Винтовые сваи: изготовление, установка, устройство и расчет фундамента

Винтовые сваи далеко не технология XXI века, как иногда пишут. Они известны с древности. Первые документальные свидетельства их применения в инженерных частях французской армии относятся в наполеоновским войнам. Впервые винтовая свая запатентована в 1838 г. в Великобритании Александром Митчеллом. Надо сказать, что британский патент не является документом, утверждающим приоритет, он лишь закрепляет за автором право на коммерческое использование данной конструкции в пределах Британской империи.

В России, где места под застройку и подъездные пути хватало, а несущая способность грунтов на большей части территории невелика и стабильна, винтовые сваи не применялись до революции. Внедрение в строительство фундаментов на винтовых сваях началось только с освоением районов, расположенных в зоне вечной мерзлоты. Если ее нарушить земляными работами, то образуются кратеры протаивания, в которые может ухнуть не то что дом, но и целая деревня, а фундамент на сваях их практически не требует.

В настоящее время свайно-винтовые фундаменты достаточно широко применяются в индивидуальном строительстве. Главная причина – такой фундамент проще и быстрее всего смонтировать своими руками. Если же здание одноэтажное легкое (сборно-щитовое, каркасное, из газобетона), то и самые сваи можно сделать самому. В таком случае фундамент на вкручиваемых в грунт сваях оказывается и дешевле прочих.

Достоинства и недостатки

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.

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.

Как работает винтовая свая?

Разберем типичный для средней полосы РФ случай расположения слоев грунта, см. рис. справа:

1. Сверху – гумус, постепенно переходящий в супесь, общей мощностью 0,15-3 м. В данном случае важно не их плодородие, а то, что грунты это очень слабые, несущая способность менее 2 кг/кв. см, рыхлые и в глубине сильно, а перед зимой и обильно, увлажненные.
2. Слой суглинка с несущей способностью 3-4 кг/кв. см. Его мощность для возможности применения обычных винтовых свай должна быть не менее 0,7-1,2 м, а сам он в пределах строительной площадки сплошным.
3. Рыхлый, сильно, вплоть до плывунов, обводненный аллювий большой мощности; несущая способность не более 2-3 кг/кв. м.

В черноземной полосе гумус на супеси может достигать мощности более 5 м, с одной стороны. С другой, там местами прямо на поверхность могут выходить т. наз. ергени – песчано-глинистые отложения Ергень-реки времен последнего оледенения, по которой воды тающего ледникового щита Фенноскандии стекали в древнее Сарматское море, объединявшее Черное, Азов, Каспий и Арал. Свое название в геологии она получила от моренной гряды Ергень, в которой впервые были обнаружены эти характерные отложения. Между прочим, по геологическим данным, эта «речка» достигала 200 км ширины русла, а ее пойма – 600 км.

Несущая способность ергеней уже на глубине 0,5 м достигает 5-6 кг/кв. м, а при вворачивании сваи конус уплотнения нарастает чрезвычайно быстро. Если свая ушла в ергень до заклинивания глубже, чем на 2,5 м, отлично, фундамент будет очень прочным. Если менее чем на 2 м – здесь на сваях строить нельзя. Но вернемся к обычным грунтам.

Примечание: сходными с ергенями свойствами обладают аллювиальные наносы предгорий и приморских равнин.

Верхний слой гумуса с супесью, подверженный промерзанию – пучинистый. Вода при замерзании расширяется равномерно во все стороны, поэтому зимой пучинистый грунт крепко обхватит сваю со всех сторон и с огромной силой потянет вверх. А весной, оттаяв, отойдет в стороны и даст ей возможность свободно проседать и наклоняться. В наших краях, увы, почти вся нагрузка на винтовую сваю передается ее пятой ниже, а с боков ее вес почти ничто не держит. Выжимания воды и спрессовывания грунта вокруг сваи в конгломерат, как при забивании забивной, при заворачивании винтовой не происходит.

