— малый срок монтажа основания. В частности, установка фундамента традиционно занимает не более двух дней, даже если следует использовать метод ручного погружения свай.
Подробный обзор винтовых лопастных свай разных типов
Винтовые сваи представляют собой металлические трубы, полые внутри, на концах которых установлены лопасти, играющие роль бура. Эти конструкции, оснащенные винтовыми наконечниками, предназначены для передачи нагрузки от здания на грунт. Основное преимущество этой технологии заключается в характерном анкерном строении, которое обеспечивает надежное закрепление элементов фундамента в земле и предотвращает их выталкивание вверх из-за пучения в следствие промерзания грунта.
Создание такой структуры не является случайностью, ведь известна проблема зимнего пучения для легковесных сооружений, особенно когда дело касается строительства деревянного дома на нестабильном глинистом грунте. Даже глубокое заглубление опоры ниже уровня промерзания зачастую не решает проблему, так как недостаточная масса постройки не может противостоять значительным силам пучения, воздействующим на нижний сегмент фундамента, что приводит к полному или частичному выталкиванию опоры вверх. И только благодаря винтовым лопастям, которые представляют собой расширенные конструкции, удается избежать подобных неприятностей.
Плотный слой грунта обеспечивает надежность установки лопастей, что позволяет металлическим штырям сохранять свою позицию. В данном случае можно не переживать о возможном разрыве сваи, так как прочностные характеристики стали на растяжение достигают 330 – 600 МПа, в то время как силы пучения в большинстве случаев находятся на уровне не более 0,2 МПа.
Типовые опоры, их диаметр и выдерживаемый вес
Размеры и длина свай должны соответствовать конкретным требованиям строения. Типовые размеры конусных опор, используемых в частном строительстве, имеют следующие характеристики:
Первое число указывает на диаметр ствола (в миллиметрах), второе – на диаметр винтовой лопасти. Для легких конструкций, таких как ограждения и садовые постройки, подойдут опоры с диаметр ствола 76 мм. Заборы с кирпичными столбами, дачные пристройки, навесные конструкции и беседки требуют установки на конусы, имеющие диаметр 89 мм. Для небольших деревянных домов, изготовленных из бруса или бревна, а также для каркасных построек целесообразно использовать оцинкованные лопастные стержни диаметром 108 мм. Завершает линейку наиболее мощные образцы несущих элементов с диаметром 133 мм, способные выдерживать вес тяжелых бревенчатых изб и пеноблочных зданий. Чтобы корректно рассчитать размеры необходимых свай, нужно иметь хотя бы приблизительное представление о весе будущего строения.
ПВХ трубы в качестве обсадных труб для буронабивных свай начали использоваться относительно недавно. Обычно для этого применяются недорогие канализационные трубы с нужным диаметром (от 200 до 500 мм).
Конструкции предварительно изготовленных свай
Предварительно изготовленные сваи делятся на несколько категорий в зависимости от материала их изготовления: это могут быть железобетонные, стальные, комбинированные и деревянные конструкции. В рамках железобетонных свай выделяются следующие подкатегории:
по конструктивным особенностям – сваи могут быть как цельными, так и составными;
по методу армирования – встречаются сваи с поперечным армированием и без него, с ненапрягаемой и предварительно напряженной арматурой;
по форме поперечного сечения (см. Рис.3);
по форме продольного сечения (см. Рис.4).
Рис.3 Поперечное сечение свай
Рис.4 Продольное сечение свай
На сегодняшний день наиболее популярны сваи с призматическим сплошным квадратным сечением, квадратным сечением с круглой полостью и полые цилиндрические сваи.
Рис.5 Конструкции железобетонных свай
Сваи с сплошным квадратным сечением производятся в диапазоне размеров от 0,2х0,2 до 0,4х0,4 м и длиной от 3 до 16 м. В случае необходимости увеличения длины, сваи могут соединяться с помощью различных технологий стыковки. Существуют случаи применения составных свай длиной до 100 метров. Сваи с сплошным квадратным сечением рекомендуются для использования в любых сжимаемых грунтах без твердых включений, так как они способны эффективно передавать вдавливающие, выдергивающие и горизонтальные нагрузки. Полые круглые сваи могут изготавливаться как цельными, так и составными. Длина одного звена составляет от 4 до 8 м, а длина составной сваи может достигать 40 м. Такие сваи, имеющие диаметр от 0,4 до 0,8 м, иногда используются в качестве оболочек для прокладки коммуникаций.
Использование свай квадратного сечения с круглой полостью позволяет снизить расход цемента на 25% и арматуры на 60%. Однако область применения таких изделий ограничена вдавливающими нагрузками до 500 кН и горизонтальными до 15 кН. Деревянные сваи представляют собой простейшие конструкции – бревна с заостренным концом. Верхний конец сваи оснащается стальным кольцом, которое защищает ее от «размочаливания» во время забивки. Стальные сваи могут быть как трубчатыми, так и шпунтовыми (например, шпунт Ларсена). Трубчатые сваи изготавливаются из стандартных стальных труб диаметром от 0,2 до 0,8 м, тогда как шпунтовые изготавливаются из стального шпунта различной конфигурации. Иногда в качестве свай используются двутавровые балки и швеллеры.
Рис.6 Профили прокатного стального шпунта Ларсена
Преимуществом стальных свай является возможность их наращивания в процессе погружения в грунт.
Способы погружения предварительно изготовленных свай
В настоящее время на практике используются следующие методы: вибропогружение, забивка, статическое вдавливание и ввинчивание свай. Вибропогружение является особенно эффективным в насыщенных водой, преимущественно песчаных грунтах. Вертикальные колебания, передаваемые через сваю, разжижают грунт, что приводит к снижению сил трения и упрощает процесс погружения свай. После завершения работы погружателя структура грунта вокруг сваи восстанавливается за определенное время, что способствует увеличению трения на боковой поверхности сваи.
Метод забивки свай в грунт осуществляется с помощью сваебойных молотов. Эти молоты могут быть механическими, дизельными, паровоздушными или электрическими. При забивке свай в обезвоженные плотные песчаные грунты для повышения производительности забивки используется подмыв.
Суть данной технологии заключается в размыве грунта. Напор воды подается по трубам к концу сваи, что значительно уменьшает сопротивление грунта. Также для снижения сопротивления во время погружения сваи могут быть предварительно забиты в пробуренные лидерные скважины. Глубина таких скважин не должна превышать 0,9 длины сваи и иметь диаметр менее диагонали поперечного сечения сваи.
Статическое вдавливание свай используется в условиях, где не может быть применено вибропогружение и забивка. Этот метод особенно актуален при устройстве свайных фундаментов вблизи действующих сооружений или при усилении существующих оснований. Для выполнения данной операции применяются специальные машины, оснащенные краном для подачи свай, механизмом вдавливания и контргрузами, достигающими массы до 364 тонн с противовесами, например, DTZ360.
Ввинчивание свай осуществляется с использованием специализированных буровых установок, оснащенных механизмами (кабестанами). Этот метод основан на применении специальных (винтовых) свай, которые снабжены в нижней части винтовыми лопастями.
В условиях особой сложности, например, при сильном промерзании земли или чрезмерной нагрузке на грунт, настоятельно рекомендуется применение свай с различными формами. Эти сваи могут быть как изготовленными в технологическом процессе сутью, так и забивными. Внедрение подобного подхода позволяет справляться с различными вызовами при создании фундамента.
Составляющие свайного фундамента
Свайный фундамент включает в себя несколько ключевых компонентов. Его конструкция может изменяться в зависимости от применяемых материалов и условий работы, однако основная структура обычно выглядит следующим образом:
- сваи, погруженные в грунт;
- в верхней части сваи соединяются с ростверком, который может быть выполнен в виде балок или плит и находиться над уровнем земли.
Существует несколько видов ростверков для свайных фундаментов: сборные, монолитные и монолитно-сборные конструкции. В случаях, когда головка сваи становится продолжением ее структуры и соединяется с другими колоннами, необходимость в изготовлении ростверка отпадает.
Во всех типах фундаментов ростверк выполняет функцию равномерной передачи нагрузки от здания к сваям, обеспечивая дальнейшую передачу этой нагрузки на грунт.
Классификация по типу материала
Для определения видов свай важно рассмотреть их классификацию в зависимости от применяемых материалов. Выбор материала напрямую влияет на долговечность, надежность и устойчивость создаваемого фундамента к воздействию внешних факторов.
Деревянные
Сваи изготавливаются в основном из следующих древесных пород:
Деревянные сваи могут быть как цельными, так и сращенными по длине; во втором случае бревна соединяются с использованием металлических накладок для увеличения прочности соединения.
Несмотря на более низкую стоимость деревянных изделий, стоит учитывать их меньшую грузоподъемность по сравнению с железобетонными или металлическими аналогами. Чаще всего деревянные сваи применяются для строительства временных конструкций.
Железобетонные
Эта категория свай находит наиболее широкое применение. Они могут быть как монолитными, так и сборными.
Монолитные конструкции имеют различные варианты сечения: круглое, квадратное и прямоугольное. Параметры сечения могут варьироваться от 20х20 до 40х40 см. Конец, погружаемый в грунт, обычно имеет пирамидальную форму. Во время забивки фундамента он дополнительно защищается стальным башмаком. Монолитные сваи почти всегда усиливаются внутренним продольным армированием, а для повышения прочности могут также включать поперечное армирование из низкоуглеродистой проволоки.
Наиболее распространенный вид железобетонных свай состоит из сборных элементов трубчатой конфигурации. Эти элементы либо собираются на производственном участке, либо непосредственно на месте строительства.
Забивка железобетонных свай может выполняться с применением копров, передвижных кранов и специализированного оборудования. Широко применяемой является более экономичная технология вибропогружения.
Во время забивки верхняя поверхность сваи защищается тремя слоями металлической сетки с шагом от 5 см. Эта мера предостерегает разрушение железобетонного изделия под нагрузкой от молота.
Металлические
Основное преимущество металлических или винтовых свай заключается в возможности точечного создания несущей способности в условиях, где применение железобетонных технологий либо невозможно по причине трудного доступа, либо является чрезмерно затратным. В настоящее время этот вид опор становится все более распространенным в гражданском строительстве.
Металлические сваи изготавливаются из цельнолитых труб, у которых один конец сведен к конусу. На конец трубы, около винтового наконечника, приваривается реборда, сделанная из листового металла. Существует несколько типов винтовых свай:
Использование металлических свай оправдано при строительстве фундамента в сложных грунтовых условиях. При этом достигается значительная экономия бюджета, а качество и прочность конструкции остаются на высоком уровне. Время, затрачиваемое на возведение фундамента и уровень шума, сокращаются в два раза по сравнению с железобетонными аналогами.
Как известно, строительство фундамента по технологии ТИСЭ осуществляется с использованием специального бурового инструмента (ТИСЭ-Ф). Он представляет собой раздвижной брус с двумя ручками и режущими краями, что обеспечивает удобство в работе.
Как правильно выбрать?
Каждый тип опор обладает своими уникальными особенностями, преимуществами и недостатками. Наиболее долговечными считаются железобетонные и металлические конструкции. Здесь следует напомнить, что железобетонные столбы способны выдерживать более значительные нагрузки в течение 100 лет, тогда как металлические элементы подвержены коррозии. Однако этот недостаток можно компенсировать при помощи качественного защитного покрытия, которое позволяет продлить эксплуатационный ресурс фундамента до 70–90 лет.
В то же время винтовые изделия можно установить самостоятельно всего за несколько дней, что ведет к снижению расходов на строительство. Если возникнет такая необходимость, фундамент на винтовых сваях может быть легко усилен или отремонтирован.
Тем не менее, если в проекте требуется ж/б основание с высокой несущей способностью, заказчику придется самостоятельно заложить буронабивные опоры или привлечь специалистов, которые с помощью специализированной техники смогут погрузить силовые конструкции в землю за один день.
Пластиковые изделия чаще всего используются в качестве обсадных труб для буронабивных свай при возведении легких зданий. Материал ПВХ отличается высокой стойкостью к механическим повреждениям и к переувлажненным грунтовым условиям, но обладает ограниченной грузоподъемностью. Также стоит отметить, что скорость строительства буронабивных опор ограничена временем, необходимым для затвердевания бетона. Ожидаемый срок службы такого фундамента составляет не более 70 лет.
Забивные деревянные опоры применяются при возведении:
- каркасных;
- щитовых;
- деревянных домов;
- бань;
- и прочих конструкций, вес которых может быть допустим соотношением к несущей способности свайного фундамента.
Древесина – это экологически чистый материал, с которым легко работать. Однако, несмотря на обработку гидрофобными составами, антипиреном и антисептиками, срок службы подобной силовой конструкции обычно ограничивается 40–60 годами.
Для сравнения стоимости фундамента для строительства частного дома ниже представлена таблица со средними рыночными ценами:
| Тип силовой конструкции (по способу погружения) | Цена сваи с монтажом, руб. | Цена закладки фундамента площадью 6 на 6 м под ключ, руб. |
| винтовые стержни | от 2600 | от 35000 |
| забивные опоры | от 10000 | от 120000 |
| буронабивные сваи | от 6000 | от 70000 |
