Расчет несущей способности винтовых свай и полевые испытания грунтов сваями для фундамента колеса обозрения в Ульяновске

Компания «ГлавФундамент» приняла участие в установке колеса обозрения высотой 42 метра в Ульяновске, выполнив весь комплекс работ по проектированию и строительству фундамента конструкции:

• расчет несущей способности винтовых свай;
• полевые испытания грунтов сваями;
• установку винтовых свай.

Специфика объекта

В процессе разработки проектной документации необходимо было учесть, что из-за особенностей конструкции колеса обозрения фундамент в процессе эксплуатации будет подвергаться воздействию существенных вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок. 

Кроме того, установку необходимо было выполнить в условиях городской застройки, на берегу реки Свияги, поэтому важно было обеспечить требования к экологической безопасности на площадке строительства.

Инженерно-геологические условия участка строительства

В соответствии с отчетом по инженерно-геологическим изысканиям грунт, залегающий под основанием сваи, представлен кварцево-полевошпатовым песком средней крупности, водонасыщенным, средней плотности, участками с включением гравия до 15%, с линзами гравелистого песка, прослойками заиленного суглинка и мелкого песка.

Расчет несущей способности винтовых свай для объекта

На основании имеющихся данных специалистами компании в системах автоматизированного проектирования, базирующихся на методе конечных элементов, был выполнен численный расчет несущей способности винтовых свай по двум группам предельных состояний.

В рамках выполнения расчетов по первой группе было проведено численное моделирование НДС грунта вокруг винтовой сваи, сама свая моделировалась в рамках упругой модели. Были получены полные значения деформаций грунтового массива и график зависимости осадки сваи от передаваемой на нее нагрузки.

В результате выполнения расчетов по второй группе предельных состояний были получены деформации и эквивалентные напряжения, возникающие в теле сваи под действием осевой вдавливающей нагрузки. 

Проведенный анализ напряженно-деформированного состояния показал, что максимальное сопротивление сваи по грунту и материалу превышает максимальную проектную нагрузку на сваю при условии расположения 5-ти свай в ростверке. Таким образом было доказано, что в заданных грунтовых условиях применение используемой в расчетах конструкции обеспечивает выполнение условий по несущей способности и устойчивости.

Полевые испытания грунтов сваями

Для подтверждения результатов расчетов были проведены полевые испытания грунтов винтовыми сваями при действии статических, выдергивающих и вдавливающих нагрузок.

В рамках испытаний специалистам необходимо было определить зависимости перемещения свай в грунте от нагрузок во времени, а также величину осадки свай при достижении наибольшей нагрузки.

Контрольные испытания проводились в соответствии с требованиями ГОСТ 5686-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями». Ступени нагрузок сообщались сваям системой гидравлических домкратов при помощи системы анкерных балок. Регистрация величины нагрузки осуществлялась с помощью образцового манометра. Наблюдения за перемещениями свай и швеллеров велись по прогибомерам Максимова ПМ до условной стабилизации, не превышающей 0,1 мм осадки за последний час наблюдений.

Полевые испытания показали, что осадка свай при достижении наибольшей нагрузки не превышает предельно допустимые значения для данного типа сооружения.

Назначение винтовых свай и проектирование фундамента

В результате для фундамента колеса обозрения были рекомендованы винтовые сваи для сезоннопромерзающих грунтов широколопастные с конфигурацией лопастей для грунтов текучепластичной консистенции со следующими параметрами:

• 500 – диаметр лопастей, мм;
• (13) – толщина лопастей, мм;
• 1 – количество витков лопасти;
• 219 – диаметр ствола, мм;
• (6) – толщина стенки ствола, мм;
• 6600 – длина ствола, мм.

Выбор толщины стенки ствола обусловлен средней коррозионной агрессивностью грунтов площадки строительства (данные получены в ходе замера коррозионной агрессивности грунтов (КАГ). Для уточнения правильности подбора данного параметра после выполнения расчета срока службы свай в грунте была выполнена проверка соответствия остаточной толщины стенки ствола проектным нагрузкам и требованиям ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

На этапе проектирования также были индивидуально подобраны такие параметры винтовых свай как расстояние между лопастями, конфигурация, шаг и угол наклона лопастей.

Необходимость расчета межлопастного расстояния, шага и угла наклона лопастей обусловлена сложной зависимостью этих параметров от грунтовых условий и характера нагрузок от строения. Более подробно о специфики расчета конструкции двухлопастных свай в статье «Особенности расчета двухлопастных винтовых свай».

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»).

Погружение винтовых свай

Установка колеса обозрения прошла успешно – в настоящее время аттракцион пользуется большим успехом, позволяя полюбоваться городом с высоты птичьего полета.