© Иван Николишин, 2018

ISBN 978-5-4490-2759-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Введение

Сегодня технология возведения фундаментов на винтовых сваях набирает все большую популярность в строительстве самых различных объектов. У нее есть ряд преимуществ по сравнению с традиционными видами закладки фундаментов. Кроме того, технология винтовых свай стремительно развивается, и в будущем способна заменить многие из существующих традиционных технологий.

Это скромное пособие, надеемся, поможет ознакомиться с общими положениями строительства фундаментов на винтовых сваях. Мы познакомим читателя с конструкцией винтовых свай, с основами расчета и монтажа фундаментов на винтовых сваях, а также с возможностями их применения для строительства зданий и сооружений различного типа.

Часть 1. Винтовые сваи

Глава 1. История Развития технологии винтовых свай

Фундамент на винтовых сваях – относительно новый вид возведения основания под строящиеся здания. Только в последние десятилетия началось активное использование его в индивидуальном строительстве. Однако сама идея установки винтовых свай в качестве опор возникла достаточно давно – еще в начале 19-го века.

1. Разработки Митчелла

Идея использовать винтовые сваи возникла у английского инженера Александра Митчелла, а первые винтовые конструкции были установлены им в 1833 году. Идея Митчелла состояла в монтаже лопасти на конце обычных деревянных свай. Впоследствии в качестве тела свай начали применять и трубы. Данная лопасть позволяла не забивать сваю в грунт, как делалось раньше, а ввинчивать. В результате само внедрение опоры в землю значительно облегчалось, кроме того, лопасть, установленная на свае:

– Достигала устойчивых слоев грунта

– Давала дополнительную опору, увеличивая площадь соприкосновения с толщами грунта

– Для выдергивания сваи требовались очень большие нагрузки

Монтаж свай был достаточно трудоемким – обычно свая устанавливалась на плотах и вкручивалась усилиями лошадей с использованием длинных рычагов.

Идея монтировать лопасть на конце сваи возникла из разработки якорей, которые внедрялись с помощью завинчивания. Такой якорь было очень трудно выдернуть из грунта.

Конструкция первых винтовых свай

За свои изыскания Александр Митчелл был включен в Учреждение Инженеров-строителей и награжден медалью Телфорда. Первыми сооружениями, установленными Митчеллом, были осветительные конструкции в Лондоне, расположенные в зоне прилива-отлива.

Родоначальник технологии винтовых свай А. Митчел

Именно особенности британских земель, расположенных на островах, сыграли существенную роль в применении винтовых свай в дальнейшем – ведь такие грунты являются самыми проблемными для строителей. Не удивительно, что первыми областями применения винтовых свай стали конструкции фундамента под конструкции, построенные на заболоченных грунтах и зыбучих песках.

Особенно интересным оказалась установка маяков на винтовых сваях. В 1938 году под руководством Митчелла был заложен маяк на Темзе. В качестве фундамента под него использовались тяжелые свинцовые опоры с лопастями.

Так заворачивали первые винтовые сваи

Подобный маяк был установлен в сходных условиях заливе Делавер Соединенных Штатов в 1850-х годах. Здесь впервые в качестве тела сваи были использованы не толстые бревна, а металлические трубы. Лопасти были приварены к трубам, что сообщало конструкциям дополнительную жесткость по сравнению с деревянными. В последующие десятилетия этот революционный метод установки маяков был широко применен по всей Америке. В период с 1860 по 1872 год данным способом было установлено 18 морских пирсов. Число маяков в Америке, построенных с помощью винтовых свай перевалило 100 до конца века.

Старинный маяк на винтовых сваях

2. Использование винтовых свай в военной области

Идея винтовых свай оказалась очень востребованной в оборонных разработках. Этому способствовало, помимо всего прочего:

– Быстрота возведения фундаментов. Монтаж свай проводился в очень сжатые сроки по сравнению с использованными до той поры традиционными фундаментами.

– Возможность многократного использования свай. Сваи было легко монтировать и демонтировать, что особенно важно для быстрого развертывания и сворачивания стратегических объектов.

– Значительное удешевление свайных фундаментов по сравнению с традиционными.

– Возможность использования винтовых свай на любых почвах.

Военные инженеры высоко оценили возможности винтовых свай под оборонные сооружения, которые могли быстро возводиться в сложных условиях, особенно при возведении понтонов, легких мостов и тому подобных конструкций.

Надводное сооружение на винтовых сваях

3. Винтовые сваи в отечественных разработках

Российские ученые достаточно быстро начали усовершенствования разработок западных инженеров. Идея использовать свайно-винтовых фундамент была особенно актуальна для России с ее обширными территориями, с многочисленными реками, пучинистыми, заболоченными или, наоборот, обводненными грунтами.

Большой вклад в теорию винтовых свай внес российский ученый, занимавшийся прочностью гидротехнических построек, Владислав Дмыховский. Он научно обосновал преимущество свай с лопастями перед обычными забивными сваями на проблемных грунтах.

Другим исследователем, существенно продвинувшим теорию и технология использования винтовых свай, был советский ученый Виктор Железков. Ими были написаны более сотни статей, посвященных исследованию технологии свайных опор.

Именно российские ученые начали применять в изготовлении лопастей высокопрочные спецстали, что революционно сказалось на свойствах винтовых свай.

Особенное внимание российские ученые уделяли теории постройки мостовых сооружений с помощью свайно-винтовой технологии. Это было применено при монтаже рамно-винтовых опор мостов, ЛЭП и т. д.

Не удивительно, что разработки советских ученых были в первую очередь приняты на вооружение Красной Армией. Мало того, большинство исследований в этой области были засекречены, и именно поэтому свайно-винтовая технология не скоро появилась в гражданском строительстве.

Но в результате строители получили в свои руки уже отработанные технологии, где были заложены все необходимые расчеты.

В 50-60-х годах прошлого века в нашей стране было проделано большинство работ по усовершенствованию теории и практики винтовых свай. Огромный вклад в это внес ряд советских ученых, среди которых Г.С.Шапиро, Н.М.Бибина, Е.П.Крюков, И. И. Цурюпа и др. Были определены оптимальные технические параметры и геометрические формы винтовых свай, а также разработаны технологические основы их вкручивания в грунт, размеры и материал лопастей и т. д.

4. Использование винтовых свай в строительстве

Инициатором использования винтовых свай в строительстве называют известного советского ученого Сергея Петухова. Он не только трудился над теорией использования винтовых свай в качестве фундаментов, но и лично инициировал и популяризировал эти идеи. Именно его усилиями были сделаны все необходимые расчеты свай для малоэтажного строительства, особенно с учетом дачных застроек, весьма популярных в нашей стране.

Замена традиционных железобетонных фундаментов на свайно-винтовые значительно расширяла горизонты их применения – в первую очередь из-за существенного удешевления возведения фундаментов.

Технология винтовых свай развивается и в наши дни. Развитие идет по нескольким направлениям – применения лопастей из новых материалов, усовершенствование конструкции лопастей, применение разных типов трубы и т. д.

Так, советские ученые первыми предложили вариант лопасти, используемой теперь повсеместно.

Особенно сильный толчок развитию теории и практики свайно-винтовых фундаментов дало их использование в местах добычи полезных ископаемых, где преобладают сложные грунты. Все эти разработки впоследствии стали широко применяться и в строительстве.

История винтовых свай, таким образом, насчитывает более 150 лет. Однако принципы, заложенные в процессе монтажа и строении винтовых свай, остаются неизменными на протяжении всего этого периода. Простая конструкция и высокие возможности расширяют зоны применения винтовых свай в качестве фундаментов. Нет никакого сомнения, что перспективная технология будет развиваться и дальше.