Технология,
обгоняющая время!

Есть вопросы? Задать вопрос менеджеру
nav.png
офис Москва
Звонок бесплатный
8 (800) 775-67-17

Винтовые сваи

Винтовые сваи являются пустотелыми стальными трубами, одним концом которых является наконечник, который снабжен режущей лопастью. Они состоят из ствола и одной или нескольких лопастей, а их заглубление в почву производится способом завинчивания и одновременного вдавливания. Для изготовления свай используются литые либо сварные стальные детали.

винтовая свая

Исторические сведения

Александр Митчелл Свайный тип фундаментостроения появился во времена древнего мира, когда для изготовления свай использовался материал, постоянно совершенствующийся со временем, хотя при этом не изменялся способ установки свай – они забивались в почву. В 1833 году ирландский инженер Александр Митчелл предложил к применению свое изобретение и назвал его «винтовыми сваями», чем совершил переворот в строительстве и получил за свое устройство медаль Телфорда и членство в Институте гражданских инженеров. 

Винтовая свая являлась в тот период металлической трубой с якорным винтом на конце, для вкручивания которой в почву надо было много усилий людей и животных с использованием якорного шпиля – большого колеса из дерева. Установка винтовых свай, длина которых 6 метров, а диаметр 127 миллиметров, производилась силами трех десятков мужчин.

Маяк Мэплин Сэндс

Первоначальное применение винтовых свай касалось судостроительной области, но область их использования стремительно расширялась – уже в 1838 году они применялись в качестве основы для фундамента маяка Мэплин Сэндс на нестабильной прибрежной почве р. Темзы в Великобритании. Позже архитектор-инженер Е.Берч придумал, как с помощью винтовых свай придавать крепления морским пирсам. В период с 1862 по1872 год было построено более сотни маяков и восемнадцать морских пирсов. Популярность свай в западных странах в период первой половины 20-го столетия в связи с активным развитием бурового и сваебойного оборудования механического типа было чуть снижено, однако в дальнейшем происходило активное развитие технологии свайно-винтовых фундаментов в гражданско-строительной отрасли.

Мост на винтовых сваях

В начале прошлого столетия технология пришла в Россию. В то время винтовые сваи стали чрезвычайно распространенными в сфере военного строительства, где были оценены их преимущества – они оказались универсальными при использовании, для них можно было применять ручной труд, характеризовались долговечностью и надежностью, особенно на пучинистой, обводненной или многолетнемерзлой почве. Доказательства этих преимуществ предоставил Владислав Дмоховский после проведения комплексных исследований в сфере свайных оснований.

Только в 50-60-ых годах прошлого столетия советские ученые осуществили разработку теоретических оснований использования винтовых свай, производственных технологий, а также спроектировали и изготовили установки, с помощью которых такие сваи завинчивались. Среди ученых, внесших существенный вклад в систематическое изучение и экспериментальную разработку использования свай в строительной сфере, можно назвать Шпиро Г. С., Крюкова Е. П., Чистякова И. М., Иродова М. Д. и других. В их работах содержится ценная информация, используемая для определения технических характеристик и форм винтовых свай, решения конструкционных особенностей и подбора материалов для изготовления таких свай. Обширные материалы, полученные на основании данных исследований, касались несущей способности и перемещения винтовых свай. Также в процессе экспериментов было определено, как несущая способность свай зависит от того, насколько глубоко погружены лопасти и каковы их размеры. Благодаря полученному опыту погружения многих различных по своим материалам и размерам винтовых свай была осуществлена разработка технологии погружения свай в почву, определены скорость вращения, величины крутящих моментов и осевых усилий, которые необходимы для погружения.

Испытание винтовых свай Чертеж

Середина 60-ых годов предыдущего столетия запомнилась интенсивным внедрением винтовых свай в строительную и энергетическую сферу. Это было обусловлено расширением работ по реконструкции зданий и сооружений, выполнением крупных работ по строительству в промышленных зонах или в стесненных условиях городской жизни, для чего было необходимо осуществлять разработки глубоких котлованов возле существующих фундаментов. Развитие технологии свайно-винтовых опор объяснялось также ростом количества монтажных работ в строительной отрасли. Необходимость в разработке и расширении области применения новых фундаментов была обусловлена увеличением работ по установке тяжелых конструкций различных объектов химической, металлургической и энергетической промышленности. Максимальное применение винтовых опор фиксировалось в сферах телекоммуникаций и связи.

Железков

В Советском Союзе разработка винтовых свай велась независимо от исследований, которые проводили эксперты из западных стран. В приоритете стояли задачи возможности скоростного и максимально простого завинчивания в высокоплотной почве. Таким требованиям соответствовала винтовая свая из стали с литым наконечником и одной лопастью на конусе, разработанная известным инженером-строителем В.Н. Железковым. Несмотря на отличные характеристики, данная модификация обладает невысокой несущей способностью, повышение которой требует увеличение диаметра лопасти и ствола, вследствие чего возрастает стоимость строительства. Однако использование такой сваи является довольно широким.

