Несущая способность винтовых свай

На сегодняшний день винтовые сваи применяются при возведении сооружений на ослабленных грунтах, а так же если есть необходимость проводить строительные работы в зимний период, когда устройство обычных бетонных фундаментов невозможно из-за промерзания грунтов.

  1. Особенности строения винтовых свай
  2. Винтовые сваи: нюансы монтажа
  3. Достоинства и недостатки винтовых свай
  4. Область использования
  5. От чего зависит несущая способность винтовых свай?
    5.1. Определение площади подошвы сваи
    5.2. Вычисляем несущую способность грунта
  6. Несущая способность винтовой сваи: расчёт
    6.1. Как учесть надёжность конструкции при расчётах?
    6.2. Определяем максимальную несущую способность одного свайного элемента

Винтовые сваи
Винтовые сваи
Винтовые сваи 
Для надёжности сооружения на нестабильных грунтах большое значение имеет несущая способность винтовых свай, которая обеспечивает запас прочности и устойчивости всей постройки. Целесообразно применять винтовые сваи на грунтах в районах с вечной мерзлотой, в заболоченных местах или при строительстве в зимний период, когда грунт сильно промёрз.  На таких территориях обычные фундаменты либо дают трещины и усадки из-за деформации влажных грунтов, либо подвержены пучению под действием мёрзлых почв. Высокая несущая способность винтовых свай в данном случае объясняется возможностью хорошо заглубить их в почву и тем самым уменьшить отрицательное влияние неблагоприятных грунтовых оснований на фундамент.
Винтовые сваи
Винтовые сваи
Несущая способность винтовых свай зависит от площади опоры

Особенности строения винтовых свай

Что же такое винтовые сваи? По сути это трубы из стали с винтовыми лопастями на заострённом конце. Отличная несущая способность винтовых свай обеспечивается благодаря использованию бесшовных цельнотянутых стальных труб. Отсутствие шва на корпусе сваи делает её менее уязвимой для коррозионных процессов. Толщина стенок труб, используемых в конструкции сваи, составляет 4-7 мм. На строительном рынке можно встретить сваи различной длины, но самые короткие изделия выпускаются длиной не меньше метра.
Благодаря винтовому наконечнику с лопастями облегчается монтаж сваи. Кроме этого существенно возрастают показатели сопротивления сваи сжатию и выдёргиванию. Обычные сваи необходимо бетонировать, а винтовые сваи используются без этого, что существенно уменьшает расходы на фундаменты.
Дом на винтовых сваях

Винтовые сваи: нюансы монтажа

В зависимости от габаритов одной опоры и масштабов сооружения в целом винтовые сваи могут устанавливаться двумя способами:

  • вручную;
  • при помощи гидравлической техники.

Несущая способность винтовых свай не зависит от выбранного способа установки. В обоих случая установка происходит по принципу закручивания сваи в землю наподобие шурупа. Это возможно благодаря наличию винтовых лопастей на  заострённом конце сваи.
Однако в некоторых случаях, чтобы не пострадала несущая способность винтовых свай, выполняется  их установка с некоторыми особенностями:

  1. Если монтаж сваи выполняется в грунт, где есть прослойки твёрдых пород, или в мёрзлые почвы, то необходимо произвести бурение лидерной скважины. Только после такой предварительной подготовки почвы в скважину вкручивается свая.
  2. Для свай, находящихся в заводненных почвах, нужно предусмотреть защитные антикоррозионные мероприятия. С этой целью в тело ствола сваи заливается бетонный раствор. Данная процедура поможет уменьшить коррозию трубы изнутри, а несущая способность элемента станет ещё выше.
  3. Чтобы увеличить несущую способность свай длиной больше двух метров, необходимо выполнить их дополнительное армирование.

Важно: расчётная несущая способность винтовых свай обеспечивается только при условии их правильного монтажа. Любые отступления от технологического процесса в ходе монтажа могут привести к снижению прочности всего фундамента. Только профессионал может выбрать правильный способ монтажа в зависимости от характеристик грунта и особенностей рельефа.
Монтаж винтовых свай
Фото винтовых свай
Винтовые сваи

Достоинства и недостатки винтовых свай

То, что отличная несущая способность винтовых свай является их главным достоинством, – мы уже поняли. Но кроме этого есть и другие преимущества таких конструкций основания:

  1. Отсутствие потребности в подготовке территории. Нет необходимости рыть котлован, как при устройстве ленточных бетонных фундаментов. Не нужно проводить осушительные и подготовительные мероприятия с почвами на территории строительства.
  2. Процесс монтажа свайных фундаментов занимает намного меньше времени, чем другие подобные технологии устройства оснований.
  3. Конечно, назвать фундамент на винтовых сваях самым дешёвым нельзя. Однако такая большая несущая способность винтовых свай позволяет существенно сэкономить средства на сооружении различных вспомогательных сооружений, поскольку винтовые сваи используются сами без каких либо дополнительных укрепляющих средств.
  4. Высокая эффективность винтовых свай позволяет использовать и нагружать их сразу же после монтажа в отличие от бетонных фундаментов, которым нужен длительный срок на набирание прочности.
  5. Антикоррозионное покрытие труб винтовых свай обеспечивает их  безопасную эксплуатацию даже в условиях повышенной влажности грунтов. Причём несущая способность винтовых свай в таких условия нисколько не пострадает, чего нельзя сказать о других видах оснований.
  6. Установка винтовых свай позволяет сэкономить время и технику. Например, для устройства блочных фундаментов по монолитным железобетонным лентам потребуется нанимать технику для рытья траншей или котлованов, ставить опалубку, сваривать арматуру, замешивать и заливать бетон, нанимать кран для монтажа бетонных блоков, выполнять другие вспомогательные работы. Всё это не нужно при устройстве свайных фундаментов, достаточно лишь нанять строительную технику с гидравлическим оборудованием.

Установка винтовых свай
Из недостатков винтовых свай можно перечислить следующее:

  1. Если винтовые сваи устанавливаются в твёрдый грунт, то есть риск, что антикоррозионное покрытие будет повреждено. Это в дальнейшем может привести к разрушению стального корпуса. В результате этого несущая способность винтовых свай будет снижена.
  2. Если установка свайного поля производится вблизи мест размещения электрических подстанций или прохождения железнодорожных путей электропоездов, где в грунте могут скапливаться блуждающие токи, то это может приводить к деградации металла и снижению несущей способности винтовых свай.

Чертеж винтовых свай
Винтовые сваи

Область использования

Высокая несущая способность винтовых свай и минимум расходов на их монтаж способствуют тому, что область применения данных оснований довольно широка:

  1. Винтовые сваи являются отличными основаниями для ЛЭП, рекламных бигбордов, различных мачт.
  2. При возведении каркасных зданий использование винтовых свай как нельзя кстати. При строительстве временных хозяйственных построек каркасного типа (теплиц, бытовок, сооружения ангаров) логичней использовать свайные фундаменты, чем массивные и дорогостоящие бетонные основания.
  3. Если выполняется реконструкция дома или достройка к нему, то используя фундамент на сваях, мы убережём смежные конструкции от разрушений, которые могут быть вызваны вибрациями при устройстве оснований другого типа.
  4. При проведении строительных работ на обводнённом грунте (мосты, пристани и т.п.) винтовые сваи просто незаменимы.
  5. Высокая несущая способность винтовых свай может использоваться и во вспомогательных целях, например, для укрепления бетонного основания.

Чертеж винтовых свай в разрезе
Несущая способность винтовых свай влияет на выбор элемента

От чего зависит несущая способность винтовых свай?

Несущая способность винтовых свай зависит от двух факторов:

  • площади подошвы винтовой сваи;
  • значения несущей способности грунта.

Бытует ошибочное мнение, что несущая способность винтовых свай зависит от прочности самого свайного элемента и его габаритов. Эти показатели не имеют никакого значения для несущей способности элемента.
Винтовые сваи
Винтовые сваи
Винтовые сваи 

Определение площади подошвы сваи

Навинченная на конец опоры лопасть в виде винта не только облегчает вкручивание элемента в почву, но и выполняет функции трамбовки грунта, поскольку лопасти сдавливают землю во время заглубления. После монтажа винтовая часть сваи выполняет функции свайной подошвы, на которую приходится вся нагрузка. Площадь этой свайной опоры мы и будем вычислять, ведь от неё зависит несущая способность винтовых свай.
Поскольку опорная плоскость подошвы фактически есть окружность, то необходимо вычислить её площадь, которая образуется винтовой лопастью. Для этого используем формулу: S=πR². В данном случае радиусом является расстояние от оси свайного элемента до наиболее удалённой точки на краю винтовой лопасти. Если вы не хотите производить никаких  сложных расчётов, то можете использовать данные из таблиц. Они есть для всех заводских винтовых свай, неважно, какой завод (Украины и России) их производит.
Пример: для свайного элемента 108 нормированный диаметр равен 30 см. Это значит, что длина от оси ствола до крайней точки на винте (искомый радиус) равна 30_2=15 см. Следовательно, площадь опорного элемента сваи равна: 3,14х15 см=706,5 см².
Винтовые сваи для фундамента

