Винтовые сваи для вечномерзлых грунтов - MOYDOM23.RU

Винтовые сваи для вечномерзлых грунтов

Фундаменты из винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах

Статья расскажет о возможности и особенностях устройства фундаментов из винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах.

Содержание статьи:

Мерзлый грунт – грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и/или лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями.

В зависимости от продолжительности периода, когда грунты находятся в мерзлом состоянии (имеют отрицательную температуру и лед в своем составе), выделяют несколько групп:

  • многолетнемерзлый грунт (ММГ) – грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет;
  • сезонномерзлый грунт – грунт, находящийся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона.

На территории РФ многолетнемерзлые грунты распространены достаточно широко. Как правило, они залегают на глубине от 0,5 до 4,5 м, а мощность слоя изменяется от нескольких метров до 1,5 км и более.

При проектировании и строительстве фундамента на подобном основании необходимо учитывать целый ряд особенностей, присущих как самим ММГ, так и расположенному над ними деятельному слою.

В подстилающем слое ММГ могут протекать следующие процессы, способные оказывать необратимое воздействие на фундаменты возводимых зданий:

  • колебания температуры в верхнем слое многолетнемерзлых грунтов при сливающемся деятельном слое;
  • образование морозобойных трещин и клиньев льда. Данный процесс начинает развиваться в деятельном слое грунта из-за колебаний температуры, но продолжается и в многолетнемерзлом: весной вода, по морозобойным трещинам попадает в ММГ и замерзает, образуя клинья льда;
  • увеличение глубины оттаивания из-за увеличения площади застройки на определенной территории, а, следовательно, увеличения количества тепла, возникающего в результате бытовой и производственной деятельности человека.
  • возникновение термокарстовых просадок в результате интенсивного таяния ММГ. Спровоцировать этот процесс может попадание в грунт даже незначительного количества тепла, при этом величина просадки может достигать нескольких метров. К примеру, если многолетнемерзлый грунт расположен в основании массивного фундамента, он может неравномерно оттаивать. Это связанно с повышенным поступлением тепла в грунт через фундамент (так как теплопроводность фундамента превышает теплопроводность грунта) и может привести к неравномерной осадке фундамента. При этом характер оттаивания может меняться в зависимости от географического распространения многолетнемерзлых грунтов. Не менее важно, что при повторном замерзании грунта может наблюдаться его пучение. Из-за отсутствия стока воды на участке, на котором произошло оттаивание, может образоваться термокарстовое озеро, которое может спровоцировать еще большее протаивание грунта.

В деятельном слое также протекают процессы, которые могут влиять на возведенные объекты:

  • колебания температур в толщине деятельного слоя;
  • промерзание и оттаивание грунтов, которые залегают выше границы оттаивания;
  • морозное пучение грунтов;
  • образование грунтовых наледей, которое происходит при перепаде высот;
  • образование морозобойных трещин;
  • медленно сползание грунта по склону (солифлюкция);
  • поверхностные оползни, которые происходят из-за увлажнения грунта при оттаивании.

С учетом всех перечисленных процессов и явлений сегодня при проектировании и строительстве применяются два принципа использования ММГ в качестве основания зданий или сооружений:

  1. многолетнемерзлое состояние основания сохраняют как во время строительства, так и на протяжении эксплуатации здания/сооружения;
  2. ММГ используют в оттаявшем состоянии (оттаивание на расчетную глубину) как до начала строительства, так и в процессе эксплуатации.

Первый принцип используют, когда сохранение многолетнемерзлого состояния грунтов возможно, а также является целесообразным с точки зрения экономических затрат.

Второй принцип применяют, когда деформации ММГ при оттаивании не превышают допустимых значений, а также при несплошном залегании многолетнемерзлых грунтов или при их залегании на неодинаковой глубине от поверхности.

1. Расчет фундаментов из винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах

Возможность устройства в многолетнемерзлых грунтах фундаментов из винтовых свай предусмотрена СП 25.13330.2012. В соответствии с п. 6.3.9. данного нормативного документа «при устройстве свайных фундаментов в многолетнемерзлых грунтах допускается применять виды и конструкции свай, предусмотренные СП 24.13330, в том числе буронабивные, сваи-оболочки, а также составные (комбинированные) сваи из разных материалов».

При выполнении расчета винтовых свай в ММГ, отнесенность их к группе вертикально нагруженных висячих свай позволяет использовать единые принципы расчета.

В то же время в соответствии с п. 7.3.5. СП 25.13330.2012 «расчет усилий в элементах фундаментных конструкций и реактивных давлений грунтов следует выполнять, как правило, численными методами на основании уравнений строительной механики с учетом зависимостей реактивных давлений от неравномерных осадок основания. При этом оттаивающее основание допускается рассматривать как линейно-деформируемый слой конечной толщины. Допускается применять другие расчетные схемы, в том числе с использованием вероятностных методов расчета, учитывающих статистическую неоднородность основания. При расчете оснований и фундаментов по деформациям среднее давление на основание под подошвой фундамента от основного сочетания нагрузок не должно превышать расчетного давления на основание R, определяемого в соответствии с СП 22.13330 по расчетным характеристикам оттаивающих грунтов».

