Винтовые сваи: применение, плюсы и минусы

Винтовые сваи — лучший вариант при возведении домов и иных объектов на участках со слабым грунтом и в условиях сурового климата. С их помощью снижается воздействие отрицательных свойств, продлевающих срок службы. Определиться с определенным видом свай для фундамента можно в соответствии с показателями зданий и условий его строительства.

Особенности применения свайных фундаментов

Идея установки сооружений на сваях не новая, технология известна людям уже несколько столетий, но на новый виток развития она вышла во второй половине девятнадцатого века, когда вместо деревянных стоек начали использовать забивные, набивные и винтовые конструкции, выполненные из комбинации стали и бетона. Свайный фундамент имеет свою чёткую специализацию, некорректно было бы говорить о его преимуществах перед другими вариантами организации основания дома и сравнивать их по каким-либо характеристикам. В условиях, для которых он разрабатывался, свайный фундамент не имеет конкурентов, его невозможно надёжно заменить иной конструкцией. Сваи могут использоваться на любых типах грунта, кроме, пожалуй, скальных пород и оснований с очень сильными горизонтальными подвижками, однако, технологически и экономически целесообразно применять их:

  • для строительства зданий на участках с высоким уровнем грунтовых вод;
  • там, где верхние слои естественного основания характеризуются слабой несущей способностью (торфяники, плавуны), тогда как плотные грунты расположены довольно глубоко;
  • при большой глубине промерзания (северные широты, вечная мерзлота);
  • на крутых склонах;
  • если масса строения слишком велика (например, многоэтажные здания из тяжёлых материалов).

Если рассуждать о технологических и функциональных особенностях свайных фундаментов, то тут можно сформулировать следующие пункты, многие из которых логически следуют один из другого:

  • Универсальность и вариативность (огромное количество технических решений, всегда есть выбор для любых условий).
  • Большая несущая способность.
  • Практически не нужен ручной труд (допустима полная механизации процессов).
  • Индустриализация (возможно использование элементов, полностью изготовленных в заводских условиях, минимизирован «человеческий фактор»).
  • Высокая скорость возведения.
  • Возможность строить в любое время года.
  • Полное отсутствие или минимизация земляных работ.
  • долговечность (особенно применимо к железобетонным конструкциям).
  • относительная экономичность (небольшая материалоёмкость — сниженное потребление бетона, нет необходимости изымать и перевозить большие массы земли).

Дом на сваях – фантазии или реальность?

Можно ли использовать свайный фундамент для постройки жилого дома? Надо сказать, что встречаются некоторые строители, которые категорически не советуют этого делать, отдавая предпочтение ленточной, столбчатой или плитной основе под дом. Такие мастера считают, что сваи больше подходят для хозяйственных построек или легких дачных домиков.

Однако, нужно напомнить, что существуют целые города, дома которых установлены исключительно на сваях, и стоят они не одно десятилетие. Практика использование таких фундаментов доказала, что они вполне могут служить надежной основой даже для массивных домов.

Кстати, с помощью винтовых свай можно сделать не только фундамент или подъем/перенос дома, но также полную замену фундамента или его частичную реконструкцию!

Конечно же, вряд ли будет разумно в условиях нашего климата громоздить двухэтажный каменный особняк на свайный фундамент, хотя и это, наверное, не является совсем уж невозможным делом. И все же в частном строительстве обычно его выбирают для деревянных или каркасных построек с крышей, покрытой легким кровельным материалом.

Нередко, в силу пересеченности рельефа или других особенностей местности, свайный фундамент становится единственным приемлемым решением

В некоторых случаях свайные фундаменты являются и вообще единственной возможностью возвести на участке дом, например, если строительство намечается на участке сильнопересеченной или постоянно заливаемой весенним паводком местности.

В пользу применения подобной конструкции говорит и то, что такие варианты фундаментов применялись в строительстве с древности, только ранее в качестве свай использовались специально подготовленные для этой цели бревна. Поначалу сваи просто забивали в грунт, и только в начале XIX века был изобретен винтовой способ установки.

Винтовые опоры на первых порах использовались для обустройства причалов, но затем сфера их применения стала расширяться. Так, например, именно винтовые сваи были применены в качестве фундамента при постройке маяка, который возведен в Великобритании на нестабильном грунте Темзы.

