Сваи винтовые для фундамента: расчет нагрузки
Деревянный дом на винтовых сваяхВинтовые сваи появились в середине прошлого века. Изначально опоры применялись в военном строительстве. Установка винтовых свай позволяла за короткий срок на слабых грунтах создать фундаментные основания для различных довольно тяжёлых фортификационных сооружений, прибрежных платформ для переправы и прочее. Впоследствии винтовые сваи (ВС) завоевали большую популярность в гражданском строительстве. Простота в монтаже опор позволяет хозяевам своими руками возводить фундамент в короткий срок. Главное – это правильно рассчитанная несущая способность винтовой сваи.
Содержание
Что такое винтовая свая
Винтовые сваиНазначение такого вида опор заключается в том, чтобы, минуя слабые слои почвы, передать нагрузку от здания через ВС на плотное грунтовое основание. Прохождение опоры через грунт достигается её вращением.
Винт сваи входит в почву, как штопор в пробку.
ВС представляет собой цельносварную металлоконструкцию, состоящую из трёх частей: ствола (металлическая труба), конического наконечника и лопасти.
Ствол
Опорной частью сваи является ствол, который представляет собой металлическую трубу. Длина трубы определяется путём специальных вычислений на основе геологических изысканий. Изыскательские работы дают представление, на какой глубине залегают плотные слои грунта. От этого зависит длина ствола. Размер длины ВС должен быть такой, чтобы конец сваи смог войти в несущий слой почвы на глубину 50 – 70 см.
Конический наконечник
Концевой наконечник в виде конуса делают литым или цельносварным. Острый конец сваи облегчает вхождение опоры в грунт.
Стволы опор со срезанным концомНекоторые производители изготавливают стойки диаметром 58 мм без острого наконечника. Конец ВС обрезают под углом 45о. Эллипсное отверстие заваривают стальным листом.
Для возведения заборов, мелких построек применяют сваи с открытым отверстием.
В этом случае почва заполняет ствол опоры изнутри, что может вызвать коррозию. Однако, их применяют по причине их низкой стоимости.
Лопасти
На конце винтовой опоры приваривают одну или две лопасти. Чем больше диаметр ствола опоры, тем больше размер лопастей. Лопасти врезаются в грунт, и при вращении ствола вокруг своей оси, опора продвигается по вертикали вниз до проектной отметки.
Способы установки винтовых свай
Небольшие по длине (до 2 м) опоры устанавливают ручным способом. Сваи диаметром 108 мм и больше, длиной 2,5 м и более монтируют механизированным методом.
Установка винтовой сваи вручнуюРучная установка винтовых опор
- ВС длиной до 2,5 м часто устанавливают вручную. Это делают следующим образом:
- Сначала делают разметку свайного поля. Колышками и шнуром отмечают места установки опор.
- Ручным буром делают воронку глубиной 30 – 40 см. Это задаст вертикальное направление погружения ВС в грунт.
- Если в верхней части ствола отсутствуют монтажные отверстия, то их прорезают самостоятельно.
Это можно сделать газовой горелкой или ацетиленовым резаком. - Опору опускают в ямку. В монтажные отверстия вставляют концы рычагов (это могут быть отрезки водопроводной трубы).
- В работе участвуют 3 человека. Двое работников вращают ствол с помощью рычагов. Третий рабочий контролирует вертикаль ВС.
- С помощью нивелира делают отметки на стволах опор, фиксирующие проектную высоту наземной части свай.
- Угловой машинкой срезают лишние части стволов опор.
- В зависимости от конструкции ростверка формируют опорные части оголовков ВС.
- Устанавливают ростверк.
Это можно сделать газовой горелкой или ацетиленовым резаком.Установка 3 м винтовой сваи механизированной установкойСваи устанавливают на расстоянии друг от друга не более 3 м. Если расстояние составляет 4 м, то посередине устанавливают дополнительную стойку.
Механизированная установка винтовых опор
Силовая установка для вращения ВС устанавливается на подающей стреле любого передвижного грузоподъёмного механизма.
Существуют специализированные передвижные установки для ВС.
Скорость формирования фундаментного основания с помощью механизированной установки значительно сокращают сроки строительства объекта.
