Минусы винтовых свай

Особенности конструкции

Винтовая свая состоит из стальной трубы и лопасти, приваренной к ее нижнему концу – по конструкции это бур, способный эффективно ввинчиваться в грунт. Винтовой наконечник, оснащенный лопастью, является ключевым элементом сваи.

В ходе монтажа он выполняет функцию механизма, ответственного за погружение сваи, а затем служит опорой, передавая на грунт нагрузки от построенного сооружения. Одновременно с этим лопасти превращают сваю в подобие анкера, не давая ей сместиться вверх под воздействием подвижек грунта при морозном пучении.

В первую очередь это актуально при возведении небольших деревянных строений на глиноземных грунтах с высоким уровнем насыщения водой. Железобетонный фундамент, даже заложенный ниже уровня промерзания, будет выталкиваться наверх морозным пучением – воздействие в этом случае идет по касательной к конструкции сбоку. У легкой постройки не хватает массы, чтобы уравновесить воздействие.

Расширение опоры стальной сваи (лопасть) в нижней ее части располагается ниже уровня промерзания и надежно сцеплено с грунтом. Силы морозного пучения, воздействующие на само тело сваи, не могут ее вытолкнуть наверх. При этом стальная труба не деформируется, поскольку при касательном воздействии морозного пучения нагрузка составляет не более 0,2 МПа, а показатель предела прочности на растяжение у стали – от 330 МПа.

Сварной наконечник

Опорные элементы со сварным наконечником – это дешевые изделия невысокого качества, особенно если они изготавливаются кустарным способом. К нижней части стальной трубы с заостренным концом приваривается буровая лопасть. Если лопасть расположена неправильно, такую сваю невозможно вертикально погрузить в грунт – она будет «уходить» в сторону.

Еще одна проблема сварных наконечников – низкое качество сварки и самого металла, из которого выполнена лопасть. У таких изделий лопасти легко деформируются и даже отрываются, если в процессе погружения опора натыкается на камни в грунте. Отрыв лопасти можно почувствовать в ходе работ по установке – труба будет слишком легко проворачиваться.

Если из-за низкого качества сварки и антикоррозийной обработки шов разрушится спустя несколько лет после обустройства фундаментного основания, свая потеряет опору. Это грозит неравномерным проседанием фундамента под нагрузками, разрушением ростверка, а затем и стеновых конструкций. Постройка в короткие сроки приходит в аварийное состояние.

Критические отзывы о винтовых свайных фундаментах в первую очередь базируются на опыте строительства подземных оснований с применением некачественных опорных элементов со сварным винтовым наконечником.

Недорогие изделия данного типа подойдут для возведения временных легких построек, различного рода ограждений и навесов. Для домостроения применять опоры со сварной лопастью рискованно.

Литой наконечник

Литые винты для свай изготавливаются только в производственных условиях, благодаря чему есть возможность отслеживать качество изделий. При этом применяется технология точного литья в вакууме, материалом изготовления служит высокопрочная сталь СТ-35, СТ-25. Готовые изделия проходят термообработку для повышения прочностных характеристик.

Цельнолитые наконечники по сравнению со сварными характеризуются:

  • точностью геометрических параметров;
  • более высокой толщиной лопасти (13 мм против 5 мм для сварных, если сравнивать толщину основания лопасти диаметром 300 мм);
  • погружением в грунт без деформации о встречающиеся мелкие камни и строительный мусор.

Цельнолитой наконечник вставляется в нижнюю часть трубы и обваривается по окружности. Такая конструкция обладает высокой несущей способностью и может применяться для возведения тяжелых бревенчатых домов (при условии правильно выбранного диаметра сваи).

Стоимость опорного элемента с литым наконечником приблизительно на 25% превосходит стоимость сварных изделий. Если для строительства выбрать сваи из стальных труб с качественной оцинковкой и внешним антикоррозийным полимерным покрытием, опоры для фундамента способны прослужить порядка сотни лет.

Антикоррозийная обработка самому литому наконечнику не требуется – защитный слой с рабочей части стирается о грунт в процессе завинчивания. Толщины и качества лопасти хватает для того, чтобы процесс коррозии не влиял на надежность и долговечность конструкции.

Обратите внимание: изделия с литыми наконечниками выбирать следует очень внимательно. Нарушение технологии производства ведет к снижению качества изделий и их надежности – к примеру, для снижения себестоимости готовые наконечники не подвергают термообработке или используют металл низкого качества. Такое литье отличается хрупкостью и наконечник не способен выполнять свои функции. На рынке можно встретить и подделки под литье.

Приобретать винтовые сваи с литыми наконечниками рекомендуется напрямую у надежного производителя, проверив сертификаты на изделия. Чтобы гарантировать надежность фундамента, монтажные работы проводят с применением специализированной техники и в процессе контролируют силовой момент закрутки опорных элементов. Если установка свай производилась собственными силами, по окончании монтажных работ для каждого элемента проводится испытание давлением.

Свайно-винтовой фундамент: плюсы и минусы

К преимуществам использования винтовых свай относятся:

  • быстрый и недорогой монтаж – справиться с установкой опорных элементов можно за один день;
  • погружение элементов в грунт без использования спецтехники, если позволяют свойства грунта;
  • минимальный объем земляных работ – вынимать грунт под опоры практически не требуется;
  • возможность строительства на большинстве грунтов (за исключением скальных и болотистых);
  • ведение работ в любое время года – опорные элементы вкручиваются даже в мерзлый грунт;
  • сокращение сроков строительства – ростверк монтируется сразу после установки опор, и если он не из монолитного бетона, можно сразу приступать к возведению стен;
  • минимальный объем вспомогательных работ, связанных с вывозом лишнего грунта и уборкой мусора;
  • экономия – стоимость свайно-винтового фундамента на 60-70-% ниже ленточного;
  • возможность использования при строительстве на сложном рельефе – нет необходимости выравнивать площадку, строительство можно вести на склоне, используя сваи различной длины.

