Винтовые сваи: характеристики, достоинства и недостатки

Среди множества видов фундаментов, одна конструкция сочетает простоту, прочность и низкую стоимость. В ней дорогостоящий котлован заменен несколькими шурфами, а вместо массивного монолита установлен легкий ростверк. Однако его устройство требует точного расчета.

Определение прочности грунта

Для определения прочностных характеристик грунта требуется проведение геологических изысканий застраиваемой площадки. Особенно это касается ситуаций, когда выполняется строительство фундамента для сооружений I и II степени ответственности. К таким сооружениям относятся жилые дома и гостиницы, предназначенные для постоянного проживания людей. Если же у застройщика нет возможности или финансовых средств для того, чтобы вызывать специалистов для проведения геологических изысканий, можно самостоятельно оценить залегающий грунт при помощи бурения в земле нескольких шурфов, необходимых для взятия образцов грунта. Образцы породы, извлеченные из скважины, осматриваются визуально, а затем из нормативного документа «СП Основания зданий и сооружений» следует выбрать несущую способность грунта.

Расчетное сопротивление при нагрузке наиболее популярных грунтов в российских регионах имеет следующие значения:

  • рыхлая почва с большим содержанием песка и глины 3,5 кг/см²;
  • песок мелкой фракции, гравий с глинистыми включениями 4 кг/см²;
  • галька с некоторым содержанием глины 4,5 кг/см²;
  • песок средней фракции 5 кг/см²;
  • глина, песок крупной фракции 6 кг/см².

Стоит отдельно отметить, что очень часто на одном участке, где планируется установить винтовые сваи, может быть представлено сразу несколько типов почвы. Именно поэтому при использовании винтовых свай для строительства основания одноэтажного дома с даже с небольшой площадью нужно сделать примерно 4-5 шурфов. Это поможет избежать ошибок в расчетах несущей способности свай.

Виды фундаментов с ростверком

Ростверк представляет собой верхнюю часть фундамента, с помощью которой объединяются в одно целое оголовки свай, и именно ростверк представляет собой опору для будущего здания. Объединение ростверка и свай осуществляется при помощи специализированной сварки или же путем стандартной заливки бетоном.

По способу монтажа ростверки могут подразделяться на несколько категорий:

Виды фундаментов с ростверком
  • Ленточные – объединяются только соседние сваи;
  • Плиточные – связывается каждый отдельный оголовок.

По типу материалов:

  • Из бетона с арматурой. Под несущие стены осуществляется монтаж свай, а на глубину и ширину ростверка прорываются траншеи небольшой глубины;
  • Подвесной бетонный. Является аналогичным предыдущему варианту, однако особенностью такого фундамента является то, что бетонная лента не соприкасается с грунтом, а устройство компенсационного зазора при этом предоставляет возможность предотвратить разрыв опор при возникновении значительного колебания грунта;
  • Железобетонные. Изготовление такого фундамента предусматривает использование двутавра или же широкого металлического швеллера, при этом под несущие стены монтируется швеллер 30, в то время как остальные опоры связываются при помощи швеллера 15-20;
  • Из дерева. Крайне редкий вариант, который в последнее время практически не используется;
  • Комбинированный. Здесь используются не только металлические несущие элементы, но и бетон.
Читайте также:  Возводим столбчатый фундамент для каркасного дома своими руками

Описание типов свай

Давайте для начала ознакомимся с определением каждого типа свай.

О винтовых сваях

Винтовые сваи — это стальные полые трубы с острым наконечником, куда приваривается лопасть. При установке изнутри их заполняют цементно-песчаной смесью, что предотвращает внутреннюю коррозию, а сверху надевается оголовок. Для защиты от воздействия внешней среды их покрывают антикоррозийным покрытием. Как правило, это эпоксидные составы или оцинковка. Сравнительно недавно на рынке появились производители, которые используют двойную защиту от коррозии. Подробнее об этом ниже.

Монтаж винтовых свай Источник

О железобетонных сваях

Железобетонные сваи — это бетонный стержень с арматурным каркасом. Для частного домостроения используют опоры сечением 150х150 мм или 200х200 мм. При выборе железобетонных свай необходимо обратить свое внимание на марку бетона, из которого они отлиты, и класс его морозоустойчивости. От этих характеристик зависит насколько прочным и долговечным будет фундамент.

Перейдем к сравнению технологий. Для этого возьмем винтовые сваи “Стандарт-1” от завода ККЗМ, винтовые сваи с двухуровневой защитой серии HelixZINC от компании HelixPRO и ЖБ забивные сваи от производителя Какие аспекты нас интересуют? Во-первых, рациональное соотношение затрат для планируемой постройки, во-вторых, удобство и возможность монтажа для участка, в-третьих, цена комплектующих, работ и доставки.