Определение несущей способности винтовой сваи опытным путём
Помимо теоретического обоснования (расчёта нагрузки для винтовых свай) несущей способности ВС, проводят испытание винтовых стоек. Тестирование определяет возможности винтовой опоры выдерживать проектную нагрузку. Программа испытания состоит в следующем:
- ВС погружают в грунтовое основание на расчётную глубину;
- на оголовок приваривают площадку из металлического листа;
- стойку выдерживают в течение нескольких дней, ведя наблюдение за осадкой опоры;
- предельная нагрузка, которая не будет давать осадку опоры, определяет несущую способность ВС.
Расчёт несущей способности винтовой сваи
Чтобы приступить к расчёту несущей способности винтовой стойки, надо получить исходные данные: расчётное сопротивление грунта, в который будет погружен шнек опоры, диаметр шнека (лопасти), габариты ВС.
Сопоставляя эти данные, специалисты получают расчётную несущую способность ВС. В заводских условиях в массовом производстве выпускают винтовые стойки длиной 2,5 м, диаметром ствола 58, 89, 108 и 133 мм. На основании многочисленных испытаний и расчётов были получены данные, которые отображает данная таблица:
| Опорный слой грунта | Расчётное сопротивление грунта, кг/см2 | 58х2500, мм | 89х2500, мм | 108х2500, мм |
|---|---|---|---|---|
| Глина | 5 | 1,6 | 2,5 | 3,5 |
| Суглинок | 4,5 | 1,4 | 2,2 | 3,2 |
| Лёсс | 1 | 0,3 | 0,5 | 0,7 |
| Песок | 9 | 2,8 | 4,4 | 6,4 |
Из таблицы становится понятно, какую нагрузку могут выдержать винтовые опоры в зависимости от сопротивления грунта. Например, при общем весе здания 35 тн для формирования фундаментного основания на глинистом грунте понадобится минимум 10 – 12 свай диаметром 108 мм.
При таком же весе строения на песчаном основании достаточно будет установить минимум 6 – 7 опор.Несмотря на установленное минимальное количество опор, сваи устанавливают по углам здания в точках пересечения внутренних и внешних несущих стен, а также в местах примыкания перегородок к несущим ограждениям.
Усиление несущей способности ВС
Дополнительное усиление ВС заключается в том, что внутреннюю полость опоры заполняют жидким раствором бетона. После того как верхушки свай были срезаны до проектной отметки, внутрь стволов заливают бетон.
Сваю заполняют раствором слоями по 50 – 70 см. Каждый слой тщательно трамбуют. Если диаметр ствола позволяет опустить внутрь сваи гильзу электрического вибратора, трамбовку слоёв бетона делают без особых физических усилий. Через узкую горловину бетон трамбуют отрезком арматуры либо другим штырём.
Заполненная бетоном полость не нуждается в антикоррозионной защите внутренней поверхности ствола опоры.
В многочисленных источниках информации можно найти массу таблиц и справочного материала по определению несущей способности винтовых свай. Наряду с этим, будет полезно поинтересоваться у хозяев соседних домов, как ведут себя фундаменты их строений на винтовых опорах, и какого размера были применены ВС.
Пример расчёта фундамента на винтовых сваях
Прежде чем приступить к расчёту свайного основания дома, необходимо подготовить исходные данные. В этот перечень входят следующие показатели:
- дом из бруса площадью 12х15 м;
- общий вес строения с полезной нагрузкой равен 90 тн;
- снеговая нагрузка на кровлю дома – 10 тн;
- винтовые сваи 108х2500 мм и 89х2500 мм;
- швеллер № 20 (ширина стенки 200 мм) для ростверка;
- глубина залегания несущего слоя грунта – 1700 мм;
- глубина промерзания почвы – 250 мм;
- уровень грунтовых вод – 1100 мм.
