Фундаментные основания на сваях – группа конструкций, часто являющихся единственным приемлемым решением при строительстве в сложных геологических условиях. Виды свайных фундаментов различаются применяемыми опорами, технологиями их возведения и, как следствие, пригодностью к сооружению в определённых условиях и несущими характеристиками.
Фундаментные конструкции на винтовых сваях – один из видов свайных опорных оснований, в силу своих особенностей популярный в частном домостроении. Рассмотрим эти фундаменты подробнее, чтобы иметь представление об их потенциале и лучше ориентироваться при выборе варианта из возможных.
Содержание
Конструкция свайно-винтового фундамента
Опорные сооружения такого типа, как и другие виды свайного фундамента, представляют собой систему стальных свай, погружённых в грунт на расчётную глубину и связанных между собой в верхней части балками обвязки или ростверком. Компоновка опор ориентирована на габариты и планировку будущего здания.
Конструктивно стальная винтовая свая (СВС) – это бесшовный трубчатый ствол, профиль которого обеспечивает возможность ввинчивания в грунт путём вращения с одновременной осевой нагрузкой. Ствол может быть односекционным или составным — из нескольких частей-стержней, которыми с помощью сварки или муфтового соединения наращивают опору по мере погружения. Элементами профиля, обеспечивающими ввинчивание, служат лопасти или многовитковые спиральные ленты, располагаемые двумя способами. Первый: одна лопасть или спираль на оконечности ствола. Второй: кроме конечного элемента, опора оборудуется ещё несколькими, размещёнными на свае с определённым шагом.
Конструктивно, с учётом особенностей назначения, наконечник тоже может быть разным – для использования на вечной мерзлоте, скальных грунтах, резки корней деревьев.
Верхняя оконечность сваи служит местом приложения ввинчивающих нагрузок, а потому выполняется с привязкой к способу погружения (вручную или с помощью спецтехники) и может иметь монтажное отверстие, фланец или шток под ключ.
При вращении под давлением опора погружается в грунт с одновременным его уплотнением, без замещающего извлечения. Уплотнённой средой свая удерживается сильнее, что повышает несущую способность стержня, а почти поперечное расположение лопастей или ленты усиливает фиксацию опоры в горизонтали.
Виды винтовых свай
Конструкции проходной оконечности таких опор разработаны с учётом нагрузки от будущего здания и характеристик различных грунтов – структуры, твёрдости, плотности, обводнённости.
По размеру лопастей винтовые сваи делятся на узколопастные и широколопастные. Первый вид применяют в плотных грунтах.
Для погружения в твёрдые слои узколопастные опоры оснащаются наконечниками специальных профилей, сварными или литыми. Несущий потенциал свай в данных геологических условиях определяется характеристиками финишного грунтового основания и параметрами лопастей – шириной, числом витков, шагом.
Наиболее высокой долговечностью обладают сваи-«криннер» — узколопастные многовитковые шуруповидные опоры с цинковым покрытием, выполненным горячим способом. Такая технология антикоррозийной обработки заключается в погружении изделия в расплавленный цинк. Наконечник опоры не литой — спираль к стволу приварена.
С учётом возможных вариантов выполнения фундаментной обвязки сваи-криннер производятся с оголовками, рассчитанными на монтаж рам из различных материалов.
Ошибочно считать литые наконечники многовитковых свай более прочными по всем параметрам – это утверждение справедливо лишь при строительстве в скалистых грунтах. Во-первых, по площади контакта литого наконечника со стволом из другого металла образуется гальваническая пара, вызывающая коррозию. Во-вторых, у сварных наконечников больше площадь сечения по линиям присоединения лопастей к стволу – за счёт наличия сварочного шва.
Для слабонесущих почв, одновременно обладающих коррозионной агрессивностью – торфяных, водонасыщенных, дисперсных оптимальным решением являются многолопастные сваи. В зависимости от характеристик грунта по месту возведения фундамента, лопасти таких опор могут превосходить ствол по диаметру в полтора раза и более.
С увеличением количества лопастей повышается несущую способность винтовой сваи.
Примером может служить следующее превосходство двухлопастных опор над однолопастными в сопротивлении нагрузкам:
- сжимающим усилиям – в 1,5-2 раза;
- выдёргивающим — в 2-3 раза.
Что касается боковых нагрузок, то эффективность дополнительных лопастей зависит от характеристик проходимых ими слоёв грунта – с учётом этого верхние лопасти могут иметь размеры и шаг, отличные от нижних. При правильных расчётах геометрии сопротивление двухлопастных свай боковым нагрузкам выше в 3-4 раза, чем у однолопастных.
Наконечники широколопастных свай могут быть как глухими конусными, так и с открытым срезом – шприцевидные. Второй вариант используется под лёгкие сооружения на слабонесущих грунтах.
