CC BY
192
ОСНОВАНИЯ НА ВИНТОВЫХ СВАЯХ
© Комиссарова О.Ю.*, Емельянов С.В.*
Филиал Московского технологического института «ВТУ», г. Оренбург
Статья посвящена одной из наиболее перспективных технологий возведения оснований зданий - использованию винтовых свай. Фундаменты на винтовых сваях можно использовать для малоэтажных индивидуальных жилых домов из различных материалов. Также их используют для устройства фундаментов под опоры электропередач и высотные мачтовые сооружения, для устройства подпорных стен, анкерных опор для удержания трубопроводов и емкостей от всплытия в жидких средах и т.п. Широкое применение винтовых свай обосновано простотой, эффективностью и надежностью всей конструкции фундаментов. Также это связано с тем, что на обширных российских территориях часто встречаются сложные грунтовые условия.
Ключевые слова фундаменты, винтовая свая.
В настоящее время для устройства оснований малоэтажных домов все более востребованными становятся винтовые сваи. Важной частью дома является фундамент, от его прочности и правильного возведения будет зависеть долговечность и прочность всего строения, поэтому необходимо выбрать именно тот тип фундамента, который подойдет для данных условий строительства. Ленточный фундамент позволяет предотвратить опасность просадки дома, вследствие принятия равномерно распределенной нагрузки. Но в условиях непрочного грунта оптимальным вариантом установки оснований зданий является винтовой фундамент. Кроме того, на участке могут оказаться значительные перепады высот, что потребует увеличения расходов на установку. Применение же винтовых свай позволит снизить стоимость фундаментных работ.
Фундаменты на винтовых сваях - не новое слово в строительстве, сваи давно использовались в военном деле, в мостостроении, в связи и на объектах специального назначения. Первые винтовые сваи стали использоваться в качестве опор для строительных конструкций около двух столетий назад. В 1838 году Александр Митчелл предложил аналоговый вариант обычным сваям, которые можно вкручивать в землю подобно шурупу. Первые винтовые сваи были использованы при устройстве фонарных столбов в г. Лондоне. Через 15 лет, взяв за основу предложенную идею, американские специалисты заложили фундамент под маяк в одном из заливов США. Это были стальные трубы с железными колпаками, приваренными на их конце. Данное нововведение оценили многие инженеры-строители, после чего подоб-
* Преподаватель кафедры «Строительство».
* Студент кафедры «Строительство».
ные конструкции стали использоваться в США повсеместно. В России, ближе к концу 19-го века, винтовые сваи получили широкое применение при строительстве сооружений на вечной мерзлоте и в обводненных грунтах. В 20-м веке советские инженеры нашли применение для винтовых свай при возведении различных сооружений оборонного назначения, а затем и в гражданском строительстве.
Сегодня винтовые сваи в России переживают второе рождение, так как все более широко используются для малоэтажного жилищного строительства, особенно в северных регионах, ввиду простоты, эффективности и надежности всей конструкции фундаментов. Также это связано с тем, что на обширных российских территориях часто встречаются сложные грунтовые условия.
Фундаменты на винтовых сваях можно использовать для малоэтажных индивидуальных жилых домов из различных материалов - кирпичных, из пеногазобетонных блоков, деревянных из бревна и бруса, каркасно-модуль-ных и т.д. В каждом случае, конечно, нужно делать расчет количества свай, их длины и диаметра в зависимости от материала стен дома и грунтовых условий участка. Самое привлекательное в винтовых сваях то, что их можно применять при любом сложном рельефе местности, в лесных зонах без повреждения растущих поблизости деревьев и кустарников и не затрачивая усилия и средства на земляные работы по вертикальной планировке участка, что очень важно для индивидуального строительства. Также очень удобно использовать винтовые сваи для пристроек к существующим сооружениям, так как при их погружении отсутствуют какие-либо динамические воздействия на грунт. Обычно свайное поле для индивидуального дома можно устроить за один день.
Кроме малоэтажного строительства, винтовые сваи часто используются для устройства фундаментов под опоры электропередач и высотные мачтовые сооружения, которые испытывают значительные ветровые воздействия. Винтовые сваи имеют острие с лопастью, за счет чего могут выдерживать большие выдергивающие нагрузки, что и обусловило их применение в подобных фундаментах. Это же свойство позволяет применять их в пучинистых грунтах, когда силы морозного пучения стремятся «выдавить» сваю вверх.
Особенности технологии погружения и свойства винтовых свай дают возможность использовать их для усиления фундаментов аварийных зданий. В этом случае сваи погружаются в грунт по периметру существующего деформированного фундамента, затем крепятся к нему с помощью специальных регулируемых кронштейнов. В результате часть нагрузки от аварийного здания передается на сваи, что позволяет продлить срок службы сооружения.
Имеются еще некоторые другие области применения винтовых свай, такие как устройство подпорных стен, анкерных опор для удержания трубопроводов и емкостей от всплытия в жидких средах и т.п.
138
ДОСТИЖЕНИЯ ВУЗОВСКОЙ НАУКИ
Винтовая свая может быть охарактеризована как стальная труба, заостренная книзу и имеющая винтовые лопасти определенного шага и диаметра. Ствол винтовых свай выполняется из стали марки 09Г2С или Ст20, при этом предпочтение отдается низколегированным видам стали. Показатель минимальной толщины стенки трубки, который допускается в использовании, зависит от прочности стержня на скручивании в тот момент, когда свая погружается, и может колебаться в пределах от 8 мм до 12 мм. Также показатели диаметра и длины сваи могут изменяться в пределах от 57 мм до 325 мм и от 2,5 м до 12,0 м соответственно.
Лопасти винтовой сваи рекомендуют производить из низколегированной стали марок 10Г2С, 10ХСНД, 09Г2С или углеродистой стали марки ВСт3Сп5.
Для того, чтобы продлить срок эксплуатации винтовых свай, их основание покрывается специальными покрытиями, используя цинк, сурик, наносят армирующий слой эпоксидных смол с примесями стекловолокон. Винтовые сваи с помощью своих лопастей могут передавать существенную нагрузку на залегающие ниже плотные слои грунта, которые обладают лучшими физико-механическим характеристиками.
При разработке проекта на устройство фундамента на винтовых сваях необходимо учитывать следующие данные:
- конструктивную схему проектируемого здания или сооружения;
- размеры несущих конструкций и материал, из которого они проектируются;
- нагрузки на фундамент от строительных конструкций;
- требования к предельным осадкам и кренам строительных конструкций и фундаментов под оборудование.
Технология устройства фундамента на винтовых сваях включает в себя следующие этапы.
1. Разметка свайного поля.
2. Монтаж винтовых свай в проектное положение.
3. Подрезка свай в одной горизонтальной плоскости - в соответствии с проектной отметкой голов свай.
4. Бетонирование полости сваи.
5. Создание опорной конструкции (приваривание оголовков, устройство ростверка).
Область, в которой применяют винтовые сваи, довольно велика. Но стоит отметить, что в настоящее время возросло внимание к строительству зданий и сооружений с небольшим количеством этажей, а также к основным проблемам, которые возникают во время выполнения нулевого цикла, например:
- непростые инженерно-геологические условия;
- затраты на выполнение работ нулевого цикла.
Отмечая преимущества винтовых свай перед другими типами фундаментов, особенно следует подчеркнуть следующие моменты:
- винтовые сваи экономичны, они позволяют полностью отказаться от земляных работ;
- все работы производятся вручную и не требуют применения тяжелой строительной техники;
- винтовые сваи позволяют возводить металлоконструкции, здания и другие объекты на склонах, в непосредственной близости от больших деревьев, на торфяных и обводненных грунтах;
- винтовые сваи сразу после завинчивания готовы к восприятию проектной нагрузки, не требуют дополнительного времени для обеспечения несущей способности, что существенно сокращает сроки строительства;
- значительно сокращаются сроки установки фундамента - в случае с деревянными и каркасными домами - до нескольких дней. При этом полностью исключены «мокрые» процессы, что немаловажно при строительстве в северных широтах;
- хорошая вентиляция подполья, препятствует гниению древесины;
- инженерные коммуникации можно планировать параллельно со строительством дома;
- работы выполняются в течение нескольких дней круглый год, даже в зимний период;
- уже использованные винтовые сваи для временных сооружений в будущем можно будет вывинтить и использовать повторно, срок службы обработанных антикором винтовых свай составляет 50 лет.
Таким образом, применение винтовых свай обеспечит наиболее эффективные способы возведения современных зданий и оптимизацию финансовых и трудовых затрат за счет простоты и технологичности их изготовления, возможности всесезонного строительства и предельно коротких сроков возведения объекта.
Список литературы:
1. СП 50-102-2003. Проектирование и устройство свайных фундаментов.
2. Строительные нормы и правила СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» (утв. постановлением Госстроя СССР от 20 декабря 1985 г. N 243).
3. Железков В.Н., Сиволобов Г. В., Иванов Б.А. Закрепление опор ВЛ и контактной сети железнодорожных дорог с применением винтовых конструкций в обычных вечномерзлых грунтах // Научно-техн. семинар. Проблемы механики грунтов, климатические условия, нагрузки и воздействия колебания проводов и методы их ограничения. Информационные материалы. -М., 2003. - С. 1-6.
4. Железков В.Н. Винтовые сваи в энергетических и других отраслях строительства. - СПб.: Издательский дом «Прагма» 2004. - С. 125.
