Винтовые сваи

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Винтовая свая»)
Перейти к: навигация, поиск
Винтовые сваи

Винтовые сваи — тип свай, заглубляемых в грунт методом завинчивания в сочетании с вдавливанием. Винтовые сваи состоят из ствола и лопасти (или лопастей). Изготавливаются из литых либо сварных стальных деталей.

История[править | править вики-текст]

Впервые такой фундамент был применён при строительстве маяка в Мэплин Сэндс[en] на обводнённых грунтах морского дна в устье реки Темзы в 1838 году. Автором идеи использования сваи в виде винта был ирландский инженер Александр Митчелл (1780—1868), который в 1848 году был избран членом Института гражданских инженеров[en] (ICE) и получил медаль Телфорда[en] за это изобретение.

В СССР в начале XX века инженер Владислав Дмоховский (1877—1952) проводил исследования в области свайных оснований (теория конических свай). Он доказал, что винтовые сваи имеют преимущество в применении перед забивными при необходимости устройства фундамента в условиях вечной мерзлоты или при работе со слабыми и обводнёнными грунтами.

Винтовые сваи широко используются для любых типов зданий и сооружений, что обусловлено высокой скоростью установки, отсутствием вибраций при погружении и возможностью проводить работы в зимнее время.

Находят широкое применение также винтовые сваи с увеличенной несущей способностью, а также двухлопастные винтовые сваи. Как показали исследования, оба типа этих винтовых свай обладают большими несущими способностями и способны выдерживать большие нагрузки на сжатие и выдергивание, что приводит также к уменьшению материалоёмкости, а значит, и к экономии на само́м фундаменте. Некоторые производители применяют при производстве винтовых свай толстостенную цельнотянутую трубу с толщиной стенки 6-10 мм (при стандартных 4—4,5 мм) и используют сталь марки 30ХМА. За счёт более высоких характеристик по прочности и деформируемости их применяют под более широкий перечень строений и сооружений по сравнению с аналогичными сваями, выполненными из обычной стали 3.

Применение[править | править вики-текст]

Четырёхсвайный стальной ростверк

Расчёт при проектировании свайных фундаментов с применением винтовых свай выполняется по СП 24.13330.2011 Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» -Винтовые сваи.[1]

Установка производится при помощи гидравлических механизмов различных строительных машин, либо в отдельных случаях — вручную. Свая погружается в грунт наподобие шурупа, закручиваемого в дерево. При наличии твердых скальных пород или вечной мерзлоты — погружение осуществляется в лидерную скважину. Правильные методы установки имеют первостепенное значение для обеспечения расчетной несущей способности фундамента.

В целях снижения внутренней коррозии ствола сваи, а также для лучшего сопротивления винтовых свай изгибающим нагрузкам при большой длине ствола, в особенности в слабых грунтах, ствол винтовой сваи бетонируется. В случае большой длины сваи дополнительно армируются.

Для повышения несущей способности винтовых свай, в особенности в слабых грунтах, строители применяют также технологию инъекции раствора через ствол винтовой сваи. Данная технология позволяет увеличить жесткость и плотность околосвайного массива, что обеспечивает уменьшение нагрузки на винтовые сваи.

Винтовые сваи используются:

  • Для малоэтажного домостроения (основания на болотистых грунтах; строительство, ограниченное по времени)
  • В качестве фундаментов для ЛЭП и мачт
  • Для каркасных зданий и сооружений (ангары, склады)
  • Легкие сооружения (ограждения, рекламные щиты)
  • Гидротехнические сооружения на обводненных грунтах (причалы, мосты и т. п.)
  • Для укрепления откосов
  • В условиях реконструкции, где необходимо исключить вибрацию при заглублении в грунт (фундаменты для оборудования в существующих зданиях, строительство вблизи культурных и исторических памятников)
  • В качестве оснований для временных сооружений, с возможностью последующего демонтажа (торговые павильоны, сооружения аттракционов)
  • В качестве анкеров для оттяжек
  • Винтовыми сваями усиливают монолитный фундамент, при сложных просадочных или обводненных грунтах. (например: плита на винтовых сваях, лента на винтовых сваях)
  • В качестве фундамента промышленных теплиц
  • В качестве фундамента шумозащитных экранов
  • Все чаще в России применяют в качестве фундамента капитальных сооружений, исходя из успешного опыта североамериканских и других строителей

Классификация винтовых свай:[править | править вики-текст]

Типы 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[править | править вики-текст]

Укрепление откосов винтовыми сваями
  • 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.

Недостатки[править | править вики-текст]

  • Подверженность коррозии.
  • Возможный низкий срок эксплуатации, в случае:
    • Некачественного или отсутствующего антикоррозийного покрытия.
    • Некачественного сварного шва.
    • Применения некачественной стали.
    • Повреждения сваи при установке.
    • Наличия блуждающих токов во влажном грунте, утечек электричества от окружающих объектов, использовании в качестве заземления (ускоряет ржавение)
  • Невозможность проверки повреждения установленной сваи.
  • Пол первого этажа здания требует дополнительного утепления.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» — Винтовые сваи.