Фундамент на винтовых сваях своими руками

Изобретение под названием «винтовая свая» было запатентовано в 1833 году инженером Александром Митчелло. По сути это была стальная труба с якорным винтом на конце. Первой же страной, которая применила винтовые сваи в строительстве, была Англия. Именно она в том далеком XIX веке начала использовать их при возведении судовых причалов, укреплении морских пирсов и строительстве маяков, например, Мэплин Сэндс на реке Темзе. Что касается погружения свай в грунт, то оно производилось с помощью людской (преимущественно  мужчины) и животной силы, а также деревянного колеса под названием «якорный шпиль».

В России технология возведения свайно-винтового фундамента с применением винтовых металлических свай пришла только в начале XX века. И первые, кто ее оценили, были военные. Причем, стоит отметить, что их использование в строительстве сооружений военного назначения велось без должно разработанной нормативной базы, которая появилась в СССР лишь в середине того же века.

Активное же использование винтовых свай в нашей стране началось совсем недавно по историческим меркам – около 20 лет назад. И уже сегодня свайно-винтовой фундамент активно применяется при строительстве заборов, беседок, бань, дачных и жилых деревянных домов. Особо часто к такому фундаменту прибегают, если рельеф, на котором предполагается возведение сооружения, имеет большой уклон, или верхние слои грунта обладают низкой несущей способностью (например, если они представлены торфом).

Подбирают винтовые сваи (диаметр и длина) в зависимости от нагрузки, шага свай, а также геологического сложения, свойств и состава грунтов.

Материалы

Таблица 1. Необходимые материалы

Винтовые сваи	Оголовки свай	Металлический швеллер

Брус	Болты	Электроды

Таблица 2. Дополнительные материалы

Бетон, Ц/П раствор, сухая Ц/П смесь	Металлический  уголок или труба	Арматура

Доски	Бечевка	Обмазочная гидроизоляция

Инструменты и приспособления

Таблица 3. Необходимые инструменты и приспособления

Металлические трубы	Насадка	Строительное ведро	Магнитный уровень

Гаечный ключ	Рулетка	Молоток

Таблица 4. Дополнительные инструменты и приспособления

Бетономешалка	Ручной, электро-  или  мотобур	Отвес	Совковая лопата

Нивелир с рейкой	Сварочный аппарат	Болгарка или УШМ	Самоходная установка

Этапы возведения свайно-винтового фундамента

Этап 1. Разметка участка и разбивка фундамента

Любую разбивку фундамента желательно делать по предварительно выполненному проекту. Не исключение составляет и свайно-винтовой фундамент. Ведь оси будущего сооружения не всегда и не везде проходят через центр винтовых свай. Даже, если постройка небольшая и несложная и сваи предполагаются только в местах пересечения осей, контролировать вынесение последних на местности не мешало бы с помощью бумажки, на которой изображены сваи и указаны расстояния между ними.

Закрепление на местности осей сооружения всегда производиться по одному сценарию. Поэтому, чтобы не повторяться, вся имеющаяся информация по этому процессу вынесена в отдельную статью. Мы же дальше рассмотрим процесс разбивки свайно-винтового фундамента с момента, когда оси на строительной площадке у нас уже имеются.

Итак, здесь возможны два варианта:

• оси проходят через центр свай;
• центр свай находится на некотором удалении о оси.

Вариант 1

Сразу рассмотрим пример. Допустим нам нужно разбить фундамент, который имеет размеры в точках пересечения крайних осей 6х9 м. Шаг свай 3 м. То есть в продольном направлении у нас есть еще две средних оси, а в поперечном - одна. Итого получается 12 пересечений, в каждом из которых будут устанавливаться по одной винтовой свае.

 

Рисунок 1. Схема осей сооружения для варианта 1.

Отмечать центры свай удобнее всего с помощью отвеса. Закрепляется он в месте пересечения бечевок, символизирующих оси. А после того, как отвес устоялся в то место, на которое он указывает, вбивается колышек.

После того, как данная операция проделана в каждом пересечении осей, в земле должно находиться 12 колышков, равноудаленных друг от друга на 3 м.

