Особенности расчета многолопастных винтовых свай
Можно ли повысить несущую способность сваи, увеличив количество лопастей? В статье мы рассмотрим особенности расчета многолопастных винтовых свай.
Кандидат технических наук. Председатель регионального отделения Российского общества по механике грунтов геотехнике и фундаментостроению.
Автор более 50 научных публикаций в журналах, индексируемых в международных базах Scopus и Web of Science, а также входящих в перечень ВАК. Область научных интересов – геотехническое строительство.
- Опыт разработки эффективных решений фундаментов для шумозащитных экранов с применением винтовых свай. А. О. Глазачев, С. Ю. Павлов и др.
- Разработка метода определения крутящего момента для погружения винтовых свай с применением механизмов. С. Ю. Павлов, А. О. Глазачев и др.
- Совершенствование технологии усиления глинистых грунтов оснований фундаментов с использованием винтовых свай. Р. Ф. Хамитов, А. О. Глазачев и др.
Конструкции винтовых свай
|
Тип свай (по ширине лопасти) |
Где применяются |
Что обеспечивает несущую способность сваи |
|---|---|---|
| Широколопастные |
В дисперсных сезонно промерзающих грунтах, в том числе с невысокой несущей способностью, илах, водонасыщенных песках и т.п. |
Большая площадь опирания. |
| Узколопастные |
В особо плотных сезоннопромерзающих и многолетнемерзлых грунтах. |
Высокая несущая способность грунтов и расчет параметров лопасти. |
Когда широкая лопасть может не обеспечить
восприятие проектных нагрузок?
Широколопастные сваи с одной лопастью в 1,25 витка, начинающейся на скошенной части ствола и плавно увеличивающейся в ширину, не всегда эффективны. Нередко для достижения требуемой несущей способности фундамента приходится увеличивать количество свай, а это приводит к удорожанию строительства.
Отечественный ученый В.Н. Железков, сделавший огромный вклад в развитие технологии, утверждал:
- вдавливающей или сжимающей, под действием которой происходит осадка сваи;
- выдергивающей, при действии которой конструкция работает на отрыв.
Правоту ученого подтверждают расчеты и результаты испытаний.
К сожалению, само это решение основывалось на упрощенных моделях взаимодействия грунтов (модель Мариупольского для анкеров), разработанных еще в 60-е годы XX века. Оно не учитывало множество особенностей работы винтовых свай, а большая способность к восприятию проектных нагрузок достигалась исключительно за счет большей площади опирания.
Современные исследования показывают, что несущая способность сваи в той же степени зависит от конфигурации и количества лопастей.
Многолопастные модификации
Исследования ГК «ГлавФундамент» показали, что иногда введение дополнительной лопасти может дать «обратный эффект»:
- ухудшается восприятие горизонтальных нагрузок (усилие, направленное перпендикулярно оси сваи; в отличие от вдавливающих нагрузок горизонтальные часто являются динамическими), в частности, увеличиваются деформации (горизонтальное перемещение, угол поворота головы сваи и т.д.);
- верхняя лопасть рыхлит грунт при погружении, снижая несущую способность основания.
В результате многолопастные сваи уступают в восприятии проектных нагрузок даже дезаксиальным однолопастным с лопастью в 1,25 витка.
а сложным образом зависящие от грунтовых условий и характера нагрузок.
Введение дополнительной лопасти без предварительных расчетов может
привести к непредсказуемым последствиям.
Только если параметры подобраны верно, многолопастная конструкция будет иметь преимущества:
- будет в несколько раз эффективнее чем однолопастная воспринимать сжимающие и выдергивающие нагрузки;
- не «уйдет в срыв» при нормируемых осадках (нормируемая осадка – предельно допустимое
значение вертикального перемещения
сваи под нагрузкой, которое считается безопасным для
здания и не приведет к его деформациям и разрушению),
как однолопастная конструкция с лопастью в 1,25 витка, а лишь
даст большую осадку.
При использовании многолопастных винтовых свай восприятие проектных нагрузок обеспечивается не только за счет зоны под нижней лопастью, но и за счет совместной работы сваи и значительного объема околосвайного грунта естественного сложения (грунт, структура которого была минимально нарушена в процессе монтажа благодаря расчеты параметров дополнительных лопастей) и мобилизации сил трения по боковой поверхности ствола сваи.
Какие данные нужны
для расчета многолопастных свай
- данные о нагрузках (содержатся в проектной документации по объекту);
- данные о грунтах, полученные по результатам геологических исследований грунтов.
Верхняя лопасть: размещать за глубиной промерзания или нет?
В соответствии с СП 22.13330 «Основания зданий и сооружений» прочность объекта, строящегося на основании, подверженном промерзанию, обеспечивается соблюдением определенных условий:
- установление фундамента на такую глубину, при которой не будет происходить значительное действие выталкивающих сил при промерзании;
- исследование стойкости фундамента к касательным силам, появляющимся при промерзании грунта и пучении в боковой зоне конструкции фундамента.
Часто суммарные нагрузки (вес здания, нагрузки от людей и мебели, а также климатические) и удерживающая сила нижней лопасти винтовой сваи компенсируют негативное воздействие морозного пучения, которое является следствием смерзания элементов конструкции фундамента и грунта.
Это вовсе не значит, что верхнюю лопасть вообще не нужно погружать за глубину промерзания: очень важно участь условия строительства на конкретном участке.
- Необходимо провести геологические исследования.
- Если в процессе будут выявлены сильнопучинистые грунты, следует выполнить расчеты на противодействие силам морозного пучения.
- Опираясь на полученную информацию, принять решение, на какой глубине расположить верхнюю лопасть.