Исходя из этого, производят расчёт фундамента на ВС для деревянного дома. Расчёт осуществляют в следующем порядке:
- определяют оптимальное количество ВС. Сваи считают по количеству углов внешнего периметра здания, в точках пересечения внутренних и внешних стен;
- минимальное расстояние между опорами должно быть не более 3-х м;
- для основного фундамента потребуется 30 свай диаметром 108 мм, для веранды – 6 опор диаметром 89 мм;
- 108-я свая рассчитана на нагрузку от 4 до 7 тн. Минимальная общая нагрузка составит 30 х 4 = 120 тн. Фактическая общая нагрузка составляет (90 тн + 10 тн) 100 тн. Запас прочности – 20 тн;
- глубина погружения ВС – 2000 мм. Средняя высота наземной части – 500 мм;
- с учётом уклона рельефа местности и нивелирования наземной высоты ВС, высота цоколя будет составлять 400 мм;
- ростверк устраивают из приваренного швеллера к верхним концам свай. Швеллер приваривают полками вниз. Для обвязки ВС понадобится 120 п. м металлопрофиля.
м металлопрофиля.Технико-экономическое обоснование возведения фундамента
Чтобы определить реальный объем денежных средств по устройству основания дома на винтовых сваях, все затраты сводят к единому итогу. Цены материалов и расценки на выполнение работ взяты усреднено по стране.
- Стоимость сваи 108х2500 – 2,8 т.р. Общая сумма – 30 шт х 2,8 = 84 т.р.
- Цена сваи 89х2500 – 2,2 т.р. Общая сумма – 6 х 2,2 = 13,2 т.р.
- Установка вручную всех ВС с подрезкой под горизонтальный уровень равна 36 х 1,8 = 64,8 т.р.
- Доставка свай на строительный участок – 1,5 т.р.
- Стоимость швеллера № 20 с установкой на сварке – 120 п.м. х 1,05 = 126 т.р.
- Доставка швеллера – 4 т.р.
Итого общая сумма затрат составит – 293,5 т.р.
Для сравнения устройство ленточного фундамента для такого дома обойдётся примерно в 900 т.р. То есть свайный фундамент на винтовых опорах принесёт экономию в 300 – 400 т.р.
Несущая способность винтовой сваи, Устройство винтовых свай
Винтовой сваей называется труба из стали с приваренной к ней лопастью.
К другой стороне трубы закрепляется оголовок, который предназначен для фиксации основания дома.
Лопасть позволяет уплотнять грунт при ввинчивании сваи. Это намного повышает общую устойчивость фундамента.
Диаметр винтовых свай колеблется в широком диапазоне – от 50 до 300 мм. Диаметр сваи характеризует её несущую способность и способ установки. Наиболее универсальные сваи диаметром 100-108 мм.
Длина сваи
Средняя длина свай около 2,5-3 метра, однако при их ввинчивании в слои вечной мерзлоты или зыбкого грунта, длина может увеличиваться. Несущая способность одной сваи такого диаметра от 4 до 6 тонн. Наконечник сваи должен опираться на твердый грунт. Глубина его залегания определяется пробным завинчиванием. Как правила для наших почв выбираются сваи 3-3,5 м (сваи берут с запасом и потом подрезают, т.к. они редко встают на одном уровне)
Толщина стенки
- СВС Сваи винтовые со сварной лопастью
- НКТ – б/у трубавсе что выше 5,5
- СВЛ Сваи винтовые с литым наконечником
Диаметр лопасти наконечника ширина лопасти позволяет свае успешно противостоять выдергивающим и сжимающим нагрузкам.
В соответствии с технологиями сваи могут иметь разные покрытия, что влияет на срок службы фундамента.
Несущая способность винтовой сваи
Основными параметрами, принимаемыми в расчетах при проектировании любого типа фундамента, являются:
- вес стоящегося сооружения
- несущая способность грунтов под ним.
Инженерно-геологические изыскания состоят из трех основных этапов, это – полевые работы, лабораторных исследований и технический отчет.
Малоэтажное строительство (до 3-х этажей) под госэкспертизу не попадает и такого рода изыскания проводят самостоятельно.