 

Рисунок 2. Схема расположения свай для варианта 1.

Вариант 2

Это более сложный вариант, так как помимо осей нам необходимо будет натянуть дополнительное количество бечевок.

Рассмотрим тот же пример, что и в первом варианте, только с небольшими изменениями - сваи вдоль осей 1 и 4, а также А и В смещены вовнутрь на 100 мм. В итоге получается, что нам необходимо натянуть 4 новых бечевки, которые выделят из шести квадратов размером 3х3 м (образованы осями) четыре квадрата размером 2,9х2,9 м и 2 прямоугольника размером 2,9х3 м.

Натягивание бечевок производится в следующей последовательности. Сначала на нужных осях делаются отметки 100 мм. Для этого активно пользуемся рулеткой. Далее отметки соединяются бечевками согласно рисунку 2. Для надежности бечевки желательно продолжить до обносок и окончательно закрепить на них. Только при этом не перетянуть, чтобы не сместить существующие оси.

 

Рисунок 3. Схема осей сооружения для варианта 2.

После того, как все готово, с помощью рулетки проверяем результат путем измерения сторон и диагоналей новых квадратов и прямоугольников. Так, стороны у нас должны равняться 2,9 и 3 м, а диагонали для квадратов 2,9х2,9м - √(2,9² + 2,9²) = 4,101 м, для прямоугольников 2,9х3 м - √(2,9² + 3²) = 4,173 м.

 

Рисунок 4. Результат проверки разбивки осей сооружения для варианта 2.

Дальше все происходит так же, как и в первом варианте. А именно, в нужных точках пересечения новых бечевок и осей закрепляется отвес и в точки, на которые он указывает, вбиваются колышки.

 

Рисунок 5. Схема расположения свай для варианта 2.

Также здесь стоит отметить, что довольно часто строители обозночают места завинчивания свай парами бечевок, символизирующих края трубы сваи.

Этап 2. Устройство направляющих скважин

Данный этап предполагает выемку грунта на глубину около полуметра с помощью ручного, электро- или мотобура. Он не обязателен. Но все-таки, если хочется избежать ненужных проблем во время начала закручивания, а также облегчить этот процесс, то им желательно не пренебрегать.

Рисунок 6. Лидерная скважина, полученная с помощью мотобура.

Лидерные скважины делаются в тех метах, где у нас при участии отвеса забиты колышки. Что касается их диаметра, то он должен быть чуть меньше, чем диаметр лопасти сваи.

Этап 3. Установка винтовых свай

Перед тем, как начать погружать сваю в грунт необходимо определиться, каким способом этот процесс будет осуществляться: ручным или механическим. Так как от этого в первую очередь зависит вид насадки (монтажного оголовка) - приспособления, которое позволяет зацепить и закрутить сваю.

А. Ручной способ погружения свай

Здесь необходимы, как минимум, два человека, а лучше три - двое закручивают сваю, а третий контролирует положение последней в пространстве.

Последовательность действий здесь следующая. Берется свая и на верхнем ее конце закрепляется специальная насадка с петлями ("ушами"), в которые впоследствии будут просовываться металлические трубы. После этого свая ставится в место, где был забит один из колышков, предварительно его убрав, или в центр лидерной скважины, если она была вырыта. Для удобства сваю также можно немного подкрутить руками.

  

Рисунок 7. Виды насадок "с ушами" для винтовых свай.

Дальше начинается самое интересное. Тот, кто устанавливал и подкручивал сваю остается на месте, а двое других берут металлические трубы большой длины и просовывают их через петли насадки до получения надежного упора при их движении по горизонтали. Дальше двое с трубами, упираясь в них, начинают двигаться по кругу, тем самым закручивая сваю. Третий же человек с магнитным уровнем контролирует, чтобы в процессе погружения изделия, оно не ушло в сторону. Такой "хоровод" продолжается до тех пор, пока верхний конец сваи не достигнет проектного положения или не упрется в непреодолимую преграду.

Рисунок 8. Закручивание винтовой сваи с помощью труб.

После того, как результат получен, насадка снимается и переносится на другую сваю. Далее все повторяется еще 11 раз (по оставшимся точкам, в нашем случае).