После установки на проектную глубину винтовые сваи обрезают в горизонтальной плоскости по общей заданной отметке и заполняют бетоном без армирования.
Бетонирование полости ствола не только повышает прочность трубы на сжатие, но и исключает образование конденсата на её внутренней поверхности.
Читайте также: 4 типа фундамента для Вашего дома: о чем обычно умалчивают строители?
Применение СВС
Винтовые сваи производят с диаметром ствола от 57 до 352 мм и длиной стержней от 1 до 12 м.
Опоры данной конструкции применяются при ограниченных сроках возведения фундаментов для промышленных объектов, жилых домов, построек хозяйственного назначения, заборов, мачт, столбов.
Сфера применения винтовых опор определяется их несущим потенциалом и диаметром:
| Диаметр винтовой сваи | Применение |
|---|---|
| 57 | Навесы, лёгкие ограждения, дорожные знаки |
| 76 | Заборы, теплицы, парники, рекламные щиты |
| 89 | беседки, веранды, террасы, гаражи |
| 108 | Деревянные дома, пристройки, бани |
| 133 | Дома из кирпича, газо- и пеноблоков |
| 159 | Опоры ЛЭП, трубопроводов, пристаней |
| 219 | Пешеходные мосты, трансформаторные подстанции |
| 352 | Здания высотой более 2 этажей, эстакады, авто- и ж/д мосты |
Широкий диапазон типоразмеров при высоких несущих характеристиках свай винтовой конструкции позволяет подобрать такие опоры для возведения объектов самого различного типа — от легких жилых строений до многотонных причалов и мостовых сооружений.
Достоинства и недостатки фундаментов из винтовых свай
Выбор конструкции фундамента должен быть привязан ко всем особенностям места строительства и предстоящим нагрузкам от возводимого здания, а для этого необходимо знать «плюсы» и «минусы» возможных вариантов.
Технология устройства опорных оснований из винтовых свай сегодня является одной из наиболее популярных в частном домостроении, для возведения лёгких построек, монтажа заборных столбов, мачт.
Достоинства винтовых фундаментных конструкций:
- Надёжность.
Наличие лопастей повышает статичность опор. - Высокая несущая способность.
При условии правильности расчётов геометрии свай и величины заглубления.
- Универсальность технологии.
Пригодность к использованию практически во всех грунтах, кроме скальных. - Возможность возведения в стеснённых условиях – безопасность технологии для имеющихся строений даже при монтаже свай практически вплотную к ним.
- Малый объём или отсутствие земляных работ.
- Во многих случаях возможность самостоятельного исполнения монтажа, причём в любое время года.
Технология исполнения проста. - Малые затраты времени на установку опор.
Даже в твёрдых грунтах, требующих для ввинчивания свай предварительного лидерного бурения скважин, возведение винтовых опорных конструкции ведётся в разы быстрее, чем буронабивных или ленточных. Сроки исполнения составляют 2-5 дней, в зависимости от количества опор и технологии ввинчивания (вручную, с применением оборудования). По окончании монтажа свай можно приступать к следующему этапу строительства – технологический простой отсутствует. - Винтовой фундамент под лёгкие дома обойдётся в разы дешевле плитного, ленточного.
- Достаточно высокая долговечность.
Сваи промышленного изготовления с цинковым покрытием служат в среднем 80 лет, из нержавеющих легированных сталей – 100-120 лет. Срок службы же опор кустарного производства непредсказуем, поскольку зависит от металла и эффективности защитного покрытия.
Недостатки:
- Открытость подпольного пространства обуславливает потребность в более эффективной теплоизоляции пола, монтаже цоколя.
- Отсутствие подвальных помещений, иногда – только возможность обустроить цоколь.
- Фактор электрохимической коррозии металла.
Актуально для обводнённых грунтов и при наличии поблизости ж/д-путей. Решается применением не окрашенных, а оцинкованных свай.
Как установить винтовые сваи самостоятельно
К выполнению работ приступают после правильной оценки грунта – необходимо быть уверенным, что винтовые сваи на пятне застройки установить получится. Лучшим решением проблемы является пробное бурение. Эта операция выполняется на стадии проектирования, чтобы исключить вероятность отказа от выбранной технологии возведения фундамента – это бывает, когда сваи начинают ввинчивать «на авось».
Выбор свайных опор
В частном домостроении используются винтовые сваи с диаметром ствола от 57 до 133 мм, причём изделия ?57 и 76 мм устанавливают под лёгкие постройки хозназначения, подпорные стенки, заборы, столбы освещения. Опоры мощнее 133 мм применяются в строительстве объектов общественного и промышленного назначения.
