Винтовые сваи. Тип наконечника винтовой сваи. Характеристики антикоррозионного покрытия винтовых свай озмк холодным цинкованием.

Эта статья была написана в 2010 году и с тех пор лишь немного редактировалась. За прошедшие годы фундамент на винтовых сваях приобрел буквально всенародное признание. Уже несколько машиностроительных заводов производят литые наконечники для винтовых свай, но спрос настолько велик, что в сезон иногда приходится вставать в очередь на отгрузку.

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.

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.

Благодаря лопасти винтовая свая обеспечивает неподвижную точку опоры. Это очень важно для канадского дома, обладающего относительно небольшим весом, поскольку грунты в Подмосковье в основном пучинистые. А силы морозного пучения способны вытолкнуть обычную сваю из грунта.

В стандартных условиях свая ввинчивается в плотный (несущий) слой грунта ниже глубины промерзания (1,5 метра в Московской области).

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

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

Несущая способность F винтовой сваи линейно зависит от момента закручивания:

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.

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.

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):

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

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

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 свай в Московском регионе. 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 .

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 (коттедж на Николиной горе можно посмотреть). Ещё один коттедж из СИП панелей на довольно крутом склоне (апрель 2013 г.):

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:

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.):

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.

В России винтовые сваи в основном использовались военными, для которых решающее значение имеют сжатые сроки монтажа-демонтажа фундамента для быстрого развертывания или смены позиций.

Российский опыт использования винтовых свай в качестве опор индивидуального дома не превышает пятнадцати лет. За этот срок нареканий в отношении коррозийной стойкости свай не отмечено. 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:

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. Принятые в 1998 году территориальные строительные нормы Московской области "Проектирование и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области (ТСН МФ-97 МО) (ТСН 50-303-99)" признаны в 2008 году утратившими силу.

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.

В декабре 2010 г. наша компания сносила старый дом в Калужской области. В аккурат под наружной стеной дома на глубине около 15-20 см обнаружили детали старых весов. Судя по возрасту дома, железяка пролежала в земле никак не меньше 70 лет. Состояние металла удивило. В таких условиях стальная свая прослужит и 200 лет без всякой антикоррозийной защиты.

Несущая способность

Несущая способность сваи диаметром 108 мм, с лопастью диаметром 300 мм в среднем по нашему опыту в Подмосковье 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. А фундамент такого дома по СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты" рассчитывается на нагрузку порядка 70 тонн (с учетом нормативной эксплуатационной и снеговой нагрузки и коэффициента надежности по нагрузке). Таким образом, согласно СНиП для устройства фундамента достаточно 17 свай. Винтовые сваи закручивают с шагом 2-3 метра для устройства ростверка из деревянного бруса. 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! Расчет и проектирование винтовых фундаментов осуществляется в соответствии с СП 50-102-2003 "Проектирование и устройство свайных фундаментов". 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 Подмосковье 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):

Многим Заказчикам ограниченный бюджет не позволяет оплатить инженерно-геологические изыскания, полевые испытания и соответствующие СНиП расчеты и проектирование. Поэтому 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 недостатки устранены. Это не только заслуга инженеров Хотвелл, но и полезная особенность винтовых фундаментов.

При необходимости мы можем не только усилить винтовой фундамент, но и полностью его заменить под уже собранным домом.

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

Поэтому 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, в том числе и на зарплате своих рабочих. Практикуется ручное завинчивание свай силами гастарбайтеров и т.п. По этой же причине у таких подрядчиков нет физической 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.

Тема этой статьи — расчет стоимости винтовых свай. Мы постараемся осветить все основные этапы — от оценки массы строения до стоимости отдельных работ по возведению . Важный момент : реальная стоимость материалов и работ в вашем регионе может заметно отличаться от приведенной автором.

Дом начинается с фундамента. Наша цель — оценить затраты на него.

Этапы расчета

Давайте начнем с составления перечня этапов нашего расчета.

