Конусные сваи для фундамента

Про недостатки винтовых свай (анализ)

Запись дневника создана пользователем RNikonov, 23.02.12
Просмотров: 53.914, Комментариев: 19

Сваи делятся на висячие и сваи-стойки.

Сваи-стойки передают вес здания на прочный грунт, находящийся глубоко под фундаментом. У них сравнительно небольшая гладкая поверхность, за которую не цепляется грунт, поэтому самое важное для них — это достаточно широкое основание (оно принимает на себя 80 и больше процентов нагрузки). К такому типу относятся, прежде всего сваи ТИСЭ — это сваи с уширением в нижней части и сваи, забетонированные в обсадной трубе (это когда пробурена скважина, в нее опущена труба, внутрь которой налит бетон). Применяются. когда прямо под подошвой залегает слабый грунт.
Есть висячие сваи — эти сваи имеют развитую боковую поверхность и по всей своей длине они цепляютмя за грунт. Для них не так важна площадь острия, зато их поверхность — неровная, со множеством выступов. Самый яркий пример — буронабивные сваи, когда бетон просто заливается в скважину (иногда и под давлением). В этом случае боковые поверхности сваи обеспечивают от 60-70 процентов несущей способности. Применяются, когда вести серъезные земляные работы оказываются очень дорого (высокий уровень грунтовых вод или сравнительно толствый слой слабого грунта, под которым есть более прочный (но не настолько, чтобы удержать сваю-стойку)
Промежуточный вариант — забивные ж/б сваи. Когда их забивают, грунт под острием сваи и сбоков от нее сильно уплотняется и повышает свою несущую способность. У них работают и боковые поверхности и острие.

У винтовых свай — сравнительно небольшая гладкая боковая поверхность, да еще и находящаяся большей частью в грунте, разрыхленном шнеком сваи. То есть такая свая — является сваей-стойкой, и опирается, в основном, на лопасти шнека (винта).

Защитить шнек от коррозии — очень тяжело, так как любая окраска сотрется при вкручивании сваи. Толщина металла шнека обычно около 8 — 10 мм. Какое время нужно на его утоньшение до реальных 3 мм., после которых он просто «сложится» под нагрузкой, зависит от влажности грунта и его агрессивности к металлу. Но не думаю, чтобы больше 20-25 лет.

В принципе, нетяжелое строение — типа бани или каркасного дачного дома может удержаться и на одних стволах. Все зависит от веса здания, снеговой нагрузки в регионе, запаса по несущей способности грунта. Но я на такие эксперименты — однозначно не готов

Источник

Конусные винтовые сваи

Статья рассказывает о конусных винтовых сваях, об их разновидностях – литых и сварных.

Содержание статьи:

Среди прочих достоинств свайно-винтового фундамента часто выделяют универсальность, то есть возможность использования его практически в любом типе грунта.

Это породило неверное представление о том, что винтовая свая сама по себе, просто благодаря своей конструкции, может хорошо воспринимать проектные нагрузки, где бы ее ни установили.

Ошибочность этого утверждения доказывает большое количество разных модификаций, представленных сегодня на рынке: узко-/широколопастные, одно-/многолопастные, открытого типа / с завальцованным конусом и др. (подробнее «Классификация винтовых свай»). Геометрические параметры разных модификаций тоже отличаются: толщина стенки ствола, лопасти (подробнее «Расчет толщины стенки ствола»), длина, расстояние между лопастями, шаг и угол наклона лопастей (подробнее «Особенности расчета многолопастных модификаций»).

Все перечисленные параметры (конструктивные, геометрические) назначаются на основании данных о физико-механических свойствах грунта (подробнее «Несущая способность винтовой сваи»), данных о нагрузках от строения и в соответствии с требованиями к сроку службы фундаментной конструкции. То есть, при всей универсальности свайно-винтовой технологии, отдавая предпочтение той или иной модификации, нужно точно понимать, что она соответствует грунтам и нагрузкам.

Информацию о грунтовых условиях можно получить, только проведя исследования на участке. Отличным решением могут стать геолого-литологические изыскания и измерения коррозионной агрессивности (КАГ), адаптированные по объемам и цене под малоэтажное строительство (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»).

1. Область применение конусных винтовых свай

Конусная винтовая свая имеет конусообразный узколопастный наконечник. Принцип ее работы схож с принципом работы шурупа: острие конуса разрезает грунт, а маленькая по диаметру лопасть (превосходит диаметр ствола менее чем в 1,5 раза) упрощает погружение. В то же время именно из-за маленького диаметра она не обеспечивает надлежащее восприятие проектных нагрузок.

