Что такое винтовые сваи и зачем они нужны

Александр Митчелл. Так зовут инженера, изобретшего новый вид свай.  Произошло это в 1833 году в Англии. Митчелл предложил проект осветительного комплекса в приливной зоне столицы Великобритании. Комплекс возвели на винтовых сваях, а инженера наградили знаком Телфорда. Он присуждается Институтом британских инженеров.

Винтовые сваи — это…

Винтовые — прилагательное, отвечающее на вопрос «какие». Есть существительное, от которого оно образованно — «винт». Винт относится к крепежным деталям. Выделяется из них наличием внешней резьбы. Она может:

• стыковаться с другой, внешней резьбой;
• входить в отверстия каких-то конструкций;
• прокладывать собственную внешнюю резьбу.

Получается, внешнюю резьбу приплюсовали к сваям. Так именуют строительные стержни. Бывают цельными, или полыми. Предназначены для заглубления в почву. По сути, большинство свай — металлическая труба с лопастью основания для крепления к оголовку. Противоположный край трубы заострен для упрощения входа в грунт. Винтовые сваи — Обычные с дополнением из винта. Он проходит вокруг заостренного конца трубы.

Прообраз винтовых свай

Александр Митчелл не придумывал винт. Еще до нашей эры египтяне использовали его в орошающих конструкциях. Сваю инженер тоже не изобретал. Ими пользовались еще в начале нашей эры, перекидывая мосты через реку Тибр. Митчелл грамотно совместил винт и сваю, вдохновившись уже придуманным другими винтовым якорем. Его широкие, пущенные вокруг свала, лопасти вкручиваются в дно. Это фиксирует судно надежнее, чем обычный якорь.

Английский инженер приставил винтовой якорь к концу трубы. Получилась винтовая свая. Совмещая трубу и якорь, Митчелл руководствовался девизом: — «Закручивать проще, чем забивать». Упрощение работы со сваями и дополнительная надежность, даваемая вгрызающимися в грунт лопостями, способствовали их быстрому вхождению в строительный обиход. Уже в середине 19 века в США начался бум на маяки, установленные на винтовых трубах.

Преимущества перед забивными сваями

 Плюсы новых свай быстро обосновали по всему миру. В России этим занялся Владислав Дмоховский. Имеет докторскую степень. Список пюсов винтовых свай по Дмоховскому таков:

• Отсутствие вибрации и шума при установке.
• Быстрота монтажа и, как следствие, больший заработок на объекте.
• Возможность работать вплотную к прочим объектам, не боясь повредить их.
• Легкое применение на неровной поверхности местности.
• Возможность повторного применения.
• Отсутствие необходимости в предварительных земляных работах.
• Простота самостоятельной установки.
• Относительная чистота работ. Нет столько грязи и контакта с ней, как при забивании свай.
• Приемлемая стоимость.
• Отсутствие необходимости в расчетах на противодействие морозному пучению в мерзлых почвах.

Быстрее всего новые сваи вошли в обиход в странах, где особенно трепетно относятся к гражданским правам. Одно из них — право на отдых. Его не должны нарушать сильный шум. Человек не должен подстраивать время отдыха в соответствии с проводящимися поблизости строительными процессами. На строителей начали подавать в гражданские суды, апеллируя к нарушению гражданских прав и свобод. Суды выигрывались истицами. Строители переходили на новые, бесшумные сваи.

Минусы винтовых свай

К спектру плюсов новых свай прилагается пара недочетов. Как бы ни была развита защита гражданских прав и свобод в стране, винтовые сваи там использовать не будут, если:

• Местность скалистая. В таком грунте лопасти свай деформируются. Но, можно использовать для погружения гидромоторы.
• Территории сейсмоактивные. В этом случае винтовые трубы не дают надежной фиксации. Поэтому, в Японии, на Филиппинах, в Индонезии и т. д. новые сваи и не думали применять.

Есть, также, сложности с использованием в химически активных субстратах. Можно, но нужна поэтапная, тщательная обработка деталей конструкции фундамента. Проблематично применение новых свай и в неустойчивых грунтах, к примеру, со слабой боковой поддержкой. Требуется дополнительное укрепление труб. Это сводит на нет большинство плюсов винтовой конструкции.

Несущие характеристики в разных типах грунта

Различают 10 видов подходящего для монтажа грунта. Для каждого произвели расчеты с учетом 2-метрового погружения трубы с винтом. Ориентировались на СНиП 2.02.03-85.

