Толщина труб для свайного фундамента

Как правильно подобрать винтовые сваи по размеру: диаметру и длине?

Винтовые сваи – не затратный и надежный тип фундамента для строительства легковесных построек на слабых грунтах.

Чтобы фундамент исправно служил весь отведенный срок, необходимо исследовать геологию участка, найти проектные нагрузки и на основе полученных данных выбрать нужную конфигурацию опорных элементов.

Обсудим в статье размеры винтовых свай, какими они должны быть, чтобы фундамент был надежным и как правильно выбрать нужный размер.

Параметры элементов для строительства крепкого фундамента

Ассортимент металлических винтовых свай на отечественном рынке удивит начинающего строителя своим разнообразием.

Производители предлагают опорные элементы, отличающиеся между собой диаметром, длинной и массой.

От этих параметров меняется сопротивляемость фундамента нагрузкам, поэтому их обязательно нужно учитывать в предпроектных расчетах.

Под строительство легких и малоэтажных сооружений обычно используют трубы с диаметром наружного сечения в пределах 57 – 159 мм. Но для участков со сложным грунтом и для тяжеловесных построек целесообразно выбирать опоры с диаметром трубы более 200 мм.

Для почв с близким залеганием подземных источников и точкой промерзания на глубине 1,5 м подойдут сваи длиной 1,65 м, но в условиях переувлажненных грунтов высота столба может достигать 9 м. При этом толщина стен стальной трубы и лопастей должна быть равной или больше 4-5 мм.

Выбирая конструкцию, строители обращают внимание на ее массу, которая в свою очередь связана с длиной и диаметром опоры.

Зависимость между параметрами отражена в таблице:

В большинстве случаев для частного домостроения строители выбирают трубы диаметром 108 мм и не менее 2 м.

При возведении беседок, бань и гаражей можно использовать опоры с меньшими габаритами: d 76мм на 1,5 м или d 89 мм на 2,0 м.

Под некоторые типы ограждений также требуется закладка фундамента, при этом диаметр сваи может быть равным от 54 до 108 мм.

Эксперты отмечают, что лучше выбрать сваю подлиннее, потому что в случае необходимости ее гораздо проще обрезать, чем нарастить, если высота фундамента окажется недостаточной.

Зависимость размера оголовка от диаметра опоры

Типовой размер винтовой части свай имеет ширину и высоту, равные 25 см. Как правило, для оголовков используют высокопрочную сталь (09Г2С, 3СП5 и другие марки). При этом толщина конструктивного элемента должна составлять не меньше 4 мм. Зависимость между основными параметрами лопасти отражена в таблице:

Внутренний диаметр оголовка должен соответствовать размеру сечения сваи. Для различных нужд используют определенные типы оголовков, которые отличаются раскроем конуса. Для сложных грунтов используют сваи с усиленными удлиненными лопастями.

Как связана допустимая нагрузка с размером элементов свайно-винтового основания?

В задачи архитектора входит рассчитать, какую нагрузку может выдержать одна опора по отношению к их общему количеству. Самыми популярными на сегодняшний день остаются столбы с диаметром 57 – 159 мм. Нагрузки на каждый столб в зависимости от его толщины приведены в таблице:

Исходя из представленных значений можно судить о назначении элементов:

• столбы с диаметром сечения до 108 мм подходят строительства каркасных и щитовых сооружений;
• d 133 мм – для кирпичных малоэтажных домов;
• d 159 мм – для построек из пенобетона с металлическими элементами конструкции.

На несущую способность столба влияют характеристики грунта: чем слабее порода, тем меньше допустимая нагрузка.

Взаимосвязь между параметрами отражена в таблице:

Что определяет выбор диаметра сечения конструкций?

Используя опоры с большим диаметром сечения, строители обеспечивают гарантированную прочность фундамента. Но при строительстве легковесных сооружений экономически нецелесообразно переплачивать за большие габариты свай.

Поэтому, к выбору параметров необходимо подходить внимательно, учитывая ряд факторов, среди которых решающую роль играют:

• характеристики грунта на площадке;
• рельеф застраиваемого участка;
• назначение фундамента.

Взять сведения по геологии грунта собственник может из актуальной справочной документации, но получить достоверные значения можно только в результате лабораторного анализа проб почвы.

Рекомендации экспертов по выбору диаметра:

1. Геошурупы с малым сечением (57 мм) применяют для основания под такие легкие конструкции, как ограждения из сетки или деревянных штакетников.
2. Трубы d 76 мм будут устойчивыми по отношению к более тяжелым заборам, например, из профнастила, а также легковесных построек (беседок, террас).
3. Столбы диаметром 89 мм используют при строительстве сельскохозяйственных построек, бань, а также тяжелых ограждений и бруса.
4. Сваи с размером сечения от 108 мм можно выбирать при проектирование малоэтажных жилых домов, коттеджей, дач и т.д.

