Металлические сваи допускают забивку сквозь плотный гравий, которая была бы затруднительна даже с помощью подмыва как для деревянных, так и для железобетонных забивных свай. Вследствие уменьшенного поперечного сечения двутавровые стальные сваи вызывают меньшее уплотнение грунта, а при забивке в связные группы — меньшее выпучивание. Сравнительно малое рабочее сечение и незначительное объемное смещение обусловливают приспособленность стальных свай к глубокой забивке, а следовательно, и передаче нагрузки на более низко расположенные напластования. В особенности они пригодны для передачи фундаментной нагрузки на скалу.
Для подобных целей, например, были использованы стальные сваи под пристройку здания Страховой компании Джон Хэнкок района Бак-Бей в Бостоне. Сваи длиной около 36 м поддерживают железобетонную плиту толщиной 3 м, на которой покоится стальная каркасная конструкция 26 этажей.
Семью годами позднее на подобном же фундаменте было возведено здание Страхового общества Эквитебль в Сан-Франциско, где было забито до скалы свыше 400. стальных свай двутаврового прокатного профиля длиной около 40 м. Это крупное сооружение состоит из основного корпуса высотой в 15 этажей с десятиэтажной надстройкой высотного типа. Все здание в целом представляет собой превосходный образец противосейсмической конструкции.
При полной заделке в сравнительно непроницаемый грунт стальные сваи можно считать долговечными. При выступании же их над поверхностью земли не исключена вероятность ржавления открытой части, а также на некоторую глубину от поверхности. Во избежание такой опасности стальные сваи подлежат обетонированию или покрытию каменноугольной смолой на расстояние от 15 см выше поверхности и до 60 см и более — ниже ее. Если грунты или грунтовые воды агрессивны, то подобная защита подлежит распространению на еще большую глубину. Если в непосредственной близости замечены угольные включения, солончаковые почвы, шлаковые и зольные отвал в сравнительно недавнего происхождения или промышленные отходы, необходимо соответствующее обследование и анализы грунтов.
Сваи из металлических труб с открытыми концами обычно имеют диаметр от 250 до 400 мм при толщине стенок от 6 до 12 мм, хотя иногда применяются трубы диаметром 300 мм с толщиной стенок 22 мм. При общепринятой забивке с помощью копра (за исключением случаев работы в стесненных условиях) подобные сваи погружаются секциями длиной примерно по 6 м. Сваи этого типа нормально забиваются до коренных пород, а несущая способность их достигает 150 т. Сваи с открытыми концами имеют еще и то преимущество, что позволяют проверить качество породы, до которой они доведены.
Заглубление этих свай доходит до 45 м. После окончания забивки сваи грунт из трубы выталкивается наружу с помощью сжатого воздуха, после чего труба заполняется бетоном. При ограниченных габаритах, не позволяющих производить забивку свай полной длины, прибегают к погружению коротких отрезков труб с помощью домкратов. В отношении малой площади поперечного сечения преимущества металлических трубчатых свай те же, что и металлических свай двутаврового сечения, но в данном случае, кроме того, грунт получает возможность входить в трубу во время забивки.
Составные сваи существуют двух типов. В обоих типах верхняя часть представляет собой бетонную сваю, а нижняя состоит либо из дерева, либо из стали. Наиболее употребительна комбинация дерева и бетона. Деревянная часть применяется только ниже постоянного уровня грунтовых вод. Соединение между бетоном и деревом обычно осуществляется путем образования шипа на верхнем конце деревянной сваи, который входит в вышележащий бетон. Верхняя часть обычно бетонируется на месте, но может быть и готовой. В первом случае защитное кольцо с уплотнением предохраняет полость оболочки от поступления грунта или воды до бетонирования. После использования сердечника в качестве временной насадки, сопровождающей забиваемую деревянную сваю, он извлекается и оболочка заполняется бетоном в том же порядке, как и при цельнонабив-ной свае. Преимущество подобной комбинации состоит в сравнительно низкой стоимости деревянной сваи и отсутствии необходимости в глубокой выемке грунта, связанной в свою очередь с необходимостью крепления и водоотлива, что потребовалось бы при расположении среза сваи ниже постоянного уровня грунтовой воды.
