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?

Отправка на почту статьи


Нажимая кнопку "Получить", я подтверждаю свою дееспособность и даю согласие на обработку своих персональных данных в соответствии с условиями



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.

Содержание статьи:

1. Использование модификаций с максимальной толщиной стенки

2. Использование тонкостенных винтовых свай с защитным покрытием

3. Подбор толщины стенки ствола винтовой сваи


В вопросах выбора толщины металлопроката винтовых свай до сих пор нет единства ни среди производителей, ни среди потребителей продукции. Можно выделить два основных подхода к этой проблеме, которые по сути диаметрально противоположны:

  1. Чтобы обеспечить нормативный срок службы строения, при изготовлении опор всегда следует закладывать максимальную толщину металла, которая возможна.

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

1. Использование модификаций 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». 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). 

Труба 89 стенка 9мм, 6мм, 3 мм - сравнение.jpg

Более того, сторонники такого подхода 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 из 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 трубу не менее 9-10 мм. 

Отвечая на приведенные доводы, стоит отметить, что в указанной работе Н.С. Метелюка речь идет не о тех сваях, которые должны производиться, а тех, которые 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)». 

Упоминаемые здесь H-piles – это забивные конструкции, имеющие форму двутавра. Стоит отметить, что они рассчитаны 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». 

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

Таким образом, никаких ограничений на использование винтовых опор со стенкой менее какого-либо определенного значения в IBС-2009 не содержится, а есть лишь указание, что все параметры «должны обеспечивать восприятие проектных нагрузок». В российском СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» толщина трубы также не нормируется.

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 насыпных грунтов).

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 обстоятельство, что поверхность оболочки каждой такой сваи вследствие наличия в грунте кислорода несколько ржавеет, причем этот образующийся слой ржавчины благодаря соприкосновению с землей удерживается на месте, не позволяя обнажиться следующему слою, который мог бы оказаться подверженным коррозии. Иными словами, благодаря образованию некоторого налета ржавчины труба оказывается защищенной этим слоем от дальнейшего ржавления. Они также приводят в качестве примера тот факт, что 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 различных грунтах указывает и Британский стандарт BS 8004 «Фундаменты» (пункт 10.3.5). Так, в соответствии с данным документом 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 (подробнее в статье «Коррозия: причины и способы защиты»).

2. Использование тонкостенных винтовых свай с защитным покрытием

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

Рассматривая эту точку зрения, не следует забывать об особенностях монтажа и эксплуатации свайно-винтовых фундаментов.

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 дорогое (полимерное или полученное методом горячего цинкования), получит повреждения во время монтажа (подробнее в статье «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.

3. Подбор толщины стенки ствола винтовой сваи

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.

Подбор толщины стенки.jpg

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 в первую очередь выполнением измерений 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.



Была ли информация для Вас полезной?
90
8
8
 
Текст сообщения*
Загрузить файл или картинкуПеретащить с помощью Drag'n'drop
Перетащите файлы
Ничего не найдено
Защита от автоматических сообщений

Статьи по теме