Первый маяк, построенный на винтовых сваях – «Мэплин Сэндс»

С начала XX века строительство на свайных фундаментах приобрело «второе дыхание». Этому способствовало появление новой техники для точного и глубокого вбивания свай, что значительно ускоряло работу по возведению оснований для дальнейшего возведения зданий. В 50-х годах началось активное использование механического оборудования для ввинчивания свай, что дало еще один толчок такой сфере строительства, как промышленного, так и индивидуального.

Очень широко этот способ обустройства фундаментов стал применяться в военном строительстве, так как путем комплексных исследований было доказано, что такие конструкции надежны, долговечны и подходят для применения на многолетнемерзлых, пучинистых и обводненных грунтах – одним словом, ограничений по их использованию практически не существует.

Первой отечественной научной разработкой, официально принятой в качестве стандарта для строительных работ, стал подготовленный в 1955 году на основе многолетних экспериментов труд – ТУВС-55 («Технические указания по проектированию и устройству фундаментов, опор мостов на винтовых сваях»). Многие его положения перетекли и в современные строительные нормы и правила.

Читайте также:  Винтовой фундамент своими руками (видео)

Процессы, происходящие в грунте при работе свай под нагрузкой

Вертикальная нагрузка, воспринимаемая висячей сваей, передается на грунт через ее боковую поверхность и нижний конец. В результате в грунте вокруг сваи возникает напряженная зона, имеющая сложное криволинейное очертание.

Эпюра вертикальных нормальных напряжений sZ на уровне нижнего конца свай имеет выпуклую форму. Принято считать, что напряжения sZ распределяются по площади, равной основанию конуса, образующая которого составляет со сваей угол a, зависящий от сил трения грунта по его боковой поверхности.

При редком расположении свай в кусте напряженные зоны грунта вокруг них не пересекаются и все сваи работают не зависимо, как одиночные. При небольшом расстоянии между сваями (как показали опыты менее 6d, где d – диаметр сваи) происходит наложение напряжений, вследствие чего давление на грунт в уровне нижних концов свай возрастает. Одновременно с увеличением давления под кустом свай формируется и значительно большая, по сравнению с одиночной сваей общая активная зона сжатия грунта. Вследствие этих двух причин при одинаковой нагрузке осадка сваи куста при совместной работе свай будет всегда заметно превышать осадку одиночной сваи.

Что касается несущей способности свай куста, то, с одной стороны, дополнительное уплотнение грунта, вызванное забивкой соседних свай, приводит к ее увеличению, а с другой стороны – осадка грунта межсвайного пространства в результате совместной работы свай приводит к ее уменьшению, поскольку снижаются силы трения по боковым поверхностям свай. Опыты показывают, что в глинистых грунтах, а также мелких и пылеватых песках несущая способность сваи в кусте, как правило, уменьшается по сравнению с несущей способностью одиночной сваи, а в песках крупных и средней крупности – увеличиваются. Описанные следствия совместной работы свай в кустах принято называть кустовым эффектом.

Лекция №8. Расчет несущей способности свай при действии вертикальных нагрузок

Сваи-стойки. Поскольку потеря несущей способности сваей-стойкой может произойти либо в результате разрушения грунта под ее нижним концом, либо в результате разрушения самой сваи, ее расчет на вертикальную нагрузку проводится по двум условиям: по условию прочности материала ствола сваи и по условию прочности грунта под нижним концом сваи. За несущую способность сваи в проекте принимается меньшая величина.

По прочности материала сваи рассчитываются как центрально сжатые стержни, жестко защемленные в грунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l1, определяемом по формуле

l – длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м; ae – коэффициент деформации, 1/м, определяемый по приложению 1 СНиП

Несущая способность по материалу Fdm наиболее широко применяемых в строительстве ж. б. призматических свай рассчитывается по формуле

где j – коэффициент продольного изгиба; gcb – коэффициент условий работы, зависящий от поперечного сечения и вида сваи по СНиП ; Rb – расчетное сопротивление бетона осевому сжатию в зависимости от его класса по СНиП *, кПа; A – площадь поперечного сечения сваи, м 2 ; ga – коэффициент условий работы арматуры, принимаемый равным 1; Rs – расчетное сопротивление сжатию продольной рабочей арматуры в зависимости от ее класса по СНиП *, кПа; Aa – площадь поперечного сечения арматуры, м 2 .

По прочности грунта под нижним концом сваи несущая способность Fd сваи-стойки определяется по формуле

где gc=1 – коэффициент условий работы сваи в грунте; R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа; A – площадь опирания сваи-стойки на грунт, м 2 .

Расчетное сопротивление грунта R для всех видов забивных свай принимается равным 20 МПа. Для набивных свай, если они опираются на прочную скальную породу, R определяется по формуле

а для свай, заделанных в невыветрелую скальную породу на глубину не менее 0,5 м, по формуле

где Rc,n – нормативное значение предела прочности скального грунта на одноосное сжатие грунта в водонасыщенном состоянии, кПа; gg=1,4 – коэффициент надежности по грунту; ld – глубина заделки сваи в скальный грунт, м; df – наружный диаметр, заделанной в скальный грунт части сваи, м.

Висячие сваи. Расчет несущей способности вертикально нагруженных висячих свай производится только по прочности грунта, поскольку по прочности материала сваи она заведомо выше.

| следующая лекция ==>
Процессы, происходящие в грунте при устройстве свайных ф | Несущую способность висячей сваи Fd определяют по формуле

Дата добавления: 2013-12-13 ; ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Преимущества использования бетонных свай

Дом на бетонных сваях обладает определенными плюсами и минусами, которые нужно изучить до того, как начинать монтаж конструкции.

Основные достоинства бетонных свай:

  • Возможность самостоятельной установки независимо от климата, поры года, погоды
  • Опоры можно устанавливать на любой местности – холмах, равнинах, крутых склонах
  • Сваи подходят для всех типов грунтов, кроме скалистых – в некоторых случаях такой фундамент становится единственной возможностью построить дом
  • Скорость выполнения работ – для реализации задачи понадобится несколько дней
  • Сравнительно невысокая стоимость за счет небольших объемов материалов
  • Высокая несущая способность фундамента – одна свая может выдерживать нагрузку до 40-50 тонн, дополнительно параметр увеличивается ростверком, распределяющим оптимально нагрузку
  • Длительный срок службы – фундамент из бетонных свай гарантирует, что дом простоит минимум 100 лет

Из недостатков стоит выделить такие: наличие определенных ограничений при создании проекта (нет цокольного этажа, подвала), необходимость в привлечении специальной техники в процессе реализации работ, важность проведения качественной геологической разведки, чтобы избежать неприятных сюрпризов и разрушений основания.

Таким образом, рассматривая фундамент на бетонных сваях, плюсы и минусы таких конструкций, можно сделать вывод, что достоинств у них гораздо больше и они являются практически универсальными.

Виды свай

Новая редакция СНИиП, СП выделяет несколько видов бетонных свай. Прежде, чем начинать монтировать фундамент на бетонных сваях своими руками, необходимо тщательно изучить существующие виды и выбрать оптимальный вариант конструкции.

Какие бывают сваи:

  • Вдавливаемые и забивные – стальные, деревянные, из бетона и железобетона. Опоры погружаются в почву без бурения виброударными, вибрационными или ударными машинами. В частном строительстве редко используются.
  • Сваи-оболочки из железобетона вибропогружаемые – сваи погружаются в грунт, потом почва удаляется, а опоры заполняют арматурой и бетонным раствором.
  • Забивные бетонные и железобетонные сваи – их монтируют посредством заливки бетонного раствора в отверстие, выбиваемое в толще грунта.
  • Железобетонные буровые – опоры заливают бетонной смесью в пробуренные заранее отверстия (туда же опускают арматурную конструкцию).
  • Сваи винтовые из стали с оголовками – их делают в заводских условиях, потом устанавливают путем ввинчивания в почву. После того, как сваи установлены в грунт, их заливают бетоном. Чаще всего именно такой вариант выбирают, когда строят фундамент на бетонных сваях для частного дома.

Какие марки бетона используются

Чаще всего заливка свай бетоном выполняется с использованием тяжелых марок М500. Также многое при выборе зависит от типа свай. Буронабивные, забивные железобетонные сваи делают из смеси класса прочности В15, если заливаются железобетонные забивные конструкции, предпочтительнее выбирать раствор В22.5.

Когда  монтируются гидротехнические сооружения, опоры мостов, применяют бетон, превышающий на класс раствор, который использовался для соединения сборных элементов.

Характеристики используемых свай

До начала работ важно изучить не только виды свайных фундаментов, но и основные параметры самих свай, которые бывают разными.

