Тепличный ангар на винтовых сваях
Статья расскажет о выборе оптимальных конструкций винтовых свай для строительства промышленных теплиц на винтовых сваях, основанном на результатах предварительных расчетов и натурных испытаний.
Тепличный комбинат «Белогорский» в Республике Крым
Компания «ГлавФундамент» приняла участие в строительстве тепличного комбината «Белогорский» в Республике Крым.
Тепличный комплекс расположится на участке общей площадью 20 га. Его конструкция предполагает применение односвайных фундаментов, которые будут воспринимать вертикальные и горизонтальные нагрузки.
Перед специалистами отдела НИОКР компании «ГлавФундамент» стояла задача по выбору оптимальных конструкций винтовых свай для объекта по результатам их предварительных расчетов и натурных испытаний.
Инженерно-геологические условия
площадки строительства
Участок изысканий – площадка с субгоризонтальной поверхностью с уклонами 0-3 градуса – занимает надпойменную террасу реки Биюк-Карасу. В ходе инженерно-геологических изысканий до глубины 15 метров выделено пять инженерно-геологических элементов:
- суглинок коричневого цвета, полутвердый, тяжелый, песчанистый, с редким включением дресвы известняка, местами с прослоями глин;
- суглинок коричневого цвета, тугопластичный, тяжелый, песчанистый, с редким включением дресвы известняка, местами с прослоями глин;
- глина темно-серо-зеленого цвета мягко-/текучепластичная, органоминеральная, с примесью органического вещества;
- гравийный грунт (гравий, галька кварца, осадочные породы) с суглинистым, местами супесчаным заполнителем коричневого цвета, с прослоями и линзами песка мелко-/среднезернистого;
- мергель серо-зеленого цвета, полускальный, очень низкой прочности, размягчаемый.
Конструкции винтовых свай для фундамента теплицы
- лопасти малого диаметра – для крупнообломочных грунтов, среднего диаметра – для дисперсных грунтов;
- диаметр ствола – 89/108 мм;
- толщина стенки ствола – 4 мм.
Расчет несущей способности винтовых свай
численными методами и по методике СП 24.13330
Расчет выполнялся для предварительного подбора параметров и конструкции. Окончательные результаты должны быть приняты по итогам натурных испытаний.
За несущую способность вертикально нагруженной сваи принималась нагрузка, воспринимаемая ею при осадке (полной вертикальной деформации) равной 30 мм или соответствующая ступени до «срыва». За несущую способность горизонтально нагруженной сваи принималась нагрузка, воспринимаемая ею при горизонтальной деформации головы (в месте приложения нагрузки) равной 10 мм.
По результатам аналитических расчетов по методике СП 24.13330 допускаемая нагрузка на сваю составляет 6,6 тс.
При расчете методом конечных элементов (МКЭ) ствол сваи моделировался в виде стержня с жесткостью, соответствующей жесткости сечения трубы. Лопасти моделировались в виде плоской круглой плиты с толщиной соответствующей толщине лопасти. Элементы сопротивления боковым нагрузкам моделировались в виде вертикальных пластин с толщиной, соответствующей толщине «крыла».
В качестве модели материала принята идеально упругая модель Гука. Грунт моделировался с использованием упругопластической модели Кулона-Мора.
Несущая способность разных модификаций и длин многолопастной винтовой сваи (с ЭСБН / без ЭСБН) по моделированию составила:
- от 0,80 до 1,75 тонны (при действии горизонтальных нагрузок);
- от 9,0 до 22,0 тонн (при действии вертикальных нагрузок).
Натурные испытания винтовых свай
для фундамента теплицы
Испытания проводились по ГОСТ 5686 «Грунты. Методы полевых испытаний грунтов сваями», на двух характерных участках с напластованием грунтов: один участок соответствует максимальному слою насыпи, а другой – минимальному.
Натурные испытания показали, что фактическая допускаемая нагрузка на сваю в 1,7-2,6 раза выше расчетной (аналитическими методами по СП 24.13330).
