В процессе монтажа винтовых свай под фундамент ключевым моментом является глубина, на которую будет произведено вкручивание сваи. Именно она во многом определяет как устойчивость отдельной сваи в грунте, так и трудоемкость работ по закладке фундамента в целом. Глубина вкручивания свай зависит от нескольких основных факторов.
1. Роль глубины погружения сваи в расчете фундамента
Расчет свайного фундамента под любую конструкцию определяется во многом исходя из несущей способности винтовой сваи. Она, в свою очередь, зависит от плотности удерживания сваи в грунте и плотности опоры, на которую давит лопасть сваи. Существует две основных силы, препятствующие погружению сваи при нагрузках от веса здания – это сила сопротивления грунта в месте соприкосновения с лопастью и силы упругости, действующие на стенки тела сваи. Чем выше сопротивление грунта погружению сваи, тем большую роль в устойчивости сваи играет именно прочность опоры.
Именно поэтому немаловажно, чтобы лопасть сваи достигла как можно более плотных слоев грунта, иначе сил упругости, удерживающих сваю ее от дальнейшего погружения под действием веса конструкции на фундамент будет не хватать. Другими словами, именно глубина залегания плотных слоев грунта в наибольшей степени определяет устойчивость винтовой сваи и в целом стойкость всего фундамента.
2. Основные факторы, влияющие на определение глубины вкручивания сваи
Существуют основные факторы, определяющие глубину вкручивания винтовых свай, среди которых основными по опыту строителей являются:
- Назначение винтовой сваи в каждом конкретном случае
- Требования к несущей способности сваи
- Свойства грунта в месте установки сваи
- Глубина залегания плотных слоев грунта
- Глубина промерзания грунта в данной местности
- Требования к высоте цоколя здания
- Особенности конструкции свай, в частности расположение монтажных отверстий на свае и лопасти
Рассмотрим эти факторы подробнее
3. Назначение винтовых свай
Винтовые сваи имеют широкий спектр использования, например:
- Под общий фундамент здания
- В качестве дополнительных опор к имеющимся фундаментам
- В качестве опор под одиночные столбы, например для забора
- Отдельные опоры для ремонта старого фундамента
Очевидно, что в разных случаях сваи можно вворачивать на различную глубину. Так, для строительства крупногабаритного здания как правило, сваи погружаются на большую глубину, чем для установки легких опор под навесы или легкие постройки. В каждом конкретном случае глубина вкручивания определяется в расчете фундамента под то или иное здание или сооружение.
4. Требования к несущей способности свай
Данный фактор вытекает из предыдущего – чем выше предполагаемые нагрузки на сваю, тем выше должна быть ее несущая способность – тем больше предполагается глубина вкручивания. Следует отметить, однако, что с увеличение расстояния, на которое свая уходит в грунт, пропорционально увеличиваются и
- Трудоемкость монтажа сваи.
- Расход материала, т.е. длина трубы, из которой сделана свая
В большинстве случаев приходится выбирать баланс между необходимой глубиной вкручивания и повышенными затратами на монтаж.
Ручной монтаж — трудоемкое дело
5. Роль грунта в определении глубины погружения сваи
Несомненно, состав грунта во многом вносит решающий вклад в устойчивость всего фундамента. Преимущество винтовых свай в качестве основы для дома по сравнению с другими типами фундаментов как раз и состоит в том, что влияние состава грунта может быть нивелировано – как раз из-за того, что сваи достигают наиболее плотных слоев грунта.
Свайно-винтовые фундаменты успешно устанавливают на песчаные, неустойчивые грунты. Большую роль играет глубина промерзания грунта. Она различна для разных регионов. В частности, это параметр может составлять от 70-80 см в южных районах России до двух и более метров в северных районах и в Сибири. Иногда глубина промерзания достигает и 2-2,5 метров. На большей территории нашей страны глубина промерзания оценивается в 1.2-1,5 метра. Именно на эту глубину как минимум должны быть завинчена свая.