Необходимо хотя бы примерно оценить массу строения, для которого мы планируем создать фундамент. Она привязана к материалу: понятно, что стена в 2,5 кирпича и стена из sip-панелей имеют очень разный вес погонного метра.
С учетом массы дома нам необходимо подобрать диаметр и количество свай.
Если все работы по вкручиванию свай планируется выполнить своими руками, расчеты на этом закончатся; однако чаще требуется выяснить еще и стоимость установки винтовых свай. Кроме того, могут потребоваться какие-либо дополнительные работы.

Расчет нагрузки на фундамент

Как выяснить, сколько весит будущий дом? Очевидное решение — зная среднюю плотность материала стен, умножить ее на общую кубатуру и внести поправки на вес перекрытий, кровли, внутренней утвари, снега на кровле и т.д.

Важный момент: даже если нагрузка на фундамент будет вычислена весьма точно, рекомендуется оставлять запас по несущей нагрузке не менее 30% — на неоднородность грунта, неизбежную коррозию свай и прочие неучтенные поправки.

Приведем справочную плотность некоторых популярных строительных материалов.

Кирпичная кладка (красный полнотелый кирпич) — 1800 кг/м3.
Железобетон — 2500.
Пенобетон — 300-1400 в зависимости от марки.
Брус сосновый — 500.
Пенополистирол — 45-150.

Рассчитать суммарную массу перекрытий, внутренних перегородок, кровли и домашних вещей довольно проблематично. Здесь поможет простое правило: для сбалансированной конструкции масса стен примерно равна нагрузке на фундамент от всех прочих конструкций, снега и т.д. Исключение — каркасные строения и дома из sip-панелей: в них лучше умножать расчетную массу стен на 3.

В качестве примера давайте рассчитаем массу дома размером 8*8 метров в два этажа. Материал стен — брус толщиной 25 сантиметров; высота потолков равна 3 метрам.

Суммарный объем наружных стен равен (8+8+8+8)*6*0,25=48м3.
Их масса при плотности 500 кг/м3 равна 48*0,5=24 тонны.
Общую массу всех прочих элементов дома возьмем равной массе стен. Таким образом, строение будет весить 48 тонн.
С учетом 30-процентного запаса прочности фундамент мы станем рассчитывать, исходя из пиковой нагрузки в 48*1,3=62,4 тонны.

Расчет количества свай

Чтобы получить необходимое количество опор, нужно всего лишь расчетную нагрузку разделить на несущую способность одной сваи. Инструкция проста, но для реализации нашего плана недостает некоторых справочных данных.

Приведем их:

Сваи с диаметром трубы 76 миллиметров предназначены для устройства легких террас, ограждений и детских площадок. Они рассчитаны на нагрузку до 350 килограммов.
Изделия с диаметром трубы 89 мм и лопастями сечением 250 мм уже могут стать основанием для легких одноэтажных жилых домов. Их несущая способность оценивается в 1500 кг.
Свая 108/300 мм предназначена для двух-трехэтажных конструкций из sip-панелей. Расчетная нагрузка для нее — 2100 кг.
Размер 133/350 мм даст возможность при достаточно прочном ростверке строить стены из кирпича, пено- и газобетона, бруса в 40 см и толще. Максимум нагрузки для нее — 2900 кг.

Понятно, что чем больше диаметр сваи — тем выше ее цена; кроме того, установить ее вручную тоже куда труднее. Наш очевидный выбор — изделия размером 108/300 миллиметров. Длина определяется на основании геологических исследований: лопасти сваи должны опираться на плотные слои грунта.

В нашем случае потребуется 62,4/2,1=30 свай.

Уточнение: реальная несущая способность одной винтовой сваи 108/300 мм на плотных грунтах оценивается в 4-10 тонн. Заниженные значения обычно приводятся производителями из соображений перестраховки от судебных исков и для увеличения прибыли.

Расчет стоимости

Цены

Какова стоимость винтовой сваи для дома? Во сколько обойдутся работы по ее монтажу? Приведем выдержку из прайс-листа питерской строительной компании (дабы избежать обвинений в скрытой рекламе, обойдемся без конкретных названий).