Минусы свайно-винтового фундамента:

  • металл подвержен электрохимической коррозии и со временем разрушается;
  • скорость разрушения повышается в несколько раз, если в грунте распространяются блуждающие токи из-за повышенной насыщенности воды и расположенных неподалеку электротехнических объектов (электрическая подстанция, железная дорога, антенна сотовой связи и т.д.);
  • в процессе установки опора может деформироваться, лопасть оторваться;
  • винтовой фундамент не дает возможность построить дом с подвалом;
  • требуются серьезные меры по утеплению пола.

История винтовых свай

История винтовых свай насчитывает почти 200 лет. Александр Митчелл (13 апреля 1780 – 25 июня 1868) родился в столице Ирландии – городе Дублине. Образование получил в Белфастской Академии. Является первым инженером, который изобрел и запатентовал винтовые сваи.

В 1838 году Александр Митчелл, получив ссуду на строительство осветительных сооружений в зоне приливно-отливных бассейнов в районе Лондона, предлагал нижнюю часть сваи изготавливать в виде винта, для того чтобы иметь возможность ввинчивать сваи в грунт. Изначально был изобретен винтовой якорь. Позже была предложена идея, согласно которой конец трубы исполнялся в виде того самого якоря, в результате чего конструкция получила свое название screw-pile (винтовая свая). Первый маяк на винтовых сваях получил название Maplin Sands lighthouse. Объяснение было простое: “закручивать легче, чем забивать”. В закручивании свай для фундаментов маяков в те времена участвовало до 32 человек.

Примеры первых маяков с фундаментом на винтовых сваях, сохранившиеся до наших дней:

1. Название: Middle Bay Light

Расположение: Middle of Mobile Bay, Mobile Bay, Alabama (USA)
Координаты: 30 ° 26’10 “N 88 ° 1’5 “W
Год постройки: 1885
Архитектор: Неизвестно
Добавлено в NRHP : 30 декабря 1974

2. Название: The Seven Foot Knoll Light

Расположение: Первоначально в устье Патапско в Чесапикского залива ; переехал в Inner Harbor в Балтиморе, штат Мэриленд
Координаты 39,1551 76,4091 ° N ° W (оригинал); 39,2836 76,6054 ° N ° W (текущий)
Год постройки: 1855
Автоматизирован: 1949
Деактивированн: 1988
Высота: 40 футов (12 м)

3. Название: Thomas Point Shoal Light

Расположение: от Thomas Point в устье Саут-Ривер в Чесапикского залива Координаты 38,899 ° N 76,436 ° W
Построен: 1825 год
Реконструирован фундамент на винтовые сваи 1975 год.
Автоматизирован: 1986
Высота: 43 футов (13 м).

4. Название: Carysfort Reef Light

Построен: 1852 год.

5. Название: Fowey Rocks Light

Построен: 1878 год.

В 1848 Митчелл был избран членом Учреждения Инженеров-строителей и получил Медаль Телфорда за своё изобретение.

В 1850 г. в США, в заливе Делавэр был смонтирован маяк новой конструкции, фундамент которого выполнили на металлических трубах с приваренными винтовыми лопастями. Труба погружалась в грунт
посредством завинчивания. В течение нескольких десятилетий сотни маяков с подобной конструкцией были построены по всей территории США. В России первые винтовые сваи появились на 30 лет позже.
Дмоховский Владислав Карлович (советский учёный в области фундаментостроения, доктор технических наук (1937), генерал-майор инженерно-технической службы (1943), заслуженный деятель науки и техники
РСФСР (1949)) продемонстрировал преимущество винтовой сваи перед забивной при применении в условиях вечной мерзлоты, на обводненных и слабых грунтах. Первое упоминание использования винтовых свай в
малоэтажном (жилом) строительстве датировано 1900 годом.

Перед строителями всегда стояла
задача провести весь комплекс работ:

• в минимальные сроки;
• с минимальными издержками;
• максимально качественно.

О приемлемом способе решения данной проблемы специалисты задумывались уже довольно давно, и ими было разработано достаточно эффективное решение – винтовые сваи. Инженеры–конструкторы
разработали металлическую сваю с приваренными специальными лопастями; благодаря которым она свободно устанавливалась в грунт любой степени сложности. Конечно же, скальные породы такая свая не
возьмет, а вот все остальные – пожалуйста.

В дальнейшем винтовые сваи не раз модернизировались как в Англии и США, так и в других странах. Советские специалисты высоко оценили преимущества винтовых свай, и они стали широко использоваться сначала в военных целях (для возведения различных инженерных сооружений на сложных грунтах), а затем и в области гражданского строительства.

Наши инженеры, впервые(!) в мире, внесли в конструкцию винтовых свай специальные лопасти, которые изготавливались из особо прочной стали, в результате чего приобретали высочайшую надежность и
долговечность.

