Винтовые сваи: характеристики, достоинства и недостатки

Технологии создания свай не стоят на месте. Регулярно появляются новые решения и их модификации. Одной из задач, которые приходится решать строителям, является обустройство фундаментов поблизости от уже существующих зданий и сооружений. В этой ситуации необходимо избежать сильных ударов и вибрации. Именно поэтому появились буронабивные сваи, а дальнейшим развитием этой технологии стали сваи буросекущего или бурокасательного типа.

Технические характеристики

Отличительные свойства бетонных свай прямопропорционально зависят от марки бетона, применяемого при изготовлении железобетона. Крепкий опорный фундамент получится из бетонной смеси с высокой маркой. Маркировка обозначается цифрами и свидетельствует о прочности бетона на сжатие, характеризует класс. Производя бетонные сваи распространено применение марки В 6,5 и выше. Важным показателем являются морозостойкость F и влагостойкость W раствора, определяемых ГОСТом. Вес — параметр, зависящий от типа бетона и размера опоры, чем он тяжелее, тем выше плотность железобетонного стержня.

Технические характеристики

Габариты изделий и компоненты, из которых они изготовлены, определяют их массу.

История появления винтовых свай

История винтовых свай насчитывает без малого два столетия. Переворот в области свайного фундаментостроения удалось совершить талантливому ирландскому инженеру Александру Митчеллу. В 1833 году он запатентовал «винтовые сваи Митчелла», которые можно было устанавливать в подвижных грунтах, таких как песчаное дно водоема или илистая отмель.

Первым крупным сооружением, возведенным на подобных сваях, стал маяк Maplin Sand, построенный в устье Темзы уже в 1838 году. Его фундамент представлял собой девять свай с винтовыми наконечниками диаметром 120 см, закрученных в грунт на глубину около 7 метров. В последующие годы под руководством Митчелла было возведено еще несколько маяков по всей территории Англии. Некоторые из них сохранились в неизменном виде до сегодняшних дней.

В середине XIX века с применением свай Митчелла были построены более чем 150 маяков в Северной Америке, волнорез в Портленде, эстакада и мосты в Бомбее, железная дорога в Бароде, пирс в Мадрасе и множество других важных объектов.

В России о винтовых сваях узнали лишь во второй половине XIX века. Русские инженеры быстро оценили все преимущества этого изобретения, особенно при работе в условиях вечной мерзлоты северных районов страны или слабых, заводненных грунтов прибрежных территорий. Очень скоро винтовые сваи стали широко применяться при строительстве инженерных сооружение военного назначения (рамно-винтовая опора для скоростного возведения фундаментов разборных мостов используется нашими военными до сих пор), а позднее и в гражданском строительстве.

Стальные винтовые сваи активно используются по всему миру и сегодня. К их помощи прибегают там, где необходима большая скорость возведения фундамента: при установке различного вида опор, развертывании насосных и буровых станций, прокладке трубопроводов, строительстве временных городков для рабочих и т.д. Наибольшим спросом данная продукция пользуется у нефте- и газодобывающих компаний, у военных и промышленных строителей, у компаний, выполняющих восстановительные работы.

Строительные организации, занимающиеся возведением жилых домов, в этом списке присутствуют, но далеко не на лидирующих позициях. Конечно же, фундаменты на винтовых сваях для зданий жилого назначения возводят, но в большинстве случаев речь идет о строительстве в труднодоступных районах либо районах со сложным грунтом, о ремонте проблемных фундаментов старых жилых домов, о закреплении построек на склонах.

Как работают сваи

В современном строительстве применяют различные виды свайных фундаментов и работа свай в них также осуществляется по-разному.

По данному признаку можно выделить два типа опор:

Читайте также:  Железобетонные опоры ЛЭП — характеристики, преимущества

1. Сваи-стойки.

Такая свая переносит нагрузку от веса здания на грунт, в который упирается. Сваю-стойку изготавливают по технологии, обеспечивающей прочное основание, ведь именно на него может приходиться до 85% веса постройки.

Сваи стоечного типа – это классический и наиболее распространенный вариант. Опираясь на прочный грунт, они почти не дают осадки и могут выдерживать очень большие нагрузки.

Как работают сваи

2. Висячие сваи.

