Фундаменты на винтовых сваях — история. Особенности. Преимущества

Первые упоминания о свайных фундаментах, выполненных с помощью винтовых свай, относятся к середине XIX в. в связи со строительством маяков на побережье Великобритании.

В 1833 г. Александр Митчелл получил ссуду на строительство осветительных сооружений в зоне приливно-отливных бассейнов в районе Лондона. В Соединенных Штатах Америки, в заливе Делавэр, в 1850 г. был смонтирован маяк новой конструкции, фундамент которого выполнили на металлических трубах с приваренным литым винтовым оголовком. Погружение этой трубы в грунт осуществлялось посредством завинчивания. В течение нескольких десятилетий еще около сотни маяков с подобной конструкцией фундаментов были построены по всей территории США, в большинстве своем концентрируясь в районе Чесапикского залива, Мексиканского залива и побережья Великих озер. Кроме того, в конце XIX — начале XX вв. винтовые сваи были по достоинству оценены и применялись при строительстве сооружений в Австралии.

Конструктивно винтовая свая представляет собой металлическую трубу, в нижней части которой расположены металлические «витки». Благодаря им свая и получила свое название. Конструкция наконечника сваи и способ исполнения «витков» варьируются в зависимости от производителя. За рубежом используются конструкции с наваренными на ствол разнесенными витками. Существует вариант исполнения литого наконечника с винтовыми лопастями. Есть и другие типы конструкции наконечника сваи. Диаметр и длину винтовых свай подбирают, исходя из величины и характера проектной нагрузки, обязательно учитывается и тип залегающих грунтов. Диапазон диаметра ствола сваи колеблется от 50 до 500 мм, длина может варьироваться от нескольких до десятков метров. В настоящее время на ОАО «Завод Стройдормаш» освоено серийное производство винтовой длиной 5 м, диаметром ствола свай 219 мм, толщиной стенки ствола 12 мми диаметром лопасти 500 или 850 мм (в зависимости от типа сваи).

В настоящее время винтовые сваи используются в железнодорожном строительстве при монтаже консолей, портальных структур, опор контактной сети. Кроме того, винтовые сваи используются в качестве фундаментов при строительстве железнодорожных перронов, временных и постоянных заграждений-разделителей и т. п.

В дорожном строительстве винтовые сваи специальной конструкции используются для монтажа сооружений специального назначения (светофоров, пунктов автоматической записи параметров движения транспортных средств), дорожных знаков и указателей, а также опор освещения.

Следует отметить возможность использования винтовых свай для сооружения фундаментов и антенных вышек, мачт ретрансляторов и радиорелейных вышек —в «Руководстве по проектированию и устройству фундаментов мачт и башен связи из винтовых свай» (ГПИ) упоминаются сооружения высотой до 245 м.

Широкое распространение винтовые сваи получили в автодорожных и железнодорожных мостах при возведении инвентарных фундаментов (САРМ, БАРМ, разборная эстакада РЭМ-500). Винтовые сваи используют для строительства рабочих мостов и причалов при сооружении капитальных мостов.

В электросетевом строительстве технология производства фундаментов на винтовых сваях находит применение при ремонте опор высоковольтных линий, особенно находящихся в аварийном состоянии в сложных грунтовых условиях. В резолютивной части Международного энергетического семинара, проходившего в Москве в октябре 2005 г.,было предложено обратить внимание проектных организаций на возможность использования при проектировании и строительстве ВЛ и ПС передовых технологий изготовления опор из многогранного профиля, винтовых свай и машин для их погружения, освоенных заводами РФ, которые позволяют в несколько раз сократить сроки и стоимость строительства, и на необходимость формирования нормативной базы на основе накопленного опыта в России, Бразилии, Китае и т. д. для проектирования компактных линий повышенной натуральной мощности в энергосистемах государств Содружества.

Применение винтовых свай в качестве фундамента позволяет существенно уменьшить объемы земляных работ. Технология строительства фундамента на винтовых сваях позволяет возводить металлоконструкции, здания, дома и другие объекты на склонах, в непосредственной близости от больших деревьев, на торфяных и обводненных грунтах. Кроме того, значительно сокращаются сроки установки фундамента.

В общем случае можно сказать, что винтовые сваи и анкера можно применять в различных грунтовых условиях, кроме скальных. Особенно актуально использование винтовых свай как анкерных устройств и фундаментов в обводненных грунтах и грунтах со слабой несущей способностью. Известна способность винтовых свай противостоять силам морозного пучения. Винтовые сваи могут быть использованы в фундаментах как глубокого, так и мелкого заложения. «Завод Стройдормаш» выпускает винтовые сваи с литым наконечником с плоскими лопастями диаметром 300, 500 и 850 мм.

До недавнего времени применение винтовых свай в строительстве сдерживало отсутствие на рынке механизмов для их погружения в грунт. С разработкой изделия УБМ-85 на «Заводе Стройдормаш» проблема погружения винтовых свай в грунт отступила на второй план.

