Винтовая железобетонная свая

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЕ ВИНТОВЫХ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ

СВАЙ С СИСТЕМОЙ ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МОСТОВ И

ЭСТАКАД

При устройстве фундамента на винтовых сваях в условиях мерзлых грунтов, основной проблемой является значительная неоднородность характеристик грунтов основания. Для них характерно существенная изменчивость температур грунтов инженерно-геологического разреза, формируемых условиями теплообмена на поверхности Земли.

Механические характеристики многолетнемерзлых грунтов преимущественно определяются их температурным режимом, при этом амплитуда колебаний такова что одни и те же по составу грунты могут представлять и разжиженную и вязкую и твердую структуру. Среди современных геологических процессов, ведущая роль принадлежит процессам заболачивания. Они имеют, практически, повсеместное распространение. Этому способствуют климатические, геоморфологические и геокриологические условия: преобладание осадков над испарением, слабая дренированность и т. д.

Все эти свойства грунта могут встретится в пределах одного объекта. Такое состояние грунтов накладывает отпечаток на всю технологию строительства и делает необходимым применение монтажа винтовых свай которые можно было бы монтировать в любых условиях с гарантированными результатами по обеспечению требуемой несущей способности.

Таким образом винтовые сваи с системой СОУ являются перспективным направлением развития и внедрения строительной индустрии в северных широтах.

Этому способствует несколько причин:

• Заинтересованность в передовых технологиях

• Наличие мощных механизмов и специальной техники.

• Наличие технологий изготовления таких свай.

• Развитие строительной индустрии в северных широтах.

• Положительный зарубежный опыт применения винтовых свай

Винтовая свая с СОУ является унифицированной и может быть приспособлена под широкий спектр характеристик грунтов оснований.

АКТУАЛЬНОСТЬ

• Быстрое возведение несущих фундаментов мостов и эстакад.

• Возможность строительства в условиях крайнего севера по I принципу.

• Возведение фундамента в породах всех категорий, кроме скальных.

УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ

• Возведение новых фундаментов мостов и эстакад

• Усиление существующих фундаментов мостов

ПРОБЛЕМЫ

• Значительная неоднородность характеристик

грунтов основания.

• Существенная изменчивость температур грунтов

инженерно-геологического разреза,

формируемых условиями теплообмена на

поверхности Земли.

РЕШЕНИЕ Детальное знание основных механических свойств

мерзлых грунтов необходимо для освоения процесса

проектирования фундаментов. В условия естественного

залегания мерзлые грунты являются сложной системой:

• Твердых (минеральных частиц),

• Пластичных (лед),

• Жидких (грунтовая вода),

• Газообразных (воздух, водяные пары) компонентов.

Цель:

• создание новой высокопроизводительной технологии и оборудования для погружения винтовых свай;

• разработка и массовое внедрение в производство новых конструкций свай с высокими технологическими параметрами;

• использование для изготовления свай местных материалов дающих существенную экономию за счет более низкой себестоимости;

• создание пакетов прикладных программ для расчета на ЭВМ состояния свайных фундаментов на различных этапах погружения, в том числе в условиях вечной мерзлоты;

• использование в конструкциях свай различных видов бетонов, с полной проработкой влияния свойств того или иного материала на все стадии от изготовления до эксплуатации в фундаментах сооружений.

Повышение эффективности устройства винтовых свай за счет оптимизации и усовершенствования основных конструктивных элементов и технологии.

Задачи:

Металлическую трубу - 2 квадратной формы в кондукторе монтируются металлические перфорированные лопасти - 3 с шагом равным Dсваи и Dлопасти = от 1.0 до 1.05 диаметра сваи, увеличивающимся к оголовку сваи, при этом сечение винта имеет форму равнобедренного треугольника с высотой h= 0-50мм. Длина винтовой части сваи должна быть не менее метра и всегда заходить этой частью в ММП. Через отверстия в лопастях, встраивается несущая арматура - 5. В нижней части трубы, вваривается – усилитель - 6 для инвентарного ключа - 4

КОНСТРУКЦИЯ ВИНТОВОЙ СВАИ С ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРОМ

КОНСТРУКЦИЯ ВИНТОВОЙ СВАИ С ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРОМ

В верхней части сваи, квадратная труба переходит в круглую большего сечения – это теплообменник - 7 с ребрами - 8 в виде металлических колец. Бетонируется свая - 1 , высокопрочным морозостойким бетоном. Это придает свае – несущую способность, форму, прочность, вес и корозионоустойчивость. Вкручивание сваи в лидерную скважину производится той же буровой установкой, что и само бурение (УБВ -318,УСГ-10, КАТО, SoilMEC и др.), посредством инвентарного ключа и захвата кабестана. Прогревающийся от трения бетона о грунт во время вкручивания образует пограничный слой в виде кольцевой зоны нагрева под всей площадью винта, с одновременным воздействием на сваю крутящего момента и осевого усилия - уплотняет грунт. После вкручивания сваи до проектной отметки , внутрь ее погружается термостабилизатор парожидкостного типа , состоящий из испарителя -11 и конденсатора -12, теплоизоляционного кольца -3.

