Гвинтові палі.

Введення

При зведенні фундаментів найскладніша проблема – слабкі грунти. До цієї категорії відносяться слабкі глинисті грунти, пухкі піски, лесові, грунти з органічними домішками, вічна мерзлота. Одне з рішень цієї проблеми – фундамент з гвинтових паль.

По класифікації Дсту сваї поділяються на висячі і стійки. Принцип дії перше – створення опори за рахунок сил тертя між палею і грунтом. Принцип друге – передача навантаження на сильні грунти. Гвинтові палі можуть працювати в обох варіантах.

Гвинтові паля – це, по суті, великий саморіз. Вгвинчуючись, вона не розпушує, а ущільнює грунт. Якщо паля входить в сильний грунт, вона стає палею-стійкою. Збільшена площа наконечника в цьому випадку і збільшує площу опори. Для висячої палі головний критерій – площа її поверхні. Збільшення поверхні за рахунок «гвинта» спричиняє збільшення здатності нести навантаження.

Рис. 1. Будинок з фундаментом на гвинтових палях.

Типи ґрунтів для застосування гвинтових паль

Головна характеристика проблемних грунтів – їх нестійкість. Причин може бути декілька:

• насиченість водою;
• недостатнє зчеплення частинок ґрунту один з одним;
• зміна фізичних характеристик при дії природних факторів;
• вічна мерзлота.

Прояви нестійкості грунтів:

• пучинистість – збільшення об'єму ґрунту при його промерзанні;
• збільшена пластичність;
• виникнення в ґрунті порожнин;
• відтавання грунту в умовах вічної мерзлоти.

Рис. 2. Арктична станція на гвинтових палях. Фото з сайту ecopan50.ru.

Більш серйозно і ґрунтовно ознайомитися з типами грунтів можна в ГОСТ 25100-2011.

Будівництво фундаменту на гвинтових палях можливо для всіх видів дисперсних грунтів, але не для всіх видів застосування такого фундаменту є доцільним.

Типи гвинтових паль

В даний час є два різних по конструкції виду паль: труба (стовбур) з привареними лопатями і порожній сталевий стрижень, в якому верхня циліндрична частина переходить у конус.

1. Труба (стовбур) з привареними лопатями

Рис. 3. Гвинтові паля — труба (стовбур) з привареними лопатями. Фото з сайту rusvai.ru.

Можливі модифікації даної конструкції:

1. збільшення числа гвинтових лопатей;
2. збільшення діаметра лопаті;
3. різний крок гвинта;
4. різна технологія виготовлення наконечника: лиття або зварювання;
5. спеціальна форма наконечника.

Рис. 4. Гвинтові паля з трьома лопатями.

Рис. 5. Види гвинтових паль. Фото з сайту moifundament.ru.

2. Порожній сталевий стрижень

Другий тип — це порожнистий сталевий стрижень, в якому верхня циліндрична частина переходить у конус. По всій поверхні конуса проходить різьблення із сталевої смуги.

Рис. 6. Гвинтові паля-саморіз. Фото з сайту domina27.narod.ru.

Модифікації в даному випадку обмежуються відсутністю або наявністю оголовків і їх формою.

Рис. 7. Оголовки гвинтових паль. Фото з сайту mehzavod.info.

Вплив на якість і відповідно ціну має антикорозійне покриття палі. Найбільш поширені методи захисту – цинкування та фарбування.

Матеріали для виготовлення гвинтових паль

Основний матеріал для виготовлення гвинтових паль – конструкційна нелегированная або низьколегована сталь.

Марки стали Сніпами не обумовлюються і виробники керуються технічними умовами власної розробки, в яких завжди є пункт про їх зміну за погодженням із замовником. Найбільш часто використовуються сталі марок Ст3, Ст20, Ст35, 09Г2С.

В Інтернеті зустрічаються пропозиції з виготовлення гвинтових паль з нержавіючої сталі і їх вартість раз в 6 вище звичайних. Практичність такої пропозиції сумнівна, оскільки невисока ціна – одне з переваг фундаменту на гвинтових палях, а при шестикратному подорожчанні знайдуться альтернативні і більш практичні рішення.

