Установка винтовых свай в песчаный грунт. Монтаж свайно-винтовых фундаментов на песке и супесях

Винтовые сваи для песчаного грунта станут наиболее подходящим решением. Это возможность быстро построить прочное и долговечное основание на сложной почве, для которой не подходят другие варианты. Свайно-винтовое основание обладает высокой несущей способностью, однако при его строительстве на песке нужно учитывать целый ряд особенностей. Конструкция зависит от типа почвы, особенностей песка, глубины промерзания земли и других характеристик.

Особенности и виды песчаных почв

Вблизи Москвы песчаные почвы встречаются относительно редко, причем такие грунты могут быть двух типов:

• Верхний слой почвы состоит из песка. Это наиболее редкий вариант, такие почвы можно встретить, если раньше на участке был песчаный карьер.
• Верхний слой представляет собой обычный грунт или торф, а под ним находится слой песка. Это более распространенное решение, доставляющее немало проблем при установке основания.

Калькулятор винтовых свай

КАЛЬКУЛЯТОР СТОИМОСТИ УСЛУГ

СТОИМОСТЬ: 0 руб

Уточняйте стоимость при заказе

Песчаные почвы обладают достаточно высокой плотностью, поэтому закручивать в него сваи непросто. Задача решается быстрее, если фундамент предстоит устанавливать в супеси – сухие песчаные почвы без избыточного содержания влаги. Если же предстоит закрутить винтовые сваи в обводненных песках, сделать это можно только с привлечением спецтехники.

Предварительно проводится лидирующее бурение – подготовка отверстий под установку сваи, чтобы упростить процесс. Для бурения песков используется бур толщиной 200 мм и более – это позволяет предотвратить осыпание песка в скважину. При бурении на песках нельзя использовать воду для заливания скважин: мокрый песок быстрее осыпается, и это создает трудности при обустройстве скважин.

Плюсы использования винтовых свай

Возведение дома на фундаменте из винтовых свай имеет целый ряд плюсов. При закручивании они не разрушают грунт, а только уплотняют его, в результате приобретают большую несущую способности. При установке на большую глубину наконечник сваи достигает плотных слоев почвы и надежно закрепляется: одна свая способна выдерживать нагрузку в несколько тонн.

Можно перечислить следующие преимущества винтовых свай:

• Быстрая установка. В подготовленные скважины сваи устанавливаются за 1-2 дня. Сразу после их выравнивания можно приступать к следующему этапу строительства. Это значительно быстрее установки ленточного или монолитного плитного основания.
• Защищенность от коррозии. Металлический стержень снабжается защитным покрытием, благодаря которому он выдерживает даже постоянный контакт с влагой.
• Долговечность. Правильно смонтированный свайно-винтовой фундамент способен прослужить до 100 лет, дом получит надежную опору, которая выдержит любые природные воздействия.
• Монтаж на сухих песках не требует привлечения спецтехники, это значительно упрощает работу. Квалифицированные строители могут с помощью ручных инструментов быстро обустроить полноценное основание, готовое к следующему этапу строительства.

Важное достоинство – возможность установки основания из свай в любое время года. В отличие от монолитного ленточного или плитного основания, сваи можно монтировать и при минусовых температурах. Однако у них есть и недостатки: не рекомендуется устанавливать сваи на каменистых участках, даже небольшие камни могут стать серьезным препятствием для закручивания в почву.

Основные этапы и особенности монтажа

Особенности установки винтовых свай в песчаный грунт связаны с характеристиками почвы. Супеси и песок не являются пучинистыми грунтами, поэтому нет необходимости монтировать сваи на очень большую глубину. В условиях Московской области сухой песок промерзает максимум на 40 см, из-за этого достаточно глубины установки в 120-150 см. это дополнительно ускоряет и упрощает работу по погружению свай в грунт. Также можно использовать более короткие стержни – достаточно длины всего в 200 мм. Это дает возможность сократить расходы на строительство фундамента.

