Винтовые или железобетонные сваи

При выборе типа фундамента для строительства часто возникает вопрос: винтовые или железобетонные забивные сваи — какие и в каком случае лучше? В статье проведем детальный анализ двух технологий — их конструкцию, несущую способность, срок службы, устойчивость к разным грунтовым условиям. А также монтаж, экономическую целесообразность применения для конкретного типа строений.

Фундамент — важный элемент здания, от которого зависит надежность, долговечность строения. Различные типы оснований имеют преимущества и недостатки, которые нужно учитывать при проектировании, возведении строения. Сравним винтовые сваи с железобетонными по основным характеристикам.

Винтовые сваи

Винтовые сваи — опоры, которые применяют в закладке заглубленных фундаментов для передачи эксплуатационных нагрузок сооружения на плотные слои грунтового массива. Их конструкция состоит из:

• Ствола — сварной или горячедеформированной стальной трубы разного диаметра и толщины стенок с длиной от 1 до 12 метров, возможностью секционного наращивания для достижения проектной отметки заглубления.
• Наконечника — элемента, предназначенного для снижения сопротивления при погружении в грунт. Бывает конической или корончатой формы, облегчают завинчивание в плотные слои почвы. 
• Лопасти несущего винтообразного элемента, взаимодействующего с грунтовым массивом и обеспечивающего анкерные свойства. Размер лопасти, как и толщина металла, зависит от диаметра ствола и условий эксплуатации.

Серийное производство чаще всего осуществляется с использованием углеродистой или низколегированной стали. Для обеспечения требуемого срока службы и защиты против коррозии в агрессивных грунтовых условиях опоры подвергают антикоррозионной обработке. Используют метод горячего цинкования, нанесение полимерных — эпоксидных, полиуретановых, многокомпонентных лакокрасочных покрытий с высокими адгезионными и барьерными свойствами. В зависимости от типа покрытия и толщины металла срок эксплуатации составляет 60-120 лет.

Опоры подходят для установки в различные типы грунта, в том числе в рыхлые и песчаные почвы.

Преимущества установки винтовых свай:

• Скорость монтажа — установку осуществляют в короткие сроки без сложной подготовки грунта, привлечения большого количества техники, вне зависимости от сезона. Это существенно сокращает время строительства.
• Отсутствует вибрация при ввинчивании, что важно для сооружений, расположенных вблизи строений или подземных коммуникаций.
• Установка в ограниченном пространстве, непосредственной близости к другим постройкам.
• Устойчивость к пучению — важно для регионов с высокими уровнями грунтовых вод, сильными морозами.

К минусам относят невозможность обустройства подвала, а также их применение в горной местности.

Железобетонные сваи

Железобетонные (ЖБ) забивные сваи применяют в строительной практике при возведении объектов на слабых или неоднородных грунтах, а также для конструкций с повышенными сосредоточенными и распределенными нагрузками.

Конструкция представляет опору квадратной, прямоугольной или округлой формы из бетона, армированного стальным каркасом. Для изготовления используют бетон соответствующий марки с высокими показателями морозостойкости и водонепроницаемости. Это обеспечивает долговечность, устойчивость к агрессивным средам, механическую прочность, необходимую для нагрузок при забивке, вдавливании и эксплуатации.

Продольное армирование состоит из металлической арматуры, высокопрочной проволоки, расположено по периметру сечения. Его основная функция — восприятие растягивающих, изгибающих усилий, возникающих при транспортировке, подъеме, забивке и эксплуатации, повышение несущей способности на осевое сжатие.

Поперечное армирование выполняется в виде спиралей или хомутов из арматурной проволоки или стержневой арматуры меньшего диаметра. Оно предназначено для объединения продольных стержней в единый каркас, предотвращения их выпучивания, обеспечения целостности бетона при динамических ударных нагрузках. В зоне острия и головы поперечное армирование усиливается уменьшением шага хомутов.

Конструкция ЖБ опор:

• По форме бывают сплошного сечения или с внутренней полостью, что снижает их массу, расход материалов при сохранении достаточной несущей способности для конкретных условий.
• Нижний конец бывает двух типов — острие или пята. Первый используют для облегчения проходки плотных грунтов. Второй увеличивает площадь опоры в слабых грунтах.
• Верхний конец (голова) подготовлен для сопряжения с ростверком или плитой фундамента.

Плюсы железобетонных забивных и погружных свай — высокая несущая способность и долговечность. 

Сравнение винтовых и железобетонных свай

Резюмируем основные отличия по параметрам.

Несущая способность

Железобетонные сваи, за счет массивной конструкции и высокой прочности на сжатие, обеспечивают большую несущую способность, что делает их предпочтительными для нагруженных объектов, таких как многоэтажные здания и промышленные сооружения. Их способность выдерживать значительные вертикальные нагрузки достигает десятков тонн, особенно в условиях плотных и стойких грунтов.

Винтовые сваи обладают высокой несущей способностью. Благодаря предусмотренной в конструкции встроенной спиралевидной лопасти увеличивается сопротивление грунта. Однако для тяжелых объектов потребуется большее количество опор для достижения необходимого сопротивления. Винтовые сваи демонстрируют лучшие показатели при установке в рыхлых и песчаных грунтах, где их несущая способность соответствует нормам для легких и средненагруженных сооружений.

