Фундамент на винтовых сваях

Низкий процент рекламаций, высокая надежность, прекрасные условия для вентиляции деревянных перекрытий — и это далеко не все преимущества свайно-винтовых фундаментов.

В промышленном строительстве винтовые сваи используют с 19 века. В индивидуальном строительстве активное применение винтовых свай приходится на последние пятнадцать лет. Поэтому настороженное отношение к этой «новинке» является закономерным (это написано в 2010 г. и похоже уже не актуально). В основном всех волнуют три вопроса: срок службы фундамента на винтовых сваях, его надежность и способы его наружной отделки. В этой статье мы обсудим эти проблемы.

Винтовой фундамент Хотвелл

Винтовая свая (винтовой анкер) представляет собой стальную трубу с заостренным наконечником и спиральной лопастью, которая позволяет закрутить сваю в грунт, как саморез:

Но не это главное. Лопасть винтовой сваи выполняет ту же функцию, что и уширение нижней части столбчатого фундамента, выполненного по технологии ТИСЭ: снижает давление нагруженной сваи на грунт и препятствует её выдергиванию силами морозного пучения грунта.

 

Поэтому винтовой наконечник (шнек) является основным элементом сваи, определяющим её надежность как опоры.

Свайный фундамент

Силы морозного пучения воздействуют на боковую поверхность  заглубленного в грунт фундамента. Силы эти огромные. В зависимости от грунта 7-11 тонн на м2 боковой поверхности железобетонного фундамента.

 

Забивную железобетонную сваю сечением 200х200 мм в пучинистом грунте выталкивает сила до 9 тонн. Веса малоэтажного дома не хватает для компенсации сил морозного пучения.

 

Известны случаи отрыва пяток и повреждения стволов буронабивных железобетонных свай, выполненных по технологии ТИСЭ.

Ствол винтовой сваи Ø108 мм имеет небольшую боковую поверхность, да и грунт не так сильно примерзает к металлу, как к железобетону. Поэтому винтовая свая наиболее устойчива в отношении сил морозного пучения грунта.

Это очень важно, поскольку грунты в Подмосковье часто пучинистые. Благодаря лопасти винтовая свая обеспечивает неподвижную точку опоры для дома из СИП панелей, обладающего относительно небольшим весом.

 

В индивидуальном строительстве используются винтовые сваи с диаметром ствола 108 мм и диаметром лопасти 300 мм.

screw pile anchor винтовая свая 108 мм

Несущая способность такой сваи зависит от грунта и составляет по результатам полевых испытаний:

Глина, супесь, суглинок             2-6 тн

Песок   6-9 тн

Несущая способность F винтовой сваи линейно зависит от момента закручивания:

F=k*M

где М (кг*м) — крутящий момент, k (1/м) — экспериментально определяемый коэффициент, значение которого зависит от грунта и лежит в пределах 6-12.

Указанное свойство позволяет определять по сопротивлению сваи закручиванию насколько надежно с точки зрения несущей способности эта свая установлена.

Сваи с лопастью 300 мм можно ввинчивать вручную с помощью рычагов.  Простейший набор приспособлений: лом и два куска трубы длиной 3 метра. В стесненных условиях потребуется специальное приспособление. Для создания необходимого крутящего момента порядка 300-500 кг*м достаточно 4 человек.

Ручное завинчивание свайного-винтового фундамента

Главный недостаток ручного метода состоит в том, что обеспечить точную установку свай часто не получается. Это зависит не столько от мастерства монтажников, сколько от стечения обстоятельств (геоусловий в конкретной точке). Мы прибегаем к ручному завинчиванию только в двух случаях: либо нет подъезда для техники, либо свай настолько мало, что доставка техники слишком накладна.

Строители для завинчивания свай применяют различные устройства и технику. Наиболее точную, качественную и надёжную установку свай обеспечивает гидробур на базе экскаватора благодаря более сложному и гибкому управлению многошарнирной стрелой.

Винтовой фундамент Hotwell

Опытный машинист экскаватора имеет возможность проверить несущую способность сваи путем надавливания на неё весом экскаватора (о необходимости полевых испытаний свай на несущую способность читайте ниже):

Полевое испытание винтовой сваи на несущую способность весом экскаватора

Широкое применение экскаваторов с гидробуром для установки винтовых свай сдерживается высокой ценой на аренду экскаватора и его доставку, поскольку для перевозки экскаватора требуется спецавтотранспорт:

Винтовой фундамент Хотвелл

Самоходные ямобуры (гидропривод на стреле крана) более распространены и доступны. Краном оперировать несколько сложнее, но опытные специалисты справляются с задачей уверенно:

Реконструкция дома. Завинчивание винтовых свай ямобуром.

После ввинчивания сваи обрезаются по уровню. Ствол сваи заливается бетоном. Это защищает ствол от внутренней коррозии. Сверху на сваю одевается оголовок для крепления деревянного обвязочного бруса. Иногда вместо оголовков используют металлический швеллер. Под канадский дом в большинстве случаев обвязка свай швеллером не нужна.

Для канадского дома фундамент на винтовых сваях — идеальное решение, но его устройство возможно не всегда. Каменистые грунты, илистые грунты текучей консистенции, глубокие торфяники — возможные противопоказания к использованию винтовых сваев. Но такие случаи редки. В нашей практике, а это много сотен установленных фундаментов, только в нескольких случаях пришлось отказаться от завинчивания свай. Например, один участок застройки оказался на месте бывшего болота. До дна (до несущего грунта) тогда так и не добрались. С каменистыми грунтами справится нам до сих пор удавалось во многом благодаря литому наконечнику, но об этом чуть ниже.

Преимуществ фундамента на винтовых сваях много. Самые приятные — это относительная дешевизна (дешевле качественного ленточного мелкозаглубленного бетонного фундамента) и высокая скорость монтажа (в среднем требуется один-два дня на весь цикл работ).

Чем сложнее рельеф участка, тем существеннее эти преимущества винтовых свай. Большой популярностью пользуются фундаменты на винтовых сваях при строительстве на склонах с большим перепадом высот на довольно крутом склоне

Винтовой фундамент на склоне

 

В отличие от «плавающих» фундаментов (ленточный мелкозаглубленный или плита) фундамент на винтовых сваях можно в любое время нарастить для сооружения пристройки к дому. Это очень важно, поскольку большинство людей задумывается о пристройке к дому уже через пару лет эксплуатации.

 

Прекрасная вентиляция подполья обеспечивает долгий срок службы нулевого деревянного перекрытия. В случае ленточного фундамента эта вентиляция затруднена внутренними перемычками.

 

Удобный доступ снаружи облегчает ремонтные и другие работы в подполье. В случае ленточного фундамента придется делать люки в нулевом перекрытии.

 

Винтовые сваи прекрасно ввинчиваются зимой, что позволяет построить канадский дом «с нуля» зимой во время сезонных скидок на строительные материалы и работы:

 

Установка свайно-винтового фундамента зимой

 

Винтовой фундамент Хотвелл

 

Смотрите фоторепортаж о завинчивании 76 свай  накануне Нового Года (24-25 декабря 2010 года). Полный цикл работ выполнен за два дня. Сваи с литым наконечником входят в промерзлый грунт как в масло (видео).

 

Из недостатков (устранимых) винтового фундамента отметим относительно невысокую устойчивость отдельной винтовой сваи в отношении боковой нагрузки. При слабом грунте или при разрыхлении грунта вокруг сваи (чаще всего предварительным забуриванием) можно даже руками ощутить покачивание отдельных свай.  Со временем грунт вокруг сваи уплотняется, и свая приобретает необходимую боковую устойчивость.

 

Ростверк из деревянного бруса или швеллера заставляет сваи фундамента работать совместно, что придает необходимую боковую устойчивость винтового фундамента как целого:

 

 

 

Если верхний грунт слабый, если сваи высоко обрезаются над уровнем грунта, если здание похоже на башню (большая высота при малой площади основания), то может потребоваться усиление жесткости свайного фундамента дополнительными связями (стальным уголком, прямоугольной трубой и т.п.):

 

усиление свайно-винтового фундамента

 

На участке с большим уклоном, если сваи обрезаются высоко (норма 0,5 метра) и (или) явно слабый верхний грунт (например, насыпной грунт, чернозем или торфяник), то обвязку металлом лучше заказать сразу. Эксперты по винтовым сваям могут с большой точностью предугадать необходимость усиления. Но бывает и так, что проблема выявляется уже после того, как дом построен. Ничего страшного в этом нет, поскольку усиление (обварка) винтовых свай металлопрофилем — дело нескольких часов.

 

Срок службы

История винтовой сваи охватывает почти два столетия. Основное применение винтовых свай — это такие ответственные конструкции, как маяки, мосты, причалы, мачты освещений, опоры ЛЭП, вышки-ретрансляторы сотовой связи.

 

Старейшее сооружение (причал на винтовых сваях) простоял в морской воде почти полтора века и был демонтирован из-за снижения уровня воды в океане. Винтовые наконечники первых свай хранятся в музеях.

 

Первая винтовая свая

 

Есть претензии к качеству свай, изготовленных кустарно, к качеству антикоррозийного покрытия и к квалификации (добросовестности) рабочих. Ни один фундамент не вышел из строя из-за коррозии металла. Отмечены единичные случаи просадки, что является следствием нарушения технологии, согласно которой лопасть сваи должна войти в плотный несущий грунт. Зафиксированы случаи отрыва лопасти сваи при завинчивании из-за некачественной сварки. Литые наконечники снимают эту проблему.

 

Утверждается, что при правильном изготовлении, надлежащем антикоррозийном покрытии и грамотном монтаже винтовая свая прослужит не менее 100 лет. Понятно, что подтвердить или опровергнуть это утверждение на 100% сейчас невозможно. Двухсотлетняя история винтовой сваи и отсутствие в секторе малоэтажного строительства в течение 15 лет тревожных сигналов о быстром выходе винтовых свай из строя из-за коррозии косвенно подтверждают большой срок службы винтового фундамента.

 

Для сравнения, фактов выхода из строя «вечных» железобетонных фундаментов уже в первые годы эксплуатации в индивидуальном строительстве немало.  Распространенный случай —  железобетонная лента после первой зимы из-за низкого качества бетона пришла в полную негодность:

 

железобетонная лента разрушилась после первой зимы

 

Поэтому сроки службы в 150 лет для ленточного бетонного и 30-50 лет для столбчатого бетонного фундамента — это в идеальном случае. В индивидуальном строительстве  просматривается явная тенденция к уменьшению затрат на фундамент за счет таких потенциально опасных решений, как уменьшение площади сечения ленты, столбов и ростверков, снижения плотности армирования и др.

 

Трудно сказать, что будет с ленточным мелкозаглубленным фундаментом или «плавающей» плитой через 30-50 лет. Опыта длительной эксплуатации, как и в случае с винтовыми сваями нет. Следить за состоянием  винтовых свай достаточно просто. Зона повышенного риска коррозии находится у поверхности грунта. Периодическая ревизия состояния свай не представляет технической сложности.

 

Реставрация винтовой сваи принципиально возможна. Один из вариантов — установка стальной муфты на верхнюю часть ствола сваи. Возможна и реконструкция фундамента: в отличие от каменных домов каркасно-панельный дом можно поднимать домкратами без риска разрушения конструкции.

 

 

 

Несущая способность

Несущая способность сваи диаметром 108 мм, с лопастью диаметром 300 мм в среднем по нашему опыт составляет около 4 тонн (часто много больше: 6-9 тонн). Это определено не расчетом, а полевыми испытаниями. Вес двухэтажного дома площадью 150 м2 из SIP панелей около 25 тонн. Под двухэтажный дом площадью 150 м2 обычно ввинчивают около 25 свай. Поэтому винтовой фундамент для канадского дома в большинстве случаев получается «сверхнадежным» по несущей способности.

 

Важно! Одно из обязательных условий — проведение инженерно-геологическим изысканий на глубину не менее чем на 5 м ниже проектируемой глубины заложения нижних концов свай. Это долго и дорого для индивидуального дома. Поэтому за редким исключением все нарушают это требование.

 

Такая практика в секторе индивидуального строительства стала нормой не только для свайных фундаментов, но и для ленточных и др. Это не безумие. Индивидуальный дом — это не небоскреб. Нагрузки на фундамент относительно небольшие. Много тысяч лет человечество строит жилища, и про поведение фундаментов на разных грунтах специалистам всё давно известно. Накопленный опыт защищает от ошибок. Если не найдете специалистов, то хороший способ — это посмотреть на соседские дома.

 

Какая-то информация о грунте всегда имеется. Кто-то бурил скважину, кто-то копал колодец и т.д. Много ценной информации дает сам процесс завинчивания. В Киеве в основном пучинистые глинистые грунты — супеси и суглинки. Они прекрасно подходят для устройства винтового фундамента. Без информации о грунте возводить фундамент рискованно.

 

Иногда инженерно-геологические изыскания проводятся для всего дачного или коттеджного поселка. Если Вам повезет со строительной или проектной компанией, то по данным инженерно-геологических изысканий Вам рассчитают фундамент на несущую способность в отношении основных сочетаний нагрузок и воздействий. Для индивидуального дома это уже хорошо. Только есть одна проблема — формула из СП 50-102-2003 для расчета несущей способности винтовой сваи по параметрам грунта даёт сильно заниженное значение. Более того, правила требуют поделить его на коэффициент надежности по нагрузке 1,4! В итоге расчетное количество свай превышает в несколько раз реально потребное. Строителям это выгодно. Проектировщика этот факт не волнует. Чем больше запас, тем спокойнее сон у строителя и проектировщика. Для Заказчика это неприемлемо по финансовым соображениям. На этот случай СП 50-102-2003 предусматривает проведение полевых испытаний. Фундаментная бригада ООО «Хотвелл», когда возникают сомнения в отношении грунта, выполняет испытание свай весом экскаватора (5-7 тонн):

 

несущая способность надежность винтовой сваи тест весом экскаватора

 

Многим Заказчикам ограниченный бюджет не позволяет оплатить инженерно-геологические изыскания, полевые испытания и соответствующие СНиП расчеты и проектирование. Поэтому почти все винтовые фундаменты под индивидуальные дома сегодня устанавливаются с формальным нарушением СНиП. В такой ситуации, чем опытнее и ответственнее строительная организация, тем меньше риска.

 

По опыту работы Хотвелл, построившей во много раз больше СИП-домов, чем любая другая компания, процент рекламаций по винтовым фундаментам ничтожно мал. За всю 10-летнюю историю Хотвелл  проблемы возникли лишь в единичных случаях. А за это время специализированные бригады Хотвелл установили более 1500 винтовых фундаментов. То есть речь идет о десятых долях процента. Причем во всех случаях обнаружившиеся недостатки были устранены в рабочем порядке.

 

Это не только заслуга инженеров Хотвелл, но и полезная особенность винтовых фундаментов — они ремонтнопригодны.

 

Рекламаций при устройстве железобетонных фундаментов только по причине низкого качества бетона на порядок больше. А последствия ошибок при строительстве железобетонных фундаментов чаще всего неустранимы.

 

Ниже один из возможных вариантов кардинального усиления несущей способности винтового фундамента под уже построенным домом:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фундамент на винтовых сваях — это надежный фундамент, особенно если доверять его монтаж опытным и ответственным специалистам. Лучше всего, если фундамент установит компания, которая будет строить Ваш дом. Высокая материальная ответственность дисциплинирует.

 

Передача этого этапа строительства сторонним лицам, предлагающим выгодную цену, —  большой риск. Низкая цена вынуждает подрядчика рисковать и экономить на всем. Практикуется ручное завинчивание свай силами гастарбайтеров и т.п. По этой же причине у таких подрядчиков нет возможности компенсировать Вам даже частично возможный ущерб. Не секрет, что такие «организации» рискуют сознательно, поскольку и не планируют что-либо предпринимать в случае возникновения проблем.  Примеров тому тысячи.

Особый случай, когда нанятая Вами для строительства дома компания ради снижения издержек на строительство передает устройство фундамента третьим лицам на субподряд. Это корыстный риск с расчетом, что при возникновении проблем репутация фирмы не пострадает и удастся удержаться на плаву, переложив ответственность на нерадивого субподрядчика.