В связи с этим способность конусной модели к восприятию проектных нагрузок обеспечивается прежде всего:

• несущей способностью основания (в связи с этим подходит для прочных, многолетнемерзлых грунтов);
• расчетом количества витков, шага между ними, ширины лопасти, которые назначаются исходя из грунтовых условий площадки строительства, позволяя в полном объеме учитывать трение по боковой поверхности ствола при выполнении расчетов на вдавливающие, выдергивающие, горизонтальные и динамические нагрузки.

В то же время из-за значительного трения по боковой поверхности ствола для конусных модификаций обязательно нужно выполнять расчеты на противодействие касательным силам морозного пучения (подробнее «Воздействие сил морозного пучения»).

Если грунт дисперсный, а его прочность низкая или средняя, то применение конусной разновидности необоснованно: она не сможет зафиксироваться надлежащим образом, а ее несущая способность неизбежно снизится.

2. Преимущества сварного конуса перед литым

Сегодня используют литые и сварные конусные винтовые сваи.

В первом случае литой наконечник отливается полностью, то есть лопасть является его составной частью. Во втором – при изготовлении спиральная лопасть приваривается к стволу.

Литье, как правило, рассматривается в качестве более предпочтительного варианта (высокая прочность ввиду отсутствия сварных швов, возможность изготовления формы любой сложности), идеально подходящего для использования, к примеру, в прочных скальных, крупнообломочных грунтах, а также тех, в которых присутствуют природный и техногенный мусор.

Однако, этот тезис ошибочен. Во-первых, сварной шов за счет большего сечения придает большую прочность изделию, а в остальном характеристики свариваемого и отлитого в форме материалов ничем не отличаются. Во-вторых, в том, что касается сложных форм, современное оборудование позволяет обеспечить точность изготовления любых применяемых сегодня конфигураций наконечников. То есть «сварка» позволяет добиться снижения материалоемкости, трудоемкости погружения, при обеспечении необходимой несущей способности за счет учета грунтовых условий участка строительства.

Таким образом, недостатки сварных наконечников – не более, чем вымысел. Тогда как в случае с литьем необходимость изготовления форм для отливок под каждую конфигурацию как раз накладывает серьезные ограничения: для всего многообразия грунтовых условий в итоге используются один-два типоразмера винтовых свай, а это в свою очередь ведет к снижению эффективности.

Источник

Как выбрать винтовые сваи для фундамента

Как выбрать винтовые сваи для фундамента? Достаточно ли обладать общей информацией о нагрузках от будущего строения и о грунтовых условиях на участке строительства? Какие параметры свай должны назначаться индивидуально?

Содержание статьи:

Назначение практически всех параметров винтовых свай (геометрических, конструктивных) осуществляется индивидуально на стадии разработки проекта на основании целого комплекса данных, прежде всего данных о грунтах.

Основание для назначения

На основании требований к жесткости и прочности, а также исходя из грунтовых условий, в том числе данных о коррозионной агрессивности грунтов, и условий эксплуатации (подробнее «На что влияет марка стали?»).

Толщина стенки ствола сваи, мм

На основании данных о коррозионной агрессивности грунтов и в соответствии с требованиями к жесткости и прочности (подробнее «Расчет толщины стенки ствола»).

Диаметр ствола сваи, мм

На основании данных о коррозионной агрессивности грунтов и в соответствии с требованиями к жесткости, прочности и устойчивости (подробнее «Коррозия: причины и способы защиты»).

Исходя из показателей расчетной глубины промерзания и несущей способности грунтов (подробнее «Как подобрать длину свай для фундамента?»).

Диаметр лопасти, мм, количество лопастей

На основании данных о нагрузках от строения (в соответствии с требованиями к устойчивости) и о несущей способности грунтов (подробнее «Особенности расчета многолопастных винтовых свай»).

На основании данных о физико-механических свойствах грунтов: пористость, степень насыщения водой, консистенция, гранулометрический состав и т.д. (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»).

Кажется, что такой объем данных дадут только полноценные геологические изыскания, но это не так. Процедуры, разработанные и введенные в качестве обязательных компанией «ГлавФундамент», – геолого-литологические и геотехнические исследования, а также измерения коррозионной агрессивности грунтов (КАГ) – позволят получить всю необходимую информацию. Так как исследования адаптированы под ИЖС их цена не высока (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»).

1. Широколопастные и узколопастные

По ширине лопасти сваи делятся на две группы. К первой относятся узколопастные модификации, диаметр лопасти которых превосходит диаметр ствола менее чем в полтора раза. Они применяются в особо прочных сезоннопромерзающих и многолетнемерзлых (вечномерзлых) грунтах.

