Свайно винтовой фундамент что это такое

Винтовой фундамент

Свайно-винтовой фундамент или фундамент на винтовых сваях

Актуальность винтового фундамента в современном строительстве

В настоящее время ведется очень много диспутов по поводу строительства домов на свайных фундаментах. Одни фирмы смело строят на винтовом фундаменте, другие категорически отрицают возможность его применения, ссылаясь на недолговечность железных свай. Есть и другая категория строителей, которая на винтовых сваях заливает монолитную плиту.

Одновременно с этим существует огромное количество примеров, когда дом на сваях шатается. При этом известны объекты, которые стоят на свайно-винтовом фундаменте сотню лет. А значит, винтовые сваи могут столько служить.

Другой миф вокруг свайно-винтового фундамента – это его дешевизна. Считается, что он обходится дешевле железобетонного, однако полного отказа от железобетонных свай не наблюдается.

Чтобы разобраться в этом вопросе, попробуем подойти к нему максимально критически.

Понятие и виды свайного фундамента

Свайный фундамент – это вариант столбчатого фундамента, при котором точка опоры заглублена в плотные слои ниже точки промерзания. Различают забивные и набивные железобетонные сваи, а также винтовые сваи. То есть фактически они различаются способом монтирования свай.

Забивные сваи – это железобетонные сваи заводского производства. Монтируются такие сваи методом заколачивания в землю, окружающий грунт при этом уплотняется. Забиваются сваи специальной техникой, которую доставлять на большие расстояния достаточно проблематично, хотя и появились малогабаритные забивные машины, которые могут забивать сваи длиной до 3 метров.

Набивные сваи – это железобетонные сваи, которые изготавливаются на месте строительства путем заливки бетона в предварительно высверленные отверстия с дополнительным армированием. Процесс изготовления набивных свай трудоемкий, но возможный без специальной техники.

Винтовые сваи – это стальные сваи с винтовой лопастью для завинчивания, полость может, а в ряде случаем обязательно должна заполняться бетоном. Фактически происходит такое же высверливание отверстия в земле, как и в случае с набивными сваями, но выемка грунта не происходит, то есть грунт уплотняется, как в случае с забивными сваями. При этом свая может закручиваться как ручным, так и механизированным способом.

История применения винтового фундамента

Применение свайного фундамента известно с древнейших времен, так как оно позволяло строить на неровных или обводненных участках. Наверное, самым известным примером применения свайного фундамента является «избушка на курьих ножках» из сказок, где упоминается Баба Яга. Изначально сваи забивали, это были стволы дерева. Затем , с изобретением бетона, появились забивной и набивной варианты исполнения свай.

В 1833 года Александр Митчелл, инженер-строитель, запатентовал винтовую сваю. Сначала винтовые сваи применялись для обустройства причалов. Одним из самых известных объектов, которые были построены с применением винтовых свай, стал маяк Мэплин Стендс. Этот маяк был построен в 1838 году на нестабильных грунтах берега реки Темзы.

В конце 19 века свайно-винтовой фундамент активно применялся за рубежом, но с развитием механизации труда, его популярность упала, так как возводить забивные и набивные сваи стало легче, появилось буровое и сваебойное оборудование. Но в конце 20 века винтовой фундамент снова начал активно применяться для промышленного, а также крупного гражданского строительства, применялся он и в сфере индивидуального строительства.

В России винтовой фундамент начали применять в начале 20 века для военных целей, так как он позволял быстро возводить временные сооружения. Теоретические обоснования для применения винтовых свай в СССР были заложены после 50-х годов 20-го века. Была разработана технология производства винтовых свай, спроектированы установки для закручивания.

Винтовой фундамент активно применялся в промышленном строительстве, возведении мостов, мачт, ЛЭП.

Разработка винтовых свай проводилась в СССР независимо от зарубежных разработок. Основное направление развития было направлено на простоту и высокую скорость закручивания, при этом свая должна иметь хорошую проникающую способность в плотных грунтах. Для этого применялась свая с литым наконечником и широкой лопастью на конце. Недостатком такой винтовой сваи оказалась высокая материалоемкость, а значит и дороговизна.

Западные инженеры сделали ставку на повышении несущей способности и небольшом росте материалоемкости. Для этого был увеличен диаметр винта и их количество.

Развитие технологии привело к началу применения свайно-винтового фундамента в индивидуальном жилищном строительстве.

