Гниют ли винтовые сваи в земле
Установка винтовых свай в воде, болоте, торфе, глине
Проектируя фундамент из винтовых свай для эксплуатации в воде, болоте, торфе или глине, необходимо понимать, что во всех этих случаях грунты будут характеризоваться высокой степенью влагонасыщения. Даже неводонасыщенная глина довольно хорошо удерживает воду при замачивании. При этом у нее снижаются прочностные и деформационные характеристики.
Это требует учета таких факторов, как недостаточная несущая способность, воздействие сил морозного пучения, высокая коррозионная агрессивность грунта по отношению к металлоконструкциям.
1. Расположение лопасти в грунте с достаточной несущей способностью
Для надлежащего восприятия фундаментной конструкцией проектных нагрузок, лопасть сваи (модификации с двумя и более лопастями, подробнее «Особенности расчета многолопастных винтовых свай») должна закрепиться в грунте с достаточной несущей способностью, а мощность слоя плотного грунта под сваей должна составлять не менее 3 диаметров лопасти.
Так как водонасыщенные грунты, как правило, обладают более низкой несущей способностью, то они менее всего подходят для закрепления в них фундаментной конструкции. Поэтому при назначении длины нужно учесть, что свая должна прорезать слабый грунт и закрепиться в слое с достаточной несущей способностью.
Чтобы минимально нарушить структуру грунта при погружении, также необходимо подобрать конфигурацию лопасти (не путать с диаметром), соответствующую конкретным грунтовым условиям (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»).
Выполнить оценку грунтовых условий площадки можно с помощью адаптированной под нужды малоэтажного строительства услуги – геотехнических исследований. Цена этой процедуры существенно ниже, чем цена инженерно-геологических изысканий для промышленных и крупных гражданских объектов. Для всех объектов, которые строит компания «ГлавФундамент», это исследование обязательно (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»).
2. Воздействие сил морозного пучения на свайно-винтовой фундамент
Перечисленные глинистые грунты подвержены морозному пучению. Это связано с тем, что возникают касательные силы вдоль ствола сваи в пределах промерзающего слоя и стремятся ее выдернуть.
В результате, если оставить нижнюю лопасть в пределах этого слоя, она неизбежно начнет подниматься вместе с основанием. Такие деформации могут быть вообще не заметны невооруженным глазом. Тем не менее, окна и двери таких построек весной будут открываться и закрываться уже хуже, чем осенью. Ситуация будет повторяться из года в год, требуя постоянного вмешательства. В кирпичных зданиях, из-за неравномерной деформации, возникнут трещины в стенах.
Даже если отметка глубины промерзания пройдена, лопасть все равно нужно расположить в слое грунта с достаточной несущей способностью.
Разные типы свай по-разному ведут себя под действием сил морозного пучения (подробнее «Воздействие сил морозного пучения на разные типы винтовых свай»).
3. Коррозионная агрессивность грунтов по отношению к стали
Влажность почвы существенно увеличивает скорость протекания почвенной коррозии, поэтому все перечисленные грунты относятся к группе сильно агрессивных и требуют использования определенных марок стали и толщин металлопроката (подробнее «Коррозия: причины и способы защиты»).
Правильный подбор марки стали, толщины стенки ствола и лопасти обеспечивает соответствие нормативного срока службы строения требованиям ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».
Основанием для назначения этих параметров служат данные, полученные в ходе выполнения измерений коррозионной агрессивности на площадке строительства (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»). А для уточнения правильности подбора рекомендуется после выполнения расчета срока службы проверить остаточную толщину стенки на соответствие проектным нагрузкам.
4. Установка винтовых свай в воде
Вообще, вариантов строительства фундамента любого надводного объекта немного. Ленточный тип можно применить только после того, как вода будет отведена со стройплощадки. Деревянные сваи из лиственницы, никто уже не использует. Технологию буронабивных сваи вообще нельзя использовать в этой среде – скважину сразу заполнит вода. Остается только четыре варианта – понтон, стальная труба, забивная железобетонная свая или винтовая.
Понтон – плавучая платформа, наполняемая воздухом. Принцип установки прост, основа из понтонов может в любой момент быть увеличена или уменьшена. Но есть недостатки: они обладают низкой несущей способностью, а устойчивость может меняться в зависимости от уровня воды, силы ветра и нагрузки, создаваемой водой (течение или волны). Во время ледохода или ледостава требуется демонтаж понтонов. Необходимо регулярное обслуживание модулей-понтонов: их проверка на герметичность, заполнение газом и т.д. Так что этот вариант не универсален.