Сваи данной разновидности не упираются в грунт, а удерживаются в нем подобно тому, как держится вбитый в доску гвоздь, то есть за счет силы трения между боковой поверхностью и внешней средой.

Сравнивая висячую сваю со стойкой, можно выделить два основных отличия: площадь боковой поверхности у висячей сваи увеличена, при этом она имеет рельефное исполнение, благодаря чему более прочно «цепляется» за окружающий ее грунт.

Применение висячих свай оправдано в тех случаях, когда прочный грунт залегает особенно глубоко и сваи-стойки пришлось бы делать слишком длинными.

Преимущества бурокасательных свай

Сваи этого типа – хорошее решение для неплотных и сыпучих грунтов. Благодаря их использованию можно:

  • сэкономить немало времени;
  • снизить негативное влияние на окружающую среду;
  • обойтись без сильного шума, что особенно важно, если работы ведутся в городских условиях;
  • создать прочную, герметичную конструкцию, которая не только уверенно выдерживает механические нагрузки и давление грунта, но и удерживает грунтовые воды, обеспечивая сухость котлована.

Бурокасательные сваи создаются непосредственно на строительной площадке. Это значит, что нет необходимости выполнять какие-либо подготовительные работы на другом участке и тратить время и деньги на доставку крупногабаритных конструкций.

Но главное достоинство бурокасательных свай – это то, что они являются оптимальной альтернативой традиционным забивным сваям при работе в условиях плотной застройки. При их создании не применяются мощные ударные и вибрационные установки. Это значит, что не будет динамических или вибрационных воздействий на грунт, которые могли бы оказать негативное влияние на фундаменты соседних зданий и сооружений и вызвать их деформацию.

Обвязка фундамента

Как уже говорилось выше, сваи соединяются в единую конструкцию при помощи ростверка. Он выполняется из различных материалов и чаще всего представляет собой раму, как правило, со сложным контуром, повторяющим стены дома. Самым надежным ростверком является железобетонная плита, которая укладывается поверх опор. Она придает свайному фундаменту максимальную прочность, но такое решение не всегда целесообразно из-за большого веса и высокой стоимости. При строительстве легких частных домов чаще всего используют именно раму.

Ростверк из металла надежен и обладает большим сроком службы при наличии достойного защитного покрытия, предохраняющего металл от коррозии. Металлические части такой конструкции соединяются друг с другом при помощи сварки. В качестве элементов ростверка могут выступать профиль, швеллер или уголок. Допускается крепление частей и болтами, но для этого на каждой опоре должны быть специальные площадки под крепеж. Болтовое соединение балок ростверка требует очень точной установки свай, так как даже небольшая погрешность в их расположении приведет к несовпадению отверстий под болты.

 

Ростверки свайных фундаментов

Свайный фундамент с ростверком (свайно ростверковый фундамент) – строительная конструкция, которая объединяет сваи и служит для равномерной передачи нагрузки сооружения на них и на грунтовое основание. Различают сборные, сборно-монолитные и монолитные ростверки.

Ростверки бывают высокие и низкие. Низкий ростверк обычно располагают ниже поверхности грунта и он передает часть вертикального давления на грунт основания, в то время как высокий ростверк эти нагрузки передает на сваи. Устройство сборных железобетонных и монолитных ростверков представляют наиболее приемлемые варианты для дачного строительства.

Ростверки свайных фундаментов

Схема устройства сборных железобетонных и монолитных ростверков в свайных фундаментах.

Схема металлического и железобетонного ростверка свайного фундамента.

Металлические ростверки обычно сваривают на месте и «привязывают» к сваям арматурным прутком. При обустройстве большого по размерам фундамента, для установки отдельных элементов швеллера или двутавра требуются применения крановой техники, что не всегда удобно в индивидуальном строительстве, т.к. требует организации подъездных дорог и площадки для крана.

Ростверки свайных фундаментов

Самым приемлемым для частного строительства считается железобетонный ростверк. Для изготовления литого железобетонного ростверка, между сваями собирают опалубку, в которую закладывают арматуру из стальных прутков. Часть вертикальных прутков приваривают к сваям и «связывают» их между собой длинными арматурными прутками, находящимися внутри опалубки.