Определение длины и диаметра сваи

Планируя построить ленточный фундамент на винтовых сваях, следует определиться с длиной спиральной опоры и диаметром ее рабочей части. При правильно подобранных характеристиках винтовых опор свайно-винтовой фундамент обладает высокой нагрузочной способностью и является таким же надежным, как и тисэ фундамент.

Нагрузочная способность опор со спиральной рабочей частью зависит от величины площади контакта и определяется следующими рабочими параметрами:

  • длиной винтовой навивки и всей сваи;
  • наружным диаметром спиральной ленты.

От величины площади контакта зависит нагрузочная способность опор со спиральной рабочей частью

Определение длины и диаметра сваи

Габаритные размеры рабочей части спирально-винтовых опор определяются в зависимости от следующих факторов:

  • характеристик почвы на месте строительства;
  • глубины замерзания грунта;
  • концентрации минеральных примесей в почве;
  • уровня расположения твердых пластов;
  • сопротивления грунта завинчиванию опоры;
  • массы возводимого строения.

Длина сваи изменяется в зависимости от условий эксплуатации:

  • опоры с длиной 1-1,2 м устанавливают в районах с теплым климатом;
  • для средней полосы подойдут полутораметровые опоры;
  • сваи длиной более 2 м монтируют в северных районах.

Диаметр винтовой навивки определяется действующей на опору нагрузкой, передаваемой возводимыми конструкциями:

  • для облегченных и оградительных конструкции применяют сваи с наружным диаметром ленты 5-8 см;
  • устойчивость каркасных и деревянных зданий обеспечивают лопастные опоры диаметром 9-9,5 см;
  • надежность массивных построек обеспечивается усиленными сваями с внешним диаметром витка более 10 см.

Действующей на опору нагрузкой определяется диаметр винтовой навивки

Определение длины и диаметра сваи

Нагрузочные характеристики возрастают пропорционально увеличению наружного диаметра спиральной навивки:

  • спирально-винтовой элемент с диаметром несущей трубы 7,6 см и внешним размером витка 20 см способен воспринимать до тонны полезной нагрузки;
  • при увеличении диаметра ствола до 9 см, а также диаметра винтовой ленты до 25 см нагрузочная способность возрастает в 2 раза и достигает 2 т;
  • сваи, изготовленные из труб сечением 10,8 см, имеющие диаметр спирали 30 см, способны выдерживать усилие, составляющее 2,5 т.
Читайте также:  В каких целях лучше использовать пластиковую опалубку

Усиленные винтовые сваи, применяемые для возведения фундаментов под массивные строения, способны воспринимать нагрузку свыше 3 т.

Факторы эффективности:

  • достаточно большая площадь опирания;
  • расчет угла наклона лопастей, шага лопастей и расстояния между ними для конструкций, в которых применяются две или больше лопастей;
  • подбор характеристик лопастей в зависимости от типа почвы.

В этом случае несущие свойства грунтов имеют большое значение на этапе расчета и проектировки. Так, к примеру, лопастная свая со стволом диаметром 57 мм в почве с хорошей несущей способностью сможет выдерживать нагрузку до 10 тонн. В то же время, конструкция со стволом на 325 мм в слабом грунте будет выдерживать лишь 1 тонну.

Рисунок 1 – График зависимости несущей способности винтовых свай от особенностей почвы и конструктивных характеристик сваи

Факторы эффективности:

dS1, dS2, dS3

– условный диаметр лопасти винтовых свай (исполнение 1, 2, 3).ds1, ds2, ds3 – условный диаметр ствола винтовых свай (исполнение 1, 2, 3).e/Il – отношение пористости почвы к коэффициенту текучести.h – глубина погружения.

На рисунке хорошо видно, что несущая способность фундамента отображается в виде нелинейной зависимости. При ее расчете важно принимать во внимание все значимые факторы.

Типы грунтов

Структурный состав почвы во многом определяет ее способность выдерживать длительные нагрузки и не допускать преждевременного разрушения строения. Параметр, определяющий удерживающие способности почвы, измеряют в кг/см².

Таблица: Определение расчетного сопротивления основания (кг/м²) в зависимости от типа грунта

Тип грунта Плотный (кг/см²) Средней плотности (кг/см²)
Крупный песок с включениями гравия 6 5
Средний песок 5 4
Мелкий песок с низким содержанием влаги 4 3
Влажный мелкий песок 3 2
Сухая супесь 3 2,5
Пластичная супесь 2,5 2
Сухой суглинок 3 2
Пластичный суглинок 3 1
Сухая глина 6 2,5
Пластичная глина 4 1
Типы грунтов

Как видно из таблицы, влажность и плотность почвы сильно влияют на ее удерживающие возможности. Упрощенный расчет фундамента в индивидуальном строительстве производят, принимая несущую способность грунта ≈2 кг/м².

