Свайные фундаменты — востребованный вид оснований, позволяющий вести строительства на территориях со слабыми и нестабильными грунтами. Сваи предназначены для передачи нагрузки на пласты грунта с высокой несущей способностью путем прорезания слоев недостаточно плотной консистенции. Сваи удерживаются в грунте двумя основными силами: опорным давлением и трением по боковой поверхности. На величину передачу усилия через боковое трение влияет длина сваи: чем глубже опора погружена в землю, тем больший вес она выдерживает. Степень опорного давления зависит от площади нижнего конца сваи. Для забивных свай она определяется преимущественно диаметром ствола.
Опорная сила винтовых свай рассчитывается в зависимости не только от диаметра, но и от параметров лопастей винтовой части — ширины, толщины и количества витков.
Ширина
По ширине лопасти винтовые сваи подразделяются на узколопастные и широколопастные. Ширина лопастей обычно исчисляется по отношению к диаметру ствола.
Узколопастными считаются сваи, у которых ширина лопасти составляет не более 1,5 диаметра стволовой части. Конфигурация винта узколопастной сваи чаще имеет вид спирали, обернутой вокруг наконечника и иногда поднимающейся вверх по стволу. Несущая способность свай с узкой лопастью в значительной степени поддерживается силами бокового трения, грунт в процессе их закручивания уплотняется вокруг ствола. Узколопастные сваи легче монтировать:
- В глубоко промерзающих почвах;
- Скалистых твердых грунтах;
- Каменистых грунтах в вкраплениями мелких обломков или строительного мусора;
- Лесистых участках со множеством корней.
Широколопастные сваи имеют размер лопастей, превосходящий диаметр сваи более, чем в полтора раза. Они приобретают устойчивость за счет увеличения площади опирания на плотные слои грунта, легко проходя сквозь рыхлые и мягкие породы при закручивании. Широколопастные сваи подходят для поверхностных грунтов из песчаных, торфяных и глинистых пород. С увеличением ширины лопасти несущая способность таких свай возрастает.
Правильный выбор конфигурации лопасти, наряду с ее шириной, позволяет использовать структуру грунта для усиления устойчивости конструкции. Предварительные геологические изыскания предоставляют для этого наиболее надежные основания.
Толщина
Толщина лопастей винтовых свай, также как и толщина стенок ствола, во многом определяет прочность и долговечность фундамента. Чем толще лопасть, тем более устойчива она к нагрузкам. Но слишком большая толщина повышает металлоемкость и может затруднить процесс закручивания, поэтому важен баланс между надежностью, экономичностью и функциональностью.
Толщина лопасти должна быть пропорциональной ее ширине и диаметру сваи. У тонких свай диаметром 57 мм, предназначенных для легких заборов и строений, лопасть может иметь толщину 3 мм. Наиболее употребимые в индивидуальном строительстве опоры с диаметрами 76, 89, 108 мм изготавливаются с лопастями толщиной в 4 или 5 мм. Сваи для тяжелых капитальных объектов диаметром более 133 мм, снабжаются лопастями толщиной от 6 мм.
Количество витков или лопастей
Широколопастные сваи чаще всего имеют одну лопасть с витком в 1,25 оборота. Встречаются также варианты свай с двумя и тремя лопастями, аналогичными первой и расположенных одна над другой по стволу с определенным шагом. Количество лопастей в данном случае не столько увеличивает опорную площадь, сколько облегчает закручивание на большую глубину в слабых грунтах. Важный момент при работе с многолопастными сваями — необходимость увеличения глубины погружения. Все лопасти, включая верхнюю, должны быть закручены ниже уровня промерзания, иначе силы морозного пучения могут деформировать сваю.
Для узколопастных свай спирального типа количество витков подбирается в зависимости от проектных нагрузок. Для повышения несущей способности сваи важно не только число витков, но также угол наклона по отношению к стволу и расстояние между витками.
