Расчет фундамента из винтовых свай под стойки страховочной системы PROLINER двухсторонней ж/д эстакады налива нефтепродукта, Иркутская область

Компания «ГлавФундамент» выполнила численные расчеты для фундаментов стоек стационарной горизонтальной страховочной системы PROLINER двухсторонней ж/д эстакады налива нефтепродукта в Усть-Куте (Иркутская область).

Стационарные страховочные системы (гибкие и жесткие анкерные линии) устраиваются с целью предотвращения случаев травматизма, связанных с падением при выполнении работ по осмотру и опломбированию железнодорожных вагоноцистерн и автоцистерн, сливу или наливу нефтепродуктов, замеру их уровня.

Инженерно-геологические и климатические условия участка строительства

Изучив геологический разрез площадки строительства до глубины 10,0 м, специалисты компании установили, что он сложен техногенными и аллювиальными грунтами. Техногенные грунты, представленные насыпными грунтами, залегают с поверхности или с глубины 0,1 м до глубины 1,9-4,8 м. Аллювиальные грунты вскрыты под слоем насыпных грунтов с глубины 1,9-4,8 м.

Климат района строительства резко континентальный, с высокой амплитудой между средними летними и зимними температурами, большими амплитудами суточных температур. Период с отрицательными среднесуточными температурами продолжается 196 дней.

Наличие на участке неуплотненных техногенных грунтов, тем более при столь значительной мощности слоя, может привести к неравномерной осадке фундамента, связанной с различной сжимаемостью основания.

Наличие на площадке строительства грунтов, подверженных морозному пучению может привести к деформациям проектируемых опор. Для проведения расчетов была принята средняя нормативная глубина сезонного промерзания для города Усть-Кут, которая, по данным многолетних метеонаблюдений, равна 3,2 м.

Обоснование применения двухлопастных винтовых свай в качестве фундаментов стоек страховочной системы

Учитывая геологические условия и климатические особенности района строительства, под проектируемые объемы целесообразно было использовать конструкцию винтовых свай с двумя лопастями.

Для обоснования применения двухлопастных винтовых свай в качестве фундаментов стоек страховочной системы специалистами компании «ГлавФундамент» были выполнены расчеты по двум группам предельных состояний.

Количество свай и их размещение определяется расчетом по первой группе. Несущая способность свай зависит от инженерно-геологических условий площадки, технологии устройства и геометрических размеров свай (диаметра и длины ствола, количества, диаметра, конфигурации, шага и угла наклона лопастей, расстояния между лопастями).

Результаты расчетов винтовых свай на вдавливающие, выдергивающие и горизонтальные нагрузки аналитическими методами, базирующимися на табличных значениях коэффициентов, демонстрируют значительные расхождения с результатами, полученными в ходе проведения полевых испытаний грунтов натурными сваями. Поэтому при оценке несущей способности применяется численное моделирование статических испытаний грунтов сваями: создание расчетных схем для численного моделирования позволяет получать достоверные результаты, когда расхождение в величине несущей способности даже для слабых грунтов не превышает 20%.

Для численного моделирования работы винтовых свай специалисты отдела НИОКР компании «ГлавФундамент» использовали системы автоматизированного проектирования (САПР). Расчетные грунтовые условия были приняты на основе геологических данных, в качестве модели грунта выбрана упругопластическая модель с критерием разрушения Мора-Кулона, которая рекомендуется для оценки напряженно-деформированного состояния. Она учитывает основные свойства грунта, такие как упругое поведение при малых нагрузках, малая жесткость материала при разрушении, условие разрушения и упругая разгрузка после течения, и пригодна для определения несущей способности грунтов.

По результатам расчетов максимальное значение перемещений не превысило 5 мм для опоры №1 и 3 мм для опоры №2, следовательно, условие по обеспечению несущей способности выполняется с запасом.

По результатам расчетов по второй группе предельных состояний, а также на основании данных о коррозионной агрессивности грунтов (КАГ) специалисты компании выполнили подбор марки стали и толщины металлопроката, обеспечивающих срок службы винтовых свай в соответствии с ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность конструкций и оснований. Основные положения».

Назначение винтовых свай

В результате под объект были рекомендованы сваи винтовые для сезоннопромерзающих грунтов широколопастные двухлопастные с конфигурацией лопасти для несвязных грунтов СВС 400(8)/1-400(8)/1-133(6)/6000, где:

• 400 – диаметр лопастей, мм;
• (8) – толщина лопастей, мм;
• 1 – количество витков лопастей;
• 133 – диаметр ствола, мм;
• 6 – толщина стенки ствола, мм;
• 6000 – длина сваи, мм.

В качестве материала ствола и лопасти была использована сталь марки Ст20.

Для уточнения правильности подбора толщины металлопроката была выполнена проверка соответствия остаточной толщины стенки ствола проектным нагрузкам.

Подбор конфигурации лопасти, соответствующей грунтовым условиям площадки строительства, позволил минимизировать нарушения структуры грунта в процессе установки винтовой сваи, что также положительно сказалось на несущей способности (подробнее о различных конфигурациях лопастей и основаниях для их назначения в статье «Ключевые принципы подбора параметров лопастей винтовых свай»).

Более подробно о специфики расчета двухлопастных свай Вы можете прочитать в статье «Особенности расчета двухлопастных винтовых свай».