Закладка фундамента на пучинистом грунте

Самым надежным и не подверженным сезонным изменениям является скалистое основание. Но, технический монтаж фундаментов в таких местностях достаточно сложен. Забивные сваи в скальных основаниях использовать не рекомендуется.

Изучение характеристик грунта

Для проведения инженерно-геологических изысканий и лабораторного исследования почвы выполняется пробное бурение скважин, выемка образцов почвы. Глубина бурения и количество шурфов зависят от характеристик объекта, типа ландшафта. Как правило, скважины делают глубиной на 0,5 м ниже уровня промерзания почвы. Такой подход позволяет оценить плотность несущего слоя, его толщину. Если участок имеет перепады по высоте, то одну из проб делают на самой низкой точке рельефа.

Изучение характеристик грунта

В лабораторных условиях определяется водонасыщенность грунта. Болотистые или глинистые почвы, которые удерживают влагу, имеют более низкую несущую способность. В толще грунта может располагаться небольшой проблемный участок с четко очерченными границами. Тогда элементы фундамента располагают таким образом, чтобы обойти его, не изменяя при этом контуров свайного поля.

Установка свай – рекомендации специалистов по монтажу

Профессионалы обращают внимание на следующие моменты:

  • необходимость применения промышленно изготовленных свай;
  • обязательную обработку поверхности защитным составом;
  • контроль вертикальности свай в процессе погружения;
  • целесообразность приварки швеллеров к оголовкам опор для повышения прочности.

При смещении сваи от вертикального положения следует выкрутить опору и затем повторно осуществить завинчивание. Изучив технологию, работы несложно выполнить самостоятельно. При условии квалифицированного выполнения расчетов и правильного монтажа, винтовой фундамент способен на протяжении длительного времени обеспечить устойчивость возводимого дома.

Ростверк

  • силу продавливания фундамента;
  • силу продавливания на каждый угол;
  • силу воздействия на изгиб.

При высоком ростверке вся нагрузка ложится целиком на сваи. На них действуют вертикальные нагрузки снизу, деформирующие нагрузки сбоку (в грунте и на поверхности). Всё это рассчитать довольно сложно для непрофессионала.

Как и для свайного фундамента, эту интеллектуальную работу можно выполнить с помощью компьютерных программ StatPile и GeoPile. Есть вариант проще — воспользоваться стандартом индивидуального строительства, который устанавливает:

Ростверк
  • соединение опор с ростверком — жёсткое или свободное;
  • глубину вхождения головы сваи в ростверк — не менее 10 см;
  • положение ростверка не ниже 20 см над землёй;
  • ширина равна толщине стен (не менее 40 см);
  • высота ростверка — 30 см и более;
  • армирование (продольное и поперечное) прутом ᴓ10-12 мм.

Важно! В нестабильных грунтах прочность свайного основания усилит металлическая обвязка на уровне цоколя (уголком или швеллером).

Свайные технологии

В современном строительстве используется несколько видов свайных технологий, отличающихся друг от друга типом свай и способом их заглубления. Свайные фундаменты используются как в частном малоэтажном строительстве, так и при возведении массивных заводских цехов, жилых многоэтажек или крупных торговых к применению данной технологии служат:

  • Недостаточная прочность почвы – болотистые и насыпные грунты.
  • Высокий уровень подпочвенных вод, что чревато сезонным пучением грунта.
  • Необходимость минимизировать сметные расходы путём сокращения объёмов земельных работ.
Свайные технологии

Жилой дом на свайных опорах По методу своего заглубления свайные стойки могут быть:

  • Забивными, когда углубление в толщу грунта происходит при помощи внешнего воздействия на опору. Это могут быть удары копра, вибрационное воздействие или вдавливание в почву.
  • Буронабивными. В данном случае по периметру будущей постройки производится бурение скважин, которые впоследствии заполняются бетонным раствором.
  • Винтовыми. Углубление винтовых свай происходит за счёт спиралевидной формы их наконечника, при помощи механического или ручного сваекрута.

Винтовые сваи являются на сегодня наиболее востребованным видом опор для частного строительства благодаря целому ряду преимуществ. Прежде всего, «винтовая» методика предусматривает максимально простую технику заглубления опор. Опускаются в почву они при помощи вращения, работая подобно буру.

При этом для вращения опор вполне хватит мускульной силы 2 человек и прочного рычага, сделанного из трубы или толстой арматуры: свая заходит в землю, как штопор, врезаясь в грунт спиралевидным наконечником.

Свайные технологии

Конструкция винтовой опоры Для установки же забивных или буронабивных свай требуется привлечение дорогостоящей техники со специальными приспособлениями. Благодаря простоте монтажа винтовых свай значительно увеличивается и скорость строительства, что является немаловажным плюсом в условиях ограниченного по времени строительного сезона.

Другим преимуществом является простота изготовления винтовых свай – сделать их можно в домашних условиях из обрезков толстостенной трубы (для стойки) и листового металла (для спиралевидных лепестков).