Фундамент свайно-гвинтовий

Проблеми створення міцного і надійного фундаменту для капітальних будівель на дуже вологих або регулярно затоплюваних грунтах стали причиною пошуків і експериментів по застосуванню в приватному житловому будівництві свайно гвинтових фундаментів. До цієї будівлі шикувалися на складальних і литих опорах.

В результаті численних проб в середині XIX століття з’явилася методика пристрої свайно-гвинтових фундаментів, з’явилася можливість будувати будинки в таких умовах, де звичайний камінь не витримував більше одного сезону.

Що являє собою опора свайно-гвинтового фундаменту

Система будівництва будинків на свайно-гвинтовому фундаменті відома більше тисячі років, і весь цей час широке поширення вдалою технології стримувала величезна трудомісткість установки паль. Сьогодні більше половини легких і середніх будівель побудовані на свайно-гвинтовому фундаменті.

Пристрій свайно гвинтового фундаменту дещо відрізняється від класичної конструкції на палях, перш за все, в силу особливої ??конструкції опори. Основу фундаменту становить поле або масив з гвинтових паль, саме в них і криється секрет популярності.

Гвинтові палю умовно можна розділити на три основні частини:

  • Корпус у вигляді труби з легованої або нержавіючої сталі, покритої захисним лаком;
  • Оголовок гвинтовий палі, до якого кріпляться деталі обв’язки свайно-гвинтового фундаменту;
  • Лопаті або робочий шнек, встановлені в підставі опори.

Важливо! Всі деталі опор для свайно-гвинтового фундаменту виготовляють з рядового прокату і штампованих вузлів звичайної зварюванням, що забезпечує просту технологію виготовлення гвинтових палі і можливість поточного контролю якості з’єднання всіх її елементів.

Пристрій гвинтовий палі для фундаменту наведено на схемі.

У конструкції свайно-гвинтовий опори закладений головний принцип, що забезпечує високу якість фундаменту. Це принцип закручування опори в грунт. На перший погляд, нічого істотного, яка різниця, – забивати, загортати або відливати пальових опору. В реальній ситуації різниця є, і досить істотна.

Наприклад, залізобетонні палі, забиті молотом або занурені в грунт Вібропресуюче, залишаються в стислому, деформованому стані. За оцінкою фахівців, 15% забитих паль після установки мають проблеми через велику кількість тріщин і відшаровування арматури. Та ж картина з відлитими буронабивних палями, через несприятливі умов якість армованого бетону далеко від розрахункового. Тому забиті або литі палі нерідко виштовхуються силами обдимання, чого практично не буває при складанні будинку на свайно гвинтовому фундаменті.

Існують три специфічні особливості заглиблення опор свайно-гвинтового фундаменту:

  • Гвинтові палю вворачивают в грунт з мінімальним тиском на корпус або наконечник, тобто після установки опора свайно-гвинтового фундаменту не послаблюється, не покривається тріщинами і не знаходиться в складно-деформованому стані;
  • Опору занурюють на задану глибину з точністю до декількох сантиметрів, в результаті немає ризику провалитися або не одержати розрахунковий опір навантаження від ваги будівлі;
  • Гвинтові опора в разі необхідності може бути замінена аналогічною з мінімальними витратами. Досить вивернути корпус і повторити заглиблення.

Не можна сказати, що заміна гвинтовий опори свайно-гвинтового фундаменту є простим і пересічним справою, але технічно це можливо і виконується під керівництвом фахівців. Інша справа, якщо фундамент виганяється з ж / б паль або буронабивних стовпів. У цьому випадку вихід з ладу палі може загрожувати фундаменту великими проблемами.

Сталеву опору свайно-гвинтового фундаменту вворачивают в грунт акуратно і надійно. Якщо використовувати аналогію, то можна порівняти забивні і гвинтові опори з шурупом і цвяхом – різниця в здатності протистояти осьової навантаженні приблизно така ж. Тому свайно-гвинтовий фундамент нерідко називають підставою на геошурупах.