Также винтовые сваи иногда погружают в грунт при помощи лома или стержня арматуры большого диаметра, которые в свою очередь просовываются в отверстие на верхнем конце сваи.

Рисунок 9. Закручивание винтовой сваи с помощью арматуры.

Б. Механический способ погружения свай

Для механического закручивания винтовых свай на сегодняшний день наибольшую популярность получили три прибора (машины): дрель мощностью от 1,5 кВт, готовая электромашина, специальная самоходная установка.

Б1. Дрель мощностью от 1,5 кВт

С помощью дрели можно самостоятельно закрутить сваю. Правда, для этого требуется еще специальное устройство, усиливающее крутящий момент (редуктор, гайковерт), которое монтируется между сваей и дрелью.

Порядок соединения выглядит следующим образом. Сначала на сваю монтируется оголовок с фланцем. Далее к нему крепится адаптер (ответный фланец с четырехгранником). В адаптер в свою очередь вставляется редуктор. И уже на редуктор одевается дрель. Что касается болтов, необходимых для монтажа, то они должны быть высокопрочными. Также здесь не стоит забывать про контроль положения сваи, который осуществляется с помощью металлической трубы, с одного конца закрепленной на редукторе, а с другого в земле.

  

Рисунок 10. Дрель с редуктором (слева) и та же дрель в процессе проведения работ (справа).

Б2. Готовая электромашина

Это электродрель, предназначенная специально для завинчивания металлических свай. Отличается она от обыкновенной дрели наличием двух компенсаторов для фиксации по вертикали и рамной конструкции, предназначенной для одевания, снятия, фиксации и переноса прибора. В комплекте здесь также идет адаптер, который представляет собой трубу с наконечником для крепления на валу редуктора.

  

Рисунок 11. Специальная электродрель перед работой (слева) и в процессе проведения работ (справа).

Б3. Специальная самоходная установка

Это машина на колесном или гусеничном ходу с гидровращателем (гидробуром). Такая машина позволяет погрузить винтовые сваи даже в самые плотные грунты, причем, сохраняя их идеально вертикальное положение в пространстве. Самым же главным ее недостатком является дороговизна.

  

Рисунок 12. Небольшая мобильная самоходная установка (слева) и професиональная самоходная установка для больших объемов работ (справа).

Этап 4. Проверка отметок

Все сваи в большинстве случаев (если другого не предусмотрено проектом) должны быть завинчены до одной определенной отметки, отмеряемой по верхнему концу сваи. В качестве измерительных приборов здесь удобнее всего использовать нивелир с рейкой, лазерный построитель плоскостей и уровень. На худой конец при небольшой ответственности сооружения (беседка, дачный дом, баня) можно ориентироваться на разбивочную бечевку, если она натянута на нужном уровне.

Рисунок 13. Нанесение отметок на завинченные сваи с помощью лазерного построителя плоскостей.

В том случае, если отметки не совпадают возможны четыре дальнейших варианта:

• оставить все как есть - в этом случае под обвязочный брус на оголовок сваи придется что-то подкладывать, например, доски. На этом варианте можно остановиться, если цоколь будет зашиваться, а перепад по высоте составляет небольшую величину;

• постараться докрутить сваи - докручивать сваи придется до отметки наиболее заглубленной сваи, так как выкручивание последней крайне нежелательно. Правда, здесь существует одна большая проблема, которая заключается в том, что сваи могут уйти ниже проектной отметки, а это уже может сказаться на всем дальнейшем строительстве (например, может измениться высота ступеней крыльца). Также не стоит исключать в данном случае и тот факт, что сваи просто могут не поддаться;

• срезать лишнее - обычно для этого используются болгарка со специальным диском по металлу. Но этим способом желательно пользоваться только при малых перепадах высот (до 300 мм), так как если винтовые сваи по высоте отличаются друг от друга на большую величину, это значит, что у них будет разная несущая способность, которая в дальнейшем может привести к неравномерной осадке;

• закрутить новые сваи - это крайний случай, когда сваи невозможно выровнять тремя предыдущими способами и когда перепад свай по высоте составляет более 300 мм. Такое случается, если какая-либо свая уперлась во что-то твердое, например, камень на небольшой глубине. Правда, при таком развитии событий, новая свая будет находиться в отличном от проектного положении. А значит, могут возникнуть некоторые неудобства, особенно, если это угловая свая.

