Свайно-винтовые фундаменты: дом на курьих ножках или технологии на века?
История свайно-винтовых фундаментов (СВФ) началась почти два века назад. Первые постройки на фундаментах такой конструкции возводились на глазок, иногда с необоснованно превышенным запасом прочности. Но уже в те времена эта технология позволила значительно удешевить и ускорить возведение объектов на воде и участках со сложным рельефом.
В наше время компьютерные расчеты позволяют оптимизировать применение винтовых свай для сооружений различной сложности.
Винтовые — значит, будем завинчивать
Первый маяк на винтовых сваях спроектировал и построил ирландский инженер Александр Митчел еще в 1838 году. Строители разных стран мира быстро оценили преимущества винтовых свай для возведения конструкций на затопленных и болотистых почвах.
Хотя Митчел и не разработал четкого алгоритма расчета винтовых конструкций, но он совершенно верно отметил в одной из своих работ:
«Независимо от того, для какой цели используется широкий фланец, или, как его еще можно назвать, заземляющий винт, на конце сваи, он существенно повышает несущую способность сваи. Свая с заземляющим винтом, прикрепленным в основании, выдерживает больший вес возвышающейся на ней постройки, а если речь идет о причалах, лучше противостоит выдергивающим нагрузкам».
Для создания необходимого запаса прочности лопасти винтов выполнялись диаметром до 240 см. Но, несмотря на громоздкость первых винтовых свай, возведение маяков и других прибрежных сооружений с их помощью значительно ускорилось. Технологию оценили и очень скоро экспортировали в США, где с 1848 по 1900 год появилось около 60 маяков и пирсов на свайно-винтовых фундаментах.
В настоящее время существуют устоявшиеся методики для расчета диаметра винта, нужного количества витков и диаметра осевой трубы, а также количества свай, которые необходимо установить под строящееся сооружение.
В нашей стране свайно-винтовые фундаменты начали использовать 60 лет назад, однако широкое распространение они получили только в последние годы, да и то преимущественно в индивидуальном малоэтажном строительстве. Деревянные, щитовые и кирпичные дома быстро и без нарушения уже имеющейся инфраструктуры возводятся на небольших участках, как правило, со сложным рельефом.
Но СВФ применяют и для строительства промышленных объектов. На таких фундаментах возводят объекты ТЭК, транспортные развязки, мосты, причалы и пирсы, а также опоры под рекламные щиты и освещение.
Типы винтовых свай и технологии их установки
Хотя принципы установки и эксплуатации СВФ достаточно унифицированы и не отличаются особым разнообразием, до сих пор не существует единых ГОСТов для изготовления винтовых свай. В каждом конкретном случае такие изделия изготавливаются согласно внутренним стандартам организаций-производителей, поэтому выпуск винтовых свай фактически представляет собой малосерийное производство. А множество типоразмеров и конструкций, представленных на рынке, серьезно осложняют для заказчика выбор конструкции, лучше всего подходящей для его случая.
Сегодня на рынке существуют электросварные конструкции, литые сваи (точнее, сваи с литым наконечником), а также многовитковые конусные винтовые сваи, называемые криннерами в честь фирмы, впервые наладившей их производство.
Электросварные сваи — наиболее часто используемый вариант. Для легких конструкций используют сваи диаметром 108 мм и длиной от 2,5 м. Они погружаются в грунт примерно на 2 м. При неровном рельефе используют удлиненные сваи. Если строится кирпичный дом в несколько этажей, то строители могут предложить усиленные сваи и особую схему их расположения. Такие сваи можно завинчивать и механически, и вручную, используя в качестве рычага лом и трубы. Основной проблемой при ручной установке является необходимость выдержать строго вертикальное положение завинчиваемой сваи. В зависимости от конструкции дома на верхнюю часть сваи устанавливают регулируемый наголовник (для домов из бруса) или наваривают стальную раму, соединяющую все сваи в единый фундаментный блок (под кирпичные сооружения).
Литые сваи обычно используют для более тяжелых конструкций и на сложных грунтах. Толщина металла наконечника и винтовой лопасти у них больше, чем у сварных свай, поэтому они могут выдерживать более высокие нагрузки. Для установки литых свай обязательно требуется специальная техника. Буровая установка создает необходимый крутящий момент и вкручивает сваи под контролируемым углом.