Казалось бы, железобетонные забивные сваи должны быть надежнее всех видов фундаментов, используемых на воде. Но и здесь есть тонкости.
- Забивные железобетонные сваи целесообразно использовать только под тяжелые надводные объекты – автодорожные и железнодорожные мосты, пристани и т.д. Поэтому применение такого фундамента экономически неоправданно при строительстве небольших надводных объектов (малые нагрузки).
- Сваебойная установка для железобетонных опор достаточно габаритная, тяжелая. Слабый грунт ее вес может не выдержать.
- Бетон в определенных условиях подвержен коррозии, потому рано или поздно потребуется ремонт фундамента. Исходя из этого, в водной среде чаще всего используют бетон на основе дорогого сульфатостойкого цемента.
Между винтовой сваей и забиваемой в ил металлической трубой разницы в плане эксплуатации фактически нет. Отличие только в свойствах и методах установки. Винтовая конструкция, в отличие от трубы, имеет лопасти, которые и берут на себя всю получаемую от сооружения нагрузку. Труба же передает грунту нагрузку только благодаря трению по боковой поверхности. Потому существенно сокращается эффективность опоры. Погружение труб сложнее в технологическом плане – забивная установка должна находиться недалеко от места погружения. Если она сухопутная, для нее нужно возводить временный пандус, делать насыпь для подъезда, и т.д.
Винтовые сваи закрутить проще. Летом можно использовать ямобур с телескопической стрелой, чтобы работать с берега. Зимой завинчивание можно без особых проблем провести вручную через лед, если он достаточно крепкий. Таким образом, винтовые сваи регулярно применяются в строительстве мостов, причалов, пирсов, а также в качестве фундаментов для домов, находящихся на затапливаемых побережьях рек.
5. Установка винтовых свай на болоте, торфе
Ленточный фундамент очень сложно использовать в таких условиях: мощность торфяных отложений может составлять несколько метров, а снимать весь этот слой при разработке котлована или траншеи – дорого и малоэффективно.
Проблемы, связанные с установкой труб и бетонных свай, те же, что и в водных условиях: слабая поверхность, не выдержит крупную строительную технику, и потому предварительно нужна специальная подготовка местности.
Можно привести пример из практики. Объект в Ленинградской области должен был строиться на торфянике, мощность которого составляла 8 м. Для того, чтобы сделать его нулевой цикл, например, с использованием ленточного фундамента, потребовались бы работы на глубине 9 м (8 м торф + 1 метр в подстилающем основании), что заняло бы очень много времени, привело к срыву сроков строительства и его существенному удорожанию.
Подобные технологические сложности решаются завинчиванием винтовых свай как вручную, так и с использованием редуктора или небольшого по весу ямобура. Если нам нужно поставить тяжелое по весу строение, то сваи можно подобрать такой длины, которая обеспечит завинчивание в плотные слои грунта. В таком случае осадка не произойдет, а нагрузка от здания не будет передаваться на слабый слой торфа.
6. Установка винтовых свай в глину и на пучинистых грунтах
Глина бывает разной. Если она твердой консистенции, то на ней можно применять практически любой фундамент, в том числе и на винтовых сваях.
Если глина водонасыщенная и обладает высокой степенью пучинистости, то использование ленточного и плитного фундамента не лучшее решение.
При использовании забивных свай следует помнить, что их необходимо погружать на глубину, в 2 раза превосходящую глубину промерзания, чтобы избежать негативного воздействия сил морозного пучения.
Винтовые же сваи закручиваются таким образом, чтобы лопасть находилась ниже уровня глубины промерзания.
Чтобы определить грунтовые условия участка строительства, запишитесь на выезд геолога.
винтовой фундамент
не делай моей ошибки убери весь растительный грунт и отсыпь песком .. (
блин, я в шоке. во всём нужно разбираться самому! Тем, кто делает фундаменты ваще на всё наплевать. скока видел в своём посёлке свайных фундаментов - ВСЕ тупо на траве и кустах. (себе сделал и на баню в том числе - нормальный). алькус, кстати спасибо за совет про кровлю! покрыл крашеным шифером - довольный как слон. Строители в шоке были - такие тяжести давно не таскали)))). Не тот нынче мужик пошёл, не такой брутальный, подавай только лёгкие материалы !
