Несущая способность винтовой сваи

Технология Проектирование


Время чтения: 8 минут Интересно, но нет времени читать?

Статья расскажет об основных факторах, которые влияют на несущую способность винтовой сваи.

В первую очередь следует сказать, что формулировка «несущая способность винтовой сваи» не вполне корректна.

Дело в том, что независимо от типа сооружения, способность свай к восприятию проектных нагрузок будет определяться в первую очередь несущей способностью грунтов, и только потом – конструктивными и геометрическими параметрами конкретных свай, которые также в обязательном порядке будут назначаться с учетом нагрузок и данных о грунтовых условиях конкретной площадки строительства.

Таким образом, говорить о несущей способности винтовых свай любых конструкций и типоразмеров бессмысленно, если нет понимания, в какие грунты они будут впоследствии установлены. Но какого объема исследований будет достаточно для получения всей необходимой информации? Подробнее – в статье «Экспресс-геология (геолого-литологические и геотехнические исследования площадки строительства) и измерения коррозионной агрессивности грунтов».

Несущие свойства грунта

Несущая способность грунта – один из основных параметров, определяющих, сможет ли основание выдержать нагрузку, передаваемую на него фундаментом здания.

Несущая способность грунта характеризуется нагрузкой (напряжением), которую основание выдерживает, находясь в предельном состоянии. То есть при малейшем ее увеличении происходит разрушение грунта (развитие площадок скольжения). В практике проектирования никогда не приближаются к этому состоянию, так как изменчивость свойств грунта, даже в пределах площадки, довольно высока и однозначно определить это пограничное состояние нельзя. Тем более, по мере приближения нагрузки к предельному значению деформации развиваются с ускорением, так как разрушение грунта в основании (развитие площадок скольжения) происходит не мгновенно, а постепенно. 

На графике «нагрузка-осадка», полученном при нагружении фундамента, можно условно выделить три зоны, которые характеризуют состояние грунтового основания под нагрузкой. После начала приложения нагрузок деформации увеличиваются по линейному закону, то есть с постоянной скоростью, потому что грунт находится в фазе уплотнения и развитие зон пластических деформаций отсутствует. Затем график принимает криволинейное очертание, то есть при постоянной скорости нагружения деформации происходят с ускорением. Это означает, что в основании образовались и развиваются зоны пластических деформаций (площадки скольжения). Третья зона – когда приращение деформаций происходит без увеличения нагрузок. Это означает, что предельное равновесие нарушено и нагрузка превышает несущую способность основания. 

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


Наименование

Показатель текучести, JL 

Коэффициент пористости, е

Расчетное сопротивление R, кг/см2 

Глина тугопластичная

0,25 < JL< 0,5

0,70

0,85

3,6

3,0

Суглинок тугопластичный

0,25 < JL< 0,5

0,70

0,85

2,3

1,6

Супесь пластичная

0 < JL< 0,25

0,60

0,70

2,0

1,7

Глина мягкопластичная

0,5 < JL< 0,75

0,70

0,85

1,00

2,4

1,9

1,5

Суглинок мягкопластичный

0,5 < JL< 0,75

0,70

0,85

1,00

1,5

1,8

0,9

Супесь мягкопластичная

0,5 < JL< 0,75

0,70

0,85

1,1

0,8

Песок крупный

0,50

0,60

2,0

1,5

Песок средней крупности

0,50

0,60

1,8

1,4

Песок мелкий

0,50

0,60

0,70

1,9

1,3

0,8

Песок пылеватый, маловлажный и влажный

0,50

0,60

0,70

1,7

1,4

0,8

Песок пылеватый, насыщенный водой

0,50

0,60

0,70

1,5

1,2

0,7


Таблица 1 – Осредненное расчетное сопротивление грунтов

Несущая способность грунта, при всех прочих равных условиях, растет по мере увеличения глубины его залегания, вследствие создаваемого давления вышерасположенного грунта. 

Параметры винтовых свай

С точки зрения характера восприятия нагрузок винтовые сваи можно 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;

  • рассчитанному количеству витков, шагу и ширине лопасти, позволяющему в полном объеме учитывать трение по боковой поверхности ствола.

В результате такие конструкции хорошо проявляют себя в грунтах, обладающих высокой несущей способностью (особо плотных сезоннопромерзающих и вечномерзлых (многолетнемерзлых).

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

Широколопастные модификации хорошо воспринимают проектные нагрузки даже при установке в грунты, характеризующиеся низкой несущей способностью, что возможно 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 10 тонн, тогда как конструкция с диаметром ствола 159 миллиметров с лопастью 500 миллиметров, установленная в слабый грунт, может держать всего 1 тонну.

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.

Расчет несущей способности фундамента из винтовых свай

Таким образом, прежде чем приступить к расчету фундамента из винтовых свай, определению их конкретных конструктивных и геометрических параметров, необходимо провести геологические изыскания на участке. 

После этого Вы можете воспользоваться максимально подробной схемой расчета фундамента из винтовых свай, которую разместили в статье «Расчет свайного фундамента». 



Была ли информация для Вас полезной?
0
2
0

Статьи по теме