Для песков несущая способность сваи с винтом составляет:

• в крупном гравелистом песке с плотностью около 13 единиц, несущий показатель 6 тонн;
• в песке средней крупности с плотностью 12 единиц, свая выдерживает 5,3 тонны на кг.;
• в мелком песке несущий лимит равен 2,4 тонны в случае малой влажности грунта и плотности в 5 единиц, и 1470 килограммов в случае маловлажного песка плотностью 3 единицы;
• если песок сухой с плотностью равной 5-и, несущий предел — 2453 килограмма;
• во влажных супесях плотностью 5 единиц ориентир — 981 килограмм.

Монтаж винтовых свай в глинистых почвах осуществляют, исходя из других расчетов. Во влажных суглинках несущая способность винтовой сваи равна 1,4 тонны. Для сухих суглинков показатель равен 1963 кило. В сухих глинах с плотностью 6 единиц, свая с винтом держит почти 3 тонны. Для глин насыщенных влагой, цифра на 1 тонну меньше.

Виды винтовых свай

 С момента изобретения сваи с винтом претерпели изменения, усовершенствования. Это родило десятки разновидностей.

По типу грунта

Грунт — один из поводов для классификации свай с винтом.  Для каждой почвы предусмотрен свой тип лопастей. Есть 9 вариантов, которые делятся на 3 группы:

1. ВСЛ. Это трубы для сезонно промерзающей почвы. Для монтажа в нее не требуются предшествующие работы. Просто завинчиваешь.
2. СВС, СВС-2Л, СВСШ, СВСВМ. Типы свай со сварным наконечником. Винт к ним приварен, изначально не является единым целым с основой. Монтируют сварные сваи в супеси и суглинки.
3. СВМ, СВС(Л), СВСВМ(Л), СВМ(Л). Конструкции с литым наконечником. Весь наконечник формируется в единой форме-отливке. Такие сваи чаще вгоняют в крупнообломочные грунты.

По поводу сварных и литых вариантов есть миф. Сварной считают менее надежным за счет существования шва. Однако, он, наоборот, упрочняет конструкцию. Это происходит за счет большого сечения. Физика. Ненадежной сварная свая может быть только при неправильной фиксации лопастей на трубе. Если приварить их криво, то и вкрутить сваю прямо в грунт нереально. Труба уходит под углом. Но, такой недочет бывает при работе с самодельными сваями и, почти никогда, с заводскими.

Миф создан и  для литых свай. Их считают архинадежными за счет единой отливки. Однако, надежность может снизиться из-за неподходящести сваи к конкретному грунту и его особенностям. Это связано с малым выбором, а он, в свою очередь, — с экономией производителей. Нужна форма-отливка для каждой конфигурации. Производители с целью экономии времени и средств запасаются парой типовых и наиболее ходовых форм. По ним и штампуют продукцию.

По типу лопастей

 Лопасти бывают узкие, средние и широкие. Их может быть много. Бывает достаточно и одной. Это тоже, во многом, зависит от грунта. Так:

• В слабых, легких, неустойчивых почвах требуется максимальное количество лопастей. Бывает до 6-и. Их ширина может разниться. Но, наличие широких крыльев обязательно. Их размеры и количество помогают равномерно погружаться в субстрат и надежно удерживаться в нем.
• В мерзлой и плотной почве пригождаются столбы с узкими крыльями и их минимальным количеством. Установка винтовых свай, в этом случае, проще. Вкрутить в неподатливый грунт широкие лопасти проблематично, а необходимости в этом нет.

Чтобы понять, широкие крылья, или нет, ориентируются на толщину столба. Лопасть считается узкой, если меньше его диаметра. Крылья больше диаметра трубы — широкие. У большинства свай это больше 20-30 сантиметров. Стандартной толщиной металла для свайных крыльев является примерно 1 сантиметр.

По толщине стенки

 Труба-основа именуется стволом. Зачастую, он полый. Толщина стенки — повод для классификации:

1. Тонкостенные сваи. Их показатель — до 3,5 миллиметра.
2. Средние. Толщина стенки равна минимум 3,5 миллиметра и доходит до 5,9 мм.
3. С толстой стенкой. Толщина от 0,6 сантиметра.

Нет необходимости переплачивать за металл и нагрузку, которую он может выдержать, если возводишь беседку, забор, сарай, а почва под ним устойчивая. Пригождаются тонкостенные сваи. Если почва агрессивная, а строение массивное, необходимы толстостенные основы. Выбор делается инженерами. Предшествуют замеры кислотности почвы и ее удельного сопротивления. Далее — создание проекта. На его стадии и принимается решение об использовании тонко- средне- или толстостенных свай.

Параметр толщины касается не только стенок труб. Важна и толщина крыла. Для легких строений достаточно меньше половины сантиметра. Поэтому, если приобретаются винтовые сваи для забора, можно сэкономить. Для частного дома уже нужны лопасти от 0,6 сантиметра толщиной. По мере увеличения массы строения и агрессивности грунта, параметр крыльев тоже растет.

