Глубина вкручивания винтовых свай – ключевой фактор, влияющий на устойчивость свайно-винтового фундамента. Именно правильно выбранная глубина установки опоры определяет несущую способность сваи. Расчёт глубины погружения различных типов свай в грунт выполняется на основе СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты», утвержденных 15 января 2022 года. Глубина погружения нижнего конца сваи зависит от расчётных сопротивлений грунта, действующих на нижнюю часть опоры.
Погружению сваи в грунт препятствуют две силы:
- сопротивление грунта в месте контакта с лопастью;
- силы упругости, действующие на стенки металлического стержня.
Чем выше сопротивление грунта, тем выше требования к прочности опоры.
Очень важно, чтобы при ввинчивании сваи лопасть гарантированно достигла самых плотных слоёв грунта, т.к. силы упругости, обеспечивающие устойчивость элемента, в них максимальны.
Факторы, влияющие на глубину погружения свай
При проектировании свайных фундаментов рассчитывается математическая модель, позволяющая спрогнозировать поведение опор при воздействии статической нагрузки от строения. Учитываются абсолютно все факторы: жёсткость оголовка, связывающего сваи, толщина стали, площадь лопастей винтов.
При расчётах принимаются во внимание:
- гидрологические особенности почвы;
- конструктивные особенности опор;
- грунтовые условия на строительной площадке;
- объём шлама под лопастями винта.
Математическая модель фундамента рассчитывается таким образом, чтобы допустимая погрешность округлялась только в сторону увеличения запаса надёжности конструкции.
Несущая способность лопасти винтовой сваи зависит от удельного сцепления грунта в рабочей области, глубины залегания, площади проекции лопасти на грунт, учитываемой по наружному диаметру.
Помимо этого учитываются и архитектурные особенности здания: общая площадь, этажность, прочность, плотность и твёрдость строительных материалов.
Выбор длины винтовых свай
Чем ниже располагается слой грунта, тем выше его плотность. Это объясняется, в первую очередь, силами давления более высоких слоёв почвы. Обычно плотный грунт пролегает на глубине 1,5-2,0 метра. Более точное значение определяется при пробном вкручивании сваи. Как только винтовая опора начнёт испытывать значительные усилия заглублению, значит, лопасть достигла максимально плотного грунта. Как правило, усреднённая величина пролегания твёрдых грунтов составляет 1,8 м. Именно на эту глубину рекомендуется ввинчивать сваи.
Несущая способность винтовой сваи зависит от:
- периметра поперечного сечения опоры;
- расчётного сопротивления грунта;
- длины части ствола, погруженной в грунт;
- диаметра лопасти.
Требованиями государственных стандартов оговаривается, что глубина погружения лопасти сваи должна составлять не менее 5d на глинистых грунтах и не менее 6d на песках (d-диаметр лопасти). Т.е. при диаметре лопасти 200 мм минимальная глубина погружения для таких почв должна составлять 1,0 м и 1,2 м соответственно.
Расчётная длина сваи должна быть такой, чтобы наконечник опирался на твёрдый грунт. Глубина его залегания определяется в каждом конкретном случае индивидуально: либо по данным геологических изысканий, либо пробным ввинчиванием. Иногда бывает достаточно «поверхностной диагностики»: если при ввинчивании опоры в самой низкой точке участка плотный песчаный или глинистый грунт начинается на глубине до 1,0 м, то можно устанавливать опоры длиной 2,0 м.
Особенности монтажа винтовых свай
Ввинчивание свай выполняется на глубину ниже уровня промерзания грунта. Это необходимо для исключения так называемого «поплавкового эффекта», возникающего при морозном пучении. Почва, замерзая, расширяется и стремится вытолкнуть металлический элемент на поверхность.
Во внутреннюю полость установленной сваи заливается бетонный раствор. Вопреки расхожим мнениям, он никак не влияет на несущую способность опор. После застывания бетон полностью герметизирует внутреннее пространство, исключая проникновение внутрь сваи грунтовых вод и последующую коррозию.
После установки свай их связывают между собой оголовком. В качестве оголовка применяется швеллер или двутавр. Он не только придаёт конструкции жёсткость, но и позволяет равномерно распределить статическую нагрузку от веса строения на каждую опору. Фиксацию частей оголовка производят с помощью сварки. Остывшие сварочные швы зачищаются и покрываются антикоррозийными составами.
При ввинчивании свай важно соблюдать предельный угол вертикального отклонения. Он не должен превышать 1-20. Свая, имеющая отклонение выше допустимого, будет испытывать повышенные нагрузки и в процессе эксплуатации может деформироваться.
