Фундамент на винтовых сваях

Не зря бытует высказывание: «Заложить прочный фундамент», при начинании нового дела. Выражение пришло из строительной сферы, где от устойчивости основания зависит прочность всего сооружения.

Конструкция свайного поля применяется в местах с заболоченным, подтапливаемым или слабо несущим грунтом, где закладка блочного или ленточного фундамента недопустима.

Что такое свайный фундамент

Свайный фундамент — тип основания, спроектированный и построенный с применением свай, расположенных чаще всего вертикально, в котором они полностью или частично принимают на себя нагрузки от подземной и/или надземной части строения и передают их на грунт.

Между собой колонны связывают рамой из железобетона под несущими стенами здания (ростверк), или монолитной плитой.

Сооружения глубокого заложения применяются для проникновения (прорезки), слабых поверхностных пластов почвосмеси, чтобы передать основную нагрузку на дно с более высокими механическими показателями.

По типу погружения опоры делятся на висячие и подпорные.

В первом случае колонны удерживают основание в земле за счёт сил трения, а во втором, более востребованном варианте, – опираются на твёрдые слои земли.

По материалу изготовления сваи бывают винтовыми (вкручиваемые), из стали, железобетонными забивными и буронабивными, состоящими из асбестоцементной трубы, заполненной железобетоном.

Дома на сваях, в зависимости от габаритов и материала могут иметь:

1. Односвайный фундамент.
2. «Свайный куст» (от 3 до 9 штук на расстоянии 5–9 d, где d обозначает сторону или диаметр столба).

Применение большего количества опор образует на площади застройки «свайное поле».

Достоинства и недостатки

Сваи металлические обладают рядом преимуществ по сравнению с ленточной и заливной платформой.

• Возможность установки в климатических зонах с высоким или меняющимся уровнем грунтовых вод (УГВ), пучинистой почвосмесью, в северных широтах (большая глубина промерзания), а также в местах со сложным ландшафтом (на склонах, в лесистой или подтопляемой местности), и в сейсмологически опасных зонах;
• Быстрые и простые монтажные работы, которые можно произвести своими силами;
• Способность выдерживать высокие нагрузки (многоэтажные дома, мосты и т. п.);
• Надёжность;
• Минимальное количество земляных работ (столбы монтируются точечно и не нуждаются в котловане);
• Установка не зависит от времени года и погодных условий;
• Повторная эксплуатация металлических колонн;
• Применение винтовых свай при ремонте строения и восстановлении его фундамента;
• Дом на сваях можно модернизировать в процессе строительства, добавляя дополнительные опоры;
• Хорошая вентилируемость подпола, что особенно актуально для деревянных домов из бруса;
• Недорогая стоимость по сравнению с другими платформами (± 35%).

Ещё одно достоинство – устройство фундамента происходит без излишней грязи и строительного мусора.

К минусам этого типа фундамента относится отсутствие подвала и цокольного этажа в постройке, необходимость утепления подпольного пространства, непригодность конструкции для стройки на скалистых и каменных грунтах. Также сооружение не приспособлено для тяжёлых (кирпичных), крупногабаритных построек.

Из–за некорректных инженерных расчётов или неверной установки дома на винтовых сваях, опоры приходят в непригодность и имеют малый срок службы.

Важно! Ещё один недостаток – подверженность металла коррозии, поэтому не рекомендуется устройство свайного фундамента вблизи от вышек сотовой связи, электроподстанций и т.п. (вблизи от источников блуждающих токов).

Если сравнить плюсы и минусы свайных конструкций, то очевидно, что плюсов значительно больше.

Типы винтовых свай

Стальная Винтовая свая (СВС), представляет собой металлическую бесшовную трубу (толщина стенки 4–5 мм), полую внутри с литым или наваренным заострённым наконечником. В нижней части к ней приварены лопасти, которые выполняют функцию бура.

Интересно! Строители, основываясь на многолетнем практическом опыте, рекомендуют заливать внутренность трубы бетоном для увеличения их прочности.

Характерная анкерная (от нем. Anker «якорь») конструкция изделия надёжно закрепляет несущее основание и не выдавливается на поверхность из–за вспучивания грунта.

