В последнее время при установке инженерных средств физической защиты периметра и других инженерных сооружений всё больше применяют винтовые сваи. Это обусловлено удобством их монтажа, надежностью и экономичностью.
При монтаже заграждений протяженных периметров применяются в основном три типа фундаментов:
- заливка бетона в заранее пробуренное в грунте отверстие с одновременной установкой опоры заграждения;
- установка опоры заграждения на железобетонный ≪башмак≫ с анкерами;
- горизонтальный ленточный фундамент, выполненный из железобетона или металлических труб.
Наряду с ними практикуют еще один тип фундамента, на вкрученные в грунт винтовые сваи через фланцевые соединения устанавливают опоры заграждения периметра (рис. 1) либо другие легкие конструкции.
Такой способ менее трудоемкий, не требует применения тяжелой спецтехники, следовательно, позволяет проводить монтажные работы в короткие сроки без больших финансовых затрат.
Фундамент на винтовых сваях – один из наиболее простых и оптимальных способов устройства основания для того или иного сооружения. Установка ограждения на них во многих случаях более оправдана, чем заливка ленточного фундамента бетоном. Наиболее эффективно применение винтовых свай в болотистых местностях с неровным рельефом.
Простота монтажа, заключающегося в завинчивании свай в почву, позволяет обходиться ручными инструментами. На практике при установке большого количества опор применяют механизированный способ с использованием спецмашин, имеющих специальный механизм с двигателем (рис. 2а, 2б).
Отсутствие вибрации при монтаже является еще одним положительным моментом при выборе этого способа обустройства фундамента, поскольку процесс установки свай не наносит повреждений рядом стоящим сооружениям и уже имеющимся постройкам.
Процесс устройства фундамента на винтовых сваях не наносит экологического ущерба, поскольку не предусматривает масштабных земляных работ. Способ монтажа при всех особенностях заглубления не причиняет вреда почвенному плодородному слою и подходит для слабых, рыхлых грунтов.
Винтовые сваи широко применяются при установке радиомачт, эстакад, ограждений, легких строительных конструкций (складов, ангаров, небольших каркасных домов) (рис. 3а–3в).
Как показывает практика, подобная технология позволяет в кратчайшие сроки возвести основу конструкции.
Винтовые сваи имеют высокую несущую способность как на сжимающие, так и на выдергивающие нагрузки и могут быть использованы в различных грунтовых условиях (кроме скальных пород). Безальтернативно их используют при строительстве на обводненных, слабых, подверженных сезонному пучению грунтах. Погружение на проектную глубину с расположением винтовой части сваи ниже слоя промерзания позволяет максимально снизить воздействие сил морозного пучения грунта. При этом полностью исключены земляные и так называемые "мокрые" бетонные процессы монтажа. Кроме того, установку опор заграждений на фундаменты из винтовых свай можно производить сразу же после завинчивания последних в грунт, что тоже существенно сокращает сроки строительства.
Виды винтовых свай
Сама по себе винтовая свая представляет собой уже готовое изделие, не требующее дополнительной подготовки для ее установки. Это стальная конструкция, состоящая из ствола и винтового наконечника. Суть идеи использования такой опоры заключается в том, что при помощи поворотных усилий свая ввинчивается в толщу грунта на проектную глубину и именно там фиксируется при помощи лопастей. При этом свая опирается на грунт не только диаметральной площадью своего ствола (она, как правило, незначительна), но и всей поверхностью лопастей.
Кроме лопастей винтовые сваи могут иметь резьбу. Возможны и комбинированные варианты конструкций. Параметры изделия (диаметр сваи, размеры и размещение лопастей) определяются на стадии проектирования.
По типу конструкции винтовые сваи подразделяются на шурупные, лопастные и винтовые. Первые имеют конструкцию, схожую с шурупом (рис. 4), что позволяет производить их монтаж с минимальными усилиями. Они обладают небольшой несущей способностью, но в то же время достаточной для монтажа таких сооружений, как ограждения, мачты и т.п.
