Когда появился свайный фундамент

Обновлено: 05.05.2024

Винтовые сваи изобрел Митчелл Александр и впервые их использовали в 1830 году. Основным назначением винтовых свай было – поддержка маяков и пирсов в грязной и песчаной почве у берегов Великобритании и Ирландии. Назывались они сваями маяков. Первым маяком на винтовых сваях был маяк у берегов Темзы – Маплин. Изготавливались сваи изначально из чугуна или кованого железа. Сейчас винтовые сваи изготавливают из стали. Нагрузка, которую выдерживает свая, напрямую зависит от диаметра винта. Винтовая свая передает усилие, которое воздействует на нее, в почву, так что несущая способность зависит и от физических характеристик грунта и от глубины на которую устанавливается свая. В 1863 г. Фундамент на винтовых сваях был использован в строительстве Брайтон Пирс. Технология винтовых свай широко используется в США, Великобритании, Канаде и ряде других стран. На сегодняшний день приобретает все большую популярность и в России.

Сегодня винтовые сваи изготавливаются как с литым наконечником, так и с использованием сварного наконечника. Они выдерживают нагрузки как на сжатие, так и на выдавливание или усадку. Фундамент на винтовых сваях может быть установлен за день и будет полностью готов для возведения сооружения.

Винтовые сваи могут быть использованы во многих конструкциях:

Как производится монтаж винтовых свай?

Существует несколько методов закручивания винтовых свай.

1. Монтаж винтовых свай с помощью механизированной техники — бобкэт, миниэкскаватор и т.д. Данный метод наиболее распространен, когда нужно закрутить большое количество винтовых свай в короткий срок.

2. Ручное закручивание — использование ручного труда 3 — 5 человек, для закручивания винтовой сваи. Использование ручного труда при завинчивании винтовых свай наиболее распространен. Бывают случаи, когда к месту монтажа винтовых свай механизированное средство нельзя доставить или это стоит больших временных и материальных затрат.

Есть неверное мнение, что при закручивании винтовых свай механизированным средством, в отличии от закручивания вручную, сваю можно закрутить глубже. Это не так, потому что, винтовая свая рассчитана на определенные нагрузки, и при увеличении крутящего момента, свая не выдерживает и либо отрывается винто или его лопасти или рвется сама свая.

Простейшие опоры из деревянных свай применяли в древности для постройки примитивных жилищ и мостиков, которые были расположены на постоянно подтапливаемых территориях. Сваи применяли более двух тысяч лет назад для деревянных балочных мостов через реки Тибр и Рейн. В последующие исторические периоды деревянные сваи применяли для устройства фундаментов деревянных и каменных арочных мостов.

В фундаментах каменных мостов первоначально сваи использовали для уплотнения грунтов с целью подготовки основания и увеличения его несущей способности, затем - в качестве несущих элементов, передающих нагрузку от плиты фундамента на грунт. Плиту фундаментов, которя погружалась под воду, сооружали под защитой деревянных водонепроницаемых ящиков или деревянного шпунта.

Деревянные сваи для уплотнения основания были применены при строительстве фундаментов моста через р. Луару во Франции в 1753-1764 гг. Забитые сваи срезали ниже уровня воды. На верхнюю часть (голову) свай каждого фундамента опускали водонепроницаемый ящик с брусчатым дном, под защитой которого насухо возводили каменную кладку опор. Аналогичным способом построены в 1842-1850 гг. свайные фундаменты (рис. 1,а) бывшего Николаевского моста через р. Неву. Сваи забили на глубину 7,5 м и срезали на 4,3 м выше дна реки.

Свайные фундаменты построенного в 1822-1829 гг. моста через р. Нарву возводили в котлованах, огражденных деревянным шпунтом.

До середины прошлого столетия сваи забивали ручными и подвесными молотами простейших конструкций. Первый паровой молот изобрел Д. Несмит (Англия) в 1845 г. Этот молот одиночного действия имел ударную часть весом 2 тс, ход поршня 0,41 м, частоту ударов 70-80 в мин. В 1889 г. конструкцию его усовершенствовал русский инженер С. Арциш. В конце XIX в. в США появились паровые молоты двойного действия. Одновременно улучшались и конструкции копров. Появление паровых молотов, копров и применение с 1852г. подмыва для облегчения погружения свай способствовали резкому повышению эффективности сваебойных работ.