Исследование грунта для монтажа винтовых свай
Несущая способность грунта
ТАБЛИЦА 1 – определения несущей способности винтовых свай
В среднем нагрузка на винтовую сваю не должна превышать 5 тонн
| Пластичность (для глины) | Расчётное сопротивление грунта (кг/квюсм) | Несущая способность винтовой сваи 89×300 при глубине залегания лопасти | ||||
| 1,5 м | 2 м | 2,5 м | 3 м | |||
| Глина | Полутвердая | 6 | 4,7 | 5,4 | 6 | 6,7 |
| Тугопластичная | 5 | 4,2 | 4,9 | 5,6 | 6,3 | |
| Мягкопластичная | 4 | 3,7 | 4,4 | 5 | 5,8 | |
| Супеси и Суглинки | Полутвердая | 5,5 | 4,4 | 5,1 | 5,8 | 6,5 |
| Тугопластичная | 4,5 | 3,9 | 4,6 | 5,3 | 6 | |
| Мягкопластичная | 3,5 | 3,5 | 4,2 | 4,8 | 5,5 | |
| Лёсс | Мягкопластичная | 1 | 2,2 | 2,9 | 3,6 | 4,3 |
| Пески | Средние | 15 | 9 | 9,7 | 10,4 | 11,1 |
| Мелкие | 8 | 5,6 | 6,3 | 7 | 7,7 | |
| Пылеватые | 5 | 4,2 | 4,9 | 5,6 | 6,3 | |
ТАБЛИЦА 2
Расчетное значение угла внутреннего трения грунта в рабочей зонеφ1, град. |
Коэффициенты | Расчетное значение угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне φ1, град. | Коэффициенты | ||
| α1 | α2 | α1 | α2 | ||
| 13 | 7,8 | 2,8 | 24 | 18 | 9,2 |
| 15 | 8,4 | 3,3 | 26 | 23,1 | 12,3 |
| 16 | 9,4 | 3,8 | 28 | 29,5 | 16,5 |
| 18 | 10,1 | 4,5 | 30 | 38 | 22,5 |
| 20 | 12,1 | 5,5 | 32 | 48,4 | 31 |
| 22 | 15 | 7 | 34 | 64,9 | 44,4 |
ТАБЛИЦА 3
| Тип грунта |
Расчетное сопротивление грунта *, кг/см2 |
Несущая способность винтовой сваи, кг | ||||
| ВСГ-1 73/250 | ВСГ-1 89/300 | |||||
| плотный | ср. плотн |
плотн | ср. плотн | плотн | ср. плотн | |
| Крупный гравелистый песок | 13 | 12 | 6378 | 5888 | 9185 | 8478 |
| Песок средней крупности | 12 | 11 | 5888 | 5397 | 8478 | 7772 |
| Мелкий маловлажный песок | 5 | 4 | 2453 | 1963 | 3533 | 2826 |
| Мелкий песок, насыщенный влагой | 3 | 2 | 1472 | 981 | 2120 | 1413 |
| Супеси сухие | 5 | 4 | 2453 | 1963 | 3533 | 2826 |
| Супеси, насыщенные влагой | 3 | 2 | 1472 | 981 | 2120 | 1413 |
| Суглинки сухие | 4 | 3 | 1963 | 1472 | 2826 | 2120 |
| Суглинки, насыщенные влагой | 3 | 1 | 1472 | 491 | 2120 | 707 |
| Глины сухие | 6 | 2,5 | 2944 | 1227 | 4239 | 1766 |
| Глины, насыщенные влагой | 4 | 1 | 1963 | 491 | 2826 | 707 |
ТАБЛИЦА 4
| Диаметр ствола | 57 | 89 | 108 | 114 | 168 | 219 | 219 |
| Стенка | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 4,5 | 8 | 6 | 8 |
| Диаметр винта | 200 | 300 | 300 | 300 | 450 | 600 | 600 |
| Длина ствола, м | кг | кг | кг | кг | кг | кг | кг |
| 2 | 2162 | 3906 | 4113 | 5366 | 14878 | 24199 | 28019 |
| 2,5 | 2440 | 3977 | 4604 | 6086 | 16731 | 26180 | 30761 |
| 3 | 2717 | 4771 | 5094 | 6807 | 18584 | 28161 | 33503 |
| 4 | 3273 | 5635 | 6075 | 8248 | 22290 | 32123 | 38987 |
| 5 | 3828 | 6500 | 7056 | 9688 | 25996 | 36085 | 44472 |
| 6 | 4384 | 7365 | 8037 | 11129 | 29702 | 40046 | 49956 |
Как определить тип грунта
Песок – его видно невооруженным глазом.
