Специфика и сложности монтажа трехлопастных свай.

Специфика и сложности монтажа трехлопастных свай.

Винтовые сваи круглого сечения с тремя лопастями –  востребованный элемент в энергетическом, промышленном и дорожном строительстве. Их используют для фиксации легких мачт, кабельных эстакад и знаков на болотистых, талых или пучинистых грунтах. Три последовательные лопасти переводят работу сваи из режима поверхностного трения в режим глубокого анкерного защемления, обеспечивая колоссальное сопротивление выдергиванию.

Однако круглое сечение даже малого диаметра (например, 57-76 мм) при наличии трех лопастей накладывает жесткие ограничения на процесс погружения. Визуально такая свая выглядит легкой, однако, строители с опытом монтажа малых  трёхлопастных свай подтвердят –  иллюзии о лёгкости монтажа такой малышки разбиваются о законы физики, действующие на земле.

Часть 1. Инженерные расчеты: Прочностной тупик круглого сечения

Главная опасность при монтаже многолопастной сваи малого диаметра – это  скручивание ствола (пластическая деформация) под действием вращателя, когда лопасти застревают в плотном грунте.

 

Выполним проверочный расчет на кручение для стандартной сваи Ø57 мм из стали 09Г2С (расчетное сопротивление сдвигу  ≈199 МПа) с усиленной толщиной стенки 6 мм и 8 мм:

1.1. Расчет геометрических характеристик (Полярный момент сопротивления )

Для круглого трубчатого сечения формула полярного момента сопротивления имеет вид:

 

Расчет на кручение показывает предел прочности самого металла (5300 Нм) для максимальной стенки 8 мм. Это означает, что свая Ø57 мм со стенкой 6 мм гарантированно разрушится (скрутится) при попытке пройти плотный слой «в лоб»  с крутящим моментом более, чем 4426 Нм,  а свая со стенкой 8 мм будет работать на критическом пределе своей текучести.

При этом крутящий момент тугопластичного грунта может потребовать значений крутящего момента выше, чем может выдержать трехлопастная свая. Например, в суглинках для сваи Ø 57 мм, лопастью 200 мм  требуемый крутящий момент  на одну лопасть 200 мм составляет 1500-200 Нм. А в глинах грунт потребует не менее 6500 Нм на эту же трехлопастную сваю.

Видите парадокс? При попытке закрутить сваю Ø 57 мм, лопастью 200 мм, на крутящем моменте 7000 Нм или 8700 Нм свая начнёт разрушаться (скручиваться вокруг оси, сминать лопасти и т.д.).

Математика и физика – вещи злые. Ошибок нам не прощают.

Однако, трехлопастные сваи крутят и крутят успешно! Давайте выясним, что видят в трехлопастной свае  профессиональные монтажники и  какие решения находят.

Часть 2. Технологические сложности монтажа

• Узкий рабочий коридор давлений: Монтажникам приходится балансировать на грани: подать слишком мало крутящего момента и свая будет «мылить»,  не  опускаясь на проектную глубину; подать чуть больше  –  ствол сваи Ø57 мм мгновенно сплющит/срежет/выгнет.
• Эффект «бурения» вместо «вкручивания»: Три лопасти при недостаточном осевом усилии (прижиме вниз) начинают перемалывать и рыхлить грунт и вместо надежного якорения сваи монтажник наблюдает свободное «бултыхание» сваи в земле.  Шаг погружения должен идеально соответствовать шагу навивки лопастей, иначе несущая способность грунта вокруг сваи упадет в разы.
• Высокие требования к соосности: Тонкий трубчатый ствол длиной 2-3-5 метров под нагрузкой свыше 4000 Нм подвержен продольному изгибу. Любой перекос вращателя относительно оси сваи приведет к ее излому.

Часть 3. Эффективное решение: Профессиональная линейка гидровращателей

Для успешного монтажа трехлопастной сваи монтажные бригады должны решить одновременно несколько проблем: настроить гидравлику на максимальные (паспортные) значения крутящего момента для сваи, обеспечить достаточное прижимное усилие на оголовок сваи, исключить проблему увода тонкого ствола сваи от заданной оси,  отслеживать ровное  погружение винтовой сваи в соответствии с шагом навивки лопастей, обеспечить возможность лидерного бурения в особо сложных грунтах.

 

Волшебных таблеток нет: для успешного монтажа трехлопастных свай без риска сорвать проект, однозначно  потребуется специализированное оборудование,  комплексно решающее эти проблемы.  Важно: не издли

 

Наша линейка оборудования  Ручной сваекрут TORSION® “НОРМА” и Машина самоходная для закручивания винтовых свай TORSION® “ОПТИМА”  разработана в том числе  и под такие высокорисковые задачи.

 

• Контроль и безопасность.

 

На любой модели нашего оборудования доступна настройка  предохранительного  клапан гидросистемы,  чтобы жестко ограничить верхний порог момента. К примеру, в  Ручном сваекруте TORSION® “НОРМА”  с номинальным крутящим моментом 7000 Нм  монтажник имеет возможность установить отсечку на параметр давления  120 бар и иметь абсолютную уверенность, что крутящий момент в процессе монтажа не выйдет за пределы 5250 Нм.

 

• Компенсация эксцентриситета.

 

Самоходная установка для погружения винтовых свай TORSION® ОПТИМА содержит решение по компенсации эксцентриситета. Это конструктивное решение обеспечивает высокоточное позиционирование сваи и полностью исключает ее отклонение от заданной проектной оси (несоосность) в процессе погружения, проще говоря защищает сваю в процессе монтажа от «виляния» из стороны в сторону, что позволяет монтировать капризную тонкую трехлопастную сваю  практически ювелирно точно.

 

3.3.      Возможность проведения лидерного бурения.

 

В  сложных грунтах (вечная мерзлота, прессованная глина, солончаки) монтаж трехлопастных свай невозможен без лидерного бурения. Все модели  оборудования TORSION®  оснащены гидровращателями, позволяющими работать в режиме шнекового бурения для подготовки лидерной скважины меньшего диаметра, чем диаметр ствола монтируемой  сваи.

• Создание необходимого осевого усилия (осевая нагрузка).

 

В отличие от легких электрических сваекрутов, массивные гидровращатели из модельной линейки TORSION®  обладают значительным собственным весом. Эта конструктивная особенность помогает обеспечить стабильную вертикальную осевую нагрузку (прижимное усилие) непосредственно на оголовок сваи в процессе погружения. В результате исключается риск деструктивного воздействия на пласты (эффект «разуплотнения» грунта), а все три лопасти точно проходят по единой винтовой траектории, сохраняя естественную структуру и максимальную несущую способность грунтового основания.

 

У вас есть вопросы? У нас есть ответы. Не откладывайте на завтра то, с чем мы можем вместе разобраться сегодня!

 

С уважением, команда TORSION®