Какую нагрузку выдерживают винтовые сваи

Технология Проектирование


Статья рассказывает о том, какую нагрузку выдерживают разные модификации винтовых свай, эксплуатируемые в разных грунтовых условиях.

Содержание статьи:

1. Нагрузку от строения воспринимают сваи или грунт?

2. Несущие свойства грунта

3. Параметры винтовых свай

4. Расчет несущей способности фундамента из винтовых свай


1. Нагрузку от строения воспринимают сваи или грунт?

Когда речь заходит о свайно-винтовых основаниях, мы часто сталкиваемся с выражением «несущая способность винтовой сваи». Стоит сказать, что, несмотря на свою распространенность, оно не вполне корректно.

Неважно, какое здание/сооружение запланировано к строительству, способность свай к восприятию проектных нагрузок следует определять в первую очередь по несущей способности грунтов, а уже потом – по конструктивным и геометрическим параметрам отдельных свай. При этом в ходе назначения этих параметров также будут учитываться данные о грунтовых условиях непосредственно в пятне застройки, а, кроме того, данные о нагрузках от будущего строения.

Получается, что если нет понимания, в каких грунтах будет эксплуатироваться винтовая свая, то, даже имея данные о ее конструкции и типоразмере, говорить о конкретных показателях несущей способности бессмысленно. То есть любому строительству должны предшествовать исследования грунтовых условий площадки предполагаемого строительства.

О том, какого объема исследований будет достаточно для получения всей необходимой информации, вы можете прочитать в статье «Экспресс-геология: геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов».

2. Несущие свойства грунта

Несущая способность грунта – параметр (один из основных), который определяет, выдержит ли основание нагрузку, передаваемую на него фундаментом сооружения/здания.

Данный параметр характеризуется нагрузкой (напряжением), которую основание может выдержать, когда находится в предельном состоянии. То есть нагрузкой, при малейшем увеличении которой происходит разрушение грунта (развитие площадок скольжения). Практикующие инженеры-конструкторы никогда не приближаются к этому состоянию, так как даже в пределах площадки строительства изменчивость свойств грунта достаточно высока, что не позволяет определить пограничное состояние однозначно. Более того, когда нагрузка приближается к предельному значению, деформации начинают развиваться с ускорением, так как разрушение грунта в основании (развитие площадок скольжения) происходит не мгновенно, а постепенно.

Если взглянуть на график «нагрузка-осадка», полученный в процессе нагружения фундамента, можно условно выделить три зоны, характеризующие состояние грунтового основания под нагрузкой (таблица 1).

Таблица 1 - Зоны, характеризующие состояние грунтового основания под нагрузкой

 

Состояние грунтового основания под нагрузкой

Причины

Зона 1. После начала приложения нагрузок

Деформации увеличиваются по линейному закону (с постоянной скоростью)

Грунт находится в фазе уплотнения, развитие зон пластических деформаций отсутствует

Зона 2. Поддерживается постоянная скорость нагружения

График принимает криволинейное очертание, деформации происходят с ускорением

В основании образовались и развиваются зоны пластических деформаций (площадки скольжения)

Зона 3. Увеличение нагрузок не происходит

Деформации  продолжают прирастать

Предельное равновесие нарушено, нагрузка превышает несущую способность основания

Проектируя объекты, специалисты назначают нагрузку таким образом, чтобы фундамент работал в состоянии, близком к границе между первой и второй зонами. К примеру, для назначения нагрузки для фундамента на естественном основании применяют такой параметр как «расчетное сопротивление» (таблицы 2 и 3). Это значение является той точкой на графике «нагрузка-осадка», которая лежит в пределах границы между 1 и 2 зонами.

