Глава 2. Различные типы винтовых свай

Свайно-винтовой фундамент требует для своих элементов крепких и надежных опор, которыми являются винтовые сваи. Сегодня на рынке присутствует большое разнообразие винтовых свай, применяемых в зависимости от свойства грунтов и от особенности конструкций, которые будут установлены на фундамент.

1. Выбор труб для винтовых свай

Для изготовления винтовых свай используются бесшовные трубы, диаметр их зависит от расчетной мощности фундамента. Обычно используется бесшовная труба ст20, ст09Г2С и более прочных марок сталей с диаметром от 73 мм, с толщиной стенки от 4 мм. Наиболее ходовыми в строительстве домов не выше двух этаже считаются сваи диаметром 89—108 мм. Более тяжелые конструкции (ангары, мосты, объемные павильоны и т.д.) устанавливаются на сваи большего диаметра – от 133 до 168 и при необходимости выше. Толщина стенок, соответственно, тоже повышается.

Выбор труб для изготовления свай определяется их высоким качеством, прежде всего отсутствием язвенной коррозии и кривизны.

2. Принцип действия винтовой сваи, как опоры

Фундамент на винтовых сваях является одной из разновидностей столбчатого фундамента. Принцип его действия состоит в том, что нагрузки на грунт от веса здания распределяются не по монолитной конструкции, а по отдельным опорным точкам. При устройстве легких конструкций, к которым относятся, в частности индивидуальные каркасные дома, установки опор под расчетные точки бывает достаточно для прочного основания.

Преимущества столбчатого фундамента по сравнению с плитным и ленточным состоит в:

– Экономии материалов, а, как следствие, менее высокой цене

– Снижении общей осадки постройки

– Слабой зависимости от морозной пучинистости грунтов

В то же время винтовые сваи, как опоры выгодно отличаются по свойствам от других видов столбчатого фундамента – кирпичного или бетонного:

– Они не требуют времени на усадку (полное затвердевание бетона длится до 28 дней, а винтовые сваи сразу готовы к работе)

– Монтаж винтовых свай производится значительно быстрее и проще, чем закладка бетонных или кирпичных опор

– Они могут быть заглублены значительно ниже, чем монолитные без использования тяжелой спецтехники, типа сваезабивных машин

– Стоимость их значительно ниже, чем стоимость монолитных столбов

Общий принцип действия винтовых свай, как опор, состоит в следующем. Сваи вворачиваются в землю, благодаря преобразованию крутящего момента в продольное перемещение при внедрении в грунт. Это обеспечивается благодаря заостренному концу наконечника трубы и наличием на ее конце лопасти или своеобразной винтовой резьбы. При вворачивании сваи грунт, разрыхленный лопастью, смыкается и прочно удерживает трубу в вертикальном положении – зазора между трубой и почвой практически не остается. По прочности удержания вкрученная свая уступает только бетонным или трубным сваям, вбитым в землю.

Таким образом, труба уже является прочной опорой для устанавливаемой конструкции. Кроме того, нижний конец трубы опирается на более плотные слои грунта, чем те, что находятся у поверхности. Они препятствуют дальнейшему продвижению трубы вниз при вертикальных нагрузках. Более того, если труба оснащена лопастью, это создает дополнительную опору вследствие наличия нижней горизонтальной площадки. Это значительно повышает сопротивление вертикальным нагрузкам на сваю.

3. Классификация винтовых свай по типу использования

Использование винтовых свай под фундамент имеет достаточно широкий спектр. Их применяют для:

– Строительства домов, а также других менее весомых конструкция, типа бань, гаражей, беседок, хозблков и т. д.

– Возведения заборов

– Под фундамент для массивных металлоконструкций

– Строительства ангаров

– Устройство мостов и понтонов

– Усиления монолитных фундаментов

– Укрепления откосов

– Установки временных сооружений, типа разборных, павильонов, рекламных щитов, опор ЛЭП и т. д.

Особенно большое значение свайно-винтовой фундамент имеет в болотистых местностях, где твердый грунт расположен достаточно глубоко, а также при больших уклонах поверхности под фундамент. Винтовые сваи, например, являются идеальным вариантом для установки домов на склонах.

4. Различие свай по типу наконечников

Рассмотрим подробнее конструкцию винтовой сваи, в частности наконечник, который обеспечивает ее легкое внедрение в грунт.

Прежде всего, нижняя часть трубы может иметь различные формы:

– Заостренный конец

– Конец, обрезанный под углом

– Зазубренный конец

– Конец, обрезанный поперек трубы, к которому приваривается заостренный литой наконечник

Чем более заострена нижняя часть трубы, тем легче она входит в грунт. Но в основном продвижение трубы в почве определяется резьбовым устройством на ее конце. Ввинчивание сваи в землю подобно ввинчиванию шурупа в дерево.

Заострение наконечника производят следующим способом:

– На конце трубы по шаблону вырезается розетка с четырьмя зубьями

– Зубья сбиваются к центру

– Края зубьев свариваются

Существует собственно две разновидности создания такой резьбы на трубе:

– Винтовая (или узколопастная)

– Лопастная

Соответственно сваи делятся на винтовые и лопастные, хотя и имеют в обиходе одно название – винтовые сваи.

В первом случае на заостренное окончание трубы наваривается по спирали полоса. Во втором случае к окончанию трубы приваривается литой наконечник с резьбой. В третьем случае на некотором расстоянии от заостренного или зазубренного конца трубы привариваются лопасти.

Для наконечников свай существует принятые обозначения:

– CВC – сварной наконечник

– ВСЛ – наконечник литой

– CВК – конусный наконечник

5. Сваи с литым наконечником

Чаще всего винтовые наконечники свай изготавливаются отдельно и привариваются к ее окончанию. Они представляют собой литую заготовку в виде заостренного винта. Такие наконечники изготавливаются литьем.

Форма литого наконечника может быть винтовой и лопастной.

Литье производится в заводских условиях. Для изделий сначала изготавливаются модели из специального полистирола, по которым изготавливается пресс-форма для литья. После заливки расплавленного металла заготовка остывает и изымается, после чего подвергается механической т температурной обработке для придания требуемых физико-механических свойств.

Для литья наконечников используются различные марки стали. Главное, чтобы они хорошо сваривались с используемыми трубами.

6. Типовые различия винтовых свай

В целом, существует несколько основных параметров, по которым можно классифицировать винтовые сваи:

– Конструкция сваи

– Габариты сваи

– Особенности монтажа

– Антикоррозионная обработка

Кроме того в отдельных случаях требуется изготовление винтовых свай неравномерных по толщине – с утолщением на определенных участках.

7. Классификация свай по их конструкции

По конструкции винтовые сваи могут быть в первую очередь:

– Цельными

– Составными

Составные сваи используются в довольно редких случаях, когда требует большая глубина их внедрения, например в сильно заболоченных местах или на склонах. Состыковка свай обычно проводится наваркой или с помощью жесткого фланцевого соединения.

Кроме того, сваи различаются по типу наконечника и количеству лопастей, о чем подробнее будет рассказано ниже.

8. Классификация свай по размеру

В первую очередь сваи различают по диаметру трубы, выступающей в качестве тела сваи. Обычно используются бесшовные трубы диаметром от 57 до 133 мм и выше, с толщиной стенки от 4 мм.

Наиболее ходовые размеры трубы в сочетании со стенкой:

– 57х4

– 73х4

– 76х4—5

– 89х4—5

– 108х4—6

– 133х4—6

Кроме сечения труб, сваи могут различаться по стандартной длине. Типовые сваи для постройки габаритных сооружений обычно производятся длиной порядка 2,5—3 метров. Этого обычно достаточно, чтобы свая уходила в грунт на глубину ниже точки промерзания почвы. На территории России этот параметр варьируется от 1,5 до 2,5 метров. В этом случае свая выступает над поверхностью земли на 50—70 см и обрезается по уровню плоскости фундамента с учетом возможного небольшого уклона на участке.

Более короткие сваи производятся для установки легких конструкций, а также для монтажа отдельных, относительно легких опор – при строительстве заборов, навесов и т. д. Стандартная длина коротких свай – от 1,5 до 2 метров.

9. Классификация винтовых свай по типу резьбы

Два основных вида вида свай по устройству резьбы, которая обеспечивает вкручивание сваи в грунт:

– Лопастные, когда крутящий момент передается от лопасти

– Резьбовые, когда на конце сваи имеется резьба

Винтовые и лопастные наконечники могут быть как сварными, так и литыми, основное различие здесь – в форме резьбы.

В случае лопастных наконечников внедрение в грунт создается с помощью лопастей. Кроме облегчения заворачивания свай лопасть имеет еще одну важную функцию – она создает дополнительную площадку опоры сваи на слои грунта, повышая, таким образом, ее устойчивость и несущую способность.

В свою очередь резьба на конце трубы значительно облегчает процесс вкручивания сваи в грунт, и тоже широко используется – особенно в плотных грунтах, куда заворачивать лопастные сваи затруднительно, а роль площадки для опирания на грунт не так велика.

10. Классификация свай по конструкции лопастей

Отдельно следует затронуть вопрос о различии свай по лопастям. Это могут быть

– Широколопастные сваи

– Узколопастные, приближающиеся по сути к резьбовым

Широколопастные сваи наиболее распространены в строительстве на большинстве грунтов. Узколопастные применяются обычно в тяжелых, каменистых грунтах, а также в районах вечной мерзлоты.

Несущая способность широколопастных свай существенно выше, чем узколопастных – во-первых, из-за увеличения площади давления опоры на грунт, во-вторых, из-за повышенной устойчивостью на выдергивание сваи. Это играет большую роль при значительных боковых нагрузках на сваю, например, в случае установки высоких опор освещения.

Кроме того, винтовые сваи различаются по количеству лопастей:

– Однолопастные

– Двухлопастные

– Многолопастные

Самым распространенным типом является однолопастные сваи, когда лопасть наварена на конце труб. Такие сваи используются большинством производителей и застройщиков.

Однако в некоторых случаях усилий одной лопасти для достаточной устойчивости сваи может быть недостаточно, и сваи оснащены дополнительной лопастью, а то и двумя. Обычно их приваривают в центральной части винтовой сваи.

Следует отметить, что несущая способность винтовой сваи с двумя лопастями значительно превосходит таковую для однолопастных свай. Во-первых, на 50—60% повышается устойчивость на вдавливание и выдергивание. Во-вторых, нижняя лопасть обязательно достигает непромерзаемой глубины, а средняя – обеспечивает дополнительную устойчивость.

11. Классификация свай по виду антикоррозионной обработки

Существует несколько способов антикоррозионной обработки винтовых свай. Она имеет очень большое значение, так как сваи испытывают высокую степень воздействия со стороны почвы. В незащищенных сваях очень быстро развивается химическая, электрохимическая и механическая коррозия. Основным методом обработки свай – создание специальных покрытий.