По конструкции и способу установки сваи бывают:

  • Забивные железобетонные – сборные или монолитные конструкции, которые размещаются с использованием прессов, молотов, виброоборудования без предварительной выемки почвы.
  • Оболочковые (пустотелые) сваи – устанавливаются в подготовленные отверстия.
  • Набивные – в отверстие устанавливается арматура и заливается бетонной смесью (именно такой вариант железобетонной сваи своими руками проще всего сделать)

Сваи могут быть разными по типу армирования, размеру, форме, диаметру. Все изделия для фундамента делают из высококачественных стали и бетона.

Каркас армирования может быть ненапрягаемого или напрягаемого типа, стержни располагаются в продольной плоскости. В некоторых случаях могут использоваться мини-сваи бетонные.

Основные параметры свай:

  • Прочность – напрямую зависит от того, какой марки использовался бетон для свай (минимум класс прочности В7.5, для забивных опор обычно составляет В30 и соответствует М400)
  • Уровень морозостойкости – также зависит от используемого бетона, обозначается буквой F
  • Влагостойкость – маркируется буквой W
  • Вес и размеры
  • Несущая способность – напрямую зависит от габаритов, составляет до 60 тонн
  • Тип конструкции и маркировка: С и СЦ обозначают универсальные цельные и составные опоры квадратного сечения, СГ – прямоугольного, СО – оболочки, СК – полые круглые сваи

Недостатки свайной конструкции

Фундамент на сваях имеет не только плюсы, но и минусы.

  1. Проседание. Укладка труб в вечномерзлых и обычных грунтах приводит к проседанию почвы, что становится причиной смещения части дома. Чтобы избежать этого, перед началом строительства проводятся геологические работы для определения возможности укладки свай в данной местности.
  2. Точный расчет. Правильно проведенный расчет и грамотно составленный чертеж – залог длительного срока службы основы здания. Но это и недостатки свайного фундамента. За услуги специалистов придется заплатить. При установке труб делается измерение уровня, чтобы сваи находились на одинаковом расстоянии от земли. Для этого потребуется купить или арендовать прибор, делающий измерения лазерным лучом.
  3. Подвальные помещения. Выбирая фундамент из свай, придется отказаться от монтажа подвальных помещений. Цокольный этаж можно оборудовать при условии ослабления фундамента. В вечномерзлых грунтах и почвах с высоким уровнем вод монтировать подвал не имеет смысла, а при хороших условиях владельцу дома не составит труда оборудовать еще одно помещение.
Читайте также:  Как самостоятельно сделать фундамент из кирпича

Перечисленные минусы важно учитывать при строительстве жилого дома. Составляя чертеж или план, имейте представление о том, что вы желаете увидеть по окончании работ.

Железобетонные сваи

Ж/б сваи различных размеров.

Железобетонные свайные фундаменты могут иметь мо­нолитную и сборную конструкцию. Монолитные в свою очередь изготовляют прямоугольного и квадратного сечения. Размеры квадратных свай варьируются в пределах от 20×20 см до 40×40 см, прямоугольные конструкции обычно обладают размерами сторон 25×50 см или 20х40 см.

Длина сваи определяется без учета размеров заострения и назначается кратной 0,5 м, если речь идет о конструкциях длиной в 3-6 м и кратной 1 м для более длинных свайных систем. Широко используются квадратные сваи, имеющие цилиндрическую полость внутри и размер 25×25 см или 30×30 см при толщине стенки не менее 4 см.

Продольное армирование железобетонных свай выполняется с помощью стальной стержневой арматуры обычно периоди­ческого профиля с диаметром более 12 мм. Поперечное армирование выполняется низкоуглеродистой проволокой или катанкой толщиной более 5 мм. Шаг укладки поперечной арматуры на концах сваи равен 5 см, в середине увеличивают до 10 см. Концы продольной арматуры отгибаются к оси и объединяются в пучок, который в дальнейшем заключается в обойму.

В случаях ведения строительства свайных фундаментов на твердых грунтах заостренная часть усиливается сталь­ным башмаком. Главная часть конструкции, на которую приходится ударная нагрузка при забивке, усиливается 3-мя сетками, размещаемыми на расстояниях 50 мм друг от друга, перпендикулярно оси.

Этапы монтажа

Монтажные работы выполняются по проектной документации после проведения исследования грунта и местности в целом. Участок под застройку очищается от мусора и по возможности выравнивается. Последовательность дальнейшего возведения фундамента такова.

1. На строительной площадке делают разметку согласно ранее разработанному плану. Опорные точки располагаются с интервалом 2-2,5 м. Если увеличить расстояние свыше 3 м, то конструкция потеряет несущую способность.

Читайте также:  Как и чем выполнить утепление фундамента снаружи?

