Подбор толщины стенки винтовой сваи на основании требований к сроку службы (долговечности)

Технология Гарантия Проектирование Гражданское строительство Промышленное строительство


Время чтения: 10 минут Интересно, но нет времени читать?

В статье мы рассмотрим необходимость подбора толщины стенки винтовой сваи исходя из требований к сроку службы (долговечности), а также некоторые факторы, влияющие на назначение данного параметра.

В вопросах выбора толщины металлопроката винтовых свай до сих пор нет единства ни среди производителей, ни среди потребителей продукции. На сегодняшний день можно выделить два основных подхода к этой проблеме, которые по сути своей являются диаметрально противоположными:

  1. Чтобы обеспечить нормативный срок службы строения, при изготовлении свай всегда следует закладывать максимально возможную толщину металла.

  2. Стремясь обеспечить нормативный срок службы строения, не стоит делать акцент на толщине металлопроката, так как защита свай от коррозии в первую очередь обеспечивается применением покрытия.

Использование винтовых свай с максимальной толщиной стенки

Первая точка зрения, 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 некоторых 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» [1; 29]. Эта мысль, по мнению приверженцев данной точки зрения, подкрепляется и положениями IBС [4; 407], в которых содержатся упоминания, что толщина стенки должна начинаться от 9,5 мм (пункт 1810.3.5.3.1 IBС-2009). 

Более того, сторонники использования винтовых свай с максимальной толщиной стенки идут дальше и настаивают, что в отдельных грунтах скорость коррозии стали (при отсутствии защитного покрытия или при его повреждении при завинчивании) может и вовсе достигать 0,2-0,5 мм в год. В результате ими делается вывод о том, что сваи с толщиной стенки ствола (трубы) 3,5-4 мм по международным строительным нормам (IBС-2009) вообще не подходят для строительства фундаментов постоянных сооружений, а вместо них рекомендуется использовать только стенку не менее 9-10 мм. 

Отвечая на приведенные доводы, стоит отметить, что в указанной работе Н.С. Метелюка речь идет не о том, какие сваи должны производиться, а о том, какие сваи выпускались в СССР в 1977 году, когда они использовались исключительно на промышленных объектах, характеризующихся значительными нагрузками. 

Кроме того, пункт 1810.3.5.3.1 IBС-2009 никакого отношения к винтовым сваям не имеет. Это подтверждает оригинальный текст документа: «1810.3.5.3.1 H-piles. Sections of H-piles shall comply with the following: 

  1. The flange projections shall not exceed 14 times the minimum thickness of metal in either the flange or the web and the flange widths shall not be less than 80 percent of the depth of the section. 

  2. The nominal depth in the direction of the web shall not be less than 8 inches (203 mm). 

  3. Flanges and web shall have a minimum nominal thickness of ⅜ inch (9.5 mm)» [4; 407]. 

Упоминаемые здесь H-piles – это забивные сваи, имеющие форму двутавра. Стоит отметить, что данный тип свай рассчитан на восприятие не только проектных нагрузок, но и нагрузок, возникающих в процессе технологического погружения опор, то есть их забивки. 

К винтовым же сваям (hеliсal piles) относится пункт 1810.3.5.3.3. Приводим оригинальный текст: 

«1810.3.5.3.3 Hеliсal piles. Dimensions of the central shaft and the numbеr, size and thickness оf hеliсal bearing platеs shall bе sufficient tо support the dеsign lоads» [4; 408]. 

Здесь указано, что размер центрального ствола, толщина лопастей и т.п. не регламентируются и зависят от «dеsign lоads» – проектных нагрузок.

Таким образом, никакого запрета на использование винтовых свай с толщиной стенки менее какого-либо определенного значения в IBС-2009 не содержится, а есть лишь указание, что все параметры «должны обеспечивать восприятие проектных нагрузок» [4; 408]. В российском СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» толщина стенки ствола винтовой сваи также не нормируется [2; 25].

Что касается ржавления металла , говорить о том, что скорость коррозии всегда составляет 0,2-0,5 мм в год – некорректно, так как она, во-первых, нелинейна, а во-вторых, существенно различается для разных грунтовых условий (от 0,3 мм за 25 лет для природных ненарушенных грунтов до 0,5 мм за 5 лет для неуплотненных и агрессивных насыпей).

На разницу протекания коррозионных процессов в различных грунтах указывает и Британский стандарт BS 8004 [3] «Фундаменты» (пункт 10.3.5). Так, в соответствии с данным документом остаточная толщина стальных свай, устанавливаемых в ненарушенные почвы, «остается в пределах допустимых значений толщины даже после многих десятилетий эксплуатации», так как скорость коррозии в данных грунтах не превышает 1-2 мм за 100 лет. В то же время в нарушенных почвах «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 почв.

Подробнее о коррозии винтовых свай Вы можете прочитать в статье «Коррозия винтовых свай. Как продлить срок службы свайно-винтового фундамента?».

Использование винтовых свай с минимальной толщиной стенки и защитным покрытием

Второй подход не менее радикален. Его сторонники предлагают использовать винтовые сваи с минимально допустимой толщиной стенки, а в вопросах защиты от коррозии полностью положиться на покрытие.

Рассматривая эту точку зрения, не следует забывать об особенностях монтажа и эксплуатации винтовых свай.

В процессе установки свая, вне зависимости от типа грунта, в который она погружается, испытывает значительное абразивное воздействие. Следовательно, высока вероятность того, что любое покрытие, даже наиболее качественное и дорогостоящее (полимерное или полученное методом горячего цинкования), получит повреждения во время монтажа (ознакомиться с результатами испытаний различных типов покрытия для свай Вы можете, прочитав статью «Покрытие винтовых свай. Сравнительный анализ различных типов антикоррозийного покрытия»).

Именно поэтому в зарубежных нормативных документах значения потерь толщины металла в различных грунтах указываются без учета покрытия.

Таким образом, пренебрегать толщиной металла, полагаясь на защитные свойства покрытия, нецелесообразно.

Подбор толщины стенки ствола винтовой сваи

Анализ существующих подходов позволяет сделать вывод, что подбор толщины металла винтовой сваи 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 . Ошибочно полагать, что свая придет в негодность лишь тогда, когда под действием коррозии разрушится весь металл. Для любого сооружения существует минимальная толщина стенки, при которой свая сохраняет способность к восприятию проектных нагрузок.

Учет грунтовых условий обеспечивается в первую очередь выполнением измерений коррозионной активности грунтов, которые позволяют сделать вывод о степени агрессивности грунтовых условий.

Литература

  1. Метелюк Н. С. Сваи и свайные фундаменты. Справочное пособие. - Киев.: Будивельнiк, 1977. 

  2. СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85. 

  3. BS 8004:1986 Соdе оf practice fоr foundations, 1986.

  4. International Building Соdе (IBС), INTЕRNATIОNAL СОDЕ СОUNСIL, INС.2009.



Была ли информация для Вас полезной?
68
3
4

Статьи по теме