Винтовые сваи , иногда называемые винтовыми сваями , винтовыми опорами , винтовыми анкерами , винтовыми фундаментами , винтовыми сваями , винтовыми сваями , винтовыми опорами или винтовыми анкерами, представляют собой стальную винтовую свайную и грунтовую анкерную систему, используемую для строительства глубоких фундаментов . Винтовые сваи обычно изготавливаются из высокопрочной стали [1] с использованием различных размеров трубчатых полых секций со спиральными лопастями.
Свайный ствол переносит нагрузку конструкции на сваю. Спиральные стальные пластины привариваются к свайному стволу в соответствии с конкретными грунтовыми условиями на месте. Спирали могут быть отштампованы с заданным шагом или просто состоять из плоских пластин, приваренных с заданным шагом к стволу сваи. Количество спиралей, их диаметры и положение на свайном стволе, а также толщина стальной пластины определяются комбинацией:
Секции стальных стволов винтовых свай соответствуют проектным параметрам и строительным нормам и правилам региона изготовления.
Спирали, приваренные к стальному валу, также называются «винтовыми лопастями» или просто «лопастями» и могут различаться по размеру в зависимости от состояния почвы.
Между винтовыми анкерами, винтовыми сваями и винтовыми опорами есть несколько различий, хотя эти термины часто используются как взаимозаменяемые. Винтовые анкеры состоят из выдвижного стального вала с винтовыми опорными пластинами. Сваи или опоры относятся к прочным элементам основания, которые выдерживают или передают вертикальные/горизонтальные нагрузки. Анкеры — это сваи, используемые только в приложениях, работающих на растяжение, таких как удерживающие настенные анкеры или вертикальные грунтовые анкеры, предназначенные для сопротивления опрокидывающим силам.
Сваи обычно устанавливаются с помощью стандартных гусеничных или колесных экскаваторов с гидравлическим моментным двигателем, который контролирует крутящий момент, достигнутый во время установки, для проверки конструкции. Техника варьируется от погрузчиков с бортовым поворотом до экскаваторов грузоподъемностью от 5 до 80 тонн . Вращающиеся гидравлические силовые головки с крутящим моментом от 5000 Н·м до 500 000 Н·м устанавливаются по индивидуальному заказу с использованием различных конфигураций стрелы. Специальные приводные приспособления соединяют винтовую сваю с машиной. Правильные методы установки важны для соответствия проектной нагрузке и результатам осадки. Неправильные методы, скорее всего, приведут к плохой общей производительности сваи.
Винтовые сваи были впервые описаны ирландским инженером-строителем Александром Митчеллом в статье в журнале Civil Engineer and Architect's Journal в 1848 году; однако к этому моменту винтовые сваи использовались уже почти десятилетие. [2] Винтовые фундаменты впервые появились в 1800-х годах как свайные фундаменты для маяков, [3] и широко использовались для пирсов в гаванях. В период с 1850-х по 1890-е годы на восточном побережье Соединенных Штатов было возведено более 100 маяков с винтовыми сваями с использованием винтовых свай. Изготовленные изначально из литого или кованого железа, они имели ограниченную несущую способность и прочность на растяжение.
Совсем недавно была разработана и запатентована композитная технология для использования в небольших винтовых сваях. Композиты предлагают значительные преимущества по сравнению со сталью в производстве небольших винтовых свай и производительности установки.
Винтовые сваи широко используются, и сфера их применения простирается от маяков до железных дорог, телекоммуникаций, дорог и многих других отраслей, где требуется быстрая установка или строительные работы ведутся вблизи существующих сооружений.
Установки винтовых свай также распространились на жилые помещения, и многие домовладельцы выбирают винтовые сваи среди других вариантов. Некоторые распространенные области применения винтовых свайных фундаментов включают жилые террасы, сараи, цементные подушки, предварительно сформированные лестницы и балки основания. [4]
Современная конструкция винтовых свай основана на стандартных структурных и геотехнических принципах. Проектировщики винтовых свай обычно используют собственное программное обеспечение для проектирования, которое было разработано в ходе полевых испытаний различных конфигураций свай сжатия и анкеров растяжения в различных профилях грунта. Коррозия решается на основе расширенных полевых испытаний в сочетании с мировыми базами данных по коррозии стали в грунте. Типичные винтовые сваи с трубами малого диаметра способны выдерживать неучтенные осевые нагрузки до 300 кН, подъемные нагрузки до 200 кН в зависимости от грунтовых условий и боковые нагрузки до 25 кН. [5] Новейшие винтовые сваи с трубами ствола большого диаметра, для установки которых требуется крупногабаритное оборудование, могут выдерживать нагрузки свыше 2500 кН. [6] Винтовые сваи с большой грузоподъемностью могут иметь различные компоненты, такие как плоские полуспирали, режущие наконечники и спирали из сплава Bisalloy, накладные пластины или интерфейсы арматуры для соединения с различными бетонными или стальными конструкциями.
Большинство отраслей промышленности пользуются услугами экспертов по винтовым сваям из-за экономической эффективности и, все чаще, снижения воздействия на окружающую среду. «Ввинчивание» фундаментов в землю означает меньшее смещение почвы, поэтому излишки почвы не нужно вывозить с площадки, что позволяет экономить на транспортных расходах и сокращать углеродный след проекта.
К основным преимуществам винтовых свай относятся: сокращение сроков реализации проекта, простота установки, малая зависимость от погодных условий, простота доступа, снижение выбросов углекислого газа, простота демонтажа, когда фундамент больше не нужен, возможность повторного использования, снижение риска для рабочей силы и снижение затрат.
Они также подходят для нагрузок растяжения и сжатия, поэтому их также используют для мачт, знаков и подпорных конструкций.