Где используются свайно-винтовой фундамент

Свайно-винтовой фундамент — стальная труба с лопастью. Погружение выполняют ввинчиванием без выемки грунта. Проектирование ведут по СП 24.13330.2021 «Свайные фундаменты» (актуализированная версия СНиП 2.02.03-85). Ниже — перечень условий и объектов для применения таких фундаментов. Также указаны случаи, где их использование не допускается.

1. Склоны и участки с перепадом высот от 0.5 м на 10 м длины

Свайно-винтовой фундамент применяют при перепаде высот по фасаду здания ≥0.5 м. Ленточный фундамент в таких условиях требует террасирования склона и выемки ≥1.5 м³ грунта на погонный метр. Винтовые сваи компенсируют рельеф за счет разной высоты оголовка (от 0.2 м до 2.5 м).

По СП 24.13330.2021 (п. 7.2.5) для склонов с углом >8° используют узколопастные сваи с соотношением d/D = 0.6–0.8. Пример: ствол 108 мм, лопасть 135–180 мм. Обязателен расчет на горизонтальную нагрузку от бокового давления грунта.

При высоте ствола более 1.0 м проектируют металлические подкосы из швеллера №10–12 с шагом не более 2.0 м. Без подкосов отклонение сваи от вертикали допускается не более 0.5° на 1 м длины по ГОСТ Р 58033-2017.

2. Пучинистые грунты с нормативной глубиной промерзания ≥1.2 м

В суглинках и глинах текучей и тугопластичной консистенции силы морозного пучения (касательные — до 110 кПа, нормальные — до 200 кПа) поднимают мелкозаглубленные фундаменты на 8–15 см за зиму. Свайно-винтовой фундамент применяют при условии, что лопасть находится ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0.3 м.

Пример: при нормативной глубине 1.5 м лопасть заглубляют на 1.8–2.0 м. Используют широколопастные сваи (d/D ≤ 0.6): ствол 89 мм — лопасть 250 мм, ствол 108 мм — лопасть 300 мм. Несущую способность определяют по таблице 7.10 СП 24.13330.2021.

Для пучинистых грунтов коэффициент условий работы γ_c принимают 0.7–0.8 (вместо 1.0 для непучинистых). Пример расчета: суглинок тугопластичный с R = 40 т/м², площадь лопасти 0.07 м² дает 2.8 т. С γ_c = 0.7 получаем 1.96 т на сваю. Это требует увеличения числа опор в 1.4–1.6 раза.

3. Водонасыщенные и торфяные грунты с уровнем воды менее 0.5 м

При уровне грунтовых вод (УГВ) менее 0.5 м и мощности торфа до 3.0 м используют винтовые сваи длиной 2.5–4.0 м. Лопасть должна пройти торф и опереться на подстилающий минеральный грунт (суглинок, супесь, песок). Согласно СП 50-102-2003 (п. 7.3.12), сопротивление торфа под лопастью не учитывают — его обнуляют.

Пример: торф мощностью 1.8 м, под ним — суглинок полутвердый. Выбирают сваю длиной 2.5 м (ствол 108 мм, лопасть 300 мм). Контроль погружения — по моменту затяжки: для суглинка полутвердого крутящий момент должен достичь 280–350 Н·м.

При УГВ выше лопасти обязательна антикоррозионная защита: толщина цинка не менее 100 мкм по ГОСТ 9.305 или двухкомпонентное эпоксидное покрытие толщиной 300 мкм. Внутреннюю полость ствола заполняют бетоном класса В15 (осевая нагрузка — сжатие).

4. Объекты с нагрузкой на сваю от 1 до 14 тонн

Область применения ограничена нагрузками. Минимальная нагрузка — для заборов и шлагбаумов (0.5–1.5 т/свая). Максимальная — для двухэтажных домов с монолитными перекрытиями (до 14 т/сваю). Свыше 14 т на ствол 159 мм не применяют из-за риска изгиба ствола при горизонтальных нагрузках.

Ниже — соответствие между типом постройки, параметрами сваи и нагрузкой. Данные получены расчетом по СП 24.13330 для грунтов средней плотности (пески плотные, суглинки полутвердые, R = 40–60 т/м²).

При нагрузке более 14 т на одну сваю винтовые фундаменты не применяют. Переходят на забивные железобетонные сваи по ГОСТ 19804-2012 или буронабивные с уширением.

5. Линейные объекты и оборудование

Для опор ЛЭП напряжением до 35 кВ, опор освещения и контактной сети железных дорог используют винтовые сваи диаметром ствола 89–133 мм. Горизонтальная нагрузка (ветер, натяжение проводов) — не более 1.5 т на оголовок. Коэффициент условий работы по грунту для знакопеременных горизонтальных нагрузок принимают γ_c = 0.5 (таблица 7.10 СП 24.13330).

Для подстанций блочного типа массой до 20 т достаточно 4–6 свай 108×300 мм с шагом 1.2 м. При вибрационных нагрузках (компрессоры, насосы с частотой >25 Гц) винтовые сваи не применяют. Через 3–5 лет эксплуатации происходит вынос грунта из-под лопасти.

6. Условия, при которых свайно-винтовой фундамент не используют

Скальные грунты с прочностью на сжатие >5 МПа (известняк-ракушечник, гранит, базальт). Лопасть не ввинчивается, происходит загиб наконечника. Исключение: предварительное бурение лидерной скважины диаметром на 10–15 мм меньше лопасти с анкеровкой цементным раствором. Это увеличивает стоимость монтажа в 3–4 раза.

Плывуны (пески мелкие и пылеватые водонасыщенные с коэффициентом фильтрации >5 м/сут). При ввинчивании происходит разжижение грунта, несущая способность падает на 60–70%. Требуется статическое зондирование по ГОСТ 19912-2012 и расчет по таблице 7.17 СП 50-102-2003. При q_c (сопротивление конуса) <1.5 МПа винтовые сваи не применяют.

Многолетнемерзлые грунты (температура ниже 0°C в течение двух и более лет). Здесь используют только узколопастные многовитковые сваи (2–3 лопасти на стволе) с шагом витка 50–80 мм. По СП 25.13330.2020 (п. 6.4.2) такие сваи работают по принципу вмерзания. Однолопастные сваи не применяют — происходит потеря устойчивости при оттаивании верхнего слоя.

Агрессивные среды с pH < 4 (кислые торфяники, зоны химзаводов). Коррозия стали 09Г2С в таких условиях достигает 0.3–0.5 мм/год. Свая со стенкой 4 мм разрушается за 8–12 лет. Требуются сваи из нержавеющей стали 12Х18Н10Т или с толщиной стенки 8 мм + защитное покрытие 500 мкм полимочевины.

Высота оголовка над землей >2.0 м без диафрагм жесткости. При ветре 23 м/с (III ветровой район) возникает момент более 25 кН·м, что приводит к изгибу ствола. Максимальная свободная длина для сваи 159×5 мм — 1.8 м, для 108×4 мм — 1.2 м.

Резюме: свайно-винтовой фундамент применяют при перепаде высот ≥0.5 м, глубине промерзания ≥1.2 м, нагрузке от 1 до 14 т/сваю и отсутствии скальных, плывунных и агрессивных сред. Для каждого случая обязателен расчет по СП 24.13330.2021 с коэффициентом γ_c от 0.5 до 0.8.