Размер песчинок 0,25 – 5 мм – песок считается крупным, до 2 мм, то – средней плотности. Потому как песок не меняет своих свойств при намокании, он является непучинистым.
Супесь – смесь песка с глиной. Глины в ней не более 10%, поэтому этот грунт является малопластичным. При скатывании супеси в шар между ладонями в нем чувствуются песчинки, и он легко рассыпается при надавливании. Из-за высокого содержания песка супесь является низкопористой и менее подвержена пучению, чем глина.
Суглинок также смесь песка с глины, которая составляет в нем до 30 %. Это более пластичный грунт. Скатанный из него шар раздавливается в лепешку с трещинами по краям. Это грунт подвержен пучению из-за большей пористости.
Глина наиболее распространенный грунт в окрестностях Перми. Содержание глинистых частиц в ней более 30%. Она очень пластична и может содержать большое количество влаги. Скатанный из неё шар раздавливается в лепешку без трещин.
Глина наиболее всех грунтов подвержена силам морозного пучения.
Торф – является органическим веществом и НЕ является несущим грунтом. Он не редко встречается в окрестностях Краснокамска. В обязательном порядке его надо убирать с места застройки, либо устанавливать фундамент в несущие грунты ниже глубины его залегания.
Определение влажности грунта возможно также визуальным методом. Если просверленное отверстие в грунте с течением времени остается сухим, значит таковым можно считать и грунт. А если же на дне скважины начинает накапливаться вода, то это говорит о высоком уровне грунтовых вод и высокой влагонасыщенности грунта.
Морозное пучение грунтов это неизбежный физически процесс, возникающий при превращении содержащейся в грунте воды – в лёд. Объем льда на 9% больше объема воды при одинаковой массе. Поэтому зимой в увлажненном грунте возникает давление, от расширившегося в порах грунта льда, которое по естественным причинам не может сдвинуть нижние слои грунта.
Поэтому при расширении происходит движение грунта вверх вместе с находящимся в нем фундаментом. Как правило, промерзание грунта происходит не равномерно по площади фундамента. Соответственно и силы поднимающие фундамент в его разных частях отличаются по величине, что и приводит к появлению трещин в нем и несущих стенах. Весной соответственно лед тает, и грунт возвращается на исходное место, а неверно спроектированный фундамент нет.
Винтовые сваи | Анкеры ABC
Наш стандартный ассортимент винтовых свай имеет диаметры от 60 мм до 89 мм, исключая спирали, и толщину стенки от 6,35 мм до 9,5 мм. Пределы крутящего момента варьируются от 4 кНм до 22,5 кНм. В большинстве случаев, при условии, что верхние 2 метра оцинкованы, срок службы сваи превысит 100 лет.
Дополнительные шаги могут быть предприняты для защиты в соленой воде и торфяниках.
Если у вас есть какие-либо вопросы, касающиеся технических характеристик наших винтовых свай, или вы хотите обсудить индивидуальные варианты, свяжитесь с нами.
Спецификации свай
Коррозия
Преимущества винтовых свай
Растяжение и сжатие
Винтовые сваи могут воспринимать наши опубликованные проектные нагрузки как на растяжение, так и на сжатие.
Стойкость к пучине
Максимальный диаметр стволов свай в нашем ассортименте составляет 89 мм, что обеспечивает превосходную устойчивость к эффектам пучения грунта.
Любой угол
Винтовые сваи можно забивать под любым углом в соответствии с вашими проектами.
Зоны защиты деревьев/корней
Винтовые сваи неоднократно указывались в качестве предпочтительного фундамента для строительства в зонах защиты деревьев.
Расчетный срок службы 100 лет
Все винтовые сваи ABC Anchors оцинкованы или оснащены катодной защитой, и на них распространяется наша 100-летняя гарантия расчетного срока службы.
Низкий уровень шума/вибрации
В процессе установки используется моментный двигатель для плавного забивания свай в землю, и для этого не требуется ударов молотком или вибрации.