Роль глубины промерзания определяется таким свойством грунтов, как пучинистость – объемные колебания грунта при замерзании и размерзании. Они могут колебаться в пределах 5-12 процентов в зависимости от свойств грунта. Очевидно, что степень пучинистости зависит в первую очередь от исходной влажности земли, так как именно она при замерзании-размерзании меняет свой объем. Таким образом, при замерзании почвы сваи, если они находятся выше точки промерзания, могут быть вытолкнуты на высоту вплоть до 5-10 см, что существенно может изменить параметры всего фундамента.
При расчете фундамента значение промерзания грунта можно узнать из общих характеристик земель в данном регионе.
6. Глубина залегания плотных слоев грунта
Чем ниже слои грунта, тем он плотнее – это обусловлено, конечно, в первую очередь силами давления от более высоких слоев. Кроме того верхние слои грунта, являющиеся плодородными, содержат большее количество воздуха, что делает его более рыхлым. Имеющиеся данные показывают, что плотный грунт расположен обычно на глубине около 1,5-2 метров. В каждом конкретном случае эту характеристику определяет пробное вкручивание – плотный слой начинается там, где сваю становится очень трудно вворачивать ручным способом. Стандартная глубина плотного слоя – около 1,8 метра, именно на такую глубину и более рекомендуется вворачивать винтовые сваи.
7. Расположение лопасти и монтажных отверстий
В зависимости от конструкции сваи лопасть может быть расположена на том или ином расстоянии от заостренного конца. Стандартное расстояние между лопастью и наконечником – около 20 см, именно его нужно закладывать в определении глубины вкручивания.
Монтажное отверстие расположено обычно в 10-15 см от верхнего края трубы. Поскольку для правильной установки свай, монтажные отверстия должны быть удалены, то нужно учитывать и это расстояние. Обрезка свай происходит на некоторой высоте – в зависимости от типа фундамента.
8. Высота цоколя нижнего этажа
Чем выше планируется поставить цокольную облицовку, тем меньшую глубину вворачивания следует планировать – при равной длине сваи. Высота цоколя определяется несколькими факторами – особенностями конструкции здания, требованиями к его утеплению, дизайном дома и тому подобное. Так, здание с высоким цоколем смотрится более эстетично, чем с низким. Кроме того, высока роль и снежного покрова – чем выше цоколь, тем меньше будет пагубное влияние на фундамент при его таянии. Рекомендуется устанавливать цоколь на высоту порядка 50 см. Это тоже надо учитывать при вкручивании сваи на определенную глубину.
9. Расчет глубины вкручивания
Обобщая сказанное, можно определить оптимальную глубину, на которые нужно вкручивать сваи. По оценкам специалистов она различается для разных районов:
- Центральные районы (Московская область, Ленинградская, Ярославская, Пензенская) – порядка 2,6 метров (0,2 м лопасть + 1.8 твердый слой почвы + 0,5 метра вывод трубы над поверхностью + 0,1 м над оголовком)
- Аналогичным образом рассчитаны параметры глубины для Уральского, Поволжского, Зауральского регионов – 2,6 метра.
- Для Западной Сибири (Новокузнецк, Новосибирск, Красноярск, Тюмень) – 3,1 метр (здесь глубина слоя промерзания 2,3 метра)
- Для Восточной Сибири (от Иркутска и далее) – 3,6 метра (глубина промерзания 2,8 метра)
- Для Южных районов, где выше слой промерзания, но ниже уровень плотной почвы – 2,6 метра
10. Заключение
В каждом конкретном случае необходимая глубина вкручивания сваи может несколько отличаться. Однако с большей долей вероятности она определяется климатическими особенностями вашего региона. Следует обратиться к профессионалам, а если хозяин решает устанавливать свайно-винтовой фундамент самостоятельно – уточнить данные по промерзанию почвы в регионе.
