Статьи

Долговечность металлической винтовой сваи с учетом коррозионных процессов в грунте

Одним из наиболее существенных вопросов, возникающих при применении металлических конструкций в строительстве, является вопрос сопротивления таких конструкций процессам коррозии и связанная с ним долговечность зданий и сооружений.

В настоящее время существует комплекс взаимоувязанных межгосударственных стандартов, устанавливающих общие требования, правила, нормы и методы защиты изделий, конструкций и материалов от коррозии, старения и биоповреждений на всех стадиях жизненного цикла изделий и конструкций исследование и обоснование разработки (Стандарты ЕСЗКС – Единая система защиты от коррозии и старения материалов и изделий).

Назначение ЕСЗКС – обеспечение и сохранение заданного уровня качества изделий, конструкций и материалов средствами и методами защиты от коррозии, старения и биоповреждений с учетом требований безопасности, экологии, совместимости и взаимозаменяемости, а также конкурентной способности изделий и конструкций на мировом рынке.

Помимо стандартов ЕСЗКС, требования к коррозионной стойкости устанавливаются также нормативами на отдельные виды конструкций и их частей в зависимости от действующих коррозионных факторов.

Для подземных сооружений (в т.ч. фундаментов), критериями опасности коррозии являются:

  1. коррозионная агрессивность среды ( грунтов, грунтовых и других вод) по отношению к металлу сооружения (включая биокоррозионную агрессивность грунтов );
  2. опасное действие блуждающего постоянного и переменного токов.

Исходя из этих критериев, следует, что скорость коррозии металла в грунте зависит от:

  1. pH грунта. Чем ниже pH (кислая среда), тем скорость коррозии выше.
  2. электрического сопротивления грунта. Чем выше сопротивление грунта, тем скорость коррозии медленнее.

Также необходимо учитывать наличие антикоррозионного покрытия, препятствующего коррозии.

Исследования по определению электрического сопротивления грунта с учетом возможного повышения влажности и изменения температуры проводились Американским Федеральным дорожным агентством (Federal Highway Administration – FHWA) и отражены в руководстве для инженеров транспорта (табл.1).

Representative values of soil resistivity

Электрическиесопротивлениягрунтов

Таблица 1

Soil Type

Тип грунта

Resistivity ρ(Ωm)

Сопротивление, Ом

Clay, saturated silt
Глина

100

Sandy or silty clay
Суглинок

250

Clayey sand or saturated sand
Супесь

500

Sand
Песок

1500

Gravel
Обломочный грунт

5000

Dry sand, rock
Скальный грунт

>5000


Определение pH грунтов возможно на основе исследований Американского института стали и сплавов (American Iron and Steel Institute – AISI), согласно которым значение pH грунтов составляет от 6,5 до 8.

Таким образом, зная показатели электрического сопротивления и pH грунта, возможно прогнозирование срока службы металлической винтовой сваи для заданных грунтовых условий.

Ориентировочные данные по скорости коррозии металлов в различных типах грунтов также имеются в зарубежных нормах проектирования (табл. 2).

Скорость коррозии стали в грунте

Таблица 2

Corrosion Rate, mm/yr (10-6 m/yr)

Скорость коррозии, мм/год (10-6 м/год)

Soil Type with or without groundwater (interpretation)

Тип грунта (с наличием или отсутствием грунтовых вод)

0.012 mm/yr (12∙10-6 m/yr)

Undisturbed natural soils(sand, silt, clay, schist)

Сланцевые глина, отложения, илистые (песок, структуры ненарушенной).

0.030 mm/yr (30∙10-6 μm/yr)

Undisturbed natural soils(sand, silt, clay, schist)

Грунт ненарушенной структуры (песок, илистые отложения, глина, сланцевые отложения).

0.030 mm/yr (30∙10-6 μm/yr)

Aggressive natural soils (swamp, peat, marsh)

Агрессивные грунты (торф, болото).

0.020 mm/yr (20∙10-6 μm/yr)

Non-compacted & non-aggressive fills (sand, silt, clay, schist)

Песок, илистые отложения, глина, сланцевые отложения.

0.050 mm/yr (50∙10-6 μm/yr)

Non-compacted aggressive fills (ashes, slags)

Зола, шлаки.


В качестве примера определения срока службы металлической винтовой сваи рассмотрим свайный фундамент, устраиваемый под конструкцию пола Грановитой Палаты Московского Кремля.

  1. Свая имеет защитное антикоррозионное покрытие на основе эпоксидных композиций. Покрытие сваи обладает повышенной стойкостью к почвенной коррозии. Срок службы данного покрытия согласно ЕСЗКС составляет 100 лет.
  2. Произведем расчет стали при действии коррозионных процессов.

Скорость коррозии согласно (Табл. 2) составляет для техногенных грунтов ок. 0.030 мм/год. При условии толщины стали лопасти 5 мм срок коррозии составит от 5/0.030 = 166, 66 лет.

С учетом сроков разрушения защитного покрытия расчетный срок службы сваи по скорости коррозии лопасти составляет для данного типа грунтовой обстановки не менее 200 лет.

Библиографический указатель

1. ГОСТ 9.101-2002 ЕСЗКС. Основные положения.

2. ГОСТ 9.102-91 ЕСЗКС. Воздействие биологических факторов на технические объекты. Термины и определения.

3. ГОСТ 9.103-78 ЕСЗКС. Временная противокоррозионная защита металлов и изделий. Термины и определения.

4. ГОСТ 9.306-85 ЕСЗКС. Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Обозначения.

5. ГОСТ 9.602-2005 «СООРУЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫЕ Общие требования к защите от коррозии»

6. Traffic Detector Handbook: Third Edition—Volume II. Publication No. FHWA-HRT-06-139

EN 1993-5:2007. Еврокод 3. Проектирование стальных конструкций. Часть 5. Свайные сооружения.


Конструктор сайтов
Nethouse