Винтовые сваи при строительстве жилых зданий

Производители винтовых свай и строительные компании в большинстве случаев утверждают, что стальные винтовые сваи – это универсальный вид фундамента, подходящий для любых даже самых сложных грунтов, который будет готов за один день, и прослужит верой и правдой не менее 85-100 лет. 

Устройство фундаментов на основе винтовых свай очень привлекательно и выгодно, в первую очередь их производителям и строителям, которые тратят на строительство фундамента не месяц-два, а всего пару дней. А вот в том, нужна ли такая скорость строительства самому будущему домовладельцу? Но разбираться в ситуации с винтовыми сваями будет затруднительно, потому что в России отсутствуют официальные нормативы и рекомендации по применению винтовых свай в малоэтажном загородном строительстве.

История создания винтовых свай насчитывает почти 200 лет. В 1833 году в Ирландии полуслепой с молодых лет инженер Александр Митчелл (1780-1868) получил патент на "Винтовые сваи Митчелла". Такие винтовые сваи можно было использовать в подвижных слабонесущих песках, под водой, в илистой почве. Первым строением, возведенным на винтовых сваях, стал маяк Спитбэнк близ Корк Харбор в Англии. Этот маяк сохранился до сих пор. Его фундамент был выполнен в виде свай с чугунными винтовыми литыми наконечниками, закручиваемыми в грунт. 

Ирландский инженер "Апостол винтовых свай" Александр Митчелл в возрасте 86 лет.

Идеи Митчелла были воплощены при строительстве маяков на винтовых сваях в устье Темзы, причалов на винтовых сваях в Кортаун в графстве Уэксфорд, а также при строительстве на более 150 маяков на подводных винтовых сваях в Северной Америке. На винтовых сваях строились мосты и путепроводы на железной дороге в Барода и в Бомбее. Также винтовые сваи были использованы при установке опор для телеграфной сети в Индии. Кстати, Арнольд Митчелл являлся держателем патента на знакомый всем гребной винт, который он запатентовал в качестве движителя для кораблей в 1854 году.

Бесспорным преимуществом винтовых свай является высокая технологичность и скорость их установки. Естественно, что в западных странах никто не вкручивает винтовые сваи вручную, тем более что размеры винтовых свай для промышленного использования таковы, что ручная их установка невозможна даже теоретически. Для установки винтовых свай используется специальные ротационные насадки на стандартные большие и малые экскаваторы и другие средства механизации.

Стоимость фундаментов из винтовых свай, как правило, меньше стоимости фундаментов из буровых железобетонных свай или других видов железобетонных фундаментов, в том числе за счет минимизации земельных работ.

Установленная винтовая свая сразу же готова к использованию: даже при бетонировании внутреннего просвета ствола сваи нет необходимости ждать, когда бетонный камень наберет марочную прочность, так как нагрузки воспринимаются стальной оболочкой сваи.
Винтовые сваи всепогодны: они могут устанавливаться при широком диапазоне температур окружающей среды (от минус 35 градусов Цельсия до плюс 35 градусов Цельсия).

Винтовые сваи не боятся высокого уровня грунтовых вод, не требуют осушения строительной площадки, не боятся набухающих грунтов.При перечислении всех достоинств винтовых свай не стоит забывать, что все их преимущества относятся исключительно к фундаментам из промышленно произведенных стальных винтовых свай, параметры и качество которых регулируются Международными строительными нормами ICC AC358 Helical Foundation Acceptance Criteria (Критерии приемлемости фундаментов на основе винтовых свай) и вводит ряд ограничений:

1. Пункт 1.2.1 ICC AC358 ограничивает использование винтовых свай только для строений и конструкций класса сейсмостойкости от А (конструкция для сейсмобезопасных районов) до С (конструкция для районов с умеренной сейсмической активностью).
2. Пункт 1.2.2 ICC AC358 перечисляет условия, в которых стальные винтовые сваи не могут использоваться:

• в грунтах с удельным электрическим сопротивлением менее 1000 Ом-см (из-за высокой скорости электрохимической коррозии стали);
• в грунтах с pH менее 5,5 (по тем же причинам), к которым, например, относится торф;
• в грунтах с высоким содержанием органических компонентов (по тем же причинам);
• в грунтах с сульфатацией более 1000 ppm (сульфаты в грунте опасны и для незащищенного бетона железобетонных свай);
• на полигонах с отходами, мусором, отвалами грунта;
• на грунтах, содержащих шахтные отвалы;
• на грунтах, не обеспечивающих боковой поддержки свай (например, торф, рыхлые пылеватые пески и т.п.).

Также винтовые сваи недопустимо использовать в грунтах, содержащих включения, способные повредить лопасти или ствол винтовой сваи при установке: в каменистых грунтах, на отвалах строительного мусора и шлака.