Винтовые сваи в последние годы стали приобретать все большую популярность. Их активно применяют в строительстве малоэтажного загородного жилья и при возведении малых архитектурных форм, при прокладке линий электропередач, трубопроводов и строительстве ограждений автостоянок, оборудовании причалов, пристаней и т.д. Причем, использование винтовых свай возможно абсолютно на всех типах грунта, включая торфяные и болотистые, кроме скального грунта. Несомненно, обладают целым рядом преимуществ, но чтобы эти преимущества были в полной мере реализованы, необходимо правильно и качественно устанавливать винтовые сваи. Между тем, нехватка специальных знаний и неопытность монтажников при установке винтовых свай способствует тому, что допускает ряд ошибок, которые впоследствии могут привести к разрушению строения, опирающего на эти сваи.
Одной из распространенных грубых ошибок является вывинчивание сваи с целью регулировки высоты. Дело в том, что высокая несущая способность винтовой сваи обеспечивается путем завинчивания, при котором межвитковые промежутки почвы не подвергаются разрыхлению, а скорее уплотняются лопастью сваи. Поэтому ввинчивая, а затем вывинчивая сваю, образуется под ней слой рыхлого грунта и в итоге свая может под воздействием нагрузки просесть на высоту вывинчивания.
Другая ошибка – не вертикальная установка сваи. При ввинчивании свая в грунте может натолкнуться на подземные непреодолимые препятствия и так сказать, «уйти в сторону». Максимально допустимое отклонение от вертикали по технологии может быть не более 1,5 – 2 градуса. Превышение этих параметров ведет к неустойчивости сваи, даже если верхушка сваи совпадает с запланированным размещением. В таких случаях лучше изменить размер сваи, но добиться вертикальности, при этом отдельно укрепив верхушку сваи к плоскости надстройки. Стоит отметить, что сваю, завинченную под углом, превышающим допустимые параметры, нельзя наращивать.
Ещё одна ошибка – ввинчивание сваи в предварительно выкопанную яму по каким-либо причинам. Для обеспечения достаточной несущей конструкции глубина установки сваи в основной (коренной) грунт должна быть не менее, чем на 600-800 мм. Это условная величина и может изменяться в большую сторону в зависимости от конкретных условий. Например, винтовая свая длиной 2,5 м для изготовления завинчивается в грунт на глубину не менее 1,5 м. Если верхний слой грунта является нестабильным (торф), то винтовая свая наращивается на необходимую длину и далее завинчивается до тех пор, пока не пройдет этот нестабильный грунт. Другими словами, винтовая свая должна иметь горизонтальную стабильность.
Ошибкой является и тот случай, когда винтовая свая с толщиной стенки трубы (ствола) 4 мм не бетонируется, что должно обеспечивать сваю увеличением параметров жесткости на изгиб и препятствовать разрыву трубы под воздействием замерзшего грунта. Кроме этого, бетонирование ствола сваи не до самого верха приводит к внутренней коррозии ствола, а, следовательно, к сокращению срока службы.
Зачастую бывает так, что участок не является абсолютно ровным, а грунт – однородным. Винтовые сваи оказываются установленными на разную глубину. В целях экономии некоторые монтажники могут либо не подрезать сваи «в уровень», либо завинчивать сваи на глубину, меньше положенной. Это, как правило, приводит к неравномерности несущей способности сваи. Пытаясь выровнять уровень, неопытные монтажники допускают вывинчивание сваи, что в результате может обеспечить просадку сваи. Не срезанные технологические отверстия существенно снижают долговечность и прочность ствола сваи. Приваренный оголовок и сварочный шов в целях избегания коррозии следует окрашивать.
Заметим, что срок службы винтовой сваи составляет 80-100 лет и несоблюдение технологии и соответствующих параметров завинчивания сваи мало того, что сокращает срок эксплуатации сваи, но и может привести к разрушению надстраиваемой конструкции.