Этап 5. Заполнение свай

Как уже было сказано выше, основа винтовой сваи - это металлическая труба. То есть свая является полой. А в этой полости после погружения свай в грунт на проектную глубину возможно образование конденсата, что впоследствии неблагоприятно может сказаться на сроке жизни сваи. Чтобы этого не произошло, а также для того, чтобы повысить несущую способность свай, их тело заполняется специальным составом. Обычно для этого применяют 3 смеси:

• сухая песчано-цементная - данную смесь можно купить готовую или приготовить уже непосредственно на строительной площадке. Использование ее требует минимум трудозатрат, так как смесь сама цементируется в теле сваи от выпадающего в ней конденсата;

• Ц/П раствор - смесь, полученная путем замешивания цемента, песка и воды. Практически исключает образование пустот в трубе, но обладает более низкой несущей способностью, чем бетон;

• Бетон - получается путем замешивания цемента, песка, воды и крупного заполнителя. В качестве последнего здесь желательно использовать не крупный щебень. Но и это не может полностью предохранить от главного недостатка данной технологии, который заключается в образовании пустот и каверн внутри смеси.

Рисунок 14. Процесс заполнения полости свай специальным составом.

Этап 6. Монтирование оголовков

В большинстве случаев заглубленные сваи сверху не оставляют "голыми", а монтируют на их концы с помощью сварки или болтов металлические оголовки. Они необходимы для повышения площади опорной поверхности под ростверк (стены) и удобства дальнейшего монтажа. Что касается конструкции оголовка, то она может быть разная:

• металлическая квадратная пластина - представляет собой металлический лист, приваренный к небольшому куску трубы чуть большего диаметра, чем сваи. Для фиксации здесь предусмотрены отверстия под болтовые соединения. Это наиболее распространенный вариант, подходящий под ростверк, в качестве которого выступает металлический или деревянный длинномерный элемент (брус, двутавр, труба);

• кусок швеллера - это более простой по сравнению с предыдущим вариант. Он предполагает приварку куска швеллера, перевернутого полками вниз, к свае. Размер швеллера зависит от толщины ростверка. Но обычно его длина составляет не менее 150 мм. Применяется он в тех же случаях, что и металлическая пластина;

• U-образный элемент - это элемент, напоминающий камертон или рогатку. Он предназначен исключительно для бруса, поэтому используется при строительстве каркасных и щитовых домов, а также возведении срубов.

  

Рисунок 15. Конструкция оголовка в виде металлической пластины (слева) и U-образного элемента (справа).

Также здесь стоит сказать, что не редки случаи, когда оголовок не требуется. Наиболее распространенные из них это, когда в качестве ростверка используется металлический швеллер или когда ростверк выполняется монолитным железобетонным. В первом случае швеллер просто приваривается к сваям, а во втором - ростверк скрепляется со сваями через закладную арматуру.

Рисунок 16. Монтаж ростверка на сваю без оголовка.

Этап 7. Обвязка свай ростверком

Нагрузка на винтовые сваи передается через ростверк. Даже, если его такового не предусматривается, роль ростверка выполняют первые длинномерные элементы. Ростверк может быть деревянным, металлическим или железобетонным.

А. Деревянный

Применяется исключительно для деревянных домов. Выполняется обычно из бруса большого сечения (не менее 100х100 мм). Соединение бруса производится на опорах (металлических оголовках) с последующим креплением к ним с помощью болтов, реже саморезов или гвоздей;

Б. Металлический

Может использоваться как для деревянных сооружений, так и построек возводимых из штучных материалов (блоки из ячеистого бетона, кирпич, керамзитобетонные блоки и т.д.). В первом случае чаще всего металлическим ростверком выступает швеллер, приваренный непосредственно к сваям полками вниз. А во втором случае, так как такие сооружения обладают большей массой и даже при незначительных прогибах их стены могут треснуть, используются два швеллера, сваренных в трубу или двутавр. В последнем случае можно применять и один швеллер, правда, при условии, что сваи будут установлены с шагом 1-1,5 м.

