CC BY
16К вопросу применения винтовых свай в частном домостроении
Черкасов Андрей Владимирович,
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет,
cherkasov.av@students.dvfu.ru
Кузьмин Денис Егорович,
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет, blazblue@list.ru
Деревцова Ксения Вячеславовна,
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет,
k_derevtsova@mail.ru
Горбунова Екатерина Сергеевна,
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет,
gorbunova.es1997@mail.ru
Шульженко Екатерина Владимировна;
студент, кафедра гидротехники, теории зданий и сооружений, Дальневосточный федеральный университет,
shulzhenko.ev@students.dvfu.ru
В данной статье рассматриваются вопросы о применении винтовых свайных фундаментов в области частного домостроения - области, которую мировая наука часто обходит стороной, не придавая должного внимания развитию науки в данном направлении. Также приведены преимущества использования этих фундаментов, недостатки и проблемы, связанные с устройством и эксплуатацией. Приведены данные испытаний различных моделей винтовых свай, указана обобщенная формула несущей способности винтовых свай, по который в предварительных расчетах можно задаться их количеством и размерами. Даны практические рекомендации по установке винтовых свайных фундаментов с учетом распространенных проблем и ошибок, собранных из опыта проектирования малоэтажных сооружений частного сектора, включая применение новых технологий для улучшения основания под фундамент.
Ключевые слова: винтовые сваи, частное строительство, коттедж, экология, укрепление оснований, фундаменты
В настоящее время частное домостроение набирает все большую популярность. Немалая часть население больших городов и мегаполисов стремиться уйти от городской суеты и шума, найдя себе место на окраинах города, либо вовсе за его пределами; или же возвести дом в частном секторе в черте города.
Самая первая задача, с которой сталкиваются начинающие строители - это оценка основания и возведение фундамента, который, в свою очередь, будет прочной основой будущего дома. Во времена Советского Союза широкое распространение при строительстве частных домов получали ленточные фундаменты. Сейчас набирают популярность свайные фундаменты, а именно на винтовых сваях, обладающих рядом неоспоримых преимуществ.
Винтовая свая - это металлическая труба, имеющая радиальное отверстие и оголовок в верхней части, и приваренные высокопрочные лопасти в нижней.
Фундаменты на винтовых сваях подходят практически для любого типа местности: начиная равнинной, заканчивая сильнопересеченной. Винтовые сваи подходят для любых типов грунтов, за исключением каменистых и скальных оснований [1-3]. В таком случае, если на участке строительства неоднородный и сложный грунт, или дом предполагается расположить на склоне, то вариант винтовых свай подойдет как нельзя лучше.
В случае строительства дома в черте города необходимо учитывать строгое ограничение территории, а также сведение к минимуму шума при выполнении работ. За счет относительной компактности самих свай площадь свайного поля практически приравнивается площади дома. Так как сваи ввинчиваются в толщу грунта и не требуется производить земляные работы (что также удешевляет строительство), то не требуется дополнительное пространство под земляные работы. Кроме того, сам процесс ввинчивания свай не сопровождается шумом.
х
X
о
го А с.
X
го т
о
ю 8
М О
а>
о
см
00 О!
О Ш
т
X
<
т о х
X
Стоит подчеркнуть возможность применения рассматриваемого фундамента в условиях вечной мерзлоты (криолизоны), потому как именно с этой целью изначально и создавались винтовые сваи [1]. Логично полагать, что вечномерзлый грунт в его нетронутом состоянии сам по себе является отличным основанием и обладает повышенной несущей способностью. Поэтому наилучшим фундаментом будет тот, который максимально сохранит структуру грунта. С этой задачей призваны справляться свайные фундаменты [4]. Тем временем винтовые сваи в небольших масштабах использовать целесообразнее, потому как обладают необходимой несущей способностью и проще в устройстве свайного поля. Кроме того, доказана и обоснована экономическая эффективность применения данных свай в качестве фундамента быстровозводимых домов (сейчас практически все частные дома возводят по новым, ускоряющим возведение, технологиям) в северных широтах [5]. Следует сказать, что экономически выгоднее использовать свайный фундамент не только в северной части земного шара, потому как винтовые металлические сваи имеют меньшую стоимость, нежели бетонные (или ленточный фундамент) [2]. Также винтовые сваи являются едва ли не единственным вариантом, если территория часто подвергается обводнениям, сезонным (морозным) пучениям грунтов или перепадам грунтовых вод [1, 2].
Говоря о преимуществах винтового свайного фундамента, следует отметить также простоту его возведения. Такие сваи не требуют обязательного наличия оборудования, то есть их можно вкрутить в грунт самостоятельно с использованием элементарных предметов труда (например, лом или длинная труба). Можно использовать также и механизированный способ с использованием кабестана (гидро-кабестана) [2]. Примечателен рассматриваемый фундамент и тем, что его можно устраивать в любое время года, в т.ч. в зимнее время (к примеру, ленточный фундамент возводить зимой весьма проблематично), что позволяет начать строительство дома, не дожидаясь потепления и оттаивания грунта [6].
Подчеркнув и описав преимущества винтовых свай, нельзя оставить без внимания недостатки. Будем условно подразделять недостатки на два вида:
1. Недостатки самих свай;
2. Недостатки, возникающие из-за человеческого фактора.
В данной статье будем рассматривать винтовые сваи, изготовленные из стали (как наиболее распространенные). Так, недостатками непосредственно винтовых свай являются:
a) подверженность коррозии метала
b) возможен заводской брак (как правило, проблемы с лопастями: низкое качество (проч-
ность), плохо приварены/неправильно приварены (не в том месте))
с) не подходят для каменистых и скальных оснований
Если с определением типа основания и проверкой качества свай так или иначе понятно, то коррозия металла заставляет заранее задуматься и позаботиться о надлежащей антикоррозийной защите. Наиболее распространенная защита -нанесение антикоррозийного покрытия, например, из продуктов химической деструкции полиэтилен-терефталата [7, 8].
Однако это не единственный способ. Существует также способ выполнения винтовых свай в защитной среде цементного раствора, что не только создает защитный барьер от коррозионного воздействия, но и является усилением самого основания, не обладающего требуемой несущей способностью (например, подверженный обводнениям и перепадам уровней воды грунт) [9]. Осуществляться данный способ может с помощью применения струйной цементации грунтов -технология АИапУе^ что повышает несущую способность грунта в несколько раз [10].
Особое внимание следует обратить на недостатки «человеческого фактора», которые возникают нередко и ведут к разрушительным для дома последствиям. Эти недостатки связаны, в первую очередь, с ошибками строителей (причем как начинающих, так и опытных). Выделим эти недостатки:
• Несоблюдение строгой вертикальности при вкручивании свай в толщу грунта. Это наиболее распространенная проблема вследствие которой возникают местные потери несущей способности свайного поля, неравномерное распределение нагрузок на фундамент. Зачастую такая проблема проявляется при очень быстром вкручивании свай, поэтому рекомендуется не использовать максимальные обороты кабестана и следить за вертикальностью на всех этапах возведения фундамента;
• Неправильное выведение плоскости фундамента. Ошибка заключается в том, что для установки сваи на нужный уровень ее недокручивают/перекручивают, и, что еще более критично, вывинчивают сваю обратно. Винтовая свая должна заходить в грунт на ту отметку, которая предусмотрена проектом, а излишки трубы можно обрезать, приварив затем оголовок на нужной отметке. Настоятельно не рекомендуется вывинчивать сваю обратно, так как грунт при этом разрыхляется и теряет большую часть несущей способности (в результате со временем такая свая даст усадку, что может привести к перекосу стен и появлению на них трещин;
• Пренебрежение бетонированием свай может грозить частичной потерей несущей способности, а также внутренней коррозией металла.
При бетонировании сваи важно, чтобы вся полость сваи до самого оголовка была заполнена бетоном;
• Отсутствие антикоррозийной обработки выступающей части сваи. Выступающая часть сваи также может подвергаться агрессивным средам, как и погруженная в грунт часть. Поэтому рекомендуется после установки свайного поля покрыть надземные части специальными покрытиями;
Соблюдая вышеперечисленные рекомендации удастся избежать ошибок, связанных с устройством фундамента из винтовых свай, которые могут привести к нежелательным последствиям. Однако, винтовые сваи выпускаются различных типов и размеров, что влияет прямым образом на их способность выдержать нагрузку. Тип и размер свай определяется подбором их, исходя из несущей способности каждой сваи, гарантированной производителем [11]. В данной статье разновидности винтовых свай рассматриваться не будут. Можно лишь отметить, что при изготовлении винтовых свай обязательно производятся испытания модели на предельное состояние в соответствии со специальной нормативной литературой (СНиП, СП, ГОСТ) [12-15]. Также несущую способность сваи (НСС) можно определить по обобщенной, не имеющей аналогов, формуле [16]:
F = F + F + F + F
a dR df dip dH '
где FdR - НСС на острие сваи и на упорных площадках уширения;
Ff - НСС на боковых поверхностях сваи, параллельных ее продольной оси;
Fdip - НСС на боковых поверхностях, имеющих наклон к оси сваи;
FH - НСС на подошве грунтового ядра, заполняющего полость трубчатой сваи при ее погружении.
Следует сказать, что данная формула включает в себя множество составляющих, которые дают наиболее уточненные результаты расчета, а также удобна для разработки программ для ЭВМ.
Таким образом, в статье рассмотрено применение фундамента на винтовых сваях, выделены преимущества их использования, обозначены недостатки и даны некоторые рекомендации во избежание наиболее распространенных проблем при устройстве данного фундамента. Также приведены (указаны ссылки) варианты расчета несущей способности свай, что позволяет выполнить весь цикл строительства фундамента, начиная от его проектирования, и заканчивая непосредственным устройством свайного поля. Применение данного вида фундамента для частного домостроения авторам статьи представляется
обоснованным, перспективным и целесообразным.
Литература
1. Васильева В.И. - Применение винтовых свай в строительстве
2. Клевеко В.И. ... - Винтовые сваи в малоэтажном строительстве. Проектирование и экономическая эффективность
3. Кузнецова Т.В. - Винтовые фундаменты
4. Местников А.Е., Григорьев Д.А - Теплоизолированный свайный фундамент на вечномерз-лых грунтах
5. Шакиров А.И. - Экономическая эффективность при применении винтовых свай в качестве фундаментов быстровозводимых зданий в северных широтах
6. A.I. Polishchuk, F.A. Maksimov - Effective design solutions for screw pile foundations of prefabricated temporary buildings founded on clay soils
7. Girevaya H.Y., Kalugina N.L., Girevoy T.A., Bodyan L.A., Varlamova I.A. - Products of polyethylene terephthalate chemical degradation as a base of anticorrosive coating for a metal
8. Евтюков Н.З., Яковлев А.Д. - Получение лакокрасочных покрытий со стабильной адгезией в условиях эксплуатации
9. И.В. Жывалевская, А.П. Кремнев - Определение несущей способности винтовых свай, выполняемых в защитной среде цементного раствора
10.P.A. Malinin, P.V. Strunin - Development and Application of Jet Cementation of Soils for Installing Self-Drilling Anchor Piles
11.https://www.fundex.su/products/
12.В.Ф. Акопян - Испытания моделей винтовых свай
13.СНиП 2.02.03-85. Свайные фундаменты
14.СП 50102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов
15.ГОСТ 5686-94. Грунты. Методы полевых испытаний сваями
16.Г.Я. Булатов, Е.И. Лысякова, М.А. Коренев-ская - Обобщение расчетов несущей способности сваи по грунту
To the question of application of screw piles in private housing
Cherkasov A.V., Kuzmin D.E., Derevtsova K.V., Gorbunova E.S., Shulzhenko E.V.
Far Eastern Federal University
This article discusses the application of screw pile foundations in the field of private housing construction - an area that world science often ignores, without giving due attention to the development of science in this direction. The advantages of using these foundations, the disadvantages and problems associated with the device and operation are also given. The test data of various models of screw piles are given, a generalized formula of the bearing capacity of screw piles is indicated, according to which in preliminary calculations you can specify their number and size. Practical recommendations on the installation of screw pile foundations are given, taking
X X О го А С.
X
го m
о
ю 8
М О
to
into account common problems and errors collected from the experience of designing low-rise structures in the private sector, including the use of new technologies to improve the foundation for the foundation. Keywords: screw piles, private construction, cottage, ecology,
foundation strengthening, foundations References
1. Vasiliev V.I. - Application of screw piles in construction
2. Kleveko V.I. ... - Screw piles in low-rise construction. DESIGN AND ECONOMIC EFFICIENCY
3. Kuznetsova T.V. - Screw foundations
4. Mestnikov A.E., Grigoryev D.A. - Thermally insulated pile foundation on permafrost soils
5. Shakirov A.I. - Economic efficiency when using screw piles as
the foundations of prefabricated buildings in the northern latitudes
6. A.I. Polishchuk, F.A. Maksimov - Effective design solutions for
screw pile foundations of pre-fabricated temporary buildings founded on clay soils
7. Girevaya H.Y., Kalugina N.L., Girevoy T.A., Bodyan L.A., Varlamova I.A. - Products of polyethylene terephthalate chemical degradation as a base of anticorrosive coating for a metal
8. Evtyukov N.Z., Yakovlev A.D. - Obtaining coatings with stable
adhesion under operating conditions
9. I.V. Zhivalovskaya, A.P. Kremnev - Determination of the bearing
capacity of screw piles performed in a protective environment of cement mortar
10. P.A. Malinin, P.V. Strunin - Development and Application of Jet Cementation of Soils for Installing Self-Drilling Anchor Piles
11. https://www.fundex.su/products/
12. V.F. Hakobyan - Testing of screw pile models
13. SNiP 2.02.03-85. Pile foundations
14. SP 50102-2003. Design and installation of pile foundations
15. GOST 5686-94. Soils. Pile Field Test Methods
16. G.Ya. Bulatov, E.I. Lysyakova, M.A. Korenevskaya -Generalization of calculations of the bearing capacity of piles on the ground
a>
o
CN
00 Ol
O HI
m x
<
m o x
X