Применение свайного типа фундамента стало очень популярным. С практической точки зрения данная технология позволяет получать высокую экономическую выгоду при достаточной прочности и долговечности конструкции. Одним из вариантов свайного основания является винтовой, при котором опоры вкручиваются в грунт на заданную глубину. Процесс строительства такого основания занимает минимум времени, но требует большого внимания к множеству деталей. Один из таких моментов - на какую глубину вкручивать винтовые сваи?
Практически невозможно дать однозначный ответ на такой вопрос. Конкретной универсальной цифры просто не существует – для каждого проекта она определяется индивидуально. На показатель влияет большое количество параметров, главным из которых является грунт и его характеристики.
Для каких грунтов пригоден фундамент на винтовых сваях
Для строительства свайного основания обязательно проведение инженерно-геологических изысканий. Они должны проводится для любого строительства, но в случае установки опор особенно важны. Путем извлечения кернов грунта и получается набор данных, которые важны для последующей разработки проекта.
Геологи могут дать точную информацию о глубине залегания грунтовых вод, а также характеристики этих вод – это важно для оценки негативного воздействия химических элементов на опоры.
Свайное основание подходит для любого типа грунтов, что делает их «лидером» в сравнении с и аналогами. Строительство винтовых опор позволяет выйти на любую глубину, на которой, по данным геологических работ, залегает слой грунта, имеющий необходимую несущую способность.
При разработке проекта оценивается экономическая составляющая реализации строительства, которая определяет переход к производству работ.
Конечное решение на какую глубину закручивать винтовые сваи определяет архитектор проекта, который должен располагать детальной картиной подстилающих грунтов и характеристиками будущего строения.
Винтовые сваи и необходимая глубина их погружения
В общем виде, винтовая свая представляет собой стальную трубу определенной длины, которая имеет заостренный наконечник и приваренный на протяжении трубы спиралевидный участок. Последний предназначен для перемещения грунта на поверхность и служит основой для ввинчивания конструкции. играют важную роль для вкручивания опор.
Винтовые конструкции отличаются большим разнообразием и могут применяться для любых типов грунтов. Их можно монтировать как вручную, так и с привлечением специальной техники.
Погружение выполняет плавно и начинается со снятия (или прохождения) растительного горизонта. Глубина вкручивания винтовых свай устанавливается с небольшим запасом прочности для обеспечения достаточной несущей способности. Минимальная глубина погружения сваи должна соответствовать глубине промерзания почвы в зоне строительства фундамента. Соответствующий показатель можно взять в СНиП 23-01-99. Например, в южных регионах (Белгород, Воронеж) глубина промерзания составляет примерно 1 м, в то время, как в северных может быть более 2,4 м. Следует помнить, что глубина промерзания песчаников выше, чем у глинистых почв.
Основное правило строительства свайного основания: чем глубже ввинчена свая, тем надежнее фундамент.
Диапазон параметров винтовых свай может различаться в широких пределах. При выборе ствола для строительства фундамента для дома, обычно выбирают сваю диаметром от 57 до 325 мм. При этом, толщина стенки обычно составляет от 2 до 5 мм. Длина опоры варьируется от 1,5 до 12 м. винтовые сваи выдерживают высокие нагрузки на сжатие, а также показывают хорошие значения при напряжении на выдергивание. Для строительства основания опоры более чем выгодны.
Преимуществами свай в виде винта выделяются следующие:
- Прохождение слабых грунтов и выход на слои достаточной прочности – универсальность строительства в любых условиях.
- Возможность повторного использования опор, что выгодно при строительстве временных сооружений.
- Сохранение почвы и растительности при производстве работ по вкручиванию вручную, без привлечения техники.
- Минимальный шум при выполнении работ.
- Высокая скорость возведения.
- Высокая прочность материала и созданной конструкции.
Экономическая выгода при высокой прочности служат главными причинами использования винтовых свай. Кроме того, в отдельных ситуациях такая технология единственная из доступных.
Завинчивание свай
После того, как Вы определились для каких грунтов подходят винтовые сваи и выгодно ли их применение для конкретного участка, следует переходить непосредственно к строительству. Строгое следование правилам монтажа свай приводит к достижению желаемого результата.