Обзор видов фундамента для дома читайте в статье Фундамент дома. Выбор типа фундамента дома.

Устройство ростверка

Опалубка для сваи.

Читайте также:  Выбираем фундамент для частного дома что лучше использовать

Свайный ростверк может выполняться из сборных железобетонных балок или может быть монолитным.

Параметры ростверков, рекомендуемые для легких домов:

  1. Высота ростверка – 300 мм.
  2. Ширина равна ширине цоколя. Если цоколь отсутствует, то ширина ростверка выполняется равной толщине несущих стен первого этажа (при этом она должна быть больше 400 мм).

Пересечение ростверка коммунальными трубопроводами не допускается.

Строительным отвесом проверяют, нет ли отклонения центров свай от строгого вертикального положения. После бетонирования или погружения свай в бетон отклонение не должно быть больше 5 см.

Выполняют монтаж сборных элементов ростверка. Их необходимо очень тщательно закрепить на оголовке свай.

В процессе заполнения бетоном полости набивной сваи, вертикально бетонируют Т-образный стержень арматуры.

Укладывают горизонтально на оголовок сваи другой стержень арматуры. Его длина соответствует ширине сваи с прикрепленными к ней с обеих сторон ограничителями в виде пластин. Их высота должна быть необходимой для закрепления сваи и элемента ростверка.

Схема гидроизоляции свайного фундамента.

Потом бетонируют монтажный стык, приваривают детали вертикального стержня к петлям ростверка. При этом используют стержни арматуры необходимой длины.

Если сборную балку ростверка заменяют на железобетонные перемычки, то нужно закрепить их между собой посредством сварки при помощи арматурных стержней и скрутить проволокой.

После монтажа ростверка необходимо заполнить все швы и стыки цементным раствором или бетоном.

Перед строительством стен здания проверяют отметки верхней плоскости ростверка. Если это необходимо, цементным раствором выравнивают под один монтажный горизонт.

Выравнивание выполняют нивелиром или водяным уровнем.

Затем производят окончательную проверку горизонтальности плана и всех размеров ростверка. Для этого еще раз уточняют размеры всех его сторон и диагоналей.

При устройстве свайного фундамента необходимо, чтобы конструкция фундамента подходила к типу грунта и проекту строящегося здания, чтобы строительные материалы обладали высоким качеством, чтобы работы проводились профессионально с соблюдением строгой технологии.

Антикоррозионное покрытие

Это немаловажный критерий выбора. В заводских условиях винтовые сваи обрабатывают разными защитными составами. Это может быть цинкование (холодное и горячее), покраска, нанесение полимеров и смол.

Из все предложенных вариантов предпочтение лучше отдать оцинкованному покрытию, нанесенному методом холодного цинкования, полиуретановому слою или эпоксидному. Если сваи были приобретены без защитного нанесения, то его надо будет провести своими руками. При этом можно подземную часть обработать хорошим материалом, а надземную недорогим.

Типы наконечников

Данные элементы облегчают задачу погружения свай в грунт. Они бывают литые и сварные. Первый вариант по стоимости значительно дороже. Их использование оправдано при проведении работ с плотным грунтом. Имеется в виду вечномерзлый, имеющий значительные включения, возникшие техногенным путем. При помощи такого наконечника легко справиться с возникшими в ходе работ сложностями. При этом наконечник не деформируется.

Сварные наконечники являются эконом-вариантом. Буровая лопасть приваривается на заостренный конец. Для таких свай характерно низкое качество. Считается, что все отрицательные моменты, связанные с винтовыми сваями, относятся именно к этому варианту.

Несущая способность свай

Несущая способность свай в полевых условиях определяется методами[~ 12]:

  • статическими испытаниями свай;
  • динамическими испытаниями свай;
  • испытаниями грунтов эталонной сваей;
  • испытаниями грунтов статическим зондированием.

Количество испытаний свай определяется проектом и зависит от следующих факторов[~ 12]:

  • сложность грунтовых условий;
  • величина нагрузок, передаваемых на основание;
  • число типоразмеров свай.
Читайте также:  Фундамент плита, расчет толщины, пример расчета, методика

Для каждого объекта строительства сооружений класса КС-3 и КС-2 проводятся следующие виды испытаний[~ 12]:

  • статические испытания свай и свай-штампов;
  • динамические испытания свай;
  • испытания грунтов статическим зондированием.

