Как изготовить винтовые сваи самостоятельно

Винтовые сваи с литым и сварным наконечником: какие выбрать?

Один из наиболее распространенных вопросов при выборе
свайно-винтового фундамента: какой тип наконечника выбрать — литой или сварной? Оба варианта имеют свои преимущества и недостатки. В этом материале рассмотрим два вида наконечников винтовых свай и их отличия.

Сварные наконечники

Сварной наконечник представляет собой элемент, который изготовлен из тела самой сваи. На нижней ее части делают четыре продольных прорези длиной 15–20см, загибают металл в виде конуса и заваривают швы электродуговой сваркой. Затем к наконечнику приваривают лопасть из более толстого листового металла.

Преимущества сварных наконечников:

• Доступнее по цене;
• Сваи со сварным наконечником легче, что упрощает транспортировку и установку опор;
• Сваи со сварными наконечниками дешевле в производстве, потому что нет необходимости строить собственный литейный цех или обращаться за дорогостоящей услугой в организации-посредники.

Недостатки сварных наконечников:

• Из-за сварочных работ слабеет структура металла и наконечники более подвержены коррозии — это уменьшает долговечность всей опоры;
• Имеют более грубую поверхность, поэтому сила трения о грунт затрудняет установку сваи.

Сварной наконечник может быть изготовлен отдельно на производстве и после приварен к нижнему концу сваи.

Литые наконечники

Литой наконечник имеет вид конуса, который изготовлен вместе с лопастью одним литьем из чугуна или стали. Сваи с литыми наконечниками подходят для сложных грунтов с включениями корней деревьев, плотной глины или каменистых супесей.

Преимущества литых наконечников:

• Имеют гладкую поверхность и более точные размеры, по сравнению со сварными наконечниками;
• Долговечнее сварных, так как имеют более прочную структуру;
• Применяются там, где нет возможности сделать лидерную скважину из-за отсутствия подъездных путей или пространства для работы техники.

Недостатки литых наконечников:

• Стоят дороже сварных, потому что требуют более сложного процесса производства;
• Тяжелее сварных, что увеличивает общий вес материала при транспортировке и установке свай.

Свая и наконечник изготовлены из разных материалов и крепятся между собой с помощью сварки. От качества сварных швов будет зависеть долговечность всего фундамента.

Какой выбрать?

Выбор между литыми и сварными наконечниками зависит от потребностей и бюджета. Если у вас достаточно средств и вы хотите максимально долговечный и прочный фундамент, а также упростить установку свай — выбирайте литые наконечники. Если же вы хотите сэкономить на стоимости — подойдут сварные наконечники.

Независимо от выбора, важно приобретать наконечники у надежных производителей и следить за качеством их установки на сваи.

Понравился материал? Расскажите о нем друзьям!

Как изготовить винтовые сваи самостоятельно

Несмотря на простую конструкцию СВС, сделать винтовые сваи своими руками достаточно сложно. Для легкого вкручивания в грунт необходим определенный наклон спиральной лопасти, ее правильное расположение на конусе наконечника.

Для винтовых свай не существует ГОСТов, поэтому даже промышленные производители часто реализуют продукцию с неправильными размерами, геометрией наконечника. Чтобы обеспечить высокий эксплуатационный ресурс фундамента, необходимо придерживаться размеров в нижеприведенных чертежах.

Конструкция винтовых свай

Несмотря на многообразие конструкций, заводские и самодельные винтовые сваи имеют несколько элементов:

• тело – труба диаметром 76 – 350 мм, стенкой от 4 мм;
• наконечник – литая, сварная пика (рекомендуемая длина 2 диаметра) или изготовленный из тела трубы конус;
• лопасти – одна двухзаходная или однозаходная спираль либо два винта на расстоянии 0,4 – 0,7 м друг от друга (для пластов со слабой несущей способностью);
• оголовок – актуален для деревянных ростверков (срубы, каркасные, панельные, щитовые дома), представляет собой пластину с отверстиями, усиленную ребрами жесткости, приваренную к катушке из трубы, внутренний диаметр которой чуть больше наружного размера тела сваи.