  

Рисунок 17. Деревянный ростверк (слева) и металлический ростверк (справа).

В. Железобетонный

Его обычно используют под тяжелые сооружения из штучных материалов, этажность которых больше двух. Технология его изготовления выглядит следующим образом. Все начинается со сборки опалубки, у которой нижние щиты укладываются на сваи и при необходимости подпираются промежуточными опорами в пролете, боковые щиты снизу крепятся уже к днищу, а сверху друг к другу посредством стяжек. После того, как опалубка готова, приступают к монтажу арматурных каркасов. Для этого обычно применяется арматура периодического профиля диаметром не ниже 12 мм (продольная) и гладкая или периодического профиля арматура диаметром не ниже 6 мм (поперечная). Шаг последних чаще всего составляет 200-300 мм. Также на этой стадии не стоит забывать про связь будущего ростверка со сваями. Делается она с помощью арматурных стержней, которые с нижнего конца должны быть уже предусмотрены в сваях на этапе их заполнения (этап 5), или в противном случае приварены. Верхний же конец должен быть короче высоты ростверка на 50 мм. В заключении опалубка заполняется бетонной смесью с параллельным уплотнением вибратором.

Этап 8. Дополнительное усиление

Обычно винтовые сваи возвышаются над землей на высоту 300-600 мм. При трехкратном превышении этой величины в земле (900-1800 мм), этого может быть вполне достаточно, чтобы оставить все как есть. Но если на вашем участке преобладают торфяные грунты или сильно пластичные глины, сваи выступают из земли более, чем на 600 мм, или свайное поле возведено на территории с большим уклоном, в довесок к ростверку рекомендуется еще применять диагональные связи. Их основное предназначение - добавление пространственной жесткости фундаменту.

В качестве связей обычно используются металлические трубы или уголки, приваренные по центру свай крест на крест. Причем, для удобства монтажа в местах сопряжения перечисленных профилей на сваях навариваются фасонки (металлические листы толщиной не менее 6 мм) из расчета, чтобы длина сварного шва была не менее 5 см.

Рисунок 18. Вариант усиления винтовых свай с помощью крестообразных связей.

Данные связи могут устанавливаться как в каждом пролете, так и по одной в каждом направлении (желательно в среднем пролете). К первому варианту прибегают, когда в качестве ростверка (обвязки) используются элементы небольшой жесткости. Например, к таким условно можно отнести деревянный брус сечением менее 100х100 мм и швеллер 12П и менее. Но все-таки лучше такой вариант применять во всех случаях, когда обвязка не сделана из металлической трубы сечением 100х100 мм и более, а также двутавра или спаренных в короб швеллеров приблизительно таких же размеров.

Основные замечания и возможные ошибки

1. В случае прибегания к лидерным скважинам или ямкам (направляющим скважинам), упрощающим монтаж, выбранный грунт (даже если его вернули обратно) в расчете несущей способности свай не учитывается.

2. Если свая на каком-то этапе завинчивания уперлась, например, в камень или в сундук с золотом, то в дальнейшем возможны 2 варианта: либо свая оставляется в грунте и максимально рядом с ней завинчивается другая (не забывая про лопасть внизу), верх при этом по необходимости срезается, либо она выкручивается и от получившейся лунки ввинчиваются две новые на расстоянии 1 м.

3. Перед тем как начинать погружать сваи согласно проекту, желательно выполнить контрольное вкручивание в удаленном, как минимум, на 2 метра месте от любой сваи.

4. Сваи должны быть хорошо покрыты гидроизоляцией. Это нужно проверять еще на стадии покупки. Неплохо будет их покрыть уже самостоятельно дополнительным гидроизоляционным слоем. Так как были случаи, когда при нарушении защитного слоя место сопряжения лопасти и трубы корродировало и первая деталь отваливалась, что впоследствии приводило к неравномерной осадке со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Видео по теме

Калькуляторы по теме:

• расчет количества винтовых свай.