Последнее обновление 28.03.2024
Мост на винтовых сваях: использование винтовых свай при строительстве мостов
Статья расскажет о преимуществах строительства мостов на винтовых сваях, а также об основных принципах, которых необходимо придерживаться при проектировании и возведении таких объектов.
Содержание
Винтовые сваи широко используются в мостостроении на протяжении уже довольно длительного
времени. При этом подход к проектированию фундаментов таких объектов претерпел довольно
сильные изменения.
Во второй половине 20 века советские инженеры добивались увеличения несущей способности свай
путем увеличения длины, а также диаметра ствола и лопасти. Однако материалоемкость таких
конструкций возрастала в разы. Так, известен случай, когда в качестве фундамента моста через
Днестр были использованы сваи со следующими геометрическими параметрами:
- диаметр лопасти – 2,2 м;
- диаметр ствола – 1,02 м;
- длина сваи – 36 м.
Сейчас многие специалисты добиваются соответствия несущей способности требованиям проектной
документации не только путем увеличения длины, диаметров ствола и лопасти, но и назначением
таких параметров, как количество и конфигурация лопастей.
Тем не менее, результаты расчетов данных конструкций винтовых свай на вдавливающие,
выдергивающие и горизонтальные нагрузки аналитическими методами, базирующимися на табличных
значениях коэффициентов, демонстрируют значительные расхождения с результатами, полученными
во время полевых испытаний грунтов натурными сваями.
В связи с этим специалисты компании «ГлавФундамент» при оценке несущей способности
используют численное моделирование статических испытаний грунтов сваями: создание расчетных
схем для численного моделирования позволяет получать достоверные результаты, когда
расхождение в величине несущей способности даже для слабых грунтов не превышает 20 %.
Расчетное обоснование по выбору винтовых свай
для фундамента временного моста через реку Убин
Было выполнено математическое моделирование взаимодействия винтовой сваи с грунтом
основания. Для этого специалисты использовали геотехнические программные комплексы,
реализующие метод конечных элементов.
В результате было установлено, что наиболее эффективным решением является применение
многолопастной винтовой сваи со следующими конструктивными и геометрическими параметрами:
- диаметр лопастей – 700 мм;
- толщина лопастей – 10 мм;
- конфигурация лопастей – для грунтов полутвердой консистенции;
- диаметр ствола – 325 мм;
- толщина стенки ствола – 8 мм;
- длина сваи – 11 900 мм.
Затем специалисты ГК «ГлавФундамент» выполнили расчет по второй группе предельных состояний
(по материалу) для обоснования применения электросварной трубы в качестве сырья для
изготовления винтовых свай, запланированных к использованию в фундаменте временного моста
через реку Убин (Краснодарский край).
Методика проведения численных расчетов и
оценка несущей способности свай по материалу.
Обоснование применения электросварной трубы
Расчетная нагрузка на одну сваю в наиболее нагруженной опоре при наиболее неблагоприятном
случае нагружения и месте расположения сваи составляет 52,7 тонны.
Моделирование выполнялось в трехмерной постановке, в качестве модели материала стальной сваи
принималась линейно-упругая модель. Сварной шов моделировался снижением прочностных свойств
материала сваи к основному металлу.
Для расчета прочности и жесткости (по материалу) элементов ростверка и винтовых свай были
созданы их трехмерные модели. Жесткостные характеристики элементов назначались в
соответствии с проектной документацией. Сосредоточенная нагрузка прикладывалась как
равномерно распределенная по «пятну контакта».
Анализ результатов расчетов
Для оценки прочности стальных конструкций применена четвертая теория прочности
(Губера-Мизеса-Генки).
По результатам численного моделирования был сделан вывод, что максимальные эквивалентные
напряжения в сварном шве 50-130 МПа не превышают значение расчетного сопротивления стали
(235 МПа). Это
доказало возможность применения принятых конструкций винтовых свай из
электросварной трубы.
Перед массовым погружением специалисты компании рекомендовали провести натурные испытания
винтовых свай статической нагрузкой.
Читайте также
