Фундамент на винтовых сваях: минусы и плюсы

Особенности фундамента на металлических сваях

Выбор фундамента — дело серьёзное, потому что многое зависит от конструктивных особенностей будущего сооружения и грунта на участке. Поэтому перед тем, как остановить свой выбор именно на свайно-винтовом фундаменте, следует тщательно изучить его плюсы и минусы, а также основные принципы монтажа. Отличия свайного основания от плитного или ленточного состоят в следующем:

• каждая его свая передаёт грунту сфокусированную в конкретной точке нагрузку;
• сваи сделаны из металлических труб, которые гораздо хуже, чем железобетон, сопротивляются изгибу и подвержены воздействию коррозии;
• вворачивание винтовых свай в грунт делает его рыхлым, а не плотным, в отличие от применения забивных свай.

Эти факторы являются определяющими при выборе такого фундамента. Соответственно, качество и срок службы свайно-винтового основания вплотную зависит от грунта. Лучшим грунтом для такого фундамента будет песок с фракциями мелкой гальки, суглинок или аллювий (намывные отложения). Входя в такой грунт, винтовой наконечник трубы проталкивает перед собой постепенно уплотняющийся конус земли, выжимая из него влагу и цементируя его мелкими фракциями глины. В итоге конус обретает прочность как у бетона, и смыкается с конусами остальных свай. Трубу заклинивает намертво, после чего её легче скрутить в штопор, чем вывернуть обратно. Таким образом, крепкое основание выполняется без нулевого цикла. Забивные сваи могут устанавливаться везде, кроме грунтов с непробивными включениями.

Винтовые сваи располагаются в шахматном порядке и обязательно выравниваются по уровню.

Преимущества свайно-винтовых фундаментов

1. Низкая стоимость. Выгода получается довольно ощутимой — свайный фундамент обходится на 20–40% дешевле всех других.
2. Простота монтажа. Установку свай на большей части типов почв в короткий срок смогут провести три-четыре человека без использования дорогого оборудования.
3. Быстрая установка. Понадобится лишь один-два дня, чтобы установить сваи даже на участке со сложным рельефом.
4. Возможность установки на участках с существенным уклоном. Что интересно, на стоимость монтажа это не влияет.
5. Отсутствие потерь времени на усадку. Строить можно сразу после ввинчивания свай.
6. Лёгкая достройка. Наращивание фундамента или изменение проекта не требует существенных затрат и усилий.
7. Всесезонная установка. Ввинчивать сваи можно в любое время года.
8. Отсутствие мусора после строительства. Установка свай не повреждает окружающую среду.
9. Возможность установки как в болото и плывуны, так и в вечную мерзлоту.
10. Многоразовое использование. При необходимости сваи можно извлечь из грунта и установить в другом месте.

Недостатки винтовых свай

У винтового свайного фундамента имеются не только плюсы, но и минусы, которые надо учитывать:

1. Это основание не предназначено для блочных или кирпичных домов (предпочтительны деревянные или сборно-щитовые конструкции). Даже усиленное по прочности, оно все же проигрывает бетону.
2. Трудности с обустройством подвальных помещений — их приходится отстраивать отдельно.
3. Сваи сложно вкручиваются рядом с соседними конструкциями, потому что для их установки используются рычаги.

   В данном случае приходится использовать специальную технику, потому что ручной установке свай может помешать находящийся рядом гараж.

4. Сваи фундамента плохо сопротивляются коррозии. Поэтому на качественном антикоррозийном покрытии экономить нельзя, а покупать сваи следует только у добросовестных производителей. Проблемой может также оказаться некачественный металл свай.
5. Есть грунты, на которых установить сваи будет очень сложно. Например, если твёрдый грунт находится на большой глубине, сваи придётся наращивать, а это требует дополнительных затрат.
6. Ограниченный срок эксплуатации. Во влажных грунтах с отличной от нейтральной кислотностью сваи из металла прослужат не более 60 лет.
7. Устройство такого фундамента требует досконального изучения грунта и специализированных расчётов. Проект должен быть индивидуальным.