Toyota Mark II Grande Four, JZX 105
Перед тем как крутить винты снимал грунт на штык. После того как сваи вкрутили, постелил геотекстиль и 10 см песка, потом 10 см гравия.
Перед тем как крутить винты снимал грунт на штык. После того как сваи вкрутили, постелил геотекстиль и 10 см песка, потом 10 см гравия.
вот сразу видно - умный человек . а я послушался своих типа ничё не надо и т.д. . закрутили
хорошо перед установкой сруба я старые крупные пеньки повыдёргивал .
сейчас тоже собираюсь мох снимать, под и на метр вокруг бани, деревяшки вытаскивать (старые корни и т.д.) да на геотекстиль песок сыпать и потом по периметру гравий типа отмсотки .
вот вчера закончил чистить трупу для подвозки песка
фоткал уже вечером поэтому так не очень
а вот снятым мхом думаю поднять/утеплить по периметру ещё метр до отмостки, как думаете ?
как то так
|_ мох_|_отмостка_|завалинка|
т.к. отпостку буду как раз см на 10-20 поднимать вот и подопру
блин, я в шоке. во всём нужно разбираться самому! алькус, кстати спасибо за совет про кровлю! покрыл крашеным шифером - довольный как слон. Строители в шоке были - такие тяжести давно не таскали)))). Не тот нынче мужик пошёл, не такой брутальный, подавай только лёгкие материалы !
К сожалению это так . столько времени на курение литературы уходит . :)
По шиферу, я рад, а у меня облом .. у нас крашеный шифер пропал :( .. пришлось простым серым крыть и тот еле нашёл .
А силе строителей, я сам в шоке . типа ребятки сруб поднять как ? да ты что это так тяжело .. брёвна же тяжелые . блин вы строитель или кто ? :(
А крышу крыли ставили .. капец вообще .. я давно так не ругался . :( по 10 раз объяснял что и как .. и всё одно косячили . слов нет . :(
мне друг прораб рассказывал - спаршивает строителей:
- вы умеете кирпич класть?
- да, умеем!
- вы умеете мягкую черепицу класть?
- да, умеем!
- вы умеете сайдингом отделывать?
- да, мы всё умеем. ТОЛЬКО ПОКАЖИ СНАЧАЛА, КАК!
это правдивая история. Нифига они ничего не умеют. Хочешь сделать что-то хорошо- сделай это сам.
а про крашеный шифер - еле-еле нашёл остатки в одном магазе. а на будующее, если буду что-то опять крыть то шифером, пусть даже и серым. Если листы порезать поперёк на 3-4 части, то с виду получится почти как черепица. Видел, самому очень понравилось
Toyota Mark II Grande Four, JZX 105
Конструкция - на отлично.
Притом все популярнее она становится.
ofrost спасибо, четкий совет, будем иметь ввиду.
А зачем грунт убирать? Нельзя просто с верху присыпать?
"Когда переведутся донкихоты, пускай закроется книга Истории. В ней нечего будет читать."
А зачем грунт убирать? Нельзя просто с верху присыпать?
Можно, только народ деньги платит чтобы им плодородный грунт привезли, да и сорняки (органика) под домом нехорошо. Я винты крутил на картофельном поле, которое поднимал 5-ю камазами плодородной почвы. Сейчас распределяю эту землю по другим местам.
Можно, только народ деньги платит чтобы им плодородный грунт привезли, да и сорняки (органика) под домом нехорошо. Я винты крутил на картофельном поле, которое поднимал 5-ю камазами плодородной почвы. Сейчас распределяю эту землю по другим местам.
да там не особо плодородный, мож всё же, да гнилушки под низом, собственно гнилушки и напрягают :(, зачем мне это под домом ? а весь песок за год другой в мох уйдёт :(, поэтому всё вытащил . кабзец короче
сейчас граблями слегка причешу, брошу геотекстиль и буду песком заваливать.
а вынутый мох и песок размажу за отмосткой, в качестве "утпелителя" :)
вопрос кстати где то грунт был 5 см, где то 15-20, стоит это всё выравнивать или пофиг ? Бетонную отмостку делать пока не планирую
А какой смысл в бетонной отмостке при фундаменте из винтовых свай.