Область применения фундамента на винтовых сваях

В настоящее время винтовые сваи находят свое применение в самых различных сферах. В первую очередь это:

• гидротехнические объекты и объекты на обводненных грунтах;
• линии электропередач и мачты;
• ангары, склады, промышленные теплицы;
• рекламные щиты и ограждения;
• капитальные сооружения;
• индивидуальное строительство.

Винтовые фундаменты очень популярны для возведения основания под временные сооружения, заборы, легкие постройки. Применяется этот фундамент и для других объектов, где требуется высокий уровень надежности, но и сжатые сроки монтажа.

Другим направлением применения винтового фундамента является монтаж фундамента в условиях плотной городской застройки, когда необходимо отсутствие вибрации и шума.

Еще одной особенностью в применении свайно-винтового фундамента является возможность вкручивать сваю в неустойчивых грунтах до устойчивых слоев. В результате достигается достаточно высокая несущая способность. Возможно строительство фундамента на винтовых сваях и в условиях вечной мерзлоты.

Виды винтовых свай

Несколько направлений по развитию винтового фундамента привело к возникновению огромного количества видов свай.

Размер лопасти винтовой сваи

1. Широколопастные сваи – лопасти более чем в 1,5 раза превосходят диаметр ствола
2. Узколопастные сваи – лопасти менее чем в 1,5 раза превосходят ствол.

С учетом конфигурации лопасти существуют широколопастные сваи:

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

Широколопастные винтовые свай эффективны на слабых грунтах, где необходима большая площадь опоры, в то время как узколопастные сваи используются в плотных и вечномерзлых грунтах. Несущая способность обеспечивается за счет плотности грунта.

Количество лопастей винтовой сваи

По количеству лопастей выделяют

• Однолопастные сваи
• Двулопастные сваи
• Многолопастные сваи

Однолопасные сваи допустимо использовать на грунтах с высокой несущей способностью. Главными недостатками такой винтовой сваи является срыв лопасти при критической нагрузке, а также риск расшатывания сваи в верхней части в слабых грунтах.

В отличие от однолопастных свай многолопастные винтовые сваи могут использоваться и на слабых грунтах. Они имеют очень высокую несущую способность, как к вдавливанию, так и к выдергиванию и расшатыванию.

Увеличение количества лопастей позволяет свае воспринимать много большие нагрузки при меньшем диаметре ствола, но в этом случае требуется использование трубы со стенками большего диаметра.

Тип наконечника сваи

По типу наконечника винтовые сваи бывают литые или сварные. Литой наконечник дороже, но может применяться в плотных грунтах с включениями. Твердые препятствия литой наконечник способен разрушить. Сварной наконечник предназначен для использования в неплотных грунтах. Если такая свая встретит на своем пути препятствие, то закрутить глубже ее может не получиться.

Марка стали в свае

Марка стали, которая используется в свае, зависит от агрессивности грунтов. Марка Ст3 может применяться в слабоагрессивной среде, марка Ст20 может применяться в среде средней агрессивности. В сильноагрессивных грунтах желательно применять сваи с марками 30ХМА или 09Г2С.

Толщина металла в винтовой свае

По толщине стенки ствола сваи подразделяются на тонкостенные, средней толщины и толстостенные. К тонкостенным винтовым сваям относятся сваи с толщиной стенки ствола до 3,5 мм включительно, а к средним – более 3,5 мм. Толстостенные сваи имеют толщину стенки 6 мм и более.

Сваи с лопастями до 5 мм толщиной используются для строительства фундаментов для временных конструкций. Для долговременных строений, промышленных и крупных гражданских объектов необходимо использовать сваи с лопастями от 6 мм и более.

Так как индивидуальные жилые дома строят тоже не на пять лет, то ориентироваться можно также на сваи с толстыми стенками и лопастями.

Перед выбором толщины свай необходимо производить исследование грунтов на агрессивность и коррозионную активность. При высокой агрессивности грунта необходимо использовать винтовые сваи с большей толщиной стенки и лопасти.

Классификация свай по нагрузке

Расчет нагрузки винтовой сваи – сложная и ответственная работа. Данная классификация условна, но позволяет примерно определить, какие сваи для каких нагрузок можно использовать. Важно не забывать, что имеет значение еще и количество свай, а также распределение их на свайном поле.