Супесь ниже глубины промерзания почти не сопротивляется вырыву сваи. Если слой суглинка, который только и воспринимает нагрузку, меньше минимальной его толщины 0,7-1,2 м, то остается всего 2 выхода:

• Загнать сваю в суглинок только на 1 виток винта, причем конец сваи не должен протыкать несущий слой более чем наполовину, иначе его вокруг сваи размоет почвенной водой. Еще одно условие – до несущего пласта должно быть не менее 2,5 м от низшей точки стройплощадки, иначе у фундамента не окажется должной поперечной устойчивости.
• Взять очень длинную, не короче 5 м, сваю специальной конструкции для пучинистых и плывущих грунтов, см. далее. Эти же сваи пригодны для верхнего слоя свыше мощностью 3 м, напр. на черноземах. Но заворачивать их можно только тяжелой спецтехникой. Мало того, что свая длинная, да еще земля вязкая и липкая.

Примечание: в первом случае на сваю длиной менее 4 м свободно надевается противовырывной кожух из металлической трубы, как показано на рис. Пример технического парадокса – чтобы свая крепче сидела в земле, ее нужно от земли отгородить.

Виды свай

Основные виды винтовых свай для фундаментов показаны на рис. Слева – свая для вечномерзлых грунтов, песчаников и плотных суглинков с высокой несущей способностью. Столб грунта внутри нее сжимается, поэтому он держит сваю также изнутри. Для бетонирования эта свая непригодна, но подходящие для нее грунты и так отлично держат. s = (8-20 мм); L = (4-16) м с шагом в 4 м; d = 219 или 325 мм. Несомая нагрузка – до 4,5 т. Стоимость одной – от 4500 руб.

Сваи такой же конструкции благодаря невысокому ребру винта используются как бурозабивные, см. в конце. Для возможности бетонирования грунт из их стволов в таком случае вынимают специальными буровыми инструментами – ложковым буром или желонкой. Технология трудоемкая, но дает возможность строить 3-5 этажные капитальные здания прямо на вечной мерзлоте, болотах и торфяниках.

В центре свая для обычных грунтов, описанных выше. Для заборов и легких нежилых построек такие сваи можно сделать самому. s = (4-16 мм); L = (2,5-15) м с шагом в 2,5 м; d = 47, 75, 89, 108, 133, 159, 219, 325 мм. Несомая нагрузка – (0,7-2,5) т. Стоимость одной – от 2000 руб.

Справа – свая с уширенной пятой для рыхлых, пучинистых и плывущих грунтов. s = (4-16 мм); L = (3-15) м с шагом в 3 м; d = 159, 219, 325 мм. Несомая нагрузка – (1-3,5) т. Стоимость одной – от 3500 руб. Хотя ее наконечник с винтом может быть не литым или кованым, а сварным из листового металла, сделать такую самостоятельно сложно, т.к. лопасть ее винта должна иметь не менее 2-х оборотов и, сужаясь, доходить почти до острия наконечника.

Кроме этих основных типов, в продажу поступает довольно широкий ассортимент специальных свай: с многовитковыми и многозаходными винтами, дополнительными лопастями, со встроенной дренажной системой, из химически стойких материалов, и т.п. Они дороги, в индивидуальном строительстве почти не находят применения, требуют сложной технологии монтажа фундамента. Поэтому просто упомянем, есть, мол, и такие.

Об оголовках

В продаже имеются сваи с наваренными на них монтажно-технологическими оголовками. Стоят они, разумеется, дороже. Нужно иметь в виду, что монтажный оголовок необходим только для сборки на сваях деревянных домов; в прочих случаях без него вполне можно обойтись: ростверк фундамента (см. далее) из металлопрофиля приваривают прямо к стволу сваи, ее заворачивание ручным способом производят, используя технологические отверстия, а легкое машинное, при помощи мини-экскаватора, специального технологического оголовка не требует. Как устроен оголовок сваи, на всякий случай показано на рис., на сваю 133 мм. Для свай других диаметров размеры плиты остаются неизменными.

