Винтовые сваи и комплектующие к ним (лопасти. пластины для оголовков)

Винтовые сваи: преимущества и недостатки

Фундамент дома – несущая конструкция, которая воспринимает все нагрузки от веса здания, мебели, массы людей, а затем распределяет их равномерно по грунтовому основанию. Фундаментная опора – один из важнейших элементов в строительстве, от ее прочности и надежности зависит устойчивость возведенной постройки.

Технология возведения фундаменты под здания давно отработана и опробована, например, при заливке монолитной плиты или ленточного фундамента конструкция должна набрать определенную прочность, на что уходит много времени. В этот момент несведущему человеку может показаться, что на стройке перестали происходить активные процессы, но без фазы набора прочности невозможно производить дальнейшие работы.

Нетерпеливые заказчики спешат, их просто не устраивает затяжные процессы, тормозящие строительство, а некоторые недобросовестные подрядчики нарушают технологию устройства монолитных фундаментов, что может привести к разрушению построенного здания и множеству проблем, которые возникнут при неминуемом ремонте основания.

Как выбрать вариант фундамента для собственного дома без длительного периода набора прочности? Такое решение возможно, но зависит оно от некоторых технических характеристик вашего здания и состава залегающего грунта.

Винтовые сваи – возводятся быстро, но обладают высокой прочностью и надежностью. Фундаментное основание из винтовых свай можно возвести не за долгие месяцы, а всего лишь на несколько дней. Если есть минимальный опыт выполнения строительных работ, установить сваи может даже сам хозяин дома с помощниками.

Однако, как и все фундаменты, свайное основание из винтовых опор имеет свои положительные и слабые стороны, прежде чем остановить свой выбор на этой конструкции, следует тщательно изучить возможности и минусы этого фундамента. Перед выбором фундамента для своего дома, необходимо четко представлять все возможные риски, а не слушать сладкоголосые уверения подрядчиков, не опираться на опыт соседей, знакомых, несведущих людей.

Винтовые сваи: плюсы и минусы

Винтовые сваи, как и любые другие конструкции для строительных работ, имеют определенный набор минусов и плюсов, о чем стоит поговорить более подробно.

Но для начала – экскурс в историю.

Сваи винтовые: история конструкции

Винтовые сваи применяются в строительстве уже почти два века, изобрел конструкцию инженер из Ирландии Александр Митчелл (место рождения – Дублин).

Изначально планировалось применение ввинчивающихся свай для строительства маяков на побережье Англии. Самая первая постройка, возведенная на винтовых сваях — маяк Maplin Sand (год строительства - 1838). Для фундаментного основания под постройку было использовано 9 опор с винтовым наконечником (d 120 см), глубина погружения – около 7 м. Отработанная технология стала широко применяться для строительства маяков по всему побережью Англии, некоторые из них благополучно функционируют в наши дни. Только на территории Северной Америки были возведены более 150 маяков с несущим основанием из винтовых свай.

По технологии Митчела были построены фундаменты для маяков, эстакад, мостов, волнорезов и других морских сооружений по всему миру.

Только на территории Северной Америки были возведены более 150 маяков с несущим основанием из винтовых свай.

Винтовые фундаменты в нашей стране стали широко применять для возведения объектов в районах Крайнего Севера и на прибрежных территориях только с конца XIX века. Особый вклад в разработку фундаментов для северных районов с мерзлотными грунтами внес ученый Дмоховский В. К., который обосновал весомое преимущество винтовых опор перед забивными аналогами.

Автором многочисленных разработок конструкций винтовых свай для вечной мерзлоты и обводненных грунтов является В. Н. Железков, им же разработаны специальные рамные узлы на основе винтовых опор для быстрого возведения оснований под мосты и переправы. Благодаря изысканиям В. Н. Железкова, винтовые опоры были усовершенствованы, стали применяться в одноэтажном строительстве и при установке ЛЭП.

Винтовые опоры из стали с успехом используются в настоящее время, их применяют для тех объектов гражданского и промышленного строительства, для которых в приоритете скорость возведения, при возведении построек в сложных грунтах или на склонах.

Винтовые сваи: характеристики и конструкция

Строители во всем мире используют винтовые сваи для устройства фундаментного основания. В этой главе пора познакомиться с конструкцией винтовой опоры и ее техническими характеристиками.

Из чего состоит винтовая опора

Винтовая свая состоит из стального ствола и специальной лопасти, благодаря которой опору можно ввинчивать в грунтовое основание, избегая усилий по забиванию.

• Основа сваи – обычно бесшовная стальная труба (толщ. от 3,5 до 4,5 мм), усиленная свая изготавливается из более прочной стали, а толщина стенки варьируется от 6 до 10 мм.
• Лопасти – литые или приваренные к стволу изделия.
• Наконечник сваи – литой или сварной конструкции. Литой наконечник значительно удорожает стоимость фундамента, но при работе с мерзлыми, плотными и сверхплотными грунтами их применение оправдано. Литой наконечник винтовой опоры легко преодолевает препятствия и не подвергается деформациям, сохраняет прочность и геометрическую форму. Сварные наконечники можно применять в легких или обычных грунтах, их прочность и долговечность обусловлена маркой примененной стали, толщиной стенки трубы, характеристиками грунта.
• Оголовок – этот строительный элемент представляет пластину из металла, которая крепится к верхней части опоры с помощью болтов или сварки. На плоскость оголовков будут опираться строительные конструкции каркаса здания (плиты, балки, обвязка из бруса), поэтому главная функция оголовков винтовых свай – равномерное распределение нагрузки на фундамент. Устанавливают оголовки на завершающем этапе, перед их монтажом все выступающие части свай выравнивают обрезкой до одинаковой высоты.

Различают сваи по виду лопастей:

• Широколопастные сваи – диаметр лопасти превосходит сечение опоры, используют на участках с обычным или торфяным грунтом, обладают высокой несущей способностью благодаря увеличению площади опирания.
• Узколопастные сваи – применяют для устройства фундаментов в мерзлых и каменистых (скальных) грунтах. От 20,0 до 35,0 см – в этом диапазоне может варьироваться диаметр лопасти.

По количеству лопастей винтовые сваи подразделяются:

Металл: требования и стандарты

Исходя из условий эксплуатации свайной опоры и предполагаемой нагрузки, проводится расчет толщины стенки ствола. При эксплуатации свай в грунтах с высокой обводненностью, наличием подземных агрессивных вод, коррозийные процессы активизируются, что влияет на сокращение срока службы фундаментного основания.

Стандарт предусматривает толщину стенок металлической свайной опоры 8 мм (минимально), при строительстве в водонаполненных грунтах с агрессивной средой - 9,5 мм. 

В советское время свайные опоры изготавливались из бесшовных труб (горячий прокат), толщина стенок предусматривалась не менее 10-14 мм. Современные стандарты не содержит таких параметров вообще, действующий в настоящее время СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» не нормирует толщину стенки опорного ствола.

Внимание! При подборе винтовых свай следует учитывать не только толщину стенки трубы, но и лопастей. Для легких построек подбирают сваи с лопастями, выполненными из стали толщ. до 5 мм, на объектах высокой сложности этот показатель должен варьироваться от 9,5 до 12,5 мм.

Антикоррозионное покрытие: требования и виды

Покрытие тела сваи антикоррозийными составами помогает снизить негативное влияние агрессивных вод и увеличить срок службы опорного элемента. При соприкосновении металлической опоры с мокрым грунтом коррозийные процессы активизируются.  

Различают три части сваи, которые испытывают наибольшее негативное влияние внешней среды.   

• Верхняя (надземная часть) – наименее уязвимый элемент, на который действуют только пары наружного воздуха и пара.
• Ствол опоры, погруженный в толщу грунта – самая уязвимая часть сваи. Металлическая труба, заглубленная в грунт, испытывает воздействие влаги в слоях почвы, насыщенных кислородом, что повышает интенсивность коррозийных процессов.
• Наконечник с лопастью или винтом – этот элемент сваи находится в наиболее плотных слоях почвы, поэтому мало подвержен коррозии, но конец сваи очень часто деформируется после завинчивания, что нарушает антикоррозийное покрытие и открывает доступ ржавчине.

Производители свай проводят предварительную обработку перед нанесением антикоррозийной защиты, которая включает следующие этапы: механическая зачистка поверхности; обработку абразивными материалами; обезжиривание; высушивание.

После предварительной обработки детали свай покрывают защитными составами:  

1. Полимерное покрытие – надёжно обеспечивает защиту от коррозии. Слой полимерного покрытия не должен быть менее 400 мкм (нормы ICC AC358).
2. Защитный слой из полиуретана – покрытие обеспечивает изоляцию поверхности сваи от воды, агрессивных жидкостей, эффектно при возникающих перепадах температур.
3. Эпоксидное покрытие – бюджетный вариант защиты, отличается не только низкой стоимостью, но и простотой нанесения.
4. Горячее цинкование – самый надежный способ защиты свай от коррозии. Покрытие может надёжно обеспечивать защиту в агрессивной среде сроком до 100 лет.
5. Холодное цинкование – при этом способе защиты винтовых свай наблюдается низкая адгезия, поэтому даже низкая стоимость не может оправдать этот способ борьбы со ржавчиной.

Достоинства фундамента на винтовых сваях

Говоря о достоинствах фундамента на винтовых сваях, первое, что хочется подчеркнуть – это возможность строительства в абсолютно разных условиях. Участок, отведенный под застройку, не придется предварительно осушать, если на нем залегает мокрый грунт.

Нет необходимости проводить планировку территории, если участок имеет уклоны – винтовые сваи прекрасно справятся с такой задачей. Сезонные перепады температур для винтовых опор не представляют проблем, поэтому строительство жилого дома можно запланировать на зимний период, когда можно сэкономить на затратах. Зимой квалифицированные рабочие свободнее, а на строительные материалы объявляют сезонные скидки.

Ценим время: высокая скорость монтажных работ

Самое ценное и главное достоинство винтовых опор – быстрая установка. Три человека за 2-3 дня вручную выполнят весь комплекс работ даже без специальной подготовки. Механизированное вкручивание свай можно завершить еще быстрее, обычно эти работы выполняют за 1 рабочий день.

Нет необходимости проводить комплекс подготовительных работ и осуществлять уход за фундаментом. Такое дорогое время не придется тратить на ожидания завершения технологического процесса – набора прочности бетоном (как с ленточным или плитным фундаментом).

Бетонирование ствола сваи тоже не приводит к простою, ведь можно не ждать, когда бетон наберет прочность – плановые нагрузки в полном объеме воспринимает стальная оболочка опоры.

Отсутствие шума и вибраций

Если на стройке забивают сваи – это слышат все, мало того, кроме шума возникают вибрации, которые могут повлечь аварийную ситуацию на эксплуатируемых инженерных сетях или в построенных поблизости зданиях.

Винтовые сваи не доставляют таких хлопот, шум при их монтаже минимальный, а вибраций не возникает.

Экономичность

Устройство свайного поля из винтовых опор отличается низкими затратами, ведь материалы стоят намного дешевле, монтаж выполняют несколько человек, особые механизмы для работы не требуются (при ручной установке свай), но самое главное – не требуется проводить подготовительные работы на участке. Рытья траншей или котлованов, планировка территории, вывоз излишнего грунта – ничего этого не нужно.

На чем не стоит экономить – это на качественных сваях. Оцинкованные опоры стоят дороже, но и прослужить они могут значительно дольше.

Возможность демонтажа и повторного использования

Значительным плюсом винтовых свай можно считать возможность повторного использования. Например, после демонтажа временных зданий, опоры можно аккуратно извлечь из грунта для повторного использования. Если сваю по ошибке вкрутили неправильно, ее можно извлечь и установить заново.

Повторное использование опор возможно только в том случае, если изначально они были изготовлены промышленным способом и соответствовали установленному стандарту.  

Прочность и устойчивость

Винтовые опоры, оснащенные лопастями, приобретают повышенную прочность и устойчивость даже в легких и водонаполненных грунтах. Несущая способность свай лежит в диапазоне от 1 до 18 т, так для дома из деревянных материалов достаточно всего 2-3 т, для кирпичного строения необходимо от 7 до 9 т.

Долговечность и устойчивость свайного основания во многом зависит от качества опор, вида наконечника (литой в приоритете) и технологии погружения. Не рекомендуется отклонять опоры по вертикали при вкручивании более, чем на 2 градуса, иначе произойдет деформация трубы и наконечника, что повлечет за собой снижение прочности конструкции.

Составные винтовые сваи

Если длина сваи недостаточна, чтобы углубиться в плотный слой грунта, а основную   породу на участке составляют водонаполненные торфяники, сминаемая глина или ил, принимается решение о монтаже составных опор. Ствол сваи может наращиваться до необходимой длины с помощью специального удлинителя.

Соединение двух отрезков проводится несколькими способами:

• Устройство сварочного соединения закладного стакана.
• Установка накладок из стальных листов, которые обжимают ствол свайной опоры.
• Соединение двух свай с помощью муфты на болтах.
• Штифтовое соединение.
• Установка откидного замка для соединения двух частей составной сваи.

Чаще всего используют при стыковке сваи и удлинителя муфтовое соединение.

Эту технологическую особенность винтовых свай, несомненно, стоит отнести к достоинствам конструкции, ведь таким образом можно исправить просчеты проектировщиков и геологов.

Какие недостатки есть у винтовых свай

Ни одна конструкция не может состоять только из одних достоинств, недостатки имеются практически всегда, винтовые свайные фундаменты не исключение. При всей массе достоинств, ложка дегтя наготове. Поговорим о недостатках фундаментных оснований, смонтированных из винтовых свай, более подробно.

Ограничения по использованию

Целый ряд ограничений по применению имеют винтовые сваи, но некоторые непорядочные застройщики предпочитают об этом умолчать, продвигая свои услуги клиентам. Знать об этих ограничениях необходимо, иначе все затраты на строительство дома можно считать выброшенными на ветер, ведь фундамент – основа любой постройки, если этот этап работ выполнен некачественно, зданию грозят проблемы.

Возведение фундаментных оснований из винтовых свай допускается только в районах с незначительной сейсмоактивностью или полным ее отсутствием. В проблемных местностях, где часто наблюдаются землетрясения, использовать эту технологию категорически запрещено.

Агрессивность грунта необходимо проверить до начала строительных работ, ведь при наличии электрического сопротивления менее 10 Ом*м, различных химических соединений органической природы, грунтовых основаниях с кислотностью менее pH5,5   быстро активизируются коррозийные процессы, что приведет к быстрому износу стальных свай, ухудшению прочности здания и уменьшению срока эксплуатации объекта.

Не рекомендуется использовать для возведения здания сваи кустарного изготовления, особенно с приваренным наконечником. Львиная доля проблем возникает именно с этим типом конструкции, особенно при имеющихся нарушениях во время сварки. Любые раковины, непровары, пережоги при изготовлении свай со сварным наконечником в итоге приведут к проблемам с устойчивостью и прочностью строения.

Опоры со сварным наконечником нельзя использовать в каменистой почве, особенно на старых карьерах по добыче породы, отвалах шлака и прочих подобных территориях. Твердые породы могут серьезно повредить тело сваи или лопасти при монтаже.

Песчаные и торфяные грунты не могут обеспечить опоре боковую поддержку, на таких участках винтовые сваи применять не рекомендуется. При острой необходимости монтаж опор допускается только при выполнении обвязки и заглубления на существенное расстояние.

Допустимое минимальное заглубление сваи:

• Плотный грунт – от 1,5 м.
• Мягкий грунт – 3 м.

Недостатком винтовых опор можно назвать тот момент, что их нельзя смонтировать впритык к существующим зданиям, обязательно потребуется отступить на расстояние не менее 0,5 м, иначе даже ручное вкручивание невозможно.

Правда и ложь о винтовых сваях

Помните про маяк в Англии, который простоял на сваях практически 200 лет? Именно этот объект фигурирует в рекламе винтовых свай, указывая на долговечность и прочность конструкции. Можно ли доверять рекламе, и рассчитывать хотя бы на один век эксплуатации жилого дома где-нибудь в центре России?  Однозначно ответить на этот вопрос невозможно, ведь долговечность дома зависит от многих причин. Самый основной аспект – качество металла и соблюдение технологии производства свай. Геология тоже должна приниматься во внимание.

Экспериментальные исследования показали, что в грунтах с низкой коррозийной активностью свайное поле из не оцинкованных труб останется прочным более 300 лет, при изготовлении опор из стали с покрытием, срок этот может подняться до 800 лет.

Эксплуатация свайного поля из винтовых опор в мокрых и агрессивных грунтах резко подает до 30 лет, при использовании оцинкованных элементов – до 75 лет.

Это при условии, что толщина стенки соответствует стандарту и равна 8 см. В России толщина стенки может составлять около 3-4 мм, поэтому срок эксплуатации конструкции в агрессивной среде резко сокращается.

Три основных параметра влияют на продолжительность эксплуатации фундамента, а именно:

1. Качество стали и толщина стенки трубы.
2. Активность грунта на определенном участке застройки.
3. Качество антикоррозийного покрытия.

Именно от совокупности этих параметров зависит прочность и долговечность фундаментного основания.

Значительно увеличивает срок службы фундаментной опоры из винтовых свай такое техническое решение, как устройство металлической обвязки свай из уголка или швеллера, особенно данное решение актуально для грунтов со слабой боковой поддержкой и для этого необходимо дополнительное усиление опоры. 

Взвесив все положительные и отрицательные стороны винтовых свай, всегда можно найти золотую середину, использовать этот фундамент в подходящих условиях, не тратя лишние средства на возведение монументальной опоры под дом, баню или сарай.

Высококвалифицированные сотрудники Подольского Завода Строительных Конструкций готовы Вам помочь в расчете свайного фундамента для любой конструкции и ответить на интересующие Вас вопросы по телефонам : +7 (499) 408-46-36, +7(926) 008-45-82

• Винтовые сваи (стандартные)
• Винтовые сваи Леруа Мерлен