Чертеж конструкции винтовой сваи.

Фундамент из металлического ростверка по винтовым сваям собирается без оголовков. Швеллер, двутавр привариваются непосредственно к телу сваи, выступающему над поверхностью земли.

Изготовление винтовых свай – пошагово

При конструировании вышеуказанных элементов СВС необходимо ориентироваться на чертеж любого производителя винтовых свай. Это позволит не ошибиться в посадочных размерах лопастей и минимизировать количество сварных швов, каждый из которых ослабляет металл в непосредственной близости к месту соединения.

Тело сваи

Изготовление СВС начинается с выбора труб, из которых состоит фундамент. Специалисты рекомендуют придерживаться ТУ производителей:

• Ст20 – соответствует ГОСТ 8732;
• 09Г2С – соответствует ГОСТ 19281.

Трубы из этих материалов достаточно легко кроить, изгибать лепестки при изготовлении пики наконечника. Стандартная длина СВС составляет 2 – 3 м, при необходимости погружения на большие глубины для гарантированного достижения несущих пластов свая наращивается трубой после вкручивания на 1,5 – 2 м.

Варианты наконечников

Существует три варианта наконечника для самодельной винтовой сваи. Все они отличаются технологией изготовления, размерами деталей. Для плотных грунтов оптимально подходят сварные пики либо наконечники, изготовленные из тела трубы. При вкручивании СВС в торф, песок или супесь могут применяться крестообразные наконечники. На ресурс фундамента конструкция пики практически не влияет, изменяется лишь усилие затяжки на рычагах.

Наконечник из тела трубы

Изготовление по данной технологии потребует увеличения тела трубы на длину двух ее диаметров, поскольку в наконечник превращается один конец заготовки сваи. Метод состоит из последовательности операций:

• изготовление шаблона – из картона, паронита или трубы вырезается треугольник;
• разметка – конец трубчатой заготовки размечается по шаблону на несколько секторов;
• крой трубы – по меловым линиям на конце трубы изготавливаются зубчатые лепестки;
• загиб – полученные на предыдущем этапе лепестки загибаются в конус, вершина которого должна совпадать с осью трубы;
• сварка – лепестки привариваются друг к другу двойным швом.

Заготовка наконечника винтовой сваи из тела трубы.

При разметке шаблона необходимо учесть:

• для труб диаметра 108 – 200 мм лучше изготовить 5 лепестков;
• для 76 – 89 мм труб достаточно 4 лепестков;
• короткая сторона треугольника равна πD/n, где n – количество лепестков, D – диаметр трубы;
• высота треугольника равна или чуть больше двух наружных диаметров трубы.

Получившаяся пика имеет форму конуса, что очень удобно для приваривания заготовки лопасти. Чтобы сделать СВС по этой технологии потребуется сварочный аппарат (инвертор), плазморез/газорезка или УШМ с оснасткой по металлу (отрезной диск). Фундамент гарантированно погружается до проектного пласта, пика легко раздвигает мелкие камни, крошит крупные валуны.

Сварной наконечник

Для фундаментов малых архитектурных форм и легких построек могут использоваться сварные наконечники, изготавливаемые по схожей технологии:

• крой лепестка – развертка треугольника выполняется аналогичным способом из листовой стали (4 – 5 мм) либо трубы такого же диаметра, что и тело сваи;
• сборка наконечника – лепестки устанавливаются вплотную друг к другу, получившийся конус прихватывается сваркой;
• изготовление – двойной сварной шов по прихваткам.

Наконечник сваренный из 4-х треугольных заготовок (пирамидкой).

Лопасти удобнее стыковать к пикам из лепестков, вырезанных из труб, нежели к пирамидкам из листовой стали. В любом случае используется чертеж, приведенный ниже.