Монтаж может проводиться вручную или с привлечением спецтехники, это зависит от финансовых возможностей и от типа грунта. Закручивание проводится следующим образом:

• Участок предварительно размечается, определяются точки размещения свай. Их располагают в углах будущего дома, в точках пересечения стен и других местах с высокой нагрузкой.
• Пробуриваются скважины, в которые будут помещены сваи. Специальный бур позволит быстро подготовить отверстия нужного диаметра.
• Сваи помещаются в скважины, после чего вкручиваются в почву на требуемую глубину.
• Концы металлических стержней подрезаются до нужного уровня, к ним привариваются оголовки. Важно обеспечить максимально ровное вертикальное и горизонтальное расположение, недопустимы даже небольшие отклонения.
• Сваи объединяются металлическими швеллерами в общий каркас, после сварки он готов к следующему этапу строительства.

Особенности строительства свайно-винтового фундамента на песчаных грунтах – это сложности бурения скважин и закручивания свай из-за осыпающейся почвы. С водонасыщенным песчаным грунтом справиться без применения спецтехники крайне сложно, по своим характеристикам он приближается к глине. Глубина бурения рассчитывается в зависимости от веса и размеров здания, а также от типа почвы на конкретном участке.

Использование спецтехники

В сложных случаях для устройства основания на влажном песке привлекаются специальные буровые установки на гусеничной или колесной базе. Их главное преимущество – бурение проводится без нарушения плотности грунта, в результате он не теряет своих несущих свойств. Привлечение спецтехники значительно ускоряет процесс, подготовка основания даже под большое здание занимает минимум времени.

Минусом привлечения спецтехники является увеличение стоимости готового основания. Однако постройка будет более надежной, в дальнейшем удастся сэкономить на ее капитальном ремонте.

Применение свайного типа фундамента стало очень популярным. С практической точки зрения данная технология позволяет получать высокую экономическую выгоду при достаточной прочности и долговечности конструкции. Одним из вариантов свайного основания является винтовой, при котором опоры вкручиваются в грунт на заданную глубину. Процесс строительства такого основания занимает минимум времени, но требует большого внимания к множеству деталей. Один из таких моментов - на какую глубину вкручивать винтовые сваи?

Практически невозможно дать однозначный ответ на такой вопрос. Конкретной универсальной цифры просто не существует – для каждого проекта она определяется индивидуально. На показатель влияет большое количество параметров, главным из которых является грунт и его характеристики.

Для каких грунтов пригоден фундамент на винтовых сваях

Для строительства свайного основания обязательно проведение инженерно-геологических изысканий. Они должны проводится для любого строительства, но в случае установки опор особенно важны. Путем извлечения кернов грунта и получается набор данных, которые важны для последующей разработки проекта.

Геологи могут дать точную информацию о глубине залегания грунтовых вод, а также характеристики этих вод – это важно для оценки негативного воздействия химических элементов на опоры.

Свайное основание подходит для любого типа грунтов, что делает их «лидером» в сравнении с и аналогами. Строительство винтовых опор позволяет выйти на любую глубину, на которой, по данным геологических работ, залегает слой грунта, имеющий необходимую несущую способность.

При разработке проекта оценивается экономическая составляющая реализации строительства, которая определяет переход к производству работ.

Конечное решение на какую глубину закручивать винтовые сваи определяет архитектор проекта, который должен располагать детальной картиной подстилающих грунтов и характеристиками будущего строения.

Винтовые сваи и необходимая глубина их погружения

В общем виде, винтовая свая представляет собой стальную трубу определенной длины, которая имеет заостренный наконечник и приваренный на протяжении трубы спиралевидный участок. Последний предназначен для перемещения грунта на поверхность и служит основой для ввинчивания конструкции. играют важную роль для вкручивания опор.

Винтовые конструкции отличаются большим разнообразием и могут применяться для любых типов грунтов. Их можно монтировать как вручную, так и с привлечением специальной техники.

Погружение выполняет плавно и начинается со снятия (или прохождения) растительного горизонта. Глубина вкручивания винтовых свай устанавливается с небольшим запасом прочности для обеспечения достаточной несущей способности. Минимальная глубина погружения сваи должна соответствовать глубине промерзания почвы в зоне строительства фундамента. Соответствующий показатель можно взять в СНиП 23-01-99. Например, в южных регионах (Белгород, Воронеж) глубина промерзания составляет примерно 1 м, в то время, как в северных может быть более 2,4 м. Следует помнить, что глубина промерзания песчаников выше, чем у глинистых почв.

Основное правило строительства свайного основания: чем глубже ввинчена свая, тем надежнее фундамент.

Диапазон параметров винтовых свай может различаться в широких пределах. При выборе ствола для строительства фундамента для дома, обычно выбирают сваю диаметром от 57 до 325 мм. При этом, толщина стенки обычно составляет от 2 до 5 мм. Длина опоры варьируется от 1,5 до 12 м. винтовые сваи выдерживают высокие нагрузки на сжатие, а также показывают хорошие значения при напряжении на выдергивание. Для строительства основания опоры более чем выгодны.

Преимуществами свай в виде винта выделяются следующие:

• Прохождение слабых грунтов и выход на слои достаточной прочности – универсальность строительства в любых условиях.
• Возможность повторного использования опор, что выгодно при строительстве временных сооружений.
• Сохранение почвы и растительности при производстве работ по вкручиванию вручную, без привлечения техники.
• Минимальный шум при выполнении работ.
• Высокая скорость возведения.
• Высокая прочность материала и созданной конструкции.

Экономическая выгода при высокой прочности служат главными причинами использования винтовых свай. Кроме того, в отдельных ситуациях такая технология единственная из доступных.

Завинчивание свай

После того, как Вы определились для каких грунтов подходят винтовые сваи и выгодно ли их применение для конкретного участка, следует переходить непосредственно к строительству. Строгое следование правилам монтажа свай приводит к достижению желаемого результата.

После проведения детальных расчетов и определения параметров сваи следует выполнить пробное вкручивание. Эта процедура важна для определения соответствия расчетов реальности и подбора оптимальной техники. Также оценивается степень, с которой подходит применяемая свая для определенного объекта. Устанавливается глубина промерзания и особенности прохождения грунта.

Завинчивание начинается с определения точек установки, которые выносятся в натуру по проекту с помощью рулетки, а в сложных конструкциях с привлечением геодезической службы.

Постепенно ввинчиваются все опоры. Монтаж осуществляется до выхода на определенную глубину. Это важно для обеспечения расчетной прочности конструкции.

По завершению монтажа и выходу всех свай на установленную отметку, выполняется обвязка основания для соединения опор в единый проект.

Винтовые сваи гарантируют долгосрочность эксплуатации здания. Простота конструкции, скорость возведения и гибкость в плане решения нестандартных задач определяют распространенность свай для разнотипных проектов.

Явления в грунтах оснований, происходящие при возведении свайных фундаментов

1. В результате погружения забивных или набивных свай происходит боковое отдавливание грунта; грунт частично уплотняется за счет фильтрационной консолидации, частично перемещается в сторону свободной поверхности (вверх). В результате происходит незначительное поднятие дна котлована в пределах свайного поля. При этом размеры свайного поля несколько больше, чем расстояние между рядами свай (Рис.1). Подобные явления характерны для песков рыхлых и средней плотности и песчано-глинистых грунтов маловлажных. Здесь механические процессы преобладают над фильтрационной консолидацией.

Уплотнение грунтов в этом случае носит позитивный характер и приводит к повышению несущей способности грунтов основания.

Погружение свай во влажные и водонасыщенные песчано-глинистые грунты.

Преобладает фильтрационная консолидация. Уплотнение происходит за счет отжатия поровой воды, причем медленно. В процессе погружения свай уплотнение вокруг нее незначительно. Это происходит за счет отжатия пор воды вверх по стволу сваи. Основная зона деформаций находится на некотором расстоянии, зависящем от физико-механических свойств грунта. В этой зоне происходит смещение частиц грунта в стороны и вверх. Данные деформации растянуты во времени (реологические процессы) и приводят к частичному поднятию дна котлована (как и в первом случае)

Частичное поднятие дна котлована приводит к поднятию ранее забитых свай, и следует добивание свай.