Основа гвинтової палі – труба. Її діаметри у всіх виробників однакові і визначаються лінійкою сортаменту трубопрокатних заводів, яка прив'язана до ГОСТам.

Далі справа йде складніше. Технічні умови виготовлювачів гвинтових паль дуже різні. Товщина стінки варіюється від 3,5 мм до 12мм. У деяких труба безшовна, в інших зварна. Є з прямим і зі спіральним швом.

Простіше йде справа з антикорозійним покриттям, яке наноситься згідно Гост 21.513-83.

Критерії надійності гвинтових паль

На першому місці стоїть проектування. Даний процес припускає вивчення геології ділянки, вибір типу паль і розрахунок фундаменту (кількість паль і крок між ними).

Захисна обробка металу роль грає, але зовсім не першочергове. Головним показником надійності завжди буде товщина металу.

На другому місці – якість зварних швів. Природно, чим їх менше – тим краще. Саме тому суцільнотягнені труби краще. На ринку є пропозиції паль з труб НКТ (насосно-компресорні труби) – це хороший для замовника варіант. З цієї ж причини краще палі з наконечником литим, а не зварним.

Процес корозії металу в грунтах вивчений дуже добре. Для різних ґрунтів показники різні, тому говорити про якихось універсальних термінах придатності гвинтових паль некоректно.

Корозія металу неможлива без доступу кисню. Чим глибше знаходиться ділянка палі, тим менше він піддається окисленню. Найбільш вразливе місце – верхній шар грунту.

Більшість матеріалів для захисту паль методом фарбування нові, тому статистики їх багаторічного використання не існує. З цинковим покриттям все йде по-іншому: технологія існує понад 100 років і добре опрацьована, тому вона більш краща.

Переваги фундаменту на гвинтових палях

Головне достоїнство – сама можливість створити фундамент, вклавшись у розумну суму. Є різновиди грунтів і є рельєфи ділянок, де вартість інших варіантів буде відрізнятися в рази (а іноді на порядок) у велику бік.

Основні плюси:

• Швидкість монтажу;
• Всепогодность, а взимку може вийти і дешевше;
• Відсутність земляних робіт;
• При необхідності роботу можна виконати не залучаючи важку техніку;
• Близьке сусідство інших будівель істотної ролі не грає. Відстань у кілька десятків сантиметрів буде достатнім;
• Завжди зберігається можливість збільшення фундаменту для спорудження прибудови;
• Монтаж гвинтових паль не зажадає вирубки дерев на ділянці.

Для монтажу гвинтового фундаменту не потрібно під'їзних шляхів. Якщо загвинчувати палі вручну – це правда. А ось для решти будівництва і головне для проживання — дорога знадобиться.

Недоліки фундаменту на гвинтових палях

Російський сектор ринку гвинтових паль має свою специфіку. Його головна біда – велика кількість виробників.

Є виробники без Гостів, ВТК і технологічних карт.

В кустарних умовах не робиться гаряче цинкування, не робляться палі другого типу «циліндр переходить в гвинтовий конус», не робляться литі наконечники.

Також необхідно враховувати такі особливості технології:

• Відсутність підвалу
• Необхідність утеплення комунікацій
• Іноді (валун на шляху) – неможливість вкрутити палю в наміченому місці.
• Існують ґрунти (наприклад – глибокі торфовища), де використовувати фундамент на гвинтових палях не вийде. Втім, швидше за все не вийде і будь-який інший фундамент.

Область застосування гвинтових паль – слабкі грунти. В інших випадках може знайтися більш прийнятна альтернатива. Твердження, що недолік гвинтових паль – неможливість їх використання в скельних ґрунтах – неправда, т. к. для скельних грунтів застосування гвинтових паль можливо, але економічно недоцільно.

Розрахунок кількості гвинтових паль і місць установки

Існує точна методика розрахунку кількості гвинтових паль і місць їх установки, яка описується в СНиП 2.02.03-85 (Пальові фундаменти, розділ «Гвинтові палі») і СП 24.13330.2011.

На практиці ж все значно простіше.

Компанії, що займаються малоповерховим будівництвом, як правило, працюють в одному регіоні і будова місцевих ґрунтів знають. Є у них і певні практичні напрацювання. Такі фірми проектують фундамент «на око» і на всяк випадок додають подвійний запас міцності. Цього цілком достатньо для будівництва малоповерхових будинків на гвинтових палях.