Вычисляем несущую силу грунта

Несущая способность винтовых свай взаимосвязана с таким же показателем грунта. Чтобы найти несущую силу грунтов, необходимо воспользоваться данными инженерно-геологических изысканий, в результате которых будет определён состав почвы. Далее необходимо использовать таблицу, отображающую зависимость несущей возможности от типа грунта (находим в нужном нам столбце).
Винтовые сваи - несущая способность (таблица)
Несущая способность винтовых свай зависит от такого же показателя грунта 
Пример: если в результате изысканий обнаружено, что на участке строительства находится песок, то согласно таблице несущая сила грунта равна 15 кг/см². Суглинки (мягкопластичная почва) способны нести не больше 5,5 кг/см², а вот глина понесёт не более 6 кг/см².
Винтовые сваи - фото
Винтовые сваи

Несущая способность винтовой сваи: расчёт

Несущая способность винтовых свай находится путём умножения площади опоры на несущую силу грунта. Рассмотрим этот расчёт на примере винтовой сваи 133, погружённой в глинистую почву:

  1. Сначала найдём площадь опоры. Используя табличные данные, узнаём, что диаметр винта равен 30 см, таким образом, площадь подошвы равна: 15х15х3,14=706,5 см².
  2. Теперь воспользуемся таблицей, чтобы определить несущую возможность грунта. Для глинистых почв она равна 6 кг/см².
  3. Теперь находим несущую способность свайных элементов: 706,5х6=4,2 т.

Вывод: один свайный элемент модели 133, с глубиной погружения в глинистую почву на 2-2,5 м, может выдержать нагрузку в 4,2 т.
Винтовые сваи
Винтовые сваи

Как учесть надёжность конструкции при расчётах?

Однако описанный в середине статьи расчёт является приближённым. В нём не учитывается показатель запаса прочности деталей. Для этого необходимо произвести итоговый расчёт по формуле: N=F/Y, где N – искомая нагрузка, F – её приближённое значение, полученное вышеописанным способом расчёта, Y – коэффициент запаса прочности.  Последний показатель зависит от правильности расчётов и числа свайных элементов. Его подбор осуществляется по таким параметрам:

  • при числе элементов равном 5-20 шт, коэффициент составляет 1,75-1,4 (в данном случае должен использоваться низкий ростверк на подвесных опорах);
  • коэффициент 1,25 используется при проведении испытаний на эталонном свайном элементе и является приблизительным;
  • для проведения более точных испытаний используется коэффициент равный 1,2.

Пример: в продолжение нашего расчёта для свайного элемента модели 133 найдём уточнённую несущую способность: 4,2/1,2=3,5 т. Этот показатель будет использоваться при проведении точных инженерно-геологических исследований. Если же используются усреднённые табличные показатели, то искомая величина равна 4,2/1,75=2,4т. 
Винтовые сваи - габариты
Винтовые сваи: габариты

Определяем максимальную несущую способность одного свайного элемента

Чтобы найти максимальную несущую способность одного свайного элемента, потребуются сразу несколько данных. Для наглядности возьмём следующие показатели:

  1. Установка свай будет выполняться на песчаных грунтах с несущей способностью 15 кг/см².
  2. Используется опора модели 219 с диаметром подошвы 600 мм.
  3. Поскольку у нас будут использоваться не больше пяти свай в поле, а несущая способность грунта определена точно, используем коэффициент равный 1,75.

Максимальную несущую способность вычисляем следующим образом:

  1. Находим площадь опоры винтовой сваи: 30х30х3,14=2826 см².
  2. Вычисляем приближённый показатель несущей способности: 2826х15=42,4 т.
  3. Теперь определяется точная несущая способность винтовых свай:  42,4х1,75=24,23 т.

Вывод: несущая способность одного элемента винтовых свай с диаметром опоры 300 мм составляет чуть больше 24 тонн. То есть допустимые нагрузки (вес стен, перекрытия, мебели и т.п.) на опоры при такой глубине залегания не должны превышать 24 тонны. 
Как видите, правильно рассчитанная несущая способность винтовых свай гарантирует, что наш фундамент выдержит вес перекрытий, стен, ветровую и снеговую нагрузку.
Винтовые сваи
Винтовые сваи
Установка винтовых свай
Винтовые сваи
Винтовые сваи


ПОДЕЛИТЬСЯ:

Комментариев пока нет

Перейти к разговору

Комментариев пока нет!

Вы должны быть избранным, чтобы начать разговор.

Ваши данные будут в безопасности!Ваш адрес электронной почты не будет опубликован. Также другие данные не будут переданы третьим лицам.