Винтовая свая – это элемент быстровозводимого фундамента, погружаемый в практически любой грунт. Такие сваи производятся из стальной трубы различного диаметра со специальными лопастями для ввинчивания в массив как вручную, так и специальными машинами. Этот метод позволяет получить максимально прочный фундамент для любого объекта в кратчайшие сроки. Обширная сфера применения винтовых свай обуславливается невысокой стоимостью таких конструкций и минимальными затратами времени, необходимого для их монтажа. Ввиду ограниченной грузонесущей способности винтовых опор, такие фундаменты не используются для строительства домов из кирпича, однако при реализации любых других видов малоэтажного строительства, это один из лучших вариантов.

Винтовая свая – это стальная труба с лопастями, доходящими до 1 м в диаметре и длиной до 20 метров. Благодаря специальным машинам можно легко погрузить в грунт даже очень толстую сваю. Это обеспечивается конструкцией лопасти, которая начинается на острие и заканчивается на цилиндрической части ствола. По методу производства они делятся на литые винтовые сваи и сварные винтовые сваи.

Оборудование для механизированного монтажа винтовых свай представлено кабестанами – силовыми приводами гидравлического либо электрического действия, которые передают на свайную опору вращательные воздействия. Фиксация сваи в кабестане происходит за счет размещения конструкции в посадочном гнезде и ее закрепления шкворнем, продеваемым в монтажное отверстие.

Преимущества:

1) возможность использования во всех климатических поясах и в практически любом типе грунта;

2) отсутствие усадки со временем;

3) высокая надежность. При правильном монтаже свайный фундамент способен простоять без изменения структуры многие десятилетия;

4) монтаж в любых условиях в любое время года;

5) возведение фундамента без нарушения рельефа местности;

6) сразу после вкручивания можно приступать к возведению объекта без потери времени на «устойку».

К недостаткам можно отнести низкую коррозийную стойкость свай, что устраняется качественной обработкой металла специальными составами и невозможность применения технологии на скальных грунтах.

Путем пробного бурения уточняется состав грунта, после чего вычисляются размеры и количество свай для фундамента объекта. Спецтехникой на базе автомобильной бурильной машины производится погружение свай в грунт. В труднодоступных местах ввинчивание производится вручную. После погружения выполняется обрезка свайного поля по единому уровню. Заливка внутренних полостей свай бетонным раствором для повышения прочности фундамента, что актуально в случае сварных свай.

Маркировка: СВС 108(4)-300(5)-3 – свая винтовая сварная диаметром 108 мм, толщиной стенки 4 мм, диаметром лопасти 300 мм, толщиной лопасти 5 мм, длина винтовой сваи 3 м.

Сущность разрядно-импульсной технологии заключается в том, что скважину, заполненную мелкозернистым бетоном или цементным раствором, обрабатывают серией высоковольтных электрических разрядов. При этом возникает электрогидравлический эффект, в результате которого формируются ствол сваи или корень анкера, цементируется и уплотняется окружающий грунт. Первоначальный диаметр скважины (130-300 мм) в результате обработки расчетной серией разрядов может быть увеличен более чем в 2 раза, в зависимости от энергии, подаваемой в скважину, и гидрогеологических условий площадки. Окружающие грунты уплотняются, а пористость в зоне воздействия ударного импульса снижается. Для обработки бетонной смеси или цементного раствора электрическими разрядами используют генератор импульсных токов. Генератор соединяют с излучателем энергии, установленным в скважине, заполненной бетонной смесью. На этой стадии происходит преобразование запасенной электрической энергии в энергию электродинамических возмущений, что приводит к расширению канала разряда в парогазовую полость. Когда давление в полости станет меньше гидростатического давления бетонной смеси, начинается схлопывание полости. После разряда оценивают степень уплотнения грунта по осадке бетонной смеси относительно устья скважины.

Технология изготовления свай РИТ включает следующие операции:

1. Бурение скважины.

2. Заполнение скважины бетонной смесью или цементным раствором.

3. Обработка бетонной смеси или цементного раствора с использованием электроразрядной технологии на необходимых глубинах.