Автором многочисленных разработок и конструкций винтовых свай является Виктор Николаевич Железков – полковник в отставке, крупный инженер-строитель. Он предложил конструкцию винтовых свай для обычных и вечномерзлых грунтов, им разработана методика для определения несущей способности свай по величине крутящего момента как на сжимающие, так и на выдёргивающие нагрузки.
В.Н. Железков занимался и разработкой специальных установок для завинчивания свай на базе автомобилей и тракторов УЗС и УЗА. В.Н. Железковым разработана рамно-винтовая опора (РВО), предназначенная для скоростного возведения свайных фундаментов опор высоководных разборных мостов в различных грунтово-геологических условиях, в том числе скальных. Это решает проблему скоростного восстановления и строительства мостов и переправ.
Научные разработки и огромный практический опыт В.Н. Железкова позволили винтовым сваям стать надёжной опорой для ЛЭП, оборудования подстанций башен сотовой связи, мостов, опор контактной сети железных дорог, а также для многочисленных объектов малоэтажного и промышленного строительства. В. Н. Железков на практике доказал, что винтовые сваи по своим характеристикам не только не уступают традиционным фундаментам, но и во многом превосходят их. В некоторых случаях винтовые сваи являются единственным возможным и в то же время экономичным решением сложных задач. В настоящее время винтовые сваи используются повсеместно, что обусловлено удобством установки фундаментов на их основе, а также прочностью и надежностью всей конструкции в целом. Широкое распространение винтовые сваи получили при строительстве в северных районах, поскольку именно там установка фундаментов происходит наиболее проблематично из-за высокого уровня промерзания грунта.

Винтовые сваи обладают рядом несомненных преимуществ по сравнению с традиционными технологиями, и дело заключается не только в снижении стоимости и сокращении сроков возведения, но и чисто
эксплуатационных характеристиках, особенно в случае производства работ на сложных ландшафтах, зоне подтопления, зоне вечной мерзлоты. Винтовые сваи и фундаменты на их основе обладают рядом неоспоримых преимуществ перед фундаментами других типов:

Фундаменты на винтовых сваях не требуют проведения земляных работ. Кроме того, при возведении фундамента вам не потребуется выравнивать участок и использовать строительную технику.
Строительство может вестись на любом типе грунтов, в том числе подвижных и обводненных, а также на склонах и в непосредственной близости от деревьев.
Дом, который построен с использованием винтовых свай, может без проблем оснащаться дополнительными пристройками.
Строительство фундамента на винтовых сваях можно вести в любое время года и при этом значительно сократить срок его возведения. Таким образом, вы экономите не только время, но и значительные денежные суммы.

Именно поэтому, винтовые сваи в настоящее время действительно являются новым словом в строительных технологиях. Более того, винтовые сваи способны выдерживать значительные нагрузки, а срок их службы составляет не менее(!) 100 лет.

Срок службы свайно винтового фундамента

Дата: 13 марта 2017 Просмотров: 3353 Срок службы свайно винтового фундамента

Основание здания — находящаяся ниже нулевой отметки часть возводимого строения. Она постоянно воспринимает отрицательное воздействие температурных перепадов, грунтовых вод, содержащихся в почве кислот и щелочей, а также блуждающих токов. Срок эксплуатации здания зависит от надежности фундамента, который важно уберечь от негативных факторов. Один из вариантов — опереть основание на опорные элементы с винтообразной рабочей частью. Но какой будет срок службы винтовых свай? Насколько оправдано технологическое решение и долговечна конструкция?

Опорные элементы винтового фундамента производятся из различных видов стального проката. Долговечность основания зависит от интенсивности коррозионных процессов, главный объект которых — винтовые сваи. Застройщики интересуются, возможен ли срок эксплуатации на протяжении столетия свайно винтового основания?

Рассмотрим детально, что помогает повысить ресурс эксплуатации свайного фундамента, основой которого являются винтовые сваи, какие виды разрушающих процессов воздействуют, и, как осуществляется антикоррозионная защита.

При использовании для фундамента винтовых свай не стоит забывать про качественную обработку

Факторы, определяющие продолжительность использования

Долговечность возводимого свайного фундамента, обладающего множество положительных моментов, зависит от ряда факторов, определяющих срок службы винтовых свай:

  • Повышенной концентрации грунтовых вод и близко расположенных водоносных слоев, являющихся причиной коррозионного разрушения.
  • Пониженной кислотности грунта, способствующей ослаблению опор в результате коррозии.
  • Значительных температурных колебаний, вызывающих изменение объема металлической конструкции с последующим нарушением целостности.
  • Присутствия в почве каменистых включений, при контакте с которыми повреждается защитное покрытие.
  • Нарушения технологии операций, связанных с внедрением в грунт, что приводит к образованию царапин и нарушению защитного слоя.
  • Усадки основания здания, установленного на слабых почвах, вызывающей деформацию опорных элементов.

Опорные элементы свайно-винтового основания без выполнения специальных защитных мероприятий эксплуатируются не более 25-30 лет. В дальнейшем сваи постепенно разрушаются. Это снижает прочность основания и устойчивость строения.

Слишком низкая цена и отсутствие сертификатов – это повод задуматься, стоит ли их покупать

Защитные мероприятия

Имеются проверенные методы, позволяющие значительно увеличить срок службы винтовых свай:

  • защита поверхности метала путем нанесения цинкового покрытия горячим методом. Технология позволяет обеспечить долговечность использования опор на протяжении 120 лет;
  • обработка свай с помощью холодного цинкования, применяемая при минимальном количестве отрицательных факторов, воздействующих на опоры. Метод обеспечивает кратковременную защиту;
  • заполнение внутренней полости сваи бетонной смесью, препятствующей коррозионному разрушению. Мероприятия продлевает срок службы винтовых свай на 50 лет;
  • нанесение на поверхность защитного слоя, основа которого — эпоксидные смолы. Защитное покрытие сохраняет целостность при завинчивании и обеспечивает герметизацию находящейся в грунте части более 50 лет;
  • использование смол на полиуретановой основе, обеспечивающих повышенную адгезию и формирующих надежное покрытие. Соблюдение технологии нанесения полиуретановых смол, согласно рекомендациям производителей, обеспечивает долговечность опор более 50 лет.

