Реконструкция автодороги 1Р242: выбор рациональной конструкции фундамента под опоры освещения

Компания «ГлавФундамент» приняла участие в реконструкции автомобильной дороги 1Р242. Соединяя столицы регионов Российской Федерации, а также являясь частью европейского маршрута, данная автодорога относится к трассам федерального значения.

Специалисты проектного отдела компании осуществили подбор рациональной конструкции фундамента под опоры освещения для участка автодороги 1Р242 «г. Пермь-граница Свердловской области», протяженность которого составляет 448 км.

Расчет несущей способности винтовых свай на объекте

В ходе инженерно-геологических изысканий было установлено, что площадка строительства представлена насыпными грунтами, состоящими из влажной и водонасыщенной смеси песка средней крупности и пылеватого коричневого полутвердого суглинка.

На основании полученных геологических данных были приняты расчетные грунтовые условия, после чего в системах автоматизированного проектирования был выполнен численный расчет несущей способности винтовых свай по двум группам предельных состояний.

Моделирование выполнялось в трехмерной постановке, в качестве модели материала для стальной сваи принималась модель Мизеса, в качестве модели грунта – упругопластическая модель с критерием разрушения Кулона–Мора.

Моделировались следующие виды воздействий:

• Моделирование исходного напряженного-деформированного состояния грунтового массива.
• Задание собственного веса опоры освещения и горизонтальной ветровой нагрузки, распределенной по боковой поверхности опоры. В местах максимальной концентрации напряжений и значительных перемещений, сетка конечных элементов имела более мелкое разбиение, для повышения точности расчета.

По результатам численного моделирования при требуемой проектной несущей способности максимальная осадка сваи составила 12,0 мм. Полученная величина осадки при данной нагрузке не превосходит значения, определяемого СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты», согласно которому предельное значение средней осадки фундамента равно 150 мм. Следовательно, несущая способность по грунту обеспечивается.

Расчеты по второй группе предельных состояний показали, что максимальное горизонтальное перемещение верха сваи благодаря элементу сопротивления боковым нагрузкам составляет 25 мм, следовательно, условие по деформациям также обеспечивается.

Численный анализ результатов расчета по оценке несущей способности сваи по материалу показал, что несущая способность по материалу ствола винтовой сваи при горизонтальной нагрузке на опору освещения обеспечивается с запасом, т.к. максимальные эквивалентные напряжения, возникающие в стволе сваи, составляют 220 Мпа и не превышают значение расчетного сопротивления стали (235 МПа).  Условие по обеспечению несущей способности стальных элементов выполняется с запасом, при этом коэффициент запаса равен 1,07.

В результате расчетов было принято решение использовать винтовые сваи для сезоннопромерзающих грунтов широколопастные с двумя лопастями СВС 500(8)/1- 500(8)/1 - 219(6)/3000 с элементом сопротивления боковым нагрузкам, где:

• 219 – диаметр ствола винтовой сваи, мм;
• (6) – толщина стенки ствола винтовой сваи, мм;
• 3000 – длина винтовой сваи, мм;
• 500 – диаметр лопастей винтовой сваи, мм;
• (8) – толщина лопастей винтовой сваи, мм;
• 1 – количество витков лопастей.

Для обеспечения минимального нарушения структуры грунта в процессе установки и включения в работу сваи максимального объема околосвайного массива грунта, на основании данных о грунтовых условиях был осуществлен подбор конфигурации лопасти винтовой сваи. При имеющихся физических характеристиках грунтов максимальная эффективность обеспечивалась применением конфигурации лопасти для несвязных грунтов.

Расчет срока службы винтовой сваи в грунте

Специалистами компании также был выполнен расчет долговечности указанных винтовых свай.

Для выполнения расчетов были использованы данные о нагрузках (требования к жесткости и прочности), а также данные о степени агрессивности грунтов, полученные в ходе замера коррозионной агрессивности грунтов на площадке строительства.

В результате расчет долговечности с проверкой остаточной толщины стенки ствола винтовой сваи на соответствие проектным нагрузкам подтвердил, что рекомендованные марка стали и толщина металлопроката обеспечат срок службы сооружения, соответствующий требованиям  ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность конструкций и оснований. Основные положения».