Это подтверждает и опыт компании «ГлавФундамент». Было установлено, что расчеты численными методами демонстрируют лучшую сходимость с результатами полевых испытаний грунтов винтовыми сваями при действии статической вдавливающей нагрузки.

Для осуществления предварительных расчетов фундаментов из винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах необходимы:

  • инженерно-геологический разрез;
  • сводная таблица физико-механических и геокриологических характеристик грунта;
  • карта фактических материалов;
  • результаты измерений коррозионной агрессивности грунтов.

2. Особенности погружения и эксплуатации винтовых свай в ММГ

Для погружения винтовых свай в условиях многолетней мерзлоты используется лидерное бурение на глубину погружения шнеком, диаметр которого равен диаметру сваи.

Нагрузка на лопасть во время установки в этом случае минимальна. Более того, по характеру взаимодействия с грунтом сваи, эксплуатируемые в ММГ, относятся к сваям-стойкам. Таким образом, применение винтовых свай с литым наконечником в ММГ, как правило, не является целесообразным (подробнее «К вопросу об использовании литого наконечника винтовых свай в многолетнемерзлых грунтах»).

Винтовые сваи в международных стандартах и практических рекомендациях пользователей FORUMHOUSE

Выбираете энергоэффективные решения?

Обратите внимание на геотермальные тепловые насосы FORUMHOUSE

Геотермальный тепловой насос EU (старт/стоп)

Геотермальный тепловой насос IQ (псевдоинвертор)

Геотермальный тепловой насос IQ (инвертор)

Винтовые сваи считаются универсальным видом фундамента, который делается за один день, подходит для любых грунтов, спокойно служит более ста лет (но это зависит от качества стали) и не наносит вред почвенному покрову участка. Строителям выгодно использовать винтовые сваи – на устройство фундамента уходит не пара месяцев, а пара дней, но чем это может обернуться для будущих владельцев дома? Особенно в российских условиях, когда нет ясности с официальными строительными нормативами и рекомендациями по применению винтовых свай в малоэтажном строительстве. Эта статья рассказывает о том, какие нормативы и рекомендации существуют в мировом строительном сообществе, и чем руководствуются при установке винтовых свай участники нашего портала.

Содержание

  • Преимущества винтовых свай
  • Ограничения для винтовых свай по Международным строительным нормам
  • Какой грунт не подходит для винтовых свай
  • Требования к элементам конструкции винтовой сваи

Преимущества винтовых свай

Почти 200 лет назад в США появилось первое строение на винтовых сваях. Это был маяк Стонингтон-Харбор в Коннектикуте: десятиметровая каменная башня, соединенная с каменным домом смотрителя. Этот маяк цел до сих пор.

Винтовые сваи разработал молодой ирландец Александр Митчел. На «винтовых сваях Митчела» строили маяки и причалы, железнодорожные мосты и путепроводы. Преимущества винтовых свай были очевидны:

  • скорость (готова к использованию сразу же после установки);
  • технологичность (понято, что вручную сваи для промышленного использования не ввинчиваются);
  • невысокая стоимость (они всегда дешевле железобетонных фундаментов);
  • независимость от климатических условий (их можно устанавливать хоть в мороз, хоть в жару от -35 до 35 градусов Цельсия).
  • независимость от УГВ: не надо волноваться из-за набухающих грунтов и осушать площадку.

Посмотрите видео о том, как легко можно бурить сваи даже зимой:

Ограничения для винтовых свай по Международным строительным нормам

Но все вышесказанное касается только фундаментов из свай, сделанных промышленным способом и по всем параметрам соответствующих Международным строительным нормами ICC AC358 Helical Foundation Acceptance Criteria (Критерии приемлемости фундаментов на основе винтовых свай). И даже для таких свай введен целый ряд ограничений.

  1. Винтовые сваи используются только для строений с классами сейсмостойкости от А до С, от «конструкции для сейсмобезопасных районов» до «конструкции для районов с умеренной сейсмической активностью».
  2. Удельное электрическое сопротивление грунта должно быть при этом более 1000 Ом-см (это связано с высокой скоростью электрохимической коррозии стали);
  3. РH грунта должен быть более 5,5.

  1. Грунт не должен содержать большое количество органики;
  2. Сульфация грунта должна быть менее 1000 ppm (иначе появляется угроза для незащищенного бетона железобетонных свай);
  3. Грунт не должен содержать отвалы грунта, мусор и пр;
  4. Грунт должен обеспечивать боковую поддержку свай. Рыхлые пылеватые пески, торф, мягкие осадочные породы тут неприемлемы.