Помните, что интенсивное развитие коррозионных процессов ежегодно уменьшает толщину металла на 30 микрон, а отсутствие кислорода просто замедляет интенсивность коррозии.

Чтобы увеличить сроки службы свайного основания, необходимо не забывать об обработке труб специальными составами

Продолжительность эксплуатации

Осторожно относитесь к рекламным заявлениям производителей, утверждающих, что срок эксплуатации основания с винтовыми элементами составляет два столетия. Есть повод усомниться. Декларируя увеличенный срок службы винтовых свай, изготовители ориентируются на идеальные условия эксплуатации. К сожалению, в естественных условиях воздействует ряд факторов, резко снижающие период эксплуатации свайного фундамента до 30-40 лет.

Использование специальной обработки рабочей поверхности опор позволяет увеличить их долговечность. Наиболее проблемный участок опоры — сварной шов, соединяющий лопасть с поверхностью трубы.

Использование надежных антикоррозионных покрытий, наносимых в несколько слоев, позволяет защитить рабочую поверхность от коррозии и появления царапин. Нанесение защитных покрытий затрудняет доступ к металлу кислорода, что позволяет использовать винтовые сваи даже в проблемных почвах на протяжении столетия. Нарушение структуры металла в результате электрохимических процессов происходит в зонах, где присутствует избыток кислорода.

Не рекомендуется покупать окрашенные трубы для свайного фундамента, так как под слоем привлекательной краски часто уже кроются следы ржавчины

Советы строителей

Желая повысить срок использования винтового фундамента, придерживайтесь следующих рекомендаций:

  • Не приобретайте опорные элементы у непроверенных производителей, продающих некачественные сваи по низким ценам.
  • Обращайте внимание на наличие сертификата соответствия, гарантирующего применение качественных материалов, соблюдение технологии и долговечность опор.
  • Воздержитесь в зимнее время от установки опор, ослабление которых возможно после оттаивания почвы.
  • Аккуратно заполняйте бетонным раствором внутреннюю полость, сохраняя покрытие и не создавая дополнительных напряжений.
  • Осуществляйте, при необходимости, восстановление свай, что, также, позволит продлить срок эксплуатации.
  • Обрабатывайте внутреннее пространство опоры защитными покрытиями, наряду с рабочей поверхностью.

Применение опор с защитным покрытием позволяет значительно повысить срок эксплуатации возводимых объектов. Не доверяйте рекламным заявлениям производителей о возможности эксплуатации опор на протяжении 150-200 лет. В любом случае, на протяжении столетий, невозможно гарантировать отсутствие коррозионных процессов металлической опоры, находящейся во влажном грунте.

При наличии качественно выполненной защиты, реальный срок службы винтовых свай 40-70 лет. Осуществляя защитные мероприятия, обратитесь к профессиональным строителям за консультацией.

Винтовые сваи

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 20 октября 2015 года.
Эту статью следует сделать более понятной широкому кругу читателей. Пожалуйста, попытайтесь изложить эту статью так, чтобы она была понятна неспециалисту. Вам могут помочь советы в этом эссе.
Подробности могут быть на странице обсуждения.
Эта статья должна быть полностью переписана. На странице обсуждения могут быть пояснения.

Винтовые сваи

Винтовые сваи — тип свай, заглубляемых в грунт методом завинчивания в сочетании с вдавливанием.

Основные компоненты винтовой сваи:

  1. ствол (в западной практике он обычно подразделяется на направляющую (ведущую) часть с заостренным концом и удлинитель: направляющая часть с лопастью/лопастями первой входит в грунт, а удлинитель используется для ее дальнейшего погружения в грунт до несущего слоя. Удлинители могут иметь дополнительные несущие лопасти, но чаще состоят из ствола и муфт);
  2. винтовые несущие лопасти.

Особенности развития технологии в Советском Союзе (широкое использование литья) позволяют выделить дополнительный компонент – наконечник винтовой сваи. Он представляет собой заостренный конец сваи, неотъемлемой частью которого является винтовая несущая лопасть.

История

Свайное фундаментостроение известно с древних времен, однако много веков его применение ограничивалось материалом, из которого изготавливались сваи (дерево), и способом их погружения (забивка). В XIX веке на смену деревянным сваям пришли железобетонные, что расширило сферу применения свайных фундаментов, но метод погружения остался прежним, хотя и получил ряд усовершенствований.

Изобретение винтовых свай и развитие технологии за рубежом

Переворот в области фундаментостроения из свай совершил инженер-строитель Александр Митчелл (1780 – 1868). Решая проблему строительства морских сооружений на слабых грунтах, таких как песчаные рифы, террасы илистого грунта и устья рек, он изобрел и в 1833 году запатентовал в Лондоне новое устройство под названием «винтовая свая».За свое изобретение он получил медаль Телфорда и членство Института гражданских инженеров.

Первоначально винтовые сваи использовались для судовых причалов и представляли собой металлическую трубу с якорным винтом на конце. Они вкручивались в грунт ниже уровня ила усилиями людей и животных с помощью большого деревянного колеса, называемого якорным шпилем. Для установки винтовых свай от 20 футов (6 м) длиной с 5-дюймовым (127 мм) диаметром ствола нанимали до 30 мужчин.

Первым техническим документом, написанным в отношении винтовых свай, стал «На подводных фундаментах. Винтовые сваи и причалы в частности» Александра Митчелла. В своей работе инженер заявил, что винтовые сваи могут быть использованы для обеспечения несущей способности или сопротивления выталкивающим силам. По его мнению, несущая способность свайно-винтового фундамента зависит от площади лопасти винта, природы грунта, в который он вкручивается, и глубины, на которой он находится под поверхностью.