Монтаж свай

Чтобы читатель мог заранее оценить свои силы и возможности, расскажем прежде о способах установки винтовых свай. В легких грунтах сваи длиной до 5 м можно заворачивать вручную. Для этого необходимы 3 человека: двое физически крепких и выносливых, а третий внимательный и с точным глазомером:

1. Ручным буром делают реперную скважину глубиной не менее 1,2 м.
2. Сваю вставляют в репер и отвесом выравнивают по вертикали.
3. В технологические отверстия сваи продевают лом, а на его концы надевают отрезки трубы большего диаметра одинаковой длины не менее 5-6 м. Охватывать сваю хомутом с проушинами и пристраивать ворот сбоку нельзя, иначе сваю неминуемо перекосит! Ось сваи и ось ворота должны пересекаться!
4. Сваю осторожно заворачивают, пока она не упрется в дно репера.
5. Окончательно выверяют вертикальность сваи, поджимая ее плечами и руками.
6. Заворачивают на штатную глубину; наблюдающий непрерывно контролирует вертикальность и подает команды буровикам, кому сильнее налечь, в какую сторону подать.

Допустимый перекос сваи длиной 5 м – 2 градуса. Чтобы закрутить ее с такой точностью на глазок, нужен довольно приличный опыт слаженной бригады. Особенно опасен случай, когда свая пойдет «не по резьбе», выровнять такую практически невозможно, а вывернуть обратно удается только с глубины не более 1,5 м в супеси или подзоле. Поэтому имеет смысл, прежде чем браться за фундамент, потренироваться где-то на задворках.

Примечание: о технологии монтажа собственно фундамента будет сказано далее.

Механическим способом сваи в индивидуальном строительстве заворачивают чаще всего мини-экскаватором со сваезаворачивателем, см. рис. Аренда или наем вместе с оператором такой машины стоят в несколько раз дешевле, чем «большой» спецтехники, а в обычные российские грунты он вгоняет сваю длиной до 12 м и диаметром до 159 мм. На заворачивание одной уходит 3-10 мин., смотря по грунту; вертикальность получается автоматически. Бортовая электроника некоторых моделей «мини-эков» может сопрягаться с лазерным нивелиром, так что и верхушки свай выйдут сразу в одну плоскость. В общем, оптимальный вариант.

Видео: ручное вкручивание свай под фундамент

Самодельные сваи

Для баньки 4х6 м с террасой понадобится примерно 20 свай. По деньгам – на 40 000 руб. самых дешевых, это не считая обвязки-ростверка. Достаточно опытный самодельщик сразу же сообразит, что их изготовление самостоятельно пусть и потребует немалого труда, но обойдется как минимум втрое дешевле, нужна только болгарка и сварочный аппарат: на обычных в средней полосе грунтах для одноразовой сваи массивный литой наконечник с толстым винтом не обязательны.

Пропорции самодельной винтовой сваи

Примечание: если сваи предназначены для забора, нужно взять D = (3,5-4,5)d, см. рис. справа. Иначе знакопеременные ветровые нагрузки на его полотно скоро расшатают конструкцию, ростверка-то нет. Из-за этого же и заглубление нужно брать в 1,5 раза больше обычного, т.е. 1,8 м.

 

 

 

 

 

Действительно, винтовые сваи для легких грунтов длиной до 4-6 м можно делать самому без сложных выкладок и расчетов. Для бани, сарая или забора такой будет достаточно. Ради простоты возьмем сваю с однооборотным винтом, расположенным целиком на стволе; ее чертеж с указанием нужных пропорций приведен на рис. справа. Трубы не обязательно брать из стандартного ряда диаметров свай, пойдут любые доступные; на заборные столбы – от 60 мм по наружи для штакетных или сетчатых заборов или от 80 мм для заборов сплошных деревянных, из профлиста или кованых. Металл на винт – сталь от 4 мм толщиной.

Как раскроить металлическое кольцо под винт, показано на рис. слева. Линия реза должна плавно переходить от касательной к внутреннему диаметру кольца до нее же к наружному. Тогда режущая кромка получится выпуклой и легче пойдет в грунт. А «рог» сбегающей кромки будет поджимать разрыхленный грунт к стволу сваи, до некоторой степени уплотняя его. Режущую кромку желательно заточить на простой клин.