Фундамент из винтовых свай относятся к заглубленным фундаментам. Для заглубленных фундаментов должно выполняться условие об обязательной боковой поддержке грунтов. Для не связанных между собой в группы винтовых свай, выступающих над поверхностью земли, устанавливаемых в воде или текучих грунтах должно выполняться следующее условие, прописанное в п. 1810.2.1 Международного строительного кода IBC: свая должна быть заглублена в плотные грунты минимум на 1542 мм, а в мягкие - минимум на 3048 мм.

Скажем, установка винтовой сваи глубиной 2,5 м в торфяной грунт, залегающий на глубину 2 м – является недопустимой, так как такая свая будет лишена требуемой боковой поддержки грунтов. Впрочем, использование стальных винтовых свай в торфяных грунтах без защиты от коррозии также недопустимо из-за потенциально быстрой коррозии в органических грунтах с высокой электропроводностью. 

Как это не смешно звучит, во многих случаях при строительстве временных сооружений на торфяном грунте свайный фундамент из антисептированных деревянных свай прослужит дольше, чем фундамент из не оцинкованных стальных свай. Недаром конструкции фундаментов из деревянных свай до сих пор включены в Международный строительный код.

В западной инженерно-строительной литературе, указывается на необходимость проведения расчетов толщины металла стенок винтовых свай исходя из нагрузок на сваю и условий ее эксплуатации. Ведущим фактором после нагрузок, определяющим толщину металла ствола сваи, является прогнозируемое уменьшение толщины металла в результате коррозии, что определяет срок службы стальной винтовой сваи. Исходя из коррозионной стойкости, в международном стандарте ICC AC358 Helical Foundation Acceptance Criteria предъявляются следующие требования к элементам конструкции винтовой сваи:

• Толщина лопастей винтовой сваи должная составлять от 9,5 до 12,5 мм[таблица №3, ICC AC358].
• Лопасти винтовой сваи должны иметь диаметр от 8 до 14 дюймов (от 20 до 35 см).
• Минимальная толщина стенки ствола винтовой сваи в неагрессивных грунтах – 8 мм.
• Минимальная толщина стенки ствола винтовой сваи в агрессивных грунтах – 9,5 мм.
• При высокой коррозионной активности грунтов требуется использование оцинкованных стальных винтовых свай, использование цинковых анодов.
• Минимальная толщина полимерного покрытия винтовой сваи – 0,4 мм [пункт 3.9 ICC AC358].

Еще одним важным аспектом ускорения коррозии винтовых свай является широко распространенная в России практика «обваривания» стальных винтовых свай связями из стальных швеллеров, двутавров и уголков. Устройство связей между сваями действительно необходимо при установке свай на грунтах со слабой боковой поддержкой. Однако при этом не должно возникать гальванической связи между сваями и другими токопроводящими элементами конструкций здания. 

Объединение всех стальных свай в одну электрическую систему проводниками приводит к ускорению электрохимической коррозии из-за имеющейся разницы электрических потенциалов участков грунта, отличающихся по физическому и химическому составу. В пункте 3.9 ICC AC358 говорится, винтовые сваи также не должны иметь гальванической связи с другими стальными строительными элементами, арматурой железобетонных конструкций, так как возникающие блуждающие токи также способствуют ускоренной коррозии. В пункте 3.9 ICC AC358 говорится о том, что при устройстве свайных фундаментов нельзя оцинкованные элементы нельзя совмещать с неоцинкованным. 

Исходя из представленных данных, если коррозионная агрессивность грунтов на вашем участке неизвестна, то рекомендуется использовать сваи со стволом горячей оцинковки и толщиной стенок ствола сваи не менее 8-9,5 мм.

Большинство производимых в России стальных винтовых свай имеет толщину стенки всего 3-4 мм и символическое антикоррозионное покрытие, которое часто не выдерживает даже нагрузок при транспортировке свай. Винтовые сваи производят из сварных труб, хотя коррозионная стойкость таких труб ниже, чем бесшовных горячекатаных. 

В справочнике «Сваи и свайные фундаменты», выпущенном в СССР в 1977 году, утверждалось, что ствол сваи должен быть изготовлен из бесшовной трубы, произведенной методом горячего проката, с толщиной стенок не менее 10-14 мм. Однако в современном российском строительном стандарте СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» такой параметр, как толщина стенок ствола винтовой сваи, вообще не рассматривается и не нормируется. Следует принимать во внимание толщину металла не только ствола сваи, но и ее лопастей. 

При строительстве временных или легких объектов допустимо использовать сваи с лопастями тоньше 5 мм. При возведении крупных сооружений, рассчитанных на длительную эксплуатацию, международный стандарт рекомендует применять сваи, толщина лопастей которых составляет 9.5-12.5 мм.

Безусловно, винтовые сваи имеют свои положительные характеристики, но фундамент очень важный элемент дома и относится к его строительству, необходимо понимая и осознавая всю ответственность за принимаемые решения.