несущим элементом, как например сваи, выполненные из бетона. При устройстве щебеночных свай происходит увеличение прочностных характеристик массива грунта, в пределах которого выполняется усиление, вследствие чего значительно увеличивается его несущая способность и устойчивость. Устройство свай позволяет уменьшить значение деформаций основания от 2 до 6 раз. Щебеночные сваи представляют собой массивные дрены, вследствие чего при строительстве в условиях залегания в основании медленно уплотняющихся водонасыщенных глинистых грунтов значительно уменьшаются сроки стабилизации деформаций. 
 

Усиление грунтов
Уникальная для российского рынка технология виброуплотнения с устройством столбов из инертных материалов позволяет на порядок ускорить работы по стабилизации слабых грунтов и улучшить их физико-механические характеристики. Щебеночные сваи успешно применяются для увеличения несущей способности грунтов основания, уменьшения деформаций и времени стабилизации (ускорения процесса консолидации), устранения просадочных свойств, для предотвращения возможности разжижения и потери прочностных характеристик грунта при сейсмическом воздействии. Технология идеально подходит для работ со слабыми грунтами.
В зависимости от инженерно-геологических условий диаметр свай может изменяться от 600 до 1500 мм.
 

Экологичность
Щебеночные сваи - самый экологичный вариант из всех существующих методов улучшения свойств грунта. В технологии применяются только натуральные материалы: щебень, песок. Применение данной технологии возможно в условиях грунтов с крайне низкимихарактеристиками, со значительной толщей торфяных грунтов.
В отличие от других методов уплотнения грунтов метод уплотнения щебеночными сваями является наиболее экономичным, т.к. требует
минимального набора оборудования для выполнения работ. и позволяет использовать местные материалы, такие как песок, щебень, ПГС, рецикл бетона. По материальным затратам данный способ также имеет большие преимущества. При применении щебеночных свай практически нет побочных эффектов, таких как излив цементных растворов, применяются экологичные и более доступные материалы, такие как песок, щебень, ПГС,рецикл бетона. Данный метод позволяет значительно сокращать смету за счет минимального объема земляных работ.


Сечение щебеночной сваи, полученное в результате уплотнения, ограничивается объемом расходуемого материала, временем уплотнения и характеристиками исходного грунта. Диаметр формируется в процессе работы и не является жестко ограниченным. Таким образом возможно формирование щебеночной сваи переменного сечения в зависимости от задачи, например увеличения диаметра сваи в слабых грунтах прочностные свойства которых требуется улучшить и уменьшение сечения в плотных песчаных и гравелистых грунтах. Под действием нагрузки на усиленное основание происходит увеличение щебеночной сваи в сечении, при этом возникает дополнительное давление на грунт в межсвайном пространстве, вследствие чего он уплотняется.

При строительстве в крайне слабых глинистых грунтах (значение сопротивления недренированному сдвигу менее 5 кПа), устройство щебеночных свай может комбинироваться с технологией устройства геосинтетических дрен, используемых для предварительной консолидации и уплотнения основания.

При изготовлении щебеночных свай используется специальное оборудование, так называемый виброфлот – глубинный вибратор диаметром от 290 мм до 460 мм, подбираемый в зависимости от поставленной задачи. Для подачи уплотняемого материала под нижний конец оборудования, к вибратору крепится специальный привод. Существует возможность крепления оборудования на экскаватор, копровую установку и кран.

Оборудование позволяет выполнять устройство свай на глубину от 3 до 30 м, при необходимости усиления грунтов на большую глубину возможно изготовления оборудования специально под проект.

При уплотнении щебеночная свая достигает диаметра от 0,6 м до 3,5 м в зависимости от задачи и грунтовых условий площадки строительства. В качестве материала уплотнения используется щебень фракции 5-50 мм, так же возможно использование песка.

Необходимо отметить высокую производительность устройства щебеночных свай, которая составляет от 200 до 400 метров погонных за смену.

Данная технология положительно зарекомендовала себя при усилении слабых грунтов, на множестве объектов по всему миру, в том числе успешно реализована компанией ООО «ГЕОИЗОЛ» при усилении основания насыпи сложенного слабыми заторфованными грунтами на участке скоростной автомобильной дороги Москва-Санкт-Петербург — М11, при усилении слабых глинистых грунтов при создании искусственного земельного участка на территории Крестовского острова в Финском заливе, при устройстве опытной площади в условиях залегания с поверхности заторфованных грунтов на глубину до 7м на объекте «Строительство автомобильной дороги А-121 «Сортавала» и других объектах.
При производстве работ по устройству щебеночных свай выполняется оперативный контроль качества изготовления с помощью панели управления. Регистрируется глубина, сила тока, давление воздуха, отклонение свай по вертикали, дата и время, объем подаваемого материала. Полученные данные позволяют судить о качестве выполнения работ, по результатам формируется паспорт каждой сваи с указанием контрольных параметров и профилем сваи. 

С целью определения качества уплотнения основания могут выполняться натурные испытания фрагмента усиленного основания статической нагрузкой, испытания методом статического зондирования, одометрические испытания, испытания крыльчаткой.

Мировой опыт использования технологии усиления грунта путем глубинной вибрации насчитывает более 70 лет. При определении характеристик усиленного массива грунта используются известные аналитические методики расчета признанные во всем мире. Для расчета деформаций, устойчивости и времени консолидации могут использоваться отечественные нормативные методики расчета, а так же современные программные комплексы с использованием метода конечных элементов. C целью стандартизации и нормирования проектирования и производства щебеночных свай, в 2005 году создан Европейский нормативный документ DIN EN 14731.2005 “Выполнение специальных геотехнических работ – Укрепление грунта путем глубинной вибрации” 
Устройство щебеночных свай по технологии виброуплотнения широко используется в мировой практике и зарекомендовало себя как надежный способ усиления основания проектируемых сооружений транспортной инфраструктуры.
 

В статье используются материалы из следующих источников:

https://raidex.ru/technology/ustroystvo-shchebenochnykh-svay-/

http://fc-union.com/wp-content/uploads/2020/09/04-Bogdanov-I.S.-Osnovanie-uluchshennoe-shhebenochnymi-svayami-alternativa-klassicheskim-svajnym-fundamentam.pdf

https://geoizolproject.ru/library/publikacii/ispolzovanie-shhebenochnyh-i-peschanyh-svaj-dlja-usilenija-slabyh-gruntov-osnovanija-transportnyh-sooruzhenij/

https://asninfo.ru/magazines/html-version/678-spb/15296-vyacheslav-smolenkov-ispolzovaniye-shchebenochnykh-svay-uskoryayet-stroitelstvo