После проведения детальных расчетов и определения параметров сваи следует выполнить пробное вкручивание. Эта процедура важна для определения соответствия расчетов реальности и подбора оптимальной техники. Также оценивается степень, с которой подходит применяемая свая для определенного объекта. Устанавливается глубина промерзания и особенности прохождения грунта.
Завинчивание начинается с определения точек установки, которые выносятся в натуру по проекту с помощью рулетки, а в сложных конструкциях с привлечением геодезической службы.
Постепенно ввинчиваются все опоры. Монтаж осуществляется до выхода на определенную глубину. Это важно для обеспечения расчетной прочности конструкции.
По завершению монтажа и выходу всех свай на установленную отметку, выполняется обвязка основания для соединения опор в единый проект.
Винтовые сваи гарантируют долгосрочность эксплуатации здания. Простота конструкции, скорость возведения и гибкость в плане решения нестандартных задач определяют распространенность свай для разнотипных проектов.
Славятся своей универсальностью: сваи можно ввинчивать там, где столбчатый фундамент уже через полгода подвергся бы нещадной деформации из-за сил морозного пучения, а ленточный – и вовсе невозможно было бы установить из-за высокой обводненности грунта. Какой же грунт лучше всего подходит для винтовых свай, а в каком — лучше отказаться от применения свайно-винтовых решений?
В каких грунтах не обойтись без винтовых свай?
Несущая способность грунта является одной из определяющих характеристик при проектировании будущего фундамента. Она зависит от таких факторов:
- Природный состав грунта;
- Его плотность и однородность;
- Насыщенность влагой.
Чтобы определить тип грунта и его несущую способность проводятся инженерно-геологические изыскания. На нашем сайте вы можете не только заказать винтовые сваи, но и вызвать геолога на объект для получения необходимых данных.
Наиболее распространенные в наших широтах грунты имеют различные показатели расчетной сопротивляемости (то есть несущей способности). Согласно приложению к СниП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» выделяют следующие типы грунтов:
Применение свай для разных типов грунтов
Винтовые сваи в крупнообломочных породах
Крупнообломочные грунты представляют собой не связанные обломки скальных и выветрившихся пород (щебень, дресва, гравий, галечник) с содержанием не менее 50% обломков крупнее 2 мм.
Крупнообломочные и скальные породы – единственные грунты, в которых нельзя устанавливать свайно-винтовые фундаменты. Крупные обломки препятствуют ввинчиванию ствола сваи и могут повредить лопасть. Впрочем, если пласты таких пород залегают на глубине более 1,5 метра (ниже уровня промерзания грунта) – монтаж свай возможен: в этом случае крупнообломочный пласт служит опорой для шнека и даже принимает на себя часть несущей нагрузки.
Винтовые сваи в песчаных грунтах
Песчаные грунты состоят из мелких (более 0,1 мм) зернистых шаровидных частиц. Грунт является несвязным и непластичным – размер пор между частицами достаточно большой, установление прочных связей между песчинками невозможно (сухому песку невозможно придать стабильную форму, влажный – рассыпается от малейшего давления.
Пески плохо удерживают воду, потому практически не подвержены влиянию морозного пучения, потому на песчаных почвах можно использовать сваи небольшой длины (уже на глубине 1,5 метров песчаный грунт имеет достаточную плотность для строительства фундамента).
Из всех песчаных грунтов гравелистые и крупные пески считаются наиболее подходящими для строительства, поскольку имеют наибольшую несущую способность.
Винтовые сваи в непросадочных пылевато-глинистых грунтах
Пылевато-глинистые грунты являют собой комбинацию пылеватых (от 0,05 до 0,005 мм) и глинистых (меньше 0,005 мм) частиц. Здесь можно выделить в отдельные группы глинистые грунты, супеси и суглинки.