Чтобы понять, с каким грунтом приходится иметь дело, обычно делают пробное вкручивание или бурение. Не лишним будет поговорить с соседями, которые уже поставили дом на винтовые сваи: все достоинства и недостатки они уже выявили эмпирическим путем.

Читайте также  Приспособление для закручивания винтовых свай

Какой грунт не подходит для винтовых свай

Особенности грунта, для которого винтовые сваи будут нерациональными и даже опасными, сформулировал пользователь FORUMHOUSE c ником Игорь3.

Слабонесущий грунт – свая легко вкручивается на всю глубину или свободно вращается, не закручиваясь. Столкнувшись с этим явлением, обычно сваю наваривают до упора до прочного грунта, но:

Глубина до прочного грунта может быть боле 7 метров, что делает этот тип фундамента уже не рациональным.

Твердый грунт. Это довольно распространенное явление: грунт настолько жесткий, что металл не выдерживает, обычную винтовую сваю с лопастями просто не вкрутить.

Каменистый грунт. Даже небольшие камни на пути лопастей усложняют вкручивание или делают его невозможным.

Как и для всех видов заглубленных фундаментов, для фундамента из винтовых свай обязательна боковая поддержка грунтов. В п. 1810.2.1 Международного строительного кода IBC для винтовых свай, которые устанавливаются в текучих грунтах или воде и не связанных между собой в группы обязательно требование:

Требования к элементам конструкции винтовой сваи

Толщина металла стенок винтовой сваи зависит от двух параметров:

  • нагрузки на нее;
  • условий эксплуатации.

Под условиями эксплуатации в большей степени понимается, как будет истончаться металл из-за коррозии – именно от того зависит, прослужит свая 400 лет или проржавеет через 40 лет и дом рухнет.

Допустим, у вас на участке обычный суглинок (не солончак и не кислые почвы) и труба ГОСТ 10704-91 «трубы стальные электросварные прямошовные» с толщиной стенки 3,8мм (самый ходовой размер). Свая не покрашена, или покрашена дешевой, но не специальной краской. По моим наблюдениям, такая свая может прослужить около 50 лет. А если сталь защищена специальной краской, а лучше цинком, то срок нормальной эксплуатации сваи намного больше.

Требование использовать цинковые покрытия свай в грунтах с высокой коррозионной активностью предъявляет международный стандарт ICC AC358 Helical Foundation Acceptance Criteria. Ниже в таблицу мы собрали требования этого документа к конструкции винтовой сваи:

Параметр

Величина

20-35 см (или 8-14 дюймов)

Толщина стенки ствола в неагрессивных грунтах

Толщина стенки ствола в агрессивных грунтах

Толщина полимерного покрытия

Большинство свай российского производства этим параметрам не соответствует. Их делают из сварных труб (стойкость к коррозии бесшовных труб из горячего проката значительно выше, и именно из таких труб должен был делаться ствол сваи согласно советскому справочнику «Сваи и свайные фундаменты», выпущенному в 1977 году). Как уже говорилось, «самый ходовой размер» толщины стенки у нас 3,8 мм (но почти всегда до 4 мм). А покрытие от коррозии настолько тонкое, что не часто не переживает даже транспортировку.

Очень важно, чтобы на сваю было нанесено качественное, износостойкое покрытие. Можно проверить качество краски, царапнув ее рядом с просверленном отверстием в конце сваи. Качество сварки можно увидеть по шву: он должен быть сплошной, ровный, красивый, без соплей и раковин. И металл должен быть гладкий. Нужна уверенность, что перед вами – не покрашенная ржавая труба.

Если перевернуть сваю и постучать по ней, из нее не должна сыпаться ржавчина.

Популярное в нашей стране «обваривание» стальных винтовых свай связями из стальных швеллеров, двутавров и уголков ускоряет коррозию. В грунтах со слабой боковой поддержкой эта технология – суровая необходимость, без нее не обойтись. Но при этом может возникнуть гальваническая связь между сваями и другими стальными строительными элементами и арматурой железобетонных конструкций: это приводит к появлению блуждающих токов, ускоряющих коррозию. В пункте 3.9 ICC AC358 говорится о том, что той связи быть не должно. Также этот пункт запрещает совмещение в свайном фундаменте оцинкованных и неоцинкованных элементов.

В целом, если человек не знает степень коррозионной агрессивности грунта на своем участке, ему лучше не рисковать и использовать сваи со стволом:

  • горячей оцинковки;
  • толщиной стенок8-9,5 мм и более.

Выводы

На нашем портале часто можно часто встретить мнение, что винтовые сваи не подходят для ответственных строений.

Винтовые сваи — удел сараев и бытовок, ну ни в коем случае для дома!

Но в реальности на винтовых сваях надежно и долго стоят даже большие дома. Самое главное здесь – высокое качество свай и правильный расчет. Учитывать нужно и особенности грунта, и степень его коррозивной агрессивности. Фундамент – основа дома, и легкомысленность в этом вопросе недопустима.