Винтовые сваи, предназначенные для малых нагрузок, представляют собой однолопастные сваи с лопастью до 500 мм в диаметре и до 6 мм по толщине, а толщина стенки ствола до 4,5 мм. К этой же категории относятся многолопастные сваи с лопастью до 300 мм в диаметре и до 5 по толщине, со стенкой ствола до 3,5 мм.

Такие сваи можно использовать в индивидуальном жилищном строительстве.

Для строительства промышленных или крупных гражданских объектов применяются винтовые сваи, которые рассчитаны на большие нагрузки:

• Однолопастные винтовые сваи с лопастью более 500 мм в диаметре и более 6 мм по толщине, стенка ствола сваи должна быть более 3,5 мм.
• Многолопастные сваи с лопастью более 300 мм в диаметре и более 5 мм по толщине, стенка ствола сваи должна быть более 3,5 мм.

При этом необходимо учитывать, что в агрессивных грунтах эти показатели необходимо увеличивать.

Покрытие винтовых свай

Коррозия винтовых свай – основная проблема в использовании свайно-винтового фундамента. Сталь, находясь в любой среде, постепенно начинает коррозировать. Средствами борьбы с этим явлением является или увеличение толщины металла, или применение различных видов покрытия.

Нанесение покрытия защищает только часть сваи, которая находится в воздухе и на границе с землей, но только при условии отсутствия повреждений. Подземная часть, которая испытывала нагрузки при закручивании, трение, встречала препятствия, всегда имеет поврежденное покрытие.

Покрытие	+	—
Полимерное покрытие	высокая адгезия, прочное и износоустойчивое	сложно наносить на неровности, возможность сколов на неровностях и точечной коррозии
Полиуретановые смолы	высокая адгезия на неровных участках, прочное	сложно наносить в кустарных условиях, так как возникает избыточная толщина с пониженной адгезией
Эпоксидное покрытие	низкая стоимость, простота нанесения	недостаточная ударопрочность, излишнее водопоглощение, низкая эластичность
Холодное цинкование	низкая стоимость, простота нанесения	очень низкий уровень адгезии
Горячее цинкование	отличная адгезия, экологично	сложность нанесения на неровные участки, применение в диапазоне рН от 3 до 11 и с удельным сопротивлением не менее 50Ом*м

Расчеты фундамента на винтовых сваях

По ходу статьи уже неоднократно говорилось о том, что существует большое количество разновидностей винтовых свай и разных условий их применения, а значит необходимо правильно выбирать сваи для возведения свайно-винтового фундамента при строительстве дома, бани или иного строения.

Еще раз проговорим, что необходимо учитывать и учитывается при расчетах.

В обыденных условиях расчеты производятся по диаметру сваи, ее длине и шагу сваи в свайном поле. Геологическое исследование заключается в выкапывании ямки глубиной 50 – 70 см, если на этой глубине начинаются достаточно плотные слои, то используются сваи длиной до 2,5 метров. В противном случае применяются сваи длиной 3 -4 метра.

Обычно в индивидуальном жилищном строительстве применяют сваи диаметром ствола 108 мм. За основу берется расчет выдерживаемой нагрузки такой сваи равный 4 – 9 тоннам. Для определения количества рассчитывается суммарная нагрузка, производимая планируемым строением, а затем делится на выдерживаемую нагрузку одной сваи.

Такой подход к расчетам приводит либо к сильному завышению несущей способности винтового фундамента, а значит завышенной стоимости, либо наоборот, сильная экономия и недостаточная несущая способность винтового фундамента. Как следствие – неудовлетворенность фундаментом.

При таком подходе не учитывается диаметр лопастей, их количество и толщина, вид наконечника и толщина стенки ствола, и, тем более, тип антикоррозионного покрытия. Очень часто и геологическое изыскание не производится, а необходимо выявлять не только несущую способность грунтов, но и его агрессивность, коррозионную деятельность, а также наличие блуждающих электрических токов. В результате всего этого несущая способность фундамента формальна, а срок службы фундамента неопределенным.

Даже инженерные расчеты, которые производятся в соответствии с СП 28.13330.2012, часто оказываются неточными, т.к. основываются на разработках 60-х годов 20-го века. Необходимо вводить понижающие коэффициенты.