Для строительства частных жилых домов, кроме тяжёлых каменных, наиболее востребованы сваи ?108 мм, рассчитанные на нагрузку в 3-3,5 т – они используются как основные. В качестве вспомогательных же устанавливают изделия ?89 мм, пригодные и под бани, сараи, лёгкие каркасные дома.
Чтобы посчитать потребное количество свай, к нагрузке от веса здания с учётом снеговой добавляют запас в 30%, и результат делят на несущую способность опоры.
Длина сваи берётся такой, чтобы изделие, как минимум, погрузилось в грунт на глубину промерзания. Наиболее ходовыми являются опоры длиной 2-2,5 м. Расстояние между соседними изделиями выполняют приблизительно таким же, но не более 3 м.
Имея результаты расчётов, сваи заказывают у производителя и доставляют на стройплощадку.
Выполнение разметки
Для выполнения этой операции используют колышки и разметочные шнуры.
Прежде всего размечают места установки двух «базовых» свай – угловых опор на одной осевой линии фундамента. Они наносятся в соответствии с расположением будущего дома на генплане участка, с учётом точек привязки. С линии, соединяющей эти 2 точки – обычно параллельно ограждению будет выполняться разметка геометрии всего остального фундамента.
Если пятно застройки имеет перепады по высоте, для разметки используют колья длиной не менее значения перепада.
Натянутые шнуры должны быть длиннее, чем расстояние между намеченными точками – колья не будут мешать ввинчиванию сваи, а по положению верёвки будут видны отклонения от проектного места.
В эти стартовые точки разметки ввинчивают две базовые сваи, первой устанавливается опора на более высоком месте – она ввинчивается до положения верхней точки ствола на уровне минимальной высоты цоколя.
После монтажа базовых опор определяют точки установки 3-й угловой сваи, делается это с помощью двух рулеток. От первой опоры под прямым углом на длину перпендикулярной стороны фундамента растягивают первую рулетку. Затем от второй сваи к концу этой рулетки тянут другую измерительную ленту, но – длиною в диагональ фундаментного основания. Точка их пересечения и будет местом монтажа третьей опоры.
При разметочных манипуляциях ленты рулеток должны располагаться в горизонтальной плоскости, а не на поверхности грунта.
Идентично определяют расположение 4-й сваи.
Технологию вкручивания свай рассмотрим ручную, поскольку со спецтехникой, как правило, работают профессионалы.
Читайте также: Калькуляторы бетона и арматуры для монолитного плитного фундамента
Завинчивание свай
Работу начинают с бурения лидер-лунок. Бур для этого подойдёт любой (ледовый, садовый, мотобур), но по диаметру он должен быть меньше сваи. Назначение лидер-лунки – наживить опору в грунте, придать её будущей траектории правильное направление. Глубина лунок выполняется меньше длины свай, но достаточной для их фиксации в нужной оси.
Первыми монтируются угловые сваи. Лидер-лунки под них располагают так, чтобы опоры после ввинчивания располагались внутри угла, не выходя за его лучи.
Сваю вставляют в лидер-лунку, и продевают через её монтажное отверстие лом – на начальном этапе длинные рычаги не нужны. Вращение должно производиться плавно, с одинаковым приложением усилий всех исполнителей и контролем вертикальности положения ствола. По возрастании сопротивления лом заменяют более мощными рычагами.
Если грунт проходной, сваю завинчивают до нужной отметки – обрезать её не придётся. Эту отметку затем переносят на все угловые сваи, используя гидроуровень – длинный прозрачный шланг с водой.
Ввинтив угловые сваи, шнуры с кольев переносят на них, располагая на высоте перенесённых отметок. Затем по шнурам выполняют установку остальных опор по наружному контуру фундамента.
Закончив монтаж по периметру, шнуры натягивают между сваями, стоящими напротив друг друга на параллельных сторонах фундаментного контура. По полученным линиям вкручивают внутренние опоры, располагая лидер-лунки с проектным шагом.
Закончив монтаж всех свай, с помощью болгарки обрезают их по общей отметке.
Монтаж обвязки
На подрезанные сваи монтируют ростверк или раму из обвязочных балок, которые свяжут опоры между собой и равномерно распределят между ними нагрузку. Обвязка может быть выполнена из деревянных брусьев, швеллера, двутавра, уголка или комбинации из перечисленных материалов.
В зависимости от конструкции нужно определиться, насколько целесообразно будет использовать в ней свайные оголовки промышленного изготовления – крепёжные узлы, во многих случаях облегчающие монтаж балок.
Заключение
Свайно-винтовой фундамент – конструкция, хорошо зарекомендовавшая себя в частном домостроении. Это технология, проверенная и в строительстве промышленных объектов, надёжная и перспективная. В перечне её достоинств не на последнем месте стоит и экономичность – затраты на винтовые сваи в полтора-два раза ниже расходов на монолитную плиту или ленточную конструкцию.
