Винтовые железобетонные сваи

Сравнительно недавно в области фундаментостроения появилось новое решение, которое предлагает использовать при возведении оснований зданий и сооружений винтовые сваи, изготовленные из железобетона.

Винтовая железобетонная свая напоминает стальную многовитковую

сваю внешне, однако изготавливается она из несущего металлического каркаса и бетона. При этом конструкция также имеет технологическое отверстие, которое позволяет использовать для ее погружения разные типы редукторов, и многовитковую лопасть, обеспечивающую заглубление в грунт.

Также считается, что срок службы винтовой железобетонной сваи больше, чем у металлических изделий. Однако стоит сказать, что это замечание справедливо только для случаев, когда толщина стенки ствола и лопасти стальной модификации назначаются без учета данных о коррозионной агрессивности грунтов площадки строительства. Если же указанные данные были учтены на этапе проектирования, то стальная конструкция по долговечности не уступит бетонной (подробнее).

Наряду с достоинствами у винтовых железобетонных свай есть и недостатки.

Для них невозможно выполнить качественную гидроизоляцию,

которая просто необходима всем железобетонным конструкциям, особенно в условиях, агрессивных к бетону, для длительной эффективной эксплуатации. Эта проблема еще больше осложняется тем, что возможность убедиться в том, что при изготовлении конструкций использовался бетон с требуемой маркой по водонепроницаемости, полностью отсутствует. А использование бетона с необходимыми характеристиками в то же время приведет к существенному увеличению стоимости ж/б изделий. Эти сваи также чувствительны к требованию по морозостойкости бетона. В приповерхностной зоне, где бетон постоянно водонасыщен, влияние циклов попеременного замерзания и оттаивания может привести к потере сечения и коррозии стальных элементов.

По типу работы в грунте данная конструкция относится к висячим сваям. То есть их несущая способность обеспечивается в первую очередь трением по боковой поверхности. Следовательно, при проектировании фундамента на их основе необходимо дополнительно выполнять расчеты на воздействие касательных сил морозного пучения.

На степень пучинистости влияют разные факторы, в том числе уровень расположения грунтовых вод. Так, если он расположен близко к отметке глубины промерзания, то ежегодное выпучивание фундаментной конструкции, которое измеряется в пучинистых грунтах десятками

сантиметров, может привести к подъему сваи через определенное время до нескольких метров. Кроме того, пучение грунта в разных его частях приводит к подъему на разную высоту, что вызывает неравномерные деформации фундамента. именно неравномерность деформаций всегда приводит к возникновению дополнительных усилий в конструкциях, что вызывает образование трещин или разрушение.

В связи с этим согласно обязательному приложению Ж «Расчет свайных фундаментов на воздействие сил морозного пучения» СП 24.13330 «Свайные фундаменты»:

К неотапливаемым сооружениям относят все строения, которые не оказывают теплового воздействия на грунт. Так как большинство строений на свайных фундаментах имеют высокий ростверк, и их пол не соприкасается с грунтом, они не оказывают теплового воздействия на грунт под ними.

Таким образом, для свайных фундаментов с высоким ростверком (исключением являются фундаменты из широколопастных винтовых свай, при установке которых лопасть располагается за глубиной промерзания, что позволяет ей противостоять негативному воздействию касательных сил морозного пучения) нужно обязательно выполнять расчет по устойчивости, подтверждающий, что удерживающие силы (собственный вес, полезная нагрузка, силы сопротивления, удерживающие сваю от выпучивания из-за трения ее боковой поверхности о талый грунт, лежащий ниже расчетной глубины промерзания) превосходят «выпучивающие» (касательные силы морозного пучения).

В случае касательных сил грунт примерзает к боковым стенкам фундамента, поднимая их за счет сил бокового трения, образовавшихся при смерзании. Примерзнув к стенкам фундамента, вспучивающийся грунт поднимает и фундамент, расслаивая его на части. Эти силы могут достигать 5-7 тс на квадратный метр боковой поверхности фундамента.

Формула расчета имеет вид:

Расчеты на действие сил морозного пучения в средне- и сильнопучинистых грунтах показывают, что для уравновешивания касательных сил морозного пучения для пригруженных сооружений нужна заделка в непучинистые грунты на глубину равную слою сезонного промерзания. Для непригруженных и легких сооружений – на глубину не менее 2 толщин сезоннопромерзающего слоя.

При нормативной глубине промерзания 1,5 м, минимальная глубина погружения свай составляет в средне- и сильнопучинистых грунтах:

Все эти замечания справедливы и для стальных узколопастных свай, которые в силу перечисленных особенностей рекомендованы для использования в особо плотных непучинистых грунтах. В то же время установка в подобные грунты может привести к разрушению лопастей железобетонной винтовой сваи при условии недостаточной прочности бетона.