При растягивании в спираль внутренний диаметр кольца уменьшится. При указанном на чертеже выше шаге винта его в заготовке нужно увеличить на 10%, плюс 3-4 мм технологического запаса. Например, для самых расхожих 108-мм свай получаем 121-122 мм. Собирают сваи вдвоем, технология сборки такова:

• Готовят выкройку винта;
• Надевают ее свободно на трубу;
• На конце трубы болгаркой вырезают треугольные фестоны, 3-6 смотря по диаметру трубы;
• Кувалдой сводят их в конус и проваривают стыки;
• Заготовку винта подводят к получившемуся наконечнику и сваркой прихватывают к стволу сваи внутренний край режущей кромки;
• Монтировкой растягивают заготовку винта в спираль, пока ее внутренний край не ляжет на трубу. Шаг винта при этом «подгуляет», но его значение не критично;
• Удерживая винт монтировкой, прихватывают внутренний край сбегающей кромки;
• Проваривают весь внутренний край лопасти винта.

Видео: изготовление самодельной сваи под забор

Ворота на сваях

Ворота на винтовых сваях потребуют некоторой дополнительной работы. Дело в том, что их створки воротные столбы или вовсе не нагружают, или нагружают гораздо слабее, чем полотно. Без дополнительного упора в грунт верха воротных столбов скоро разъедутся в стороны. Кстати, это же, только в меньшей степени, относится и к угловым столбам.

Справиться с проблемой несложно: вокруг столба, в стороны на 0,25-0,5 м копаем котлованчик глубиной на полтора-два штыка лопаты и по песчаной подушке в 10-15 см заливаем его бетоном. Бетонная чушка примет на себя горизонтальную часть раскачивающих столб нагрузок, а винт в глубине – вертикальную. Трубы на столбы нужны увеличенного диаметра, от 120 мм. Но учтите, это не полноценное бетонирование, нагружать чушку по вертикали нельзя!

Фундамент на винтовых сваях

Свайно-винтовой фундамент гораздо сложнее в исполнении, чем свайный забор. Поэтому сначала придется произвести некоторые подготовительные работы, цель которых – определить типоразмер свайных опор на данном грунте, затем расстояние между сваями и составить план-схему свайного поля под план здания. Только тогда можно будет приступать к монтажу фундамента.

Геология

На будущей стройплощадке конвертом, по углам и в центре, ручным буром проходим разведочные скважины глубиной 2,5 м. Бурим, разумеется, постепенно, чтобы бур не застрял. Чтобы проходка шла легче, бур берем диаметром поменьше. Разведочное бурение под ручное заворачивание свай считается успешным при совпадении следующих 3 факторов:

1. Во всех скважинах на глубине до 2 м встречен плотный суглинок.
2. Мощность его слоя не менее 0,7 м.
3. Валунов, толстых корней или строительного мусора не встречено ни в одной из скважин.

В противном случае – ничего не попишешь, придется либо устраивать фундамент другого типа, либо закупать дорогие спецсваи и нанимать мощную технику для их заворачивания.

Примечание: при отсутствии личного опыта в области строительной геологии полезно будет не полениться или нанять экскаватор, и выкопать на площадке котлован глубиной 2,5 м. Затем его дно планируют лопатой, вынимают кусок цельного, не разрыхленного грунта и отдают на анализ в ближайшую строительную лабораторию на предмет определения несущей способности. Можно также вызвать специалиста на место. Если несущая способность равна или превышает 2,5 кг/кв. см, то свайно-винтовой фундамент на этом участке можно делать под любые строения.

Расчет фундамента

Указанные выше значения несомой сваями нагрузки ориентировочные. Несущая способность сваи зависит от характера грунта еще и потому, что слабый грунт меньше мешает сваям изгибаться под действием веса здания. Для 1-2 этажных домов, не удорожая существенно фундамент, его можно рассчитывать по упрощенной методике:

• Определяем веса элементов конструкции здания;
• Учитываем снеговую, ветровую и бытовую нагрузки по обобщенным показателям;
• Производим сбор весов и определяем эффективную весовую нагрузку от здания;
• По общей площади здания и минимально допустимому расстоянию между сваями находим их максимально возможное количество;
• Исходя из несущей способности грунта в 2,5 кг/кв. м, рассчитываем общую площадь пяток свай;
• По ней и сведенному весу сооружения находим минимально допустимое количество свай;
• По ряду типоразмеров или пропорциям чертежа самодельной сваи определяем типоразмер сваи и их реальное число в свайном поле;
• Строим план свайного поля, придерживаясь в рамках предельных значений шага между сваями и принципа равномерного распределения весовой нагрузки;
• Строим план ростверка, стараясь равномерно распределить нагрузку от здания.

