Статьи

Подписаться на RSS

Популярные теги Все теги

Расчет несущей способности винтового фундамента

Кто хоть раз занимался строительством дома с нуля, тот знает, что практически треть бюджета строительства придётся потратить на закладку фундамента. Однако сегодня можно прибегнуть к свайно-винтовому фундаменту, закладка которого обойдётся в разы дешевле, а сами работы займут не более нескольких дней. Кроме того винтовую сваю можно установить даже в холодное время года и на сложном грунте.

Что же касается устойчивости свайно-винтового фундамента, то тут дела обстоят тоже хорошо. Остановив свой выбор на винтовых сваях, будьте уверены, что такой фундамент простоит долгие-долгие годы.

Прежде чем начинать строительство коттеджа или дачи стоит обратиться к специалистам для проведения доскональных расчётов.

Такие услуги оказывает и наша компания “ВИНТТЕРРА”. У нас вы можете получить подробный расчёт несущей способности фундамента на винтовых сваях с учётом множества различных факторов. Кроме того компания “ВИНТТЕРРА” занимается производством винтовых сваи с литым наконечником, которые отличаются от изделий сторонних производителей более высоким качеством и отличной несущей способностью!

Например, на одной из недавних выставок мы проводили испытания 108-ой сваи. В тестовых условиях на винтовую сваю было оказано давление в 50 тонн. Под нагрузкой, превышающей в несколько раз допустимую, 108-ая свая не деформировалась, а единственный сварной шов между литым наконечником и трубой изделия не изменился! Хотя при проектировании фундамента, за основу используются показатели несущей способности от 4 до 7 тонн!

Несущая способность винтовой сваи во многом зависит не только от качества материалов из которых она изготовлена, но и от типа грунта, где её планируется установить. Например, если закладка фундамента осуществляется в заболоченной местности или в условиях глубокого промерзания грунта, то максимальная несущая способность винтового фундамента рассчитывается на 10-20% ниже нормы. Не стоит забывать и про климатические условия в месте будущего строительства, так как резкие перепады температуры, возможность затопления и обильное выпадение снежных осадков тоже вносят свои коррективы в определение нагрузки на свайно-винтовой фундамент.

Пожалуй, самым простым способом для точного определения максимальной несущей способности фундамента является пробное завинчивание. На месте будущего строительства производится монтаж одной-единственной сваи, по результатам которого специалисты могут очень точно рассчитать допустимую нагрузку. А при наличии геологических исследований грунта, специалисты компании «ВИНТТЕРРА», произведут точный расчет несущей способности прямо в офисе.

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.


История Винтовых свай

Впервые такой фундамент был применен при строительстве маяка в Мэплин Сэндс на обводненных грунтах морского дна в устье р. Темзы в 1838 г. Автором идеи использования сваи в виде винта был ирландский инженер Александр Митчелл (1780—1868), который в 1848 году был избран членом Института гражданских инженеров (ICE) и получил медаль Телфорда за это изобретение. В советской строительной науке в начале 20 в. инженер Владислав Карлович Дмоховский (1877—1952) проводил исследования в области свайных оснований (теория конических свай). Он доказал, что винтовые сваи имеют большое преимущество в применении перед забивными при необходимости устройства фундамента в условиях вечной мерзлоты, или при работе со слабыми и обводненными грунтами. В настоящее время винтовые сваи широко используются для любых типов зданий и сооружений, что обусловлено высокой скоростью установки, отсутствием вибраций при погружении и возможностью проводить работы в зимнее время.

В последнее время находят широкое применение также винтовые сваи с увеличенной несущей способностью, а также двухлопастные винтовые сваи. Как показали исследования, оба типа этих винтовых свай обладают большими несущими способностями и способны выдерживать большие нагрузки на сжатие и выдергивание, что приводит также к уменьшению материалоемкости, а значит, и к экономии на самом фундаменте. Некоторые производители применяют при производстве винтовых свай НКТ трубы с толщиной стенки 6.5 мм (при стандартных 4 мм). Поскольку НКТ трубы отливаются из стали, они бесшовные и цельнотянутые. За счет более высоких характеристик по прочности и деформируемости, их применяют под более обширный перечень строений и сооружений, по сравнению с аналогичными сваями, выполненными из обычной стали.

Обязательно бетонируем ствол сваи

 Все погруженные сваи обязательно бетонируют. Заполнение производится путем заливания внутрь ствола сваи пескоцементного раствора. В зимнее время в раствор добавляют антиморозные присадки. Заполнение сваи позволяет запломбировать ее внутреннюю полость и как следствие предотвратит коррозию. Заполнение сваи также позволяет увеличить сопротивление при горизонтальных смещениях почвы. Опасность не бетонирования сваи состоит в том, что ствол сваи может заполниться водой, а в отрицательные температуры вода замерзнет и разорвет сваю изнутри.

Бетонирование винтовой сваи снаружи, категорически запрещено!

Варианты обвязки винтовых свай

Качество и надежность готового винтового фундамента зависит от различных этапов, не маловажным является этап обвязки фундамента.

Это делается для того, чтобы сваи соответствовали четкой разметке и сохраняли своё положение, вот зачем необходима обвязка.

Обвязка винтовых сваи может выполняться из деревянного бруса, металлического швеллера и армированного бетона.

Всё зависит от того, что вы собираетесь строить.

Винтовой фундамент зимой

Винтовые сваи изначально использовались в России для установки фундаментов в уcловиях вечной мерзлоты. Объяснением тому является универсальность свай - их можно использовать как летом, так и зимой с минимальными потерями. В качестве опоры для ЛЭП, например, на севере используют именно винтовые сваи.

Технология возведения винтового фундамента зимой практически не отличается от таковой летом. Пройдя слой замерзшей почвы, лопасть сваи погружается в грунт ниже глубины промерзания, после чего свая сразу же готова принять полную нагрузку.

В условиях низкой температуры воздуха и короткого светового дня особенно полезно такое преимущество винтового фундамента, как скорость установки.

Для строительства сооружений на воде, например, причалов, зимний период является оптимальным, поскольку позволяет использовать лед в качестве опоры и завинчивать сваи обычным способом.

Основные отличия винтовой сваи с литым наконечником от сварного варианта.

При выборе винтовых свай необходимо учитывать, что качество наконечников играет основополагающую роль в прочности фундамента, а значит, и в надежности всей конструкции в целом.

Точность и надежность установки напрямую зависит от способа изготовления наконечника.

Низкая стоимость наконечника напрямую говорит о его невысоком качестве. 

В отличие от сварного варианта, литой наконечник представляет собой точную, геометрически правильную фигуру, что исключает возможные погрешности в работе – отрыв лопастей или неточность ввинчивания.

Благодаря идеальной толщине стенки лопасти и высокому качеству материала , из которой изготовлены винтовые наконечники, такие сваи без опаски ввинчиваются на объекте в грунт с содержанием строительного мусора. Винтовые сваи с литым наконечником, исключают скрытые дефекты, возникающие в процессе эксплуатации, когда под действием нагрузки или коррозии лопасть отламывается от ствола сваи, тем самым теряется свойство опорного элемента и сооружение или здание начинает давать усадку, это может случится за какие то  4-6 лет после установки.

Конструктор сайтов
Nethouse