4. Погружение арматурного каркаса в скважину.

Преимущества разрядно-импульсной технологии:

1) применение легких малогабаритных установок позволяет вести работы из подвала, цокольного или первого этажей, не создавая неудобств жителям вышележащих этажей и окружающих зданий;

2) возможна проходка без обсадных труб в неустойчивых грунтах при оплывании стенок скважины.

3) несущая способность свай РИТ в 1,5-2,5 раза выше, чем у буровых свай.

4) высокая несущая способность свай РИТ обусловлена расширением ствола сваи; уплотнением грунта вокруг ствола и под пятой сваи; частичной цементацией песчаных грунтов вокруг ствола.

5) сопротивление грунта под пятой сваи увеличивается в 1,3-2 раза, а по боковой поверхности – в 1,2-1,5 раза.

6) одна из разновидностей электроразрядной технологии – магнитно-импульсная обработка бетонной смеси, которая позволяет существенно повысить прочность и однородность мелкозернистого бетона, качество и надежность сваи.

7) сваи РИТ с успехом применяются при реконструкции существующих и строительстве новых зданий и сооружений. Рекомендуемый наклон свай к вертикали не более 20°. + НЕДОСТАТКИ

Область применения свай РИТ:

1. Возведение свайных фундаментов при новом строительстве в стесненных условиях в непосредственной близости от существующих зданий.

2. Возведение ограждающих конструкций, аналогичных стенкам из касательных свай и стенам в грунте.

Использование свай РИТ в ограждающих конструкциях позволяет при минимальном извлечении грунта при бурении получить конструкцию, по жесткости и проницаемости практически не уступающую стене в грунте и способную, кроме того, нести достаточно большую вертикальную нагрузку. Благодаря тому, что грунт вокруг свай уплотняется, а пески к тому же и цементируются, появляется возможность устройства свай на относительно большом расстоянии друг от друга. Усиление существующих фундаментов путем передачи на сваи всей или части нагрузки от сооружения при изменении архитектурно-планировочных и конструктивных решений существующих зданий.

Сваи-стойки и висячие сваи.

По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяются на сваи-стойки и висячие сваи.

Сваи-стойки – сваи, прорезающие толщу слабых грунтов и опирающиеся на практически несжимаемые скальные или малосжимаемые грунты. Свая-стойка практически всю нагрузку на грунт передает через нижний конец, т.к. при малых вертикальных перемещениях сваи не возникают условия для проявления сил трения на ее боковой поверхности. Свая-стойка работает как сжатый стержень в упругой среде, ее несущая способность определяется либо прочностью материала сваи, либо сопротивлением грунта под ее нижним концом.

Висячие сваи (трения) – сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Под действием продольного усилия висячая свая получает вертикальные перемещения, достаточные для возникновения сил трения между сваей и грунтом. В результате нагрузка на основание передается как боковой поверхностью сваи, так и ее нижним концом. Несущая способность висячей сваи определяется суммой сопротивления сил трения по ее боковой поверхности и грунта под острием.

На практике разница заключается в длине железобетонной сваи. Опоры, работающие как стойки, имеют большую длину – их острие проходит пласт поверхностной низкоплотной почвы и упирается на несжимаемый грунт.

Несмотря на то, что устойчивость висячих свай достигается комбинированным способом – от сопротивления острию и трения стенок, общая надежность висячих свай меньше – они подвержены осадкам под воздействием сильных внешних нагрузок, тогда как сваи-стойки, за счет опирания на несжимаемый грунт, никогда не подвергаются осадке.

Для увеличения общей устойчивости фундамента висячие опоры нередко устанавливаются методом свайного куста – по 3-6 свай в непосредственной близости между собой. За счет такого размещения достигается дополнительное уплотнение почвы между столбами и, как следствие, растет сопротивление грунта к стенкам опор, также уменьшается средняя нагрузка, приходящаяся на одну сваю.

Сфера применения висячих свай и стоек – строительство фундаментов под возведение одноэтажных и многоэтажных построек. Сваи востребованы в областях жилого, промышленного и гидротехнического строительства.