Эта методика дает несколько завышенное значение избыточности количества свай, но при однократном индивидуальном строительстве расходы возрастают всего на 5-7% Зато надежность фундамента будет гораздо выше и он окажется не так критичен к свойствам грунта, как смоделированный на компьютере по минимуму себестоимости.

О шаге свай

Минимально допустимый шаг винтовых свай на обычных в Средней России грунтах – 1,7 м. Между каждыми 2-мя сваями должно остаться не менее 0,5 м нетронутого верхнего слоя грунта, иначе весь фундамент поведет. Исключение – кусты свай под участками, дающими сосредоточенную нагрузку, напр. печью или колонной. Если сразу с поверхности идет слой грунта, слабо раздающийся в стороны при заворачивании сваи, напр. речной нанос, то минимальный шаг между сваями допустимо брать в 1,5 м, а для легких пристроек вроде веранды – в 1,2 м. Максимальный же шаг для одноэтажных домов распространенных типов составляет:

• 3 м для бревенчатых или из деревянного бруса, сборно-щитовых и каркасных домов.
• 2,5 м для домов из газобетона, пазогребневых блоков (ПГБ) и шлакоблоков.
• 2 м для кирпичных домов.

Веса частей конструкции

Типовые значения весов элементов конструкции здания составляют:

1. Стены каркасно-панельные толщиной до 150 мм – 30-20 кг/кв. м; бревенчатые – 600 кг/куб. м; газобетонные и ПГБ – 400-900 кг/куб. м; кирпичные – 600-1200 кг/куб. м в зависимости от вида кирпича, полно- или пустотелого.
2. Крыша из листовой стали – 20-30 кг/куб. м; рубероида – 30-50 кг/кв. м; шифера – 60-80 кг/кв. м.
3. Перекрытие деревянное с утеплителем плотностью 200 кг/куб. м – 70-100 кг/кв.м; цокольное по деревянным балкам с таким же утеплителем – 100-150 кг/кв. м; железобетонное монолитное – 500 кг/кв. м; то же, из пустотелых плит – 350 кг/кв. м.
4. Эксплуатационная нагрузка (люди, мебель, бытовая техника) – 100 кг/кв. м.

Площадь для расчета берется общая здания. Для бревенчатой бани 4х6 м с террасой 2х3 м, к примеру, весовая нагрузка оказывается около 10 т. «Легкая» банька.

Снег и ветер

Снеговую нагрузку принимают в 50 г/кв. м общей площади в Черноземье и южнее, 100 г/кв. м в средней полосе, от широты Новгорода до Архангельска 150 г/кв. м и 200 г/кв. м севернее. В Сибири – 100 г/кв. м до широты Новосибирска и 200 г/кв. м севернее. Ветровая нагрузка рассчитывается по формуле W = (40 + 15h)S, где h – высота здания от уровня грунта до конька крыши, а S – общая площадь дома.

Полученные значения умножают на коэффициент 1,3 для одноэтажного дома и 2 для двухэтажного и прибавляют к сумме весовых нагрузок. Это называется сведением или сбором весов. Для упомянутой баньки с потолком в 2,4 м без чердака получается значение около 17 тонн.

Сколько нужно свай?

Теперь произведем самый главный расчет – количества свай. Как уже сказано, считаем, что свая опирается только на пятку. Наша баня 4х6 м и при ней терраса 2х3 м, всего 30 квадратов общих. Минимальное расстояние между сваями 1,7 м, тогда каждая из них держит 0,85х0,85 = 0,7225 кв. м здания.

На угловые и периметральные сваи не влияют «конкурентки» извне, потому что их там просто нет. Это обстоятельство учитывается неким поправочным коэффициентом, который можно вывести по законам топологии. Для здания обычных пропорций его значение выйдет приблизительно равным отношению длинной стороны дома к короткой; в нашем случае 6/4 = 1,5. Тогда на сваю придется 0,7225х1,5 = 1,08375 кв. м.