По мере совершенствования технологии работ увеличивали размеры свай. Если до середины XIX в. длина деревянных свай редко превышала 20 м, то для фундаментов моста через р. Луару в Нанте, построенного в 1856 г., использовали сваи длиной 30 м, а для построенного в 1907 г. моста через залив в Сан-Франциско применили сваи диаметром 40 см и длиной до 36 м. В отечественном мостостроении применяли составные деревянные сваи длиной до 36 м.

Развитию свайного фундаментостроения способствовало применение с 1897г. железобетонных, а с начала XX в. стальных свай.

Железобетонные сваи сплошного сечения начали вытеснять деревянные. Так, для опор построенного в 1927-1929 гг. моста длиной 13,2 км через бухту в Сан-Франциско применили железобетонные сваи сечением от 38х38 до 48х62,4 см при длине от 13,5 до 31,5 м.
В дальнейшем сваи сплошного сечения, имеющие большую массу, заменяли более легкими (полыми) квадратного, а позднее трубчатого сечения. Наряду с железобетонными начали широко применять стальные сваи с поперечным сечением разной формы.
Увеличение поперечного сечения и длины свай способствовало изменению конструкций фундаментов. Взамен фундаментов из вертикальных свай с плитой, расположенной в грунте, начали применять фундаменты из наклонных свай с плитой над грунтом, Опоры с такими сваями впервые построили в России в 1913г. по проекту Н. М. Герсеванова для углеперегружателя в Петербурге. Опоры нормально эксплуатировались более 40 лет и только в 1955 г. их реконструировали.

В 1920 г. немецкая фирма предложила аналогичные опоры для моста длиной 655 м (соединяющего Стокгольм с Лидинго) через пролив глубиной 20 м. В месте сооружения опор на глубине до 40 м залегает галечник, прикрытый слоем пластичных глин. Каждая из опор под пролетные строения длиной 49,5 м состоит из двух вертикальных и восьми наклонных свай-оболочек диаметром 93 см со стенкой толщиной 8,5 см и длиной до 45 м (рис. 3). Мост построен в 1922-1923 гг.

С первой половины XIX в. наряду с деревянными забивными начали применять винтовые сваи. Винтовые сваи фундамента маяка, построенного в 1838 г. в Англии, имели деревянный ствол с чугунным наконечником. В дальнейшем деревянный ствол свай стали заменять стальным. В середине прошлого столетия применяли сваи со стволом диаметром от 12,5 до 21 см и винтовой лопастью диаметром 30-70 см.

В России винтовые сваи впервые применили в конце прошлого столетия для фундаментов мостов на дороге Самтредиа - Поти. Сваи состоят из стальной трубы диаметром 20 см с лопастью диаметром 100 см.

В Китае с применением винтовых свай диаметром 35 см и чугунной лопастью диаметром 120 см иностранными фирмами в начале XX в. построены опоры моста длиной 3 км через р. Хуанхе и других мостов.

С началом внедрения бетона в строительство русский инженер Страус в 1899г. предложил принципиально новый тип свай, бетонируемых в предварительно устраиваемых в грунте скважинах. С течением времени сваи этого типа улучшали и к настоящему времени известно много конструкций и методов устройства свай в грунте. Коренным усовершенствованием явились буровые сваи с уширенным основанием, сооружаемые оборудованием вращательного действия, предложенным в 1950 г. проф. Е. Л. Хлебниковым.

С 1956 г. в отечественном и зарубежном мостостроении начали широко применять фундаменты из сборных железобетонных свай-оболочек.
Анализируя развитие отечественной и зарубежной техники фундаментостроения, можно видеть, что успех в отработке и внедрении более совершенных и экономичных конструкций во многом зависит от эффективности применяемого технологического оборудования по изготовлению и заглублению несущих элементов в грунт. Применение паровоздушных молотов взамен ручных и подвесных значительно повысило производительность труда и обеспечило возможность применения тяжелых свай большой длины и сечения, в том числе железобетонных и стальных. Создание грунторазрабатывающего и, в первую очередь, бурового оборудования способствовало внедрению буровых свай. За разработкой в СССР (впервые в мире) мощных вибропогружателей последовало широкое внедрение сборных железобетонных оболочек большого диаметра.