Мгновенное подключение/строительство
Сваи могут принимать полную нагрузку сразу после установки. Мы поставляем широкий ассортимент концевых муфт, подходящих для растягивающих, сжимающих и комбинированных нагрузок.
Нет Muckaway
Винтовые сваи не требуют земляных работ до или во время установки и, следовательно, не требуют утилизации отходов.
Объемы винтовых свай и оборудование для установки
| Серия винтовых свай | 60R | 76Р | 89R | |
|---|---|---|---|---|
| Тормозная головка Модель | 400Х | 500X | 1600X 700H | 2500X |
| Максимальный крутящий момент | 4кНм | 5кНм | 16 кНм 7 кНм | 22,5 кН·м |
| Тип машины | Ручной | Экскаватор | Экскаватор Ручной | Экскаватор |
| Предельная грузоподъемность сваи (без коэффициента) крутящий момент | 120 кН | 150 кН | 450 кН 196 кН | 562кН |
| Безопасная рабочая нагрузка (2,5 ФОС) | 48кН | 60кН | 180 кН 78 кН | 225 кН |
| Спецификация (PDF) | ||||
Нефакторизованная нагрузка – Максимальная нагрузка, которую свая примет до того, как прогиб превысит стандартные пределы.
FOS – Коэффициент запаса прочности – отношение между нефакторизованной нагрузкой и рабочей нагрузкой
Безопасная рабочая нагрузка -Фактическая нагрузка, которую воспринимает свая, когда здание стоит на месте
Все машины имеют показания крутящего момента, что позволяет мгновенно рассчитать нагрузку сваи.
Технические характеристики винтовых свай
| ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ | ОПРЕДЕЛЕНИЕ | 60R | 76Р | 89R |
|---|---|---|---|---|
| Диаметр вала | Диаметр ствола винтовой сваи без учета спиралей | 60 мм | 76 мм | 89 мм |
| Толщина стенки | Толщина стенки трубы винтовой сваи | 6,35 мм | 9,5 мм | 9,5 мм |
| Ограничение крутящего момента | Способность сваи передавать крутящий момент всегда является ограничивающим фактором. Таким образом, это предельный крутящий момент при установке сваи. | 4кНм | 16кНм | 22,5 кН·м |
| Эмпирический коэффициент крутящего момента KtKt м -1 | «Эмпирический коэффициент крутящего момента», выраженный в метрических единицах, когда крутящий момент измеряется в кНм, а сила — в кН. Его значение уменьшается по мере увеличения диаметра сваи и толщины винтовой пластины. Это происходит из-за сочетания поверхностного трения и энергии, необходимой для смещения почвы. | 30 м -1 | 28 м -1 | 25 м -1 |
| Спецификация трубки | БСЕН 10297 E355 ХФС | БСЕН 10297 E355 ХФС | БСЕН 10297 E355 ХФС | |
| Спецификация спирали | БСЭН 10025 С275 | БСЭН 10025 С275 | БСЭН 10025 С275 | |
| Спецификация крепежа | Метрическая резьба M16 GR8. 8 | Метрическая резьба M20 GR8.8 | Метрическая резьба M22 GR8.8 |
Срок службы/коррозия сваи
В большинстве случаев при условии, что верхние 2 метра оцинкованы, срок службы сваи превысит 100 лет. При удельном сопротивлении грунта менее 10 Ом необходимо принять дополнительные меры. Это означает соленую воду, влажный торф и места, где почвы подвержены насыщению. Для получения дополнительной информации и литературы, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Расчетный срок службы основан на допущении, что потеря толщины на 40 % допустима без неблагоприятного воздействия на целостность конструкции. Участки свай, подверженные воздействию атмосферы, покрываются толстослойной системой покрытия с высоким содержанием цинка или оцинковываются. Для конструкции анода предусмотрен коэффициент безопасности x2, учитывающий изменения в условиях коррозии и удельном сопротивлении грунта.