Двухлопастная винтовая свая

Наряду с тем разработчики из западных стран, напротив, акцентировали свое внимание на том, чтобы обеспечить необходимый уровень несущей способности при минимальном росте материалоемкости. В связи с этим разработчики отказались от крепления лопастей к конусу винтовой сваи, акцентировав внимание на задаче наращивания диаметра лопастей и увеличения их количества лопастей на стволе. Внедрение новейших технологических решений привело к широкому использованию винтовых фундаментов в отрасли гражданского строительства. В последнее время применением винтовых свай постепенно вытесняется использование забивных.

Российскому ученому Сергею Петухову удалось в начале 21-го столетия доказать, что использование изделий небольшого диаметра в ИЖС является правильным. Это привело к применению винтовых свай в отечественной малоэтажной строительной сфере. Однако в РФ технология свайно-винтовых фундаментов до сегодняшнего дня не вполне заслужено считается прерогативой сооружений промышленного назначения. Наряду с этим, благодаря имеющимся модификациям свай винтовой фундамент был признан лучшим способом строительства в связи с высоким уровнем несущей способности и оптимальной ценой.  

Область применения винтовых свай

Винтовые сваи применяются в самых различных строительных сферах. С помощью фундаментов данного типа возводят:

  • объекты жилого строительства индивидуального типа;
  • объекты гидротехнических систем на обводненной почве;
  • линии электропередач и мачты;
  • ангарные и складские помещения;
  • тепличные сооружения промышленного назначения;
  • различные шумозащитные экраны, рекламные щиты.

Использование винтовых свай связано с реконструкцией дорожных покрытий, укреплением и усилением монолитных фундаментов на почве со сложными характеристиками. Распространенность винтовые фундаменты получили в качестве оснований для павильонов торгового предназначения, аттракционов и других сооружений, террас, а также иных различных объектов (в т.ч. объектов, для изготовления которых предоставляются небольшие сроки). Из-за отсутствия вибрационно-шумовых волн при монтировании винтовые сваи можно назвать идеальными при некоторых работах.

Использование винтового фундамента может быть связано с любыми, даже наисложнейшими грунтами. При установке такого фундамента, не зависящей от погодных условий, не существует необходимости в проведении земляных работ большого масштаба.

Параметры установки сваи обуславливают широкую область их использования. Вкручивание винтовой сваи в грунт производится аналогично вкручиванию шурупа. Лопасти сваи прорезают неустойчивые грунтовые слои и достигают плотной малосжимаемой почвы.

Следует не забывать, что на основании информации о характеристиках почвы можно осуществлять подбор модификации, длины и числа свай. Для производства установки винтовых свай используются гидравлические механизмы, в некоторых случаях это делается в ручном режиме.

Классификация винтовых свай

Какими бывают винтовые сваи? Различные винтовые сваи предназначены для работы в различных условиях, что зависит от особенностей грунта и уровня нагрузки на фундамент. Необходимость в применении различных типов свай имеется даже в границах одного объекта – неоднородный тип нагрузки, обычно влияющей на один фундамент, может иметь отличительные особенности. Благодаря этому происходит равномерное распределение запаса прочности, вследствие чего увеличивается срок эксплуатации. 

Многовитковая винтовая свая Винтовая свая однолопастная со сварным наконечником Двухлопастная винтовая свая Винтовая свая с литым наконечником

Размер лопасти

Лопасть сваи может иметь диаметр, превосходящий диаметр ствола более чем в полтора раза и менее чем в полтора раза. В первом случае сваи будут называться широколопастными, во втором – узколопастными.

Можно говорить об эффективности широколопастных свай в дисперсных грунтах, грунтах, имеющих невысокую несущую способность, обусловленную большой площадью опирания.

Применение узколопастных свай обычно связано с особо плотной сезоннопромерзающей и вечномерзлой почвой. Риск деформировать лопасть при ее установке вследствие ее меньшей ширины является небольшим, а плотность грунта надежно фиксируют сваи.

Чертеж лопасти винтовой сваи

Количество лопастей

Винтовые сваи бывают однолопастными (при наличии одной лопасти) и многолопастными (при наличии как минимум двух лопастей).

Однолопастные сваи могут применяться в почве, имеющей высокий уровень несущей способности, следует при этом учитывать такой параметр модификации свай, как «срывание» при достижении определенной нагрузки критического значения.