Машины для погружения винтовых свай, выпускаемые опытными партиями на производственных мощностях научно-исследовательских институтов (ВНИИземмаш, ВНИИстройдормаш), не отвечали условиям строительства в районах Сибири и Крайнего Севера, т. к. не обеспечивали возможности продвижения по труднопроходимым и заболоченным территориям; рабочее оборудование являлось сложным и громоздким; массогабаритные характеристики рабочего оборудования делали машины неустойчивыми.

В связи с этим с участием научно-исследовательской лаборатории конструкций электросетевого строительства были разработаны и использовались машины УЗА-1, УЗА-2 и УЗА-2А. В качестве базовой машины был принят трелевочный трактор. Основным рабочим органом для всех трех модификаций служил гидрокабестан, смонтированный на несущем элементе — на рабочей стреле, представляющей из себя жесткую пространственную ферму. Стрела шарнирно соединялась с рамой и могла посредством гидроцилиндров подниматься из транспортного в рабочее положение.

Разработка машин типа УЗА способствовала лишь частичному удовлетворению технико-эксплуатационных требований, предъявляемых к машинам для погружения винтовых свай. Это высокая проходимость и маневренность установок вне зависимости от дорожных условий; универсальность и многофункциональность машины; соблюдение габаритных размеров, позволяющих транспортировать установку железнодорожным, автомобильным и водным транспортом; высокая надежность работы установок в сложных условиях строительства на труднодоступной и болотистой местности; простота и удобство эксплуатации, технического обслуживания и ремонта, комфортабельность работы обслуживающего персонала с соблюдением эргономических требований.

Такие инженерные находки, как использование гидрокабестана в качестве механизма для обеспечения вращательного движения сваи, ключа оригинальной конструкции для фиксации сваи и передачи на нее моментов сил, а также использование мачты, шарнирно закрепленной на раме базового трактора и несущей на себе кабестан, были шагом вперед по сравнению с установками для завинчивания предыдущего поколения. Однако конструкторские решения, реализованные в установках типа УЗА, лишь облегчали работу, но не снимали всех проблем, возникающих при производстве работ. В частности, установки типа УЗА работали лишь на завинчивание сваи, а лидерное бурение выполняла другая машина. На установках УЗА было сложно позицио-нировать сваю (при наезде на пикет машинисту следовало двигаться точно по следу машины, производившей лидерное бурение). Для устранения этих недостатков конструкторы ОАО «Завод Стройдормаш» спроектировали установку для погружения винтовых свай и анкеров УБМ-85, обладающую рядом особенностей, выгодно отличающих ее от установок-предшественниц.

Рабочее оборудование смонтировано на собственной жесткой раме, соединенной, в свою очередь, с рамой базового автомобиля «Урал 4320», и расположено за кабиной водителя. Такая конструкция облегчает привязку рабочего оборудования к разным типам грузовых автомобилей, промышленных тракторов либо прочих носителей, обеспечивая наиболее полное удовлетворение требований заказчиков в части тран-спортного средства для установки.

Вращающий момент от вращателя на сваю в установке УБМ-85 передается непрерывно посредством редуктора, что повысило производительность установки.

Использование ключа оригинальной конструкции для фиксирования сваи на хвостовике выходного редуктора обеспечило передачу «правильного» (вращающего) момента на сваю в ходе процесса завинчивания, но в то же время позволяет использовать дозированный пригруз на стадии внедрения сваи в грунт в начале погружения.

Конструктивное решение узла «вращатель-редуктор» позволяет использовать машину для производства работ по бурению скважин сплошными шнеками диаметром от 200 до 800 мм на глубины до 6 м, в т. ч. и для лидерных скважин, что существенно повышает универсальность машины и расширяет спектр решаемых производственных задач.

Вращатель с редуктором расположены на оголовнике телескопической трехсекционной стрелы, шарнирно закрепленной на колонне, установленной, в свою очередь, на опорно-поворотном круге. Данное техническое решение позволило говорить о рабочей зоне машины (имеющей сложную округлю форму радиуса до 10 м от оси вращения стрелы). Таким образом, помимо изящного решения проблемы позиционирования машины на пикете достигается увеличение производительности работ, т. к. возможно бурить несколько скважин, либо бурить и завинчивать несколько винтовых свай, не меняя местоположения базового транспортного средства.

Возможности телескопируемой стрелы позволяют работать со сваями разных типоразмеров. Максимальная теоретическая длина погружаемой сплошной сваи достигает 11 м. Конструкция стрелы спроектирована с учетом реактивного момента, возникающего на вращателе при выполнении работ по бурению и завинчиванию.

Широкое использование в конструкции установки узлов и комплектующих от лучших европейских производителей обеспечивает высокую надежность установки, плавность работы и возможность совмещения рабочих операций. Кроме того, использование европейской гидроаппаратуры позволяет легко предусмотреть разные варианты управления функциями установки, в том числе и с беспроводного пульта дистанционного управления.

ЗАО «Завод «Стройдормаш»
624600 Свердловская обл.,
г. Алапаевск, ул. Серова, 1
Тел. (343) 372-7124, 372-7121
E-mail: sdm@sdm.ur.ru
www.zavod-sdm.ru