По типу покрытия

Защитить сваю от агрессии почвы может покрывающий материал. Это не панацея, поскольку он может царапнуться при монтаже. Однако, покрытие — допмера безопасности плюсом к основной — толщине металла. Сохранив покрытие целостным во время монтажа, строители снижают нагрузку среды на надземную и контактную части сваи.

Промышленники используют 4 вида поверхностной защиты:

1. Из полимеров. Наносят, обычно, на литые сваи. На неровности типа сварного шва полимерный состав ложиться плохо, скалывается на таких местах. Как следствие, теряется смысл покрывать сварные столбы полимерами. На литых же, состав хорош качественной адгезией (схваткой с основой), прочностью, устойчивостью к износу. Обеспечивается эффективная защита от атмосферных воздействий.
2. Эпоксидное. Самый дешевый и простой в нанесении вариант. Однако, водопоглощение велико, а гибкость пленки мала. Еще удар плохо держит.
3. Холодное цинкование. Это краска плюс пыль цинка. Тоже бюджетный способ минимальной защиты свай. Минимальна она, поскольку с металлом состав схватывается плохо. Как следствие, цинкование отходит, отлетает при работах и со временем.
4. Из 2 компонентов. В составе — смолы полиуретана. Самый надежный вариант. Адгезия высокая. Пластичность хорошая. К агрессивным средам и перепадам температур пленка инертна. Абразивами повредить сложно.

Есть сваи и без покрытия. Тогда особенно важно проанализировать материал, его толщину. В качестве материала для свай, в основном, используют сталь. В агрессивных почвах средний срок службы свай без покрытия — 3 десятилетия. Двухкомпонентная защита может увеличить жизнь труб на 50 лет. Важно защитить металл не только снаружи, но и изнутри. Полости в сваях покрываются конденсатом. Поэтому, нутро труб, обычно, заливают бетоном. Это называется инъекцией. Кроме защиты от коррозии, она упрочняет сваю.

По марке стали

Сталь — сплав углерода и ферума. Кроме железа, могут быть дополнительные металлы. Они добавляются для улучшения качеств сплава в малых пропорциях и называются лигирующими. В зависимости от пропорций и числа компонентов, сталь делят на марки. В винтовых сваях пригождаются:

• Ст3. Углерода в ней 0,22%. Плюсом 0,17% силициума и 0,6% марганца. Сплав обыкновенного качества, самый ходовой и бюджетный. Такой стали достаточно для фундамента в слабоагрессивных почвах.
• Ст20. Из группы высококачественных конструкционных. Углерода в сплаве 0,2%, силициума столько же, марганца 0,6%, никеля и меди по 0,3%, хрома 0,2%, фосфора 0,03%. Из такой стали делают сваи для среднеагрессивных почв.
• 30ХМА. В ней углерода уже 0,3%, кремния почти 0,4%, марганца до 0,7%, хрома 1%, молибдена 0,2%, никеля 0,3%. Есть еще ванадий, титан и сера. Получается жаропрочное соединение релаксационного типа. С таким в сильноагрессивные грунты не страшно.

Для агрессивных почвы используют еще сталь 09ГА2С. У нее, кстати, идеальная среди сталей свариваемость. Вообще, сталей больше 700 марок по всему миру. Но, в производстве и винтовых сваях широко используются только несколько.

Маркировки винтовых свай

Маркировка наносится непосредственно на столб сваи и содержит 5 обязательных параметров:  какая сталь, длина изделия, тип сваи, диаметр ствола (по внешнему краю), характеристики наконечника. Используемые марки стали разобраны в предыдущей главе. Их маркировки тоже. Ищем их на трубах. Диаметр сваи бывает от 5,7 сантиметра до 1,8 метра. В промежутке — 76 и 89 миллиметров.

Самые толстые сваи пускают под тяжелые строения со многими этажами. Наиболее тонкие трубы, напротив, идут под заборы и прочие легковесные постройки. Соответственно, на винтовых сваях бани логично увидеть пометку 57 мм. Длина заводского изделия бывает до 20 метров. Ширина лопастей доходит до 250 сантиметров. Еще на свае увидите характеристику наконечника:

• ВАУ. Подобен сборному анкеру.
• СВП или СВС-П. У него есть пика.
• ВСЛ. Создан литьем.
• СВС. Варен.
• СВК и СВС-К. Имеет конус.