В 1838 году винтовые сваи стали основой для фундамента маяка Мэплин Сэндс на нестабильном прибрежном грунте реки Темзы в Великобритании. Для укрепления морских пирсов технологию винтовых свай впервые применил архитектор и инженер Евгениус Берч (1818 – 1884). С 1862 по 1872 годы были возведены 18 морских пирсов.

Экспансия Британской империи поспособствовала быстрому распространению технологии по всему миру. Так, с 1850-х по 1890-е годы было построено 100 маяков на винтовых сваях только вдоль восточного побережью Соединенных Штатов и вдоль залива Мексики.

В период 1900-1950 годов популярность винтовых свай на Западе несколько снизилась в связи с активным развитием механического сваебойного и бурового оборудования, зато в последующие годы технология стала активно развиваться в сфере индивидуального, промышленного и крупного гражданского строительства.

Развитие технологии винтовых свай в СССР и России

В Россию технология пришла в начале XX века. Тогда винтовые сваи получили широкое распространение в области военного строительства, где в полной мере оценили их достоинства – универсальность, возможность использования ручного труда, надежность и долговечность, особенно в пучинистых, обводненных или многолетнемерзлых грунтах. Эти преимущества были доказаны благодаря трудам советского инженера Владислава Дмоховского (1877-1952), который провел комплексные исследования в области свайных оснований (теория конических свай).

Теоретические основания применения винтовых свай и технология производства работ были разработаны в СССР только в 50-60-х гг. XX века. Тогда же были спроектированы и изготовлены установки для их завинчивания. Значительный вклад в систематическое изучение и экспериментальную разработку применения винтовых свай в строительстве внесли Шпиро Г. С., Бибина Н. М., Крюков Е. П., Цюрупа И. И., Чистяков И. М., Орделли М. А., Иродов М. Д. и др. В работах этих авторов содержатся ценные сведения, необходимые для определения технических параметров и геометрических форм винтовых свай, решения конструкций и выбора материалов для их изготовления.

Исследователями были получены обширные материалы по несущей способности и перемещению винтовых свай в разных грунтах, определено влияние размеров лопасти и глубины ее погружения на несущую способность свай. Опыт погружения большого числа разнообразных по размерам и материалам винтовых свай позволил разработать технологию их погружения в грунт, определить скорости вращения, величины крутящих моментов и осевых усилий, необходимых для погружения. В 1955 г. были опубликованы «Технические указания по проектированию и устройству фундаментов опор мостов на винтовых сваях» (ТУВС-55). Несколько позже – «Руководство по проектированию и устройству мачт и башен линий связи из винтовых свай», которое было результатом внедрения, испытаний и опытной эксплуатации опор линий связи высотой до 245 м в 1961-1964 гг.

Одним из первых ученых, рассматривающих технологию фундамента из винтовых свай через призму научного опыта стал доктор технических наук, инженер-строитель Виктор Николаевич Железков. Ученым было доказано, что винтовые сваи не только являются полноценной альтернативой традиционным видам фундаментов, но и имеют ряд преимуществ перед ними, к примеру, если речь идет о сложных геологических условиях.

В.Н. Железков также разработал методику для определения несущей способности свай по величине крутящего момента как на сжимающие, так и на выдергивающие нагрузки. В 2004 году он опубликовал монографию «Винтовые сваи в энергетической и других отраслях», в которой были собраны ценные экспериментальные данные по определению несущей способности винтовых свай на сжимающие, выдергивающие и горизонтальные нагрузки.

Интенсивное внедрение винтовых свай в строительство и энергетику началось в середине 60-х гг. ХХ века. Этому способствовало расширение работ по реконструкции зданий и сооружений, выполнение строительных работ в стесненных городских условиях или на промышленных территориях, что требовало разработки глубоких котлованов в непосредственной близости от существующих фундаментов. Другой причиной развития технологии свайно-винтовых опор явилось увеличение объема монтажных работ в строительстве. Монтаж тяжелых конструкций объектов химического, металлургического, энергетического назначения потребовал разработки новых видов фундаментов и расширения области их использования. Наибольшее применение винтовые опоры получили в отраслях связи и телекоммуникациях (закрепление опор ЛЭП).

В российском малоэтажном строительстве винтовые сваи стали использоваться лишь в начале XXI века благодаря усилиям русского ученого –Сергея Петухова, который доказал рациональность применения изделий малого диаметра в ИЖС, отметив, что в этом случае происходит существенное сокращение сроков строительства и снижение цены.

Отличие отечественного и западного подходов

Разработка винтовых свай в СССР велась независимо от исследований западных ученых, при этом приоритетными задачами стали высокая скорость и простота погружения в грунтах с высокой плотностью. Этим требованиям отвечала дезаксиальная стальная винтовая свая с литым наконечником и одной лопастью в 1,25 витка, начинающейся на скошенной части и плавно увеличивающейся в ширину, конструкцию которой разработал В.Н. Железков.

Эта свая несмотря на сравнительно небольшую величину крутящего момента, не требует использования при завинчивании дополнительной пригружающей силы. Однако, будучи универсальной, она имеет невысокую несущую способность, для повышения которой необходимо увеличивать диаметр ствола и лопасти, что ведет к увеличению расходов на строительство. Тем не менее такая свая до сих пор используется в России и на постсоветском пространстве достаточно широко.