Особливості пристрою гвинтовий палі

Конструктивно опори свайно-гвинтового фундаменту поділяють по типу гвинтового наконечника і труби, або корпусу палі, тому в маркуванні палі вказують відразу два діаметра: перший – величину труби, другий – діаметр шнека або наконечника в міліметрах. Наприклад, СВ-89-250, зовнішній розмір труби 89 мм, діаметр, що описується різальною кромкою лопатей, становить 250 мм.

Характеристики корпусу свайно-гвинтовий опори

Для будівництва приватних будинків застосовують чотири основних розміру труби:

  • 89 мм і 76 мм – група для побудови особливо легких і легких будівель для фундаментів огорож, альтанок, веранд і зборів;
  • 108 мм і 133 мм – група для виготовлення фундаменту середніх і умовно важких будівель. До першого типу можна віднести дачні будиночки з бруса, каркасно-щитової і панельній конструкції. До важких будівель відносять будинку з пінобетону і будівлі з оциліндрованих колод.

Найважливішою характеристикою свайно-гвинтових опор для фундаменту є товщина стінки і корозійна стійкість матеріалу. У паль, виготовлених традиційним звареним способом, товщина стінки рідко перевищує 5-6 мм, тому максимальне навантаження не більше однієї тонни. Зварні палі використовують для малозначущих і ненавантажених об’єктів. Для повноцінних житлових будинків з газо-і пінобетону використовують литі трубчасті корпусу з товщиною стінки до 12 мм. При діаметрі в 108-133 мм вага корпусу свайно-гвинтовий опори досягає майже 30 кг, але така паля здатна легко витримати навантаження в 6 т.

Шнеки і гвинтові наконечники

Корпус опори при установці працює тільки на скручування, то лопатевої наконечник виявляється в ще більш складно навантаженому стані. Тому основний вид поломки опор свайно-гвинтового фундаменту – це руйнування і відрив лопаті. Причин може бути декілька, найчастіше нерозрахованих режим занурення палі або удар об тверду перешкоду, наприклад, камінь або метал. 50% руйнування свайно-гвинтових опор є низька якість зварювального шва. Замість аргонно-дугового використовується зварювання під шаром флюсу або звичайна ручна, з плавиться, застосовується метал з низькою здатністю до зварювання.

Небезпека руйнування гвинтового наконечника палі обумовлена ??ще тим, що практично вся вертикальне навантаження, що сприймається свайно-гвинтовим фундаментом під дією ваги будівлі, передається на грунт через лопаті паль. І навантаження ця не завжди статична, найчастіше на підставу діє знакозмінна сила через сил обдимання, вітру, перерозподілу сил всередині грунту. Аварії і обриви гвинтових паль змусили виробників шукати спосіб, як зміцнити свайно гвинтовий фундамент.

Рішення проблеми було знайдено в зміні технології. Сучасні свайно-гвинтові опори важкого класу з діаметром труби більше 100 мм оснащуються литими ріжучими шнеками. Мало того, для збільшення міцності використовувалася технологія вакуумного переплаву відносно недорогий конструкційної сталі Ст25 і подальшої виливки в керамічну оболонку.

Завдяки вдосконаленому техпроцесу виходить точна деталь без дефектів і єдиного зварювального шва, з товщиною лопаті в 10-13 мм. Для порівняння товщина звичайної зварної лопаті всього 5 мм. Литий шнек осаджується на трубу по попередньо проточенной паску, що забезпечує повний збіг осьових труби і наконечника. Чому це так важливо, буде зрозуміло далі, при розгляді особливостей монтажу свайно гвинтового фундаменту.

В результаті виходить свайно гвинтова опора, яку можна вкручувати навіть в кам’янистий ґрунт, з великою кількістю дрібного каменю або навіть перемішаний з будівельним сміттям. При цьому термін служби свайно гвинтового фундаменту, при дотриманні правил установки, за оцінками фахівців, легко може досягти ста років, тоді як зварні палі рідко вистоюють більше 25 років. Зрозуміло, що якісний прорив у процесі виготовлення свайно-гвинтових опор привів до появи на ринку величезної кількості низькоякісних підробок.