Как выбрать длину свай?

Длину опор выбирают с учетом необходимой высоты фундамента, которая в свою очередь складывается из следующих параметров:

• высота оголовка;
• глубина залегания твердых пород (не выше точки промерзания);
• высота цоколя;
• часть трубы, где расположено монтажное отверстие.

Таким образом, длина винтовой сваи в большей степени зависит от геологических особенностей участка. Высота цоколя тоже определяется типом почвы. Например, изменение уровня грунта с высокой степенью пучения и максимальной глубиной промерзания 1,5 м в зимний период может достигать 20 см.

На значения параметра также оказывают влияние предельные нагрузки. Так, при строительстве легких конструкций (бань, гаражей) достаточно высоты сваи, равной 2,0 м, а при возведении жилых сооружений необходимо выбирать опоры с высотой не менее 2,6 м.

Заключение

Составляя проект, выбирают параметры фундамента и придерживаются установленных значений. Только так можно добиться оптимального соотношения между качеством полученного результата и финансовыми затратами на строительство основания.

При этом расчет фундамента у неопытного застройщика может вызвать затруднения, что приведет к ошибкам и нарушениям технологии. Поэтому, собственнику, который не имеет опыта и квалификации в данной сфере, стоит доверить проектные расчеты профессионалам. Любые отклонения в процессе строительства должны быть согласованы с инженерами, которые проводили расчеты.

Источник

Подбор толщины стенки винтовой сваи на основании требований к сроку службы (долговечности)

В статье мы рассмотрим необходимость подбора толщины стенки винтовой сваи исходя из требований к сроку службы (долговечности), а также некоторые факторы, влияющие на назначение данного параметра.

Содержание статьи:

В вопросах выбора толщины металлопроката винтовых свай до сих пор нет единства ни среди производителей, ни среди потребителей продукции. Можно выделить два основных подхода к этой проблеме, которые по сути диаметрально противоположны:

Чтобы обеспечить нормативный срок службы строения, при изготовлении опор всегда следует закладывать максимальную толщину металла, которая возможна.

Чтобы обеспечить нормативный срок службы строения, не стоит делать акцент на толщине металлопроката, так как защита металлоконструкций от коррозии в первую очередь обеспечивается применением покрытия.

1. Использование модификаций с максимальной толщиной стенки

Так, по Н.С. Метелюку «ствол сваи должен быть изготовлен из бесшовной горячекатаной стальной трубы с толщиной стенки ствола винтовой сваи 10-14 мм». Эта мысль якобы подкрепляется и положениями IBС, в которых содержатся упоминания, что толщина стенки должна начинаться от 9,5 мм (пункт 1810.3.5.3.1 IBС-2009).

Более того, сторонники такого подхода идут дальше и настаивают, что в отдельных грунтах скорость коррозии стали (при отсутствии защитного покрытия или при его повреждении при завинчивании) может и вовсе достигать 0,2-0,5 мм в год. В результате ими делается вывод о том, что сваи из трубы 3,5-4 мм по международным строительным нормам (IBС-2009) вообще не подходят для строительства фундаментов постоянных сооружений, а вместо них рекомендуется использовать только трубу не менее 9-10 мм.

Отвечая на приведенные доводы, стоит отметить, что в указанной работе Н.С. Метелюка речь идет не о тех сваях, которые должны производиться, а тех, которые выпускались в СССР в 1977 году, когда они использовались исключительно на промышленных объектах, характеризующихся значительными нагрузками.

Кроме того, пункт 1810.3.5.3.1 IBС-2009 никакого отношения к винтовым сваям не имеет. Это подтверждает оригинальный текст документа: «1810.3.5.3.1 H-piles. Sections of H-piles shall comply with the following:

The flange projections shall not exceed 14 times the minimum thickness of metal in either the flange or the web and the flange widths shall not be less than 80 percent of the depth of the section.

The nominal depth in the direction of the web shall not be less than 8 inches (203 mm).

Flanges and web shall have a minimum nominal thickness of ⅜ inch (9.5 mm)».

Упоминаемые здесь H-piles – это забивные конструкции, имеющие форму двутавра. Стоит отметить, что они рассчитаны на восприятие не только проектных нагрузок, но и нагрузок, возникающих в процессе технологического погружения опор, то есть их забивки.