Выбор способа работы фундаментных свай в почве выполняется на стадии проектирования основания. Исходной информацией тут являются характеристики грунта, которые проектировщик получает после проведения на объекте геологических исследований.

К грунтам, где необходимо использование свай-стоек, относится илистая, болотистая почва, торфяники, искусственно сформированные насыпи и подвижные грунты.

Определение глубины, на которую необходимо погружать сваи, чтобы они работали как стойки, производится на этапе геологических изысканий, в процессе которых бурятся пробные скважины и замеривается толщина поверхностного неустойчивого пласта грунта.

За несущий пласт почвы принимается твердый глинистый грунт, почва с большим количеством каменистых вкраплений либо горные породы, глубина залегания которых может варьироваться в пределах 5-15 метров.

Применяться в качестве опор-стоек и висячих опор могут любые виды железобетонных конструкций заводского производства.

Квадратные сваи – 5-20 м, круглые – 5-12 м.

Методы определение несущей способности свай при действии вертикальной и горизонтальной нагрузки: расчетный, испытанием свай статической и динамической нагрузкой, статическим зондированием, инвентарной сваей.

Расчет на нагрузку сваи-стойки проводится по 2-м условиям: по условию прочности материала ствола сваи и по условию прочности грунта под нижним концом сваи. За несущую способность сваи в проекте принимается меньшая величина. По прочности материала сваи рассчитываются как центрально сжатые стержни. При низком ростверке расчет ведется без учета продольного изгиба сваи, за исключением случаев залегания с поверхности мощных слоев очень слабых грунтов, а при высоком ростверке – с учетом продольного изгиба на участке сваи, не окруженный грунтом.

Расчет несущей способности висячих свай производится, как правило, только по прочности грунта, т.к. по прочности материала сваи она всегда заведомо выше. Сопротивление висячей сваи по грунту принято определять либо расчетом по таблицам СП, либо по результатам полевых исследований. Расчет по таблицам СП, широко применяемый в практике проектирования и известный под названием «практического метода», позволяет определять несущую способность по данным геологических испытаний. К полевым исследованиям относятся испытания свай динамическими и статическими нагрузками, а также испытания грунтов статическим зондированием и эталонной сваей.

Несущая способность одиночной сваи – это наибольшее силовое воздействие, которое может воспринять свая. Различают несущую способность сваи по условию прочности (и трещиностойкости) ее материала и по условию прочности грунтов, в которые она погружена.

Испытания динамической нагрузкой проводят для оценки несущей способности свай, погруженных молотами или вибропогружателями. Испытания динамической нагрузкой должны, как правило, проводиться тем же оборудованием, которое использовалось для погружения свай. Определение несущей способности производится по величине ее отказа на отметке, близкой к проектной.

Суть статического испытания: при испытании вертикальную нагрузку увеличивают ступенями, равными 1/10-1/15 от ожидаемого предельного сопротивления сваи. Каждая последующая ступень нагрузки прикладывается после условной стабилизации осадки сваи на предыдущей ступени. Осадка считается условно стабилизирующейся, если ее приращение не превышает 0,1 мм за 1 ч наблюдения для песчаных грунтов и за 2 часа для глинистых. По данным испытания вычерчивается график зависимости осадки от нагрузки, по которому определяется предельное сопротивление испытываемой сваи.

Статическое зондирование заключается во вдавливании в грунт стандартного зонда, состоящего из штанги с конусом на конце (диаметр основания конуса 36 мм, угол заострения 60°). Конструкция зонда позволяет измерять не только общее сопротивление его погружению, но и величину лобового сопротивления конуса. Учитывая, что характер деформации грунтов при вдавливании свай и при погружении конического зонда статической нагрузкой аналогичен, полученные данные о сопротивлении грунта вдавливанию зонда можно использовать для определения предельных сопротивлений.

Наряду с зондами для определения несущей способности свай используются также специальные эталонные сваи сечением 10 х10 см двух типов, один из которых позволяет замерять сопротивление грунта только под острием эталонной сваи, а второй – под острием и по ее боковой поверхности.