Глава 2. Конструкция винтовых свай

Конструкция винтовой сваи не представляет собой какое-то слишком сложное инженерное изделие. Однако каждый элемент очень важен с точки зрения ее функциональных возможностей. Винтовая свая, как опора, должна легко ввинчиваться в груз и удерживать достаточно большой вес, особенно если это касается домов, возводимых на свайно-винтовом фундаменте.

1. Элементы винтовой сваи

Винтовые сваи имеют несколько разновидностей, служащих для установки в различные грунты и предназначенных для фундаментов разной мощности. Однако любой вид сваи имеет общие черты. Любая свая состоит из следующих элементов:

– Тело сваи в виде трубы

– Наконечник, обеспечивающий внедрение сваи в грунт

– Лопасть (одна или две), обеспечивающую продвижение сваи в грунт посредством крутящего момента, действующего на сваю

– Оголовок, необходимый для монтажа обвязки свайно-винтового фундамента

Отметим, что оголовки применяются обычно только при установке деревянной обвязки (ростверка) фундамента, тогда как для изготовления металлического ростверка можно обойтись без них.

Рассмотрим подробнее каждый из перечисленных элементов винтовой сваи.

2. Труба как основа сваи

Телом сваи, ее основной частью является металлическая труба. К ней предъявляется ряд требований:

– Труба должна быть бесшовной, так как нагрузки, действующие на сваю, могут разорвать трубный шов. К тому же сварные соединения легче поддаются коррозии

– Для изготовления труб следует использовать трубы по ГОСТ для бесшовных, насосно-компрессорных труб или аналогичных. Самые доступные марки стали – ст20, ст09Г2С. Они обеспечивают хорошую свариваемость труб, легкую резку сваркой и абразивными кругами

– Стандартная длина труб – порядка 2,5—3 метров, что обеспечивает вкручивание на глубину до 2 метров с высотой оставшейся части трубы около 0.5 метра над землей

– Трубы не должны иметь язвенной коррозии

– Особенно тщательно проверяется отсутствие кривизны труб

– Диаметр применяемых для свайно-винтового фундамента труб составляет обычно от 73 мм до 300 мм

– Толщина стенки должна быть не менее 4 мм для труб минимального диаметра.

Для выбора труб под сваи специалисты рекомендуют использовать трубы длиной кратной 3 метрам, чтобы оставалось как можно меньше отходов производства. Если фундамент устанавливается под относительно легкие постройки, типа хозблока или летней кухни, то возможно использование бесшовных труб, бывших в употреблении, желательно после пескоструйной обработки. Она выявит наличие или отсутствие существенной коррозии на поверхности трубы.

При изготовлении свай трубы разрезаются в соответствии с требуемыми размерами.

3. Варианты наконечников винтовой сваи

Наконечник трубы должен облегчить внедрение ее в толщу грунта. Соответственно, он должен быть заострен, подобно гвоздю или шурупу. Существуют несколько видов наконечников труб, при этом форма его практически не влияет на несущую способность фундамента.

Различают следующие виды наконечников:

– Наконечник из самой трубы

– Сварной наконечник

– Крестообразный наконечник

– Приварной литой наконечник

Наконечник из тела трубы представляет собой вырезанные на конце трубы зубцы, сбитые в острие. Он изготавливается следующим образом:

Изготавливается шаблон

– Конец заготовки размечается мелом по шаблону

– По разметке вырезаются зубчатые лепестки

– Лепестки загибаются к центру, который должен совпасть с осью трубы

– Лепестки свариваются друг с другом двойным швом

При изготовлении шаблона следует учесть следующее:

– Чем меньше диаметр трубы, тем меньше можно делать зубцов (для труб до 89 мм в диаметре достаточно 4 лепестков)

– Лепестки должны быть одинаковы по размеру. Окружность трубы должна равняться кратной длине оснований треугольников шаблона

– Высота треугольников зубцов обычно выбирается чуть больше двух диаметров трубы, то есть, для трубы диаметром 73 мм длина острия составит порядка 15—20 см.

Полученное в результате острие в виде конуса, очень удобно в дальнейшем для приварки к нему лопастей.

Для выполнения указанных операций лучше всего использовать плазморез, так как он дает высокую точность резки металла. Впрочем, при невозможности применения дорогостоящего оборудования, можно провести обрезку болгаркой, но это значительно увеличит затратность операции.

Полученная в результате пика достаточно легко справляется с плотными грунтами и способна крошить крупные валуны, а также обходить мелкие камни, встречающиеся в грунте.

Сварной наконечник изготавливается отдельно из треугольников по шаблону, описанному выше, и затем приваривается к окончанию трубы. Такое соединение наконечника с телом трубы значительно менее надежно, чем в первом случае, но изготовление его немного проще. Сваи с таким наконечником можно использовать, если грунты достаточно мягкие.

Следует отметить, что конструкция таких наконечников позволяет навивать лопасть уже в узкой его части.

Крестообразный наконечник отличается способом создания острия. Полученная форма его сходна с жалом крестовой отвертки. Изготовление его производится следующим образом:

– На трубу наваривается круглая заглушка с диаметром, равным диаметру трубы.

– Из листа стали вырезается равнобедренный треугольник, так чтобы острие составляло по длине порядка двух диаметров трубы. Основание треугольника равно диаметру заглушки.

– Изготовленный треугольник приваривается на заглушку

– К основному треугольнику сбоку привариваются ребра жесткости, представляющие собой прямоугольные треугольники, с основание равным радиусу трубы и заглушки

Единственный недостаток крестообразного жала состоит в том, что лопасть приваривается выше пики, что увеличивает усилие ввинчивания сваи.

Приварной литой наконечник изготавливается отдельно от всей сваи. Обычно это изделие промышленного производства, изготовленное методом литься. Оно представляет собой конус с уже имеющимися на нем лопастями.

Использование таких наконечников очень удобно – их достаточно просто приварить к окончанию трубы. К тому же обычно они изготавливаются из высокопрочных марок сталей, и метод их производства способствует тому, что они успешно противостоят разрушению даже в самых сложных грунтах.

Недостатком является общее удорожание сваи, а также необходимость очень качественного соединения наконечника с трубой.

4. Лопасть винтовой сваи

Лопасть свай являются элементом, обеспечивающим превращения крутящего момента в движущий. Существует несколько видов лопастей для винтовых свай и способов их монтажа.

Лопасти могут быть в виде:

– Сплошного винта

– Сборного винта из нескольких заготовок

Сплошной винт составляет один так называемый заход или виток. Он имеет самую высокую конструкционную прочность, но усилие по завинчиванию сваи с таким винтом выше, чем у свай с несколькими витками спирали.

Способ изготовления однозаходной лопасти состоит в следующем:

– Разметка заготовки, представляющей собой шайбу из листового металла

– Раскрой заготовки

– Разводка заготовки – то есть превращение ее в спираль.

Заготовка представляет собой круг с внешним диаметром порядка 15—30 см в зависимости от диаметра трубы под сваю. Внутри большого круга вырезается внутренний круг, диаметр которого равен диаметру трубы. В результате получается плоское кольцо или шайба.

Чтобы придать ей форму лопасти, производят надрез аналогично созданию пружинной шайбы. Его можно выполнить по прямой от центра к диаметру, а можно по специально отмеченной кривой – в зависимости от требуемой формы лопасти.

Для лопасти обычно берется лист толщиной от 3 мм, и его резка требует высокой режущей способности резака. Лучше всего применять плазменную резку, но возможна и газорезка. Наиболее качественные заготовки получаются с использованием лазерной резки металла. Внутреннюю часть кольца рекомендуется тщательно обработать наждаком, что обеспечит более качественное сварное соединение с телом трубы.

Разводка полученной шайбы производится следующим способом. Участок напротив разреза нужно зажать в тиски и разжать концы лопасти – ломиком или монтировкой. Это достаточно ответственная операция – нужно постоянно контролировать форму лопасти, чтобы она впоследствии правильно «села» на тело трубы.

Полученную заготовку в виде лопасти достаточно приварить к телу трубы, выше заостренного конца. Более высокое качество лопасти обеспечивается ее сужением к острию, но это требует вырезания заготовки по специально приготовленному шаблону. Его можно вырезать из плотного картона, подгоняя к трубе. Такой раскрой более трудоемок, но позволяет достичь лучшего результата – свая будет легче вворачиваться в грунт.

Сборный винт составляется из нескольких заготовок. Фактически берется та же заготовка в виде шайбы и разрезается на две части. В результате лопасть не является непрерывной, а как бы составлена из двух полуколец. Их проще приваривать к телу трубы – сначала прихватывается первое полукольцо, после чего к нему и к телу трубы – второе.

Это упрощает работу, но общее соединение становится менее прочным, чем в первом случае.

5. Оголовок для винтовой сваи

Как было отмечено выше, оголовок не является необходимым элементом сваи, если ростверк выполнен из металлических балок или железобетона. Однако в строительстве жилых домов чаше всего применяют деревянную обвязку. Оно требует плоского основания концов свай. Поэтому оголовки в таком случае необходимы.

Оголовок изготавливается достаточно просто:

Труба представлена в виде цилиндра с диаметром чуть больше диаметра тела сваи – так, чтобы его можно было надеть на сваю. Длина отрезков – порядка 10—15 см. На цилиндр наваривается квадратный или круглый лист металла. Получается конструкция в виде шляпки. Особенно тщательно нужно следить, чтобы срез трубы был строго перпендикулярен ее оси.

Как правило, для крепления бруса в оголовках просверливают отверстия под мощные винты – обычно по углам прямоугольника.

Снизу на оголовок навариваются ребра жесткости

Оголовки изготавливаются отдельно от свай и привариваются уже в процессе монтажа фундамента – после выведения общей плоскости.

В целом можно отметить, что конструкция трубы достаточно проста, что позволяет изготовить ее самостоятельно. Такие самодельные сваи подойдут для фундамента к легким, не самым ответственным постройкам. В конце концов, главное для сваи – чтобы она вошла в грунт на достаточную глубину – это обеспечивает 90 процентов ее функциональных обязанностей.

Для строительства жилых домов, а также ответственных конструкций необходимо использовать сваи, изготовленные в заводских условиях.