Джипер - это утончённая творческая личность, а уж потом - небритая, пьяная сволочь!
трактор TD42T
А какой смысл в бетонной отмостке при фундаменте из винтовых свай.
защита, если делать утеплёную отмостку т.к. забирку буду делать
защита, если делать утеплёную отмостку т.к. забирку буду делать
Забирка что это?
"Когда переведутся донкихоты, пускай закроется книга Истории. В ней нечего будет читать."
Забирка что это?
При возведении столбчатых фундаментов цокольную часть между столбами часто заполняют конструкциями, которые называются забиркой.
она же потом трансформируется в заваленку
ребята подскажите по фундаменту.
на даче решили построить дом каркасный 6*12, грунт болото, вода почти на поверхности, если закопать кирпичь, то через год можно его не найти.
нашел сваи, смотрю рекомендации, в водонасыщеном грунте с несущей способностью 4-5 тон нужна свая двухлопостная диаметром 89 и диаметр лопасти 250.
звоню представителю завода изготовителя свай, обрисовываю картину, он мне предлагает сваю с одной лопастью диаметром 108 и диметр лопасти 300, забурить на 2,5 метра.
где правда, в документации к сваям или в словах представителя.
тутже на сайте написано про двух лопостные сваи, что не везде их можно использовать, так как они могут наоборот все испортить.
подскажите какой выбрать тип и размер сваи для болотистой местности.
Заточка парикмахерских ножниц, машинок .
Ремонт профессиональных машинок.
Заточка кухонных ножей.
ребята подскажите по фундаменту.
на даче решили построить дом каркасный 6*12, грунт болото, вода почти на поверхности, если закопать кирпичь, то через год можно его не найти.
нашел сваи, смотрю рекомендации, в водонасыщеном грунте с несущей способностью 4-5 тон нужна свая двухлопостная диаметром 89 и диаметр лопасти 250.
звоню представителю завода изготовителя свай, обрисовываю картину, он мне предлагает сваю с одной лопастью диаметром 108 и диметр лопасти 300, забурить на 2,5 метра.
где правда, в документации к сваям или в словах представителя.
тутже на сайте написано про двух лопостные сваи, что не везде их можно использовать, так как они могут наоборот все испортить.
подскажите какой выбрать тип и размер сваи для болотистой местности.
Джипер - это утончённая творческая личность, а уж потом - небритая, пьяная сволочь!
трактор TD42T
Пять способов сделать винтовые сваи вечными
У многих на счет винтовых свай есть сомнения. Вопросы не только про трудности с утеплением периметра свайного поля, они накладывают ограничения на типы материалов стен, применимые для этого фундамента. Хотя, есть ситуации, где другой фундамент, кроме винтовых свай не применишь (болото или склон). Основные сомнения на счет винтовых свай в их долговечности. Металл в земле, а кто на практике изучал, сколько они прослужат? Ведь кроме обычной коррозии окисления, сталь может подвергаться еще и электрокоррозии, которая еще быстрее разрушает металл.
Особенно плачевна ситуация, когда винтовая часть сваи отделится от трубы и свая потеряет несущую способность, начнет проваливаться. Через сколько это может произойти? 20 лет, 30 лет? Или такого никогда не произойдет?
Применяют диаметр трубы (ствола сваи): 57, 76, 89, 108, 133 мм. И с различным диаметром лопасти под расчетную нагрузку и несущую способность грунтов. Как же их можно защитить от коррозии?
Вот первый вариант сделать винтовые сваи практически вечными, на весь срок эксплуатации дома:
1. Армирование и заливка бетоном ствола сваи
Нужно в этом случаи выбирать сваи увеличенного диаметра – 133 мм. Внутрь вставляется каркас из трех прутов арматуры и заливается бетоном с вибрированием (постукиванием). Оголовок (площадка опирания) приваривается и к трубе (стволу) и к выходящей сквозь площадку арматуре. К тому времени, когда сталь разрушится, бетон будет все еще нести нагрузки от здания.
Так же такой способ применим в тех случаях, кто делают бетонный ростверк с опиранием на винтовые сваи. Но сам ростверк не должен опираться на грунт. Видел примеры, когда на такой конструкции фундамент ставили стены из блоков. А применили его по причине грунтов с плохой несущей способностью (слои торфа толщиной несколько метров).