Многолопастные сваи применяются в слабых и иных грунтах. Они являются кованным корпусом конусной формы из трубной заготовки с приваренной спиралью, и характеризуются большей устойчивостью при разных уровнях нагрузок, что можно достичь включением в работу ствола околосвайного грунтового массива.

Благодаря увеличению количества лопастей сваи становятся способными воспринимать огромные нагрузки при меньшем диаметре трубы, необходимый уровень жесткости при этом может быть обеспечен за счет трубопроката большой толщины. Для достижения максимальной эффективности многолопастных свай производится процесс моделирования определенных расчетных величин.

Тип наконечников

Наконечники винтовых свай бывают литыми или сварными.

Первый тип наконечников (литые) меньше подвергаются деформации – они подходят для использования в крупнообломочной почве, почве с различными включениями природно-техногенного происхождения, особоплотной и многолетнемерзлой почве и др. Ценность литого наконечника в том, что при разрушении препятствия он, как правило, не разрушается.

Сварные наконечники, уровень прочности которых зависит от определенных факторов, рекомендуется использовать в некоторых других почвах.

Уровень воспринимаемых нагрузок

По уровню воспринимаемых нагрузок винтовые сваи бывают предназначенными для больших или малых нагрузок. Следует отметить, что вопреки создавшемуся мнению, диаметр ствола в качестве характеристики для классификации свай по нагрузкам играет решающую роль только для узколопастных и широколопастных свай диаметром свыше 159 миллиметров и длиной  более 6 метров.

Разница в толщине металла обусловливается существенным изгибающим моментом, для которого требуется большая жесткость конструкции. Лучше всего увеличивать данную характеристику при применении винтовых свай в более агрессивной и плотной почве. 

Толщина металлопроката

По толщине стенки ствола сваи бывают тонкостенными,  стенками средней толщины и толстостенными сваями. Толщина стенки первых свай может достигать 3,5 мм, вторых – от 3,5 до 6 мм, а третьих – превышать 6 мм. 

На оптимальность выбора влияют такие факторы, как уровень нагрузки и уровень агрессивности почвы, определяемые на этапе проектирования.

Справедливым это можно назвать и для толщины лопасти, подбираемой индивидуально для любого объекта. Использование свай с лопастями толщиной до 5 миллиметров связано со строительством временных или легких сооружений. В процессе строительства долговременных зданий, крупных гражданско-промышленных объектов рекомендуются сваи с лопастями толщиной минимум 6 миллиметров.

Марка стали

Марка стали, с помощью которой изготавливаются винтовые сваи, также зависит от того, насколько агрессивной является среда. Если агрессивность слабая, допускается применение марки Ст3, при средней агрессивности марку нужно повысить до Ст20, а в сильноагрессивной почве может быть использована марка 30 ХМА и 09Г2С. 

Тип антикоррозийного покрытия

Защитить винтовые сваи от коррозионного процесса можно несколькими способами, самым эффективным из которых является увеличение толщины металла, применение анодов из цинка и качественного сырьевого материала. При условии сохранения целостности покрытия его нанесение позволяет только уменьшить отрицательное воздействие атмосферных условий на надземную часть сваи и участок, которые эксплуатируется на границе двух сред – почвы и воздуха. Покрытия из полимера, полиуретана, эпоксида, а также холодное и горячее цинкование сегодня являются самыми распространенными покрытиями, каждое из которых характеризуется определенными особенностями.

Покрытие металлов из полимера

  • Преимуществами полимерного покрытия металлов являются прочность, износоустойчивость, высокая степень адгезии к поверхности.
  • Среди недостатков можно назвать сложность нанесения на негладкую поверхность, с вероятным дальнейшим появлением сколов и развитием коррозии точечного типа.

Двухкомпонентное покрытие на основе смол из полиуретана

  • Преимуществами такого покрытия являются прочность, высокий уровень адгезии на неровных участках и другие.
  • Недостатки заключаются в сложности нанесения в «кустарных условиях», уменьшении уровня адгезии при избыточной толщине слоя.

Эпоксидное покрытие

  • Преимущества такого покрытия – это не только простота нанесения, но и относительно низкая цена.
  • Среди недостатков можно выделить сниженную эластичность по сравнению с другими типами покрытия, излишний уровень водопоглощения, недостаточный уровень ударопрочности.

Холодное цинкование

  • Преимуществами холодного цинкования также являются простота нанесения и относительно низкая цена.  
  • Среди недостатков можно назвать чрезвычайно низкий уровень адгезии.

Горячее цинкование

  • Преимуществом горячего цинкования является его превосходство по уровню адгезии по сравнению с полимерным покрытием.
  • Недостатками такого типа цинкования является сложность нанесения на неровные участки. Также его минус заключается в существенной ограниченности по сфере использования.