Под общую площадь в 30 кв. м понадобится 30/1,08375 = 27,68 или, округлив, 28 свай. Вот их сколько можно в пределе, чтобы не ослабляли друг друга, напихать под нашу будочку, буде она не баня, а склад чугунных отливок. Но сведенный вес баньки, как мы помним, 17 000 кг, тогда на каждую сваю придется по 17 т/28 = 0,607 т.

Теперь смотрим по ТУ на сваи, или считаем сами, если знаем сопромат, какая труба длиной 3-5 м выдержит двойную осевую нагрузку такой величины, т.е. 0,607х2 = 1,214 т, без риска согнуться. Двойную, потому что нужно учесть неравномерное боковое давление пучинистого слоя грунта. Так или иначе, выходим на сваю СВ108, диаметром 108 мм. Диаметр ее пяты – 300 мм, это дает нам возможность подсчитать минимально необходимое количество свай.

Для расчета общей площади пяток сведенный вес в килограммах делим на несущую способность грунта (2,5 кг/кв. м в нашем случае). Для баньки получим 6800 кв. см. У пяты диаметром 300 мм опорная площадь 706 кв. см, т.е. под нагрузку в 17 000 кг нам понадобится не менее 10 свай. Теперь учитываем следующие обстоятельства:

• Каждый угол, наружный и внутренний, должен поддерживаться сваей. Раз баня с террасой, нужно уже 8 свай.
• В центре здания должна быть свая; раз там будет печка, ставим куст из 4 свай, итого 12.
• Как минимум по свае придется на каждую сторону бани, раз короткие стены длиннее предельного для дерева пролета между сваями в 3 м.
• Середину террасы подкрепим еще одной сваей. Теперь, всего на круг, вышло их 16, см. рис. справа. В стене с террасой расстояния между сваями оказались 1,5 м, что несколько меньше предельно допустимого. Если баня на песчаном берегу водоема, ничего страшного, этот грунт разрыхляется в стороны мало, см. выше. Если нет, нужен расчет по точным данным геологии. Возможно, придется изменить террасу.
• 17 т сведенного веса бани ложатся на 16 свай. Одна 108-мм свая в слабом грунте несет нагрузку в 2,1 т, а у нас на нее приходится 17 т/16 = 1,0625 т. Одну сваю пустим в технологический запас, т.е. ее пока не закупаем.
• Проверяем, в каком месте вилки количества свай мы оказались. Поскольку его максимум считается по площади, нужно брать не среднее арифметическое минимального и максимального числа свай, а их среднее геометрическое, т.е. значения перемножить, а затем из результата извлечь квадратный корень. Имеем: 28х10 = 280; 280^0,5 = 16,73; здесь мы оказались тоже около золотой середины. Бояться за баньку нечего.

Разумеется, для другого строения расчет будет иным, но принцип тот же: держась ближе к середине «вилки» допустимых расстояний между сваями, выбираем такой их тип, чтобы расчетная нагрузка составляла 0,4-0,6 максимальной как для сваи, так и для грунта. При этом свайный фундамент все равно окажется дешевле ленточного и будет не менее надежен.

Длина свай

Какой длины сваи брать, или делать? Здесь расчет совсем прост. Будем считать, что заглубление свай определено по данным геологии. Прибавим к нему наибольшую разность высот на стройплощадке, она определяется шланговым гидроуровнем. Следующая составляющая – минимально допустимая высота подпола; для деревянных зданий 0,5 м. Последняя компонента – запас на обрезку: при ручной закрутке слаженной опытной бригадой 10-15 см, при механической без лазера 30-35 см. Поскольку, мы, если уж завернем все сваи, станем в какой-то мере профи, берем среднее, 20 см. Сложив все вместе, и получим требуемую длину сваи. Если она выходит за пределы, взятые за основу расчета в пред. параграфе, считаем его снова и, если нужно, корректируем количество свай.

Монтаж свайного поля

Перед началом работ по монтажу свайного поля все сваи покрывают износостойкой грунтовкой по металлу в 2 слоя, второй после полного высыхания предыдущего. Затем сушат по ТУ на грунтовку. Без грунтования несущая способность свай упадет ниже предельно допустимой в нейтральных грунтах через 15-20 лет, а в кислых и щелочных через 10-12 лет.