Вторым способом поделился разработчик системы фасада из блоков в одной из статей:
2. Гальваническая защита
Винтовые сваи, установленные грамотно живут легко до 50 лет. Для тех, кто собирается жить дольше, есть очень хороший и не дорогой способ. Мы его применяли для защиты металлических конструкций в морской воде. Заключается в подключении к свайному полю цинкового электрода. Его надо закопать в землю в самом мокром месте и раз 7-10 лет менять. И сваи будут жить вечно.
Винтовые сваи: выпирают ли их грунтовые воды? Немного о мифах
Говорят, винтовые сваи выпирают грунтовые воды, когда наступает зима. Миф это или реальная практика - читайте в нашем материале.
Сегодня хотим рассказать Вам о том, как быстро построить фундамент практически в любой местности, да еще и недорого, и качественно.
Речь пойдет о винтовых сваях.
Что это – универсальный фундамент для любого типа местности или экономия на бетоне? – Ответ в нашем материале!
Классический вид фундамента на винтовых сваях Классический вид фундамента на винтовых сваяхЧто такое винтовые сваи?
Впервые этот вид фундамента был применен в 1838 году при строительстве маяка на поверхности очень подвижного морского грунта и с тех пор этот вид фундамента приобрел всемирную популярность.
Как следует из названия, винтовые сваи, в отличие от своих бетонных собратьев, вкручивается в грунт, а не забивается. Это позволяет добиться не только глубокого проникновения, но и уплотнения грунта под сваей, что добавляет ей устойчивости даже в самых неустойчивых почвах.
Как видно, болотистая местность - не помеха для винтовых свай Как видно, болотистая местность - не помеха для винтовых свайГде применяют винтовые сваи?
Популярность данного вида фундамента обусловлена широтой ее применения, что даже на самой подвижной поверхности винтовые сваи оказываются достаточно устойчивыми, чтобы удержать на себе вес целого дома.
Например, их применяют при строительстве:
- на песчаных и низкоплотных грунтах;
- на грунтах с высоким уровнем грунтовых вод;
- на берегах, болотах и затапливаемых местностях;
- на значительных рельефностях: угоры, склоны, ямы, овраги и т.п.
Стоит отметить, что винтовые сваи вполне уверено себя чувствуют и в нормальных условиях и не уступают традиционным видам фундаментов в обычной среде, где плоский рельеф и уровень вод не выше нормы.
На уклоне использование винтовых свай в качестве фундамента и вовсе единственное малозатратное решение На уклоне использование винтовых свай в качестве фундамента и вовсе единственное малозатратное решениеОсобенности монтажа винтовых свай
При монтаже винтовых свай бывает такое, что винтовые сваи могут качаться, тонуть или их выпирает из грунта. Но технология винтовых свай тут ни при чем. Такой результат является следствием несоблюдения технологии монтажа и исследования грунта.
Строение на сваях качаются если:
- Сваи не достаточно заглублены (ввинчены).
- Был вырыт слишком глубокий приямок.
- Сваи слишком высоко подрезаны над грунтом.
- Малый диаметр сваи.
- Не достаточное количество свай.
- Мягкий (слабонесущий) грунт.
Сваи могут проседать если:
- Присутствует слабонесущий грунт.
- Были допущены ошибки в расчётах нагрузки.
Сваи выпирают, если:
- Сваи вкручены не достаточно глубоко.
- Лопасти оказались в зоне промерзания.
Чем хороши винтовые сваи?
- Возможность применения в любых условиях поверхности грунта и монтаж в любое время года;
- скорость возведения, тем более, практически сразу после возведения фундамента можно приступать к следующим этапам строительства, что сильно ускоряет возведение объекта;
- открытый подпол: нет плесени и подвод любых коммуникаций всегда возможен;
- экономия на выравнивании участка и составлении топографии;
А среди недостатков винтовых свай можно отметить следующее:
- в каменистом грунте возможно повреждение антикоррозийного покрытия при ввинчивании свай, однако, как говорят эксперты, эта проблема решается правильным подбором марки сплава;
- при кустарной установке свай результат может быть неудовлетворительным, так как при ручном монтаже крайне сложно выдерживать вертикаль.
В итоге, винтовые сваи - отличное решение для быстрого возведения надежного фундамента, который отлично чувствует себя как на ровной однородной поверхности, так и на болотистых почвах и склонах.
