При низких температурах влажный грунт под зданиями промерзает и увеличивается в объеме. Это приводит к неравномерному подъему фундаментов и разрушению конструкций зданий. Чаще всего такие проблемы решают с помощью увеличения длины свай или других мероприятий, что предполагает дополнительные затраты. Ученые Пермского Политеха разработали математические модели, которые позволили рассчитать оптимальную форму свай. Она позволяет снизить влияние промерзающего грунта на здания без увеличения длины сваи. 

Результаты исследования ученые опубликовали в журнале Journal of Physics: Conference Series. Они уже запатентовали разработку и получили свидетельство о государственной регистрации программы для автоматизированного расчета сваи. 

– Увеличение объема влажного грунта при промерзании называют морозным пучением. Сейчас борьба с этим явлением приводит к увеличению затрат на проектирование, строительство и эксплуатацию зданий. Мы предложили снизить его негативное влияние с помощью изменения конфигурации сваи без увеличения ее длины. Новая форма позволила изменить направление сил морозного пучения таким образом, что они оказывают позитивный эффект, противодействуя подъему свай, – рассказывает одна из разработчиков, доцент кафедры строительного инжиниринга и материаловедения Пермского Политеха, кандидат технических наук Ольга Третьякова. 

Ученые использовали конфигурацию сваи с верхним обратным конусом и разработали математическую модель ее взаимодействия с промерзающим грунтом. Матмодель позволит не только прогнозировать поведение сваи, но и управлять им. Разработка поможет рассчитать оптимальные параметры сваи и угол наклона ее поверхности. Это необходимо для обеспечения равновесия сваи в грунте и целостности конструкций зданий. 

Повышенная несущая способность сваи новой формы ранее уже была подтверждена, но разработчики из Пермского Политеха впервые представили метод расчета ее оптимальной формы. Для этого они разработали аналитическую модель. На ее основе разработчики создали автоматизированный модуль, который позволяет получать 3D-модели и плоские изображения для рабочих чертежей. Сейчас исследователи изучают другие формы свай и разрабатывают усовершенствованный программный комплекс.

– Результаты нашего исследования позволят снизить стоимость сооружений. Их можно использовать при проектировании зданий в северных регионах России или в других странах, где актуальны явления сезонного промерзания и морозного пучения грунта. Разработка будет перспективна для применения в строительстве гражданских и промышленных зданий, транспортных тоннелей и опор мостов, – поясняет ученый.