Западные разработчики, напротив, сделали акцент на обеспечении необходимой несущей способности при минимальном увеличении материалоемкости. Это привело к отказу от крепления лопастей к конусу сваи, а для повышения несущей способности конструкторы прибегли к наращиванию диаметра лопасти и количества лопастей. За счет внедрения новых технологий свайно-винтовые фундаменты стали широко применяться в сфере гражданского строительства. По данным ISSMGE в 2010 году винтовые сваи заняли уже 11% зарубежного рынка, постепенно вытесняя забивные.

Применение

Четырёхсвайный стальной ростверк

Фундаменты из винтовых свай могут быть установлены под любые объекты:

  • промышленного строительства (здания заводов, фабрик, трубные эстакады, трубопроводы, промышленные ангары, ЛЭП);
  • гражданского строительства (многоэтажные жилые дома, общественные здания, склады, ангары, ограждения);
  • индивидуального жилищного строительства (жилые дома этажностью не более трех этажей, пристройки, хозяйственные постройки);
  • сельскохозяйственного строительства (теплицы);
  • транспортного строительства (дороги, проезды, шумозащитные экраны);
  • военного назначения;
  • гидротехнического назначения, в том числе устанавливаемые на обводненных грунтах (причалы, мосты);
  • инфраструктуры, рекламные конструкции, МАФ;
  • временные сооружения (торговые павильоны, аттракционы).

Кроме того, винтовые сваи используются при реконструкции фундаментов крупных гражданских и промышленных объектов, объектов индивидуального жилищного строительства, при укреплении склонов и берегоукреплении.

Грунты также практически не накладывают ограничений на применение винтовых свай. Более того, они являются предпочтительным вариантом при строительстве в таких сложных инженерно-геологических условиях, как районы вечной (многолетней) мерзлоты, крупнообломочные, пучинистые, слабые и обводненные грунты и т.п.

В то же время конструктивные и геометрические параметры (конфигурация лопасти, количество, диаметр, шаг и угол наклона лопастей, толщина стенки ствола и лопасти) винтовых свай будут в каждом случае назначаться индивидуально в соответствии с физическими характеристиками и коррозионной агрессивностью грунтов, с данными о глубине промерзания, о нагрузках от строения, требованиями к жесткости, прочности, устойчивость и т.д.

Погружение винтовых свай выполняется вручную, механически (спецтехника) или с помощью редуктора. Возможность выбора способа монтажа, а также отсутствие шума и вибраций во время установки делают винтовые сваи незаменимыми при работе в условиях плотной городской застройки.

Классификация винтовых свай

Типы винтовых свай

Типоразмеры винтовых свай – это совокупность технологических и конструкционных особенностей.

Разные типы свай используются в разных грунтовых условиях. Применение нескольких типоразмеров свай необходимо даже в пределах одного фундамента, так как на него, как правило, воздействуют разные величины нагрузок:

  • под ответственными узлами сооружения;
  • под несущими стенами;
  • под ненесущими стенами и лагами пола.

Каждая из нагрузок требует использования свай с определенной несущей способностью. Такой подход обеспечивает равномерное распределение запаса прочности по всему фундаменту, увеличивает его надежность и долговечность.

Технологические и конструкционные параметры, дающие основания для деления винтовых свай на группы.

Размер и конфигурация лопасти

Диаметр лопасти может превосходить диаметр ствола более чем в 1,5 раза (широколопастные сваи) и менее чем в 1,5 раза (узколопастные сваи).

Широколопастные винтовые сваи эффективны в дисперсных грунтах, в том числе с невысокой несущей способностью, илах, водонасыщенных песках и т.п., так как имеют большую площадь опирания.

Производят широколопастные сваи с конфигурацией лопасти для:

  • текучих, текуче-пластичных и мягко-пластичных грунтов;
  • туго-пластичных и твердых водонасыщенных глинистых грунтов;
  • полутвердых грунтов.

На выбор конфигурации лопасти влияют физические характеристики грунтов (пористость, степень насыщения водой, консистенция, гранулометрический состав и т.д.).

Узколопастные сваи используются в особо плотных сезоннопромерзающих и вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах. Небольшая ширина лопасти снижает вероятность ее деформации во время погружения, а несущая способность сваи обеспечивается высокой несущей способностью грунтов и расчетом количества и шага витков, ширины лопасти.

Количество лопастей (для широколопастных свай)

Различают широколопастные сваи с одной лопастью (однолопастные) и с двумя и более лопастями (многолопастные).

При расчете дезаксиальных однолопастных свай не учитывается трение по боковой поверхности ствола, поэтому их рекомендуется устанавливать только в грунты с достаточной несущей способностью, а также учитывать, что при достижении критической нагрузки такие сваи уходят в «срыв», из-за чего возникает просадка фундамента.

Однолопастные сваи малых длин и диаметров требуют обязательного бетонирования основания колонны.

Многолопастные сваи демонстрируют высокую несущую способность даже в слабых грунтах (просадочные грунты, торфы, илы и т.п.). Благодаря включению в работу сваи околосвайного массива грунта они устойчивы ко всем видам воздействия (вдавливающие, выдергивающие, горизонтальные и динамические нагрузки) и не уходят в «срыв» при достижении критической нагрузки.

Увеличение числа лопастей позволяет сваям воспринимать большие нагрузки при меньшем диаметре трубы, жесткость ствола в этом случае обеспечивается за счет трубопроката достаточной толщины. Эффективность многолопастных винтовых свай достигается моделированием оптимального расстояния между лопастями, шага и угла их наклона. Ошибки в расчетах могут привести к возникновению «обратного эффекта» – снижению несущей способности даже относительно дезаксиальных однолопастных свай.

Тип наконечника

Наконечники свай свариваются или отливаются целиком и навариваются на трубу.

Литые наконечники устойчивы к деформации, поэтому применяются в крупнообломочных грунтах, грунтах с природными и техногенными включениями, особоплотных грунтах, в крупных гравелистых песках.