Таблица 2 - Расчетные сопротивления песков R0

Пески

Значения, R0 кПа, в зависимости от плотности сложения песков

плотные

средней плотности

Крупные

600

500

Средней крупности

500

400

Мелкие:

маловлажные

400

300

влажные и 

насыщенные водой

300

200

Пылеватые:

маловлажные

300

250

влажные

200

150

насыщенные водой

150

100


Таблица 3 - Расчетные сопротивления глинистых (непросадочных) грунтов R0

Глинистые грунты

Коэффициент пористости, е

Значения R0, кПа, при показателе текучести грунта

I=0

I=1

Супеси

0,5

300

200

0,7

250

150

Суглинки

0,5

350

250

0,7

250

180

1,0

200

100

Глины

0,5

600

400

0,6

500

300

0,8

300

200

1,1

250

100


Чем глубже залегает грунт (при всех прочих равных условиях), тем больше его несущая способность. Это следствие давления, которое создают расположенные выше слои.

3. Параметры винтовых свай

С точки зрения характера восприятия нагрузок винтовые сваи можно условно разделить на две большие группы:

  • узколопастные, диаметр лопасти которых превосходит диаметр ствола менее чем в полтора раза;
  • широколопастные (лопастные), у которых диаметр лопасти в полтора раза и более превосходит диаметр ствола.

Узколопастные модификации воспринимают нагрузки благодаря высокой несущей способности грунтов и рассчитанному количеству витков, шагу и ширине лопасти (обеспечивает учет в полном объеме трения по боковой поверхности). Хорошо проявляют себя в особо плотных сезоннопромерзающих и вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах. Требуют обязательного выполнения расчетов на противодействие касательным силам морозного пучения из-за значительного трения по боковой поверхности ствола (подробнее «Воздействие сил морозного пучения»).

Широколопастные модификации хорошо воспринимают проектные нагрузки даже в грунтах с низкой несущей способностью благодаря:

Тем не менее, несущие свойства грунтов будут иметь решающее значение и для этой группы. К примеру, широколопастная свая с диаметром ствола 57 миллиметров и лопастью 200 миллиметров, установленная в грунт с высокой несущей способностью, может воспринять нагрузки до 5 тонн, тогда как конструкция с диаметром ствола 159 миллиметров с лопастью 500 миллиметров, установленная в слабый грунт, может держать менее 5 тонн.

По результатам исследований, проведенных специалистами компании «ГлавФундамент», был построен график зависимости несущей способности винтовой сваи от характеристик основания и конструктивных особенностей самой сваи (рисунок 1).

Из представленных зависимостей видно, что изменение интересующего параметра под влиянием характеристик грунта более значительно, чем под влиянием изменений, связанных с конструктивными особенностями сваи. Это в очередной раз подтверждает, что при выборе конструкции сваи следует в первую очередь отталкиваться от грунтовых условий площадки строительства, их изменчивости как в плане, так и по глубине. Это позволит подобрать экономически эффективную конструкцию, которая обеспечит эксплуатационную надежность в течение всего срока службы здания/сооружения.

2019-02-28_17-23-45.jpg

Рисунок 1 – График зависимости несущей способности винтовой сваи от характеристик грунта и конструктивных особенностей сваи

dS1, dS2, dS3 – условный диаметр лопасти винтовых свай (исполнение 1, 2, 3).

ds1, ds2, ds3 – условный диаметр ствола винтовых свай (исполнение 1, 2, 3).

h – глубина погружения.

e/Il – отношение пористости грунта к показателю текучести.

4. Расчет несущей способности фундамента из винтовых свай

Таким образом, расчету свайно-винтового фундамента всегда должны предшествовать инженерно-геологические изыскания на участке, которые дадут достаточно информации о физико-механических характеристиках грунтов.

Непосредственно расчет может быть выполнен аналитически или с применением математического моделирования в соответствии с действующими нормативными документами. Альтернативный способ определения несущей способности винтовых свай – по результатам полевых испытаний.



Была ли информация для Вас полезной?
45
14
6
 
Текст сообщения*
Загрузить файл или картинкуПеретащить с помощью Drag'n'drop
Перетащите файлы
Ничего не найдено
Защита от автоматических сообщений

Статьи по теме