Разновидности по области применения

В современном строительстве винтовой фундамент широко используется для поддержки разных конструкций: капитальных и индивидуальных застроек, гидротехнических сооружений (мостов, причалов и т.п.). Служит несущими опорами для линий электропередачи (ЛЭП), ангаров, теплиц и ограждений.

Количество лопастей

В зависимости от типа строения СВС подразделяются на несколько видов:

1. Узколопастные многовитковые с литым наконечником. В условиях вечной мерзлоты используются модели с острыми зубьями по периметру среза. На каменистых почвах, содержащих скальные породы, наконечник трубы заострён.
2. Широколопастные, имеющие одну лопасть и литой наконечник (заход 1– 1,5).
3. Многолопастные. Несколько лопастей обеспечивают надёжную опору и компенсируют вертикальные подвижки.

Модификация свай под каркасный дом из дерева – однолопастные, а для трёхуровневых построек с мансардой (максимально разрешённая этажность), применяют только многолопастные колонны.

Типовые размеры

Производители, учитывая специфику нагрузки на винтовые сваи, выпускают опоры с переменным диаметром и конфигурацией разной степени сложности. Главные характеристики винтового фундамента диаметр, длина и вес, разработанные в соответствии с ГОСТом.

Общий диапазон диаметров СВС варьируется от 60 до 300 мм. Наиболее востребованы модели с d – 100–300 мм. Свайный фундамент из колонн с диаметром 108 мм отлично проникает в грунт и обладает высокими эксплуатационными характеристиками, поэтому часто используются при строительстве каркасных дачных домов, т. к. выдерживает нагрузку до 5–7 тонн.

Трубы с диаметром свыше 160 мм сложно погружаются в землю без специальной техники, поэтому практически не используются в частном домостроении.

Типоразмеры длины СВС также имеют вариативность, в зависимости от условий и типа конструкции (от 1.65 м до 9 м).

Самая распространённая длина прута – 2.5 м, способная обеспечить основные требования, такие как прочность каркаса и качество основания для большинства зданий.

Важно! Чем сложнее грунт, тем больше должна быть длина СВС.

Длину можно изменять нарезкой или наращиванием заводского прута. Наращивание актуально для закладки дома на винтовых сваях, где возможны значительные перепады высоты.

Типы наконечников

Нижняя часть трубы принимает на себя основную нагрузку при внедрении в землю, поэтому к наконечникам предъявляются повышенные требования.

• Сварные наконечники (СВС), используют для бурения мягких и слабых почв. При изготовлении на конце трубы вырезают клиновидные фрагменты, а затем «зубчики» соединяют в виде конуса и заваривают швы;
• Литые (ВСЛ), детали производятся отдельно, а затем соединяют с основанием. Это очень прочный и толстый наконечник, предназначенный для «тяжёлых» каменистых и промёрзших грунтов;
• Конусная модификация (СВК) — один из самых востребованных видов, применяемый в гражданском и промышленном строительстве. Подходит для погружения в любой тип грунта. Может быть дополнена пикой (СВП), с толщиной металла до 5 мм;
• Анкерное устройство (ВАУ), – сборная конструкция якорного типа. В отверстиях боковых стенок наконечника размещены анкеры, соединённые гибкими тягами и забетонированные. Предназначена для сильно заболоченных местностей с обводнённым грунтом для закрепления в проектном положении основания зданий, или имеющих положительную плавучесть объектов (труб).

Для строительства домика на даче не стоит переплачивать за литые модели. Конструкции со сварными наконечниками обеспечат достаточную устойчивость основания лёгкой конструкции.

Толщина и марка металла

«Слабое звено» труб – металлическая основа, которая подвержена коррозии и механическим повреждениям. Винтовой фундамент будет надёжным и прослужит долгие годы, если опоры выполнены из качественного материала.

Колонны изготавливаются из стальных сплавов различных марок, имеющих разные эксплуатационные характеристики.

СТ – 3, – стандартный вариант для изготовления колонн. Сплав отвечает требованиям Госта Р 9.905-2007 («Методы коррозийных испытаний, система защиты от старения и коррозии»).

Большей долговечностью отличаются конструкции из сплава СТ – 20. Такие опоры используют при бурении в условиях вечной мерзлоты во вспучиваемых грунтах, на каменистых и заболоченных почвосмесях.

Руководствуясь данными о коррозионной агрессивности грунтов и в соответствии с требованиями к жёсткости и прочности, необходимо выбирать сваи с соответствующей толщиной стенок.

• Тонкостенные модификации (3,5–4 мм), подходят для строительства беседок и ограждения в неагрессивных грунтах;
• Модели средней толщины (5–6 мм), рассчитаны на сваи под каркасный дом, возведённый на пониженных или нормальных неагрессивных почвах;
• Толстостенные стволы (более 6мм), предназначены для кирпичных, бетонных и деревянных строений, расположенных на нормальных, повышенных, средне и сильноагрессивных почвосмесях.

Тип антикоррозионного покрытия

Качественный свайный фундамент, по прогнозам специалистов, должен прослужить от 50 до 150 лет. Поэтому решающую роль в долговечности опор играет их внешнее и внутреннее покрытие, т. к. обычная сталь вследствие контакта с агрессивной влажной средой быстро проржавеет.

Грамотная технология изготовления продукта предполагает несколько вариантов его защиты на разных уровнях.

Опора по степени погружения делится условно на три части:

1. Участок, находящийся над уровнем поверхности земли, подвергающийся атмосферному воздействию.
2. Средняя часть, контактирующая и с воздухом, и почвой (± 1 метр), находится в зоне риска из–за взаимодействия с грунтовыми водами.
3. Нижний участок столба, располагающийся на один метр ниже поверхности, наиболее уязвим, но ограниченное поступление кислорода и плотный грунтовый пласт более инертен по отношению к сплаву.

Внутреннюю, полую часть трубы, как правило, защищают заливкой бетона, который заполняет выемки и микротрещины, и препятствует контакту с воздухом.

Интересно узнать! При монтаже можно, не дожидаясь полного застывания раствора, присыпать верхнюю часть свайного поля сухим бетоном, который впитает излишнюю влагу из заливки.

Уберечь от коррозии столб, который подвергается механическим повреждениям при закрутке, и химическим, – при контакте с землёй, помогают полимерные составы: эпоксид (бюджетный вариант), полиуретановые смолы (высокая степень адгезии), горячее и холодное цинкование (цинковые аноды).

Самые качественные винтовые сваи под фундамент изготавливаются из высоколегированных сталей, в состав которых входят примеси, обеспечивающие антивандальные свойства изделию.

Для придания особой прочности, некоторые виды колонн (КЗС), обеспечивают двойной защитой: после оцинковки поверх покрытия наносят ещё один антикоррозийный слой, который обеспечивает сохранность защитного слоя при вкручивании трубы в грунт.

Технология защиты предусматривает предварительную подготовку стали. Для этого на производстве сплав подвергается пескоструйной очистке, а только потом покрывается «антикорром».

Для каких строений используются

Широкое применение практически во всех областях строительства сделало винтовые трубы востребованными на строительном рынке.

Немного истории

На свайном фундаменте из металла конструкции стали возводить около 200 лет назад, благодаря инженерному изобретению англичанина Александра Митчелла, что значительно облегчило установку военных сооружений. Опоры легко вкручивались в землю и были пригодны для многократного использования. До этого использовались деревянные столбы, которые с усилием вбивали в землю. При этом они часто деформировались и имели короткий срок службы (древесина сгнивала).

В конце ХХ века частное домостроение, в связи с освоением новых территорий в сложных климатических условиях, «взяло на вооружение» военные технологии закладки основы под гражданские постройки.

В малоэтажном частном строительстве винтовые трубы первоначально применяли на сложных слоистых почвах. Потом, учитывая простоту в применении и небольшие финансовые затраты, по сравнению с другими типами оснований (ленточное, плитное), их стали использовать для жилых и хозяйственных сооружений.

Срок службы

Разработчики и производители фундамента на винтовых сваях прогнозируют эксплуатацию опор в течение 150–200 лет. Но с этим утверждением можно поспорить. Дело в том, что в основе расчётов инженерных конструкций вводными показателями служат идеальные цифры (качество грунта, атмосферно – климатические условия, технология изготовления опор с соблюдением основных требований). На практике, реальной обстановке, особенно в зонах с повышенной сейсмической активностью, вечной мерзлоты, со «сложными» грунтами срок службы сокращается до 25–50 лет, а это низкий показатель для капитальных строений.

Продлить «жизнь» колоннам, а значит и всему строению, помогут несколько способов.

• Используйте сваи для дома с утолщёнными стенками (+ 1 мм стали продлевает эксплуатацию на 10–12 лет);
• Приобретайте материалы, обработанные горячим цинкованием. Если при изготовлении использовался «холодный» вариант, дополнительно покройте поверхность полимерными красками;
• Лопасти трубы должны быть не менее 5 мм.

По действующим нормативам СНиП 2.02.03-85, при соблюдении технологии производства и установки колонн (толщина стенки от 6 мм, скорость истирания сплава до 5 мм за 100 лет, коррозийное изъязвление – до 0, 5 мм в год), предусмотрен ресурс эксплуатации конструкции от 50 до 120 лет.

Как правильно сделать выбор

Приобретение свай под каркасный дом требует тщательного подхода, знаний веса конструкции и типа почвосмеси бывает недостаточно.

Чтобы опоры выдержали силовую нагрузку и были инертны к агрессивной среде, при покупке нужно обратить внимание на внешний вид изделия: на поверхности не должно быть трещин, рисок (процарапанной разметочной линии), вмятин, влияющих на толщину стенки, плены (расслоение металла) и рванин.

Лучше приобрести неокрашенные опоры, т. к. под слоем декора может скрываться ржавчина и другие дефекты.

Важно! Специалисты рекомендуют выбор свай от производителя с хорошей репутацией. Недобросовестные поставщики используют сплавы низкого качества, покрытые тонким слоем антикоррозийной защиты.

Обратите внимание, что перед нанесением защитного слоя в кустарных мастерских пескоструйная обработка не проводится.

Для частного домостроя подходят стволы с малым диаметром: ВС-57, ВС-76, ВС-89, ВС-108.

Как производятся работы по устройству фундамента на винтовых сваях

Сваи под каркасный дом вкручивают в местах, где не подходят другие типы конструкций. Поэтому установка этого типа опор имеет свои нюансы.

Геодезическая разведка участка

Прежде чем провести гидрогеологию места для правильного подбора сваи под каркасный дом, необходимо найти инженера – проектировщика для будущего здания.

Специалист, основываясь на пожеланиях клиента (этажность здания, тип предполагаемого фундамента, нагрузка на колонны и т.п.), составит техническое задание геодезисту, на основании которого он проведёт обследование территории (виды проб, вычисление глубины и количество скважин и т. п.).

В результате будет произведена геодезическая разметка точек пересечения осей для свайного поля.

Краткая и общая схема монтажа

Общая схема обустройства стволового основания состоит из нескольких этапов:

1. Подготовительные работы, включающие разметку площади, проверку параллельности осевых линий и их соответствия прямым углам.
2. На втором и третьем этапах сначала погружают угловые, а затем промежуточные трубы.
3. Чтобы поверхность стволов была ровной, производят обрезку.
4. Усиливают прочность путём заливки бетона.
5. Приваривание верхних торцов опоры (оголовков), которые служат точками крепления ростверка.

Поверхности стволов, повреждённые при сварке или погружении, сразу покрывают защитным слоем из краски.

Технология строительства методом обвязки

Обвязка (скрепление столбов между собой по периметру здания и между внутренними перегородками), делает фундамент устойчивым при сдвигах и пучению почвосмесей.

На неровных поверхностях (склон), к горизонтальным креплениям добавляют диагональные.

Устройство свай для дома

На первом этапе в месте установки столба делается «приямок» и размягчается водой. После установки колонны в лунку, в её технологическое отверстие, располагающееся вверху, вставляют лом и начинают прокрутку.

Важно! Если рычаг для вращения (лом) слегка согнуть, то работать станет намного легче.

Вертикаль ствола определяется строительным уровнем. После того, как нижняя часть трубы упёрлась в твёрдый слой, выравниваются оголовки.

В труднодоступных местах можно использовать электрическую переносную установку.

В интернете можно найти множество видеоматериалов по данной теме.

Нижняя обвязка каркасного строения

Заключительный элемент обустройства основания (если высота столбов находится на 0,5 м выше поверхности), может выполняться из разных материалов (металлический ростверк, деревянный брус, металлический швеллер или армированная железобетонная плита). Выбор зависит от тяжести строения. Например деревянный брус выдерживает нагрузку от 3 до 7 тонн.

Монтируем ростверк

Единое горизонтальное полотно достигается путём обеспечения жёсткости несущих узлов. По типу конструкции ростверк может быть плиточным, ленточным или стаканным, монолитным или сборным. По способу монтажа – повышенный, надземный, заглублённый.

Для его монтажа не требуется особенных навыков. Для частного домостроения собственными силами лучше выбрать монолитную конструкцию.

Теплоизолируем опорную часть

Помимо эстетической функции и защиты от влаги, цоколь дома должен удерживать тепло, а так как каркасный дом на винтовых сваях не имеет подвала, подполье утепляют двумя способами: по отдельной ленточной конструкции или по обрешётке, которая крепится к опорам.

Лучшие утеплители, которые можно крепить прямо на стволы,– это экструдированный пенополистирол, Пеноплекс или вспененное блочное стекло.

Пеноизол жидкий хорошо закрепляет утеплитель. Он наносится путём распыления.

Скорость процесса

Целесообразен ручной способ установки столбов при возведении частных построек. Ввинчивание одной трубы в среднем занимает от 5 до 15 минут, в зависимости от земли на участке и вида опоры и количества «Рабочей силы».

Скорость погружения за один оборот ± 192 мм.

Принципы расчёта и проектирования

Для грамотного проектирования и составления сметы следует учитывать ряд основных факторов, играющих важную роль в прочности сооружения.

Оценка несущей способности сваи

Этот показатель вычисляется тремя способами: теоретический (расчётный), основан на данных таблицы СНиП 2.02.03-85 или самостоятельно, по схеме, что ширину лопасти увеличивают с увеличением d ствола.

Лопасти

Для трубы:

D 89 мм – D лопасти 250 мм

D 108 мм – D лопасти 300 мм

D 133 мм – D лопасти 350 мм

Оценка нагрузок

Эта цифра складывается из веса строительных материалов, предполагаемой меблировки, домашнего инвентаря, а также внешней нагрузки (динамической и эксплуатационной).

Такой расчёт лучше доверить профессионалу!

Количество винтовых свай

Самостоятельно рассчитать количество единиц можно по алгоритму:

1. Геологическое исследование почв, для вычисления несущей возможности грунтов.
2. Суммирование всех нагрузок (конструкции и внутреннего содержимого, внешних атмосферных показателей и т. п.).
3. Специальная компьютерная программа, которая используется в инженерно-строительной сфере, рассчитает и уточнит предварительные данные.
4. Рабочий чертёж свайного поля.

Требования к грунту

Основные показания для применения этого типа конструкций были описаны в предыдущих пунктах, а вот почвосмеси, на которых нельзя устанавливать стальные столбы,– это мягкие, рыхлые почвы, гравий и скалы. Стволы будут просто прокручиваться в земле, не находя устойчивого дна, что повлияет на прочность всего здания, а в последнем случае они просто не пройдут сквозь скальные породы.

Стоимость

Винтовая основа – экономически выгодный способ для каркасных построек на «сложных» почвах. По сравнению с основанием из плит или ленточным фундаментом, разница составляет около 40%, что существенно экономит бюджет при финансово затратном мероприятии под названием «Строительство дома».

Простота монтажа даже на сложных ландшафтных участках, вариативность модификаций и доступная ценовая политика винтовых сооружений завоёвывают всё большую популярность на строительном рынке.