| Удельное сопротивление грунта (Ом-м) | Скорость коррозии на основе данных Uhlig мм/год | Расчетный срок службы с защитой от коррозии (лет) | Методы защиты от коррозии, необходимые для верхней 2-метровой секции сваи. (минимальная толщина стенки 9,35 мм) | Расчетный срок службы с дополнительной защитой от коррозии* (лет) |
|---|---|---|---|---|
| Менее 5 | 0,1-0,2 | 18-37 | Цинковое покрытие 4 браслета из гальванического цинка по 20 кг | 100 |
| 5-10 | 0,033 | 80+ | Цинковое покрытие 4 браслета из гальванического цинка по 20 кг | 100+ |
| 10-50 | 0,025 | 100 | Цинковое покрытие | 100+ |
| 50-100 | 0,018 | 100+ | н/д | 100+ |
| Больше 100 | 0,014 | 100+ | н/д | 100+ |
Вы готовы начать свой проект?
Винтовые сваи – Что нужно знать инженеру – Статьи
Основы винтового глубокого фундамента
Винтовой фундамент состоит как минимум из одной спиральной стальной опорной плиты, прикрепленной к центральному стальному валу.
Вал обычно представляет собой сплошной стальной стержень (квадрат от 12 до 23 дюймов) или толстостенную трубу (диаметром от 2f до 8 дюймов). Спиральные пластины изготовлены из высокопрочной стали (диаметром от 6 до 16 дюймов, толщиной d или 2 дюйма). Каждая спираль имеет в плане круглую форму и представляет собой резьбу с определенным шагом (обычно 3 дюйма).
Установка с помощью гидравлических двигателей, устанавливаемых практически на любой тип машины. Портативное оборудование доступно для таких мест с ограниченным доступом, как подвалы, подвалы и узкие проходы. Оборудование ударного бурения не используется. Двигатель с высоким крутящим моментом от 5 до 25 об/мин обеспечивает вращательную энергию, а машина обеспечивает необходимое для установки давление (прижимное давление). Спиральный фундамент вращается (ввинчивается) в землю, продвигаясь на один шаг за один оборот. Спиральные фундаменты могут быть полностью раздвижными; так что спиральные пластины могут быть установлены на любую заданную глубину подшипника.
Спиральный фундамент может использоваться для сопротивления как подъемным, так и сжимающим нагрузкам. Установленные на правильную глубину и крутящий момент, спиральные пластины служат отдельными несущими элементами для поддержки нагрузки. Центральный вал, передающий крутящий момент при установке, теперь передает осевую нагрузку на винтовые пластины. Центральный стальной вал также обеспечивает сопротивление осевой нагрузке за счет поверхностного трения и боковым нагрузкам за счет пассивного давления грунта.
Зачем использовать винтовые фундаменты?
Низкие затраты на мобилизацию: Спиральные фундаменты обычно устанавливаются с небольшим оборудованием, таким как экскаватор с резиновыми шинами. Это устраняет высокие затраты на мобилизацию, связанные с оборудованием, используемым для установки забивных свай, буронабивных или буронабивных свай. Удаленное расположение или труднодоступные участки также увеличивают затраты на мобилизацию, что делает винтовые фундаменты лучшим выбором.
Расширяющиеся грунты: Опорные плиты винтовых фундаментов обычно располагают ниже глубины сезонного колебания влажности. Сила набухания на валу прямо пропорциональна площади контакта между почвой и валом. Поскольку спиральные фундаменты имеют меньшие валы, чем обычные сваи, подъемная сила меньше.
Круглогодичная установка: Винтовой фундамент можно устанавливать в любую погоду, поскольку нет необходимости в бетоне или цементном растворе. Это позволяет работать без перерыва.
Временные конструкции: Винтовой фундамент можно удалить, проделав процесс установки в обратном порядке. Во время зимних Олимпийских игр 2002 года в Солт-Лейк-Сити винтовые фундаменты использовались для поддержки временных трибун и судейских кабин на различных площадках, а также огромных информационных знаков, информирующих посетителей о событиях.
Применение в ремонтных работах: Крупнейший сегмент рынка винтовых фундаментов на сегодняшний день — это ремонтные работы. Они могут дополнять или заменять существующие фундаменты, подверженные неравномерной осадке, растрескиванию, вздутию или общему разрушению фундамента.
