Гвинтові палі - плюси і мінуси, характеристики, пристрій

Фундамент будинку - один з найбільш складних і дорогих елементів його конструкції. Одночасно з цим процес його створення дуже тривалий - в більшості випадків це лімітуючим стадія будівництва. На жаль, не рідкісні випадки, коли недобросовісні забудовники йдуть на свідоме порушення технологій і норм, щоб скоріше закінчити фундамент і перейти до наступних етапів роботи. Найчастіше на це їх штовхають і самі замовники, яким здається, що на будмайданчику занадто довго нічого не відбувається. Надмірна поспіх на даній стадії призводить до того, що незабаром у мешканців нового будинку виникають проблеми - фундамент просідає, і, як наслідок цього, вся конструкція починає повільно руйнуватися.

Чи можлива тут золота середина? Чи можна швидко змонтувати міцний і надійний фундамент? Виявляється, можливо. На допомогу в цьому випадку приходять гвинтові палі. Для створення фундаменту на гвинтових палях потрібно не один-два місяці, а всього лише пара днів.

Чому ж подібні палі до сих пір не застосовують повсюдно? Чому нові будинки не ростуть так само швидко, як гриби після дощу? Щоб відповісти на ці питання, потрібно знати не тільки плюси, а й мінуси гвинтових паль для фундаменту, мати уявлення про те, які обмеження їх застосування існують. Пам'ятайте, що зведення фундаменту - справа дуже відповідальна, і при виборі проектного рішення покладатися варто в першу чергу на власні знання, а не на рекламні запевнення виробників, обіцянки будівельників або приклади сусідів і знайомих.

Історія появи гвинтових паль

Історія гвинтових паль налічує без малого два сторіччя. Переворот в області пальових фундаментостроенія вдалося зробити талановитому ірландському інженеру Олександру Митчеллу. У 1833 році він запатентував "гвинтові палі Мітчелла", які можна було встановлювати в рухливих грунтах, таких як піщане дно водойми або мулиста мілину.

Першим великим спорудою, зведеним на подібних палях, став маяк Maplin Sand, побудований в гирлі Темзи вже в 1838 році. Його фундамент був дев'ять паль з гвинтовими наконечниками діаметром 120 см, закручених в грунт на глибину близько 7 метрів. В наступні роки під керівництвом Мітчелла було зведено ще кілька маяків по всій території Англії. Деякі з них збереглися в незмінному вигляді до сьогоднішніх днів.

В середині XIX століття із застосуванням паль Мітчелла були побудовані більш ніж 150 маяків в Північній Америці, хвилеріз в Портленді, естакада і мости в Бомбеї, залізниця в Барода, пірс в Мадрасі і безліч інших важливих об'єктів.

В Росії про гвинтових палях дізналися лише в другій половині XIX століття. Російські інженери швидко оцінили всі переваги цього винаходу, особливо при роботі в умовах вічної мерзлоти північних районів країни або слабких, заводнених грунтів прибережних територій. Дуже скоро гвинтові палі стали широко застосовуватися при будівництві інженерних спорудження військового призначення (рамно-гвинтова опора для швидкісного зведення фундаментів розбірних мостів використовується нашими військовими досі), а пізніше і в цивільному будівництві.

Сталеві гвинтові палі активно використовуються по всьому світу і сьогодні. До їх допомоги вдаються там, де необхідна велика швидкість зведення фундаменту: при установці різного виду опор, розгортанні насосних і бурових станцій, прокладання трубопроводів, будівництво тимчасових містечок для робітників і т. Д. Найбільшим попитом дана продукція користується у нафто- і газодобувних компаній, у військових і промислових будівельників, у компаній, що виконують відновлювальні роботи. Будівельні організації, що займаються зведенням житлових будинків, в цьому списку присутні, але далеко не на лідируючих позиціях. Звичайно ж, фундаменти на гвинтових палях для будинків житлового призначення зводять, але в більшості випадків мова йде про будівництво в важкодоступних районах або районах зі складним грунтом, про ремонт проблемних фундаментів старих житлових будинків, про закріплення будівель на схилах.

Конструкція і характеристики гвинтових паль

Що ж собою являють гвинтові палі, настільки швидко завоювали популярність у будівельників усього світу? Які їх різновиди існують? На які характеристики гвинтових паль слід звертати увагу в першу чергу?

Гвинтові паля складається з стовбура і розташованої на її кінці лопаті. Завдяки останній, даний тип паль заглиблюється в грунт шляхом вгвинчування, а не забивання.

1. Труба. 2. Оголовок, який кріпиться до верхньої частини палі. 3. спіралеподібного лопать. 4. антикорозійна покриття. 5. Технологічний отвір для постановки стрижня.