Також будь-який серйозний виробник гвинтових паль може зробити розрахунок необхідної для вашого фундаменту кількості паль. Особливо буде обумовлено, що приблизна оцінка і ніяких зобов'язань виробник не несе.

Приклад розрахунку від виробника гвинтових паль KRINNER (Німеччина), джерело:

Розрахунок фундаменту – це не обов'язок замовника. Це робота підрядника. І бажано, щоб з етапу проектування до здачі об'єкта підрядник був один на всі види робіт.

Розбиття будівництва будинку на етапи і розподіл робіт між різними підрядниками може стати найбільшою помилкою забудовника.

Технологія загвинчування

Ручне загвинчування

Найпростіший варіант – загвинтити палі вручну. Набір інструментів: два рівня, скотч, лом і два довгих шматка труби.

Рис. 8. Ручний процес загвинчування гвинтових паль. Фото з сайту kommtex.ru.

Рис. 8. Ручний процес загвинчування гвинтових паль. Фото з сайту pro-fundament.com.

Труднощі:

• для того, щоб витримати суворо вертикаль потрібні сила і досвід;
• довгі палі загорнути проблематично.

Переваги:

• на даному етапі можна обійтися без під'їзних шляхів;
• не потрібно будівельна техніка.

Спецтехніка для загвинчування

Принцип всіх пристроїв для монтажу гвинтових паль однаковий. Кабестан і гідравліка. У Росії слово «кабестан» не прижилася і часто замінюється словом «лебідка».

Найпоширеніший варіант – знімний механізм для традиційної будівельної техніки. Звичайний екскаватор підійде.

Випускається і вузькоспеціалізована техніка, єдине призначення якої – загвинчування паль. До екскаватору з кабестаном додається комп'ютер, програмне забезпечення, гіроскоп, лазерний далекомір і система GPS. І для топографічної зйомки рельєфу – безпілотний літак. Якщо порівнювати з автомобілебудуванням – це рівень Ferrari.

KRINNER KR E 20 ground screw driver Z 1

Рис. 9. KRINNER KR E 20 ground screw driver Z 1.

• Електрична машина KR20
• Для загвинчування фундаментів довжиною до 2000 мм
• Виконана на базі гайковерта промислового призначення від PLARAD (Німеччина)
• Вага — 17,5 кг
• Споживана потужність 1400 Вт
• Крутний момент 4700 Nm

KRINNER KR B 40 ground screw driver

Рис. 10. KRINNER KR B 40 ground screw driver.

Даний механізм призначений для встановлення гвинтових фундаментів KRINNER в землю (для важких і надважких типів ґрунту — класу V, VI і VII). Механізм для установки слід використовувати на базі екскаватора з власною масою від 1,5 до 3,0 тонн згідно вимог власної ваги навантажень перекидання — діаграми екскаватора.

• Тип: KRB 40 — В1
• Вага: 230 кг
• Максимальний крутний момент: 5000 Нм
• Крутний момент: тиску 20 bar
• Максимальна крутящая швидкість: 30 в хвилину
• Висота до болтів кріплення : 100 см
• Гідравлічний блок затиску: Так
• Монтажні частини для екскаваторів: Lehnhoff MS / HS 03 швидка змінна зв'язок
• Рівень шуму: менше 70 дБ (А)
• Температурний діапазон: від -15 ° C до +60 ° C
• Опорний пристрій: Екскаватор з опорним значенням: від 1,5 т до 3,0 т
• Напруга живлення захисту «скидання навантаження» : 12V — 24V

Вимоги до гідравліки:

• Гідравлічний контур: 1 + робочі лінії від витоків
• Робочий тиск: від 180 до 250 бар
• Пропускна спроможність (швидкість потоку): від 12 до 40 л в хвилину
• Гідравліка різьбових з'єднань: 2 х 15L + 8L

KRINNER KR D 55 ground screw driver

Рис. 11. KRINNER KR D 55 ground screw driver.