Коррозия винтовых свай. Как продлить срок службы свайно-винтового фундамента?
Винтовые сваи изготавливают из стали, а потому срок их службы зависит в первую очередь от скорости возникновения и развития коррозионных процессов. Это заставляет потенциальных клиентов сомневаться в надежности технологии, поэтому в статье мы рассмотрим некоторые факторы, влияющие на срок службы свайно-винтового фундамента, и способы защиты.
Содержание статьи:
1. Виды коррозии металлов
Коррозия – это самопроизвольное разрушение металлов, вызванное химическим или физико-химическим воздействием окружающей среды, основная причина которого – термодинамическая неустойчивость конструкционных материалов к воздействию веществ, находящихся в контактирующей с ними среде.
Корродирующий материал – материал, подвергающийся коррозии.
Коррозионная среда – среда, в которой происходит коррозионный процесс.
Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться воздействию среды.
По механизму протекания коррозия делится на химическую и электрохимическую.
1.1. Химическая коррозия металла винтовой сваи
Химическая коррозия – это взаимодействие или химическая реакция поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз.
Для химической реакции характерно:
- наличие непосредственного контакта частиц;
- хаотическое взаимодействие по всему объему или площади;
- при взаимодействии веществ прохождение электроном путь порядка ионного радиуса;
- выделение энергии путем выделения тепла.
Примером химической коррозии в неэлектролитах может служить разрушение цилиндров двигателей внутреннего сгорания. В топливе содержатся примеси – сера и ее соединения, которые при сгорании превращаются в оксиды серы (IV) и (VI) – коррозионно-активные вещества. Они разрушают детали реактивных двигателей – сопла и др.
У винтовых свай химическая реакция возникает, как правило, в точке соприкосновения металла или сплава с кислородом или жидкостью (например, содержащейся в грунте водой).
Срок службы сваи при данном воздействии будет зависеть от уровня водородного показателя кислотности среды в грунте (при пониженном уровне pH, характерном для кислой среды, скорость повышается) и от типа грунта.
Чем глубже располагается свая, тем ниже скорость химической коррозии (т.к. доступ кислорода к металлу под толщей грунта ограничен).
1.2. Электрохимическая коррозия металла винтовой сваи
Электрохимическая коррозия протекает через электродные реакции, в большинстве случаев –во влажной среде. К этому виду коррозии относят коррозию в водных растворах, атмосферную коррозию под влиянием пленок влаги на поверхности, а также коррозию в грунте. В коррозионном процессе при электрохимической коррозии выделяются сопряженные реакции: анодная реакция окисления и катодная реакция восстановления.
Для электрохимической реакции характерно:
- протекание без прямого контакта частиц;
- пространственное разделение реагирующих частиц (разделение на анод и катод);
- при взаимодействии веществ в ходе реакции прохождение электроном большого пути, который зависит от конструкции электрохимической ячейки (разделение на анод и катод, через которые проходит постоянный ток);
- выделение энергии в виде электрической.
Большая часть коррозионных процессов в естественных условиях относится к электрохимическим. Они часто протекают с участием электрохимических ячеек, подобных гальваническим элементам и называемых коррозионными элементами. Существуют два основных типа таких элементов:
- коррозионные элементы с разделенными анодными и катодными поверхностями (например, изделие, выполненное из разных видов металлов);
- коррозионные элементы с неразделенными анодными и катодными поверхностями, в которых вся поверхность металла служит и анодом, и катодом (например, изделие, выполненное из одного вида металла).
Рисунок 1 - Коррозионный элемент: а) – анодная и катодная поверхности различимы; б) – анодная и катодная поверхности неразличимы
Чтобы произошла электрохимическая коррозия металла, необходимо присутствие окислителя, способного восстанавливаться. Чаще всего окислителем является растворенный в воде кислород.
Коррозия в грунте, как правило, протекает именно по электрохимическому механизму с кислородной деполяризацией. Электрохимическая коррозия всегда требует наличия электролита (роль электролита играет влага, содержащаяся в грунте – конденсат, грунтовая вода и т.п.), с которым соприкасаются электроды – либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с отличающимися окислительно-восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, электропроводность ее повышается, и скорость процесса соответственно увеличивается.
Однако для реакции электролитической диссоциации необходим электрический ток. Откуда он берется в грунте? Существует два источника тока – внешний и внутренний.