Первой заворачивают сваю на самом возвышенном угле. Ее сразу же обрезают в размер возможно точнее, она будет репером для всех остальных. Далее заворачивают диагональную к ней, потом остальные угловые, от высших к низшим, потом периметральные тем же порядком, потом центральный куст, и самыми последними внутренние, если они есть.

Отметки под обрезку на сваях делаем от реперной по шланговому уровню. Он точнее, самый жесткий шнур на длине уже в 4 м провиснет более чем на 3 мм, что недопустимо. Лазерный нивелир еще точнее, но, во-первых, промежуточные сваи будут затенять луч. Во-вторых, трое пыхтящих от натуги мужиков наверняка повалят прибор, а повторная юстировка при отсутствии отдельных реперов на специально подготовленных опорах снизит точность до меньшей, чем дает гидроуровень.

Монтаж ростверка

Теперь необходимо произвести укрепление фундамента горизонтальными связями продольными и поперечными, т. наз. ростверк или обрешетку. Диагональные связи в таких конструкциях не применяются; прочности фундамента из сидящих в грунте труб они не повышают, только материал лишний на них уходит.

Ростверк повышает сопротивляемость фундамента как к вертикальным, так и к горизонтальным нагрузкам. Исключение – дома цельнодеревянные. Они достаточно хорошо «отыгрывают» деформирующие воздействия сами по себе, и такую деревянную коробку можно водрузить на совокупность отдельных свай. Упругая деревянная конструкция достаточно равномерно распределит свои внутренние нагрузки и сама.

Самые распространенные варианты ростверков показаны на рис. Первые 2 слева пригодны для любых сооружений. Они отличаются только профилем связей жесткости, двутавр-швеллер. Оголовки свай тут не нужны, да и бетонировать сваи в обычных грунтах необязательно; связи обрешетки просто приваривают к стволам свай. В грунтах кислых или щелочных при расчетном сроке эксплуатации более 25 лет сваи после сборки поля заливают бетоном М300, он изначально выпускается с антикоррозионными присадками.

На 3-й слева поз. показано устройство ростверка под брусовой, каркасный или сборно-щитовой дом. Как уже сказано, обвязки как таковой здесь нет, дом прикрепляется просто к оголовкам свай. Если строительство ведется на кислом/щелочном грунте, где сваи необходимо бетонировать, оголовки свай должны быть с отверстием под заливку раствора, либо к сваям покупаются отдельные наварные оголовки.

Фундамент на правой поз. в сущности уже не свайный, а ленточный, подкрепленный сваями. Такие применяются на торфянистых, заболоченных и др. плывущих грунтах. Сваи бетонируются обязательно, причем перед заливкой раствора в их стволы вставляют арматурную решетку наподобие тех, что в фонарных столбах, только меньшим основанием конуса вниз. Каждая свая заворачивается в свой котлован, чтобы ее оголовок был ниже уровня грунта на величину заглубления бетонной ленты. Для этого применяются т. наз. бурозабивные сваи специальной конструкции. Их заворачивают на 2/3, а затем добивают до нормы.

Примечание: бурозабивные сваи снизу постепенно коррозируют, но вследствие химического взаимодействия активных грунтов с металлом и бетоном взамен истаявшего наконечника нарастает довольно плотная «груша» нерастворимых гидроокислов, обеспечивающая хорошую поддержку здания.

Особую конструкцию представляет собой фундамент под бревенчатые строения. Дело в том, что сруб из бревен и дощатый или брусовой настил отрабатывают нагрузки совершенно по-разному и связывать их механически нельзя. Поэтому на сваи фундамента под такое здание обязательно наваривают металлический ростверк из швеллера, причем на сваях, на которые лягут бревна, швеллер должен быть тройным с подкосами, чтобы образовался мощный квадратный оголовок, см. рис.

В полках швеллеров заранее прорезают сваркой или просверливают отверстия под крепеж скобами или резьбовыми шпильками, диаметром и с шагом по ТУ на здание; обычно диаметром 20-30 мм и с шагом 600-1200 мм. Швеллер на ростверк берут от 80 мм. Зазоры между срубом и настилом пола конопатят и заделывают плинтусами.