К винтовым же сваям (hеliсal piles) относится пункт 1810.3.5.3.3. Приводим оригинальный текст:

«1810.3.5.3.3 Hеliсal piles. Dimensions of the central shaft and the numbеr, size and thickness оf hеliсal bearing platеs shall bе sufficient tо support the dеsign lоads».

Здесь указано, что размер центрального ствола, толщина лопастей и т.п. не регламентируются и зависят от «dеsign lоads» – проектных нагрузок.

Таким образом, никаких ограничений на использование винтовых опор со стенкой менее какого-либо определенного значения в IBС-2009 не содержится, а есть лишь указание, что все параметры «должны обеспечивать восприятие проектных нагрузок». В российском СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» толщина трубы также не нормируется.

Что касается ржавления металла, говорить о том, что скорость коррозии всегда составляет 0,2-0,5 мм в год – некорректно, так как она, во-первых, нелинейна, а во-вторых, существенно различается для разных грунтовых условий (от 0,3 мм за 25 лет для природных ненарушенных грунтов до 0,5 мм за 5 лет для неуплотненных и агрессивных насыпных грунтов).

К примеру, английские исследователи Е. Прентис и Л. Уайт в своей работе «Подводка фундаментов под существующие здания» отмечают, что металлическая оболочка сваи остается неповрежденной до тех пор, пока она соприкасается с грунтом. Одним из возможных объяснений этого явления может служить то обстоятельство, что поверхность оболочки каждой такой сваи вследствие наличия в грунте кислорода несколько ржавеет, причем этот образующийся слой ржавчины благодаря соприкосновению с землей удерживается на месте, не позволяя обнажиться следующему слою, который мог бы оказаться подверженным коррозии. Иными словами, благодаря образованию некоторого налета ржавчины труба оказывается защищенной этим слоем от дальнейшего ржавления. Они также приводят в качестве примера тот факт, что в соответствии с нью-йоркскими строительными нормами при использовании набивных свай в стальных оболочках под новое строительство внутреннюю арматуру не применяют, а из эффективной площади сечения трубы при расчетах исключают наружное кольцо толщиной в 1,5 мм. Подразумевается, что остальное сечение трубы коррозионному разрушению подвергаться не будет.

На разницу протекания коррозионных процессов в различных грунтах указывает и Британский стандарт BS 8004 «Фундаменты» (пункт 10.3.5). Так, в соответствии с данным документом остаточная толщина стальных опор, устанавливаемых в ненарушенные грунты, «остается в пределах допустимых значений даже после многих десятилетий эксплуатации», так как скорость коррозии в этих грунтах не превышает 1-2 мм за 100 лет. В то же время в нарушенных грунтах «использование окислительно-восстановительного потенциала, удельного сопротивления грунта и значений рН может иметь определенное значение для прогнозирования скоростей коррозии». Однако даже в этом случае толщину металла следует подбирать индивидуально, ориентируясь на степень агрессивности нарушенных грунтов (подробнее в статье «Коррозия: причины и способы защиты»).

2. Использование тонкостенных винтовых свай с защитным покрытием

Рассматривая эту точку зрения, не следует забывать об особенностях монтажа и эксплуатации свайно-винтовых фундаментов.

В процессе установки свая, вне зависимости от типа грунта, в который она погружается, испытывает значительное абразивное воздействие. Следовательно, высока вероятность того, что любое покрытие, даже наиболее качественное и дорогое (полимерное или полученное методом горячего цинкования), получит повреждения во время монтажа (подробнее в статье «Сравнительный анализ различных типов антикоррозийного покрытия»).

Именно поэтому в зарубежных нормативных документах значения потерь толщины металла в различных грунтах указываются без учета покрытия.

Таким образом, пренебрегать толщиной металла, полагаясь на защитные свойства покрытия, нецелесообразно.

3. Подбор толщины стенки ствола винтовой сваи

Анализ существующих подходов позволяет сделать вывод, что подбор трубы должен осуществляться индивидуально на стадии разработки проекта фундамента и учитывать как данные о нагрузках (требования к жесткости и прочности), так и данные о грунтовых условиях.

Учет нагрузок в данном случае обеспечивается расчетами минимальной остаточной толщины стенки ствола. Не стоит полагать, что опора придет в негодность лишь тогда, когда под действием коррозии разрушится весь металл. Для любого сооружения существует минимальная остаточная толщина стенки, при которой свая сохраняет способность к восприятию проектных нагрузок.

Учет грунтовых условий обеспечивается в первую очередь выполнением измерений коррозионной агрессивности грунтов, которые позволяют сделать вывод о степени агрессивности грунтовых условий. Выполняя непосредственные измерения удельного электрического сопротивления грунта на площадке строительства, можно оценить скорость коррозии для любой марки стали.

Источник