Известно, что в общем комплексе работ по сооружению мостов возведение фундаментов до сих пор остается трудоемким, длительным и дорогостоящим процессом, на который приходится 30-60% затрат труда и стоимости мостов. Сложность строительства фундаментов мостов оценивается не только экономическими показателями. Есть целый перечень специфических трудностей, свойственных фундаментостроению:

Так вот, сегодня мы поговорим про то, почему возникли свайные фундаменты. Они зародились ещё в Древнем Риме, когда начинали застраивать здания на высоких, тяжелых деревянных кольях. Венецианские сваи выполнены из лиственницы, которая является самой долговечной древесиной. Пожалуй, самой водостойкой. По тем временам строительство таких фундаментов считалось настоящим прогрессом. Архитектурная инженерия сделала огромный шаг вперед. Так вот: чего именно свайные фундаменты стали сверхпрочными и сверхдолговечными? Это как то влияет на качество дома в современном строительстве и Архитектурной инженерии?

Чтобы нам иметь пространственную картину того, что это за фундамент такой — на сваях, мы вам опишем его историю. Много мы писать не будем, чтобы не отдаляться от темы:

История и факты

Начало истории свайного фундамента начинается с I века до н.э., когда знаменитый на весь мир Архитектор Витрувий придумал технологии строительства на опорах, которые будут держать здание на нестабильном грунте. Такая идея характерна для строительства Древних храмов, т.к. это очень тяжелые постройки, и они требуют высококачественные опоры, чтобы здание было долговечным. Для копки свайных фундаментов приходилось выкапывать небольшие, но глубокие ямы, вплоть до твердых пород грунта чтобы ставить на них прочные и тяжелые колья. Такие колья были сделаны из оливковой, дубовой или ольховой древесины, причем сваи обжигали.

Наиболее древнее описание копра, механизма для бурения скважин для установки свай было создано в 1860 году. Чуть позже создали станины, которые увеличивали мощность копера.

В 1889 году С.А. Арцишь усовершенствовал технологию свайных фундаментов, при этом еще усовершенствовав копер.

До 1883 года сваи забивали вручную, Архитекторы исключительно стали применять в строительстве забивные сваи (сваи забивной конструкции).

В 1869 году придумали винтовые сваи. Это отмечается в монографии В. Карловича в том же году про превосходство винтовых свай над забивными.

В конце XIX века применение свайных фундаментов распространилось в массовом строительстве. Тогда на свайных фундаментах начали строить и небоскребы.

К тому времени различали два вида свай: погружаемые и набивные.

В 1898 году изобрели паровой сваебойный молот.

Странами-разработчиками современных свай стали Германия и Франция.

К концу XIX века появились и железобетонные сваи, которые до нашего времени являются современными.

Уже с 19 века винтовые сваи использовались в промышленном строительстве. За последние десять лет приобрели свою популярность и в индивидуальном малоэтажном строительстве. За этот малый срок винтовые сваи завоевали большую популярность, но многих все же настораживает новинка в сфере фундаментов. Большинство людей волнует несколько вопросов: срок службы такого фундамента, надежность и возможность отделки. Далее мы дадим ответы на эти вопросы.
Как и уширение столбчатого фундамента, который выполняется по технологии ТИСЭ, у винтовой сваи есть лопасть, которая позволяет зайти сваи в грунт и, что самое главное, снижает давление сваи на грунт под нагрузкой и не позволяет выдавить сваю силами морозного пучения. Винтовая свая – это неподвижная опора.

В малоэтажном строительстве используют чаще всего сваи диаметром 108 мм и лопастью 300 мм. Несущая способность такой сваи рассчитывается исходя из грунта. Таким образом нагрузка на одну сваю в глинистой почве будет равна 2-6 тонн, а свая, закрученная в песок, выдержит нагрузку в 6-9 тонн.

После того как сваи были закручены на нужную глубину – они обрезаются по уровню и заливаются бетоном. Бетон вытесняет кислород, тем самым защищая сваи от внутренней коррозии. Сверху свай надевают оголовки либо обвязка происходит при помощи швеллера.

Для малоэтажного строительства винтовые сваи – это идеальное решение, особенно если имеется сложный рельеф участка. С помощью свай можно легко возвести ровный качественный фундамент, сокращая при этом сроки строительства (на возведение фундамента на сваях требуется от 1 до 3 дней) и снижая затраты на фундамент (дешевле качественного ленточного мелкозаглубленного фундамента).
Также прекрасная вентиляции пола обеспечит Вам долгий срок службы нулевого деревянного перекрытия.
Винтовые сваи можно монтировать в любое время года, даже зимой. Благодаря литым наконечникам, сваи входят в мерзлый грунт как нож в масло.

