Ключевые слова: винтовые сваи,испытание свай, несущая способность , чугунное перо, композитный ствол, свайный фундамент, грунт, молот, сваепогрузочное оборудование, опоры винтовых свай.
В настоящее время в Российской Федерации выявляется тенденция использования новейших технологий и новаторских решений при строительстве различных объектов: применяются современные строительные материалы и работы выполняются инновационными методами. Поскольку в России композитные сваи только начинают обретать свою популярность, практика использования винтовых свай с чугунным пером и композитным стволом зарубежными компаниями показывает, что их применение в строительстве является выгодным, у них дольше срок службы, чем у металлических; также они превосходят предшественников по техническим параметрам и масштабам использования.
Для объектов строительства стеклопластик открывает много новых возможностей, позволяющих заменить собой часть традиционных металлических изделий, снизив при этом затраты на строительство и оптимизировав использование металла там, где он незаменим. Стеклопластик характеризуется высокой прочностью, относительно малым удельным весом, многообразием создаваемых форм. Важную роль в некоторых случаях играет его радиопрозрачность, низкая электропроводность, а также декоративные качества. Поэтому изучение винтовых свай с литым чугунным пером и композитным стволом является актуальным не только с точки зрения отечественной теории, но и при практическом применении технологии для строительства различных объектов.
Винтовые сваи были изобретены почти 200 лет назад, изобрел и запатентовал их ирландец Александр Митчел. В 1838 года Митчелл была получена ссуда на строительство осветительных сооружений зоне приливно-отливных бассейнов в районе Лондона, именно тогда он и предложил изготавливать нижнюю часть сваи в виде винта, для возможности вкручивать сваи в грунт.
В России винтовые сваи появились благодаря советскому ученому в области фундаментостроения генерал-майору инженерно-технической службы Владиславу Карловичу Дмоховскому, именно он продемонстрировал преимущества винтовой сваи перед забивной в условиях вечной мерзлоты, а также на обводнённых и слабых грунтах. В 50–60-х гг. ХХ века в СССР были разработаны теоретические основания применения винтовых свай, технология производства работ, спроектированы и изготовлены установки для их завинчивания. Значительный вклад в систематическое изучение и экспериментальную разработку применения винтовых свай в строительстве внесли Шпиро Г. С., Бибина Н. М., Крюков Е. П., Цюрупа И. И., Чистяков И. М., Орделли М. А., Иродов М. Д. и др. В работах данных авторов содержатся ценные сведения, необходимые для определения технических параметров и геометрических форм винтовых свай, решения конструкций и выбора материалов для их изготовления.
Конструкция винтовой сваи с литым чугунным пером и композитным стволом находится в стадии разработки и исследования. В настоящее время изучением заявленной темы активно занимается заведующий кафедры автомобильных дорог, мостов и тоннелей СПбГАСУ, кандидат технических наук Квитко Александр Владимирович. В своих научных работах он описывает использование композитных труб в виде стоек для распределения нагрузки на перо винтовой сваи. Передача нагрузки от вышележащих конструкций на стойку осуществляется через металлический оголовок. Крепление стеклопластиковой трубы к башмаку и перу осуществляется посредствам заклёпок. Александр Владимирович также описывает ход эксперимента, в котором указывает преимущества композитной сваи перед металлической: «…Данные сваи имели одинаковые размеры — диаметр и толщину стенки. В ходе данного опыта металлическая труба, не дойдя до проектной отметки, погнулась в процессе погружения, не выдержав приложенного вкручивающего момента. Стеклопластиковая же свая была успешно погружена на необходимую глубину».
Рассматриваемый тип конструкции только внедряется в строительство объектов в нашей стране и, в большей степени, их применение носит экспериментальный и исследовательский характер. Однако, уже сейчас можно говорить об их преимуществах в сложных геологических условиях и перед забивной в условиях вечной мерзлоты, а также на обводнённых и слабых грунтах. Лёгкие композитные трубы для винтовых свай, во многом облегчают строительство удаленных, труднодоступных районов в сложных климатических районах, увеличивают скорость возведения временных и быстровозводимых зданий и сооружений.
При строительстве и погружении винтовых свайных конструкций требуются универсальные маневренные установки, обеспечивающие погружение винтовых анкеров. Сваю, снабженную винтовой лопастью, подают в трубу-оболочку, вращением которой завинчивают сваи, а затем освобождают ее от оболочки с помощью специального механизма. Винтовые лопасти остаются в грунте, в качестве опорных башмаков. «ВНИИ Земмаш» разработал и испытал установку «Анкер», предназначенную как для непосредственного завинчивания свай в грунт, так и для бурения ледяных скважин и последующего завинчивания в них свай, смонтированную на шасси автомобиля КРАЗ-257. На основе машины «Анкер» в Конструкторском бюро транспортного машиностроения при научном сопровождении СибАДИ была создана машина МЗС-219 для бурения скважин и завинчивания винтовых свай.
Устройство винтовых опор представляет собой металлическую стальную сваренную одношовную трубу с несколькими спиральными пластинами, приваренными к ней. Размер и расстояние между пластинами определяется на стадии проектирования. Опоры поставляются в виде 2-метровых секций, которые соединяются между собой болтами. В землю сваи вкручиваются с помощью приводного устройства, крутящий момент которого может быть присоединен к современному грузчику. Они вкручиваются в землю, пока не будет достигнута проектная глубина. Как и традиционные опоры, стальные сваи могут быть ввинчены в бетонную плиту.
В настоящее время технологии выполнения свайного основания из винтовых свай с литым чугунным пером и композитным стволом в сложных геологических условиях находятся в стадии разработки. Однако, во многих статьях и научных работах описывается несколько принципов по установке данной конструкции. Первой является кустовая установка винтовых свай. Её принцип заключается в том, что до начала основных работ выполняется организация подъездной дороги, отсыпка строительной площадки до требуемого уровня, планировочные работы и обеспечение надлежащего водоотведения строительной площадки.
В следующий технологический комплекс включаются основные работы по устройству стального ростверка, объединяющего вершины 6-ти винтовых свай: погрузо-разгрузочные работы; земляные и геодезические работы; установка опорных столиков, монтаж и обварка балок ростверка; зачистка и антикоррозийная обработка сварных швов.
Таким образом, технологический процесс устройства односвайного куста с винтовой сваей целесообразно разделить на 8 основных этапов:
- Погрузочно-разгрузочные работы;
- Разбивка осей скважины (котлована)»;
- Бурение скважины (котлована);
- Подготовка машины УБМ-85;
- Строповка и погружение сваи в котлован;
- Завинчивание сваи;
- Контроль положения сваи;
- Засыпка и трамбовка пазух и полости сваи.
Стоит отметить, винтовые сваи с литым чугунным пером и композитным стволом только внедряются в строительство объектов в нашей стране и, в большей степени, их применение носит экспериментальный и исследовательский характер. Однако, уже сейчас можно говорить об их преимуществах в сложных геологических условиях и перед забивной в условиях вечной мерзлоты, а также на обводнённых и слабых грунтах.
В настоящее время активно проводятся исследование и изучение и определение векторов развития областей применения различных видов конструкций винтовых свай с литым чугунным пером и композитным стволом. Исследована технология выполнения свайного основания из винтовых свай данной конструкции в сложных геологических условиях с учетом зависимости от особенностей геологического строения участка. В ходе исследования расчетами доказана эффективность применения данных конструкций в более широком диапазоне для различных направлений строительства.
По результатам исследовательской работы, ее можно применять, для более детального изучения вопросов использования винтовых свай с композитным стволом, а также использовать как исходные данные для дальнейших исследований.
Учитывая, наработанный опыт по изучения свай различной конфигурации данное исследование подтверждает целесообразность их массового применения, а при выборе оптимальных решений свайных фундаментов следует базироваться на технико-экономическом сопоставлении вариантов свайных фундаментов, если инженерно-геологические условия и местный опыт строительства не предопределяют заранее наиболее эффективный тип сваи, а также в случаях, когда одним и тем же условиям соответствуют несколько разных типов свай.
По итогу выполненной работы стоит отметить, что ее научно-технический уровень должным образом соответствует заявленным требованиями, в связи, с чем она применима наряду с другими научными трудами и достижениями в данной области.
Литература:
- Копнов, В. А. Одновитковая винтовая стеклопластиковая свая [Текст] / В. А. Копнов, Я. Е. Кротов. — Федеральная служба по интеллектуальной собственности, 2010. — 8 с.
- Барашев, М. Н. Винтовая свая [Текст] / М. Н. Барашев. — Федеральная служба по интеллектуальной собственности. — 2018. — 4 с.
- Козлович А. В. Винтовая свая, способ установки винтовой сваи, приспособление для завинчивания сваи и способ прокладки тоннеля открытым способом с использованием винтовой сваи [Текст] / А. В. Козлович. — Федеральная служба по интеллектуальной собственности. — 2005. — 12 с.
- Лубанов С. В. Способ погружения винтовой сваи в грунт и винтовая свая, погружаемая данным способом [Текст] / С. В. Лубанов, Б. М. Курагин. — Федеральная служба по интеллектуальной собственности. — 2003. — 15 с.
- Винтовые сваи — история происхождения [Электронный ресурс] / интернет-портал «Мой дом». — Режим доступа: https://moidom.su/statiya/127-vintovye-svai-istoriya.html, свободный
- История: свайные фундаменты [Электронный ресурс] / Бог «СВ-фундамент». — Режим доступа: https://sv-fundament.ru/advices/istoriya-svaynye-fundamenty/, свободный
- Квитко А. В. Результаты испытаний композитных стеклопластиковых свай [Текст] / А. В. Квитко // Вестник гражданских инженеров. — 2015 — № 6 (53) — С. 88–93.
- Чернюк В. П. Расчет, проектирование и устройство свайных фундаментов [Текст]/ В. П. Чернюк, П.С Пойта. — Брест: Облтипография, 2018. — С. 121–125.