Внешний источник – блуждающие токи. Образуются они путем утечки с разных источников: железнодорожных и трамвайных путей, подземной техники, поврежденного электрического кабеля, заземлителей и т.д. Удельное сопротивление сваи ниже, чем грунта, потому ток переходит в нее, образуя катодную зону, и покидает ее, уходя обратно в землю, создавая уже анодную зону. Единичные случаи прохождения блуждающего тока не повлияют на сваю, но постоянное действие разрушает ее металлическую структуру. Электрохимическая ячейка, образованная внешним источником тока, называется электролизером.
Кроме того, электрическая энергия может образовываться из химической в ходе электрохимической реакции, что является внутренним источником образования электрического тока. Реакция, химическая энергия которой в элементе превращается в электрическую, называется токообразующей реакцией. Электрохимическая ячейка, способная сама производить электрический ток, называется гальваническим элементом.
Электрохимическая коррозия – это самый распространенный вид коррозии, поэтому ниже мы подробно рассмотрим ее на примере винтовых свай.
2. Воздействие электрохимической коррозии на свайно-винтовой фундамент
Для фундамента на винтовых сваях наибольшую опасность представляют два подвида электрохимической коррозии – почвенная и атмосферная.
Почвенная коррозия – разрушение подземных металлических сооружений под действием почвенного электролита. На поверхности металлических изделий, находящихся в контакте с почвенным электролитом, из-за местных неоднородностей металла или электролита возникает большое количество коррозионных элементов.
Однако нельзя забывать, что почвы и грунты чрезвычайно разнообразны и не только в пределах крупных регионов, но и в пределах одного небольшого участка. То есть на сравнительно небольшой площади могут встречаться грунты с разной степенью коррозионной агрессивности: высококоррозионные (тяжелые глинистые, которые на протяжении долгого времени удерживают влагу), среднекоррозионные (суглинки) и практически инертные в коррозионном отношении (супеси, песчаные грунты).
На разницу протекания коррозионных процессов в разных грунтах указывает и Британский стандарт BS 8004 «Фундаменты» (пункт 10.3.5). В соответствии с данным документом остаточная толщина стальных свай, устанавливаемых в ненарушенные почвы, «остается в пределах допустимых значений толщины даже после многих десятилетий эксплуатации», так как скорость коррозии в данных грунтах не превышает 1-2 мм за 100 лет. В то же время в нарушенных почвах «использование окислительно-восстановительного потенциала, удельного сопротивления грунта и значений рН может иметь определенное значение для прогнозирования скоростей коррозии». Однако даже в этом случае толщину металла следует подбирать исходя из степени агрессивности нарушенных почв.
Выдержки из Британского стандарта показывают, что на скорость протекания почвенной коррозии влияет и ряд дополнительных факторов: влажность грунта, его пористость (воздухопроницаемость), кислотность, электропроводность, минералогический состав и неоднородность. В зависимости от характера изменений какого-либо из указанных параметров может произойти как ускорение коррозионных процессов, так и их замедление.
Атмосферная коррозия – разрушение конструкций, оборудования, сооружений, эксплуатируемых в атмосфере. Считается, что она менее губительна, чем почвенная. Однако рассматривая это утверждение, необходимо учитывать тип почв: если это тяжелая глинистая почва и мероприятия по водоотведению не проведены, то она как правило хорошо удерживает влагу. Следовательно, скорость коррозии будет выше. Если это суглинок, то разница между почвенной и атмосферной коррозией уже менее значительна. Если же это супесь или песок, то степень разрушительности почвенной коррозии сопоставима с атмосферной.
Скорость атмосферной коррозии также не является величиной постоянной и зависит от природы металла, окружающей его атмосферы и особенно влажности воздуха. Эта скорость изменяется от минимума для сухой и до максимума для влажной атмосферной коррозии.
Все это свидетельствует, что металл разрушается не с постоянной скоростью, а скачкообразно: на определенном этапе скорость может увеличиться (сразу после установки из-за вмешательства в структуру грунта, весной/осенью при высокой влажности воздуха), а затем уменьшиться в разы (из-за уплотнения грунта, произошедшего естественным путем, в жаркий сухой сезон). То есть скорость протекания процесса коррозии металла имеет нелинейный характер и находится в сильной зависимости от условий окружающей среды, воздействуя на которые можно свести негативное влияние внешних факторов к минимуму, увеличив тем самым срок службы металлоконструкций не на один десяток лет.
