Читать онлайн
Фундамент на винтовых сваях
Иван Николишин
© Иван Николишин, 2018
ISBN 978-5-4490-2759-7
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Введение
Сегодня технология возведения фундаментов на винтовых сваях набирает все большую популярность в строительстве самых различных объектов. У нее есть ряд преимуществ по сравнению с традиционными видами закладки фундаментов. Кроме того, технология винтовых свай стремительно развивается, и в будущем способна заменить многие из существующих традиционных технологий.
Это скромное пособие, надеемся, поможет ознакомиться с общими положениями строительства фундаментов на винтовых сваях. Мы познакомим читателя с конструкцией винтовых свай, с основами расчета и монтажа фундаментов на винтовых сваях, а также с возможностями их применения для строительства зданий и сооружений различного типа.
Часть 1. Винтовые сваи
Глава 1. История Развития технологии винтовых свай
Фундамент на винтовых сваях – относительно новый вид возведения основания под строящиеся здания. Только в последние десятилетия началось активное использование его в индивидуальном строительстве. Однако сама идея установки винтовых свай в качестве опор возникла достаточно давно – еще в начале 19-го века.
1. Разработки Митчелла
Идея использовать винтовые сваи возникла у английского инженера Александра Митчелла, а первые винтовые конструкции были установлены им в 1833 году. Идея Митчелла состояла в монтаже лопасти на конце обычных деревянных свай. Впоследствии в качестве тела свай начали применять и трубы. Данная лопасть позволяла не забивать сваю в грунт, как делалось раньше, а ввинчивать. В результате само внедрение опоры в землю значительно облегчалось, кроме того, лопасть, установленная на свае:
– Достигала устойчивых слоев грунта
– Давала дополнительную опору, увеличивая площадь соприкосновения с толщами грунта
– Для выдергивания сваи требовались очень большие нагрузки
Монтаж свай был достаточно трудоемким – обычно свая устанавливалась на плотах и вкручивалась усилиями лошадей с использованием длинных рычагов.
Идея монтировать лопасть на конце сваи возникла из разработки якорей, которые внедрялись с помощью завинчивания. Такой якорь было очень трудно выдернуть из грунта.
Конструкция первых винтовых свай
За свои изыскания Александр Митчелл был включен в Учреждение Инженеров-строителей и награжден медалью Телфорда. Первыми сооружениями, установленными Митчеллом, были осветительные конструкции в Лондоне, расположенные в зоне прилива-отлива.
Родоначальник технологии винтовых свай А. Митчел
Именно особенности британских земель, расположенных на островах, сыграли существенную роль в применении винтовых свай в дальнейшем – ведь такие грунты являются самыми проблемными для строителей. Не удивительно, что первыми областями применения винтовых свай стали конструкции фундамента под конструкции, построенные на заболоченных грунтах и зыбучих песках.
Особенно интересным оказалась установка маяков на винтовых сваях. В 1938 году под руководством Митчелла был заложен маяк на Темзе. В качестве фундамента под него использовались тяжелые свинцовые опоры с лопастями.
Так заворачивали первые винтовые сваи
Подобный маяк был установлен в сходных условиях заливе Делавер Соединенных Штатов в 1850-х годах. Здесь впервые в качестве тела сваи были использованы не толстые бревна, а металлические трубы. Лопасти были приварены к трубам, что сообщало конструкциям дополнительную жесткость по сравнению с деревянными. В последующие десятилетия этот революционный метод установки маяков был широко применен по всей Америке. В период с 1860 по 1872 год данным способом было установлено 18 морских пирсов. Число маяков в Америке, построенных с помощью винтовых свай перевалило 100 до конца века.
Старинный маяк на винтовых сваях
2. Использование винтовых свай в военной области
Идея винтовых свай оказалась очень востребованной в оборонных разработках. Этому способствовало, помимо всего прочего:
– Быстрота возведения фундаментов. Монтаж свай проводился в очень сжатые сроки по сравнению с использованными до той поры традиционными фундаментами.
– Возможность многократного использования свай. Сваи было легко монтировать и демонтировать, что особенно важно для быстрого развертывания и сворачивания стратегических объектов.
– Значительное удешевление свайных фундаментов по сравнению с традиционными.
– Возможность использования винтовых свай на любых почвах.
Военные инженеры высоко оценили возможности винтовых свай под оборонные сооружения, которые могли быстро возводиться в сложных условиях, особенно при возведении понтонов, легких мостов и тому подобных конструкций.