Наконечник отливается целиком и наваривается на ствол. Так как сварка разнородных металлов технологически более сложный процесс, на качество шва стоит обратить особое внимание. Кроме того, контакт двух разнородных металлов также ведет к образованию гальванической пары, что повышает вероятность развития коррозии.

Если толщина стенки ствола меньше, чем толщина литого наконечника, срок службы винтовой сваи будет определяться по минимальному показателю. То есть использование отливки никак не отразиться на долговечности фундамента, если ствол не соответствует ей по запасу прочности.

Так как формы отливок унифицированы, и изготовить литой наконечник с определенной конфигурацией лопасти невозможно, сваи со сварным наконечником и лопастью, подобранной исходя из грунтовых условий, всегда будут иметь большую несущую способность.

По величине воспринимаемых нагрузок

Сваи для малых и больших нагрузок.

Типоразмеры Область применения
Для малых нагрузок
  • Однолопастные сваи с диаметром лопасти до 500 мм, толщиной лопасти до 6 мм и толщиной стенки ствола до 4,5 мм.
  • Многолопастные сваи с диаметром лопасти до 300 мм, толщиной лопасти до 5 мм и толщиной стенки ствола до 3,5 мм.
Объекты ИЖС и сопоставимые по нагрузкам промышленные объекты.

При увеличении нагрузок и в особо плотных грунтах необходимые жесткость и прочность обеспечиваются использованием металлопроката большей толщины.

Для больших нагрузок
  • Однолопастные сваи с диаметром лопасти более 500 мм, толщиной лопасти более 6 мм и толщиной стенки ствола более 4,5 мм.
  • Многолопастные сваи с диаметром лопастей более 300 мм, толщиной лопасти более 5 мм и толщиной стенки ствола более 3,5 мм.
Крупные гражданские и промышленные объекты

Диаметр ствола используется для деления по нагрузкам только для широколопастных свай больших длин и диаметров (более 6 м и свыше 159 мм) и узколопастных свай.

Толщина металлопроката

По толщине стенки ствола сваи подразделяются на:

  • тонкостенные (до 3,5 мм включительно) – для строительства легких зданий и сооружений, которые относятся к III классу ответственности (пониженный) при эксплуатации в неагрессивных грунтовых условиях;
  • средней толщины (более 3,5 мм) – для строений III и II (нормальный) класса ответственности также при эксплуатации в неагрессивных условиях;
  • толстостенные сваи (6 мм и более) – для строений классов ответственности II и I (повышенный) при эксплуатации в средне- и сильноагрессивных грунтах.

По толщине лопасти выделяют две группы свай:

  • до 5 мм включительно – для строительства легких зданий и сооружений, временных объектов;
  • 6 мм и более – для долговременных построек, промышленных и крупных гражданских объектов, для объектов, эксплуатируемых в агрессивных грунтовых условиях.

Толщина металлопроката назначается при проектировании на основании данных о коррозионной агрессивности грунта и о нагрузках от строения. После выполнения расчетов срока службы рекомендуется проверить остаточную толщину стенки ствола на соответствие проектным нагрузкам и требованиям ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

По марке стали

Укрепление откосов винтовыми сваями

Марка стали подбирается на основании данных об агрессивности среды, характере нагрузок и условиях эксплуатации.

В производстве винтовых свай чаще всего применяются стали марок:

Ст3 – углеродистая сталь обыкновенного качества. Идет на изготовление стволов свай малых и средних диаметров, которые используются при строительстве легких и легких временных объектов при эксплуатации в неагрессивных грунтовых условиях. Температурный диапазон – до -30℃.

Ст10 – углеродистая качественная конструкционная сталь. Чаще идет на изготовление лопастей винтовых свай. Хорошо проявляет себя в температурном диапазоне от -40 до +450℃, а также в условиях работы на истирание, в средне- и сильноагрессивных грунтах.

Ст20 – углеродистая качественная конструкционная сталь. Идет на изготовление стволов свай средних и больших диаметров, которые устанавливаются под промышленные и крупные гражданские объекты, а также лопастей. Температурный диапазон – до -40℃. Подходит для использования в средне- и сильноагрессивных грунтах.

09Г2С – конструкционная низколегированная сталь повышенной прочности. Идет на изготовление свай больших диаметров под промышленные объекты, которые эксплуатируются в условиях воздействия низких температур (до -70℃) и неагрессивных грунтовых условиях.

30 ХМА – жаропрочная релаксационностойкая легированная конструкционная сталь. Сваи из этой стали устанавливаются под объекты I (повышенного класса ответственности), которые эксплуатируются в сильноагрессивных грунтах. Целесообразность применения стали 30 ХМА должна подтверждаться расчетами.

По типу антикоррозийного покрытия

В процессе погружения в грунт винтовая свая испытывает значительное воздействие на истирание, поэтому покрытие – только дополнительная мера защиты от коррозии, а основной упор стоит делать на толщину металла, марку стали, использование цинковых анодов.

Нанесение покрытия при условии сохранения его целостности позволяет снизить негативное влияние на надземную часть сваи и участок, эксплуатируемый на границе двух сред – атмосферы и почвы. Наиболее распространенными в настоящее время являются полимерные, полиуретановые, эпоксидные, цинковые покрытия и грунты, эмали по ржавчине. Каждое из перечисленных покрытий имеет свои особенности.

Полимерные

Достоинства: прочное, износоустойчивое, высокая адгезия к поверхности.

Недостатки: сложность нанесения на поверхность, имеющую неровности (сварные швы, стыки и выемки), с вероятным последующим возникновением сколов и развитию точечной коррозии.

Полиуретановые

Достоинства: прочность, высокая адгезия на неровных участках, стойкость при контакте с абразивным материалами, в условиях агрессивной среды и резких перепадов температуры.

Недостатки: снижение адгезии при избыточной толщине слоя.

Эпоксидные

Достоинства: простота нанесения, низкая цена.

Недостатки: эластичность снижена по сравнению с иными видами покрытия, излишнее водопоглощение, недостаточная ударопрочность.

Цинковые

Холодное цинкование

Достоинства: простота нанесения, низкая цена.

Недостатки: низкий уровень адгезии.

Горячее цинкование

Достоинства: по уровню адгезии превосходит полимерное покрытие. Экологично.

Недостатки: сложность нанесения на неровные участки; имеет значительные ограничения по области применения (водородный показатель среды pH не ниже 3 и не выше 11; удельное сопротивление грунта не менее 50 Ом*м, СП. 28.13330.2012).

Грунты, эмали по ржавчине

Достоинства: высокая адгезия на неровных участках, возможность нанесения в полевых условиях.

Недостатки: снижение адгезии при избыточной толщине.

Достоинства

Преимущества винтовых свай Примечания
Фундаменты из винтовых свай не подвержены воздействию сил морозного пучения В отличие от иных видов фундаментов, особенно забивных свай.
Высокая долговечность, возможность использовать на болотистых грунтах, грунтах с высоким уровнем подземных вод. Для соблюдения требований ГОСТ 27751-2014 необходимо проводить анализ коррозионной активности грунта, результаты которого являются основанием (с учетом требований к конструктивной жесткости винтовой сваи) для подбора марки стали, толщины стенки и диаметра ствола винтовой сваи.
Минимальные сроки строительства. Объект сдается на 15-30% быстрее, чем с бетонным фундаментом.
Экономичность. Дешевле бетонного фундамента, выполненного в соответствии с СП 63.13330.2012, не менее, чем на 30%.
Широкий спектр применения. Можно использовать в любых грунтах, кроме скального.
Отказ от земляных работ и выравнивания участка. Для соблюдения горизонтального уровня при перепаде высот используют сваи различных длин.
Отсутствие вибраций и шума при погружении. Можно проводить работы в непосредственной близости к подземным коммуникациям или в условиях плотной городской застройки.
Винтовые сваи готовы к восприятию проектной нагрузки сразу после погружения. В отличие от бетонного фундамента не требует времени на отстаивание и набор прочности.
Работы можно выполнять в любое время года. При температуре ниже -30°C использовать спецтехнику для установки затруднительно.
Возможность повторного использования винтовых свай. Незаменимы при строительстве временных сооружений.
Высокая ремонтопригодность. Если винтовые сваи не являются частью сборного ж/б фундамента.
Сваи малого диаметра можно устанавливать без применения тяжелой техники. Усилиями 3-4 человек.
Инженерные коммуникации можно проектировать и монтировать одновременно с возведением фундамента. Во время земляных работ необходимо соблюдать дистанцию до установленных винтовых свай, определенную проектной документацией.

Недостатки

Все строительные материалы и технологии имеют свои недостатки, которые можно устранить, если соблюсти правила и нормы проектирования, производства и эксплуатации.

Недостатки Причины Как устранить
Возможное несоответствие срока службы требованиям ГОСТ 27751-2014 При проектировании фундамента не учитываются коррозионная активность грунтов (КАГ), наличие блуждающих токов. Проведение измерений КАГ позволяет рассчитать оптимальную толщину стенки ствола, подобрать марку стали и определить порядок действий для снижения коррозии (использование цинковых анодов, проведение мероприятий по водоотведению и т.д.). В результате обеспечивается соответствие срока службы фундамента требованиям ГОСТ 27751-2014.
Возможный уход в «срыв» дезаксиальных винтовых свай с диаметром ствола до 159 мм включительно при передаче проектных нагрузок. Расчетные формулы, заложенные в СП 24.13330.2011, не учитывают многие особенности совместной работы свай и грунтов, так как базируются на упрощенных моделях взаимодействия (к примеру, модель Мариупольского для анкеров). При расчете несущей способности необходимо использовать системы автоматизированного проектирования (САПР), базирующиеся на методе конечных элементов.
Необходимость бетонирования основания колонны или создания жесткого сопряжения для однолопастных свай малых диаметров (57 – 76 мм) для обеспечения достаточного сопротивления горизонтальным нагрузкам. Недостаточность диаметра ствола винтовой сваи. Использовать модификаций винтовых свай с двумя и более лопастями, устойчивых к воздействию горизонтальных нагрузок, или свай с элементом сопротивления боковым нагрузкам.
Возможное нарушение структуры грунта во время погружения винтовой сваи, влекущее снижение несущей способности. В расчетах учитывается диаметр лопасти, но не конфигурация. Осуществлять подбор конфигурации лопасти на основании данных о грунтовых условиях участка.
Возможное снижение несущей способности свай с двумя и более лопастями, даже относительно однолопастных дезаксиальных свай. Неверное расположение на стволе второй и последующих лопастей. Назначать расстояние между лопастями, шаг и угол наклона лопастей на основании данных о грунтовых условиях участка и нагрузках от строения.
Неравномерное распределение запаса прочности по фундаментам объектов ИЖС, влекущее снижение уровня их надежности и сокращение срока службы. При назначении винтовых свай не учитываются различные величины нагрузок, воздействующие на фундамент. Использовать под каждый тип нагрузки (под ответственными узлами, под несущими стенами, под ненесущими стенами и лагами пола) определенную модификацию винтовых свай.

Записи созданы 1177

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх