Как правильно выбрать винтовые сваи?

Требуется ли учитывать выдёргивающие нагрузки

Свайное основание подвержено множеству нагрузок При проектировании свайных фундаментов под дом одним из ключевых моментов расчёта несущей способности опор является учёт деформаций. Они влияют не только на устойчивость конструкции основания, а и на возможность образования проседаний.

Особенно это актуально при выполнении строительных работ на рыхлых, скалистых, сейсмически-активных и промерзающих грунтах. То есть такой расчёт требуется проводить в тех случаях, когда расчётная схема устойчивости свай существенно отличается от стандартной.

При строительстве достаточно часто применяют сваи диаметром 108 мм, которых хватает для строительства одноэтажных объектов из древесины или пеноблоков. Опоры обладают высокой прочностью и при этом имеют оптимальную стоимость. Согласно действующим стандартам они способны выдерживать нагрузки в пределах 4-5 т и эффективно справляться с поперечными и продольными сдвигающими силами.

Использование лопастей в конструкции позволяет эффективно справляться с выдёргивающими напряжениями в результате пучения грунта. Однако же сваи 108 мм, несмотря на это, требуют обязательного просчёта на выдёргивание, особенно если требуется возвести двухэтажный дом.

Сколько понадобится винтовых свай?

По итогам обоих расчётов есть два значения – суммарная нагрузка (она передаётся от здания фундаменту) и несущая способность (с запасом срока эксплуатации) одной сваи.

Рассмотрим для наглядности пример. Онлайн калькулятор показал допустимую нагрузку на винтовую основу СВС-108 4,5 тонны с учётом поправочного коэффициента надёжности. По второму онлайн калькулятору общее значение нагрузки от здания (которое планируется к строительству) составило 64,2 тонны.

Получаем в результате деления требуемый результат:

64,2 : 4,5 = 14,02

Значение округляют до целого числа в большую сторону, поэтому получим 15 свай.

Это количество – минимальное, часто оказывается не окончательным, ведь существуют нормативы по расстановке свайных опор.

Нормативы:

• для каркасных, брусовых, бревенчатых построек сваи устанавливают с шагом не более 300 см;
• для сооружений из пенобетона, шлакобетона и газобетона шаг установки свайных опор должен быть не больше 200 см;
• если возводятся ограждения из лёгких стройматериалов, то дистанция между опорами 300-350 см;
• когда обустраиваются заборы из древесины или из профнастила, то шаг установки должен быть 250-300 см, он зависит от ветровой нагрузки.

Определяя места установки винтовых опор на плане постройки, учитывают следующие нормативы:

1. Обязательно сваи вкручиваются по углам постройки, также в местах (точке) пересечения либо присоединения несущих стен.
2. Под капитальными стенами (и внутренними, и внешними) сваи устанавливают с единым шагом. Это расстояние выбирают в зависимости от стенового материала и особенностей здания.
3. При строительстве веранд, террас, пристроек, сараев, примыкающих к дому, других лёгких пристроек свайное поле рассчитывают отдельно! И к фундаменту дома его не привязывают. Часто для подобных сооружений применяют сваи меньшего диаметра, существенно экономя на фундаменте.
4. Другой подход к тяжеловесным постройкам, которые будут располагаться внутри дома – это котёл, печь и т.п. В местах их расположения нужно основание усиливать двумя дополнительными сваями как минимум. Либо возводить отдельное мини-основание, которое не будет связано с основным фундаментом. Но для этого мини-основания потребуется отдельный план и расчёты количества свайных опор.

Так что возможен вариант, что понадобится вкручивание дополнительных свай сверх расчётного количества. Не стоит огорчаться – от этого итоговая несущая способность фундамента лишь выиграет. Но нельзя количество опор занижать. Даже в том случае, когда на плане при расстановке количество опор кажется избыточным.

Мы же хотим ещё раз предостеречь, что использовать винтовые сваи для основания дома 100% выгодно, если доверить возведение фундамента компетентной и проверенной компании. Организации, которая даёт гарантии, что качественно выполнит работу.

Не нужно обращаться за услугой к незнакомым строительным бригадам. Возможно, на этом этапе строительства вы сэкономите. Но где гарантии, что через год вам не придётся вызывать других мастеров, которые будут исправлять допущенные ошибки.

И на их устранение придётся потратить в несколько раз больше денег, чем вы уже потратили. Тоже касается и покупки винтовых свай. Приобретая изделия в кустарных производствах, вы закладываете мину замедленного действия под своё основание. А это неразумно, даже при очень привлекательной цене.

Фундамент на винтовых сваях

Что такое винтовые сваи? В чем их особенность и удобство? И как с их помощью сделать фундамент? Винтовые сваи — это такая опорная конструкция. Представляет она собой систему труб, которые погружены в грунт на определенную глубину. В нижней части этих труб приварены спиралевидные лопасти (как на фото). Эта конструкция позволяет вкручивать сваи в грунт. А лопасти играют роль нарезки, примерно с таким же эффектом действия, как и на шурупах. Острый наконечник сваи позволяет легче ей входить в грунт. А нарезка помимо того, что используется для вкручивания, также является опорным узлом, на который собственно и опирается свая.

За счет чего держится опора и на сколько она надежна, спросите вы? Отвечаем: такая свая держится за счет силы трения, которая возникает между грунтом и боковыми поверхностями сваи (трубы). Усиливают такую конструкцию те самые лопасти, о которых мы уже говорили. На них и о приходится часть нагрузки, что делает такую опору весьма надежной, при грамотной установке конечно. Кстати, сама установка таких свай имеет массу тонкостей, которые нужно соблюдать. Несоблюдение их может привести к тому, что свая будет хлипкой и ненадежной. Так вот, чтобы равномерно распределить нагрузку на каждую сваю, установка выполняется по заранее просчитанной схеме. Образуется так называемое свайное поле. Оно обеспечивает равномерную нагрузку на каждую опору.

Ростверк

Когда сваи уже погружены их верхние части срезают таким образом, что бы получилась ровная плоскость. Затем делают ростверк или по другому называют несущий пояс. Он-то и является основной конструкцией, которая распределяет нагрузку от стен. А самое главное, благодаря ему нагрузка на систему свай распределяется равномерно, не перегружая не одну из свай, что придает данной конструкции надежность и долговечность.

Строение и функции ростверка очень схожи с конструкцией ленточного фундамента. Отличием в данной конструкции является то, что у ростверка, вместо опоры на грунт, как у ленточного фундамента происходит на сваи. Для того чтобы конструкция приобрела жесткость и была менее восприимчива к боковым нагрузкам, полые трубы свай заливают бетоном после их установки. Это и создает дополнительную устойчивость и жесткость конструкции.

Конечно, и плюсы и минусы свайного фундамента имеют место быть. Но явным плюсом винтовых свай является то, что при их установке не обязательно погружать их до контакта с плотными слоями грунта, как с другими сваями. Особенность их конструкции позволяет надежно удерживать здание при достаточном углублении в грунт. Винтовые сваи являются висячим типом свай.

Устройство ростверка

Резюме

Самостоятельно провести монтаж и даже изготовить винтовую опору небольших размеров возможно, но достаточно сложно. Любое отклонение от рекомендуемых норм, а именно шага и размера лопастей, неверный угол наклона к оси горизонта, увеличивают прилагаемые трудозатраты для ввинчивания, а иногда способны сорвать весь монтаж.

В случае невозможности обращения в специализированную компанию и принятия решения о самостоятельном монтаже в целях экономии, соблюдайте рекомендации профессионалов. Рационально используйте свои силы, применив простые законы физики, и следите за вертикальным уровнем погружения винтовых опор в грунт.

Как правильно выбрать подходящие сваи для фундамента

Правильный выбор свай основывается на следующих факторах:

1. Цене.
2. Скорости монтажа.
3. Надежности и долговечности.

Учитывая все достоинства и недостатки приведенных выше оснований по обустройству, взвесив все «за» и «против», нужно сделать свой оптимальный выбор.

В частном малоэтажном строительстве в последнее время чаще применяют винтовые сваи.

Помимо того, что винтовые сваи идут на обустройство традиционных ростверков, некоторые их виды идут на усиление плитных, а также и ленточных оснований.

Трубчатые конструкции с приваренными или же литыми наконечниками дают возможность осуществлять строительство там, где это сделать весьма затруднительно:

• На болоте.
• На воде.
• На косогоре.

И все это без планировки участка под застройку. Сама суть технологии в том, чтобы сделать минимальной касательную нагрузку на такую опору.

Оптимальная конструкция сваи для строительства малоэтажного:

1. Корпус. Бесшовная труба со стенкой в 4-4,5 миллиметра из стали Ст3. Больший ресурс у конструкции из стали 30ХМА – стенка в данном случае – от 6 до 10 миллиметров.
2. Лопасти. Они приварены к корпусу или же выполнены в виде функционально законченного наконечника – литого или сварного, который также приваривают к корпусу.

Какой бы не была конструкция – она многофункциональна. Выбор же винтовой опоры следует базировать исходя из СНиП – строительных норм и правил (последняя редакция от 2011 г.)

Типы опор:

• Узколопастные. По сути, это аналог того же самореза, то есть, многовитковая опора. Наконечник литой, приварен к корпусу сваркой. Применяется для плотных пород почвы и вечной мерзлоты.
• Широколопастные. Для легких строений.
• Многолопастные. Для лучшего упора. Они предназначены для трехуровневых построек с мансардой.

Большинство индивидуальных застройщиков даже и не подозревают, каков спектр применения этих опор:

1. Бани.
2. Коттеджи.
3. Заборы.
4. Беседки.
5. Теплицы.
6. Рекламные конструкции.
7. Столбы ЛЭП.
8. Временные постройки. Здесь присутствует возможность демонтажа и переноса на другое место.
9. Заборы.
10. Мосты и причалы.

Здесь приведен далеко не полный перечень, где можно использовать винтовые опоры.

Окончательный и правильный выбор осуществляется с помощью детальных инструкций СНиП.

Для того чтобы увеличить надежность и долговечность винтовой сваи нужно нанести на нее специальное антикоррозийное покрытие.

Из самых существенных недостатков стоит выделить следующий: необходимость обустройства фальш-цоколя и тщательная изоляция коммуникаций под домом.

Достоинства же явно перевешивают недостатки, и кроме приведенных выше плюсов нужно добавить следующие:

• Быстрая сдача объекта.
• Малый объем земляных работ.
• Пригодность под застройку любого участка земли.
• Ремонтопригодность.
• Всесезонность застройки.

Правильное расстояние между опорами при проектировании – залог многолетней эксплуатации такого основания.

Кроме того стоит уделять особое внимание качеству изделий – экономичные технологии не придадут надежности конструкции

Где и когда применяются

Важно: полноценный фундамент из винтовых свай, готовый к последующему строительству, может быть смонтирован в течении 1-2 рабочих смен. Для сравнения – любой фундамент железобетонного типа требует как минимум 28 дневного простоя после заливки, необходимого для набора бетонной смесью нормативной прочности.

Рис: Дом из сруба на винтовых сваях

• Болотистый;
• Илистый;
• Пучинистый грунт;
• Торфяники.

Рис: Здание со свайным фундаментом на уклонной местности

• В качестве опор ЛЭП;
• Для возведения промышленных построек каркасного типа ( ангаров, теплиц);
• Для монтажа заборов, рекламных щитов;
• Как фундамент для гидротехнических построек (пирсов, причалов, мостов);
• При укреплении откосов котлована шпунтовыми ограждениями (в роли анкерных свай);
• Для создания временного фундамента, подлежащего последующему демонтажу (для аттракционов, торговых помещений);
• Для реконструкции и усиления уже существующих оснований (как выносные сваи либо для полной замены фундамента);
• В качестве дополнительного элемента плитных и ленточных фундаментов (существуют комбинированные виды оснований, по типу свайно-леточных фундаментов).

Рис: Пирс на винтовых сваях

Способы расчета

Основными элементами данного типа основы являются винтовые сваи из металла, длина и диаметр которых могут отличаться в зависимости от технологических требований и предполагаемой нагрузки, которую они должны будут выдержать. В специализированных компаниях и проектных бюро можно заказать профессиональный сложный расчет свайно-винтовой основы, в который будут внесены различные параметры и особенности конструкции, а также учтена несущая способность почвы на участке, отведенном под постройку будущего дома. Мы же предлагаем воспользоваться упрощенным вариантом и провести расчет винтовых свай, опираясь на практический опыт устройства подобных сооружений.

Варианты ростверков для винтовых свай

Установка винтовых свай своими руками

Сваи закручивают, применяя рычаги либо технические средства

Сваи закручивают при помощи труб, используя их как рычаги. Вставляют в трубу лом и с его помощью надевают рычаги из трубы с большим диаметром. Нужно сказать, что это очень трудозатратная операция, которую лучше делать с сильными помощниками. Или воспользоваться услугами техники.

Использовать ли бур для того, чтобы установить сваи? На этот вопрос существуют разные мнения. Иногда делают лидерные отверстия буром, что облегчает ее последующее забивание, но нарушает плотность почвы. Когда свая непосредственно вкручивается в землю, то грунт возле нее уплотняется за счет того, что свая его вытесняет. Характеристики уплотненного грунта повышаются, особенно по сравнению с рыхлым. Вероятность того, что в ствол шахты проникнет вода, становится меньше.

Преимущества и недостатки

Опишем основные плюсы и минусы использования винтовых свай при строительстве заборов.

Плюсы:

• Высокая скорость монтажа. • Простота работ, минимум необходимого оборудования, возможность самостоятельного монтажа свай. • Низкая трудоемкость и стоимость работ. • Отсутствие вибраций при установке свай. • Возможность монтажа в любой сезон. • Возможность использования практически на любых грунтах (исключая скальные породы). • Прочность и надежность, нагрузка до 4 тонн на сваю. • Легкость транспортировки за счет низкого веса. • Не нужно выравнивать участок и подготавливать грунт перед монтажом. • Нивелирование высотных перепадов на местности. • На сваи не действуют выталкивающие силы, геометрия конструкции после монтажа не изменяется. • Нет влияний сезонных и температурных изменений и усадки. • Длительный срок службы. • Простота демонтажа и переноса забора при необходимости.

Минусы:

Недостатков у винтовых свай практически нет. Единственный реальный минус — невозможность использования на скальных грунтах.

От чего зависит допустимая нагрузка

Если давать определение понятию несущая способность, то она представляет собой максимально допустимое давление на элемент фундамента, которое он выдерживает. Расчетная нагрузка на одну винтовую сваю всегда должна быть меньше ее несущей способности. Равность значений нежелательна, поскольку стоит предусмотреть запас на случай возникновения непредвиденных обстоятельств.

Допустимая нагрузка на винтовую сваю зависит от следующих факторов:

• диаметр трубы и лопастей;
• прочность грунта основания;
• длина сваи.

При выполнении простейших расчетов для частного дома потребуется знать только прочностные характеристики основания и площадь лепестковой подошвы (лопасти). Расчет выполняется по следующей формуле:

В этой формуле N -несущая способность винтовой сваи (сколько она способна выдержать), F — значение несущей способности (неоптимизированное), γк — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый в зависимости от количества опор для здания и способа выполнения геологических изысканий.

Коэффициент γk назначается равным следующим значениям:

• 1,2 при проведении точных геологических испытаний грунта основания, путем выполнения зондирования и лабораторных исследований. Выполнить это самостоятельно невозможно. Способ не подходит для частного домостроения из-за высокой стоимости, которая сильно увеличит бюджет строительства.
• 1,25 при проведении испытаний с помощью сваи-эталона. Хотя этот способ проще, чем предыдущий, определить, сколько сможет выдержать грунт, способен только человек, имеющий знания в области геологии.
• При самостоятельных исследованиях почвы и использовании табличных показателей прочности коэффициент принимается в зависимости от количества опор. Если несущая способность определяется для винтовой сваи с низким ростверком, то значение составит 1,4-1,75 при количестве опорных элементов в пределах 5-20 штук.

Важно! Практичнее всего использовать второй способ т.к. полноценные геологические изыскания дороги, а самостоятельное изучение грунта на глубине вкручивания свай практически нереально

Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле:

Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле:

Здесь S — площадь лопасти, которая вычисляется по формуле для круга (S = πR² = (πD²)/4). Исходные данные приводятся производителем винтовой сваи. Для наиболее распространенных диаметров винтовой сваи можно воспользоваться таблицей ниже.

Диаметр винтовой сваи, мм

Насыпное основание без выполнения работ по уплотнению

Зная сколько способен выдержать грунт на один квадратный сантиметр и площадь опорной части винтовой сваи можно найти предварительное значение несущей способности F (без учета коэффициента по надежности). Значение подставляют в первую формулу и находят окончательную максимально допустимую нагрузку на один элемент фундамента.

Более подробно определить, сколько сможет выдержать свая можно по формуле 7.15 пункта 7.2.10 СП «Проектирование и устройство свайных фундаментов». Здесь учитываются все моменты, которые способны повлиять на несущую способность, а именно:

• условия работы;
• характеристики грунта;
• глубина залегания лопасти (прибавляется боковое трение);
• диаметр лопасти;
• характер работы сваи (на выдергивание или на сжатие).

Выполнить расчет достаточно сложно, потребуется найти множество коэффициентов и характеристик грунта (здесь учитывается не только несущая способность, но и угол внутреннего трения, удельное сцепление, удельный вес и др.). Для упрощения работы можно воспользоваться таблицами, которые приводятся для наиболее распространенных диаметров свай (чаще всего для частного домостроения используют 89 мм, 108 мм, 133 мм).

Для свай диаметром 89 и 108 мм можно привести следующую таблицу:

Несущая способность свай 89 и 108 мм при диаметре лопасти 300 мм в тоннах с учетом глубины залегания винта

Несущая способность элементов диаметром 89 достаточна для того, чтобы использовать их в качестве фундаментов под одноэтажные дома из легких материалов (каркасные, бревенчатые, брусовые). При возведении двухэтажных строений лучше вместо 89 диаметра выбрать 108 или больший. Если опирать на такие свайные фундаменты кирпичные и бетонные здания, при расчете получится очень большой диаметр элементов и частое их расположение (зависит от характеристик грунта), да и не в каждой компании найдется специалист способный рассчитать массивное здание на винтовых сваях. Выгоднее использовать другие типы фундаментов.

Какой толщины должны быть сваи

Здесь необходимо разделять две толщины: трубы и лопасти. А еще в продуктовой линейке любого производителя изделия делятся на несколько категорий:

• эконом;
• стандарт;
• усиленные.

В качестве примера возьмем ходовую сваю диаметром 108 мм. Она поставляется в 3 вариантах:

• толщина стенки 3,5 мм + толщина лопасти 3,5 мм + диаметр лопасти 250 мм;
• толщина стенки 4 мм + толщина лопасти 5 мм + диаметр лопасти 300 мм;
• толщина стенки 4 мм + толщина лопасти 6 мм + диаметр лопасти 300 мм.

Как видно, разница в параметрах очень незначительная. На самом же деле имеет место существенное различие в несущей способности сваи и ее долговечности.

Естественно при выборе толщины стенки огромное значение имеет экономическая целесообразность. Поэтому для свай, используемых для неответственных строений (беседка, теплица, забор), достаточной является 3-3,5 мм труба. Для гражданских строений (дом, баня, гараж) достаточной является 3,5-4,5 мм толщины трубы. А уже для промышленных объектов (ангар, кирпичное сооружение, тяжелые строения) используются более толстостенные трубы.

Стоимость

Цена стержня 108/300 длиной 1650 мм, со сварным наконечником – 1550 рублей. 3000 мм – 2050 рублей. Аналогичная 3-метровая свая, но с литым наконечником, обойдется в 3200 рублей. Также для связки опор используют оголовок ценой 300 рублей.

Цена на работы зависит от характеристик свай, грунта и других факторов. Ориентировочно:

• установка стержня 108/300/1650 мм – 1500 рублей;
• 108/300/3000 мм – 1900 рублей;
• 133/350/1650 мм – 1650 рублей;
• 133/350/3000 мм – 2400 рублей.

К работам также стоит добавить:

• обвязку (500 – 1000 рублей за погонный метр);
• бурение лунок (от 300 рублей);
• пробное закручивание (2000 рублей);
• аренду генератора (если на участке нет света или действующая сеть не способна обеспечить мощность 5 кВт).

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.

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.