Існує кілька різновидів сталевих гвинтових паль. Вибір на користь того чи іншого виду здійснюється на підставі аналізу особливостей грунту на даній ділянці і передбачуваного навантаження на фундамент.Часто навіть на одному об'єкті використовуються різні види паль, що дозволяє рівномірно розподілити навантаження.

Тип наконечника гвинтовий палі

Наконечники гвинтових паль, службовці для полегшення їх занурення в грунт, можуть бути звареними або литими.

Гвинтові паля зі звареним наконечником.

Литі наконечники істотно дорожче, і їх застосування виправдане лише в разі роботи з особливо щільними грунтами, в тому числі вічній, а також містять великі включення природного або техногенного походження. Міцний литий наконечник при угвинчуванні палі легко руйнує перешкоди на своєму шляху і не деформується при цьому.

Гвинтові паля з литим наконечником.

Кількість лопатей

За кількістю лопатей гвинтові палі діляться на одно- і багатолопатеву (кількість лопатей на одному стовбурі в деяких випадках може досягати шести штук). Перші призначені виключно для щільних грунтів з малою рухливістю.

однолопастний гвинтова паля.

Другі більш універсальні, хоча головне їхнє призначення - слабкі грунти з малою несучою здатністю, оскільки багатолопатеву палі стійкіше до різних видів навантажень - висмикувати або, навпаки, вдавлюють, а також горизонтальним. Максимальної ефективності вбагатолопатеву гвинтових паль можна домогтися, правильно підібравши кількість лопатей, оптимальна відстань між ними, їх крок і кут нахилу.

дволопатеве гвинтова паля.

Розмір лопатей

За розміром лопатей гвинтові палі діляться на шіроколопастние (діаметр лопатей як мінімум в півтора рази перевершує діаметр стовбура) і узколопастние. Шіроколопастние палі завдяки збільшеній площі обпирання дуже ефективні в слабких грунтах.

Шіроколопастние гвинтові палі.

У узколопастних ж своя спеціалізація - особливо щільний або сильно промерзлий грунт ( "вкрутити" в такий грунт шіроколопастную палю неможливо через сильно збільшується ризику зламати або деформувати лопаті). Діаметр лопатей гвинтовий палі відповідно до міжнародного стандарту ICC AC358 (Helical Foundation Acceptance Criteria) може варіюватися від 200 до 350 мм.

Узколопастние гвинтові палі.

Товщина металу гвинтовий палі

Найважливішою конструкційної характеристикою гвинтовий палі є товщина металу, з якого виготовлені стінки її стовбура. Розрахунок необхідної товщини робиться на підставі не тільки передбачуваного навантаження на палю, але і умов її експлуатації. Справа в тому, що зменшення товщини стінок палі внаслідок корозійних процесів в кінцевому підсумку призводить до скорочення терміну її служби. Згідно з вищезазначеним стандарту ICC AC358 мінімальна товщина стінок стовбура палі повинна становити 8 мм в нейтральному грунті і 9. 5 мм в грунті з підвищеною хімічною активністю.

Вітчизняні інженери, зрозуміло, теж усвідомлювали важливість такого параметра, як товщина металу, що використовується для виготовлення гвинтових паль. У довіднику "Палі і пальові фундаменти", випущеному в СРСР в 1977 році, стверджувалося, що ствол палі повинен бути виготовлений з безшовної труби, виробленої методом гарячого прокату, з товщиною стінок не менше 10-14 мм. Однак в сучасному російському будівельному стандарті СП 24. 13330. 2011 "Пальові фундаменти" такий параметр, як товщина стінок стовбура гвинтовий палі, взагалі не розглядається і не нормується.

Звичайно ж, в Росії вміють виробляти (і не тільки вміють, а й виробляють!) Палі, якість яких відповідає всім вимогам міжнародного стандарту ICC AC358. Однак через свою високу вартість вони в більшості випадків не витримують конкуренцію з звичайними залізобетонними палями, що встановлюються в заздалегідь пробурену свердловину.

Слід брати до уваги товщину металу не тільки стовбура палі, а й її лопатей. При будівництві тимчасових або легких об'єктів допустимо використовувати палі з лопатями тонше 5 мм. При зведенні великих споруд, розрахованих на тривалу експлуатацію, міжнародний стандарт рекомендує застосовувати палі, товщина лопатей яких становить 9. 5-12. 5 мм.