Отличие от первого случая заключается в том, что во влажных песчано-глинистых грунтах происходит нарушение природной структуры грунта. Формируются зоны микросдвигов. Это приводит к снижению несущей способности грунтов межсвайного пространства. К снижению несущей способности грунтов приводят и динамические воздействия на грунты.

Отжатие воды из пор грунта приводит к своеобразному «смазыванию» боковой поверхности свай и снижению трения по боковой поверхности, соответственно следует снижение несущей способности свайного фундамента.

Наиболее ярко это проявляется в увеличении глубины погружения сваи от 1 удара молота или за 1 минуту работы вибропогружателя.

Подобные явления заставляют задуматься над способами их нейтрализации. На практике вопрос решается очень просто: сваям до их загрузки предоставляется «отдых». За время «отдыха» происходит релаксация напряжений в уплотненных грунтах, восстанавливается их структура, вода с контакта «свая-грунт» отфильтровывается во вмещающие грунты, следовательно повышается несущая способность грунтов межсвайного пространства, восстановление несущей способности свай и свайных фундаментов в целом.

Продолжительность «отдыха»:

Супеси, пески – 1 неделя;

Суглинки – 2 недели;

Глины >3 недель.

Для первого случая сопротивление свай погружению с глубиной растет, «отдых» практически не влияет на несущую способность свай

Другой процесс:

погружение свай в водонасыщенные грунты (песчаные) рекомендуется производить вибрированием. При этом происходит виброуплотнение песков, следовательно, повышается их несущая способность.

В процессе монтажа винтовых свай под фундамент ключевым моментом является глубина, на которую будет произведено вкручивание сваи. Именно она во многом определяет как устойчивость отдельной сваи в грунте, так и трудоемкость работ по закладке фундамента в целом. Глубина вкручивания свай зависит от нескольких основных факторов.

1. Роль глубины погружения сваи в расчете фундамента

Расчет свайного фундамента под любую конструкцию определяется во многом исходя из несущей способности винтовой сваи. Она, в свою очередь, зависит от плотности удерживания сваи в грунте и плотности опоры, на которую давит лопасть сваи. Существует две основных силы, препятствующие погружению сваи при нагрузках от веса здания – это сила сопротивления грунта в месте соприкосновения с лопастью и силы упругости, действующие на стенки тела сваи. Чем выше сопротивление грунта погружению сваи, тем большую роль в устойчивости сваи играет именно прочность опоры.

Именно поэтому немаловажно, чтобы лопасть сваи достигла как можно более плотных слоев грунта, иначе сил упругости, удерживающих сваю ее от дальнейшего погружения под действием веса конструкции на фундамент будет не хватать. Другими словами, именно глубина залегания плотных слоев грунта в наибольшей степени определяет устойчивость винтовой сваи и в целом стойкость всего фундамента.

2. Основные факторы, влияющие на определение глубины вкручивания сваи

Существуют основные факторы, определяющие глубину вкручивания винтовых свай, среди которых основными по опыту строителей являются:

1. Назначение винтовой сваи в каждом конкретном случае
2. Требования к несущей способности сваи
3. Свойства грунта в месте установки сваи
4. Глубина залегания плотных слоев грунта
5. Глубина промерзания грунта в данной местности
6. Требования к высоте цоколя здания
7. Особенности конструкции свай, в частности расположение монтажных отверстий на свае и лопасти

Рассмотрим эти факторы подробнее

3. Назначение винтовых свай

Винтовые сваи имеют широкий спектр использования, например:

• Под общий фундамент здания
• В качестве дополнительных опор к имеющимся фундаментам
• В качестве опор под одиночные столбы, например для забора
• Отдельные опоры для ремонта старого фундамента

Очевидно, что в разных случаях сваи можно вворачивать на различную глубину. Так, для строительства крупногабаритного здания как правило, сваи погружаются на большую глубину, чем для установки легких опор под навесы или легкие постройки. В каждом конкретном случае глубина вкручивания определяется в расчете фундамента под то или иное здание или сооружение.

