Винтовые сваи

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

Впервые такой фундамент был применен при строительстве маяка в Мэплин Сэндс на обводненных грунтах морского дна в устье р. Темзы в 1838 г. Автором идеи использования сваи в виде винта был ирландский инженер Александр Митчелл (1780—1868), который в 1848 году был избран членом Института гражданских инженеров (ICE) и получил медаль Телфорда за это изобретение. В советской строительной науке в начале 20 в. инженер Владислав Карлович Дмоховский (1877—1952) проводил исследования в области свайных оснований (теория конических свай). Он доказал, что винтовые сваи имеют большое преимущество в применении перед забивными при необходимости устройства фундамента в условиях вечной мерзлоты, или при работе со слабыми и обводненными грунтами. В настоящее время 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.

В последнее 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 материалоемкости, а значит, и к экономии на самом 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 счет более высоких характеристик по прочности и деформируемости, их применяют под более обширный перечень строений и сооружений, по сравнению с аналогичными сваями, выполненными из обычной стали 3.

Применение

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.

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:

Типы винтовых свай

Типы винтовых свай:

1. Широколопастные сваи представляют собой металлические конструкции, состоящие из ствола и одной или нескольких лопастей от одного до полутора витков:

1.1. Однолопастная (1-й вариант).  Разработана советским конструктором Виктором Железковым. Устаревший тип, применяемый большинством производителей в России.

Рекомендуется к применению только под легкие конструкции и ненесущие стены домов.

1.2. Многолопастная с двумя и более лопастями (2-й вариант). С целью повышения несущей способности на сжатие и выдергивание минимум на 50% и улучшения работы на восприятие горизонтальных нагрузок, лопасть  постоянной ширины располагается  на стволе сваи.

Используется под  ответственные узлы сооружений, несущие стены, заборы, пирсы, ангары, дома свыше 2-х этажей, под сооружения, строящиеся на склонах, а также при укреплении склонов.

2. Узколопастные сваи представляют собой металлические конструкции, состоящие из ствола и одной многовитковой лопастью.

Многовитковая свая (3-й вариант) – ствол сваи и литой наконечник с винтовой лопастью. Соединение ствола с наконечником – сварное. Так же встречаются винтовые сваи со спиральной навивкой вдоль ствола сваи не менее чем на 30% от общей длинны. Данная конструкция была разработана и успешно внедрена компанией Krinner (Германия). Увеличенное количество маленьких лопастей вдоль ствола (хороший пример строительный саморез) позволяет существенно повысить несущую способность винтового анкера, при этом не требуется увеличивать диаметр трубы или её толщину стенки. Обычно такие сваи покрывают горячим цинком, что увеличивает срок службы метала в 2 и более раза.

Модификация для вечномерзлых грунтов (4-й вариант). Нижний обрез ствола сваи выполняется в виде прямой фаски или в виде зубцов. Винтовая лопасть, расположенная над нижним обрезом трубы и изготовленная из листового металла, приваривается непосредственно к стволу.

Количество витков лопасти для обоих типов – два и более.

Подходят для грунтов: вар. 3 - особо плотный, каменистый, техногенный, крупнообломочный; вар.4 - как для грунтов, с сезонным промерзанием, так и для вечномерзлых грунтов

Область применения: легкие дома, флагштоки, заборы, модульные здания в районах вечной мерзлоты, горная местность.

Вариант 1, вариант 3, и вариант  4 могут использоваться с литым наконечником.

Достоинства

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

• Вероятность повреждения при установке в каменистом грунте (царапины защитного слоя, вероятность возникновения коррозии). Самый эффективный способ защиты от коррозии - увеличение толщины стенки сваи и лопасти в зависимости от необходимого срока службы.
• Высокая вероятность возникновения коррозионных процессов при наличии блуждающих токов в грунте.
• Винтовые сваи нередко производятся кустарным способом, что приводит к серьезному снижению качества и надежности. Ненадлежащее выполнение сварных соединений на дешёвом оборудовании приводит к деформации наконечников или отрыву лопастей при завинчивании в грунт.
• Вероятность отклонения от проектных расчётов в случае самостоятельной установки свай, или если работы производит низкоквалифицированная бригада.
• Необходимость проведения контроля качества выполнения сварных швов, например, при помощи ультразвука или рентгенографии.

См. также

• Несущая конструкция
• Грунт