Крестообразный наконечник

Третий метод изготовления наконечника использует другие чертежи. Технология имеет вид:

• крой деталей – треугольник + ребра жесткости + круглая пластина-заглушка для трубы;
• сборка конструкции – на заглушку устанавливается большой треугольник, два ребра жесткости (под прямым углом к пластине), прихватываются в нескольких местах;
• сварочное соединение – все стыки обвариваются двойным швом.

Свая с крестообразным наконечником.

Большой треугольник имеет размеры:

• нижняя сторона равна диаметру круглой заглушки (наружный размер трубы);
• высота составляет π х D.

При выборе крестообразного наконечника необходимо учесть, что лопасти (шнек сваи) в этом случае привариваются выше пики. Это единственный недостаток данной конструкции, увеличивающий усилие затяжки.

Изготовление лопастей

Легче всего закручиваются сваи, винт которых начинается в нижней трети наконечника, шаг лопасти составляет 5 – 7 см. Этот элемент СВС имеет сложную конфигурацию, выполняется из толстой листовой стали от 5 мм. Поэтому сделать лопасти можно несколькими способами:

• сплошной однозаходный винт – крой листовой заготовки согласно приведенному чертежу, разводка лопасти ломом, монтировкой до необходимого размера шага;
• сборный винт из нескольких заготовок – крой отдельных сегментов (половина окружности максимум), последовательная сварка каждого из них на пику, тело сваи.

В первом случае физически невозможно выполнить больше одного захода винта. Зато элемент обладает максимальной пространственной жесткостью, стабильной геометрией.

Во втором варианте можно собрать многозаходный шнек, однако сложно сохранить конфигурацию спирали.

Однозаходная лопасть создается следующим способом:

Резка лопасти для сваи ручным плазморезом по меловой разметке.

• разметка – внешний диаметр заготовки 15 – 30 см в зависимости от нагрузки на сваю (обычно 20 – 25 см), внутренний диаметр равен наружному размеру трубы (для самодельных свай чаще 76 – 108 мм), в произвольном месте отчерчивается отрезок, соединяющий внутреннюю окружность с наружной;
• крой – деталь вырезается из 5 – 7 мм листа плазморезкой, газорезкой либо сваркой с учетом ширины реза, последующей обработки посадочного места (внутренний диаметр);
• разводка – участок напротив разреза между наружным/внутренним диаметром зажимается в тиски или щель в массивной конструкции (крыльцо, ворота, столб с секцией забора), края лопасти разжимаются монтажкой или ломом с постоянным контролем шага витка шнека.

Гибка лопасти для винтовой сваи с помощью лома.

Сделать многозаходные лопасти шнека можно по технологии:

• разметка – внутренний диаметр равен наружному размеру трубы (тело сваи), наружный составляет 20 – 30 см, получившееся кольцо делится двумя отрезками на одинаковые полукольца;
• фигурный крой – резка по разметке в любой последовательности профессиональным инструментом;
• установка на сваю – на пике, трубе необходимо создать винтовую разметку, приложить первое полукольцо, прихватить его, проверив перпендикулярность телу сваи, затем разместить по линии остальные полукольца в зависимости от необходимого количества витков шнека СВС. При необходимости, полукольцо немного подгибают.

Проще всего приварить шнек или сегменты сборного винта к телу сваи, так как сечение трубы постоянно на всем ее протяжении. Конусный наконечник сужается, поэтому внутренний диаметр лопасти должен иметь на этом участке меньший размер. Поэтому шаблон для этого элемента можно подгонять непосредственно по месту, используя листовой материал достаточной жесткости (паронит или картон).

