Технология винтовых свай
|
|
|
Винтовой свайный фундамент ранее применялся в военной промышленности для быстрого возведения мостов, высоковольтных линий, различных сооружений на неустойчивых, болотистых и промерзших грунтах. Сегодня технология винтовых свай, позволяет без лишних затрат смонтировать фундамент.
Винтовая свая представляет собой стальную трубу с наконечником специальной конфигурации.
Перед возведением фундамента необходимо произвести пробное ввинчивание, что бы определить на какой глубине находится плотный (несущий) слой. После необходимо определить количество свай, их диаметр, длину, расстояние между ними, исходя из расчетов нагрузки на проектируемый фундамент. При расчете учитывается тип грунта и глубина его промерзания.
Винтовая свая завинчивается вручную или специальной техникой на глубину ниже уровня промерзания грунта. Через лопасть передается нагрузка от здания на грунтовый массив.
Для долговечности свая покрывается надежной двух компонентной краской (на основе эпоксидной смолы), ствол сваи бетонируется( в зимний период применяются присадки), сверху к стволу сваи крепится оголовок, необходимый для распределения передаваемой нагрузки на сваю . Для получения целостной конструкции винтовые сваи между собой скрепляются в зависимости от вида постройки: швеллером, брусом, двутавровой балкой, железобетонным ростверком(все сварочные швы покрываются специальным составом для предотвращения коррозии). В случаи неоднородности структуры грунта, винтовые сваи могут устанавливаться на различную глубину, потом выравниваются по заданному уровню. Технология винтовых свай универсальна и поэтому позволяет использовать ее для любых грунтов. Технология винтовых свай идеально подходит для большинства типов зданий, в частности дома из бруса, сооружения по каркасной и модульной технологии дома, бани, дачи, беседки, ограждении, пирсов, причалов так же технология активно используется при возведении мостов, прокладки линий электропередач, трубопроводов.
Преимущество винтовых свай:
- установка фундамента 1-2 дня
- отсутствие земляных работ
- винтовые сваи противостоят силам морозного пучения
- сохраняется естественный ландшафт
- лучшее решение для сложных грунтов, участков с перепадом и грунтовых вод
- возможно демонтирование и повторное использование свай
- возможность установки пирсов и причалов на винтовых сваях
- работы можно проводить даже в зимнее время
- к построенным на винтовых сваях объектам легко пристраивать новые строения
- экономия времени и значительное снижение затрат
Исследование работы винтовых свай при воздействии горизонтальных нагрузок
При воздействии на винтовые сваи горизонтальной нагрузки следует различать два вида их работы:
В случае мелкого заглубления при глубине завинчивания не более 1,5...2,0 м (h/D=2...3, где h – глубина погружения; D – диаметр сваи) свая работает как короткий жесткий стержень, который своим поворотом вокруг неподвижной точки вызывает только деформацию грунта.
Несущая способность винтовых свай при этом в два с лишним раза больше по сравнению с обычными сваями. Если свая завинчивается на глубину более 2,5 м (h/D = 3...4), чем обуславливается более прочная заделка винтовой лопасти, то характер работы винтовой сваи на горизонтальную нагрузку практически не отличается от работы обычных свай глубокого заложения.
При глубине погружения сваи более 3,5 м, максимальную нагрузку обычно лимитирует не несущая способность грунтового основания, а прочность ствола сваи. Поэтому было проведено только несколько проверочных испытаний при глубине погружения свай 3,5 м, которые показали, что на глубине 1,5...1,7 м от поверхности грунта происходит изгиб стволов cвaй.
Испытания винтовых свай на горизонтальные нагрузки проводились в суглинистых, песчаных и гравийно-галечных водо насыщенных грунтах.
Графики испытаний свай с винтовой лопастью и без нее представлены на рисунке 2. (Последнее относится к стволам свай, изготовленным из Ст-3).
а) водо насыщенный суглинок
б) водо насыщенный песок
в) грунт гравелистый
Результаты испытания свай с винтовой лопастью и без нее в различных грунтах:
Техническая характеристика МВ - 85
Максимальный момент при завинчивании сваи, кНм 85
Количество оборотов при завинчивании сваи, об./мин 10
Максимальный момент при бурении лидирующей скважины, кН/м 15
Количество оборотов при бурении лидирующей скважины, об./мин 60
Максимальная глубина погружения сваи, м 5-5,5
Высота навесного оборудования, мм 2000
Масса навесного оборудования, кг 1500
Винтовые сваи в малоэтажном строительстве
Винтовые сваи малых диаметров привлекательны для возведения фундаментов в малоэтажном (дачном и коттеджном) строительстве. Их преимущество в сравнении с другими видами фундаментов не только в сокращении сроков работ (до нескольких дней), но и конкурентоспособной цене [2]. Фундамент на винтовых сваях малого диаметра обходится заказчику в 1,5–2 раза дешевле, чем ленточный, не говоря уже о монолитной плите. Оптимальным вариантом для фундаментов бревенчатых, панельных и каркасных домов являются сваи малого диаметра с лопастью 300 мм и стволом 108 мм. Они не требуют применения строительной техники, их вполне по силам завинтить вручную четырем рабочим [5]. Необходимо отметить, что винтовые сваи малого диаметра обладают достаточно большой несущей способностью, что наглядно доказывают графики испытаний свай на выдергивание.
|
Сегодня технология винтовых свай активно применяется в гражданском строительстве при возведении деревянных домов, домов по каркасно-модульной технологии, домов из газобетона, кирпича и пеноблоков, ограждений, пирсов, причалов, для возведения мостов и прокладки линий электропередач, трубопроводов и нефтепроводов, а также для других сооружений на различных грунтах, за исключением скалистой породы.
Современная винтовая свая представляет собой металлическую заостренную трубу с приваренной лопастью специальной конфигурации.Такая конструкция позволяет не забивать их в грунт, а закручивать. Сваи, в зависимости от предлагаемого использования имеют различный диаметры опорной трубы (ствола), различные диаметры, шаг винта. Чем больше шаг винта, тем быстрее происходит монтаж. Для песчаных грунтов рекомендуется больший шаг, это меньше взрыхляет грунт. Для плотных глиняных грунтов для облегчения установки - лучше небольшой шаг винта.
Расчет лопастей винта производится по аналогии с расчетом перьев шнеков с изменяющимся внутренним диаметром. При изготовлении винтов применяют различные технологии. Простейший способ – рубят ленту определенной конфигурации, затем вальцуют её на специальных вальцах и, наконец, растягивают её. Другой способ – изготовление заготовок на токарном станке, затем их подгонка, сварка. Для ствола применяют прямо шовную трубу ГОСТ 10705-80, эти трубы сделаны из стали марки ст.10. Лопасти делают из листовой стали толщиной 4,5,6 мм, марки ст.3. К противоположной стороне сваи приваривается оголовок, на котором фиксируется основа будущего объекта.
Благодаря увеличенной за счет лопасти площади опирания, нагрузка на грунт от вышерасположенных строительных конструкций становится минимальной, что позволяет воспринимать ее грунтам даже с минимальной несущей способностью. В особых случаях при невозможности проезда спецтехники, можно закрутить их вручную, а пригодность к повторному использованию после извлечения из грунта – при возведении временных зданий и сооружений. Данные конструкции обладают уникальным свойством – они воспринимают выдергивающие нагрузки, чего не могут другие виды, а это позволяет применять их в качестве основания для легких и высоких сооружений, испытывающих значительные горизонтальные нагрузки, например крупноразмерные рекламные стенды, располагающиеся вдоль автодорог.
Перед возведением фундамента с применением винтовых свай первоначально, исходя из расчетной нагрузки на проектируемый фундамент, рассчитывается количество свай и их диаметр, а также — расстояние между ними в соответствии с характеристиками провисания материала ростверка (напр.: СНиП II-23-81 (1990) Стальные конструкции и т.д.). При расчетах учитывается тип грунта (По СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты) и глубина его промерзания. Если длины винтовой сваи недостаточно, то её наращивают до необходимых размеров. В настоящее время компания ФУНДЭКС выпускает винтовые сваи длиной до 11,6 м цельной конструкции. При установке все сваи завинчиваются на определенную глубину с соблюдение всех технологических правил установки винтовых свай. Полость сваи бетонируется (достаточно марки М300). Для увеличения несущей способности возможно применение армированной кассеты (вставки).
В зимний период применяют присадки.
Для создания единой и целостной конструкции винтовые сваи между собой скрепляются в зависимости от вида постройки: швеллером, брусом, первым венцом деревянного дома, железобетонным ростверком или монолитной железобетонной плитой. Сварочные швы, возникающие при установке оголовка и швеллера, обязательно покрываются специальным составом на основе эпоксидной смолы или эмали с целью предохранения от коррозии во влажной среде.
В некоторых случаях, грунт имеет неоднородную структуру. В таком случае винтовые сваи устанавливаются на различную глубину, а затем по заданному уровню выравниваются. Универсальность применения технологии винтовых свай позволяет использовать её для строительства объектов на склонах, в лесной зоне рядом с деревьями без повреждения корней и в других местах, затрудненных для строительства.
Стоит отметить, что временные сооружения не требуют этапа бетонирования.
Винтовые сваи можно использовать повторно, так как, они как вкручиваются, так и выкручиваются. Срок службы винтовой сваи в среднем составляет не менее 100 лет (ГОСТ 5272-68 — Коррозия металлов, ГОСТ 9.908-85 Металлы и сплавы, ГОСТ Р 9.905-2007 Единая система защиты от коррозии и старения), а при условии ее обработки специальным химическим составом более данного срока. Винтовые сваи обеспечивают высокую прочность.
Например, при длине 2,5 м, диаметре ствола 108 мм, толщине стенки ствола 4 мм, диаметре лопасти 300 мм и толщине лопасти 5 мм рабочая нагрузка на винтовую сваю составляет не менее 5 т (По СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты).
Наряду с высокой несущей способностью винтовые сваи обладают ещё целым рядом достоинств перед традиционными железобетонными фундаментами, такими как:
- низкой стоимостью;
- оптимально низкими сроками монтажа;
- полным отсутствием земляных работ;
- возможностью строительства сооружений на любом рельефе местности и на любых грунтах, кроме скалистой породы;
- возможностью пристраивать дополнительные сооружения к уже функционирующим объектам без потери надежности и нарушения общей целостности конструкции;
- проведением строительства в любое время года и т.д.
В каких грунтах выполняется свайное основание
Выбор типа основания для строящегося объекта начинается с изучения материалов инженерно-геологических исследований грунтов на площадке, отведенной под здание. Для этого специализированные компании бурят на участке скважины и с определенной периодичностью отбирают пробы грунта – керны. Одновременно с этим определяется уровень грунтовых вод, и берутся пробы воды с тем, чтобы определить ее агрессивность по отношению к бетону, арматуре, трубам, кабелям. Керны исследуются в лабораторных условиях – определяется гранулометрический состав грунта, его несущая способность, другие характеристики. Результатом становится заключение по результатам инженерно-геологических исследований, в котором указываются грунтовые условия участка и даются рекомендации о типе основания. Если слой грунта, обладающий несущей способностью, достаточной для восприятия нагрузки от строящегося здания находится на глубине, которая делает неэкономичным устройство ленточных или столбчатых фундаментов на естественном основании, то выбирается, как правило, свайное основание. В этом случае ствол конструкции прорезает слабый грунт и опирается на слой, имеющий необходимую несущую способность.
Конструкция и характеристики
Ствол может выполняться из стальной трубы диаметром от 57 до 325 мм с толщиной стенки от 2 до 5 мм и диаметром лопасти от 250 до 800 мм. Длина ее может варьироваться от 1,5 до 12,0 м. Для повышения долговечности свайного основания наружная поверхность ствола и лопастей покрывается антикоррозийным покрытием. Она примечательна тем, что может работать не только на сжатие, но воспринимает и выдергивающие усилия, что особенно важно для вертикальных плоскостных сооружений, воспринимающих значительную ветровую нагрузку. Так, винтовая конструкция с диаметром ствола 108 мм и длиной 2 м имеет несущую способность на сжатие – 6 тн, а на выдергивание – 4 тн. Такие характеристики дают возможность использовать их не только при строительстве малоэтажного жилья, но и при монтаже рекламных конструкций и других сооружений, требующих быстрого монтажа с минимальным использованием механизмов.
Область применения
Винтовые обладают весьма ценным качеством, которого нет у других типов – они воспринимают выдергивающую нагрузку. Именно это свойство позволяет их широко использовать при устройстве основания под легкие сооружения с малой площадью по полу и воспринимающие значительные ветровые нагрузки, например рекламные стенды большой площади, размещенные вдоль проезжей части автодорог. Незаменимы они при возведении пионерных поселков в отдаленных местностях. Здесь, комплекты каркасных сборных жилых и административных зданий, поставленные с завода в комплекте позволят быстро и без использования тяжелой грузоподъемной техники собрать жилища, необходимые для проживания и работы жителей вахтового поселка. Дополнительную эффективность им придает возможность неоднократного использования. После демонтажа временного здания, смонтированного на основании с использованием данных конструкций, их можно выкрутить из грунта, при необходимости отремонтировать и использовать повторно.
Где незаменимы винтовые сваи?
Существуют случаи, когда применение основания подобного рода оказывается единственно возможным способом. Это относится к возведению индивидуального жилья на участках со сложным рельефом, где использование специальной техники невозможно, при возведении объекта в застроенном и заселенном микрорайоне, при необходимости ускоренного устройства основания.
Они используются при устройстве пионерных поселков в труднодоступной местности, куда доставить материалы, конструкции и технику для устройства забивных или буронабивных оказывается нерентабельным. При этом после окончания работ – возведения стационарного жилья и производственных зданий, временные здания и сооружения разбираются, а свайные конструкции могут быть вывернуты, и использоваться повторно. Конструкция их такова, что отремонтировать поврежденные лопасти несложно даже в полевых условиях, а это позволяет значительно увеличить их долговечность и оборачиваемость.
Дополнительные работы при строительстве и консервации фундаментов на винтовых сваях
Дополнительная защита мест наиболее подверженных коррозии.
Дополнительная связка свай с возможностью в дальнейшем декоративного закрытия фундамента.
Полная засыпка песком участка застройки (для невозможности появления растительности под фундаментом).
Простейший дренаж и отвод вод от места застройки.
