Фундамент на металлических винтовых сваях: надежность конструкции, схема проекта

Особенности

Винтовые сваи представляют собой пустотелые трубы с резьбой, оборудованные сварным наконечником. Для строительства забора на каменистых почвах используют комбинированные, с дополнительными лопастями, модели. Они обеспечивают равномерность нагрузки на металлическую трубу и увеличивают прочность конструкции. На торфяных и песчаных грунтах используют сваи с закрытым наконечником, на всех остальных – с открытым. Трубы выпускаются с различным диаметром, выбор которого зависит от почв, высоты заграждения, материала для заполнения, наличия калитки и въездных ворот, от ветровой нагрузки и уровня промерзания грунта.

Наиболее распространёнными считаются трубы диаметром 76 и 89 мм. Они предназначены для монтажа забора из профлиста, шифера, металлического штакетника и готовых сварных секций. Для облегчённого заграждения из сетки рабицы или деревянного штакетника достаточно будет свай с диаметром 57 мм.

Винтовые сваи устанавливаются в землю ниже уровня промерзания грунта. Монтаж производится с определённым шагом, равным длине одной секции. Сверху на них монтируются столбы, между которыми и размещается заполнение. В качестве них часто используются трубы чуть меньшего диаметра, которые вставляются в полость сваи и надёжно фиксируются в ней.

Винтовые сваи для заборов

Винтовые заборы, как понятно из названия, монтируются при помощи винтовых свай, которые или являются фундаментом для заборных столбов, или выполняют их функцию.

Они представляют собой металлические пустотелые трубы, один конец которых заострен и имеет резьбу. Для защиты от коррозии, на них наносится специальное антикоррозийное покрытие.

Сваи принято различать по нескольким параметрам.

Во-первых, они делятся по виду резьбы:

• имеющие стандартную резьбу (рис. 1);
• с лопастями;
• с комбинированной резьбой (рис. 2).

Сваи с разной резьбой различаются не только внешне, но и тем, какую нагрузку они рассчитаны выдерживать. Самыми надежными считаются с лопастями, но являются и самыми дорогостоящими. Они, как правило, имеют две лопасти, что увеличивает надежность опоры, потому как вторая предназначена распределять давление, которое оказывается на сваю. За счет этого улучшается несущая способность, а кроме того появляется возможность применения их на любых видах грунта.

Во-вторых, сваи различаются по своему диаметру.

Наиболее популярные сечения для установки заборов:

• диаметром 57 мм;
• диаметром 76 мм;
• диаметром 89 мм.

Но самыми распространенными в строительстве заборов являются сваи из труб, диаметр которых равен 76 мм.

В-третьих, их различают по способу изготовления:

• сварные;
• комбинированные;
• литые.

Наиболее популярны для возведения заборов сварные сваи. Литые же, способные выдерживать большие нагрузки, оптимальны для строительства домов.

Что касается комбинированных свай, то по своим качествам они уступают первым двум видам, поэтому их используют намного реже.

Сварные сваи

Сварная свая – это металлическая труба, один конец которой имеет вид конуса с приваренными к нему лопастями. Его обрабатывают специальным антикоррозийным составом. Лопасти, как и конус, формируются плазменной резкой, благодаря чему обеспечивается точность изделия. Они отлично подойдут для установки забора, так как в этом случае на них не будет оказываться серьезной нагрузки, но для строительства дома они непригодны из-за невысокой прочности.

Винтовые сваи, имеющие сварной наконечник, в свою очередь, делятся на несколько видов:

• для каменистого грунта – имея двойные лопасти, они создают надежное сцепление с грунтом. Использование их для строительства заборов нерационально, из-за отсутствия серьезных нагрузок на них;
• с наконечником открытого типа – подходит для любых грунтов;

с наконечником закрытого типа – также подойдет для грунта любого типа.

Литые винтовые сваи

Литая свая имеет винтовую конусовидную сторону. Их изготавливают с помощью литья по идеально точным моделям, в виде определенных форм. Именно с их помощью и создается монолитный наконечник с лопастями. Главное их преимущество – это высокая прочность при длительной эксплуатации, благодаря тому, что выполняются они полностью стальными.

Литые винтовые сваи различают по тому, для каких типов грунтов они предназначены. Они бывают:

• стандартными. Для обычных грунтов с крупными лопастями;
• для участков с высокими грунтовыми водами. Со средними лопастями, гарантирующими, что во время ввинчивания, грунт не будет разрыхляться;
• для вечномерзлых грунтов. С лопастями небольшого размера, которые облегчают работу по установке сваи и исключают риск перекоса.

Плюсы и минусы свайно-винтового фундамента

Свайные фундаменты принципиально отличаются от ленточных и плитных тем, что каждая свая передает на грунт сосредоточенную нагрузку в отдельной точке. А свайно-винтовой фундамент в свою очередь отличается от свайно-забивного из железобетонных свай тем, что:

• Сваи – металлические трубы, гораздо хуже железобетона сопротивляющиеся изгибу.
• Металлические сваи в грунте подвержены коррозии.
• Заворачивание винтовых свай, в отличие от вбивания забивных, не уплотняет, а разрыхляет грунт.

Вследствие указанных факторов качество свайно-винтового фундамента очень сильно зависит от свойств подстилающего грунта. Идеальная «подушка» под винтовой фундамент – мощный сухой суглинок или слегка увлажненный аллювий, песок с включениями мелкой гальки. В последнем случае винт сваи при вкручивании толкает перед собой все более расширяющийся и уплотняющийся конус грунта. Из него при этом выжимается вода, а мелкие частички глины, всегда присутствующие в аллювии, цементируют его. В конце концов конус грунта приобретает прочность бетона, а конусы отдельных свай в глубине смыкаются. Свая заклинивается намертво, так, что ее легче свернуть в штопор, чем дальше завернуть или вывернуть; прочнейший фундамент теперь готов фактически без нулевого цикла.

Беседка с купальней на винтовых сваях

В плодородных многослойных грунтах большей части РФ свая фундамента работает по-иному. Как – разберем ниже, а пока укажем плюсы и минусы винтовых свай в России, за исключением горных районов и зоны вечной мерзлоты:

1. Не требуется планировка площадки и оборудование подъездных путей к ней – плюс.
2. Строительство не привязано к сезону, погодным/природным условиям и географическому положению объекта; сваи можно заворачивать и в болото, и в вечную мерзлоту – плюс.
3. Трудозатраты на устройство свайно-винтового фундамента на порядок и более меньше, чем любого другого; его можно собрать за 1-3 рабочих смены – плюс.
4. Не нужно ждать усадки фундамента, строительство можно начинать сразу после его монтажа – плюс.
5. Пристройки к основному зданию можно делать, не опасаясь усадки их фундаментов относительно старого – плюс.
6. Строительство возможно в зоне развитых подземных коммуникаций – плюс.
7. С применением промышленных методов сборки и в сочетании с железобетонным ленточным свайно-винтовой фундамент позволяет вести строительство на самых слабых грунтах, вплоть до плывунов – плюс.
8. Те же промышленные технологии строительства позволяют извлекать сваи из грунта для повторного использования – плюс.
9. Ограниченный срок службы: в увлажненных грунтах с химической реакцией, отличной от нейтральной, металлические сваи служат 50-60 лет; бурозабивные (см. далее) до 100-120 лет – минус.
10. Ограниченная свойствами грунта несущая способность: капитальное многоэтажное строительство на свайно-винтовых фундаментах невозможно – минус.
11. Свайно-винтовые фундаменты для жилых строений долговременного пользования на единицу несомой нагрузки от здания оказываются на 10-30% дороже свайно-забивных или ленточных – минус.
12. Устройство подвального помещения невозможно, т.к. нарушается взаимодействие свай с грунтом – минус.
13. Попадание текучей воды в подпол здания недопустимо, поэтому требуется достаточно сложная отделка цоколя и отмостка – минус.
14. Монтаж фундамента требует предварительных геологических исследований на месте строительства и достаточно сложных и трудоемких расчетов. Если для ленточных фундаментов можно разработать типовые проекты, то каждый свайно-винтовой проектируется индивидуально – минус.

В индивидуальном строительстве плюсы свайно-винтового фундамента безусловно оттесняют его минусы в следующих случаях:

• Временные легкие жилые дома. Скажем, берем недорогую посильную ипотеку на сборно-щитовой домик, а рядом понемногу строим сами капитальный особняк.
• Деревянные бани: надежная изоляция пола от грунта дает и от металлической печки достаточно легкий и мягкий пар.
• Хозпостройки, навесы, шпалеры.
• Заборы.
• Распашные ворота.

Столбы раздвижных ворот из винтовых свай делать не следует: под механизм все равно нужно основательное бетонирование, а его усадка в дальнейшем приведет к перекашиванию створки; также сваи неважно держат регулярные знакопеременные нагрузки при ее выдвижении/задвигании. Не очень подходят свайно-винтовые фундаменты и под гаражи; для въезда-выезда придется делать пандус высотой около 0,5 м, что неудобно, отнимает место на участке, усложняет и удорожает работу. Исключение – сварные металлические гаражи, но их эстетика всем известна

Исключение – сварные металлические гаражи, но их эстетика всем известна.

Факторы, влияющие на долговечность винтовых свай

Реклама уверяет, что фундамент на винтовых сваях способен прослужить не менее столетия. Так ли это на самом деле, или это всего лишь очередная уловка маркетологов? Практика показывает, что такое вполне возможно, ведь некоторые из маяков, возведенных еще при Митчелле, стоят до сих пор. Однако нас больше интересует судьба не какого-то маяка в далекой Европе, а маленького загородного домика где-нибудь в Подмосковье, на Урале или на берегу Енисея. Сколько простоит он, будучи возведенным на фундаменте из винтовых свай, произведенных не где-то и когда-то, а здесь и сейчас?

На основании экспериментальных данных были оценены сроки службы стальных винтовых свай в грунтах с различным электрическим сопротивлением. Согласно этим оценкам в грунте с низкой коррозионной активностью (например, сухие сланцы или сухой песок) сваи из не оцинкованного металла прослужат не менее 300 лет, а из металла с защитным покрытием – 800 лет и более. Впечатляет, не правда ли? Однако это грунт, идеальный с точки зрения способности (а точнее неспособности) вызывать коррозию металла.

Рассмотрим для сравнения другой предельный вариант. В грунтах с очень высокой коррозионной активностью (морской грунт, ил, влажная глина, торф) средний прогнозируемый срок службы стальной винтовой сваи составляет всего 30 лет (если свая изготовлена из оцинкованного металла, эта цифра увеличится до 70-75 лет).

Следует сделать одну важную оговорку. При проведении всех этих расчетов предполагалось, что свая произведена в соответствии с используемым на Западе стандартом ICC AC358, т.е. толщина стенок ее ствола составляет 8 мм. Но найти на российском рынке винтовые сваи из горячекатаных стальных труб с такой толщиной стенок практически невозможно. Сколько продержится в агрессивной среде «стандарт» отечественного производства, т.е. свая, изготовленная из сварной трубы с толщиной стенок 3-4 мм, – никому не известно, но явно существенно меньше 30 (75) лет.

Из всего вышесказанного следует, что обещаемые в рекламе 100 лет службы фундамента на винтовых сваях – это не более чем пустые слова. Сваи могут прослужить и существенно больше, и существенно меньше – все зависит от качества продукции и условий эксплуатации, о чем в рекламе не говорится ни слова.

В целом срок службы винтовых свай зависит от трех основных параметров:

• толщина стали, использованной для изготовления ствола и лопастей сваи,
• толщина и качество защитного антикоррозионного покрытия,
• химическая активность грунта на данном участке.

Не зная этих характеристик свай и эксплуатационных условий, нельзя даже сделать предположения о том, как долго они прослужат.

Уменьшению срока службы винтовых свай способствует и широко распространенная у наших строителей практика обваривания винтовых свай связками из металлических швеллеров или уголков. Конечно, устройство подобных связок между сваями оправдано при монтаже фундамента в грунте со слабой боковой поддержкой. Однако соединение стальных свай перемычками из токопроводящего материала приводит к ускорению электрохимической коррозии металла.

Во избежание возникновения блуждающих токов, способствующих ускорению коррозионных процессов, стальные сваи не должны иметь гальванической связи друг с другом, а также с другими строительными элементами, изготовленными из стали. Для связи свай в единую систему следует применять деревянную обвязку либо металлическую обвязку, элементы которой соединены со сваями посредством хомутов, изолированных от свай диэлектрическим материалом.

Вот собственно и все, о чем мы хотели вам сегодня рассказать. Теперь вы знаете все плюсы и минусы винтовых свай и, надеемся, поняли главную мысль, которую мы пытались до вас донести. Винтовые сваи – это прекрасный выбор для создания фундамента, но использовать их можно не всегда и не везде. Определить допустимость применения винтовых свай в каждом конкретном случае под силу лишь профессионалу. Поверьте, затраты на привлечение специалиста несоизмеримо меньше стоимости устранения ошибок, допущенных в процессе проектирования и постройки фундамента.

Ваше мнение о винтовых сваях

• Хорошая конструкция, собираюсь их использовать для обустройства фундамента дома
• Считаю винтовые сваи не достаточно надежными и долговечными, использовать не буду

Что такое каркасный дом?

Каркасные дома взяли свое название от основы строения – деревянного каркаса, который снаружи и внутри обшивается специальными материалами. Для внешней обшивки используют фанеру, плиты OSB, вагонку и аналоги этих материалов. Внутри стены заполняют утеплителем. Это может быть стекловата, минвата, пенопласт или пенополистирол.

Каркасные дома могут возводиться с применением двух технологий:

Виды каркасных домов

• Каркасно-панельное строительство подразумевает собственноручное исполнение всех этапов, включая обработку материала и утепление. Такая технология более трудоемкая, но считается малозатратной.
• Каркасно-щитовые дома собираются из специальных щитов, в которых предварительно заложено утепление. Такие постройки возводятся быстро, с наименьшими трудовыми затратами, но требуют больших материальных вложений.

Но, как и любому строению, каркасному дому требуется надежное добротное основание. Среди огромного количества вариантов популярностью при строительстве каркасных домов пользуются винтовые сваи.

Ресурс винтовых свай

Для повышения эксплуатационного ресурса СВС необходима антикоррозионная обработка каждого изделия согласно ГОСТ Р 9.905, 9.908, 5272. Производители используют следующие технологии антикорра:

• холодное цинкование – слезает практически полностью еще при погружении сваи за счет содержащихся в земле абразивов;
• горячая оцинковка – держится немного дольше, не обеспечивает заявленный 75 летний ресурс;
• порошковое окрашивание – служит 30 – 50 лет после монтажа, разрушается гуляющими токами в грунте;
• покраска битумными составам – защищает от грунтовой воды, независимо от высоты УГВ, обеспечивает 50 – 70 летний срок эксплуатации

Чтобы повысить ресурс дома, специалисты рекомендуют следующие ЛКМ:

• грунт ВЛ 05 + холодное цинкование (эмаль IR 02) + стеклопластик – ресурс 300 – 400 лет в экстремальных условиях, электрохимическая коррозия отсутствует;
• эмаль IR02 или Zinga Metall + полиуретановая либо эпоксидная двухкомпонентная эмаль  – создавались для защиты нефепроводов (воздушных, подземных), имеют  50 – 100 летний ресурс;
• грунт ВЛ 05 + полиуретановая эмаль Hempel, Masco – стандартный уровень защиты днищ ледоколов, подлодок, резервуаров ГСМ, 30 – 70 летний ресурс.

Даже при покупке СВС с заводским антикоррозионным слоем необходимо покрыть сваи для надежности указанными составами.

Автогараж на винтовых сваях: проект фундамента

Предварительно разработанная схема свайного поля поможет избежать ошибок при установке свай. В начале этапа планирования необходимо определить тип изделия и рассчитать необходимое их количество.

При подсчете имеют значение такие факторы:

• Тип конструкции будущего гаража;
• Уровень промерзания грунта;
• Общий вес конструкции.

Для фундамента лёгких конструкций берут сваи диаметром 89 или 108 миллиметров, а для более массивных сооружений из шлакоблока или кирпича необходимо забить мощные сваи на 133 мм.

Составив план будущего гаража, указывают места расположения свай, выдерживая основные принципы:

• Опоры обязательно устанавливают в углах сооружения и по его периметру;
• Между ними выдерживается расстояние минимум 2 метра;
• Они обязательно размещаются под опорами, на которые навешиваются ворота гаража.

Увеличение их количества внутри периметра может упростить процесс изготовления пола гаража, который выдерживает значительные нагрузки.

Процесс монтажа винтовой сваи

Устанавливать винтовые сваи зимой на небольшом участке индивидуальном участке рекомендуется после составления расчетной схемы расположения свайных опорных конструкции и глубины их закручивания.

Зимний монтаж свай

Сбор нагрузок при расчете свайных фундаментов, выполняемых зимой, не отличается от летнего производства работ. Единственно, что трудно сделать зимой – выполнить полноценные геологические изыскания грунтов с целью определения категории почвы на участке. После составления проектной документации можно приступать к устройству винтового свайного фундамента. Работы производятся в несколько этапов.

Подготовка территории

На этом этапе необходимо хотя бы частично расчистить снег с площадки под застройку для проведения разметки места расположения свайного фундамента. Убирать снежный покров со всего участка не рекомендуется, так как снег защищает грунт от глубинного промерзания. Проводить какие-то мероприятия для утепления конструкций свай не надо, достаточно убрать строительный мусор, сухую траву и, таким образом, подготовить строительную площадку для следующего этапа.

Разметка

Для проведения разметки потребуется металлическая рулетка, шпагат, арматурные колышки. Согласно заранее разработанному рабочему проекту размечаются места установки винтовых свай. Обычно расстояние между ними составляет от 2 до 2,5 м, проектная глубина заглубления – от 1,5 до 2 м. Чтобы верхние части свайных опор находились на одной проектной отметке, отбивается единый горизонтальный уровень.

Завинчивание винтовых свай

Зимний мерзлый грунт имеет значительную твердость и поэтому лучше всего использовать для этих целей специальную технику.

Применение специальной техники при монтаже винтовых опор

Выполнить такую работу вручную будет трудно. Если такой возможности нет, значит, придется прорубать небольшие углубления в виде приямков с помощью ямобура. Если земля сильно промерзла, то необходимо ее отогреть, используя обыкновенный костер.

Процесс завинчивания с помощью специальной техники производится в следующей последовательности:

1. Вначале закручиваются несущие свайные опоры по углам площадки, которые монтируют в строго вертикальном положении.
2. Дальше происходит последовательная установка свайных конструкций согласно рабочей схеме.

Ручной способ установки винтовых опор

Так процесс завинчивания свай технологически несложный, то часто индивидуальные застройщики задумываются над вопросом, а можно ли самому своими руками выполнить такой монтаж. Если в зимнее время почва не сильно промерзла, то решение самостоятельного монтажа винтовых опор вполне можно реализовать. Чтобы понять, как закрутить винтовые сваи своими руками, и какие для этого понадобятся инструменты и приспособления, нужно ознакомиться с порядком монтажа:

• В процессе ручного закручивания понадобится металлический лом и два рычага из труб.
• Механизированный способ закручивания потребует наличие таких инструментов, как: дрель, гайковерт и металлический швеллер для усиления конструкции.

Техника ввинчивания свай заключается в поэтапном выполнении:

1. В готовое технологическое отверстие, расположенное в верхней части сваи, вставляется лом или вал.
2. Производится закручивание свай вращательным движением. Для контроля горизонтальности используют строительный уровень.

Закрученную винтовую сваю проверяют на отклонение по вертикали. Если величина отклонения больше 2 градусов, то это означает неправильность монтажа и опорную конструкцию придется выкручивать.

Видеопример самостоятельной установки винтовых свай:

Заливка бетоном

После монтажа свайного поля согласно технологии производства работ необходимо заполнить свайные полости бетонной смесью. Так зимой продолжительность светового дня небольшая, то бетонные работы обычно выполняют на следующий день после монтажа свай. Чтобы бетон при низких температурах не терял своих эксплуатационных свойств, в него добавляют антиморозные добавки, способные снизить температуру замерзания и кристаллизации воды до 30 градусов ниже ноля.

Применение таких добавок существенно повышает стоимость бетона, но оставлять полости металлических винтовых свай незаполненными – означает возникновение рисков потери прочности свайного фундамента из-за возможного изгиба.

При замерзании бетонной смеси в теле свайной конструкции вследствие расширения ледяных кристаллов может произойти нарушение целостности и разрыва сваи.

Плюсы и минусы свайно-винтового фундамента

Для начала давайте рассмотрим основные преимущества использования свайно-винтового фундамента:

• Прочность и долговечность. Практика показывает, что бетонные конструкции разрушаются гораздо быстрее, чем прогнивает металл, а потому свайный фундамент с металлическими опорами выглядит предпочтительнее ленточного или столбчатого основания. К тому же железобетонный фундамент подвержен осадочным деформациям, в то время как свайным опорам такие проблемы не страшны. Практика показывает, что фундамент из свай стоит более 40 лет, не подвергаясь разрушениям.
• Дешевизна и экономия времени. Винтовые сваи устанавливаются прямо на грунт, без выравнивания, а значит, для их установки не требуется проводить земляные работы и рыть котлован. Данное обстоятельство существенно экономит время и деньги, ведь для строительства одноэтажного дома подобную конструкцию можно возвести даже без привлечения специальной техники! Для возведения фундамента не понадобится и специальная установка для заливки фундамента, что также сэкономит время и деньги.

Подсчеты показывают, что возведение свайно-винтового фундамента обходится приблизительно на 30% дешевле, чем строительство других видов несущих конструкций.

Универсальность. Несущая конструкция может быть возведена практически в любых условиях, как на равнинной, так и на гористой местности с имеющимися уклонами. Более того, дом на сваях можно возвести на болотистой местности, и даже в условиях вечно мерзлоты. Там, где многие другие опоры под строительные конструкции возвести просто нереально, сваи прекрасно устанавливаются и выполняют свою функцию на «отлично».

• Всесезонность. В отличие от других видов фундамента винтовые сваи можно устанавливать круглый год, хоть жарким летом, хоть лютой зимой. Данное обстоятельство совершенно не влияет на качество установки и надежность опорной конструкции. Соблюдается данное условие потому, что на глубине погружения наконечника сваи температура всегда стабильна.
• Устойчивость к пучению грунта. Свайные фундаменты прекрасно переносят морозное пучение в периоды промерзания почвы.
• Не требует застывания. Если ленточным и монолитным фундаментам требуется время для схватывания, застывания и набора прочности, то винтовые сваи можно начинать обвязывать буквально сразу после установки.
• Не впитывает влагу. Свайный фундамент не впитывает влагу из грунта, а значит, полы вашего дома всегда будут сухими и никогда не подвергнутся гниению.
• Возможность повторного использования. При необходимости ввинченные сваи можно извлечь из грунта и использовать повторно, уже в другом месте. Таким свойством не может похвастаться ни один другой фундамент!
• Не мешает подводу коммуникаций. Еще одним преимуществом свайно-винтового фундамента является то, что его возведение совершенно не мешает проведению инженерных коммуникаций к дому. Их можно монтировать как до, так и после установки свай.

Не лишена данная конструкция и недостатков, о которых также стоит знать перед началом строительства.

Устанавливается не везде. При всей универсальности рассматриваемой конструкции монтировать свайный фундамент на скалистых и каменистых грунтах не всегда возможно.

• Необходимость дополнительного обустройства подвала. Установка свайного фундамента не предполагает наличия подвала или цокольного этажа, а значит, если вам понадобится данное помещение, его придется строить отдельно.
• Не подходит для многоэтажных зданий. Специалисты не рекомендуют возводить на свайно-винтовом фундаменте строения больше одного этажа, особенно если они выполнены из камня или кирпича.
• Дополнительные затраты на утепление. Мы упоминали о преимуществах наличия пространства между поверхностью грунта и полом дома. Однако зашивка этого пространства потребует дополнительных финансовых вложений.
• Коррозия металла. Необходимо понимать, что металлические сваи с годами подвержены разрушительному действию коррозии. Особенно это характерно для опор, установленных в болотистых местностях и грунтах с высоким содержанием влаги. Чтобы такой фундамент с годами не упал, необходимо приобретать сваи с максимальной толщиной стенок, да к тому же с наличием антикоррозионной защиты. А это дополнительные траты.
• Невозможность монтажа вплотную к другим зданиям. Если вы решили построить террасу или другое строение вплотную к уже существующему дому, свайный фундамент вам не подойдет. Ввинтить такую сваю ни вручную, ни с использованием техники чисто технически невозможно. Более того, ввинчивая сваи вплотную к уже имеющемуся ленточному или столбчатому фундаменту, есть риск нарушить его и спровоцировать разрушение несущей опоры.