Винтовые свай применяются главным образом в слабых илистых грунтах, обладающих очень малой несущей способностью и в плотных гравелистых грунтах, забивка свай в которые связана с большими трудностями.
Винтовые сваи с широкими лопастями (диаметром в 2—2,5 раза большим диаметра трубы) образуют большую опорную поверхность и обладают большой несущей способностью, например, свая с лопастями в 2,5 м выдержала при испытании нагрузку в 1100 т.
Винтовые сваи имеют перед забивными то преимущество, что завинчивание не сопряжено с сотрясениями, и поэтому винтовые сваи могут быть погружены вблизи различных сооружений без вреда для последних. Кроме того, они хорошо сопротивляются выдергиванию.
Ствол сваи может быть стальным или железобетонным. Преимущественно используются стальные сваи, которые погружаются в грунт путем непосредственной передачи усилия от кручения голове сваи, в то время как железобетонные сваи в большинстве случаев не обладают достаточной прочностью для сопротивления кручению при завинчивании сваи, а потому при их погружении необходимы дополнительные устройства, что усложняет работу.
Погружаются винтовые сваи в грунт вращением с помощью специального механизма, называемого кабестаном (рис. 1), прикрепленного к голове сваи и опускающегося вместе с ней.
Кабестан состоит из двух частей: подвижной и неподвижной. Подвижная часть с помощью специальной муфты л вращает ее, неподвижная при завинчивании свай не вращается. Сваи вращаются электродвигателями, смонтированными на неподвижной части.
Рис. 1. Схема завинчивания сваи
1— кабестан; 2 — полиспаст; 3 — лестница; 4 — люлька, подвешенная к кабестану; 5 — пульт управления; 6 — главная расчалка; 7—боковая расчалка
Применяется несколько типов кабестанов, различающихся способом закрепления неподвижной части механизма. Для передачи вращения от кабестана металлической трубе в голове последней делаются вырезы (рис. 2, а) или привариваются накладки (рис. 2,6).
Если свая не наращивается, то для крепления к ней кабестана делают вырезы, которые входят в рабочие ребра кабестана. Накладки необходимы в тех случаях, когда трубы составляются из отдельных секций, соединяемых непосредственно на месте погружения.
Рис. 2. Голова стальной винтовой свая
а—с вырезами в голове сваи; б—с приваренными накладками
После погружения секции сваи кабестан снимается, притягивается к крану и при помощи грузовой каретки отводится в сторону. Затем следующая секция присоединяется к предыдущей, кабестан подается на голову присоединенной секции и завинчивание продолжается.
Очевидно, что высота крана должна быть достаточной для наращивания свай, для опускания и извлечения подмывных трубок и обслуживания оборудования, необходимого для удаления грунта из полости сваи. Грузоподъемность крана должна обеспечить одновременный подъем кабестана, цилиндра сваи с лопастью и устройствами для подмыва и выдачи грунта.
Погружение сваи вращением идет довольно быстро и достигает 6—8 м/час и даже больше. Сваи с винтовой лопастью возможно погружать сквозь наброску из небольших камней и гравелистые прослойки, но применение этих свай невозможно, если встречаются крупные камни или другие твердые включения.
В тех случаях, когда сила кабестана недостаточна для вращения сваи, приходится применять подмыв, который на последних 1,5—2 м погружения необходимо прекратить.
Для завинчивания свай длиной до 10 м и диаметром лопасти до 1 м ВНИИСтрой-дормашем создана механизированная установка, смонтированная на грузовом автомобиле. Она может за несколько минут погрузить сваю на глубину до 8 ж в грунт средней плотности.