Минусы такого фундамента будут малозначительными по сравнению с его плюсами, если строится:

• временный дом из лёгких материалов для проживания на время капитального строительства, к примеру, особняка;
• баня из дерева. Удалённость пола от земли обеспечивает приятный пар;
• хозпостройки, беседки, сараи, навесы, веранды, заборы;
• ворота распашного типа.

Размеры опор

Изготовление винтовых свай в заводских условиях регламентируется положениями ГОСТа, созданными на основании многочисленных лабораторных испытаний, расчётов и практических наблюдений. Прежде всего, нормативами определяются марки стали, допустимые для производства опор, их длина и диаметр. От этих параметров полностью зависят долговечность их эксплуатации и несущая способность.

Стандартными размерами винтовых свай, согласно ГОСТ, являются:

Диаметр

• 57 мм;
• 76 мм;
• 89 мм;
• 108 мм;
• 133 мм;
• 159 мм.

По длине они могут быть от 1,6 до 12 м.

Технические характеристики

Ключевым параметром для определения несущих способностей служат размеры винтовых свай, прежде всего, их диаметр. Длина же опоры может регулироваться путём обрезки непосредственно на строительном участке. Таким образом, диаметр сечения является основным параметром сваи, от которого отталкиваются при проектировании несущего фундамента для будущего здания. Зная несущую способность винтовых свай, архитектор-проектировщик сможет вычислить минимально допустимое сечение опоры и расстояние между ними.

Типы свайных опор

57-мм

Принимаемая за среднюю величину несущая способность винтовых свай такого типа составляет 0,8 т. Подобные опоры широко используются для возведения деревянных, каркасных и прочих облегчённых малоэтажных строений на просадочных и пучинистых грунтах.

Также 57-мм сваи могут применяться при необходимости возвести постройку на участке, имеющем значительный уклон. Как правило, заглубление стоек подобного диаметра производится вручную при помощи рычага-сваекрута.

89-мм

Винтовые сваи подобного диаметра могут выдерживать, при условии установки на прочном грунте, до полутора тонн внешних нагрузок. Область применения опор такого сечения – бревенчатые, брусовые или газобетонные строения в 1 – 2 этажа, возводимые на насыпных грунтах, болотистых почвах или на участках с высоким уровнем грунтовых вод. Процесс заглубления происходит, в зависимости от прочности грунта, либо вручную, либо с применением техники.

108-мм

Несущие способности 108-мм винтовых свай достигают 3 – 3,5 т. Благодаря этому они могут воспринимать гораздо большие нагрузки: на подобном фундаменте можно строить одноэтажные кирпичные или железобетонные строения, ангары с металлическими каркасами, складские помещения и т.д. Монтировать такие фундаментные конструкции без использования специализированной техники весьма затруднительно, особенно, если глубина опускания составляет 5-10 метров.

Винтовые стойки различного диаметра

133-мм

Данный тип свай обладает самой высокой несущей способностью, превышающей 6 т на одну опору. Они могут использоваться для возведения массивных особняков, коттеджей и загородных домов из кирпича, камня или монолитного железобетона. Заглубление опор, имеющих такой диаметр, на сколько-нибудь значительную глубину без спецтехники невозможно из-за большой массы сваи и увеличенной силы сопротивления грунта.

Плюсы и минусы свайно-винтового фундамента

Свайные фундаменты принципиально отличаются от ленточных и плитных тем, что каждая свая передает на грунт сосредоточенную нагрузку в отдельной точке. А свайно-винтовой фундамент в свою очередь отличается от свайно-забивного из железобетонных свай тем, что:

• Сваи – металлические трубы, гораздо хуже железобетона сопротивляющиеся изгибу.
• Металлические сваи в грунте подвержены коррозии.
• Заворачивание винтовых свай, в отличие от вбивания забивных, не уплотняет, а разрыхляет грунт.

