Подбор толщины стенки винтовой сваи на основании требований к сроку службы

Нормативный срок службы фундамента из винтовых свай, как правило, обеспечивается одним из следующих способов:

Такой подход, по всей видимости, основывается как на положениях IBС (International Building Соdе – международный строительный кодекс, разработанный Международным советом по нормам и принятый для использования в качестве стандарта для большинства юрисдикций в США), так и на данных, содержащихся в отечественной справочной и научной литературе по строительству.

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 этого подхода идут дальше и настаивают, что в отдельных грунтах скорость коррозии стали (при отсутствии защитного покрытия или при его повреждении при завинчивании) может достигать 0,2-0,5 мм в год. И делают вывод, что сваи из трубы 3,5-4 мм по международным строительным нормам (IBС-2009) вообще не подходят для строительства фундаментов постоянных сооружений, предлагая использовать трубу не менее 9-10 мм.

В действительности в указанной работе Н.С. Метелюка речь идет не о тех сваях, которые должны производиться, а о тех, которые выпускались в СССР в 1977 году. Тогда их устанавливали исключительно на промышленных объектах, характеризующихся значительными нагрузками.

Пункт 1810.3.5.3.1 IBС-2009 вообще не имеет никакого отношения к винтовым сваям. Это подтверждает оригинальный текст документа:

К винтовым же сваям (hеliсal piles) относится пункт 1810.3.5.3.3:

Здесь указано, что размер центрального ствола, толщина лопастей и т.п. не регламентируются и зависят от «dеsign lоads» – проектных нагрузок.То есть никаких ограничений на толщину стенки трубы IBС-2009 не налагает, но указывает, что все параметры «должны обеспечивать восприятие проектных нагрузок». Российский СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» толщину трубы также не нормирует.

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, что поверхность оболочки каждой такой сваи вследствие наличия в грунте кислорода частично ржавеет. Благодаря соприкосновению с землей ржавчина остается на месте, не позволяя обнажиться следующему слою и защищая трубу.

Исследователи также приводят пример: 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 разных грунтах указывает и Британский стандарт BS 8004 «Фундаменты» (пункт 10.3.5).

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.

Второй подход не менее радикален. Его сторонники предлагают использовать тонкостенные винтовые сваи, а в вопросах защиты от коррозии полностью положиться на покрытие.

Однако во время установки свая, независимо от типа грунта, в который она погружается, испытывает значительное абразивное воздействие. Высока вероятность того, что любое покрытие, даже наиболее качественное и дорогое (полимерное или полученное методом горячего цинкования), получит повреждения при монтаже. Поэтому в зарубежных нормативных документах значения потерь толщины металла в разных грунтах указываются без учета покрытия.

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 прежде всего измерениями

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.