Выбор между двумя типами опор базируется на конкретных условиях эксплуатации, характеристиках грунта, величине проектных нагрузок.

Размеры и срок службы

Отличия размеров и срока эксплуатации забивных железобетонных и винтовых свай следующие.

• ЖБ сваи имеют крупные размеры, длину от 6 до 12 метров, различные формы поперечного сечения, что гарантирует сопротивляемость значительным нагрузкам, обеспечивает устойчивость в сложных грунтовых условиях. Их срок службы превышает 70–100 лет при правильном проектировании.
• Винтовые сваи короче и легче, длиной в диапазоне от 1 до 12 метров, что делает их легче в установке, но иногда ограничивает несущую способность под тяжелыми конструкциями. Срок службы составляет 60-120 лет в зависимости условий эксплуатации, выбранных материалов для антикоррозионной защиты.

Таким образом, выбор — винтовые сваи или бетонные столбы, зависит как от необходимых нагрузочных характеристик, так ожидаемого срока службы фундамента. Также важны физиологические и механические свойства грунта. Винтовые лучше подходят для рыхлых, песчаных, глинистых грунтов с перепадами высот, в то время как железобетонные рентабельны в сложных грунтовых условиях, поскольку обеспечивают большую стабильность.

Различия монтажа

Методы установки влияют на выбор типа фундамента, определяя, что лучше в конкретных условиях — винтовые или забивные железобетонные сваи. Установка бетонных опор требует значительных трудозатрат, предварительной подготовки. Необходимо выровнять участок, создать основу, привлечь грузовой транспорт для доставки, а также специализированную технику: экскаваторы, краны, вибро- и бурозабивные, сваевдавливающие машины для их погружения. Это времязатратный и трудоемкий процесс, особенно в сложных геологических условиях.

В отличие от ЖБ, винтовые сваи монтируются проще и быстрее: их можно ввинчивать вручную или с помощью малогабаритного оборудования без необходимости выравнивания поверхности. Это делает их установку даже в труднодоступных местах экономически эффективной, менее зависимой от условий местности, значительно сокращает сроки выполнения строительных работ.

Сфера применения и ограничения

Фундаменты на ЖБ сваях оптимальны для:

• возведения многоэтажных жилых, общественных, административных зданий;
• строительства промышленных комплексов, цехов;
• сооружения мостов, путепроводов, гидротехнических объектов, эстакад, укрепления дорожного полотна;
• в ландшафтном строительстве площадок под парки, зоны отдыха, аттракционы;
• укрепления склонов при возведении тоннелей, мостов в горной местности. 

Ограничением для применения ЖБ забивных свай являются грунты, склонные к значительным горизонтальным глубинным подвижкам, например, оползневые склоны с глубокой плоскостью скольжения. Также применение ограничено в условиях плотной городской застройки из-за динамических и вибрационных воздействий на соседние здания.

Винтовые сваи чаще используют для:

• гражданского строительства — возведение малоэтажных домов из дерева, газобетона, кирпича, пеноблоков, заборов, ограждений, входных групп;
• прокладки линий электропередач, столбов освещения, нефтепроводов, трансформаторных площадок;
• объектов транспортного назначения — вокзалов, перронов, аэропортов;
• монтаж теплиц, парников, животноводческих комплексов, зернохранилищ;
• быстровозводимых конструкций — складов, торговых и логистических центров, ангаров, шатров, крытых стадионов и ледовых арен, временных сооружений;
• строительства мостов, причалов, понтонов, укрепление береговых линий;
• дач и малых архитектурных форм — беседок, террас, декоративных мостиков, павильонов;
• реконструкции фундаментов гражданских и промышленных объектов, укрепления склонов.

Ограничением к их установке служат каменистые, скальные грунты, районы сейсмической активности, высокие вертикальные нагрузки многоэтажных зданий. Они приоритетны в частном строительстве. Например, для возведения каркасного дома винтовые сваи предпочтительнее ЖБ. Под «легкие» строения в один-два этажа рентабельнее использовать именно свайно-винтовой фундамент.

Соотношение цены

Если рассматривать, что дешевле — винтовые сваи или бетонные, первые выигрывают, так как итоговая стоимость зависит от массы факторов, включая материалы, технологии производства, установки.

• Железобетонные сваи чаще имеют более высокую стоимость из-за затрат на материалы, производство, необходимость привлечения тяжелой техники для их забивки. Однако этот тип свай обеспечивает большую несущую способность, что оправдывает его цену в перспективе.
• Винтовые сваи более экономичны за счет простоты монтажа, меньших трат на оборудование. Они требуют меньше времени на установку, менее зависимы от сложных погодных условий, что снижает общие расходы.

Выбор между свайно-винтовым фундаментом и железобетонными сваями должен учитывать не только начальные затраты, но и эксплуатационные характеристики, требования конкретного проекта. Если речь идет о легких, не требующих больших инвестиций строениях, винтовые сваи окажутся лучшим решением. В случае проектирования многоэтажных зданий предпочтение следует отдать железобетонным опорам. Важно, чтобы перед принятием окончательного решения был проведен подробный анализ грунтовых условий, характеристик загруженности будущей конструкции. Таким образом можно обеспечить долговечность и надежность фундамента, исключив серьезные проблемы в будущем.