Больше узнать про винтовые сваи и определиться с их допустимость в малоэтажном строительстве помогут темы на FORUMHOUSE «Фундамент на винтовых сваях – 6» и «20 мифов про винтовые сваи». Почитайте нашу статью – она доказывает, что существует всего три причины построить свайно-винотовой фундамент. Посмотрите наше видео про утепленный финский фундамент, который рассказывает нюансы монтажа, конструкционные особенности, отличия от подобных типов плитных фундаментов.

Сваи для вечномерзлых грунтов

Назначение

Сваи для вечномерзлых грунтов широко используются при установке систем ограждений, строительстве опор линий электропередач, молниеотводов, мачт освещения, зданий и сооружений различной направленности. Так же они служат для укреплении грунта при строительстве подпорных стен. Сваи оснащены узкой лопастью, цилиндрическим литым наконечником и используются в условиях Крайнего Севера и районах вечной мерзлоты.

К основным преимуществам данных свай можно отнести то, что они является почти единственным решением для установки опор и фундаментов в суровых погодных условиях с низкими температурами. В условиях вечной мерзлоты вам не нужно досконально подготавливать участок, производить большие объемы земляных работ — достаточно вкрутить сваи с помощью гидравлической техники и выровнять их по нужной линии. Отсутствие потребности в заливке свай бетоном и уплотнения грунта песком или щебнем — значительно упрощает транспортные издержки на доставку и сам установочный процесс.

Основные параметры и характеристики:

Диаметр сваи, мм 114; 133; 159; 168; 219; 273; 325
Толщина ствола, мм 6; 8; 10
Диаметр лопасти, мм по запросу
Толщина лопасти, мм 6; 8; 10
Длина, мм от 1000 до 11500
Марка стали 09Г2С
Упаковка стрейч 20-23мкм
Покрытие антикоррозийное покрытие на основе алкидных смол ГФ-021

Особенности

  • Основным преимуществом является применения для вечномерзлых грунтов
  • Возможно изготовление по чертежам заказчика
  • Используются в районах крайнего севера и вечной мерзлоты
  • Перед использованием свай не нужно производить подготовку территории и земляные работы
  • Отсутствие бетонных работ
  • Отсутствие вибраций и шума в процессе монтажа свай
  • Впечатляющая антикоррозийная стойкость
  • Винтовая свая имеет гарантийный срок службы по меньшей мере 50 лет.
  • Время на погружение одной сваи — всего 15-20 минут

Дополнительное оборудование

Ссылки

Ассортимент продукции
компании «Эверест»

Обеспечение безопасности объекта является очень ответственной задачей, которую приходится решать каждому собственнику. Наиболее эффективным способом оградить свое имущество от посягательств всегда была установка ограждений. Очевидно, что основной характеристикой любой ограждающей конструкции является стойкость к механическим воздействиям, поэтому наибольшим спросом сегодня пользуется продукция из металла.

Надежные ограждения под ключ

Компания «Эверест» — это надежный производитель продукции для безопасности с 8-летним опытом работы на отечественном рынке. Клиентам компании предлагают полный комплекс услуг «под ключ»: проектирование, изготовление, доставку, монтаж конструкций и оборудования. В нашем ассортименте представлены:

  • Ограждения из сварных панелей;
  • Ограждения из сетчатых панелей;
  • Винтовые сваи;
  • Распашные и откатные ворота;
  • Шлагбаумы;
  • Калитки;
  • Технические средства обнаружения;
  • Козырьковые заграждения;
  • Аксессуары и опции.

Вся продукция нашей компании соответствует высоким требованиям качества и надежности и прошла сертификацию в нашей стране. Ограждения из 3D панелей от производителя «Эверест» являются гарантом безопасности и рассчитаны на длительный срок эксплуатации в самых неблагоприятных условиях. При изготовлении продукции используется качественный материал отечественного и зарубежного производства, современные технологии и эффективное оборудование. Системы безопасности периметра из сетчатых и сварных панелей защищают от внешних неблагоприятных воздействий полимерным покрытием, которое также придает продукции привлекательный внешний вид. Все конструкции из металла перед отправкой заказчику проходят тщательный контроль качества.

Компания «Эверест» непрерывно совершенствуется и расширяет ассортимент своих предложений. Мы используем передовой опыт отечественных и зарубежных производителей, а также самостоятельно разрабатываем новые виды изделий.

Устройство свай в вечномерзлых грунтах

Люди селятся не только в южных районах и средней полосе, огромная часть населения нашей страны проживает в суровых районах Крайнего Севера, где очень сложные климатические условия. Но даже в таких районах жизнь не останавливается – растут города и поселки, где больше половины жилья возводится частным образом. В этом случае очень актуальным становится возведение фундаментных оснований, способных выдержать сложные условия. Тема этой статьи – фундаменты на вечномерзлых грунтах, их устройство и технология работ.