Захисне антикорозійне покриття

Для зниження впливу корозійних процесів на характеристики міцності сталевої палі, яка встановлюється в агресивному грунті, не тільки збільшують товщину її стінок, а й завдають додаткове захисне покриття. Найбільш часто використовуваними способами антикорозійного захисту сталевих паль є оцинковка і нанесення спеціального полімерного (поліуретанового, епоксидного і т. Д.) Покриття. Згідно ICC AC358 товщина захисного полімерного шару повинна бути не менше 400 мкм.

Переваги фундаменту на гвинтових палях

Швидкість монтажу

Висока швидкість монтажу - мабуть, найголовніше гідність гвинтових паль, адже в будівельному бізнесі час цінують як ніщо інше. Гвинтові паля готова до експлуатації відразу ж після установки. Навіть бетонування внутрішнього просвіту пальового ствола не призводить до вимушеного простою на будмайданчику: чекати набору бетоном марочної міцності немає ніякої необхідності, оскільки навантаження на палю в першу чергу сприймається її сталевою оболонкою.

Низький рівень шуму при облаштуванні фундаменту

Низький рівень шуму при монтажі є головною перевагою гвинтових паль перед забивними. Процес забивання останніх в грунт супроводжуються не тільки шумом, але і вібраціями. Вібраційні впливу на грунт можуть завдати шкоди різним спорудам, що знаходяться в безпосередній близькості від місця проведення робіт.

Невисока ціна

Низька вартість фундаменту на гвинтових палях в порівнянні з вартістю всіляких різновидів залізобетонних фундаментів досягається в першу чергу за рахунок істотного зниження обсягу земельних робіт.

Здатність протистояти різним висмикувати навантажень

Ця здатність обумовлена ​​наявністю у гвинтових паль лопатей. Саме завдяки своїм лопатей ці палі можуть встановлюватися на нерівних майданчиках (а значить, чудово підходять для будівель, розташованих на схилах) і під будь-яким кутом до вертикалі.

Немає необхідності діставати великий обсяг грунту

Незначний обсяг грунту, зганяють при установці гвинтових паль, дозволяє вести роботи впритул до вже існуючих будівель.

Чи можуть застосовуватися в різних умовах

Погодно-кліматична невибагливість гвинтових паль виражається в тому, що вони можуть експлуатуватися в досить широкому діапазоні температур, не бояться підйому ґрунтових вод та набухання грунту, а значить, і не вимагають обов'язкового осушення ділянки, де ведеться будівництво.

Можливість повторного використання

Однією з областей застосування гвинтових паль є зведення тимчасових споруд. Після того як така споруда закінчить виконувати свої функції і буде демонтована, гвинтові палі можуть бути вилучені з грунту і при необхідності використані повторно.

Варто зауважити, що всіма цими достоїнствами володіють лише промислово вироблені гвинтові палі, якість яких відповідає Міжнародному будівельному стандарту ICC AC358 Helical Foundation Acceptance Criteria.

Недоліки фундаменту на гвинтових палях

Застосування гвинтових паль має цілий ряд обмежень, про які багато виробників, на жаль, намагаються замовчувати. В умовах, коли компанії, що займаються монтажем фундаментів, легко йдуть на порушення технологічних норм, вам, як замовнику, потрібно мати хоча б загальне уявлення про те, в яких випадках використовувати гвинтові палі небажано або зовсім неприпустимо.

Неможливість застосування в районах з сейсмічною активністю

Зведення будівель на фундаментах з гвинтових паль допускається тільки в районах з відсутньою або, в межі, з помірною сейсмічною активністю.

Неможливість використання в грунтах викликають швидку корозію металу

Сталеві гвинтові палі не слід використовувати в грунтах з електричним опором менше 10 Ом * м, в грунтах з pH менше 5. 5, а також в грунтах з високим вмістом органічних сполук. Причиною даних обмежень є висока швидкість електрохімічної корозії стали при даних умовах. Відповідальний забудовник, якій небайдужий питання довговічності зводиться їм споруди, перед прийняттям рішення про використання сталевих гвинтових паль просто зобов'язаний визначити всі необхідні характеристики грунту на даній будмайданчику. При відсутності можливості визначити агресивність грунту слід дотримуватися вимог, прийнятих для паль, встановлюваних в грунтах з дуже високою корозійної активністю.

Не допускається заглиблення гвинтових паль в кам'янистий ґрунт

До цієї ж категорії грунтів можна віднести відвали шлаку і полігони для будівельного сміття. Будь-які тверді включення здатні пошкодити лопаті або навіть стовбур гвинтовий палі під час її установки.

Рекомендується уникати використання гвинтових паль на грунтах, що не забезпечують достатньої бічної підтримки

До таких належать, наприклад, торф, пухкі пилуваті піски і т. П. Якщо потреба установки подібних паль в текучому грунті все ж існує, необхідно або надійно пов'язувати їх між собою, або істотно заглиблювати. Відповідно до вимог стандарту ICC AC358 гвинтова паля в щільних грунтах повинна заглиблюватися як мінімум на 1. 5 м, в м'яких ж - як мінімум на 3 м.

Наведемо приклад: установка гвинтових палі довжиною 2, 5 м на ділянці, де на глибині 2 м залягає торф'яної пласт, неприпустима, так як в даному випадку паля буде позбавлена ​​необхідної бічної підтримки грунту.

Фактори, що впливають на довговічність гвинтових паль

Реклама запевняє, що фундамент на гвинтових палях здатний прослужити не менше століття. Чи так це насправді, чи це всього лише черговий прийом маркетологів? Практика показує, що таке цілком можливо, адже деякі з маяків, зведених ще при Мітчеллі, стоять до цих пір. Однак нас більше цікавить доля не якогось маяка в далекій Європі, а маленького заміського будиночка десь в Підмосков'ї, на Уралі або на березі Єнісею. Скільки простоїть він, будучи зведеним на фундаменті з гвинтових паль, вироблених не десь і колись, а тут і зараз?

На підставі експериментальних даних були оцінені строки служби сталевих гвинтових паль в грунтах з різним електричним опором. Згідно з цими оцінками в грунті з низькою корозійною активністю (наприклад, сухі сланці або сухий пісок) палі з НЕ оцинкованого металу прослужать не менше 300 років, а з металу з захисним покриттям - 800 років і більше. Вражає, чи не так? Однак це грунт, ідеальний з точки зору здатності (а точніше нездатності) викликати корозію металу.

Розглянемо для порівняння інший граничний варіант. В грунтах з дуже високою корозійною активністю (морської грунт, мул, волога глина, торф) середній прогнозований термін служби сталевої гвинтовий палі становить всього 30 років (якщо паля виготовлена ​​з оцинкованого металу, ця цифра збільшиться до 70-75 років).

Слід зробити одне важливе застереження. При проведенні всіх цих розрахунків передбачалося, що паля проведена відповідно до використовуваним на Заході стандартом ICC AC358, т. Е. Товщина стінок її стовбура становить 8 мм. Але знайти на російському ринку гвинтові палі з гарячекатаних сталевих труб з такою товщиною стінок практично неможливо. Скільки протримається в агресивному середовищі "стандарт" вітчизняного виробництва, т. Е. Паля, виготовлена ​​з зварної труби з товщиною стінок 3-4 мм, - нікому не відомо, але явно істотно менше 30 (75) років.

З усього вищесказаного випливає, що обіцяні в рекламі 100 років служби фундаменту на гвинтових палях - це не більше ніж порожні слова. Палі можуть прослужити і істотно більше, і істотно менше - все залежить від якості продукції і умов експлуатації, про що в рекламі не говориться ні слова.

В цілому термін служби гвинтових паль залежить від трьох основних параметрів:

• товщина стали, використаної для виготовлення стовбура і лопатей палі,
• товщина і якість захисного антикорозійного покриття,
• хімічна активність грунту на даній ділянці.

Не знаючи цих характеристик паль і експлуатаційних умов, не можна навіть зробити припущення про те, як довго вони прослужать.

Зменшенню терміну служби гвинтових паль сприяє і широко поширена у наших будівельників практика обварювання гвинтових паль зв'язками з металевих швелерів або куточків. Звичайно, пристрій подібних зв'язок між палями виправдано при монтажі фундаменту в грунті зі слабкою бічною підтримкою. Однак з'єднання сталевих паль перемичками з струмопровідного матеріалу призводить до прискорення електрохімічної корозії металу.

Щоб уникнути виникнення блукаючих струмів, що сприяють прискоренню корозійних процесів, сталеві палі не повинні мати гальванічного зв'язку один з одним, а також з іншими будівельними елементами, виготовленими зі сталі. Для зв'язку паль в єдину систему слід застосовувати дерев'яну обв'язку або металеву обв'язку, елементи якої з'єднані з палями за допомогою хомутів, ізольованих від паль діелектричним матеріалом.

Ось власне і все, про що ми хотіли вам сьогодні розповісти. Тепер ви знаєте всі плюси і мінуси гвинтових паль і, сподіваємося, зрозуміли головну думку, яку ми намагалися до вас донести. Гвинтові палі - це прекрасний вибір для створення фундаменту, але використовувати їх можна не завжди і не скрізь. Визначити допустимість застосування гвинтових паль в кожному конкретному випадку під силу лише професіоналові.Повірте, витрати на залучення фахівця незрівнянно менше вартості усунення помилок, допущених в процесі проектування і будівництва фундаменту.