Так ограничение доступа кислорода и/или воды может привести к существенному замедлению процесса коррозии. Для фундаментов из винтовых свай обязательна правильная обшивка цоколя с обустройством дренажной системы, которая снижает влажность, а значит и скорость развития коррозионных процессов. Технические решения по устройству цоколя для фундамента из винтовых свай собраны в разделе «Отделка и утепление цоколя».
2.1. Особенности влияния условий протекания почвенной коррозии на скорость развития коррозионных процессов винтовых свай
Существует ряд дополнительных факторов, на которые также стоит обратить внимание, рассматривая механизмы воздействия почвенной коррозии на металлические конструкции.
Если катод и анод расположены близко друг к другу (например, стальная свая), а рН влаги в грунте >5, коррозионные продукты могут образовывать покрытие, защищающее поверхность стали. В этом случае коррозия будет равномерной, и ее скорость будет падать во времени.
Если анод и катод удалены друг от друга (например, стальной трубопровод), и это удаление составляет порядка 1-2 км, то образующиеся на аноде ионы металла будут мигрировать с током к катоду. Продукты коррозии будут оседать между анодом и катодом. Поэтому они не образуют защитного покрытия на аноде, где будет активно проходить питтингообразование. Поскольку защитное покрытие на аноде не образуется, скорость коррозии не убывает во времени, а может наоборот возрастать. Если площадь катода во много раз больше площади анода, то анодная плотность потока, а значит, и скорость питтингообразования, будет высокой.
Исследованию работы стальных свай уделено немало внимания. К примеру, английские исследователи Е. Прентис и Л. Уайт в своей работе «Подводка фундаментов под существующие здания» отмечают, что металлическая оболочка сваи остается неповрежденной до тех пор, пока она соприкасается с грунтом. Одним из возможных объяснений этого явления может служить то обстоятельство, что поверхность оболочки каждой такой сваи вследствие наличия в грунте кислорода несколько ржавеет, причем этот образующийся слой ржавчины благодаря соприкосновению с землей удерживается на месте, не позволяя обнажиться следующему слою, который мог бы оказаться подверженным коррозии. Иными словами, благодаря образованию некоторого налета ржавчины труба оказывается защищенной этим слоем от дальнейшего ржавления. Они также приводят в качестве примера тот факт, что в соответствии с нью-йоркскими строительными нормами при использовании набивных свай в стальных оболочках под новое строительство внутреннюю арматуру не применяют, а из эффективной площади сечения трубы при расчетах исключают наружное кольцо толщиной в 1,5 мм. Подразумевается, что остальное сечение трубы коррозионному разрушению подвергаться не будет. Обобщая американский исследовательский опыт, Д.А. Леонардс и другие в труде «Основания и фундаменты» анализируют опыт применения трубчатых и Н-свай в Нью-Йорке, Кливленде, Чикаго и указывают на то, что обычно коррозия стальных свай отсутствует, если они находятся ниже уровня циркуляции воздуха, т.е. примерно на 60 см ниже поверхности земли, а колебания УПВ в отсутствие воздуха не влияют на их разрушение.
Остановимся подробнее на вопросе коррозионного разрушения металлических свай, погружаемых с вытеснением грунта в их объеме и работающих затем в уплотненном глинистом грунтовом массиве. Как правило, плотность грунта у боковой поверхности свай, погружаемых с полным вытеснением грунта, увеличивается на 10% и более. При этом, соответственно, снижается пористость грунта, а коэффициент фильтрации уменьшается в десятки и сотни раз. Действительный срок службы таких свай в зависимости от инженерно-геологических и эксплуатационных условий можно установить.
В результате уплотнения грунта скорость коррозии свай резко снижается. Известный советский инженер Э.М. Гендель в своей работе «Инженерные работы при реставрации памятников архитектуры» пишет, что коррозирует только внешний слой металла толщиной 3-4 мм, а образовавшаяся при этом пленка защищает его от дальнейшего разрушения. Отметим также, что даже начавшийся процесс коррозии сваи в грунте должен стать затухающим: связав весь свободный кислород, продукты коррозии, значительно увеличиваясь в объеме по сравнению с исходным металлом, дополнительно уплотняют окружающий массив грунта.
Читайте также: