Классификация винтовых свай: виды, назначение, как сделать выбор

Винтовые сваи все чаще выбирают частные домовладельцы и корпоративные застройщики благодаря уникальным преимуществам продукта. И если профессиональные строители знают о разных видах и назначении металлических опор, то тем, кто только задумывается о свайном фундаменте, такой информации зачастую не хватает. Чтобы сделать обоснованный выбор, предлагаем ознакомиться с классификацией винтовых свай.

Вид наконечника

Винтовые сваи производят с литым или сварным наконечником. Оба типа имеют свои преимущества и недостатки. Выбор зависит от расчетов по проекту, бюджета, типа грунта, условий строительства и ряда других факторов.

Сваи с литым наконечником представляют собой единое целое, поэтому обладают большей прочностью и стойкостью к различным нагрузкам и внешним воздействиям.

Сваи со сварным наконечником характеризуются большей гибкостью и адаптивностью к различным условиям строительства, так как их можно легко изменять или заменять при необходимости. Кроме того, данные опоры более дешевы в производстве и монтаже, а потому доступнее по цене.

Лопасти

По форме и типу лопасти (ее также называют крыло, перо, гайка, лезвие) сваи делятся на:

• узколопастные и широколопастные;
• с одним и несколькими лезвиями;
• с треугольным, круглым, прямоугольным крылом.

Узко- и широколопастные винтовые сваи различаются формой элемента, установленного на конце металлического стержня.

Узкая лопасть способна проникать в более глубокие слои почвы, поэтому наиболее востребована при установке опор в нестабильные грунты с невысокой поддерживающей способностью — глинистые, песчаные, торфяники. Узколезвенные сваи отлично подходят для устройства фундамента под жилой дом и прочие типы построек: их отличает более мелкий шаг ввинчивания, способность достичь большой глубины, где залегают стабильные слои грунта, надежность фиксации основания. Используются на каменистых или замусоренных участках, где широколопастные сваи могут столкнуться с препятствиями.

Широколопастные сваи оснащены крылом большей площади. Эти изделия применяют на плотных грунтах — глине или суглинке. Подобные сваи обладают высокой несущей способностью и гарантируют надежное крепление конструкций. Однако при ограниченном пространстве они менее удобны, чем узколопастные.

Сваи с единственным или несколькими витками различаются несущей способностью, особенностями монтажа и применения в соответствии с типом грунта. Наиболее распространены следующие комбинации лопастей винтовых свай:

• Одиночная лопасть. Это наиболее простая конфигурация. Такие сваи обычно используют для вкручивания в мягкий или средний грунт.
• Двойная лопасть. На конце опоры установлены два крыла, размещенные в разных направлениях. Это позволяет увеличить несущую способность сваи и повысить стабильность при установке.
• Тройная лопасть. Винтовые сваи с тремя лопастями характеризуются повышенной несущей способностью и стабильностью, используются на сложных грунтах.
• Раздвоенные лопасти. Разделены на две части, что помогает уменьшить сопротивление при вкручивании и облегчить заглубление сваи в грунт.

Однолезвенные винтовые сваи более компактны и отличаются простотой изготовления и установки, более доступны по цене. Применяются для не очень масштабных строительных работ, на объектах, где нет необходимости в большой несущей способности, на мягких или средних грунтах.

Винтовые сваи с двумя или тремя лезвиями выдерживают массивные конструкции, более устойчивы, обеспечивают надежное крепление и стабильность, используются для монтажа в сложный грунт.

Многолопастные сваи могут иметь до пяти витков. Чем их больше размещено на стержне сваи, тем более устойчивой и прочной будет установленная опора. Однако чем больше лопастей у изделия, тем большим должен быть и диаметр ствола, что может оказаться нежелательным в условиях ограниченной для монтажа площади.

Винтовые сваи с круглыми, прямоугольными или треугольными лопастями различаются характеристиками, применяются в зависимости от условий строительства и требований к конструкции. Особенности свай с разной формой крыла:

• Круглые — универсальны и подходят для разных типов грунтов. Они характеризуются равномерным распределением нагрузки при установке, прочны и устойчивы к большому весу.
• Прямоугольные или треугольные — отличаются улучшенным вращением сваи при установке в плотных или каменистых грунтах. Кроме того, такие изделия могут нести большую нагрузку и подходят для конструкций с высокой массой.

Кроме перечисленных типов, существуют сваи с режущими кромками лезвий. Их применяют, когда необходимо более эффективное заглубление в почвогрунт.

Толщина стенки и лопасти

Винтовые сваи могут различаться по толщине стенки ствола в зависимости от назначения и условий пользования. Выбор оптимальной толщины зависит от конкретных проектных параметров, требований к нагрузкам, грунтовых и климатических условий, а также бюджета и т.д. Прежде чем принять решение о закупке, важно провести инженерные расчеты и проконсультироваться с профессионалами в области строительства и геотехники.

1. Тонкостенные винтовые сваи — обычно используются для небольших нагрузок или для применения в мягких грунтах.
2. Усиленные винтовые сваи — имеют более толстые стенки и предназначены для больших нагрузок или для использования в сложных грунтовых условиях. Они обычно изготавливаются из прочных марок стали.
3. Многослойные винтовые сваи — стенки ствола у таких изделий состоят из нескольких слоев, что обеспечивает большую прочность и надежность при высоких нагрузках или в сложных условиях. Их конструкция позволяет улучшить сцепление с грунтом и обеспечивает стабильность конструкции.
4. Трубчатые винтовые сваи — изготавливаются с толстыми стенками ствола и могут быть использованы при высоких ветровых или весовых нагрузках. Такие изделия очень надежны и долговечны.

Толщина стенки также зависит от диаметра сваи: для стержней небольшого сечения она может составлять всего 2-3 мм, а для масштабных конструкций требуются сваи с большим сечением и толщиной стенки 10 мм и выше.

Толщина лопасти винтовой сваи определяет прочность и надежность изделия. Данный параметр зависит от назначения и условий эксплуатации, а также от требуемой несущей способности:

•  Для легких нагрузок и мягких грунтов обычно используются винтовые сваи с более тонкими лезвиями. Тонкая лопасть обеспечивает легкое проникновение в грунт и небольшое сопротивление вращению сваи.
• Для тяжелых конструкций и сложных грунтов рекомендуется использовать винтовые сваи с более толстыми лопастями, так как они обеспечивают увеличенную площадь контакта с грунтом и большую несущую способность.
• Для длинных лопастей, которые должны выдерживать большие моменты поворота, рекомендуется использовать более толстый металл, чтобы обеспечить устойчивость и надежность конструкции.

Толщина лопасти должна обеспечивать проектный уровень прочности и устойчивости сваи при вращении и приложении нагрузок. Сечение заготовки, из которой делают лопасти, зависит от конкретного сплава и его физико-механических характеристик. Например, из марок стали повышенной прочности лезвия могут быть тоньше, чем из других металлов, и при этом обеспечивать необходимый запас надежности.

Винтовые сваи для малых и больших нагрузок

В зависимости от расчетных нагрузок, которые предстоит нести фундаменту, выбирают наиболее подходящий тип опор:

1. Для небольших нагрузок больше всего подойдут однолопастные или небольшие многолопастные сваи, изделия из легких сплавов или стальных элементов более низкой прочности. Это могут быть сваи для небольших деревянных строений, ограждений, навесов и т.д.
2. Для высоких нагрузок подходят более массивные и прочные многолезвенные сваи с увеличенными сечением, длиной крыла, толщиной стенки, из высокопрочной стали. Обычно это опоры для основы зданий, мостов, дорожных сооружений, ветрогенераторов и прочих конструкций, где требуются большая несущая способность и надежность.

Кроме требований к нагрузке, при выборе варианта свай учитывают характер грунта, размеры и типы конструкций, преобладающие ветра в месте застройки и другие моменты.

Марка стали

При выборе винтовых свай необходимо учитывать свойства конкретной марки стали, из которой они произведены, и подбирать оптимальное соотношение прочности, стойкости к коррозии, подверженности деформациям и стоимости — исходя из специфики проекта и условий функционирования.

• Прочность. Марки с высоким содержанием углерода и легированные стали отличаются высокой прочностью и могут выдерживать большие нагрузки.
• Стойкость к коррозии. Определенные марки стали показывают высокую устойчивость к образованию гидроксида (ржавчины) и востребованы для установки в грунт с большим содержанием влаги, агрессивных химических элементов или с повышенной кислотностью.
• Деформации.  Некоторые марки стали обладают высокой устойчивостью к деформации, что позволяет изделиям из них сохранять геометрию даже под воздействием высоких нагрузок.
• Стоимость.  Высокопрочные легированные стали или специальные марки могут обходиться дороже, чем стандартные углеродистые стали. Поэтому выбор марки стали может быть обусловлен бюджетом проекта.

Основные виды стали для производства винтовых свай — углеродистая и легированная.

Углеродистая сталь представляет собой сплав железа с углеродом. Такой сплав обладает прочностью, относительной стойкостью к коррозии (может быть усилена за счет специальных покрытий), более доступной ценой.

Легированная сталь содержит примеси иных металлов (чаще всего хрома, никеля, молибдена, ванадия), улучшающие ее механические свойства и специальные характеристики: повышенная прочность, твердость, стойкость к коррозии, долговечность. Кроме того, легированная сталь может быть спроектирована для получения определенных свойств сплава, например, магнетизма или термостойкости. При всех очевидных преимуществах, изделия из легированной стали, как правило, существенно дороже, чем из углеродистой разновидности металла.

Покрытие винтовых свай

Специальные покрытия обеспечивают металлоизделиям защиту от коррозии и улучшают их прочность. Наиболее распространенные виды покрытий для винтовых свай:

• Горячее цинкование — процесс нанесения защитного слоя на поверхность стали в ходе ее погружения в расплавленный цинк. Цинковое покрытие при взаимодействии с воздухом и влагой образует тонкую пленку, защищающую металл от окисления.
• Порошковое напыление — нанесение тонкого слоя порошка на поверхность сваи и последующее его закрепление путем нагревания. Порошковое напыление может быть цветным, нести не только защитную, но и декоративную функцию.
• Полимерные покрытия — наносят на поверхность винтовых опор для повышения устойчивости к коррозии и агрессивным средам. Полимерные покрытия тоже могут применяться с эстетической целью.
• Гальванизация — метод нанесения слоя цинка на поверхность стали путем электролиза. Такие покрытия обеспечивают хорошую защиту от коррозии и являются более долговечными, чем горячее цинкование.

Выбор оптимального покрытия свай зависит от конкретных требований и бюджета проекта, условий эксплуатации. Необходимость нанесения защитного покрытия может быть продиктована составом почвы на конкретном участке или климатическими особенностями региона установки. Например, в морском климате с большим количеством солей, разносимых ветрами, нанесение специальной защиты рекомендовано. Если же климат сухой, воздух не содержит солей, а грунт отличается нейтральной кислотностью, можно приобрести сваи без специальных покрытий.

Как выбрать винтовые сваи

При выборе изделий под конкретный объект следует учитывать несколько ключевых факторов:

1. Грузоподъемность — помогает определить длину и диаметр винтовых свай, тип наконечника, толщину стенки стержня.
2. Тип грунта — для различных почв могут потребоваться специализированные сваи, определенный размер, конфигурация и количество лезвий.
3. Глубина установки — диктует необходимую длину свай для должной устойчивости и надежности конструкции.
4. Требования к защите от коррозии — помогают определиться с маркой стали, необходимостью и типом защитного покрытия.
5. Доступность места установки — может предписывать выбор свай с определенной шириной крыла, типом наконечника и размером сечения ствола.
6. Бюджет проекта — поможет выбрать сваи с нужными параметрами и свойствами, оставаясь в рамках финансового плана.