Небольшая ширина лопасти сводит к минимуму риск ее деформации во время погружения в грунт. Хорошая же способность к восприятию проектных нагрузок обеспечивается:

• высокой несущей способностью самих грунтов;
• расчетом таких параметров, как количество витков, шаг и ширина лопасти, которые назначаются исходя из грунтовых условий площадки строительства и позволяют в полном объеме учитывать трение по боковой поверхности ствола (подробнее в статье «Сравнительный анализ винтовых свай с литым и сварным многовитковым наконечником»).

Ко второй группе относятся широколопастные сваи, диаметр лопасти которых в полтора и более раз превосходит диаметр ствола. Имея большую площадь опирания, они хорошо проявляют себя в дисперсных грунтах, в том числе характеризующихся сравнительно невысокой несущей способностью, заторфованных грунтах, илах и водонасыщенных песках.

1.1. Классификация по конфигурации лопасти

Наряду с диаметром, обеспечивающим площадь опирания, для широколопастных свай необходимо подбирать и конфигурацию лопасти, которая делает возможной установку с минимальным нарушением структуры грунта (подробнее в материале «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»). В зависимости от конфигурации лопасти сваи делятся на модификации для грунтов:

• текучих, текучепластичных и мягкопластичных;
• тугопластичных и полутвердых;
• твердых.

Конфигурация лопасти подбирается на основании данных о физико-механических характеристиках грунтов, для получения которых достаточно провести простую процедуру – геотехнические и геолого-литологические исследования (подробнее читайте здесь «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»).

1.2. Классификация по виду лопастей

В зависимости от вида лопастей сваи подразделяются:

• Свая винтовая лопастная (CBЛ) – винтовая свая, имеющая одну или несколько лопастей и ствол со значительно меньшей по сравнению с лопастью (лопастями) площадью поперечного сечения; лопасти могут быть размещены на наконечнике и по длине ствола.
• Свая винтовая спиральная (СВС) – винтовая свая, состоящая из конусного или открытого наконечника и ствола с приваренной многовитковой спиралью (спиралями).
• Свая винтовая комбинированная (СВК) – винтовая свая, имеющая конусный или открытый наконечник с приваренной многовитковой спиралью и ствол с одной или несколькими винтовыми лопастями.

2. С литым и сварным наконечником

Наконечники свай свариваются (сварные) или отливаются целиком и навариваются на трубу (литые).

Контакт двух разнородных металлов (металла трубы и металла отливки), характерный для свай с литыми наконечниками, ведет к образованию гальванической пары, что повышает вероятность развития коррозии. Кроме того, сварка разнородных металлов – это технологически более сложный процесс, поэтому стоит обратить особое внимание и на качество сварного шва.

Также запас прочности литого наконечника несопоставимо выше запаса прочности трубы, конечно (а срок службы конструкции будет определяться по минимальному показателю), если не выбран ствол, соответствующий ему по толщине (встречается крайне редко, так как цена сваи в этом случае значительно увеличивается).

Так как формы отливок унифицированы, и изготовить литой наконечник с определенной конфигурацией лопасти невозможно, сваи со сварным наконечником и лопастью, подобранной исходя из грунтовых условий, всегда будут иметь большую несущую способность.

3. Однолопастные и многолопастные

В большинстве случаев при проектировании однолопастных свай не рекомендуется учитывать трение по боковой поверхности, так как в их работу не включается околосвайный массив грунта. Кроме того, при установке конструкций малых длин и диаметров, крайне неустойчивых к воздействию горизонтальных нагрузок, рекомендуется для обеспечения устойчивости применять элемент сопротивления боковым нагрузкам (ЭСБН) или выполнять обязательное бетонирование основания колонны.

У многолопастных свай две и более лопасти. Благодаря включению в работу околосвайного массива грунта, они одинаково хорошо воспринимают вдавливающие и выдергивающие нагрузки, демонстрируют хорошую несущую способность даже в слабых грунтах (заторфованные грунты, торфы, илы и т.д.).

Еще одно существенное преимущество этой конструкции – при достижении критической нагрузки она не «уходит в срыв», а продолжает набирать несущую способность.

В то же время достижение максимальных показателей многолопастных свай сопряжено с некоторыми сложностями, так как обеспечивается расчетом расстояния между лопастями, шага и угла наклона лопастей. Ошибки в вычислениях могут привести к возникновению «обратного эффекта»: введение второй лопасти окажется не просто бесполезным, но и ухудшит работу конструкции, вплоть до того, что многолопастная свая будет уступать в восприятии горизонтальных нагрузок даже конструкции с одной лопастью (подробнее об этом в статье «Особенности расчета многолопастных свай»).

За счет увеличения числа лопастей такие сваи воспринимают большие нагрузки при меньшем диаметре трубы. При этом жесткость ствола меньшего диаметра обеспечивается использованием толстостенного трубопроката (от 6 мм).

4. Винтовые сваи для малых и больших нагрузок

Если говорить об усредненных грунтах с достаточной несущей способностью, то к винтовым сваям для малонагруженных конструкций относят:

• однолопастные с диаметром лопасти до 500 миллиметров включительно, толщиной лопасти до 6 миллиметров включительно и толщиной стенки ствола до 4,5 миллиметра включительно;
• многолопастные с диаметром лопастей до 300 миллиметров включительно, толщиной лопасти до 5 миллиметров включительно и толщиной стенки ствола до 3,5 миллиметра включительно.

Их используют при возведении объектов ИЖС и сопоставимых по нагрузкам промышленных сооружений. При условии применения свай с аналогичными параметрами под более серьезные нагрузки и в особо прочных грунтах, необходимо для увеличения прочности по материалу использовать металлопрокат большей площади сечения.

К винтовым сваям для больших нагрузок относят конструкции:

• с одной лопастью диаметром более 400 миллиметров, толщиной лопасти более 6 миллиметров и толщиной стенки ствола более 4,5 миллиметра;
• с двумя и более лопастями диаметром более 300 миллиметров и толщиной более 5 миллиметров, толщина стенки ствола которых составляет более 3,5 миллиметра.

Их применяют при строительстве крупных гражданских и промышленных объектов.

Существует также точка зрения, что относить сваи к первой или второй группе по нагрузкам следует, исходя из диаметра ствола. Это допустимо, но только когда речь идет о широколопастных сваях больших длин и диаметров (более 6 метров и свыше 159 мм) или узколопастных сваях. В случае с узколопастными конструкциями, используемыми в особо прочных сезоннопромерзающих и многолетнемерзлых (вечномерзлых) грунтах, не меньшее значение имеет толщина металла, которая выступает дополнительным основанием для классификации.

Дополнительно

5.1. Толщина стенки ствола

По толщине стенки ствола винтовые сваи делятся на сваи малых толщин (до 3,5 мм включительно), средних толщин (свыше 3,5 миллиметра) и толстостенные (6 и более миллиметров).

Первая группа (до 3,5 мм включительно) рекомендована для строительства легких зданий и сооружений (беседки, ограждения и т.п.), которые относятся к классу ответственности III (пониженный), при условии их эксплуатации в неагрессивных грунтовых условиях.

Вторая группа (свыше 3,5 мм) применяется для строений III класса ответственности, передающих на фундамент более высокую нагрузку, а также для построек II (нормального) класса ответственности, но только на участках, представленных неагрессивными грунтами.

При строительстве в средне- и сильноагрессивных грунтах и/или при больших нагрузках (классы ответственности II (нормальный) и I (повышенный) лучше использовать толстостенные винтовые сваи.

Подбирается толщина металла на стадии разработки проекта с учетом данных о коррозионной активности грунта на участке строительства, о чем подробно рассказывается в статье «Подбор толщины стенки ствола на основании требований к сроку службы». Для уточнения правильности подбора параметров рекомендуется после выполнения расчета долговечности проверить остаточную толщину стенки ствола на соответствие проектным нагрузкам и требованиям ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

Подбор диаметра ствола также осуществляется с учетом коррозионных процессов в грунте и в соответствии с требованиями к жесткости и прочности.

5.2. Толщина лопасти

Если говорить о толщине лопасти, то сейчас в строительстве используются сваи с толщиной лопасти до 5 миллиметров включительно и 6 и более миллиметров.

Как и в случае с толщиной стенки ствола, конструкции, относящиеся к первой группе, можно использовать только при строительстве легких зданий и сооружений, временных объектов. Для долговременных построек, крупных гражданских и промышленных объектов и для агрессивных грунтовых условий рекомендованы сваи с толщиной лопасти 6 и более миллиметров.

Подбирается толщина лопасти на стадии разработки проекта с учетом данных о коррозионной активности грунта.

5.3. Марка стали

При выборе марки стали нужно учитывать агрессивность среды, характер нагрузок и условия эксплуатации. Более подробную информацию о марках стали Вы найдете в статье «Использование стали различных марок в производстве».

5.4. Покрытие

Покрытие относят к дополнительным мерам защиты винтовых свай от коррозии, так как во время установки в грунт конструкции испытывают значительное абразивное воздействие. Более эффективным является увеличение толщины металла и использование качественной стали. Но нельзя отрицать, что нанесение покрытия при условии сохранения его целостности позволяет снизить негативное воздействие на надземную часть сваи и на участок в контактной области «атмосфера – грунт».

Производители винтовых свай в основном используют следующие покрытия:

• полимерные;
• грунты-эмали по ржавчине;
• полиуретановые;
• эпоксидные;
• цинковые (полученное методом горячего или холодного цинкования).

Подробные результаты испытаний перечисленных покрытий Вы можете найти в статье «Сравнительный анализ различных типов антикоррозийного покрытия.

Источник