Но это все теория. На практике после установки сваи неизвестно, какую она на самом деле в данной точке имеет несущую способность. Чтобы это выяснить для зданий классов ответственности нормальный и пониженный необходимо провести замер крутящего момента, а для зданий повышенной ответственности — провести испытания в соответствии с ГОСТ 55686-2012 “Грунты. Методы полевых испытаний сваями”.

Технология и монтаж винтовых свай

Монтаж винтовых свай может проводиться как с применением ручной силы, так и с применением специальной техники. Прежде чем приступать к монтажу свай необходимо сделать разметку свайного поля, то есть точного местоположения каждой свай.

Одной из причин широкого распространения свайно-винтового фундамента является возможность ручного монтажа. С установкой одной свай вполне могут справиться 2-3 человека.

Самостоятельная установка винтовых свай

Для проведения работ по самостоятельному монтажу винтовой сваи потребуется строительный уровень для определения вертикальности сваи, металлический лом и 2 трубы с диаметром 50 мм, которые будут использоваться как рычаги, если крутить будут два человека, болгарка для срезания верха сваи, а также лопата для снятия дерна в точке установки сваи.

Порядок ведения работ следующий

• Разметка свайного поля
• Снятие дерна и копка небольшой лунки для лучшего вхождения лопасти в грунт
• Свая устанавливается в лунку, в верхней части сваи в отверстия вставляется лом, на который надеваются трубы-рычаги
• При закручивании выдерживается строгая вертикальность сваи с помощью уровня (для этого нужен третий человек, а уровень лучше использовать магнитный)

Для простоты закручивания многие делают не лунку, а сверлят буром меньшего диаметра отверстие примерно на половину глубины сваи. Это отверстие служит направляющей, но часть грунта удалена, поэтому вокруг сваи он меньше уплотняется. В результате верхняя часть сваи оказывается более подвержена горизонтальным движениям.

• Закручивание производится на проектную глубину
• Затем закручивается следующая свая и так далее, пока не будет закручены все сваи
• Верхние части сваи обрезаются, внутрь заливается бетон, наваривается оголовок для крепления ростверка

Главный недостаток самостоятельного закручивания винтовой сваи — ограниченная физическая нагрузка. Если крутить могут только 2 человека, если встречаются твердые включения, то закрутить сваю на проектную глубину не всегда удается, а значит реальная несущая способность может оказаться ниже.

Завинчивание свай спецтехникой

Избежать проблемы выхода сваи на проектную глубину позволяет применение специальной техники, особенно если применяются литые наконечники. Еще одним преимуществом механизированной установки винтовых свай является более точное позиционирование и выдерживание вертикали. Ну и наконец, механизированная работа происходит значительно быстрее и с меньшими человеческими усилиями.

Отказываться от механизированного монтажа винтовых свай разумно только в ситуациях, когда доставка техники на участок невозможна или свайно-винтовой фундамент делается под легкие временные сооружения типа хозяйственных построек, забора.

Стоимость свайно-винтового фундамента

Существует мнение, что винтовая свая и свайно-винтовой фундамент стоит дешевле железобетонных вариантов фундамента. Необходимо заметить, что любые выводы можно делать только при прочих равных условиях. То есть нельзя сравнивать ленточный фундамент и свайно-винтовой с деревянной обвязкой и делать вывод, что свайно-винтовой дешевле.

Разберемся с этим вопросом.

Ленточный фундамент и свайно-винтовой фундамент

Ленточный фундамент представляет собой цельную конструкцию, на которой расположен дом, а свайно-винтовой — это отдельно стоящие сваи, между которыми имеются пустоты, которые необходимо закрыть, а в ряде случаев, утеплить. Значит конечная стоимость свайно-винтового фундамента увеличится. Только при изготовлении обоих типов фундаментов “под ключ” можно говорить о том, какой из них дороже или дешевле.

Свайный буронабивной фундамент и свайно-винтовой фундамент

Сравнивать свайный буронабивной и свайно-винтовой проще, так как оба они представляют собой сваи, то есть можно сравнивать только стоимость свай. Стоимость одной буронабивной сваи диаметром 200 мм и длиной 2 метра составляет примерно 2500 рублей (условно можно рассматривать до 3 тысяч рублей, если рассматривать сваю с увеличенной опорной площадью).

Стоимость винтовой сваи со сварным наконечником и аналогичным диаметром лопасти (ствол 57 мм со стенкой 3,5 мм) будет стоить 1100 рублей. Но, например, деревянный дом на такую сваю не поставить. Для этого лучше использовать сваю со стволом в 108 мм стоимостью при аналогичной длине в 1500 рублей.

Пока выигрывает винтовая свая. Но винтовую сваю внутри необходимо заполнить бетоном (для диаметров 108 мм со стенкой 3,5 мм это обязательное условие). При этом именно залить бетон, а не засыпать ЦПС, как это делают многие строители и активно демонстрируется на YOUTUBE.com. А это еще дополнительные расходы. Плюсом к этому идет стоимость оголовка. В итоге стоимость увеличивается еще на 1000 рублей и приближается к стоимости буронабивной сваи.

Таким образов вопрос выбора не в стоимости, а в несущей способности и долговечности. Для временных конструкций, однозначно, выиграет винтовая свая. А вот для жилого дома без точных расчетов в несущей способности свай нужно очень задуматься.

Достоинства свайно-винтового фундамента

При всех сложностях правильного проектирования свайно-винтового фундамента использование винтовых свай для изготовления фундамента имеет ряд существенных преимуществ.

1. Фундаменты с применением винтовых свай не зависят от сил морозного пучения, так как закладываются ниже уровня промерзания, а также потому что лопасть работает как на вдавливание, так и на выдергивание. Такое же преимущество имеет только фундамент ТИСЭ (буронабивные сваи с расширенной подошвой).
2. Возможность применения свай на обводненных участках (болотистых грунтах, высоким уровнем подземных вод, набережных)
3. Высокая долговечность – на данный момент утверждается, что срок службы винтовых свай составляет до 150 лет, так как маяк Мэплин Стендс на винтовых сваях, построенный в 1838 году, до сих пор эксплуатируется.
4. Высокая скорость строительства – быстрый монтаж винтовых свай позволяет возводить фундамент за несколько дней.
5. Нет необходимости производить земляные работы
6. При строительстве винтового фундамента нет шума и вибрации
7. Широкий спектр применения – винтовой фундамент нельзя делать только на скальных породах.
8. Свайно-винтовой фундамент можно возводить при большом перепаде высот.
9. Полную нагрузку винтовые сваи готовы воспринимать сразу после монтажа – это главное преимущество винтового фундамента над любым бетонным.
10. Считается, что винтовой фундамент можно возводить в любое время года, даже зимой. Здесь необходимо сделать замечание, что в полость сваи необходимо золить бетон, но сделать это в любое время года нельзя.
11. Винтовые сваи можно использовать повторно, поэтому они так удобны для временных сооружений, особенно для военных целей.
12. Сваи небольшого диаметра можно установить ручным методом без применения техники. Для этого необходимо от 2 до 4 человек.
13. Инженерные коммуникации можно проводить одновременно со строительством фундамента.
14. Металл винтовых свай не имеет капиллярного подсоса – полы и стены будут сухими.

Недостатки винтового фундамента

Все преимущества свайно-винтового фундамента имеют место только при правильном расчете несущей способности, в противном случае последствия непредсказуемы. В связи с этим такой тип фундамента имеет и ряд недостатков

• Невозможность сделать подвал
• При ручном монтаже невозможно смонтировать вплотную к имеющемуся строению
• Коррозия металла сваи
• Необходимость точного расчета несущей способности
• Невозможность возведения на твердых скальных породах, где часто существует большой перепад высот и потребность в такого рода сваях
• Чрезмерная нагрузка и неправильный расчет может привести к деформации всего фундамента. Его обвязки.
• Требуется контроль за правильностью монтажа свай со стороны хозяев стройки

Дом на сваях. Строить или нет?

Подведем итоги. Фундамент на винтовых сваях – современный и актуальный тип фундамента, который можно активно использовать при строительстве временных сооружений (бань, сараев, гаражей) и ограждений (заборов).

Для строительства индивидуальных домов винтовые сваи также возможно использовать, а в ряте случаев возможно использовать только их, но для этого необходимо сделать точные расчет по несущей способности, провести работы по исследованию грунта в том числе на агрессивность и блуждающие токи.

Вопреки мнению, что свайно-винтовой фундамент – это дешевый вид фундамента, необходимо заметить, что это утверждения только для временных строений. Для строительства домов экономить на фундаменте, в том числе на свайно-винтовом, недопустимо. Помните: «Скупой платит дважды!»

Источник