4. Требования к несущей способности свай

Данный фактор вытекает из предыдущего – чем выше предполагаемые нагрузки на сваю, тем выше должна быть ее несущая способность – тем больше предполагается глубина вкручивания. Следует отметить, однако, что с увеличение расстояния, на которое свая уходит в грунт, пропорционально увеличиваются и

• Трудоемкость монтажа сваи.
• Расход материала, т.е. длина трубы, из которой сделана свая

В большинстве случаев приходится выбирать баланс между необходимой глубиной вкручивания и повышенными затратами на монтаж.

Ручной монтаж — трудоемкое дело

5. Роль грунта в определении глубины погружения сваи

Несомненно, состав грунта во многом вносит решающий вклад в устойчивость всего фундамента. Преимущество винтовых свай в качестве основы для дома по сравнению с другими типами фундаментов как раз и состоит в том, что влияние состава грунта может быть нивелировано – как раз из-за того, что сваи достигают наиболее плотных слоев грунта.

Свайно-винтовые фундаменты успешно устанавливают на песчаные, неустойчивые грунты. Большую роль играет глубина промерзания грунта. Она различна для разных регионов. В частности, это параметр может составлять от 70-80 см в южных районах России до двух и более метров в северных районах и в Сибири. Иногда глубина промерзания достигает и 2-2,5 метров. На большей территории нашей страны глубина промерзания оценивается в 1.2-1,5 метра. Именно на эту глубину как минимум должны быть завинчена свая.

Роль глубины промерзания определяется таким свойством грунтов, как пучинистость – объемные колебания грунта при замерзании и размерзании. Они могут колебаться в пределах 5-12 процентов в зависимости от свойств грунта. Очевидно, что степень пучинистости зависит в первую очередь от исходной влажности земли, так как именно она при замерзании-размерзании меняет свой объем. Таким образом, при замерзании почвы сваи, если они находятся выше точки промерзания, могут быть вытолкнуты на высоту вплоть до 5-10 см, что существенно может изменить параметры всего фундамента.

При расчете фундамента значение промерзания грунта можно узнать из общих характеристик земель в данном регионе.

6. Глубина залегания плотных слоев грунта

Чем ниже слои грунта, тем он плотнее – это обусловлено, конечно, в первую очередь силами давления от более высоких слоев. Кроме того верхние слои грунта, являющиеся плодородными, содержат большее количество воздуха, что делает его более рыхлым. Имеющиеся данные показывают, что плотный грунт расположен обычно на глубине около 1,5-2 метров. В каждом конкретном случае эту характеристику определяет пробное вкручивание – плотный слой начинается там, где сваю становится очень трудно вворачивать ручным способом. Стандартная глубина плотного слоя – около 1,8 метра, именно на такую глубину и более рекомендуется вворачивать винтовые сваи.

7. Расположение лопасти и монтажных отверстий

В зависимости от конструкции сваи лопасть может быть расположена на том или ином расстоянии от заостренного конца. Стандартное расстояние между лопастью и наконечником – около 20 см, именно его нужно закладывать в определении глубины вкручивания.

Монтажное отверстие расположено обычно в 10-15 см от верхнего края трубы. Поскольку для правильной установки свай, монтажные отверстия должны быть удалены, то нужно учитывать и это расстояние. Обрезка свай происходит на некоторой высоте – в зависимости от типа фундамента.

8. Высота цоколя нижнего этажа

Чем выше планируется поставить цокольную облицовку, тем меньшую глубину вворачивания следует планировать – при равной длине сваи. Высота цоколя определяется несколькими факторами – особенностями конструкции здания, требованиями к его утеплению, дизайном дома и тому подобное. Так, здание с высоким цоколем смотрится более эстетично, чем с низким. Кроме того, высока роль и снежного покрова – чем выше цоколь, тем меньше будет пагубное влияние на фундамент при его таянии. Рекомендуется устанавливать цоколь на высоту порядка 50 см. Это тоже надо учитывать при вкручивании сваи на определенную глубину.