Глинистые грунты состоят из частиц размером менее 0,005 мм чешуйчатой формы, примесь частиц песка – минимальна. Глины – достаточно связные грунты, частицы имеют большую удельную поверхность соприкосновения между собой. Однако поры между частицами, часто заполнены водой, потому такие грунты – склонны к морозному пучению.
Глина наиболее подвержена морозному пучению из всех существующих типов грунтов.
Супеси и суглинки представляют собой смесь глины и песка.
В супесях процентное содержание глины не превышает 10%, поэтому такой грунт менее пластичен, и в виду низкой пористости – он менее подвержен пучению.
Противостояние морозному пучению
Морозное пучение представляет собой увеличение объемов грунта вследствие воздействия отрицательных температур и замерзания влаги, содержащейся в нем. Это возникает из-за разницы в плотности воды в обычном и замерзшем состоянии (плотность воды – 1000 кг/м3, плотность льда – 916 кг/м3): при замерзании объем увеличивается приблизительно на 9%.
При изменении состояния и объемов содержащейся в грунте влаги происходит давление на его верхние пласты. Это давление приводит эти пласты в движение, вследствие чего и возникает «выдавливание» опор, не закрепленных в глубинных пластах, ниже уровня промерзания.
Поздравляем вас со Светлым Христовым Воскресеньем — Христос воскресе!
Ну, а если вы далеки от православия, то примите поздравления с Днём Весны и Труда!
Спешим сообщить вам, что все майские праздничные и выходные дни наша компания для удобства клиентов работает в обычном режиме: с понедельника по воскресенье, без выходных, с 9:00 до 22:00.
Казалось бы после установки свай в глинистый грунт проблем не должно было быть, но это не так. Первая свая была закручена на 80 см и фактически уперлась, при вращении 5 метровыми рычагами разрушались вставки, трубы и металл сваи. Свая изгибалась, но не вращалась. Для продолжения стройки пришлось приобрести мотобур. Смотри фото. В дополнению к мотобуру с земляным шнеком диаметром 200 мм куплен был удлинитель, это позволило сверлить грунт на глубину 1,1 метра. Пример проходки отверстия смотрите на видео.
Изготовление каждой монтажной ямы заняло 3 минуты:). При подготовке к бурению, кроме разметки, требуется снять слой дерна. Корни травы запутывают нож шнека и бурения не будет. Также мотобур не любит корни деревьев. Встретив такое препятствие работы нужно прекратить и удалить корень. При выкапывании ям повезло, самый крупный извлеченный камень был размером с большой кулак.
Дерн надо удалять Установка мотобура Грунт выбранПри монтаже свая устанавливалась над ямой и вращением погружалась на дно ямы. По большому счету шнек диаметром 200 мм при такой установке избыточен. Кто бы сообщил об этом раньше? шнека диаметром 150мм вполне достаточно, даже 100мм подойтет. Легче и быстрей было бы бурить. На песке отверстие получается больше за счет осыпания. Это видно на видео, как свая при установке стала опускаться без вращения.
Для закручивания сваи на требуемую глубину требовались от 40 до 60 минут, после 40-50 см углубления от дна ямы свая начинала вращаться очень плохо. Дальнейшее углубление было возможно только рывками с выкручиванием – закручиванием с использованием длинного рычага. Это сильно выматывало и за день устанавливалось только 2-3 сваи. При встрече серьезного сопротивления усилия направлялись на закручивание соседних свай. Это позволило сохранить инструмент для установки – вставки и рычаги. Последние сваи закручивались очень осторожно — все вороты были согнуты, а вставки гнулись как резиновые дубинки. Практически весь метал который входил в отверстие сваи был переломан. При работе на песке наверное надо выполнять рекомендации производителя свай. Глубина установки свай составила 1,6 – 1,8 метра. Установочные ямы засыпались послойно песком. Засыпалось ~15-20 см песка, затем слой песка тромбовался, поливался водой и после впитывания воды и уплотнения песок опять тромбовался. И так слоями до самого верха ямы.
Засыпка слоя песка Трамбовка песка