Затем выполнялось сравнение с результатами натурных испытаний моделируемых свай с целью верификации расчета, которое позволило сделать вывод, что результаты моделирования показывают несколько заниженные значения (до 20 %), однако в целом сходимость очень высокая.
Фундамент без бетона для агрокомплекса
«ТюменьАгро»
Группа компаний «ГлавФундамент» приняла участие в строительстве четвертой очереди современного тепличного комплекса «ТюменьАгро» площадью порядка 20 гектаров.
Каркас теплицы будет выполнен из стальных многопролетных рам (величина пролета – 8 м), боковые и торцевые фасады, а также кровля – из специальных алюминиевых профилей с остеклением.
Геологический разрез участка строительства представлен преимущественно суглинками от тугопластичной до текучепластичной консистенции с отдельными прослоями песка. Слои глинистого грунта различной консистенции расположены неравномерно как в плане, так и по глубине, с резко изменяющимися толщинами, а также переслаиванием.
Полевые испытания и назначение винтовых свай
Первоначально под объект планировалось использовать забивные железобетонные сваи. Однако технико-экономический анализ решений с применением забивных и винтовых свай показал, что использование уникальных конструкций винтовых свай позволит добиться максимальной эффективности при реализации проекта.
Полевые статические испытания грунтов сваями, проведенные на стадии изысканий, подтвердили предварительные расчеты. По их результатам была построена математическая модель грунтового основания для дальнейшего анализа. Затем были произведены расчеты по критериям несущей способности и деформируемости.
Под объект были рекомендованы 13 типов свай, различавшихся длиной ствола, а также количеством и диаметром лопастей.
Тепличный комплекс в Курской области
Компания «ГлавФундамент» приняла участие в реализации крупного проекта – строительстве тепличного комплекса в Курской области. Заказчик строительства – ООО «Тепличный комплекс «АгроПарк».
Здание ангарно-тепличного типа расположится на территории муниципального округа «Кобыльский сельсовет» (Глушковский район). Его площадь, как указано в проекте, составит 109 060 м2.
Геологические исследования площадки строительства
Был проведен анализ геологических условий площадки строительства.
В материалах, предоставленных заказчиком, в качестве основания указывались инженерно-геологические элементы ИГЭ 2 и ИГЭ 3. Изучив их, специалисты пришли к выводу, что наиболее труднопроходимым
является второй грунтовый слой – суглинок твердый просадочный.
Это следовало учесть при назначении типоразмера винтовых свай, а также величины крутящего момента, необходимой для погружения.
Проектирование фундамента
- длина – 5 500 мм;
- диаметр ствола – 108 мм;
- толщина стенки ствола – 4 мм;
- диаметр лопастей – 400 мм;
- толщина лопастей – 6 мм.
Выбор конструкции основывался на необходимости обеспечения восприятия не только вдавливающей, но и выдергивающей нагрузки. При этом максимальная несущая способность обеспечивалась расчетами межлопастного расстояния, шага и угла наклона лопастей, а также подбором конфигурации лопастей, выполненными на основании данных о грунтовых условиях площадки строительства и о характере нагрузок.
Толщина стенки ствола и лопасти назначалась исходя по результатам расчета срока службы свай в грунте. Для уточнения правильности
подбора данного параметра была выполнена проверка соответствия остаточной толщины стенки ствола проектным нагрузкам и требованиям ГОСТ 27751 «Надежность строительных конструкций и оснований».
При условии расположения двухлопастных винтовых свай на площади 717,5 м на 152 м, с шагом 4,5 м и пролетом 8 м, их количество составило 3 737 штук, что означало сокращение общего числа относительно варианта с использованием буронабивных конструкций. Несущая способность фундамента при этом оказалась выше.
Свайно-винтовой фундамент позволял решить и другую проблему. Весной поверхность площадки строительства представляет собой метровый слой грязи, который просто не выдерживал вес буронабивной установки. Также этот вариант существенно уменьшал расходы на фундамент и сокращал время его строительства.
Расчетная нагрузка на каждую сваю составила 12,68 тонны. Проект предполагал объединение свайного поля бетонным ростверком на заключительном этапе СМР.
