Взаимодействие многолопастных винтовых свай с песчаным основанием

Введение. Перспективным направлением в настоящий момент является использование в качестве фундаментов многолопастных винтовых свай. Однако существует ряд проблем для активного их внедрения в строительство, одной из которых является ограничение применения нормативной методики определения несущей способности винтовых свай. Для решения указанной проблемы необходимо изучение характера взаимодействия различных типов винтовых свай с различными разновидностями дисперсных грунтов, с дальнейшей разработкой методики расчета по несущей способности и деформациям и установлением конструктивных требований.

Цель. Изучение работы двух- и трехлопастных винтовых свай на опытной площадке г. Дзержинска с песчаным основанием при действии сжимающей и выдергивающей нагрузок и оценка эффективности применения данных свай в песчаных грунтах с определением их несущей способности.

Материалы и методы. Оценивались результаты полевых испытаний и численного моделирования многолопастных винтовых свай различных типоразмеров в специализированном геотехническом комплексе Plaxis 2D с использованием упругопластической модели грунта Кулона – Мора.

Результаты. По результатам экспериментальных исследований для многолопастных винтовых свай разница между значениями несущей способности на вдавливающую и выдергивающую нагрузки составляет 50–90 % при одинаковой глубине заложения последней лопасти. При увеличении типоразмера трехлопастной сваи на 30 % несущая способность возрастает на 8 %, а при увеличении на 70 % она возрастает на 57 %, при этом при увеличении типоразмера двухлопастной сваи на 48 % несущая способность возрастает на 5 %. Полученные по итогам численных расчетов значения несущей способности многолопастной винтовой сваи в основном находятся в пределах допустимого отклонения, обеспечивая запас до 30 %.

Выводы. На основе анализа опытных данных сделан вывод, что рациональным конструктивным решением в песчаных грунтах является применение винтовых металлических двухлопастных свай с шагом лопасти 5,0D и соотношение d/D, равное 0,66. При определении несущей способности многолопастной винтовой сваи численным методом рекомендуется учитывать разрыхление грунтов при прорезке его лопастями сваи или при нарушении технологии их устройства.

1. <i>Алексеев А.Г., Безволев С.Г., Сазонов П.М., Звездов А.А.</i> О необходимости исследований работы винтовых свай и актуализации норм проектирования свайно-винтовых фундаментов. Промышленное и гражданское строительство. 2018;(1):43–47.

2. СП 24.13330.2021. Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 [интернет]. Режим доступа: https://docs.cntd.ru/document/728474148

3. <i>Алексеев А.Г., Безволев С.Г., Сазонов П.М.</i> Опыт применения многолопастных винтовых свай в пылевато-глинистом грунтовом основании. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2018;(6):14–20.

4. <i>Трофименков Ю.Г., Мариупольский Л.Г.</i> Винтовые сваи в качестве фундаментов мачт и башен линий передач. Основания, фундаменты и механика грунтов. 1964;(4):15–19.

5. <i>Железков В.Н.</i> Винтовые сваи в энергетической и других отраслях строительства. Санкт-Петербург: Прагма; 2004.

6. <i>Алексеев А.Г., Звездов А.А.</i> Разработка теоретических принципов и правил расчета многолопастных винтовых свай в условиях многолетнемерзлых грунтов. Вестник НИЦ «Строительство». 2018;17(2):23–34.

7. <i>Свидерских А.В., Алексеев А.Г., Коровин Д.В.</i> Эффективность устройства спиральных винтовых свай «Свайбер» в пучинистых грунтах. Промышленное и гражданское строительство. 2023;(7):85–90. https://doi.org/10.33622/0869-7019.2023.07.85-90

8. <i>Alekseev A., Sazonov P., Zorin D., Vinogradova S.</i> Application of pile foundations in structurally unstable soils. MATEC Web of Conferences. 2019;265:05020. https://doi.org/10.1051/matecconf/201926505020

9. <i>Алексеев А.Г., Безволев С.Г.</i> Адаптация к требованиям инженерной практики методики расчета винтовых свай с применением ПК PLAXIS. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2020;(1):23–28.

10. <i>Акопян В.Ф.</i> Моделирование совместной работы винтовых свай с нелинейнодеформируемым грунтовым основанием [автореф. дис.]. Ростов-на-Дону; 2012.

11. <i>Полищук А.И., Максимов Ф.А.</i> Совершенствование конструкции винтовых свай для фундаментов временных зданий. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2016;(4):37–40.

12. <i>Полищук А.И., Максимов Ф.А.</i> Инженерный метод расчета осадки винтовой двухлопастной сваи в глинистом грунте. Основания, фундаменты и механика грунтов. 2017;(6):9–14.

13. ГОСТ 5686-2012. Грунты. Методы полевого испытания сваями. Москва: Стандартинформ; 2014.

14. <i>Аль-Тамими Саиф Сами Хуссейн</i>. Несущая способность и устойчивость песчаных оснований коротких винтовых металлических свай при действии вдавливающей и выдергивающей нагрузок [автореф. дис.]. Минск; 2017.