2. Следующим этапом осуществляется выставление периметра. По углам постройки (по периметру) вбиваются колышки, после чего вычисляются диагонали.

3. Первыми вкручиваются угловые сваи. Для облегчения работ выкапываются приямки глубиной 50-70 см. При заглублении конструкций строго соблюдается вертикальность.

Этапы монтажа

4. Далее заглубляются остальные сваи по намеченным контрольным точкам.

5. После установки всех свай выверяется уровень высоты фундамента, а дальше выполняется обрезка излишков трубы.

6. В некоторых случаях для вытеснения кислорода из полости труб производится бетонирование внутренней части сваи. В качестве рабочего раствора применяется бетон марки М-150. Данная технология предотвращает преждевременный износ металла из-за развития коррозии.

7. Завершается монтаж свай привариванием оголовков. Шов от сварки обязательно зачищается и обрабатывается антикоррозийным составом.

Технология

Каждое конкретное решение свайного фундамента имеет свою технологию монтажа. В общем виде устройство свайного фундамента производится в следующей последовательности.

  1. Подготовительные работы. Горизонтальная планировка участка, выноска в натуру осей, разметка местоположения свай.
  2. Погружение свай в грунт. Производится согласно технологии для конкретного типа свай.
  3. Обрубка концов недобитых свай, устройство свайного ростверка.
Технология

Технология устройства свайного фундамента для каждого типа свай описана выше. Следует отметить, что при выборе способа монтажа следует руководствоваться не только экономической целесообразностью, но и опытом проектирования в каждом регионе строительства. Местные проектные институты разработали типовые технологические карты, в которых содержится полная информация по технологии производства работ, составлены графики работы, а также спецификации требуемых машин, механизмов, оборудования и материалов.

Свайный фундамент может стать единственным приемлемым решением для слабонесущих грунтов и сложных геологических условий. В остальных случаях следует руководствоваться принципами экономической и технологической целесообразности. Устройство свайного фундамента может потребоваться для высотных зданий, ответственных или уникальных объектов. Такое решение позволяет повысить надежность основы постройки, предотвратить нежелательные деформации и перемещения.

Несмотря на технологическую сложность, в ряде случаев устройство свайного фундамента может быть экономически оправдано. Устройство свайного фундамента не требует больших объемов земляных и бетонных работ, возведение можно проводить в зимнее время без дополнительных мероприятий. Применение свай может сократить срок выполнения работ. Яркий тому пример – возведение фундаментов коттеджей с применением металлических винтовых свай.

К преимуществам свайного фундамента следует отнести:

  • возможность устройства в особых геологических и климатических условиях;
  • высокая надежность и стабильность фундамента;
  • небольшой объем земляных и бетонных работ;
  • большое количество разнообразных конструктивных и технологических решений.

Однако свайный фундамент имеет ряд недостатков, связанных в основном со сложностью технологии возведения. Среди них:

  • потребность в специальных машинах и механизмах;
  • требуется квалифицированный персонал;
  • существует значительная вероятность возникновения непредвиденных трудностей на стадии возведения.

Также следует отметить, что в большинстве случаев стоимость свайного фундамента будет выше, чем аналогичных фундаментов мелкого заложения.

Типы наконечников

Данные элементы облегчают задачу погружения свай в грунт. Они бывают литые и сварные. Первый вариант по стоимости значительно дороже. Их использование оправдано при проведении работ с плотным грунтом. Имеется в виду вечномерзлый, имеющий значительные включения, возникшие техногенным путем. При помощи такого наконечника легко справиться с возникшими в ходе работ сложностями. При этом наконечник не деформируется.

Сварные наконечники являются эконом-вариантом. Буровая лопасть приваривается на заостренный конец. Для таких свай характерно низкое качество. Считается, что все отрицательные моменты, связанные с винтовыми сваями, относятся именно к этому варианту.

Основная классификация

Существует несколько классификаций свайных фундаментов, но чаще всего используют классификацию по степени заглубления:

  • Низкий ростверк. Закладывается глубже зоны промерзания, снижает негативное воздействие пучиноопасной почвы, переносит вертикальное давление на основание здания.
  • Высокий ростверк. Располагается над поверхностью земли. Такой свайно-ростверковый фундамент востребован при строительстве домов с подвальными помещениями, а также при возведении мостовых опор.
  • Промежуточный ростверк. Лежит на поверхности земли, не заглубляется. Подходит для местностей со спокойными грунтами.
Основная классификация