Комбинация стали и бетона, применяемая реже, включает стальную трубу или двутавровый профиль ниже уровня грунтовой воды.
Выбор надлежащего оборудования для забивки свай представляет собой задачу чрезвычайной важности в отношении типа и веса копрового молотка или бабы и числа его ударов. Такой выбор производится только инженером-специалистом, знакомым с грунтовыми условиями и вероятными нагрузками на сваи. Забивка свай при помощи несоответствующего своему назначению оборудования может серьезно ослабить их несущую способность.
Паровой молот простого действия представляет собой груз свободного падения с давлением пара, прилагаемым к нижней стороне поршня для подъема бабы. Баба парового молота двойного действия поднимается с помощью пара, но по достижении ею крайнего верхнего положения пар переключается к верхней стороне поршня и давление его, присоединяясь к весу бабы, увеличивает силу забивки.
Иногда сваи погружаются с помощью гидравлических домкратов. Будучи помещенными над головой короткой сваи с упором на вышележащую конструкцию здания или иное временное устройство, они заставляют ее опускаться. Этот метод был с успехом применен при погружении стальных цилиндрических свай пристани на реке Гудзон в Нью-Йорке. По мере возведения вышележащей конструкции добавлялись короткие отрезки, также загоняемые в грунт домкратами.
Часто, когда необходима проходка слоя песка или гравия, особенно когда он не используется для восприятия нагрузки, применяют подмыв с помощью водяной струи. Нормально это осуществляется в сочетании с механической бойкой, но иногда подмыв используется и самостоятельно. В последнем случае результаты проверяются испытаниями нагружением. При всех обстоятельствах подмывом следует пользоваться с осторожностью. Если сваи воспринимают нагрузки за счет поверхностного трения, их несущая способность зависит от осадки грунта вокруг сваи, но этому может помешать подмыв. При этом существует также опасность ослабления смежных свай, в особенности в илистых песках. При наличии каких бы то ни было сомнений в отношении несущей способности свай, забитых с помощью подмыва, необходима проверка несущей способности посредством дополнительных ударов бабы или испытание нагружением после каждых 8 м проходки. При забивке свай материал грунта либо уплотняется, либо раздается в стороны.
Вибрация, вызываемая забивкой, уплотняет несвязные зернистые грунты выше и ниже уровня грунтовых вод. У подобных грунтов поверхность их после забивки сваи может либо опуститься, либо подняться. Мелкий рыхлый песок вследствие вибрации под действием забивки уплотняется в такой степени, что это может служить причиной осадки соседних конструкций. Сравнительно сухая глина или прочие связные грунты, как правило, уплотняются при забивке свай. Насыщенные водой глины в течение короткого периода забивки свай практически несжимаемы, поскольку поры между частицами имеют вид капилляров, а для выжимания из них воды под давлением необходимо значительное время. Следовательно, может происходить направленное вверх смещение, способное вызывать серьезное пучение под близлежащими фундаментами.
Если при забивке свая прорезает пластичную глину или ил по направлению к более устойчивому грунту, то важно достаточное проникновение сваи в него; забивка часто должна продолжаться даже после достижения надлежащего сопротивления. Сжатие грунта, обусловленное забивкой, может быть причиной такого поднятия уже забитых ранее свай, при котором последние перестают правильно работать. Если этого можно опасаться, необходима проверка отметок всех свайных голов после окончания каждого куста. Набивные сваи без оболочек могут подвергаться серьезным повреждениям от соседней бойки свай. Составные сваи могут работать на растяжение или изгиб порознь, если обе части их не соединены достаточно прочно.