Антикоррозионная обработка

Для максимального эксплуатационного ресурса элементы свайного фундамента необходимо защитить от коррозии. Ежегодно трубы, лопасти теряют 0,01 мм толщины стенок из-за ржавчины металла, погруженного в землю. Специалисты рекомендуют покрывать СВС после удаления окалины со сварных швов следующими составами:

• эмаль полиуретановая – производители Хемпел, Маско, наносится на грунт ВЛ05, обладает 30 – 60 летним ресурсом;
• эмаль двухкомпонентная – модификации IR02 или Зинга Металл, ресурс 60 – 90 лет, созданы для защиты подземных металлических конструкций;
• стеклопластик – наносится на холодное цинковое покрытие (IR02 + грунт ВЛ05), обеспечивает 300 – 400 летний ресурс, успешно противостоит электрохимической коррозии.

Для бюджетных построек обычно используют двухкомпонентные лакокрасочные покрытия на основе эпоксидных смол.

Следуя приведенным рекомендациям можно изготовить винтовые сваи своими силами, обеспечив максимально возможный для домашних условий эксплуатационный ресурс фундамента.

Видео

Сравнительный анализ винтовых свай с литым и сварным многовитковым наконечником

Время чтения: 8 минут Интересно, но нет времени читать?

В статье рассматриваются целесообразность и особенности применения винтовых свай с литым и сварным многовитковым наконечником.

1. Роль классификации грунтов в выборе типа фундамента

ГОСТ 25100 «Грунты. Классификация» выделяет большое количество разных категорий грунтов, но с точки зрения способности к восприятию нагрузок их всего четыре:

• особо прочные – скальные, полускальные, крупнообломочные;
• прочные – глинистые (твердой консистенции), все песчаные (кроме пылеватых песков);
• непрочные – глинистые (пластичной консистенции), пылеватые водонасыщенные пески при коэффициенте пористости > 0,6 (т.е. рыхлые);
• особо непрочные – торф, ил, свежеуложенные насыпи, глинистые (текучей консистенции).

В сложных грунтах, к которым относятся непрочные и особо непрочные, неплохо проявляют себя плитные и свайные (винтовые, забивные) фундаменты. Строительство ленточного фундамента на естественном основании оправдано только если невозможно применить вышеназванные типы (больше информации о бетонных фундаментах содержится в статье «7 мифов о бетонном фундаменте»). Мелкозаглубленный ленточный фундамент подходит только для более прочных грунтов с хорошей несущей способностью, не подверженных воздействию морозного пучения. Это относится и к столбчатому фундаменту.

Существенные недостатки плитного и ленточного (если он соответствует технологическим требованиям) фундаментов, а также фундамента на буровых сваях – их цена, необходимость проведения земляных работ в большом объеме и температурные ограничения: работать с бетонным раствором можно лишь при температуре не ниже 5°С, в противном случае произойдет удорожание строительных работ из-за мероприятий по обогреву бетонной смеси.

Для забивных свай помимо расчетов несущей способности рекомендуется выполнять расчеты на противодействие силам морозного пучения, так как при недостаточном заглублении или малом сечении свай морозное пучение представляет серьезную угрозу для этого типа фундамента, а отремонтировать его будет невозможно. Соблюдение технологических требований, как правило, также ведет к удорожанию строительства.

Фундамент из винтовых свай не требует проведения земляных работ, позволяет полностью отказаться от бетона, его применение не ограничивается несущей способностью основания, а потому часто становится хорошим решением.

2. Выбор типоразмера винтовых свай на основании данных о грунтах

Однако необходимо понимать, что для фундамента из винтовых свай важно правильное сочетание конструктивных и геометрических параметров свай, соответствующее грунтовым условиям площадки строительства (подробнее об этом в статье «Классификация винтовых свай»).

В торфах и слабых водонасыщенных грунтах, характеризующихся крайне низкой несущей способностью и одновременно значительной коррозионной агрессивностью, лучше использовать многолопастные сваи (принципы расчета этой модификации рассматриваются в статье «Особенности расчета многолопастных винтовых свай») с толщиной стенки более 6 мм (более подробная информация об основаниях для назначения толщины металла в статье «Расчет толщины стенки винтовой сваи на основании требований к сроку службы»).

Для прочных грунтов подойдут узколопастные сваи с наконечниками специальных конструкций. Наконечники необходимы для обеспечения погружения сваи в такие грунты, что определяет их конструктивные особенности. Способность узколопастных свай к восприятию проектных нагрузок обеспечивается прежде всего высокой несущей способностью основания, а кроме того, расчетом таких параметров, как количество витков лопасти, шаг между ними и ширина лопасти, которые назначаются исходя из грунтовых условий площадки строительства. Индивидуальный подбор перечисленных параметров позволяет всегда в полном объеме учитывать трение по боковой поверхности ствола при выполнении расчетов этой модификации на вдавливающие, горизонтальные и динамические нагрузки.

В то же время учет трения по боковой поверхности ствола требует обязательного выполнения расчетов на противодействие силам морозного пучения, так как узколопастные сваи не устойчивы к воздействию касательных сил морозного пучения (более подробно в статье «Воздействие сил морозного пучения на различные типы винтовых свай»).

В дисперсных грунтах – связных и несвязных – применение узколопастных свай необоснованно. Дисперсный грунт состоит из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабо связанных друг с другом (ГОСТ 25100-95). Из-за маленькой площади лопасти не могут надежно зафиксироваться в нем, что, естественно, ведет к значительной потере несущей способности.

3. Недостатки литых многовитковых наконечников

Узколопастная свая, как правило, имеет конусообразный наконечник, на котором располагается узкая многовитковая лопасть. Внешне она напоминает саморез, да и принцип работы у них схожий: конусообразный наконечник разрезает грунт, а лопасть благодаря своему маленькому диаметру упрощает завинчивание сваи и уменьшает риск ее деформации.

В зависимости от типоразмера и характеристик основания такие сваи устанавливаются ручным или механическим способом. При погружении в многолетнемерзлые (вечномерзлые) грунты используется лидерное бурение на глубину погружения, выполняемое шнеком, диаметр которого составляет 0,9-1 диаметра ствола сваи.

В России существуют разновидности многовитковых свай со сварным или литым конусообразным многовитковым наконечником. При использовании литья наконечник отливается полностью, то есть лопасть – его составная часть. При производстве сварных конструкций спиральная лопасть приваривается к стволу. Что касается технологии погружения, то никаких отличий между сваями со сварным или литым наконечником нет.

Существует мнение, что в прочных скальных или крупнообломочных грунтах, а также с включениями (природный и/или техногенный мусор) с большей вероятностью подойдут сваи с литым наконечником. Многие ошибочно полагают, что литая конструкция прочнее сварной, так как не содержит сварных соединений и может быть изготовлена форма любой сложности. Ошибочность тезиса в том, что место, где находится сварной шов всегда прочнее за счет большего сечения. Характеристики свариваемых материалов в остальном ничем не отличаются от отлитого в форме. Что касается сложных форм, то современное оборудование позволяет обеспечить точность изготовления любых применяемых сегодня конфигураций наконечников. Таким образом, у сварного наконечника по отношению к литому нет никаких существенных недостатков. Однако, у литья имеется существенный недостаток в том, что для каждой конфигурации необходимо отдельно изготавливать формы для отливок. Это приводит к использованию одного, реже двух типоразмеров для всего многообразия грунтов. Не трудно сделать вывод, что в большинстве случаев литые наконечники будут малоэффективны.

Для снижения материалоемкости свайных конструкций и трудоемкости их погружения, при этом соблюдая требований по обеспечению несущей способности сваи, необходимо для каждого типа грунта подбирать наиболее эффективную конструкцию наконечника. Этого можно достичь только при использовании сварных наконечников, т.к. нет никаких ограничений по изготовлению индивидуально подобранному конструктивному исполнению для любой площадки строительства, с любыми грунтовыми условиями.