Изделия

Свая 108/300 со сварным наконечником при длине 1650 мм обходится в 1550 рублей, при длине 3000 мм — 2050 рублей.
Трехметровая свая того же диаметра, но с литым наконечником и оцинковкой подорожает до 3200 рублей.
Оголовок, позволяющий связать опоры ростверком из бруса или стального швеллера, стоит 300 рублей.
Сварной наконечник и размер 133/350 при длине 1650 мм обеспечат стоимость одной сваи, равную 1900 рублям.
Такое же изделие, но с длиной 3000 мм обойдется уже в 2350 рублей.

Работы

Стоимость работ по винтовым сваям зависит от их длины, плотности грунта и ряда других факторов. Приведем ориентировочные оценки для популярных размеров.

Оценка стоимости не всегда объективна. При использовании тяжелой техники затраты времени и сил мало зависят от диаметра сваи.

Расценки на дополнительные работы по устройству приводятся уже с учетом стоимости материалов:

Обвязка опор швеллером 160*80*5 мм обойдется в 900 рублей за погонный метр.
Обвязка профильной трубой размерами 60*30*3 мм снизит расходы до 500 рублей на погонный метр.

Полезно: разумеется, при такой ширине профтруба не заменит ростверк. Она лишь обеспечивает строго вертикальное расположение свай при любых просадках и подвижках грунта. Дополнительной мерой по обеспечению жесткости фундамента может стать монтаж откосов: треугольник — жесткая фигура, и любые горизонтальные смещения станут невозможными.

Обвязка брусом 150*150 мм обойдется в 700 рублей/метр.
При увеличении сечения бруса до 200*200 мм стоимость погонного метра ростверка вырастет до 900 рублей.

Бурение лунки в твердом основании (оно обязательно, если свая не заглубилась хотя бы на 1,5 метра) стоит от 300 рублей за каждую. Точная стоимость определяется опять-таки типом грунта: на известняке и граните затраты времени на бурение будет сильно отличаться.
Пробное закручивание, необходимое для оценки плотности и структуры грунта, обходится в 2000 рублей.
Аренда генератора там, где существующая электрическая сеть не может обеспечить мощность в пять киловатт, дополнительно обойдется в 2500 рублей в сутки.

Стоит внести ясность: у разных компаний стоимость монтажа винтовых свай может оцениваться не только по разным тарифам, но и по отличающимся критериям.

К примеру, многие компании используют разные расценки для ручной и механизированной установки; обвязка ростверком может оцениваться отдельно от затрат на материалы и составлять, к примеру, 600 рублей за одну сваю для бруса и 800 — для швеллера.

В большей части прайс-листов стоимость монтажа рассчитывается без учета заливки тела сваи бетоном. Однако эта операция более чем положительно влияет и на прочность фундамента, и, главное, на его долговечность: бетонный столб будет держать ростверк даже при сквозной коррозии трубы.

Уточнение: оцинкованная труба, казалось бы, неуязвима для сырости и ржавчины. Однако стоит учесть неизбежное нарушение цинкового слоя при вкручивании. Каждое повреждение защитного антикоррозийного слоя — это в перспективе сквозное отверстие в трубе.

Подсчеты

Итак, давайте проведем пробный расчет для рассматриваемого нами случая.

Для наших целей гарантированно подойдут опоры размером 108/300/3000 миллиметров. Более короткие 1650-миллиметровые используются лишь на очень плотных грунтах. Для сухого и не слишком плотного грунта можно предпочесть более дешевый вариант — сваи без оцинковки со сварными наконечниками.
Стоимость одного изделия без установки согласно приведенному нами прайс-листу составляет 2050 рублей. В 300 рублей обойдется оголовок, в 1850 — установка. Итого — 2050+300+1850=4200 р.
Суммарные затраты на сваи составят 30*4200=126000р. Еще две тысячи — затраты на пробное бурение.
Предположим, что брус не войдет в стоимость обвязки ростверком. Таким образом, при расчете затрат можно учитывать лишь стоимость работ: она составит 600 рублей за сваю, или 18000 рублей.
Суммарно все затраты на фундамент составят 126000+2000+18000=146000 рублей.