Статические испытания свай и свай-штампов производятся до 1 % от общего числа свай на объекте, но не менее трёх для сооружений класса КС-2 и четырёх — для сооружений класса КС-3[~ 12].

Динамические испытания свай производятся до 2 % от общего числа свай на объекте, но не менее шести для сооружений класса КС-2 и девяти — для сооружений класса КС-3[~ 12].

Испытания грунтов статическим зондированием — не менее шести точек для сооружений класса КС-2 и девяти — для сооружений класса КС-3[~ 12].

Технология устройства железобетонного монолитного ростверка

  • в опалубку укладывают рулонную гидроизоляцию. На поверхность сваи гидроизоляция не укладывается;
  • устанавливается опалубка в верхней части сваи. Поскольку опалубка монтируется на высоте, под нее устанавливаются U-образные несущие элементы из бруса. Элементы монтируются между сваями;
  • в нижней части опалубки вырезаются посадочные гнезда под сваи. Гнезда – это отверстия, через которые пройдет часть сваи и окажется помещённой в опалубку;
  • поверх гидроизоляции монтируют арматурный каркас. Нижний ряд арматуры возвышается над гидроизоляцией на высоту 40-50 мм. Арматурный пояс также не должен касаться гидроизоляции. Ведь при выходе металла за пределы бетона он будет подвержен ускоренной коррозии;

Примечание. При формировании углов ленты не допускается перекрестная стыковка.

  • деревянная опалубка смачивается водой, чтобы исключить проникновения в древесину воды из раствора. Некоторые пользователи укладывают пленку на стенки опалубки.
  • выполняется заливка опалубки бетоном. Бетон также заливается поэтапно. Толщина слоя 200-250 мм. Во избежание образования пустот бетон протыкается куском арматуры;

Примечание. В зимнее время в бетон следует добавить пластификатор для изменения его свойств, а опалубку утеплить, чтобы обеспечить равномерное застывание бетона.

  • расстояние от опалубки до почвы закрывается отсыпкой. Она позволит исключить продувание пространства ветром и попадание туда мусора.

Отметим, что период выжидания составляет 20-30 дней и зависит от толщины ростверка и температуры окружающей среды. После того, как бетон наберет окончательную прочность, можно продолжать работы по строительству дома.

Оборудование для монтажа

Применение специального оборудования для завинчивания винтовых свай одному упрощает и облегчает работу, но допускает некоторые погрешности.

Разработаны портативные устройства, которые можно транспортировать в легковом автомобиле.

Оборудование для монтажа

Инструкция по работе бензигидростанции УЗС-1:

  • в ствол опоры вставляют гидровращатель, его вал с винтовой конструкцией закрепляют с помощью стопора;
  • устанавливают конструкцию с установленным в ней механизмом на размеченное место;
  • к гидровращателю крепят рычаг, конец которого укрепляют на земле;
  • включают станцию, она начинает ввинчивать опору.

Агрегат запускают и выключают с помощью рычага. Такие станции подходят для ввинчивания конструкций диаметром от 79 до 113 мм при индивидуальном строительстве. Устанавливать винтовые сваи для многоэтажных домов нельзя, они не выдержат значительных несущих нагрузок. Подробнее смотрите в этом видео:

Для более быстрого закручивания, можно присоединить к конструкции дрель

Оборудование для монтажа

Еще один способ механизированной установки включает использование дрели и редукторного гайковерта.

Конструкцию скрепляют болтами.

На трубу будет действовать значительное усилие, поэтому для ее усиления и предотвращения от деформации прокладывают швеллер.

Дрель подключают к напряжению, вращаясь, она вкручивает винтовую конструкцию. Нужно строго контролировать вертикальный уровень при погружении.

Оборудование для монтажа

Винтовая опора будет надежной только в том случае, когда она передает несущую нагрузку от дома на плотную устойчивую почву и не проседает под действием силы тяжести. Завинчивают ее до упора, пока она достигнет грунта такой плотности, который не дает погрузиться ниже.

Вне зависимости от выбранной технологии монтажа закручивание винтовых свай своими руками должно выполняться строго в вертикальной плоскости с использованием уровня.