Читайте также  Шаг свай в ленточном ростверке

Вечномерзлые грунты: характеристики, свойства

Вечномерзлыми считаются такие грунты, которые находятся в мерзлом состоянии 3-х и более лет, они имеют неустойчивую структуру, при оттаивании подвергаются значительной просадке в результате нарушений природного структурного состояния.

Срез вечномерзлого грунта

Вечномерзлый слой разделяется на две части по вертикали:

Деятельный слой – поверхностный слой мерзлого грунта подвергается частичному оттаиванию во время летнего сезона и снова замерзает с наступлением зимы. Интенсивные процессы оттаивания и замерзания почвы вызывают пучение, что негативно сказывается на устойчивости и прочности зданий, построенных на этом грунтовом основании.

Мощность деятельного слоя зависит от климата местности и геологического состава залегающего грунта, может составлять от 0,3 до 4,0 метров, при этом при продвижении к югу, толщина деятельного слоя значительно возрастает. Наибольшей толщины поверхностный слой достигает в почвах, сложенных их песка и осколочных скальных пород, имеющих открытые поры.

Различают два типа деятельных грунтов:

  • Сливающиеся – в условиях зимних холодов почва деятельного слоя промерзает на всю толщину, и смерзается с вечной мерзлотой основания, на которое опирается.
  • Несливающиеся грунты – между деятельным грунтовым слоем и вечномерзлым материковым, существует незамерзающая перемычка.

Вечномерзлая толща – этот грунтовый слой принято подразделять на два вида:

  • Непрерывная мерзлая толща – состоит из сплошного однородного слоя мерзлого грунта.
  • Толща слоистая – представлена прослойками из смерзшихся почв, льдистых включений или слоев, которые размываются подпочвенными водами.

Вечная мерзлота может быть сложена из грунтов любого типа, среди которых наиболее широко представлены основные группы почв. Самый наименьший процент в мерзлотных почвах составляют скальные породы.

Твердомерзлый грунт

По состоянию вечномерзлые грунты принято подразделять на следующие виды:

  • Твердомерзлые – этот вид представлен смерзшимся песком, который в замерзшем состоянии приобретает все свойства и характеристики скального грунта.
  • Пластичномерзлые – состоят из глинистых пород, которые в результате глубокого промерзания, содержат замерзшую воду, и могут сжиматься при воздействии определенных нагрузок.
  • Грунты сыпучемерзлые – эту группу составляют песчаные и гравийные грунты, которые даже в замерзшем состоянии не скованы льдом, находятся в достаточно рыхлом состоянии.

Особенности фундаментов на вечной мерзлоте

Фундаменты на вечномерзлых грунтах требуют особого подхода, для их возведения применяется специальная технология. Уже в момент проектирования опорного основания в условиях вечной мерзлоты, следует предусмотреть ряд аспектов:

  • Разработка мероприятий по уменьшению возможных деформаций постройки.
  • Тщательный расчет глубины заложения фундамента.
  • Выбор вида фундаментного основания с учетом местных условий.
  • Технология возведения опоры здания, разработанная для строительства оснований здания в вечной мерзлоте (способ погружения опор).

Строительство дома в любых условиях – ответственный процесс, требующий тщательного выполнения строительных норм и правил, с особой тщательностью следует выполнять технологию работ. В условиях вечной мерзлоты к строительству зданий следует подходить еще более ответственно, выбирая подходящее основание для опоры постройки.

Свайные фундаменты

По сравнению с другими типами оснований, фундамент на вечной мерзлоте (свайный), имеет значительные преимущества:

  • Исключается необходимость разработки природного грунта в котловане, что достаточно тяжело выполнить в силу природных условий местности.
  • Свайные фундаменты в мерзлоте допускается возводить при любых погодных условиях, в любое время года.
  • Технология устройства свайных фундаментов (способ погружения) отличается простотой, доступностью.
  • Свайные основания в условиях мерзлоты обычно заглубляют на большую глубину, поэтому исключается опасность неравномерной осадки здания и опрокидывания конструкций.

Необходимо выполнять тщательные расчеты величины заглубления свайных опор, учитывая весь комплекс действующих факторов по геологическим и гидрогеологическим показателям, в том числе – глубины сезонного промерзания и оттаивания грунта.

Особое внимание следует уделять морозному пучению почв, которые возникают в пылеватых и глинистых почвах. Выпучивание замерзшей почвы чревато неравномерной осадкой при сезонном оттаивании верхних слоев мерзлой породы.

Свайные опоры в большей мере, чем другие виды фундаментных оснований, способны сопротивляться силам морозного пучения. Устройство основания из свай под здания в условиях вечной мерзлоты, соблюдая необходимую технологию, гарантирует зданию устойчивость, прочность и долговечность.

В настоящей статье рассмотрим подробно технологию возведения свайных фундаментов в районах вечной мерзлоты.

Буроопускные сваи

Технология устройства фундаментов из буроопускных свай разработана специально для районов с вечномерзлыми грунтами.

Способ погружения опор включает выполнение основных технологических операций:

  • Погружение свай квадратного сечения в заранее приготовленную скважину, превышающую по размерам погружаемую опору.
  • Заполнение зазора между свайной опорой и стенками скважины бетонным раствором.

Свайные опоры, принимая нагрузку от веса здания и прочих воздействий, перераспределают ее на нижние слои почвы, а также на боковые поверхности, сжимаемые грунтом.

Промышленность выпускает прямоугольные буроопускные опоры из металла. Внизу ствола имеется уширение с закрепленным опорным элементом и ребрами жесткости. Между телом сваи и наконечником устанавливается специальная цилиндрическая вставка, которая определяет несущую способность всей опорной конструкции.

Допускается применять для устройства фундаментного основания сваи квадратного сечения и сваи-оболочки. Для повышения прочности последних опор, требуется выполнить бетонирование внутренней полости после завершения монтажных работ.

Габариты свайных опор принимаются согласно проектным расчетам. Для обеспечения повышенной прочности могут быть применены составные опоры, при условии их обязательного опирания на твердое основание.

Рекомендуем посмотреть видео, рассказывающее о процессе монтажа опор в мерзлых почвах.

Технология и способы погружения свай

Способ погружения свайных опор в мерзлые грунты при использовании технологии строительства оснований из буроопускных свай, включает следующие операции:

  • Предварительное бурение скважин в вечномерзлом грунте.
  • Устройство амортизационной песчано-гравийной подушки – в скважину послойно засыпается крупный песок с проведением тщательного уплотнения слоев. Второй слой подушки выполняется из мелкого гравия или щебня мелкой фракции. Устройство песчано-гравийной подушки предполагает выполнение тщательного уплотнения слоев песка и щебня.

Способ уплотнения подушки состоит в следующем: с большой высоты в скважину опускается фундаментная опора квадратного сечения, которая уплотняет слой песка или щебня.

  • Погружение металлической сваи в подготовленную скважину (существует специальная технология).
  • Заполнение пазух свайного фундамента грунтом или раствором – устройство основания под здание в вечномерзлых грунтах предполагает заполнение пространства вокруг наружных поверхностей свайной опоры мерзлым материковым грунтом; цементно-песчаным или цементно-глинистым раствором.

При заполнении пустого пространства раствором, важно помнить, что состав должен заполнить скважине не более 1/3 от ее глубины.

Посмотрите видео, как производится установка буроопускных опор.

Способ погружения свайных опор в мерзлые грунты выбирается в зависимости от комплекса условий, которые включают состояние мерзлых грунтов. В зависимости от ситуации, могут применяться следующие варианты погружения опор:

  • Механизированная установка опор – при этом варианте буроопускные опоры монтируются в скважины при помощи специальных механизмов. Способ монтажа опор нельзя назвать экономичным, так как привлекается дорогая грузоподъемная техника.
  • Устройство фундаментного основания методом погружения свай в предварительно оттаянный грунт (оттаивание проводится специальными иглами с помощью пара или электричества). Этот способ отличается сложностью и сопряжен с высокими затратами.
  • Монтаж свай в скважины заведомо меньшего диаметра (бурозабивной способ).
  • Забивка свайных опор в вечномерзлые грунты без проведения предварительной подготовки.

Два первых способа применяются в твердомерзлых грунтах, технология забивного погружения свай применяется обычно в мерзлых пластичных грунтах. Каждый способ имеет свои особенности, преимущества и недостатки, выбирая технологию погружения свай, следует всесторонне оценить существующие условия строительства.

Винтовые сваи для вечномерзлых грунтов

В условиях вечной мерзлоты для строительства часто используются винтовые сваи. Изначально они разрабатывались для нужд вооруженных сил, но в последствии нашли широкое применение и в гражданской промышленности. Винтовые сваи могут использоваться в самых разных грунтовых условиях, разве что кроме скальных. Практически полностью исключаются мокрые процессы, а это несомненный плюс в суровых условиях Крайнего Севера.