Вуглецеву сталь піддають термічній нормалізації і загартуванню в емульсії, що забезпечує твердість і зносостійкість ріжучої кромки, чого немає і бути не може у підробок. Зазвичай підробку зварюють і плакируют покриттям під лиття. Вартість зміцненої свайно-гвинтовий опори заводського фірмового виготовлення приблизно на 40% вище, ніж на зварні кустарні вироби, тому підробок на ринку в рази більше, ніж оригінальних паль.

Переваги та недоліки свайно-гвинтових фундаментів

Масове використання в малоповерховому будівництві пальового гвинтового фундаменту, особливо на складних грунтах з великою кількістю вологи і змінної несучою здатністю, сформувало досить великий досвід його використання, з усіма недоліками і очевидними перевагами.

Чим гарний свайно-гвинтовий фундамент

Загальна статистика та відгуки власників показують, що вибір на користь свайно-гвинтового варіанту фундаменту для приватного будівництва, будинку або лазні був зроблений виходячи з таких міркувань:

  • Пальово-гвинтове поле фундаменту можна встановити за пару днів, і в більшості випадків навіть власними силами, без застосування спеціальної техніки або виконання трудомістких земляних робіт;
  • Застосування пальових опор дозволяє приступити до зведення каркасно-щитових, брусових або пінобетонних будинків вже на наступний день, без місячної витримки, як в разі бетонних фундаментів;
  • Металевий свайно-гвинтовий фундамент не боїться вологи і не проводить вологу, тому ідеально підходить для будівництва будинків з дерева, щитів, СИП панелей і спінених матеріалів.

Крім того, розрахунок фундаменту на свайно-гвинтових опорах виконується простіше, а результат навантаження більш передбачуваний, так як характеристики і поведінку металу під навантаженням добре вивчено і набагато більш прогнозовано, ніж армований стрічковий бетон або залізобетонні палі. Ще одним плюсом є те, що замінити або відремонтувати металеву палю набагато простіше, ніж бетонну опору.

Деякі фахівці відзначають хорошу пристосовність свайно-гвинтового фундаменту до нерівномірного навантаження, коли поряд з вертикальним тиском від ваги будівлі з’являється горизонтальна складова. Заглубленная на розрахункову глибину, тонка металева труба з широким наконечником в основі має можливість відхилятися від вертикальної осі, навіть якщо її залили бетоном. Всього на кілька градусів, але цього достатньо, щоб будь-яке навантаження на свайно-гвинтовий фундамент розподілялася по всьому опор більш-менш рівномірно.

Для бетонних конструкцій така ситуація більш небезпечна, частина опор свайно-гвинтового фундаменту могла бути видавлена ??силами обдимання, тоді як деякі елементи залишаються в перевантаженому стані, наприклад, при використанні брусового ростверку.

Головний страх всіх пальових фундаментів – сили пученія грунту при низьких температурах. Серед забудовників існує чимало міфів про те, як може бути обірвана гвинтова паля розширюється льодом. Насправді міцність сталевої труби досить велика, щоб її обірвало льодом. Межа міцності СТ25 становить 400-500 Мпа, що на кілька порядків менше питомого навантаження, створюваної льодом.

Мало того, при сильному стисненні частина льоду і грунту переходять в полужидкое стан, тому каша з льоду і грунту більше ковзає по поверхні свайно-гвинтовий опори, ніж виштовхує її. Якщо утеплення свайно гвинтового фундаменту виконано за всіма правилами, наконечник спирається на більш теплі глибокі пласти, то немає і підстав турбуватися про обдиманні грунту навколо сталевих труб.

Зрозуміло, у свайно гвинтового фундаменту є плюси і мінуси, тому було б неправильним не згадати про недоліки використання трубчастих гвинтових паль.

