Свайно-винтовой фундамент — оптимальное решение для быстрого и экономичного строительства различных объектов: от заборов и навесов до гидротехнических и промышленных сооружений. Благодаря технологии завинчивания свай в несущие слои грунта, такой фундамент отличается высокой надежностью и применим практически на любых типах пород. При этом требуется минимальное количество земляных работ, что значительно сокращает время и стоимость строительства.
Однако при проектировании свайного поля важно учитывать технические характеристики металлических опор. На этапе создания проекта профессионалы рассчитывают оптимальные показатели диаметра и длины сваи, толщины металла, наиболее эффективной конструкции наконечника и лопастей.
В этом материале — раскроем вопрос выбора винтовых свай под те или иные строительные задачи.
Что такое несущая способность фундамента: выбираем диаметр
Диаметр ствола сваи — одна из основных характеристик, по которым определяется ее несущая способность. Чем больше диаметр опоры, тем больше площадь соприкосновения с грунтом и степень поддержки снизу и с боков сваи.
Также в соответствии с ГОСТ Р 59106-2020 «Сваи стальные винтовые» с увеличением диаметра сваи увеличивается толщина стенок ствола, повышая прочность изделия. Диаметр свай и их количество для фундамента тесно взаимосвязаны. Чтобы нагрузка от сооружения распределялась равномерно, сваи устанавливают примерно с одинаковым шагом на расстоянии не более 3-х метров друг от друга.
Суммарная несущая способность свай должна соответствовать весу постройки с учетом ветровых и снеговых нагрузок. Разделив предполагаемую общую нагрузку на количество опор, мы получим значение допустимой нагрузки на одну сваю и определим нужный диаметр — для каждого стандартного диаметра в паспорте указывается максимальная возможная нагрузка.
При строительстве ограждений количество свай соответствует числу столбов, и диаметр подбирается исходя из веса каркаса и облицовки с коэффициентом ветровой нагрузки. Для легкого штакетника или высокого сплошного забора из профлиста диаметр свай будет отличаться.
Ориентировочные величины рекомендованных нагрузок для винтовых свай разных диаметров получены расчетным путем и подтверждены полевыми испытаниями:
- Сваи 57 мм предполагают нагрузку до 1 тонны на опору. Их можно использовать для легких конструкций: небольших навесов и открытых террас, заборов из сетки и однорядного штакетника до 2 м высотой;
- Сваи 76 мм способны воспринимать от 1 до 2 тонн. Подходят для установки ограждений средней высоты из профлиста, штакетника-шахматки, обустройства фундаментов для гаражей, беседок, теплиц, вспомогательных хозяйственных построек, патио.
- Диаметр 89 мм позволяет увеличить нагрузку на одну сваю до 4 тонн, что допускает их применение для фундаментов крупных хозблоков, бань, частных причалов, навесов большой площади, кирпичных, бетонных и сварных ограждений, высоких заборов из профнастила, неотапливаемых веранд и даже небольших каркасных домов.
- 108-ти миллиметровые сваи с несущей способностью от 3 до 6 тонн обеспечивают надежность установки брусовых и каркасных домов, утепленных пристроек, небольших ангаров, ворот с тяжелыми створками, пристаней и пирсов.
- Сваи 133 мм с диапазоном допустимых нагрузок от 7 до 10 тонн могут использоваться для домов из бруса и облегченного бетона, мачтовых сооружений, больших ангаров.
- Сваи с диаметрами 159, 219 и 325 мм относятся к категории промышленных и рассчитаны на сложные условия эксплуатации таких объектов, как производственные и сборочные цеха, складские комплексы, линии электропередач и вышки связи, мосты и путепроводы, портовые сооружения.
С возрастанием диаметра увеличивается и толщина стенок ствола сваи, что повышает их прочность.
Сваи диаметром 57 и 76 мм обычно самые тонкостенные, из стали толщиной до 3,5 мм. К изделиям со средней толщиной стенок 3,5-4 мм относятся сваи диаметров 89, 108 и 133 мм. Промышленные сваи больших диаметров имеют толщину стенок от 5 мм и выше.
Типы наконечников винтовых свай
Наконечник винтовой сваи продолжает ствол и имеет, как правило, форму конуса. Заостренный конец сваи помогает ей преодолевать сопротивление грунта при завинчивании. Именно наконечник несёт на себе нижние, испытывающие на себе основное сопротивление грунта витки лопасти. Иногда винтовая часть захватывает и часть ствола, но зачастую вся лопастная конструкция сосредоточена на наконечнике, поэтому его прочность и выносливость важны для надежности всей сваи.
Наконечники винтовых свай бывают сварными и литыми.
Сварные наконечники изготавливаются из листовой стали, вырезанная деталь изгибается в виде конуса и имеет один сварной шов сбоку, а также шов по окружности по линии соединения со стволом сваи. На наконечник и нижнюю часть ствола привариваются лопасти.
Другой способ создания сварного наконечника — из нижнего отсека трубы ствола, на котором вырезаются треугольные зубцы, сгибающиеся друг к другу с образованием конуса. Такой наконечник не имеет шва по окружности, но по бокам их несколько, они соединяют зубцы между собой.
Сварные швы должны быть выполнены с соблюдением всех технологических требований, их прочность не должна отличаться от прочности материала деталей. Особое внимание при заводском производстве уделяется привариванию лопастей, чтобы не происходило их отрывов при закручивании и эксплуатации.
Литые наконечники используются в сваях, рассчитанных на повышенные нагрузки. Конусообразный наконечник отливается в одной форме вместе с винтовой частью, лопасти и наконечник составляют единое целое без швов. Сваркой соединяется только стык наконечника и ствола.
Какой должна быть лопасть
Лопасти винтовых свай могут иметь разную форму, ширину, толщину и количество витков. От этих параметров, наряду с диаметром, зависит опорная сила винтовых свай.
Ширина лопасти обусловливает эффективность применения свай в различных типах грунта. Широколопастные сваи с лопастью более чем полтора диаметра ствола подходят для рыхлых поверхностных грунтов, под которыми залегают более плотные породы. Через разреженную структуру торфяных и песчаных слоев свободно проходит широкий винт, который при достижении плотного слоя создает большую площадь опоры.
Сваи лопастью уже, чем полтора диаметра, закрепляются в грунте отчасти за счёт трения по боковой поверхности и поэтому имеют многовитковую конфигурацию лопасти в виде спирали, обвивающей не только наконечник, но и нижнюю часть ствола. Спиральные узколопастные сваи используются на участках с твердыми грунтами, каменистыми включениями и остатками демонтированных фундаментов, с корнями растений.
Толщина лопастей, как и толщина стенок ствола, возрастает с увеличением диаметра. Самые часто применяемые в индивидуальном строительстве винтовые сваи с диаметрами 76, 89 и 108 мм должны иметь лопасти из стали не тоньше 4-5 мм для обеспечения достаточной несущей способности. Толщина лопастей более крупных свай для массивных строений и промышленных объектов составляет от 6 мм и более.
Чтобы правильно подобрать сваи для конкретного строительства, нужно опираться на информацию о состоянии грунта, полученную в ходе геологических исследований или пробного бурения, а также проектный расчет нагрузок. При соблюдении этих правил повышается надежность свайно-винтового фундамента и долговечность сооружения.