Вследствие указанных факторов качество свайно-винтового фундамента очень сильно зависит от свойств подстилающего грунта. Идеальная «подушка» под винтовой фундамент – мощный сухой суглинок или слегка увлажненный аллювий, песок с включениями мелкой гальки. В последнем случае винт сваи при вкручивании толкает перед собой все более расширяющийся и уплотняющийся конус грунта. Из него при этом выжимается вода, а мелкие частички глины, всегда присутствующие в аллювии, цементируют его. В конце концов конус грунта приобретает прочность бетона, а конусы отдельных свай в глубине смыкаются. Свая заклинивается намертво, так, что ее легче свернуть в штопор, чем дальше завернуть или вывернуть; прочнейший фундамент теперь готов фактически без нулевого цикла.

Беседка с купальней на винтовых сваях

В плодородных многослойных грунтах большей части РФ свая фундамента работает по-иному. Как – разберем ниже, а пока укажем плюсы и минусы винтовых свай в России, за исключением горных районов и зоны вечной мерзлоты:

1. Не требуется планировка площадки и оборудование подъездных путей к ней – плюс.
2. Строительство не привязано к сезону, погодным/природным условиям и географическому положению объекта; сваи можно заворачивать и в болото, и в вечную мерзлоту – плюс.
3. Трудозатраты на устройство свайно-винтового фундамента на порядок и более меньше, чем любого другого; его можно собрать за 1-3 рабочих смены – плюс.
4. Не нужно ждать усадки фундамента, строительство можно начинать сразу после его монтажа – плюс.
5. Пристройки к основному зданию можно делать, не опасаясь усадки их фундаментов относительно старого – плюс.
6. Строительство возможно в зоне развитых подземных коммуникаций – плюс.
7. С применением промышленных методов сборки и в сочетании с железобетонным ленточным свайно-винтовой фундамент позволяет вести строительство на самых слабых грунтах, вплоть до плывунов – плюс.
8. Те же промышленные технологии строительства позволяют извлекать сваи из грунта для повторного использования – плюс.
9. Ограниченный срок службы: в увлажненных грунтах с химической реакцией, отличной от нейтральной, металлические сваи служат 50-60 лет; бурозабивные (см. далее) до 100-120 лет – минус.
10. Ограниченная свойствами грунта несущая способность: капитальное многоэтажное строительство на свайно-винтовых фундаментах невозможно – минус.
11. Свайно-винтовые фундаменты для жилых строений долговременного пользования на единицу несомой нагрузки от здания оказываются на 10-30% дороже свайно-забивных или ленточных – минус.
12. Устройство подвального помещения невозможно, т.к. нарушается взаимодействие свай с грунтом – минус.
13. Попадание текучей воды в подпол здания недопустимо, поэтому требуется достаточно сложная отделка цоколя и отмостка – минус.
14. Монтаж фундамента требует предварительных геологических исследований на месте строительства и достаточно сложных и трудоемких расчетов. Если для ленточных фундаментов можно разработать типовые проекты, то каждый свайно-винтовой проектируется индивидуально – минус.

В индивидуальном строительстве плюсы свайно-винтового фундамента безусловно оттесняют его минусы в следующих случаях:

• Временные легкие жилые дома. Скажем, берем недорогую посильную ипотеку на сборно-щитовой домик, а рядом понемногу строим сами капитальный особняк.
• Деревянные бани: надежная изоляция пола от грунта дает и от металлической печки достаточно легкий и мягкий пар.
• Хозпостройки, навесы, шпалеры.
• Заборы.
• Распашные ворота. 

Столбы раздвижных ворот из винтовых свай делать не следует: под механизм все равно нужно основательное бетонирование, а его усадка в дальнейшем приведет к перекашиванию створки; также сваи неважно держат регулярные знакопеременные нагрузки при ее выдвижении/задвигании. Не очень подходят свайно-винтовые фундаменты и под гаражи; для въезда-выезда придется делать пандус высотой около 0,5 м, что неудобно, отнимает место на участке, усложняет и удорожает работу. Исключение – сварные металлические гаражи, но их эстетика всем известна. 

Расчет винтовых свай для фундамента каркасного дома

Перед тем, как закупать необходимые материалы и начинать монтаж свай, нужно произвести все технологически необходимые расчеты. Они достаточно сложны, нужно сделать замеры и, исходя из этого, рассчитать количество и вид материала, учесть нюансы возведения сооружения. Для этого следует пригласить специалиста, или сделать все работы под контролем специалиста.

Перед началом работ следует просчитать следующие показатели. — какой грунт на участке и его особенности; — уровень грунтовых вод и диапазон сезонных колебаний; — уровень промерзания почвы; — вес всего строения; — увеличение сезонных нагрузок (снег, ветер); — ветровые нагрузки.

Первые три показателя определит геолог и сделает необходимые расчеты. Вес дома с начинкой, а также уровень нагрузки на сваи, вы можете просчитать самостоятельно либо с помощью профессионального строителя. Чтобы рассчитать вес конструкции, нужно иметь четкий план строения и информацию о материалах, которые будут применены. Дополнительно стоит учесть и потенциальную нагрузку, возможно, вы отойдете от плана и впоследствии будете модернизировать дом.

Следует заметить, что сваи располагаются под несущими само строение конструкциями (ложе фундамента) и уходят в почву глубже, чем уровень ее промерзания. И тут кроется один нюанс. Как правило, мягкие почвы промерзают сильней и в процессе оттаивания могут значительно смещаться. Это естественный процесс. Смещаясь, почва может как проседать, так и вспучиваться. Эти процессы смещают сваи. Поэтому вес сооружения обязательно должен распределяться по сваям равномерно, создавая возможность опорам адаптироваться к естественным процессам в почве. Тогда все эти сезонные изменения пройдут без ущерба для фундамента.

Если не соблюдать эти требования, дом может завалиться из-за разницы нагрузки, или оттаивающая почва попросту вытолкнет сваи, что приведет к обрушению всего строения. Эти все моменты также следует учесть при проектировании и учете длины конструкций.

Кстати, еще один тип часто используемого для такого типа строений фундамент – ленточный – монтируется по этому принципу. Основание заливается строго с учетом расположения несущих конструкций. Однако сама технологическая карта заливки ленточного фундамента куда сложней, поэтому, если позволяет тип почвы, лучше использовать винтовой фундамент. Его преимущество в том, что на зафиксированные сваи сразу крепятся связующие элементы.

Перед тем, как начать устанавливать сваи, нужно выполнить так называемую обвязку (армирование). Его суть заключается в том, что выкладывается основание (подойдут рельсы), соединяются воедино и на них выкладывается патрубок из дерева (первый венец крепиться именно к обвязке).

Обычно сваи устанавливаются, согласно технической документации процесса, на расстоянии 3-4 метра. Однако особенности почвы могут быть таковы, что шаг придется уменьшить до метра. Если есть риск смещения почвы, лучше перестраховаться и использовать больше свай. Закручивать их до конца также не следует. Оставьте для балансировки 10-12 см. Технологически, свая обязательна на каждом углу строения и под несущей стеной. В остальном сваи следует расположить в зависимости от индивидуальных конструктивных особенностей дома.

Для окончательного расчета следует учесть тип почвы и вес материалов, а также форму и толщину свай. Можно рассчитать эти показатели самостоятельно, а затем прибавить к получившимся значениям в среднем 20%. Помочь рассчитать свайный фундамент самостоятельно, вам может один из наших строительных калькуляторов (ссылка откроется в отдельном окне).

Однако все показатели, которые участвуют в расчетах, могут изменяться в зависимости от разных условий. Все эти нюансы может учесть лишь профессионал. Закажите расчеты и план у специалиста, если не уверены в своих силах и знаниях.

Длина забивных свай

Различают забивные сваи железобетонные, бетонные, деревянные. По форме – круглые, квадратные, тавровые, двутавровые, полые.