Мінуси конструкції свайно-гвинтових опор

Головним негативним моментом використання металевих свайно-гвинтових опор є їх висока ціна. Ціна на рядовий гвинт діаметром 89 -108 мм становить 900 руб., Гвинтові палі з труби НКТ з литим наконечником обійдуться в 1500 руб., З нержавійки – все 4000 руб. Витрати на виготовлення свайно-гвинтового фундаменту з геошурупов і поля з буронабивних паль будуть приблизно на одному рівні. А якщо в проект закласти використання литих труб, то фундамент палі вийде навіть дорожче, ніж звичайна малозаглиблених стрічка.

Крім вартості, до переліку мінусів свайно гвинтового фундаменту входять:

  • Інтенсивне руйнування металу в корозійно-активному середовищі;
  • Потреба в точно дозованому зусиллі вворачивания і опади свайно-гвинтовий опори;
  • Висока теплопровідність металу вимагає вирішення питання, як утеплити свайно гвинтовий фундамент.

Найбільш важливою з перерахованих проблем є антикорозійний захист металу, що знаходиться в грунті з підвищеним вмістом вологи і активних речовин. Це давня проблема всіх сталевих комунікацій підземного типу. Пальово-гвинтові опори за більш ніж столітній період їх використання намагалися виготовляти з чавуну, кованого металу, легованих і нержавіючих сплавів, використовувати цинкові і алюмінієві покриття, захисні фарби і лаки, але проблема вважається не вирішеною.

До відома! Якщо вдома на свайно гвинтовому фундаменті знаходяться ближче 50-70 м до трансформаторних підстанцій або високовольтним системам передач, електрогенеруючих установок, то використовувати металеві палі не можна, так як гвинтові опори будуть досить швидко зруйновані електрохімічної корозією і блукаючими струмами.

Недостатньо ефективний опір корозійних процесів закладено в природі свайно-гвинтових опор. Навіть при оксидуванні або цинкування металевої поверхні, не кажучи вже про лакофарбових покриттях, метал все одно іржавіє у вологому середовищі. Питання тільки в швидкості іржавіння. Крім того, при закручування гвинтових опор поверхню труби і наконечника ковзає щодо ґрунтових мас, в результаті пісок, дрібний гравій і камені здирають захисне покриття, навіть цинк і окисну плівку, немов абразив.

Єдиним покриттям, який демонстрував невідому непогані результати, вважається двошаровий захисна плівка з алюмінію з окисленої поверхнею, але вартість нанесення такого захисту порівнянна з ціною самих свайно-гвинтових опор. Якщо найближчим часом проблема корозійного захисту буде вирішена, то свайно-гвинтові фундаменти з литими наконечниками в малоповерховому житловому будівництві геть витіснять бетон.

Розрахунок фундаменту на металевих палях

Застосування фундаменту на свайно-гвинтових опорах вимагає як мінімум продуманого планування, розрахунку та геологічної проби. Навіть якщо попереднє обстеження поверхні грунту і вивчення виходів пластів на найближчих до ділянки низинах не дають підстав сумніватися в здатності грунту, все одно буде потрібно виконати перевірку несучої здатності пластів на заданій глибині.

Планування схеми фундаменту

Розробка конструкції свайно-гвинтового фундаменту зазвичай починається з виконання грунтовій проби. Знаючи максимальну глибину промерзання в даній місцевості, необхідно виконати буріння мінімум в 3-х рівновіддалених точках на ділянці. Після того як буде отримано зразок, фахівець за складом грунту може дати оцінку його несучої здатності.

Далі потрібно вибрати попередню схему розстановки свайно-гвинтових опор. Фундамент на сталевих трубах виконується за однією з наведених схем:

  • Поодинокі палі – використовуються для опор навісів і козирків над входом в будинок;
  • Лінійне або рядне розташування, застосовується для облаштування свайно-гвинтових фундаментів для терас, веранд або прибудов до будинку;
  • Розташування свайно-гвинтових опор по периметру і під несучими стінами будівлі;
  • Свайне поле. В цьому випадку практично вся підошва або підставу будівлі рівномірно заповнюється гвинтовими палями.

Для того щоб попередньо вибрати схему розстановки гвинтових опор, можна використовувати приблизну оцінку несучої здатності паль, звичайна опора в 76 або 89 мм здатна витримати до 2 т навантаження, більш важкі труби в 108 мм і 133 мм витримують по 2800-6000 кг.

Розрахунок кількості точок опори

Щоб зробити більш точним розрахунок свайно гвинтового фундаменту, спочатку потрібно обрахувати вага будівлі, враховуючи всі елементи конструкції, внутрішнє наповнення меблями, побутовою технікою, і навіть масу снігового покриву на даху. Отримане значення множать на коефіцієнт запасу, так як будь-який свайно-гвинтовий фундамент завжди будується з запасом по несучої здатності.

Отриманий вага ділиться на величину навантаження для конкретного розміру гвинтовий палі. В результаті виходить, що для свайно-гвинтового фундаменту потрібно від 30 до 50 паль. Далі на кресленні фундаменту наносять точки установки паль так, щоб середня відстань між опорами становило 2,5-3 м. Якщо кількість точок занадто велике, то потрібно вибрати конструкцію гвинтової палі з більш високою несучою здатністю.

На останньому етапі необхідно виконати перевірочний розрахунок свайно-гвинтового фундаменту по несучої здатності грунту. Для кожного варіанта грунтовій суміші давно визначені максимальні навантаження або витримується грунтом питомий статичний тиск. Так як розмір гвинтовий палі, а саме – діаметр наконечника вже відомий за результатами попереднього розрахунку, залишається перемножити площа лопатей шнека однієї опори на їх кількість. Загальна вага будинки ділять на отриману площу поверхні основи гвинтових паль і порівнюють з питомим тиском, яке може витримати грунт.

Для логічного завершення розрахунку потрібно вибрати варіант обв’язки оголовків гвинтових паль. Під невеликі каркасні споруди використовується обв’язка свайно гвинтового фундаменту брусом. Більш важкі будівлі з пінобетону вимагають укладання швелера або двутавра. Для прив’язки швелера до гвинтової опори в трубу заливають бетон і встановлюють заставну анкерну шпильку. При складанні горизонтальних поперечин доводиться витратити чимало сил, щоб на шестиметрової прогоні точно потрапити монтажними отворами на три шпильки одночасно.

Приватники найчастіше воліють працювати з брусом. По-перше, укласти обв’язку з бруса перерізом 100х150 мм на приварені майданчики опор набагато простіше, ніж працювати з важким і жорстким двотавр або швелером. По-друге, зміцнення свайно гвинтового фундаменту з брусової обв’язкою виконується за пару годин, тоді як з металом доводиться витрачати не менше двох днів на обрізку і підйом швелера домкратом.

Установка гвинтових паль

Процес будівництва пальового гвинтового фундаменту завжди починається з прибирання будівельного майданчика, потрібно звільнити її від сміття і верхнього шару родючого грунту. По суті, виконують планування і вирівнювання території. Грунт з великим вмістом органіки, траву і коріння прибирають до відкриття нижнього шару суглинку.

Якщо наступного підошві свайно-гвинтового фундаменту є ухил, то процес розмітки краще виконувати за допомогою нівеліра і лазерного рівня, це спрощує роботу, так як потрібно буде забезпечити однакове заглиблення гвинтових паль, і одночасно повинен залишитися достатній запас висоти труби з оголовком, щоб обрізати опори в одній горизонтальній площині.

Технологія вворачивания паль

Найбільш відповідальний етап будівництва свайно-гвинтового фундаменту – це закручування гвинтових опор. В теорії можна встановити опори свайно-гвинтового фундаменту своїми руками. Максимальний розмір наконечника, який можна вручну загорнути в грунт, становить 300 мм. Більший розмір заглиблюють тільки за допомогою тракторного або автомобільного верстата. Але навіть для палі зі шнеком в 30 см буде потрібно приварити посилений оголовок і використовувати важелі по 2,5-3 м завдовжки.