Потужний KR D 55 підходить для середніх і великих проектів. Загвинчує гвинтові фундаменти до 2,5 метрів в довжину без особливих зусиль. Пристрій призначений для використання тільки однією людиною. Максимальний крутний момент 5000 Нм. KR D 55 у поєднанні з доданими каретками змінює довжину до 3,00 м. Ширина машини становить 1,20 м. Пов'язана каретка може бути нахилена в чотирьох напрямках і має кут нахилу 20 °. Висота в робочому положенні складає — 3,70 м. В похідному положенні (лежачи) — 1,70 м.

Попереднє буріння

Лидерная свердловина – це попереднє буріння ґрунту для полегшення вгвинчування палі. Для грунтів вічної мерзлоти цей процес обов'язковий. Діаметр свердловини при цьому співпадає з діаметром труби.

Для щільних грунтів (пісковики, глинисті і суглинні грунту) буріння – процес не обов'язковий. Це просто оптимальний варіант. Діаметр бура для паль 89, 108 мм – 60 мм. Виконується на меншу глибину заглиблення палі на 30-60 див.

Для м'яких і сипучих ґрунтів (торфовища, чорнозем) попереднє буріння не потрібно і шкідливо.

Заливка бетоном паль

Ніде в Сніпах про такому процесі не йдеться і німецька технологія компанії KRINNER цього не передбачає.

Також на сайті українського виробника sentris.com.ua сказано:

Не потрібно заливати бетон всередину стовбура палі, для внутрішнього антикорозійного стійкості палі, дана паля оцинкована як зовні, так і всередині.

Палі для вічної мерзлоти застосовуються завжди без бетону.

Створюється таке враження, що говорячи про бетонуванні, виробники переказують технологію буронабивних паль.

Заливка бетону в трубу 57 мм або 76 мм проблематична. Якщо це робиться, то рідиною схожою на розчин або цементне молоко.

Виробники говорять про можливості поставки гвинтових паль довжиною 11 метрів. Заповнити таку трубу бетоном велика проблема. Глибинний вібратор з 11 метровим шлангом – це індивідуальне замовлення і буде невиправдано за вартістю робіт.

Також є твердження, що бетон перешкоджає корозії, що дуже сумнівно. Ізоляція внутрішньої порожнини палі від доступу води або повітря не проблематична. Приварений в заводських умовах оголовок палі знімає проблему повністю. Найбільш просте пояснення – спроба виробників паль за рахунок бетону збільшити несучу навантаження і зменшити деформацію палі у разі корозії металу.

Є технології цементації грунту, в яких гвинтова паля використовується як шприц. Це є хорошим рішенням для макропористых грунтів.

Ростверк

Палі — це ще лише частина фундаменту. Інша частина — ростверк, конструкція розподіляє навантаження і слугує опорою спорудження.

Рис. 12. Ростверк на гвинтових палях.

Можливі варіанти виконання:

• залізобетон — плита або балка;
• дерев'яний брус;
• профільована сталь – швелер або двотавр.

Залізобетон — матеріал не для легких будинків. Тому далі будуть розглядатися дерево і метал.

Найекономічніший і найпоширеніший варіант — дерев'яний брус. Застосування металу може зажадати складний рельєф ділянки.

Бувають випадки, коли при будівництві причалу довжина палі від оголовка до грунту значна (наприклад, якщо біля води сильний ухил). У цьому випадку будівельники збільшують жорсткість конструкції «трикутниками». У таких випадках ростверк з металу краще. Зварні з'єднання жорсткіше і технологічніше.

Функція ростверку — рівномірний розподіл навантажень на всі палі. Найпростіший шлях досягнення цієї мети — вирівняти кінці паль в одній горизонтальній площині. Выкруивание паль для вирівнювання категорично заборонено.

Обрізка паль — процес, характерний для ручного монтажу. У компаній, що використовують для загвинчування паль спецтехніку, для вирівнювання паль використовуються лазерний рівень нівелір, тому обрізка паль не потрібно.

Якщо в якості ростверку застосовується метал – він просто приварюється до палі. Ростверк з бруса потрібні оголовки. Оголовок, по суті, — це пластина збільшує площу контакту металу з деревом в якій є технологічні отвори для кріплення.

Оголовки можуть бути знімними або привареними до палі. Для дерев'яного ростверку важливий однаковий рівень саме площин оголовків, на які ляже брус. У згадуваній раніше німецькою технологією аналог оголовка не надівається на трубу палі, а вставляється в неї.

