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.

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