Фундамент свайно-винтовой

Проблемы создания прочного и надежного фундамента для капитальных построек на очень влажных или регулярно затапливаемых грунтах стали причиной поисков и экспериментов по применению в частном домостроении свайно винтовых фундаментов. До этого здания выстраивались на наборных и литых опорах.

В результате многочисленных проб в середине XIX века появилась методика устройства свайно-винтовых фундаментов, появилась возможность строить дома в таких условиях, где обычный камень не выдерживал более одного сезона.

Что представляет собой опора свайно-винтового фундамента

Система строительства зданий на свайно-винтовом фундаменте известна более тысячи лет, и все это время широкое распространение удачной технологии сдерживала огромная трудоемкость установки свай. Сегодня больше половины легких и средних зданий построены на свайно-винтовом фундаменте.

Устройство свайно винтового фундамента несколько отличается от классической конструкции на сваях, прежде всего, в силу особой конструкции опоры. Основу фундамента составляет поле или массив из винтовых свай, именно в них и кроется секрет популярности.

Винтовую сваю условно можно разделить на три основные части:

  • Корпус в виде трубы из легированной или нержавеющей стали, покрытой защитным лаком;
  • Оголовок винтовой сваи, к которому крепятся детали обвязки свайно-винтового фундамента;
  • Лопасти или рабочий шнек, установленные в основании опоры.
Важно! Все детали опор для свайно-винтового фундамента изготавливают из рядового проката и штампованных узлов обычной сваркой, что обеспечивает простую технологию изготовления винтовой сваи и возможность текущего контроля качества соединения всех ее элементов.

Устройство винтовой сваи для фундамента приведено на схеме.

В конструкции свайно-винтовой опоры заложен главный принцип, обеспечивающий высокое качество фундамента. Это принцип вворачивания опоры в грунт. На первый взгляд, ничего существенного, какая разница, — забивать, заворачивать или отливать свайную опору. В реальной ситуации разница есть, и довольно существенная.

Например, железобетонные сваи, забитые молотом или погруженные в грунт вибропрессом, остаются в сжатом, деформированном состоянии. По оценке специалистов, 15% забитых свай после установки имеют проблемы из-за большого количества трещин и отслаивания арматуры. Та же картина с отлитыми буронабивными сваями, из-за неблагоприятных условий качество армированного бетона далеко от расчетного. Поэтому забитые или литые сваи нередко выталкиваются силами пучения, чего практически не бывает при сборке дома на свайно винтовом фундаменте.

Существуют три специфические особенности заглубления опор свайно-винтового фундамента:

  • Винтовую сваю вворачивают в грунт с минимальным давлением на корпус или наконечник, то есть после установки опора свайно-винтового фундамента не ослабляется, не покрывается трещинами и не находится в сложно-деформированном состоянии;
  • Опору погружают на заданную глубину с точностью до нескольких сантиметров, в результате нет риска провалиться или не получить расчетное сопротивление нагрузке от веса здания;
  • Винтовая опора в случае необходимости может быть заменена аналогичной с минимальными затратами. Достаточно вывернуть корпус и повторить заглубление.

Нельзя сказать, что замена винтовой опоры свайно-винтового фундамента является простым и заурядным делом, но технически это возможно и выполняется под руководством специалистов. Другое дело, если фундамент выгоняется из ж/б свай или буронабивных столбов. В этом случае выход из строя сваи может грозить фундаменту крупными проблемами.

Стальную опору свайно-винтового фундамента вворачивают в грунт аккуратно и надежно. Если использовать аналогию, то можно сравнить забивные и винтовые опоры с шурупом и гвоздем – разница в способности противостоять осевой нагрузке примерно такая же. Поэтому свайно-винтовой фундамент нередко называют основанием на геошурупах.

Особенности устройства винтовой сваи

Конструктивно опоры свайно-винтового фундамента разделяют по типу винтового наконечника и трубы, или корпуса сваи, поэтому в маркировке сваи указывают сразу два диаметра: первый — величину трубы, второй — диаметр шнека или наконечника в миллиметрах. Например, СВ-89-250, наружный размер трубы 89 мм, диаметр, описываемый режущей кромкой лопастей, составляет 250 мм.

Характеристики корпуса свайно-винтовой опоры

Для строительства частных зданий применяют четыре основных размера трубы:

  • 89 мм и 76 мм – группа для построения особо легких и легких построек для фундаментов ограждений, беседок, веранд и заборов;
  • 108 мм и 133 мм – группа для изготовления фундамента средних и условно тяжелых построек. К первому типу можно отнести дачные домики из бруса, каркасно-щитовой и панельной конструкции. К тяжелым постройкам относят дома из пенобетона и здания из оцилиндрованного бревна.