Спиральные фундаменты идеально подходят для ремонтных работ, поскольку их можно устанавливать в замкнутых внутренних помещениях. Работа малотравматична, с минимальным ущербом для ландшафта или неудобством для жильцов здания.
ТЭО
Нагрузки: Расчетные сжимающие и растягивающие нагрузки для винтовых фундаментов находятся в диапазоне от 12,5 до 50 тонн. Почва, как правило, является ограничивающим фактором, поскольку количество и размер винтовых фундаментов можно варьировать в зависимости от применения.
Почвы: Спиральные фундаменты могут быть установлены в грунтах с числом ударов (значение N) менее 80 ударов/фут пробоотборника с наружным диаметром 2 дюйма в соответствии с ASTM D-1586. Ограничение винтовых фундаментов заключается в том, что они не могут быть установлены в прочную скалу или очень твердый, плотный грунт с плотностью более 80 ударов на фут.
Теория проектирования
Существует несколько методов проектирования винтовых фундаментов и прогнозирования их работы под нагрузкой.
Двумя из этих методов являются корреляция несущей способности и крутящего момента.
Несущая способность
Общее уравнение несущей способности Терцаги предполагает, что общая несущая способность спирального основания при растяжении или сжатии равна сумме несущих способностей каждой отдельной винтовой пластины. Вычисляя единичную несущую способность грунта и применяя ее к отдельным площадям спиральной пластины, определяют несущую способность спирали. Метод несущей способности достаточно хорошо прогнозирует несущую способность при наличии адекватных данных о грунте. Данные о почве обычно предоставляются в геотехническом отчете. Если данные о почве отсутствуют или недоступны, требуются другие методы проектирования.
Корреляция крутящего момента
Эмпирическая зависимость между установочным крутящим моментом и грузоподъемностью считается главным атрибутом винтовых фундаментов. Взаимосвязь такова: По мере того, как винтовой фундамент устанавливается (ввинчивается) во все более плотный/твердый грунт, сопротивление установке (называемое энергией установки или крутящим моментом) будет увеличиваться.
Аналогичным образом, чем выше крутящий момент при установке, тем выше осевая нагрузка установленного спирального фундамента. Отношения можно описать следующим уравнением:
QU = Kt x T
QU = предельная грузоподъемность винтовой сваи
Kt = эмпирический коэффициент крутящего момента
T = средний крутящий момент при установке конструктивные параметры (главным образом размер вала). Для квадратного вала он обычно составляет от 10 до 20. Для трубчатого вала он обычно составляет от 3 до 10 футов. Инструменты контроля крутящего момента обеспечивают хороший метод контроля производства во время установки.
Проверка грузоподъемности
Инженер может использовать взаимосвязь между крутящим моментом при установке и грузоподъемностью, чтобы установить критерий минимального крутящего момента для установки производственных винтовых фундаментов. Рекомендуемые значения по умолчанию для Kt [10 для квадратного вала и 7 для вала трубы с наружным диаметром 32 дюйма] обычно дают консервативные результаты.
Для крупных проектов можно использовать программу предварительных испытаний под нагрузкой, чтобы установить соответствующий коэффициент корреляции крутящего момента (Kt) для существующих грунтов проекта.
Другие вопросы проектирования
Коэффициент запаса прочности: Для нагрузок на сжатие коэффициент запаса прочности 2 исторически был достаточным для учета неизбежных неопределенностей в грунте, установке и производстве. В некоторых случаях, например, в случае стяжек для удержания земли, коэффициент безопасности может быть меньше 1,5.
Расстояние между спиральными основаниями: рекомендуемое расстояние между центрами соседних винтовых оснований в пять раз превышает диаметр наибольшей спирали. Абсолютный минимум расстояния составляет три диаметра. Минимальные требования к расстоянию относятся только к спиральной пластине, что означает, что центральный вал можно разбить, чтобы получить достаточное расстояние.
Помощь при проектировании: Для получения помощи при проектировании на любом этапе процесса проектирования, включая расчет мощности, выбор спирального фундамента, коррозию, вопросы поперечной устойчивости/изгиба и спецификации, обратитесь к местному установщику винтового фундамента или дистрибьютору.