Устройство вертикальных песчаных дрен состоит из следующих операций. Металлическую трубу с закрытым наконечником погружают вибратором, вибромолотом или молотом двойного действия на заданную глубину. Затем через боковое отверстие в верхней части трубы в нее отдельными порциями засыпают песок так, чтобы заполнить трубу на высоту 3-4 м. После этого включают вибратор или молот и трубу поднимают. Под действием вибрации или ударов молота двойного действия кольцо, надетое на самораскрывающийся башмак, спадает с конуса, створки его раскрываются и труба поднимается на высоту 2-3 м. В скважине остается, столб песка. Затем в обсадную трубу засыпают следующую порцию песка (тоже на высоту 3-4 м) и снова поднимают трубу на 3-4 м.

Трубу следует поднимать таким образом, чтобы после подъема в ней оставался слой песка толщиной не менее 1 м. Чтобы песок хорошо выгружался из трубы (непрерывно, без образования пробок в трубе и разрывов в теле песчаной сваи), его предварительно водонасыщают. Для водонасыщения песка, как правило, применяют растворомешалки.

При использовании труб малого диаметра для ускорения выгрузки песка в них подается сжатый воздух, а отверстие, через которое засыпается песок, герметически закрывается.

Вертикальные песчаные дрены можно устраивать бурением скважин, погружением металлической трубы с открытым концом (в этом случае грунт вымывается из трубы) и другими способами. В некоторых случаях скважины бурят под глинистым раствором, в который погружают песок. После этого скважину с песком тщательно промывают, чтобы удалить глинистые частицы.

Схема производства работ при устройстве песчаных вертикальных дрен показана на рис. III.3.

После устройства дрен для определения фактической осадки насыпи над песчаной подушкой в любое время после начала уплотнения грунтов устанавливают геодезические реперы и другие приборы.

В СССР в последние годы для устройства вертикальных песчаных дрен была разработана новая технология.

Рис. III.3 Схема производства работ по устройству вертикальных песчаных дрен:
1 – прочный грунт; 2 – водонасыщенные глинистые грунты; 3 – глубинные марки; 4 – песчаная подушка; 5 – реперы горизонтального смещения; 6 – измерители порового давлении; 7 – вертикальные песчаные дрены; 8 – устройство пригрузочной насыпи; 9 – снятие пригрузочной насыпи; 10 – устройство дорожного полотна

Обсадную трубу с инвентарным самораскрывающимся башмаком погружают вибровдавливающим погружателем свай ВВПС-32/19, который обычно монтируется на тракторе Т-180 и является его навесным оборудованием. Трактор Т-180 не только обеспечивает перемещение установки по площадке, но и служит одновременно энергетической базой для ВВПС (рис. III.4).

Рис. III.4 Установка ВВПС-32/19 для изготовления вертикальных дрен

Рис. III.5. Двустенная обсадная труба для устройства вертикальных дрен с помощью подмыва

На трубу одновременно действуют вибрационные силы, которые создаются низкочастотным вибропогружателем направо ленного действия с подрессоренной пригрузкой, и силы вдавливания, которые создаются суммарным весом вибропогружателя, трубы и частью веса всего агрегата.

На верхнем конце обсадной трубы имеется шарнирное устройство для крепления к вибропогружателю и чуть ниже металлический бункер для загрузки песка в обсадную трубу.

Загрузка песка в металлический бункер, установленный на обсадной трубе, производится при помощи бульдозера. Е. В. Светинский и В. П. Трескин рекомендуют использовать для этой цели погрузчик-бульдозер Д-442. Рычажно-гидравлическая система этого погрузчика с двухчелюстным ковшом позволяет использовать машину в качестве бульдозера, грейфера и фронтального погрузчика. Поэтому он может быть использован как для перемещения песка по площадке, так и для засыпки его в бункер обсадной трубы. Вместо бульдозера для загрузки песка в трубу можно использовать шарофрезерную лопату.

В 1964 г. автор совместно с И. И. Викторовым применил вертикальные песчаные дрены для укрепления основания железнодорожной насыпи на иольдиевых глинах (север СССР). В основании насыпи было устроено 657 дрен диаметром 425 мм и глубиной 11 м. Дрены были заложены по шахматной сетке с расстоянием 2,5 м между центрами дрен. Над дренами была устроена песчаная подушка шириной 5,8 м. Для изготовления дрен использовался вибропогружатель ВП1, который был подвешен к стреле экскаватора Э-1252. Такая установка позволяла устраивать вертикальные песчаные дрены и вертикальные песчаные сваи длиной до 18 м. В смену удавалось изготовить до 28 дрен длиной 11 м.

За рубежом (в США) для изготовления вертикальных дрен иногда применяют метод размыва грунта. В этом случае применяются специальные обсадные трубы (рис. III.5), состоящие из двух соосно расположенных труб диаметром 48,5-41 см. Длина трубы равна 18,5 м, причем внутренняя труба на 25,6 см не доходит до нижнего конца внешней трубы. Между ними (в нижней части) устроена металлическая перегородка, из которой выходят 24 форсунки, причем каждая третья форсунка направлена под углом 45° к радиусу.

Вода под высоким давлением подается в пространство между трубами и выходит из форсунок с большой скоростью.

Вертикальные дрены устраивали следующим образом. На месте расположения будущей дрены устанавливали обсадную трубу со смонтированным на ней бункером, в который затем засыпали песок. После установки трубы в межтрубное пространство подавали воду и труба под действием собственного веса погружалась до проектной отметки. Затем внутрь трубы опускали трубу диаметром 8 см с перфорированными стенками в нижней части. Через нее нагнеталась вода, которая промывала взвешенный грунт. Промывка заканчивалась, когда в воде, находящейся внутри обсадной трубы с двойными стенками, оставалось менее 2% глинистых частиц. Затем прямо в воду из бункера засыпали песок, который под действием собственного веса опускался на дно и выжимал воду из трубы. Чтобы ускорить процесс отмывки глинистых частиц из воды в межтрубное пространство подавали сжатый воздух. При строительстве автомобильной дороги около Лос-Анджелеса за 10-часовую смену удавалось изготовить 16 песчаных дрен длиной 12 м.

Рис. III.6. Схема устройства вертикальных песчаных дрен методом бурения

В некоторых случаях при устройстве вертикальных песчаных дрен длиной до 8 м применяется способ бурения. Таким способом были устроены опытные дрены в некоторых районах Сибири, на оз. Сиваш, в порту Ильичевск и во многих других местах. Обычно для этой цели используется буровой станок, применяемый для бурения скважин. За рубежом для устройства вертикальных песчаных дрен применяется пневматический бур, который приводится в действие от компрессора с расходом воздуха 9 м3/мин под давлением 7 ат. Схема устройства вертикальных песчаных дрен методом бурения приведена на рис. III.6.

При устройстве вертикальных песчаных дрен в засоленных илах, а также в тех случаях, когда есть опасность заиления дрены, внутрь ее помещают полиэтиленовую трубу, через которую нагнетают воду и отмывают песок от примеси соли и мелких частиц.