КОНСТРУКЦИЯ ВИНТОВОЙ СВАИ

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАКРУЧИВАНИЯ СВАИ

Возведение данных винтовых свай следует осуществлять по I принципу описанному в СНиП 2.02.04-88, который предусматривает, сохранение мерзлого состояния грунтов основания и обеспечение их расчетного теплового режима. В заранее пробуренную лидерную скважину Dска = dнар ствола сваи (или на 50 мм меньше в зависимости от типа грунтов) с одновременным воздействием крутящего момента и осевого усилия до погружения на проектную глубину производят установку железобетонной винтовой сваи.

Путем устройства в полости сваи охлаждающего канала с соединительными патрубками обеспечиваются необходимые мероприятия по устранению или уменьшению теплового воздействия сооружения на мерзлые грунты основания.

В зависимости от размеров сваи, средней скорости ветра, средней годовой температуры воздуха и других факторов, необходимо проводить расчет мощности СОУ с применением различных хладагентов (двуокись углерода, аммиак, киросин и пр.)

Процесс заморозки грунта термостабилизатором мощьностью 300 Вт

+5C -5C

Свая без СОУ Свая c СОУ

Зависимость прочности мерзлого грунта от температуры

На графике приведены результаты зависимости несущей способности сваи от температуры грунта, чем ниже температура грунта, тем выше несущая способность сваи. Данное обоснование еще раз подтверждает необходимость применение СОУ в строительстве. Внедрение СОУ в строительстве должно стать обязательным, так как при понижении температуры грунта - несущая способность свай увеличивается. При увеличении мощности СОУ

ВОЗВЕДЕНИЕ СВАЙНО-ЭСТАКАДНОГО СООРУЖЕНИЯ НА ВИНТОВЫХ СВАЯХ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ПОЙМЫ

РЕКИ НГАРКА-ЕСЕТАЯХА

[Новый Уренгой]



ВОЗВЕДЕНИЕ СВАЙНО-ЭСТАКАДНОГО СООРУЖЕНИЯ НА ВИНТОВЫХ СВАЯХ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ПОЙМЫ РЕКИ

НГАРКА-ЕСЕТАЯХА

Продольный профиль ПК 142+19 – ПК189+50



Фасад эстакады

Сечение А-АА

А

Вид справа

Г11.5



В предварительно пробуренные лидерные скважины вкручиваются винтовые сваи



Затем на оголовок свай устанавлтвают конструктивные элементы «струбцины» по проектным отметкам.



На «Струбцины» устанавливантся железобетонный ригель



После чего в пустотные полости ригеля сверху заливают быстро твердеющую массу.



Операцию повторяют со следующей опорой



В завершении на ригель устнавливают пролетное строение и закрепляют.Для избежание затопления автомобильной дороги в период паводка и образования

запруды, в пойме реки необходимо предусмотреть эстакадную систему протяженностью 125 м.

ПОПРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ МОСТА

Вариант I

Вариант II-III

Для избежание затопления автомобильной дороги в период паводка и образования запруды, в пойме реки необходимо предусмотреть эстакадную систему протяженностью 125 м.

Экспериментальная засыпная свайно-

эстакадная автомобильная дорога

Экспериментальная засыпная арочная свайно-эстакадная

автомобильная дорога

Экспериментальная автомобильная дорога

с системой термостабилизации

грунта "ГЕТ"

Автомобильная дорога без системы

термостабилизации грунта

Экономические показатели

Стоимость погонного метра дороги 41 т.р. за 1 п.м. 35 т.р. за 1 п.м. 36 т.р. за 1 п.м. 33 т.р. за 1 п.м.

Стоимость обслуживания дороги + + + -

Стоимость ремонта дороги + + + -

Экологические показатели

Миграция животных + + - -Половодье + + - -

Минимальное нанесение вреда экосистеме

+ + - -

Надежность Срок службы а/б

покрытия + + + -

Ремонтопригодность + - - -Срок службы + + + -

Эксплуатационные характеристики

Снежные переносы + + - -Система водоотвода + + - -

Технико-экономическая эффективность

Технико - экономические показатели

№п.

Т.Э.П. Винтовые ж/б сваи

Забивные сваи Буронабивные сваи

Сваи -оболочки

1 Наруж.размер D 300мм D 400мм D 500мм 30х30 40х40 50х50 D 300 D 400 D 500 D300 D400 D500

1 Длина, м 10 10 10 10 10 - 10 10 10 - 10 10

2 Вес ,т 1,6 2,8 4,5 2,1 3,8 - 1,7 3,1 4,8 - 2,2 3,2

3 Соотношение(мет/бет) % 35 30 30 20 20 - 25 25 25 - 35 35

4 Стоимость тыс.р. 14,5 17,2 20,1 7,3 11,5 - 18 22 30 - 18 21

5 Несущая нагрузка 64,6 75,4 86,4 44,5 65,3 - 34,9 51,3 70 - 45,6 59,4

6 Используемые мех-змы Буровая уст-ка (УБВ-318) Забивной молотБуровая уст-ка,

Миксер Вибропогружатель

7 Стоимость монтажа тыс.р. 7,4 9,8 11,5 4 5 - 18 22 30 - 3,5 5,1

- Наибольшая несущая способность по отношению к другим сваям

ЭКОНОМИЯ 55%-63%

Выводы:

•Чем ниже температура грунта, тем выше несущая способность

сваи;

•При понижении температуры грунта - несущая способность

свай увеличивается.

Так же необходимо проводить расчет мощности

СОУ.

В зависимости от: •Размеров сваи;

•Средняя скорости ветра;

•Средняя годовая температура воздуха.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ

Винтовая железобетонная свая

Technology