Стандартные длины от трех до 16 метров. Минимум для железобетонной сваи:

• 3 метра для сплошной.
• 4 метра для полой.

Можно использовать больше или меньше, их выполняют под заказ. При большой глубине погружения чаще применяются составные сваи, и забивной метод используется редко, обычно комбинированный.

Диаметр ж/б свай до 80 сантиметров, оболочек – до метра.

Преимущества и недостатки

Типы свайного фундамента разделяют в первую очередь по способу устройства на забивные, набивные и винтовые. Каждая модель конструктивного элемента характеризуется своими особенностями.

К общим достоинствам всех типов свай следует отнести следующие:

1. Применимость для всех типов грунтов и рельефов любой сложности. Там, где закладка ленточного или плитного основания будет неэффективной или нецелесообразной, используют опоры.

   Свайные фундаменты можно строить на неустойчивых, переувлажненных грунтах, участках с риском оползней или подтопления, заболоченных территориях, а также на склонах и впадинах.

2. Экономическая целесообразность. Закладка одиночных силовых элементов, связанных в единую конструкцию обвязкой, обходится на 30–40 % дешевле, чем строительство плитного или ленточного заглубленного основания.
3. Возможность подобрать силовой элемент для любых условий. Популярность свайной технологии обусловила рост предложений от производителей свай. Сегодня можно подобрать опоры с несущей способностью от 0,8 до 15 и более тонн, а для глубокой закладки используются составные элементы.
4. Небольшой объем земляных работ. Если в случае с заглубленным ленточным или плитным основанием нужно рыть котлован на проектную глубину, то для устройства набивных свай достаточно пробурить скважины в грунте, а забивные и винтовые столбы погружаются в почву посредством силового воздействия.

Недостатки свайной технологии:

1. Сложность инженерных расчетов. Технология свайного фундамента может удовлетворить практически все гидрогеологические и проектные условия, но для этого потребуется провести ряд инженерных вычислений. Перед проектированием конструктору необходимо изучить нормативные требования к строительству фундаментов, что учесть возможные нюансы для каждого типа опор.
2. Трудоемкость работ по обустройству подвальных помещений. Организовать строительство подземных помещений в пространстве между силовыми элементами возможно, но это приведет к значительному удорожанию проекта, которое практически перекроет выгоду от применения свайной технологии.

Для частного дома

Частные жилые дома и коттеджи отличаются сравнительно небольшим весом по сравнению с многоэтажками и промышленными объектами. Эта особенность позволяет отказаться от закладки дорогостоящего железобетонного ленточного или плитного основания в пользу заводских или самодельных свай.

Преимущества свайной технологии для частного строительства:

• возможность закладки фундамента своими руками (винтовые, набивные сваи);
• при необходимости доступны способы усиления основания (при строительстве пристроек, увеличении этажности, замене перекрытий в доме и т.д.);
• ремонтопригодность.

Почему не стоит строить частный дом на свайном фундаменте:

• значительные теплопотери за счет подъема дома над уровнем земли;
• трудоемкая процедура инженерных расчетов;
• на участке наблюдается высокая сейсмическая активность.

Разных видов свай

Выбор свай основывают на результатах гидрогеологических изысканий грунта, а также инженерных расчетов по проектным нагрузкам. Сравнительная таблица по плюсам и минусам для различных типов силовых конструкций:

Тип опор	Преимущества технологии	Недостатки технологии
Забивные железобетонные	повышенная несущая способность (до 20 т); долгий срок службы (более 100 лет); стойкость к коррозии.	необходимость применения спецтехники для заглубления в грунт; появление динамических нагрузок и вибрации, действующих на грунт и ближайшие постройки.
Забивные стальные	широкий выбор моделей с различными конфигурациями и характеристиками; высокий эксплуатационный ресурс.
Забивные деревянные	дешевизна и доступность материала; экологическая чистота.	ограниченная грузоподъемность; сравнительно короткий срок службы; подвержены воздействию почвенной влаги.
Буронабивные	большая несущая способность; продолжительный срок службы; изготовление ручным способом.	большой расход бетона; сложно рассчитать несущую способность; необходимо укреплять стенки от обрушений.
Винтовые металлические	относительная дешевизна; высокая грузоподъемность; возможность монтажа своими руками; возможность повторного использования.	подверженность коррозийным процессам; недопустимость заглубления в грунт с каменистыми включениями, которые могут повредить лопасти.
Винтовые железобетонные	прочнее металлический винтовых свай и удобнее при монтаже, чем забивные ж/б аналоги; не подвержены коррозии.	имеют значительный вес; сложно выдержать соосность при монтаже.