9. Расчет глубины вкручивания

Обобщая сказанное, можно определить оптимальную глубину, на которые нужно вкручивать сваи. По оценкам специалистов она различается для разных районов:

• Центральные районы (Московская область, Ленинградская, Ярославская, Пензенская) – порядка 2,6 метров (0,2 м лопасть + 1.8 твердый слой почвы + 0,5 метра вывод трубы над поверхностью + 0,1 м над оголовком)
• Аналогичным образом рассчитаны параметры глубины для Уральского, Поволжского, Зауральского регионов – 2,6 метра.
• Для Западной Сибири (Новокузнецк, Новосибирск, Красноярск, Тюмень) – 3,1 метр (здесь глубина слоя промерзания 2,3 метра)
• Для Восточной Сибири (от Иркутска и далее) – 3,6 метра (глубина промерзания 2,8 метра)
• Для Южных районов, где выше слой промерзания, но ниже уровень плотной почвы – 2,6 метра

10. Заключение

В каждом конкретном случае необходимая глубина вкручивания сваи может несколько отличаться. Однако с большей долей вероятности она определяется климатическими особенностями вашего региона. Следует обратиться к профессионалам, а если хозяин решает устанавливать свайно-винтовой фундамент самостоятельно – уточнить данные по промерзанию почвы в регионе.

Казалось бы после установки свай в глинистый грунт проблем не должно было быть, но это не так. Первая свая была закручена на 80 см и фактически уперлась, при вращении 5 метровыми рычагами разрушались вставки, трубы и металл сваи. Свая изгибалась, но не вращалась. Для продолжения стройки пришлось приобрести мотобур. Смотри фото. В дополнению к мотобуру с земляным шнеком диаметром 200 мм куплен был удлинитель, это позволило сверлить грунт на глубину 1,1 метра. Пример проходки отверстия смотрите на видео.

Изготовление каждой монтажной ямы заняло 3 минуты:). При подготовке к бурению, кроме разметки, требуется снять слой дерна. Корни травы запутывают нож шнека и бурения не будет. Также мотобур не любит корни деревьев. Встретив такое препятствие работы нужно прекратить и удалить корень. При выкапывании ям повезло, самый крупный извлеченный камень был размером с большой кулак.

Дерн надо удалять Установка мотобура Грунт выбран

При монтаже свая устанавливалась над ямой и вращением погружалась на дно ямы. По большому счету шнек диаметром 200 мм при такой установке избыточен. Кто бы сообщил об этом раньше? шнека диаметром 150мм вполне достаточно, даже 100мм подойтет. Легче и быстрей было бы бурить. На песке отверстие получается больше за счет осыпания. Это видно на видео, как свая при установке стала опускаться без вращения.

Для закручивания сваи на требуемую глубину требовались от 40 до 60 минут, после 40-50 см углубления от дна ямы свая начинала вращаться очень плохо. Дальнейшее углубление было возможно только рывками с выкручиванием – закручиванием с использованием длинного рычага. Это сильно выматывало и за день устанавливалось только 2-3 сваи. При встрече серьезного сопротивления усилия направлялись на закручивание соседних свай. Это позволило сохранить инструмент для установки – вставки и рычаги. Последние сваи закручивались очень осторожно — все вороты были согнуты, а вставки гнулись как резиновые дубинки. Практически весь метал который входил в отверстие сваи был переломан. При работе на песке наверное надо выполнять рекомендации производителя свай. Глубина установки свай составила 1,6 – 1,8 метра. Установочные ямы засыпались послойно песком. Засыпалось ~15-20 см песка, затем слой песка тромбовался, поливался водой и после впитывания воды и уплотнения песок опять тромбовался. И так слоями до самого верха ямы.

Засыпка слоя песка Трамбовка песка