Винтовые (однолопастные) сваи оснащены винтом для вкручивания в грунт. По сравнению с шурупными они требуют больших усилий при установке (применения спецтехники), но при этом обеспечивают большую несущую способность (рис. 5).
Для использования в болотистых грунтах или для обеспечения более высокой несущей способности сваи оснащают несколькими винтами (лопастями). Один из примеров такой сваи изображен на рис. 6.
Помимо этого, существуют различные варианты заходных частей винтовых свай (рис. 7).
Заточка коронкой (рис. 7. Вторая слева) – применяется для самых сложных видов грунта.
Заточка под угловой срез (рис. 7. Третья слева) – для каменистых грунтов; она позволяет разрыхлить землю перед вкручиванием сваи.
Заточка конусом (рис. 7. Первая и вторая справа) – применяется для мягких грунтов.
Сваи с заходной частью шурупного типа (рис. 7. Первая и четвёртая слева) устанавливают в плотных грунтах с наличием вкраплений (камней, корней и пр.), иными словами они могут быть использованы и в лесистой местности.
Заточка конусом обычно применяется на вибропогружаемых (забивных) сваях. Они предназначены для установки в грунт относительно средней плотности без вкраплений (камней и корней).
Следует особо отметить конструкцию лопастного типа, представляющую собой металлическую трубу с несколькими разнесенными друг относительно друга лопастями (рис. 8). За счет своего расположения они обеспечивают ей повышенные несущую способность и сопротивление нагрузкам на раскачивание.
Положительной стороной такой конструкции является то, что сооружение (например заграждение или ангар), установленное на таких сваях, может выдержать большие ветровые нагрузки и устойчиво при раскачивании.
За счет близкого, но раздельного расположения лопастей сваи такого типа легко вкручиваются (и выкручиваются), а в грунте работают как цилиндрические конструкции с диаметром, равным диаметру лопасти (т.е. имитируют монолитный бетонный фундамент диаметром до 350 мм).
Расположение лопастей относительно друг друга определено расстоянием L ≤ 3D, где D –диаметр лопасти. Погружение такой сваи с расположением ее винтовой части ниже уровня промерзания грунта позволит максимально снизить воздействие сил морозного пучения грунта.
Подобный тип свай доказал свою эффективность при применении в обводненных, слабых и подверженных сезонному пучению грунтах.
В то же время необходимо учитывать, что из-за угловой заточки заходной части установка такой сваи возможна только с применением техники.
При использовании винтовых свай нет необходимости в проведении земляных работ и бетонировании, поэтому существенно сокращается время монтажа (при минимальном количестве рабочей силы) и экономятся финансовые средства. При этом запас прочности сопоставим с бетонным фундаментом.
Длина винтовых свай подбирается в зависимости от механических (физических) свойств грунта, глубины его промерзания, требуемых нагрузочных (несущих) способностей.
Современные конструкции фланцевых соединений позволяют точно устанавливать опору ограждения в проектное положение (рис. 9).
Резюме
Главное достоинство винтовых свай в том, что они устанавливаются без заливки фундамента. Это экономит время, так как не нужно ожидать, когда схватится и устоится бетон, при строительстве ограждения сваи готовы к монтажу пролетов забора сразу же после их установки.
Применение винтовых свай также удобно, если ограждение нужно сделать:
1) не нарушив ландшафта местности, сохранив по периметру зеленые насаждения и газоны;
2) при минусовых температурах, когда почва уже промерзла;
3) нужно временное ограждение, требующее последующего демонтажа или переноса на новое место;
4) нужна прочная конструкция, способная прослужить не один десяток лет.
Разработки последних лет показали состоятельность и актуальность применения винтовых свай для фундаментов систем ограждения периметра. В настоящее время ведущие компании на рынке систем безопасности предлагают технические решения по монтажу, а также поставку и монтаж любого типа винтовых свай в комплексе систем инженерно-технических средств охраны периметра.
Приложение
В России производство винтовых свай регламентируется следующими нормативными документами:
ГОСТ 23118 «Конструкции стальные строительные»;
ГОСТ 10705-80 «Трубы стальные электросварные»;
СНиП II-23 «Строительные конструкции»;
СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия»;
СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».