Одним из главных вопросов при выборе фундамента является срок службы. В России винтовые сваи относительно недолго и за 10 лет использования нареканий в отношении стойкости и сопротивлению коррозии. Были случаи просадки фундамента, но это вида нарушения технологии ввинчивания свай. Свая должна войти в плотный несущий грунт. Эти недочеты допущены по вине недобросовестных монтажников. Так же был случаи отрыва лопасти во время вкручивания свай. Это следствие некачественной сварки. Литые наконечники исключают эту ситуацию полностью. При правильном изготовлении сваи, качественной антикоррозийной обработке, и грамотном монтаже фундамента – винтовая свая прослужит не менее 100 лет. Следить за состоянием винтового фундамента не представляет большой сложность, ведь зона риска находится у поверхности грунта и периодический технический осмотр поможет сохранить фундамент на долгие годы.
Отделка цоколя фундамента на винтовых сваях чаще всего производится декоративными панелями, сайдингом и т.д. Но необходимо оставлять небольшой зазор. Это необходимо для защиты декоративной отделки от поднятия грунта при морозном пучении. Обычный зазор между грунтом и панелями составляет от 5 до 7 см.

Ответы на часто задаваемые вопросы:

Какую нагрузку может выдержать винтовая свая?

Несущая нагрузка на сваю зависит от типа грунта в которую вкручивается свая. Чем плотнее почва, тем выше несущая способность. Несущая способность сваи диаметром 108 мм и диаметром лопасти 300 мм равна от 4 до 9 тонн на одну сваю, в зависимости от грунта.

Какое расстояние рекомендуется между сваями?

Что бы расстояние между сваями было не более 2,5м. Но все зависит от конкретной технической задачи.

Подойдет ли винтовая свая для скальной породы?

Наши сваи, к сожалению, не оснащены буровой головкой. Если грунт с мелким щебнем, то есть возможность установки свайного фундамента.

Нужно ли оставлять пространство между почвой и цоколем?

Да, необходимо обеспечить достаточное расстояние между почвой и строением, для защиты от пучения грунта при отрицательных температурах.

Нужно ли защитное покрытие вокруг сваи от морозного пучения?

Абсолютно не нужно, морозы не влияют на стальную сваю, а винтовая лопасть служит «якорем» и не позволяет почве выдавить сваю. Именно по этой причине необходимо, что бы свая находилась ниже уровня промерзания.

Впервые винтовые сваи как основу под какое-либо строение начали устанавливать более 200 лет назад. Первого инженера который изобрел и запотентовал винтовые сваи зовут Александр Митчелл. Он был английским инженером- строителем. Впервые сваи в качестве винтовых конструкций были предложены английским инженером Александром Митчеллом в 1833 году в Англии.

Такие сваи можно было ввинчивать в грунт. На таких сваях было построено сооружение осветительных конструкций Лондона в зоне приливно-отливных бассейнов. 1848 год очень знаменательный для Митчелла, потому что его избрали в члены Учреждения Инженеров строителей и наградили Медалью Телфорда за изобретение такой свайной конструкции.

Начиналось все с винтового якоря. Вскоре была предложена идея, которая предполагала наличие такого якоря на конце трубы. После воплощения этой идеи, конструкция получила название screwpile, что в переводе означает винтовая свая. Девиз, которым придерживался Митчелл при изобретении сваи был «Закручивать – легче чем забивать.

В 1850-ых годах на другом конце мира, в Штатах Америки, а именно в заливе Делавэр был установлен маяк, нагрузку от которого несли совершенно новые конструкции: фундаментами послужили металлические трубы с приваренными к ним винтовыми колпаками. Сама труба погружалась в грунт, подобно шурупу, вкручиваемому в древесину. Эта конструкция фундамента оказалась такой востребованной, что в течение нескольких десятков лет во всей Америке создавались маяки новой конструкции.

Винтовые сваи в России

В России такое понятие, как «винтовые сваи» появилось на 30 лет позже чем в Америке и Англии. Для такой страны как Россия, фундамент на винтовых сваях очень важен. Это объясняется существованием отдельных районов в условиях вечной мерзлоты и наличием в приморских районах слабых грунтов. Поэтому стали очевидны преимущества представленной новой конструкции перед традиционными забивными сваями.

Как отмечалось выше в России использование винтовых свай началось несколько позже.

В 1880-х годах Владислав Карлович Дмоховский (доктор технических наук (1937 год.), советский ученый в области строительства фундаментов, заслуженный деятель науки и техники РСФСР(1949 г.), генерал-майор инженерно-технической службы (1943 год) доказал, что винтовые сваи имеют огромное преимущество в применении перед забивными при необходимости устройства фундамента в условиях вечной мерзлоты, или при работе со слабыми и заводненными грунтами.

1900 год – первое упоминание о винтовых сваях как о фундаменте в частном малоэтажном строительстве.

Такой фактор как время очень важен в строительной отрасли. Проще говоря, чем быстрее и качественнее построишь здание или сооружение, тем больше заработаешь денег. Естественно мало кому понравится стройка за окном, которая, кажется, длится вечно и постоянный шум от нее. По этим и многим другим причинам можно сделать вывод о том, что строители ставят перед собой главной задачей именно выполнение всех видов работ за минимальные сроки. Как известно, забивные сваи забиваются в грунт, и этот процесс сопровождается шумом и вибрациями. Мало того вибрационные воздействия на грунт могут повредить здания, различные сооружения, памятники, находящиеся в непосредственной близости от места производства работ. Немаловажный минус и непролазная грязь. И это не весь список недостатков от устройства фундамента традиционным способом.

Естественно пути решения этих проблем строителей волновали давно. Именно поэтому 80 лет назад разработали и утвердили эффективное решение. Это решение – использование в качестве фундаментов конструкции по типу винтовая свая. Несколько образцов будущего оборудования, которые используются сегодня для создания фундамента, появились только во второй половине XIX века. Вполне естественно, что качественно толчок к таким технологиям проявился в тех странах, где особо четко соблюдают права человека и свободу граждан, в список которых входит также право на отдых. Отдых не должен нарушаться ни выбором времени, ни излишним шумом. Такая организованная система защиты прав позволяет без труда любому человеку подать в суд на строителей, которые нарушают или ограничивают эти права и свободы.

После сконструированной и разработанной технологии винтовых свай, было найдено решение такой проблемы, как шум в период строительства. На тот момент такой сваей являлась стальная конструкция со сварными лопастями. Благодаря этим лопастям было возможно быстро и легко устанавливать фундамент в грунты различной твердости и сложности. Естественно в каждом методе, идеи существуют ограничения. Для металлических свай особенно сложны скальные породы. В современном мире, конечно, обошли эту проблему, используя гидромоторы для погружения свай в скалистые породы.

С того времени как изобрели винтовые сваи, они часто модернизировались как советскими инженерами, так и американскими. В России, конечно, такие сваи ценились особенно, и их широко стали использовать, первое время, для строительства инженерных сооружение военного назначения, а далее и в строительстве гражданских зданий. Освоение сложных грунтов возможно было только при использовании винтовых свай.

Конструкцию лопастей для винтовых свай впервые применили именно советские инженеры. Эти лопасти изготавливались из стали особой прочности. Это позволило значительно повысить прочность, надежность и долговечность фундамента.

Сегодня винтовые сваи используются повсеместно. Этот факт подтверждается главным образом тем, что установка фундамента достаточно легка и удобна, и кроме того, обеспечивается прочность всей строительной конструкции. Винтовые сваи наиболее широко распространены там, где земля промерзшая из-за низких температур и толстого снежного покрова. Это северные районы нашей планеты. География применения фундаментов на винтовых сваях охватывает все континенты. Потому что в огромном количестве случаев альтернативу такому фундаменту найти или сложно, или очень дорого. Некоторые из этих случаев связаны как раз с водной стихией. Это высокий уровень грунтовых вод, частые подтопления, плывуны и даже замерзшие водоемы.

Все строители уже удостоверелись в положительных сторонах использования таких свай, и вопросы, связанные с преимуществами винтовых свай в сравнении с обычными конструкциями, уже не возникают. Это и уменьшение шума при проведении работ, и удобные эксплуатационные характеристики. Это особенно важно при организации строительства на неровных поверхностях.

О плюсах винтовых свай и уложенного на них фундамента можно выделить следующее:

Конструкция фундамента, основой которой являются винтовые сваи, не требует проведения земляных работ, а это, следовательно, экономит время и деньги. И не нужно будет вести планировку участка, применяя тяжелую строительную технику.
В какой грунт вкручивать для винтовых свай не важно. Их с легкостью можно установить на обводненной и даже на подвижной почве, также на склонах, и в окружении деревьев.
Винтовые сваи могут выдержать дополнительные пристройки к сооружению, поэтому в дальнейшем можно изменять конструкцию уже созданного строения.
Установка винтовых свай не ограничена периодами года.

Из всего сказанного про винтовые сваи можно сделать следующий вывод

Винтовые сваи – это новое слово в строительной индустрии: быстро возводимые конструкции, способные выдерживать значительные нагрузки.

Читайте также: