Винтовые сваи

Винтовые сваи - тип свай, залубляемых в грунт методом заивнчивания. Винтовые сваи состоят из ствола и лопасти (или нескольких лопастей). Изготавливаются из литых или сварных деталей.

Свайное фундаментостроение было известно с древних времен. Материал, из которогт изготавливались сваи совершенствовался со временм, а способустановки оставался прежним, их забивали в грунт. Переворот в этой области совершило изобретение под названием "Винтовая свая", запантенованного в 1833 году инженером-строителем Александром Митчеллом (1780-1866). За это достижение он получил медаль Телфорда и членство Института гражданских инженеров.

Применение

Винтовые сваи находят применение в самых разных сферах строительства. Фундаменты этого типа используют для возведения:

- капитальных сооружений;

- объектов индивидуального жилищного строительства

- гидротехнических объектов на обводненных грунтах (причалы, мосты и т.п.);

- ЛЭП и мачт;

- ангаров и складов;

- промышленных теплиц;

- шумозащитных экранов, ограждений, рекламных щитов.

С помощью винтовых свай осуществляют реконструкцию зданий и дорог, укрепляют и усиливают монолитные фундаменты на сложных грунтах. Фундаменты на винтовых сваях популярны в качестве оснований для временных сооружений (торговых павильонов, аттракционов и т.п.), заборов, террас, беседок и других объектов, в том числе требующих высокого уровня надежности и изготовления в сжатые сроки.  Отсутствие шума и вибрации во время установки делают винтовые сваи незаменимыми при работе в условиях плотной городской застройки.

Винтовой фундамент может применяться на любых, даже самых сложных грунтах - пучинистых, многолетнемерзлых, слабых и обводненных. Его установка не требует масштабных земляных работ и не зависит от погодных условий.

Широкий спектр применения обусловлен особенностями установки сваи. Винтовая свая вкручивается в грунт подобно шурупу. Прорезав неустойчивые слои, ее лопасти достигают плотных малосжимаемых грунтов, благодаря чему и достигается высокая несущая способность.

Применение винтовых свай нежелательно без представления об основных особенностях грунта на участке застройки. Это позволяет правильно подобрать модификацию свай, их длину и количество. Так, при наличии вечномерзлых, крупнообломочных или техногенных грунтов применяются сваи с литым наконечником, в то время как в торфах и водонасыщенных грунтах лучше использовать двухлопастные сваи и так далее.

Установка винтовых свай производится при помощи гидравлических механизмов, в отдельных случаях - вручную. 

Классификация винтовых свай

Типоразмеры (характеристики) винтовых свай - это совокупность технологических и конструкционных особенностей. Различные типы свай предназначены для работы в разных условиях, в зависимости величины нагрузки на фундамент и особенностей грунта. Применение разных типов свай необходимо даже в пределах одного объекта - на один фундамент, как правило, воздействуют неоднородная нагрузка, отличающаяся под ответственными узлами сооружения, под несущими и ненесущими стенами, лагами пола и т.п. Это обеспечивает равномерное распределение запаса прочности и как следствие - увеличение долговечности.

Классификация по размеру лопасти

Диаметр лопасти винтовой сваи может превосходить диаметр ствола более чем в 1,5 раза (широколопастные сваи) и менее чем в 1,5 раза (узколопастные сваи).

Широколопастные винтовые сваи эффективны в дисперстных грунтах, грунтах с невысокой несущей способностью вследствие большей площади опирания.

Узколопастные сваи используются в особо плотных сезоннопромерзающих и вечномерзлых грунтах. За счет меньшей ширины лопасти риск её деформации при установке снижается, а надежная фиксация винтовых свай обеспечивается плотностью грунта.  

Классификация по количеству лопастей

Сваи с одной лопастью (однолопастные) и сваи с двумя и более лопастями (многолопастные).

Однолопастные сваи возможно использовать только в грунтах с достаточно высокой несущей способностью, при этом стоит учитывать особенность данной модификации свай - уход в «срыв» при достижении критической нагрузки.

Многолопастные сваи могут быть использованы в самых разных, в том числе слабых грунтах. Они не только показывают высокую несущую способность, но и более устойчивы при различных видах нагрузок : вдавливающих, выдергивающих или горизонтальных, что достигается включением в работу ствола околосвайного массива грунта.

Увеличение числа лопастей позволяет сваям воспринимать большие нагрузки при меньшем диаметре трубы, жесткость ствола в этом случае обеспечивается за счет трубопроката достаточной толщины. Максимальная эффективность многолопастных винтовых свай достигается моделированием оптимального расстояния между лопастями, шага и угла их наклона, которые являются расчетными величинами.

Классификация по типу наконечников

Наконечники сваи могут быть литыми или сварными.

Литые наконечники винтовых свай меньше подвержены деформации - их использование уместно в крупнообломочных грунтах, грунтах с природными и техногенными включениями, особоплотных и многолетнемерзлых грунтах, а также в крупных гравелистых песках. Литой наконечник способен разрушить препятствие, не деформировавшись. В иных почвах целесообразнее применять сварные наконечники, прочность которых обеспечивается качеством изготовления, толщиной и маркой стали. Применение литого наконечника в стандартных условиях оправдано в случае использования сопоставимой толщины металлопроката .

Классификация по величине воспринимаемых нагрузок

Винтовые сваи также можно условно подразделить на предназначенные для малых или больших нагрузок. Стоит уточнить, что диаметр ствола как параметр для классификации свай по нагрузкам, вопреки общепринятому мнению, имеет решающее значение лишь для широколопастных свай больших длин и диаметров (более 6 м и свыше 159 мм) и узколопастных свай.

Винтовые сваи для малых нагрузок представляют собой однолопастные сваи с диаметром лопасти до 500 мм, толщиной лопасти до 6 мм и толщиной стенки ствола до 4,5 мм, равно как и многолопастные сваи с диаметром лопасти до 300 мм, толщиной лопасти до 5 мм и толщиной стенки ствола до 3,5 мм. Они применяются при возведении объектов индивидуального жилищного строительства и сопоставимых по нагрузкам промышленных объектов. В случае увеличения нагрузки или плотности грунтов их применение допустимо при условии использования металлопроката большей толщины.

Большие нагрузки (строительство крупных гражданских и промышленных объектов) выдерживают однолопастные сваи с диаметром лопасти более 500 мм, толщиной лопасти более 6 мм и толщиной стенки ствола более 4,5 мм, а также многолопастные сваи с диаметром лопастей более 300 мм, толщиной лопасти более 5 мм и толщиной стенки ствола более 3,5 мм. Разница в толщине металла обусловлена значительным изгибающим моментом, который требует большей конструктивной жесткости. Увеличение этого параметра рекомендуется при использовании винтовых свай в более плотных и агрессивных грунтах.

Классификация по толщине металлопроката

Толщина стенки ствола подразделяет сваи на тонкостенные (до 3,5 мм включительно), средней толщины (более 3,5 мм) и толстостенные сваи (6 мм и более). Оптимальный выбор зависит от величины нагрузки и степени агрессивности грунта, которые определяются на стадии проектирования с учётом данных, полученных в ходе проведения замеров коррозионной активности грунта. 

Это справедливо и для толщины лопасти, которая подбирается для каждого объекта индивидуально. Сваи с лопастями толщиной до 5 мм включительно используются для возведения легких или временных сооружений. При строительстве долговременных зданий, крупных гражданских и промышленных объектов рекомендованы сваи с лопастями толщиной от 6 мм и выше.

Классификация по марке стали

Марка стали, используемой для изготовления винтовых свай также зависит от агрессивности среды. При слабой агрессивности допускается использовать марку Ст3, средняя требует повышения марки до Ст20, а в сильноагрессивных грунтах применяются марки 30 ХМА и 09Г2С.  

Классификация по типу антикоррозийного покрытия

Защита винтовых свай от коррозии осуществляется несколькими путями, наиболее эффективным из которых является увеличение толщины металла и использование качественного сырья. Нанесение покрытия при условии сохранения его целостности позволяет лишь снизить негативное атмосферное влияние на надземную часть сваи и участок, эксплуатируемый на границе двух сред - воздуха и почвы. Наиболее распространёнными в настоящее время являются полимерные, полиуретановые, эпоксидные покрытия, а также горячее и холодное цинкование. Каждое из перечисленных покрытий имеет свои особенности.

Полимерное покрытие металлов

Достоинства: прочное, износоустойчивое, высокая адгезия к поверхности.

Недостатки: сложность нанесения на поверхность, имеющую неровности (сварные швы, стыки и выемки), с вероятным последующим возникновением сколов и развитию точечной коррозии.

Двухкомпонентное покрытие на основе полиуретановых смол:

Достоинства: прочность, высокая адгезия на неровных участках, стойкость при контакте с абразивным материалами, в условиях агрессивной среды и резких температурных перепадов.

Недостатки: сложность нанесения в «кустарных условиях», снижение адгезии при избыточной толщине слоя.

Эпоксидное покрытие

Достоинства: простота нанесения, сравнительно низкая стоимость.

Недостатки: эластичность снижена по сравнению с иными видами покрытия, излишнее водопоглощение, недостаточная ударопрочность.

Холодное цинкование

Достоинства: простота нанесения, сравнительно низкая стоимость.

Недостатки: крайне низкий уровень адгезии.

Горячее цинкование

Достоинства: по уровню адгезии превосходит полимерное покрытие. Экологично.

Недостатки: сложность нанесения на неровные участки; имеет значительные ограничения по области применения (водородный показатель среды pH не ниже 3 и не выше 11; удельное сопротивление грунта не менее 50 Ом*м, СП. 28.13330.2012).

Достоинства

Быстрая установка фундамента. Объект сдается на 15-30% быстрее, чем с бетонным фундаментом.
Возможность использовать на болотистых грунтах, грунтах с высоким уровнем подземных вод, просадочных грунтах.
Возможность полностью отказаться от земляных работ и не выравнивать участок.
Возможность проведения работ в непосредственной близости к подземным коммуникациям, деревьям или в условиях плотной городской застройки.
Винтовые сваи сразу после завинчивания готовы к восприятию полной проектной нагрузки.
Инженерные коммуникации можно проектировать параллельно со строительством дома.
Работы можно выполнять в любое время года.
Высокая ремонтопригодность.
Возможность повторного использования винтовых свай.
Отсутствие вибрации при заглублении.
Все работы, при необходимости, могут производиться вручную.