Важнейшей характеристикой свайно-винтовых опор для фундамента являются толщина стенки и коррозионная стойкость материала. У свай, изготовленных традиционным сварным способом, толщина стенки редко превышает 5-6 мм, поэтому максимальная нагрузка не более одной тонны. Сварные сваи используют для малозначимых и ненагруженных объектов. Для полноценных жилых домов из газо и пенобетона используют литые трубчатые корпуса с толщиной стенки до 12 мм. При диаметре в 108-133 мм вес корпуса свайно-винтовой опоры достигает почти 30 кг, но такая свая способна легко выдержать нагрузку в 6 т.

Шнеки и винтовые наконечники

Корпус опоры при установке работает только на скручивание, то лопастной наконечник оказывается в еще более сложно нагруженном состоянии. Поэтому основной вид поломки опор свайно-винтового фундамента — это разрушение и отрыв лопасти. Причин может быть несколько, чаще всего нерасчетный режим погружения сваи или удар о твердую преграду, например, камень или металл. 50% разрушения свайно-винтовых опор является низкое качество сварочного шва. Вместо аргонно-дуговой используется сварка под слоем флюса или обычная ручная, с плавящимся электродом, применяется металл с низкой свариваемостью.

Опасность разрушения винтового наконечника сваи обусловлена еще тем, что практически вся вертикальная нагрузка, воспринимаемая свайно-винтовым фундаментом под действием веса здания, передается на грунт через лопасти свай. И нагрузка эта не всегда статическая, чаще всего на основание действует знакопеременная сила из-за сил пучения, ветра, перераспределения сил внутри грунта. Аварии и обрывы винтовых свай заставили производителей искать способ, как укрепить свайно винтовой фундамент.

Решение проблемы было найдено в изменении технологии. Современные свайно-винтовые опоры тяжелого класса с диаметром трубы более 100 мм оснащаются литыми режущими шнеками. Мало того, для увеличения прочности использовалась технология вакуумного переплава относительно недорогой конструкционной стали Ст25 и последующей отливки в керамическую оболочку.

Благодаря усовершенствованному техпроцессу получается точная деталь без дефектов и единого сварочного шва, с толщиной лопасти в 10-13 мм. Для сравнения толщина обычной сварной лопасти всего 5 мм. Литой шнек осаживается на трубу по предварительно проточенному пояску, что обеспечивает полное совпадение осевых трубы и наконечника. Почему это так важно, будет понятно дальше, при рассмотрении особенностей монтажа свайно винтового фундамента.

В результате получается свайно винтовая опора, которую можно вворачивать даже в каменистый грунт, с большим количеством мелкого камня или даже перемешанный со строительным мусором. При этом срок службы свайно винтового фундамента, при соблюдении правил установки, по оценкам специалистов, легко может достигнуть ста лет, тогда как сварные сваи редко выстаивают более 25 лет. Понятно, что качественный прорыв в процессе изготовления свайно-винтовых опор привел к появлению на рынке огромного количества низкокачественных подделок.

Углеродистую сталь подвергают термической нормализации и закалке в эмульсии, что обеспечивает твердость и износостойкость режущей кромки, чего нет и быть не может у подделок. Обычно подделку сваривают и плакируют покрытием под литье. Стоимость упрочненной свайно-винтовой опоры заводского фирменного изготовления примерно на 40% выше, чем на сварные кустарные изделия, поэтому подделок на рынке в разы больше, чем оригинальных свай.

Преимущества и недостатки свайно-винтовых фундаментов

Массовое использование в малоэтажном строительстве свайного винтового фундамента, особенно на сложных грунтах с большим количеством влаги и переменной несущей способностью, сформировало достаточно большой опыт его использования, со всеми недостатками и очевидными преимуществами.

Чем хорош свайно-винтовой фундамент

Общая статистика и отзывы владельцев показывают, что выбор в пользу свайно-винтового варианта фундамента для частной постройки, дома или бани был сделан исходя из следующих соображений:

  • Свайно-винтовое поле фундамента можно установить за пару дней, и в большинстве случаев даже собственными силами, без применения специальной техники или выполнения трудоемких земляных работ;
  • Применение свайных опор позволяет приступить к возведению каркасно-щитовых, брусовых или пенобетонных зданий уже на следующий день, без месячной выдержки, как в случае бетонных фундаментов;
  • Металлический свайно-винтовой фундамент не боится влаги и не проводит влагу, поэтому идеально подходит для строительства зданий из дерева, щитов, СИП панелей и вспененных материалов.

Кроме того, расчет фундамента на свайно-винтовых опорах выполняется проще, а результат нагружения более предсказуем, так как прочностные характеристики и поведение металла под нагрузкой хорошо изучено и гораздо более прогнозируемо, чем армированный ленточный бетон или железобетонные сваи. Еще одним плюсом является то, что заменить или отремонтировать металлическую сваю гораздо проще, чем бетонную опору.

Некоторые специалисты отмечают хорошую приспособляемость свайно-винтового фундамента к неравномерной нагрузке, когда наряду с вертикальным давлением от веса здания появляется горизонтальная составляющая. Заглубленная на расчетную глубину, тонкая металлическая труба с широким наконечником в основании имеет возможность отклоняться от вертикальной оси, даже если ее залили бетоном. Всего на несколько градусов, но этого достаточно, чтобы любая нагрузка на свайно-винтовой фундамент распределялась по всем опорам более-менее равномерно.

Для бетонных конструкций такая ситуация более опасна, часть опор свайно-винтового фундамента могла быть выдавлена силами пучения, тогда как некоторые элементы остаются в перегруженном состоянии, например, при использовании брусового ростверка.

Главный страх всех свайных фундаментов — силы пучения грунта при низких температурах. Среди застройщиков бытует немало мифов о том, как может быть оборвана винтовая свая расширяющимся льдом. На самом деле прочность стальной трубы достаточно велика, чтобы ее оборвало льдом. Предел прочности СТ25 составляет 400-500 Мпа, что на несколько порядков меньше удельной нагрузки, создаваемой льдом.

Мало того, при сильном обжатии часть льда и грунта переходят в полужидкое состояние, поэтому каша изо льда и грунта больше скользит по поверхности свайно-винтовой опоры, чем выталкивает ее. Если утепление свайно винтового фундамента выполнено по всем правилам, наконечник опирается на более теплые глубокие пласты, то нет и повода беспокоиться о пучении грунта вокруг стальных труб.

Разумеется, у свайно винтового фундамента есть плюсы и минусы, поэтому было бы неправильным не упомянуть о недостатках использования трубчатых винтовых свай.

Минусы конструкции свайно-винтовых опор

Главным отрицательным моментом использования металлических свайно-винтовых опор является их высокая цена. Цена на рядовой винт диаметром 89 -108 мм составляет 900 руб., винтовые сваи из трубы НКТ с литым наконечником обойдутся в 1500 руб., из нержавейки – все 4000 руб. Затраты на изготовление свайно-винтового фундамента из геошурупов и поля из буронабивных свай будут примерно на одном уровне. А если в проект заложить использование литых труб, то свайный фундамент получится даже дороже, чем обычная малозаглубленная лента.

Кроме стоимости, в перечень минусов свайно винтового фундамента входят:

  • Интенсивное разрушение металла в коррозионно-активной среде;
  • Потребность в точно дозированном усилии вворачивания и осадки свайно-винтовой опоры;
  • Высокая теплопроводность металла требует решения вопроса, как утеплить свайно винтовой фундамент.

Наиболее важной из перечисленных проблем является антикоррозионная защита металла, находящегося в грунте с повышенным содержанием влаги и активных веществ. Это давняя проблема всех стальных коммуникаций подземного типа. Свайно-винтовые опоры за более чем столетний период их использования пытались изготавливать из чугуна, кованного метала, легированных и нержавеющих сплавов, использовать цинковые и алюминиевые покрытия, защитные краски и лаки, но проблема считается не решенной.

К сведению! Если дома на свайно винтовом фундаменте находятся ближе 50-70 м к трансформаторным подстанциям или высоковольтным системам передач, электрогенерирующим установкам, то использовать металлические сваи нельзя, так как винтовые опоры будут достаточно быстро разрушены электрохимической коррозией и блуждающими токами.

Недостаточно эффективное сопротивление коррозионным процессам заложено в природе свайно-винтовых опор. Даже при оксидировании или цинковании металлической поверхности, не говоря уже о лакокрасочных покрытиях, металл все равно ржавеет во влажной среде. Вопрос только в скорости ржавления. Кроме того, при вворачивании винтовых опор поверхность трубы и наконечника скользит относительно грунтовых масс, в результате песок, мелкий гравий и камни сдирают защитное покрытие, даже цинк и окисную пленку, словно абразив.

Единственным покрытием, показавшим неплохие результаты, считается двухслойная защитная пленка из алюминия с окисленной поверхностью, но стоимость нанесения такой защиты сопоставима с ценой самих свайно-винтовых опор. Если в ближайшее время проблема коррозионной защиты будет решена, то свайно-винтовые фундаменты с литыми наконечниками в малоэтажном домостроении напрочь вытеснят бетон.

Расчет фундамента на металлических сваях

Применение фундамента на свайно-винтовых опорах требует как минимум продуманного планирования, расчета и геологической пробы. Даже если предварительное обследование поверхности грунта и изучение выходов пластов на ближайших к участку низинах не дают оснований сомневаться в несущей способности грунта, все равно потребуется выполнить проверку несущей способности пластов на заданной глубине.

Планирование схемы фундамента

Разработка конструкции свайно-винтового фундамента обычно начинается с выполнения грунтовой пробы. Зная максимальную глубину промерзания в данной местности, необходимо выполнить бурение минимум в 3-х равноудаленных точках на участке. После того как будет получен образец, специалист по составу грунта может дать оценку его несущей способности.

Далее нужно выбрать предварительную схему расстановки свайно-винтовых опор. Фундамент на стальных трубах выполняется по одной из приведенных схем:

  • Одиночные сваи – используются для опор навесов и козырьков над входом в дом;
  • Линейное или рядное расположение, применяется для обустройства свайно-винтовых фундаментов для террас, веранд или пристроек к дому;
  • Расположение свайно-винтовых опор по периметру и под несущими стенами здания;
  • Свайное поле. В этом случае практически вся подошва или основание здания равномерно заполняется винтовыми сваями.

Для того чтобы предварительно выбрать схему расстановки винтовых опор, можно использовать приблизительную оценку несущей способности свай, рядовая опора в 76 или 89 мм способна выдержать до 2 т нагрузки, более тяжелые трубы в 108 мм и 133 мм выдерживают по 2800-6000 кг.

Расчет количества точек опоры

Чтобы выполнить более точный расчет свайно винтового фундамента, первоначально потребуется обсчитать вес здания, учитывая все элементы конструкции, внутреннее наполнение мебелью, бытовой техникой, и даже массу снежного покрова на крыше. Полученное значение умножают на коэффициент запаса, так как любой свайно-винтовой фундамент всегда строится с запасом по несущей способности.

Полученный вес делится на величину нагрузки для конкретного размера винтовой сваи. В результате получается, что для свайно-винтового фундамента требуется от 30 до 50 свай. Далее на чертеже фундамента наносят точки установки свай так, чтобы среднее расстояние между опорами составляло 2,5-3 м. Если количество точек слишком большое, то нужно выбрать конструкцию винтовой сваи с более высокой несущей способностью.

На последнем этапе необходимо выполнить проверочный расчет свайно-винтового фундамента по несущей способности грунта. Для каждого варианта грунтовой смеси давно определены максимальные нагрузки или выдерживаемое грунтом удельное статическое давление. Так как размер винтовой сваи, а именно – диаметр наконечника уже известен по результатам предварительного расчета, остается перемножить площадь лопастей шнека одной опоры на их количество. Общий вес дома делят на полученную площадь поверхности основания винтовых свай и сравнивают с удельным давлением, которое может выдержать грунт.

Для логического завершения расчета потребуется выбрать вариант обвязки оголовков винтовых свай. Под небольшие каркасные постройки используется обвязка свайно винтового фундамента брусом. Более тяжелые здания из пенобетона требуют укладки швеллера или двутавра. Для привязки швеллера к винтовой опоре в трубу заливают бетон и устанавливают закладную анкерную шпильку. При сборке горизонтальных поперечин приходится потратить немало сил, чтобы на шестиметровом прогоне точно попасть монтажными отверстиями на три шпильки одновременно.

Частники чаще всего предпочитают работать с брусом. Во-первых, уложить обвязку из бруса сечением 100х150 мм на приваренные площадки опор намного проще, чем работать с тяжелым и жестким двутавром или швеллером. Во-вторых, укрепление свайно винтового фундамента с брусовой обвязкой выполняется за пару часов, тогда как с металлом приходится тратить не менее двух дней на обрезку и подъем швеллера домкратом.

Установка винтовых свай

Процесс строительства свайного винтового фундамента всегда начинается с уборки строительной площадки, нужно освободить ее от мусора и верхнего слоя плодородного грунта. По сути, выполняют планирование и выравнивание территории. Грунт с большим содержанием органики, траву и корни убирают до открытия нижнего слоя суглинка.

Если на будущей подошве свайно-винтового фундамента имеется уклон, то процесс разметки лучше выполнять с помощью нивелира и лазерного уровня, это упрощает работу, так как нужно будет обеспечить одинаковое заглубление винтовых свай, и одновременно должен остаться достаточный запас высоты трубы с оголовком, чтобы обрезать опоры в одной горизонтальной плоскости.

Технология вворачивания свай

Наиболее ответственный этап строительства свайно-винтового фундамента — это вворачивание винтовых опор. В теории можно установить опоры свайно-винтового фундамента своими руками. Максимальный размер наконечника, который можно вручную завернуть в грунт, составляет 300 мм. Больший размер заглубляют только с помощью тракторного или автомобильного станка. Но даже для сваи со шнеком в 30 см потребуется приварить усиленный оголовок и использовать рычаги по 2,5-3 м длиной.

Основная сложность при вворачивании свайно-винтовой опоры состоит в том, что требуется выдержать строго вертикальное положение шурупа. Если учесть, что момент вращения на вороте может достигать несколько сот килограммов, то становится понятно, что выдержать вертикаль даже бригадой из двух-трех человек не так просто. Особенно, если наконечник приварен к трубе не соосно. Чаще всего такие винтовые конструкции ломаются до того, как будет достигнута расчетная точка заглубления.

Поэтому установка свайно винтового фундамента должна выполняться как минимум четырьмя работниками. Одна пара вращает ворот, вторая контролирует положение опоры в двух перпендикулярных плоскостях.

Чтобы облегчить тяжелую работу, перед заглублением пробивают мотобуром каналы меньшего диаметра на глубину 120-150 см. После того как часть грунта удалена, завернуть винтовую опору в грунт значительно проще, а на несущую способность трубы это не влияет. Если грунт слишком сухой, то в полость заливают небольшое количество воды с глиной. Так можно снизить усилие на вороте как минимум вдвое.

При вворачивании свайного фундамента с помощью станка необходимо контролировать усилие вращения, а после установки принято проверять несущую способность винтовой опоры.

После того как все винтовые опоры были установлены, по нивелиру размечают плоскость будущей обвязки, линию переносят на трубы, после чего оголовки обрезают, внутреннюю полость заливают бетоном и закладывают анкерный крепеж. Если высота труб свайно-винтового фундамента превышает 50 см, между столбиками наваривают диагональные распорки или подкосы.

Доводочные операции на свайно-винтовом фундаменте

На завершающем этапе строительства переходят к утеплению и отделке цоколя свайно винтового фундамента. Нижний венец стены, как правило, получается поднятым над грунтом на высоту от 30-70 см, поэтому поверхность грунта под зданием без утепления цоколя свайно винтового фундамента легко промерзает. Помимо того, что теряется драгоценное тепло, поднимающийся вследствие пучения грунт обдирает защитное покрытие на поверхности свайно-винтовых опор. Поэтому перед тем как закрыть цоколь в свайно винтовом фундаменте, сваи нужно утеплить, можно отсыпать грунт вокруг опор керамзитом или настелить плиты пенополистирола. Слой утеплителя обязательно засыпается песком или мелким гравийным отсевом.

Вариантов отделки цоколя свайно винтового фундамента может быть несколько. Наиболее простой заключается в установке обрешетки из досок и бруса и облицовки цокольного пространства панелями сайдинга, водостойкой фанерой или аналогичными материалами. Панели не должны доходить до уровня грунта на 7-10 см. Щель необходима, чтобы избежать обрыва декоративной облицовки поднимающимся зимой грунтом.

Чтобы через щель не проникали грызуны, снег и дождевая вода, нижнюю кромку закрывают составной отмосткой. Лучше всего использовать песчаную или гравийную отсыпку по уложенным на грунт плитам экструдированного ППС, с дальнейшим мощением тротуарной плиткой. Монолитные варианты отмостки свайно-винтового фундамента из бетона или асфальта применяют редко, так как пучение грунта приводит к образованию многочисленных трещин и наколов.

Заключение

В совокупности рассмотренной информации может показаться, что недостатки свайно винтового фундамента делают использование винтовых металлических опор целесообразным только для подсобного строительства, всевозможных беседок и навесов. Но тяжелые свайно-винтовые опоры широко используются для обустройства фундаментов в климатических зонах, где глубина промерзания достигает 1,8-2 м. В этом случае свайно-винтовой фундамент получается дешевле и надежнее, чем ленточный и тем более плитный. Единственным существенным недостатком остается невозможность постройки полноценного подвального помещения.

Отправить комментарий

Рубрики
Кто вы?
Adblock detector