Видео: процесс устройства свайно-винтового фундамента

Возведение строений

Под любое здание на свайном фундаменте, как и на любом другом, укладывают гидроизоляцию из рубероида. Под кирпичное или блочное строительство затем укладывают на фундамент бетонные плиты, а уже на них ведут кладку. Класть кирпичи, ПГБ или газобетон на швеллер нельзя, хоть бы он был вдвое шире стенки! Причина – металлопрофили под нагрузкой могут скручиваться. Для глаза незаметно и обратимо, но для кладочных стен любого вида эта деформация окажется разрушительной.

С деревянными домами другая проблема. Они слишком легки, и без дополнительного крепления их может сдвинуть с фундамента просто сильный ветер, не дожидаясь урагана или землетрясения. Поэтому деревянные строительные конструкции крепят к фундаменту согласно проекту здания, см. выше.

Цоколь и подпол

Свободная вентиляция подпола в здании на свайно-винтовом фундаменте обязательна, а застой воды там недопустим. Вместе с тем, пустота под домом никак не улучшает его внешнего вида, а зимой помещение через пол будет сильно выстуживаться. Поэтому оформлению цоколя здания и отводу влаги от него нужно уделить самое пристальное внимание.

Типовая схема оформления цоколя и отмостки для свайно-винтовых фундаментов приведена на рис. Зазор между дорожкой и декоративной обшивкой цоколя – 50-60 мм. Ширина вымостки плиткой – не менее 0,5 м. Если здание расположено на склоне, что свайный фундамент вполне позволяет, то части отмостки, приходящихся на верх склона и его борта, необходимо снаружи еще и обвести канавой-ливнеотводом.

Об изоляции пола

Серьезная проблема сборных деревянных жилых домов на сваях – зимнее выстуживание снизу. Изолироваться от него изнутри нельзя, точка росы будет регулярно попадать в толщу настила пола, и он загниет. Забить подпол утеплителем тоже нельзя, он должен проветриваться, иначе от стока конденсата вниз по сваям фундамент поведет. Собирать дом на уложенной по ростверку бетонной плите – теряются все преимущества свайно-винтового фундамента.

Приемлемое решение – на обрешетку фундамента по гидроизоляции уложить сначала деревянные брусья, хорошенько пропитанные сильным фунгицидом, а после него – водно-полимерной эмульсией, этот второй слой ростверка устранит мостики холода сквозь металл. А уже на брусья укладывают штатный настил дома, снизу его изолируют ЭППС слоем в 30-50 мм.

О подвале

В легких домах на винтовых сваях все-таки можно устраивать небольшие подвалы при выполнении некоторых условий:

• Во-первых, подвальная яма должна представлять собой бетонированную коробку с толщиной стенок и дна 70-100 мм. Верх подвальной коробки может быть легким, дощатым или из металлического листа, но обязательно закрытым, чтобы в подвале не образовывался вихрь при продувании подпола.
• Во-вторых, внешняя стенка подвального бункера должна быть не ближе 1,7 м к любой из свай, т.е. подвальчик получится тесным. И, наконец, лаз в подвал не должен создавать механической связи между подвальной коробкой и зданием. Тут возможны самые разные мягкие варианты вплоть до рукава из прокрашенной мешковины.

Видео: какой выбрать фундамент — ленточный, плитный, столбчатый, винтовые сваи

Вывод

Как видим, свайно-винтовой фундамент вовсе не так уж прост и дешев, как частенько пишут. И применим далеко не во всех случаях строительства. Тем не менее, для тех, кто не боится приложить руки, его сооружение нередко оказывается проще и дешевле традиционного бетонного, а сам фундамент надежнее. Особенно это касается фундамента для небольшой своей бани, тут свайно-винтовой фундамент вне конкуренции. Еще он совершенно незаменим при сооружении причалов и эллингов для мелких плавсредств, для возведения небольших мостиков в частных владениях, беседок, нависающих над водой (см. рис. в начале статьи) и т.п.

На сваях имеет смысл возводить жилые дома с ограниченным сроком эксплуатации. Что касается пригодности свайно-винтового фундамента для заболоченных грунтов, плывунов и разного рода неудобий вроде косогоров, то в индивидуальном строительстве это преимущество весьма относительное, в гиблых местах не селятся. В целом, свайно-винтовой фундамент не строительная панацея и не эпохальное изобретение, но во многих случаях может выручить.