Этапы проектирования фундамента на винтовых сваях

Расчеты для устройства фундамента на сваях делает конструкторское бюро на этапе разработки проектно-технических документов для строительных работ. Самостоятельные расчеты проводятся при помощи СП 24.13330. Для основы здания на винтовых сваях необходимо рассчитать несущую способность слоя грунта на уровне расположения спиральных лопастей. Этот параметр необходим для определения несущей способности сваи.

Далее необходимо определить число свай, вычислить их шаг монтажа на прямых участках, там, где стыкуются стены, а также в местах расположения каминов, печей, генераторов и прочих спецконструкций.

Чтобы не прибегать к полноценному геологическому изысканию, определить тип грунта можно путем тестового вкручивания. Таким образом определяется глубина залегания несущего слоя, состав почвы и высота залегания грунтовых вод. Однако, данные полученные таким путем будут очень условными, поэтому для объективации картины несущей способности грунта в расчетах используют поправочный коэффициент 1.6-1.7.

Пример расчета свайно-винтового фундамента

Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:

• грунты на участке — суглинок и суспеси;
• диаметр используемых свай — 108 мм, диаметр лопасти — 300 мм;
• масса дома, со всеми нагрузками от стен, перегородок, перекрытий, полезной и снеговой нагрузкой — 60 тонн.
• периметр наружных стен  — 24 м, в нашем случае внутренних несущих стен нет.

Узнаем несущую способность грунта. Для этого воспользуемся таблицей ниже.

Тип грунта	Rо на глубине 150 см и более, кг/см2
Галька с включениями глины	4,5
Гравелистый с включениями глины	4,0
Песчаные почвы (крупная фракция)	6,0
Песчаные почвы (средняя фракция)	5,0
Песчаный (мелкая фракция)	4,0
Пылеватый песок	2,0
Глинистые почвы и супеси	3,5
Вязкие глинистые почвы	6,0
Просадочный грунт или насыпное основание (с уплотнением)	1,5
Насыпной грунт (без уплотнения)	1,5

Несущая способность разных видов почв

Из таблицы видно что для суглинков и супесей параметр равен 3,5 кг/см². Коэффициент надежности по нагрузке принимаем 1,75 (для обеспечения запаса по надежности). Остается вычислить площадь лопасти сваи:

S = (πD²)/4 = 3,14*30/4 = 706,5 см² (значение диаметра лопасти в расчет берется в сантиметрах).

F = S*Rо = 706,5*3,5 = 2472 кг.

Вычисляем допустимую нагрузку:

N = F/γk = 2472/1,75 = 1412 кг ≈ 1,4 т.

Далее рассчитаем минимальное количество свай, которые способны удержать данный дом:

60 т/1,4т ≈ 43 шт.

Дальше определяем шаг между сваями. Для этого длину стен дома делят на количество свай:

24 м/42 шт = 0,57 м — максимальное расстояние между опор.

Получилось довольно большое количество свай для такого небольшого дома, т.к. мы приняли, что геологические изыскания не проводились, и пришлось принять поправочный коэффициент равный 1,75, если провести исследования хотя бы пробным вкручиванием (эталонным), тогда количество свай можно снизить до 18 штук, а это существенная экономия. В каждом случае нужно считать, что обойдется дешевле — геологические изыскания или самостоятельный расчет и перестраховка по несущей способности.