Сварные сваи диаметром свыше 133 мм также можно вкручивать только механическим способом. Техника потребуется и для установки дома на криннеры. Эти сваи хороши для работы на участках с однородным грунтом. Они могут выдерживать повышенную несущую нагрузку, но менее защищены от морозного выпучивания. К тому же у них есть особенность, на которую необходимо обратить внимание. Криннеры изготовлены целиком и не требуют приварки оголовка, но из-за этого их регулировка по высоте возможна только путем взвинчивания отдельных свай до единого уровня.
Размеры и длина СВФ рассчитываются исходя из предполагаемой нагрузки, передаваемой сооружением на сваю. Как сообщили нам в НИИ оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова (ОАО НИЦ «Строительство»), длина винтовых свай может варьироваться от 6 до 15 м.
Послушаем практиков
Основные плюсы и преимущества свайно-винтовых фундаментов.
— Частного заказчика в первую очередь привлекает ощутимая дешевизна при использовании винтовых свай. — Вторым явным преимуществом при возведении СВФ является скорость монтажа. Фундамент готовится в течение одного — трех дней, в зависимости от сложности и размеров сооружения. И сразу же по завершении монтажа можно приступать к строительству дома, не дожидаясь просадки, как в случае с ленточным фундаментом.
Не существует и ограничений для установки такого фундамента в зависимости от сезона. А особое внимание специалист заострил на экологических аспектах строительства с использованием СВФ.
— Здесь не требуется применять тяжелую технику. — Не нужно разрушать слои грунта и корчевать близко растущие деревья. Необходим лишь доступ к месту завинчивания свай.
Хотя механическое завинчивание является более быстрым и позволяет регулировать положение сваи, но в настоящее время достаточно широко используется и ручное завинчивание свай.
Еще один явный плюс СВФ — их ремонтопригодность и возможность использовать для ремонта зданий на традиционных ленточных фундаментах. А к дому, построенному на СВФ, можно без проблем добавить любую пристройку — ведь, завинтив нужное количество свай, вы легко выведете их на уровень уже имеющегося фундамента.
С плюсами все ясно. А что с минусами?
Однозначный минус - невозможность использовать их на каменистых грунтах. Все остальные так называемые недостатки, по его мнению, скорее следствие некомпетентности исполнителей.
Например, если не исследовать грунт на участке и завинтить сваи на глазок по принципу «мы всегда так делаем», то можно попасть на недостаточно прочный грунт в основании свай, что приведет к провалу или выпучиванию сваи. При грамотно же проведенных расчетах на винтовые сваи вполне можно ставить довольно тяжелые конструкции — например, производственные корпуса или многоквартирные дома.
Некоторые жалуются, что при использовании СВФ сложно устроить подвал непосредственно под домом. Но опять же это возможно при правильном расчете и предварительно продуманной конструкции.
Многих беспокоит и вопрос коррозии металлических свай.
— Не стоит волноваться. — Сегодня сваи покрываются надежными антикоррозийными составами. К тому же в глубине почвы нет свободного доступа кислорода к поверхности металла — соответственно, нет причин для развития процесса коррозии. Основной критической зоной может служить поверхность сваи на выходе из грунта. В этом месте ее достаточно обрабатывать антикоррозийными составами раз в несколько лет.
Мнение науки
— Свайно-винтовые фундаменты сегодня широко применяются для малоэтажного строительства. Их основные достоинства — быстрая возводимость и возможность применения в условиях ограниченного пространства, — считает Игорь Колыбин, к.т.н., директор НИИОСП им. Н.М. Герсеванова.
По его мнению, основными сдерживающими факторами для применения СВФ служат ограничения по несущей способности, невозможность применения на больших глубинах и в некоторых видах грунтов. Инженерно-геологические условия для установки тяжелых конструкций на СВФ должны быть представлены дисперсными грунтами, имеющими высокие прочностные и деформационные характеристики. Применение же СВФ в условиях залегания слабых грунтов большой мощности или, наоборот, скальных и полускальных грунтов практически невозможно.
— Поскольку изделия эти металлические, помимо серьезной антикоррозионной защиты, необходимо защитить их и от блуждающих токов, — напоминает ученый.