Надводное сооружение на винтовых сваях
3. Винтовые сваи в отечественных разработках
Российские ученые достаточно быстро начали усовершенствования разработок западных инженеров. Идея использовать свайно-винтовых фундамент была особенно актуальна для России с ее обширными территориями, с многочисленными реками, пучинистыми, заболоченными или, наоборот, обводненными грунтами.
Большой вклад в теорию винтовых свай внес российский ученый, занимавшийся прочностью гидротехнических построек, Владислав Дмыховский. Он научно обосновал преимущество свай с лопастями перед обычными забивными сваями на проблемных грунтах.
Другим исследователем, существенно продвинувшим теорию и технология использования винтовых свай, был советский ученый Виктор Железков. Ими были написаны более сотни статей, посвященных исследованию технологии свайных опор.
Именно российские ученые начали применять в изготовлении лопастей высокопрочные спецстали, что революционно сказалось на свойствах винтовых свай.
Особенное внимание российские ученые уделяли теории постройки мостовых сооружений с помощью свайно-винтовой технологии. Это было применено при монтаже рамно-винтовых опор мостов, ЛЭП и т. д.
Не удивительно, что разработки советских ученых были в первую очередь приняты на вооружение Красной Армией. Мало того, большинство исследований в этой области были засекречены, и именно поэтому свайно-винтовая технология не скоро появилась в гражданском строительстве.
Но в результате строители получили в свои руки уже отработанные технологии, где были заложены все необходимые расчеты.
В 50-60-х годах прошлого века в нашей стране было проделано большинство работ по усовершенствованию теории и практики винтовых свай. Огромный вклад в это внес ряд советских ученых, среди которых Г.С.Шапиро, Н.М.Бибина, Е.П.Крюков, И. И. Цурюпа и др. Были определены оптимальные технические параметры и геометрические формы винтовых свай, а также разработаны технологические основы их вкручивания в грунт, размеры и материал лопастей и т. д.
4. Использование винтовых свай в строительстве
Инициатором использования винтовых свай в строительстве называют известного советского ученого Сергея Петухова. Он не только трудился над теорией использования винтовых свай в качестве фундаментов, но и лично инициировал и популяризировал эти идеи. Именно его усилиями были сделаны все необходимые расчеты свай для малоэтажного строительства, особенно с учетом дачных застроек, весьма популярных в нашей стране.
Замена традиционных железобетонных фундаментов на свайно-винтовые значительно расширяла горизонты их применения – в первую очередь из-за существенного удешевления возведения фундаментов.
Технология винтовых свай развивается и в наши дни. Развитие идет по нескольким направлениям – применения лопастей из новых материалов, усовершенствование конструкции лопастей, применение разных типов трубы и т. д.
Так, советские ученые первыми предложили вариант лопасти, используемой теперь повсеместно.
Особенно сильный толчок развитию теории и практики свайно-винтовых фундаментов дало их использование в местах добычи полезных ископаемых, где преобладают сложные грунты. Все эти разработки впоследствии стали широко применяться и в строительстве.
История винтовых свай, таким образом, насчитывает более 150 лет. Однако принципы, заложенные в процессе монтажа и строении винтовых свай, остаются неизменными на протяжении всего этого периода. Простая конструкция и высокие возможности расширяют зоны применения винтовых свай в качестве фундаментов. Нет никакого сомнения, что перспективная технология будет развиваться и дальше.
Глава 2. Конструкция винтовых свай
Конструкция винтовой сваи не представляет собой какое-то слишком сложное инженерное изделие. Однако каждый элемент очень важен с точки зрения ее функциональных возможностей. Винтовая свая, как опора, должна легко ввинчиваться в груз и удерживать достаточно большой вес, особенно если это касается домов, возводимых на свайно-винтовом фундаменте.
1. Элементы винтовой сваи
Винтовые сваи имеют несколько разновидностей, служащих для установки в различные грунты и предназначенных для фундаментов разной мощности. Однако любой вид сваи имеет общие черты. Любая свая состоит из следующих элементов:
– Тело сваи в виде трубы
– Наконечник, обеспечивающий внедрение сваи в грунт
– Лопасть (одна или две), обеспечивающую продвижение сваи в грунт посредством крутящего момента, действующего на сваю
– Оголовок, необходимый для монтажа обвязки свайно-винтового фундамента
Отметим, что оголовки применяются обычно только при установке деревянной обвязки (ростверка) фундамента, тогда как для изготовления металлического ростверка можно обойтись без них.
Рассмотрим подробнее каждый из перечисленных элементов винтовой сваи.