Рекламні хитрощі виробників гвинтових паль

Терміни служби гвинтових паль вказується виробниками досить умовно, що цілком зрозуміло. Цей параметр дуже залежить від середовища експлуатації. Виробник вказує найвигідніший.

Посилання на столітній досвід експлуатації гвинтових паль сприймати всерйоз не варто. Сто років тому була абсолютно інша технологія виробництва – чавун і коване залізо. Сто років вони і простояли. Про трубах у гвинтових палях тоді мови не було.

Рис. 13. Стара монолітна гвинтова паля з примірним віком до 100 років.

Ця фотографія кочує по інтернету, як зразок сучасної халтурно виконаній роботи. Насправді, на фото раритет. Років сто паля простояла. Видно, що труб в конструкції немає. Це моноліт.

Є у рекламників і інший хід — вільність в розрахунках строків корозії. Приблизний рекламний текст взято з реального джерела):

час суцільної корозії стовбура палі з товщиною стінки 4 мм для «ґрунту непорушеної структури»: 4 мм / 0.012 мм/рік = 333, 3 роки! Враховуючи, що гвинтова паля додатково обробляється антикорозійним складом, термін її служби збільшується мінімум на 50%. Загальна термін служби фундаменту на гвинтових палях становить 333,3+50%= 500 років.

Це невірний розрахунок, т. к.:

• Для розрахунку обраний самий малокоррозионный грунт.
• Немає відомостей про глибину залягання металу. Найпроблематичніший варіант – поверхню грунту.
• Є логічна помилка. Паля, яка втратила половину металу, вважається придатною, навіть втратила 99 відсотків розглядається як несуча конструкція.

Випробуваний термін експлуатації російських гвинтових паль в сучасному виконанні – років 20. Досвід виробників не більше.

Впровадження будь-якого винаходу не ґрунтується на практиці. Її замінюють розрахунки і накопичений досвід. Саме з цих позицій йдеться про столітній термін експлуатації гвинтових паль.

Оздоблення цоколя

Необхідність цього етапу викликана тільки естетичними міркуваннями. Нормативної документації щодо такій роботі немає. Є побажання замовника і є здоровий глузд. У районах вічної мерзлоти збереження повітряного зазору між будівлею і грунтом – одне з рішень проблеми стійкості. Грунт не повинен відтавати.

Традиційно в російському малоповерховому будівництві оголовки паль підносяться над поверхнею грунту на 60 сантиметрів. Почасти це пов'язано з висотою снігового покриву.

Цокольне простір при будівництві на гвинтових палях утеплювати не варто. Досить утеплити вступні труби води і каналізації. Готове рішення — «шкаралупа» з підігріває дротом. Важливо розуміти, що повністю перекривати зазор над грунтом не можна. Це компенсатор зимового морозу.

Зустрічаються цікаві будівельні рішення, коли зазор перекривається практично повністю. Одне з них – еластичний матеріал, зігнутий у формі літери «L». Вертикальна частина кріпиться до обв'язки, горизонтальна вільно лежить на землі під будинком. Цілком підійде тонка списана транспортерна стрічка.

Для влаштування обшивки дуже зручно використовувати цокольний сайдинг. Недолік цього матеріалу – висока ціна.

Рис. 14. Схема обшивки фундаменту будинку цокольним сайдингом. Фото з сайту moifundament.ru.

Будинки з SIP-панелей і гвинтові палі

На гвинтових палях можна побудувати будь-малоповерхова будівля. Для європейської частини Росії це, швидше за все, і саме економне рішення. При будівництві будинків з SIP-панелей на такому фундаменті є певні переваги:

• Мала вага будівлі тягне за собою мінімум вимог до несучої здатності фундаменту. В даному випадку – зменшення числа гвинтових паль.
• Простір під будинком на гвинтових палях холодне, але є ідеальне рішення — це перекриття на рівні підлоги з SIP-панелі. В цьому і є універсальність технології. Стіни, підлога, перекриття та покрівля робляться з однакових деталей.
• Навіть конкуруючі технології (будинки з бруса і каркасні) вважають, що SIP - панель – ідеальне рішення для підлоги.