Это обозначения по гос. стандарту. Производители имеют право дополнять основные маркировки. Из специфических можно встретить, к примеру: Z, U, Т, F, R. Первая буква обозначает «винтовой анкер для легких строений». U указывает на аналогичную форму головки сваи. А оголовок с монтажными отверстиями, это уже T. F — маркировка для круглой соединительной части трубы. А R — квадратный фланец.

Применение винтовых свай

Области применения связаны сугубо с фундаментами. Именно для них создавались сваи. Винтовые пригождаются:

1. В пристроях к уже имеющимся постройкам. Если заливать под пристрой бетонный фундамент, есть риск смещения равновесия старого. Формируется наклон, запускаются процессы диформации. Работа со сваями исключает смещение грунта вокруг первоначального строения.
2. На сложном рельефе. Экономишь на его выравнивании. Достаточно загнать одни трубы поглубже, а другие меньше вогнать в землю. Вот и ровный фундамент.
3. При усилении уже имеющегося фундамента. Он разрушается со временем. Винтовые столбы по периметру поддерживают обычный фундамент. К его аварийным местам сваи крепят кронштейнами.
4. Для линий электропередач. Здесь кстати возможность не только быстро и легко установить сваи, но и также просто демонтировать.

Винтовой фундамент выручает и при задаче максимально быстрого возведения фундамента. Даже на сложных объектах на готовность нужно всего несколько дней. Поэтому сваи винтовые для фундамента не теряют, а только набирают популярность.

Монтаж

Монтаж начинается с подготовки. Сначала — разметка. Потом ввинчиваются столбы в углах. Следом заглубляются промежуточные сваи. Когда все столбы выставлены, их верхушки сравнивают в единую плоскость. Затем, можно забетонировать нутро труб и закрыть их оголовками. К оголовкам закрепляются ростверки. На них ложится нагрузка от несущих конструкций строения.

Остается подкрасить места сварки. Подкрашивают, также, области, где замечено повреждение защитного покрытия свай. Можно ставить дом на винтовых сваях. Кажется просто. Но, за этапом «подготовка» скрывается больше, а именно:

• Расчёт линий нагрузки. Это наружные, внутренние, несущие стены. Между ними — пол на винтовых сваях.
• Установление несущей способности опор. Высчитывается в соответствии с их маркировкой и характером грунта.

Расстояние между сваями не должно превышать 3 метра. Это для легковесных строений. Чем тяжелее дом, тем чаще ставят опоры. Расчет максимальной нагрузки в кг. на каждую сваю позволяет соотнести число опор с весом итогового строения. Учитывается оно само, мебель, жильцы даже снег на крыше. Этот общий вес делят на количество свай и сравнивают, соответствует ли полученное число допустимой на опоры нагрузке.

Премудрости есть и в расчете глубины ввинчивания опор. Если почва промерзает, важно, чтобы  трубы зашли в эту область. Исключение можно сделать для легковесных, нежилых построек. Для них на большинстве грунтов достаточно полутора метров заглубления свай. Для жилых и ответственных зданий рекомендуется заглубление равное высоте строений.

Экономя время, деньги и материалы, рекомендацию редко соблюдают, особенно, в частном строительстве. Еще нужное заглубление могут не выдержать, поскольку сваи ему не соответствуют. Есть установленный заводом предел сопротивления грунта. Приходится лавировать между двумя рекомендациями.

 Цена винтовых свай

Запросы продавцов зависят от типа и характеристик свай, дистанции доставки, имени производителя и его территориальной причастности к той, или иной стране. В итоге, цена винтовых свай начинается от 1000 рублей и доходит до 50000 рублей. Вопрос стоимости последние годы начал «кусаться».  На металл цена подскочила столь же стремительно, как и на древесину. Впрочем, на фоне кризиса и ситуации с короновирусом выросла стоимость всех строительных материалов.

Средний прайс на начало 2022 года таков:

• Стандартная СВС-57 1650 мм стоит 1000-1800р. При длине в 180 сантиметров, на пару сотен дороже. Двухметровая еще на 2-3 сотни рублей дороже и т. д.
• Стандарт диаметром 67 мм и длиной 165 см оценивают минимум в 1400 рублей. Чаще встречается цена около 2000 рублей. Прирост цены с удлинением идет уже по 3-4 сотни рублей. 9-метровая свая, к примеру, стоит около 8000 рублей.
• Самая короткая 89-миллиметровая свая обходится в 1600-2300 рублей.
• Самая короткая 108-миллиметровая продукция обходится в 1800-2500 рублей.
• Сваи со 133-м диаметром длиною 165 сантиметров стоят примерно 3100р.

Это самые ходовые варианты. Они всегда есть в наличии. Прочие, многие производители предлагают «по запросу».

Видео о монтаже винтовых свай