Основна складність при закручування свайно-гвинтовий опори полягає в тому, що потрібно витримати строго вертикальне положення шурупа. Якщо врахувати, що момент обертання на комірі може досягати кілька сотень кілограмів, то стає зрозуміло, що витримати вертикаль навіть бригадою з двох-трьох чоловік не так просто. Особливо, якщо наконечник приварений до труби не співвісно. Найчастіше такі гвинтові конструкції ламаються до того, як буде досягнута розрахункова точка заглиблення.

Тому установка свайно гвинтового фундаменту повинна виконуватися як мінімум чотирма працівниками. Одна пара обертає воріт, друга контролює стан опори в двох площинах.

Щоб полегшити важку роботу, перед заглибленням пробивають мотобур канали меншого діаметру на глибину 120-150 см. Після того як частина грунту видалена, загорнути кручені опору в грунт значно простіше, а на несучу здатність труби це не впливає. Якщо грунт дуже сухе, то в порожнину заливають невелику кількість води з глиною. Так можна знизити зусилля на комірі як мінімум удвічі.

При закручування пальового фундаменту за допомогою верстата необхідно контролювати зусилля обертання, а після установки прийнято перевіряти несучу здатність гвинтовий опори.

Після того як всі гвинтові опори були встановлені, по нівеліру розмічають площину майбутньої обв’язки, лінію переносять на труби, після чого оголовки обрізають, внутрішню порожнину заливають бетоном і закладають анкерний кріплення. Якщо висота труб свайно-гвинтового фундаменту перевищує 50 см, між стовпчиками наварюють діагональні розпірки або підкоси.

Доводочні операції на свайно-гвинтовому фундаменті

На завершальному етапі будівництва переходять до утеплення та оздоблення цоколя свайно гвинтового фундаменту. Нижній вінець стіни, як правило, виходить піднятим над грунтом на висоту від 30-70 см, тому поверхня ґрунту під будівлею без утеплення цоколя свайно гвинтового фундаменту легко промерзає. Крім того, що втрачається дорогоцінний тепло, що піднімається внаслідок обдимання грунт обдирає захисне покриття на поверхні свайно-гвинтових опор. Тому перед тим як закрити цоколь в свайно гвинтовому фундаменті, палі потрібно утеплити, можна відсипати грунт навколо опор керамзитом або настелити плити пінополістиролу. Шар утеплювача обов’язково засипається піском або дрібним гравійним відсівом.

Варіантів обробки цоколя свайно гвинтового фундаменту може бути кілька. Найбільш простий полягає в установці обрешітки з дощок і бруса і облицювання цокольного простору панелями сайдінга, водостійкою фанерою або аналогічними матеріалами. Панелі не повинні доходити до рівня грунту на 7-10 см. Щілина необхідна, щоб уникнути обриву декоративного облицювання піднімається взимку грунтом.

Щоб через щілину не проникали гризуни, сніг і дощова вода, нижню кромку закривають складовою отмосткой. Найкраще використовувати піщану або гравійну відсипання по укладених на грунт плит екструдованого ППС, з подальшим науковістю тротуарною плиткою. Монолітні варіанти вимощення свайно-гвинтового фундаменту з бетону або асфальту застосовують рідко, так як обдимання ґрунту призводить до утворення численних тріщин і наколів.

висновок

У сукупності розглянутої інформації може здатися, що недоліки свайно гвинтового фундаменту роблять використання гвинтових металевих опор доцільним тільки для підсобного будівництва, всіляких альтанок і навісів. Але важкі свайно-гвинтові опори широко використовуються для облаштування фундаментів в кліматичних зонах, де глибина промерзання досягає 1,8-2 м. У цьому випадку свайно-гвинтовий фундамент виходить дешевше і надійніше, ніж стрічковий і тим більше плитний. Єдиним істотним недоліком залишається неможливість побудови повноцінного підвального приміщення.