Промышленные винтовые сваи: назначение, производство, ГОСТ и ТУ

Навигация по странице

Промышленные винтовые сваи предназначены для возведения фундаментов крупных индустриальных объектов: производственных цехов заводов и фабрик, складских помещений больших объёмов, аграрных комплексов, ангаров для автопарков, портовых пирсов и причалов, мостов, трубопроводов, линий электропередач. 

Спецификой таких сооружений являются большие нагрузки на фундамент. Конструкции сами по себе обладают значительным весом благодаря внушительным размерам, а также принимают на себя ветровые, снеговые, волновые и ледовые воздействия. Дополнительные нагрузки на постройки, статические и динамические, вызываются спецификой эксплуатации: массой хранящихся и перемещаемых грузов, тяжестью оборудования и его вибрацией. 

В связи с повышенными нагрузками к фундаментам промышленных сооружений предъявляются особые требования, касающиеся прочности и выносливости. 

При этом строительство может осложняться перепадами высот рельефа, слабой несущей способностью грунта, его промерзанием и пучинистостью. Также строительные нормативы предписывают уделять внимание экономической целесообразности и сохранению экологии при монтаже промышленных объектов.

Свайно-винтовые фундаменты при соблюдении технологии изготовления и установки опор обеспечивают надежность, безопасность и долговечность промышленных построек. Винтовые сваи как основание для производственных, складских, теплоэнергетических, гидротехнических конструкций имеют ряд преимуществ по сравнению с другими фундаментами:

• Обеспечение устойчивости сооружений на слабых и нестабильных грунтах за счёт опоры лопастей на залегающие ниже более плотные слои;
• Высокая прочность и несущая способность стальных свай;
• Противодействие выдергивающим и сдвигающим нагрузкам благодаря наличию лопастей;
• Возможность установки объектов в гористой местности, на глубине и любых неровностях рельефа за счёт выбора длины опор;
• Экономия на быстром монтаже без устройства котлована и привлечения громоздкой техники;
• Готовность фундамента к восприятию нагрузок сразу после монтажа, минимальная осадка;
• Компактность строительной площадки, отсутствие сильного шума и вибраций во время работ, позволяющие «вписать» новостройку рядом с уже готовыми сооружениями;
• Бережное вмешательство в экосистему территории, минимум мусора и строительных отходов.

Винтовая свая состоит из трех основных частей: ствола, наконечника, лопастей. Они могут быть изготовлены разными способами.

• Ствол винтовой сваи представляет собой стальную трубу, бесшовную или сварную. Бесшовные трубы производятся методом горячей или холодной прокатки из сплошной цилиндрической заготовки. Сварные трубы делаются из листового проката: стальную полосу на листогибочном станке сворачивают в полый цилиндр, а стык кромок заваривают с образованием шва по всей длине трубы. Бесшовные трубы выдерживают более серьезные нагрузки, чем сварные той же толщины и диаметра, но их производство сложнее и дороже.

Длина ствола сваи лежит в диапазоне от 1 до 12 м. У свай большой длины ствол может быть составным из нескольких отрезков трубы.

• Наконечник имеет форму конуса, основание которого совпадает с диаметром сваи. Со стволом наконечник соединяется с помощью сварки. Сам наконечник может быть сварным и литым. Сварные наконечники изготавливаются из листовой стали. Для раскроя заготовок может использоваться лазерная или плазменная резка. Вырезанной детали на гибочном станке придается нужная форма, которая фиксируется сварными соединениями. Другой способ сформировать сварной наконечник — сделать разрезы в нижней части цилиндра ствола с последующей сваркой в конус.

Литой наконечник образуется путём заливки расплавленного металла в заранее подготовленную форму. Чаще всего литой наконечник отливается вместе с лопастью. Плюс такого решения в прочности — лопасть и наконечник представляют собой единое целое. Но витки лопасти не заходят при этом на ствол, что делает более уязвимым соединение ствола с наконечником, а также ограничивает функциональные возможности такой сваи.

• Лопасти винтовой сваи, если они не цельнолитые с наконечником, изготавливаются из листового металла и привариваются к наконечнику и нижней части ствола. Конфигурация и количество лопастей, число витков и шаг между ними могут быть различными и рассчитываются в зависимости от нагрузок и типа грунта. Свая может иметь одну или несколько лопастей либо винтовое оперение в виде спирали.

Долговечность свайно-винтового фундамента зависит от того, насколько опоры способны противостоять коррозии. Грунтовые воды и атмосферная влага являются катализаторами окислительных процессов, приводящих к появлению ржавчины и разрушению металла. Для сохранения целостности конструкции на сваи наносится защитное покрытие из цинка, лакокрасочных материалов или полимеров.

В фундаментах промышленных сооружений обычно применяются сваи большого диаметра:

133, 159, 219, 325 мм. Меньший диаметр ствола будет недостаточным для той ширины лопастей, которая сможет создать надежную опору для тяжелых крупногабаритных конструкций. Чтобы воспринимаемые сваей нагрузки распределялись равномерно, с увеличением площади лопастей увеличивается и диаметр ствола, иначе диспропорция может стать причиной поломки. Также с возрастанием диаметра увеличивается и толщина стенок ствола и лопастей. В среднем пропорции параметров однолопастных свай можно соотнести так:

• для диаметра ствола 133 мм диаметр лопасти 350 мм при толщине металла 4,5-5 мм;

• для диаметра ствола 159 мм диаметр лопасти 550 мм при толщине 5-8 мм;
• для диаметра ствола 219 мм диаметр лопасти 600 мм при толщине 6-10 мм;
• для диаметра ствола 325 мм диаметр лопасти 850 мм при толщине 6-10 мм.

Как мы видим, технологический процесс производства винтовых свай включает в себя множество операций, каждая из которых регламентируется определенными правилами, зафиксированными в нормативных документах — ГОСТах и СП. Обобщающим для них является ГОСТ Р 59106-2020 «Сваи стальные винтовые».

В нем приводятся технические требования к расчету нагрузок на изделия, качеству материалов, точности обработки и допустимым отклонениям. В своих предписаниях ГОСТ основывается на Сводах правил, касающихся использования металлоконструкций в строительстве:

• СП 16.13330 «Стальные конструкции» — об основных принципах обеспечения прочности и пространственной целостности металлоконструкций;

• СП 20.13330 «Нагрузки и воздействия» — о комплексном расчете нагрузок, которые могут воздействовать на свайно-винтовые фундаменты;  
• СП 24.13330 «Свайные фундаменты» — о способах расчета несущей способности свай при передаче нагрузок на механически устойчивые слои грунта; 
• СП 28.13330 «Защита строительных конструкций от коррозии» — о требованиях к материалам и конструкциям в зависимости от степени агрессивного воздействия среды в разделе, посвященном металлическим конструкциям.

Также в документе содержатся ссылки на другие ГОСТы, касающиеся отдельных технологических операций, в том числе ГОСТ 23118 «Конструкции стальные строительные. Общие технические условия», в котором изложены требования при выполнении разметки, резки, гибки и сварки изделий из металлопроката.

По правилам, винтовые сваи должны изготавливаться только в заводских условиях. Каждый вид свай имеет свои максимально допускаемые нагрузки, которые должны указываться в проектной документации. Все расчеты должны подтверждаться испытаниями на прочность деталей, соединений и всего изделия.

Для производства винтовых свай используются углеродистые и низколегированные стали не ниже 245 класса прочности, подтвержденные сертификатами качества.

Сварные швы по прочности не должны уступать материалу свариваемых деталей, не иметь трещин и остаточного шлака, что удостоверяется соответствующими испытаниями. 

Антикоррозийная защита может наноситься несколькими способами, к которым относится горячее или холодное цинкование, эпоксидное или порошково-полимерное покрытие. Толщина и плотность покрытия должна соответствовать стандартам, обеспечивающим проектную стойкость.

ГОСТ устанавливает правила технического контроля по внешнему виду и путем испытания механических свойств готовых образцов, отбраковки дефектных изделий, стандарты маркировки, комплектации, упаковки, хранения и транспортировки. 

На основе федеральных ГОСТов предприятие-изготовитель может разработать Технические условия, являющиеся отправным документом для организации технологического процесса.

ТУ не должны противоречить положениям ГОСТов, они адаптируют и детализируют общие принципы в приложении к конкретному производству. ТУ описывают этапы изготовления продукции в соответствии с нормативами и являются основанием гарантии для потребителя, что качество готовых свай соответствует назначению.

Как правило, ТУ содержат ссылки на все ГОСТы и СП, имеющие значение для выпуска определенного вида изделий, основные технические требования, описание технологических операций, принципы маркировки, условия хранения, транспортировки и эксплуатации применительно к местным условиям.