Преимущества применения винтовых свай

Винтовые сваи являются простым и наряду с тем эффективным технологическим решением при возведении фундаментов для разного рода объектов.

Основным преимуществом винтового фундамента является его дешевизна. Со сваями можно хорошо сэкономить в процессе строительства дома. Особо экономными являются сваи на уклонах, где, к примеру, фундамент ленточного типа будет иметь высокую стоимость.

Второе преимущество заключается в сроках строительства. Сдача объекта осуществляется на 20-35 процентов быстрее по сравнению с фундаментом из бетона. А в отличие от ленточного фундамента, строительство которого может продолжаться более месяца, возвести свайный фундамент можно за один день. При этом строительство может выполняться в любой сезон года: летом, осенью, зимой, весной.

Вкручиваются винтовые сваи в любой тип грунта: обводненную глину, торфяники, пылеватый песок и т.д. Не используется винтовой фундамент только в местах залегания камня. Можно говорить о широкой области использования.

Огромным преимуществом, как правило, является то, что при строительстве данной конструкции газон остается нетронутым, нет необходимости в проведении карьерно-землеройных работах. При строительстве винтового фундамента не существует необходимости в выравнивании неровностей участка и земляных работ. Для соблюдения горизонтали при перепаде высот применяются сваи различной длины. Также для рассматриваемого рода фундаментов «не страшно» морозное пучение.

Строительство оснований может проводиться среди каких-нибудь построек или деревьев, то есть в условиях, при которых строительство других типов фундаментов превращается в чрезвычайно сложный процесс. Это дает возможность без особых проблем пристраивать различные пристройки к уже имеющимся зданиям.  

Винтовой фундамент характеризуется универсальностью по использованию – он подходит под самые различные постройки. Ведь такие сваи имеют высокую долговечность, возможность использования на болотистых почвах, почвах, характеризующихся высоким уровнем подземных вод.

При установке фундаментов из винтовых свай можно говорить о выгодной экономичной составляющей, поскольку такие винтовые фундаменты дешевле фундаментов из бетона. В процессе заглубления свай отсутствуют вибрационно-шумовые помехи. Работы проводятся вблизи коммуникаций подземного типа.

Винтовые сваи могут воспринимать полную проектную нагрузку сразу после момента их завинчивания. В отличие от бетонного фундамента, не имеется необходимости в наборе прочности. Работы могут выполняться круглогодично и не зависят от погодных условий. При температуре ниже -30 градусов Цельсия использование спецтехники очень затруднительно.

Имеется возможность второго применения свай. Незаменимыми являются при строительстве сооружений временного типа. Характеризуется высоким уровнем ремонтопригодности, если сваи не являются частью сборного фундамента из железобетона. Установка свай малого диаметра может осуществляться без использования тяжелой техники при помощи трех-четырех человек.

Проектирование и монтаж инженерных коммуникаций могут производиться одновременно со строительством фундамента. При совершении земляных работ необходимо соблюдать расстояние до установленных свай, которое определено проектными документами.

Характеристики проектирования винтовых фундаментов

Проектирование является одним из самых важных этапов возведения фундамента из винтовых свай. В результате допущенных в проекте недочетов нередко возникают серьезные проблемы на этапе строительства, и может быть существенно сокращен срок эксплуатации всего здания.

Самые распространенные ошибки проектирования:

  1. Как правило, расчет на различные нагрузки осуществляется аналитическими методами согласно с СП 24.13330.2011, но необходимо учитывать, что результаты аналитических расчетов не всегда совпадают с результатами, которые были получены при проведении полевых испытаний почвы  натурными сваями. Это связано с базированием расчетных формул, заложенным в нормативной документации, на простых моделях взаимодействия почвы и винтовых свай, разработанные в шестидесятых годах прошлого столетия. Также такими формулами не учитываются многие характеристики их работы, поэтому при расчете аналитическими способами целесообразным является использование понижающих коэффициентов. Основанием для современного способа определения оптимальных характеристик винтовой сваи являются расчеты в САП. 
  2. При осуществлении подбора характеристик винтовых свай не учитываются данные о коррозионной активности почвы.
  3. Назначение антикоррозийного покрытия связано только с покрытием определенных положений, которыми не учитывается абразивное воздействие почвы на сваю при погружении последней в грунт. Наряду с тем при назначении горячего цинкования в качестве противокоррозийного покрытия зачастую игнорируются требования пункта указанного выше нормативного документа, в соответствии с которым применение данного вида антикоррозийного покрытия является возможным только в том случае, если воздействие среды является неагрессивным.

Нужно рассчитать стоимость фундамента? 

Оставьте заявку и получите бесплатный расчет.





 


Вверх
2008-2018 Компания «ЭкоФундамент» © Все права защищены.
Полное или частичное копирование материалов сайта запрещено.