Технология винтовых свай

Что же представляет собой винтовая свая? Это стальная труба со сварным или литым наконечником установленной конфигурации.
Особенность винтовых свай для вечномерзлых грунтов заключается в том, что сваи многовитковые с лопастью малой ширины. Изменение количества витков лопасти обеспечивает необходимую несущую способность. Наконечник выполняется без конической части, зато с заостренным концом.
Винтовые сваи бывают двух типов.
Во-первых, для грунтов, подверженных сезонному промерзанию. Такие сваи могут быть завинчены летом практически без предварительного бурения.
Во-вторых, сваи для вечномерзлых грунтов, перед завинчиванием которых проводится бурение скважины на всю длину сваи и по диаметру ее ствола. Установка в грунт производится посредством вращения. При заглублении на один диаметр лопасти грунт под ней разрыхляется, в то время как на большей глубине происходит его постепенное уплотнение.
Как мы видим, при завинчивании вертикальные силы не действуют, а это благоприятно сказывается на структуре грунта, которым окружена винтовая свая.
Лопасть обеспечивает основную несущую способность сваи, контроль над которой осуществляют, полагаясь на размер крутящего момента, приложенного к винтовой свае в последний момент завинчивания.
Винтовые сваи необходимо защитить от неблагоприятного воздействия грунтов специальным составом, оказывающим герметизирующий эффект. Состав износостойкий и диэлектрический.
Расчетным способом, путем инженерно-геологических изысканий определяют максимальную несущую способность сваи. Этот же показатель берется под контроль при завинчивании винтовой сваи, исходя из показателей крутящего момента
На основе данных, полученных в ходе инженерно-геологических расчетов, определяется глубина, которая необходима для обеспечения оптимальной несущей способности и на которую погружена свая. Бортовой компьютер машины фиксирует момент завинчивания.
Если необходимо, то в несущей способности сваи можно удостовериться, проведя дополнительные испытания. В том случае, если несущей способности недостаточно, проводят усиление фундаментов, а именно наращивают длину ствола сваи, потом её довинчивают до наиболее плотных слоев грунта.

Читайте также  Отказ сваи при забивке это

Преимущества применения винтовых свай

К преимуществам применения винтовых свай можно отнести:
Отсутствие бетонных работ.
Увеличение несущей способности как на выдергивающие, так и на сжимающие нагрузки.
Высокоустойчивость сваи силам морозного пучения.
Наличие возможности демонтажа фундаментов для повторного использования.
Отсутствие вибраций и шума в процессе монтажа свай. Таким образом, на соседние постройки влияние не оказывается.
Сокращение земляных работ, а также сроков строительства, благодаря меньшей глубине погружения.
Возможность установки фундаментов в вечномерзлых, водонасыщенных грунтах и в пойменных районах.
Минимальное количество операций при монтаже сваи, отчего не требуется большого количества техники и персонала.
Скорая готовность фундамента к установке конструкции. Не требуется время для того, чтобы достигнуть полной несущей способности.
Возможность проводить работы в городских условиях, при плотной застройке, а также около подземных коммуникаций.
Впечатляющая антикоррозийная стойкость. Винтовая свая имеет гарантийный срок службы по меньшей мере 50 лет.
К тому же, время на погружение одной сваи — всего 15-20 минут.

Применение винтовых свай для вечномерзлых грунтов

Винтовые сваи для вечномерзлых грунтов в условиях отрицательных температур являются самым оптимальным вариантом, если сравнить их с буроопускными сваями. И тому есть объяснение.
Во-первых, они не требуют использования песчано-цементного раствора, что весьма затратно в условиях вечной мерзлоты.
Во-вторых, отсутствуют какие-либо сварочные работы для изготовления сваи.
Наконец, объем бурения скважины куда меньше, нежели при использовании буроопускных свай.
К основным трудностям, с которыми связана установка фундаментов в северных районах, можно отнести большие расстояния доставки материалов, низкие температуры, удаленность от коммуникаций и прочие факторы, характерные для удалённых регионов. Кроме того, бывают ситуации, когда проехать можно только по зимнику, что накладывает сезонные ограничения.
Вышеуказанные факторы должны быть учтены в проектах фундаментов. Применение обычных грибовидных конструкций, например, для опор линий электропередач, совсем не выгодно, так как масса подножника в несколько раз больше веса винтовой сваи. Следовательно, грузовому транспорту придется совершить больше рейсов, что может быть затруднительно в неблагоприятных условиях.
Это же касается железобетонных свай и плит, требующихся при строительстве складов, трубопроводов и прочих сооружений.
В условиях отрицательных температур применяются буронабивные сваи, и связано это с необходимостью прогрева вода, растворов и сваи после заливки до того момента, когда она наберет прочность. Но условия вечномерзлых грунтов предполагают, что по всей длине сваи (и даже глубже) расположен замороженный грунт. В этом случае оптимальным будет винтовой фундамент. Для его строительства проводится бурение лидерной скважины на всю глубину сваи. Диаметр скважины при этом равен диаметру ствола винтовой сваи.
Таким образом, мы видим, что для вечномерзлых грунтов наиболее подходящими являются винтовые сваи. Этим объясняется их широкое применение в районах Заполярья.

Винтовые сваи используются для установки на них железобетонных и металлических опор контактной сети, так же в качестве анкеров для гражданских и промышленных объектов и железных дорог.

Конструкции свай предназначены для эксплуатации в районах с расчетной температурой (СНиП 23-01) до минус 40, 50 градусов Цельсия, в районах с сейсмичностью до 9 баллов.

Устройство свай в вечномерзлых грунтах

Выбор технологии погружения винтовых свай в мерзлый грунт определяется в процессе проектирования строительства на основе анализа свойств, состояния и глубины промерзания почвы, полученных в результате геологического исследования строительной площадки. При этом учитываются особенности будущей конструкции (величина предполагаемой нагрузки), диапазон среднегодовых температур, колебательная систематика и другие параметры.

Свойства вечномерзлых почв

Вечномерзлой считается порода, находящаяся в твердом состоянии более трех лет, которая характеризуется неустойчивой структурой и значительными просадками при оттаивании. Различают две ее части по вертикали:

  • деятельный слой — верхний пласт, способный частично оттаивать в летный период с последующим замерзанием осенью, что вызывает сезонное пучение, негативно влияющее на фундамент постройки;
  • вечномерзлый слой — непрерывно мерзлая толща может быть однородной или слоистой на основе смерзшихся пластов и/или льдистых включений, размывающихся подпочвенными водами.

В зависимости от климатических условий деятельные слои могут залегать до 4,0 м. При этом наибольшая толщина наблюдается в песчанике и осколочных скальных породах с большим количеством открытых пор. По типу деятельный пласт может быть сливающимся (промерзающим на всю глубину) или несливающимся, когда между ним и вечной мерзлотой имеется незамерзающая прослойка. Мерзлые толщи классифицируются на три группы: твердомерзлые (скальные), пластичномерзлые или сыпучемерзлые (рыхлые).

Доступные способы погружения

Особенности погружения свай в мерзлые грунты определяются с учетом конкретной ситуации и текущего состояния почвы. Существует несколько вариантов монтажа винтовых опор:

  1. механизированная установка применяется при промерзании до 700 мм и предполагает использование дорогостоящего оборудования или особой грузоподъемной техники;
  2. монтаж в лидирующие скважины производится при промерзании более 700 мм с предварительным размораживанием специальными иглами или другими устройствами;
  3. забивание свай в скважины меньшего диаметра или без предварительной подготовки замерзшего грунта.

Два первых методы целесообразно применять при устройстве несущей конструкции на участках с твердомерзлой толщей, а третий способ чаще всего задействуют для пластичных типов почвы. При этом в целях максимальной экономии средств и сил следует использовать естественное состояние вечномерзлой структуры без нарушения ее свойств. Если в процессе монтажа производилось предварительное оттаивание, необходимо в кратчайшие сроки восстановить природные свойства пластов. Такой принцип способствует быстрому смерзанию поверхностей стоек с грунтом, позволяя им формировать повышенную несущую способность.

Технологические этапы

Погружение свай в твердомерзлую толщу планирует выполнение следующих операций:

  • исследование территории с последующим анализом геологических особенностей;
  • определение оптимальной технологии и диаметра винтовых свай с учетом результатов исследований и предполагаемой нагрузки;
  • земельные работы — размораживание (оттаивание) и/или бурение в соответствии с выбранной методикой;
  • устройство амортизирующих подушек реализуется путем поочередной засыпки в каждую скважину нескольких слоев крупного песка и мелкого щебня с тщательным уплотнением помощью специального приспособления или труб меньшего диаметра;
  • установка металлических столбов одним из доступных способов.

Заполнение пространства вокруг выступающих частей винтовых стоек, как правило, проводится с использованием бетонного, цементно-песчаного или цементно-глинистого раствора. Иногда применяется твердая материковая толща: скальные породы, щебень, крупнозернистый песок и пр.

Особенности погружения

На участках со среднегодовым диапазоном температур на глубине 5–10 м ниже –1,5 0 С при сооружении фундаментов в мерзлых грунтах чаще всего используется технология смерзания опорных стоек со структурой твердомерзлой толщи. Винтовые опоры погружают двумя методами: в предварительно устроенные скважины, либо в заблаговременно оттаявшую породу.

Бурение

Монтаж предполагает разметку территории и бурение с использованием спецтехники или особой установки. Оборудование располагается на шлаковой либо щебневой основе с возможностью оперативного смещения для предотвращения оползания пластов в процессе земельных работ. После устройства скважины ее заливают раствором в объеме, необходимом для заполнения пустот. На следующем этапе производится опускание стойки с последующим вытаскиванием обсадной трубы.

Оттаивание

Чаще всего размораживание реализуется с применением паровых игл, нижняя часть которых перфорирована. Горячая среда, подаваемая под давлением 0,6 ±0,2 МПа из острия инструмента, разжижает замерзшую породу до текучей консистенции, куда постепенно погружается игла.

Скорость установки зависит от структуры участка, диаметра необходимой полости и требуемой глубины. При небольшом количестве льда процесс занимает до 3 часов, а при большом уровне насыщения влаги — до 8 часов. Опускание иглы производится с таким расчетом, чтобы обеспечить разжиженную зону, превышающую в 2–3 раза сечение опоры.

После опускания стойки в оттаявшую жижу происходит естественное смерзание поверхности трубы с вечномерзлой толщей. В результате винтовая опора быстро приобретает расчетные параметры несущей способности.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: