Гвинтові палі: характеристики, переваги і недоліки

Створення фундаменту для будинку завдання не лише складне, але й важливе, оскільки саме цей елемент є основою його конструкції. Процес виготовлення фундаменту є тривалим і, у більшості випадків, визначає темп будівництва.

На жаль, існують випадки, коли недобросовісні забудовники свідомо порушують технологічні норми, бажаючи прискорити закінчення будівництва фундаменту та перехід до наступних етапів робіт.

Часто замовники давлять на швидкість, вважаючи, що на будівельному майданчику надто довго нічого не відбувається. Проте, поспіх на цій стадії може призвести до проблем у майбутньому, фундамент може просісти, викликаючи повільне руйнування всієї конструкції.

Чи існує золота середина в цьому питанні? Чи можливо швидко встановити міцний і надійний фундамент? Так, це можливо. Гвинтові палі приходять на допомогу у цьому питанні, дозволяючи встановлювати фундамент не протягом кількох місяців, а всього лише за кілька днів.

Чому ж тоді гвинтові палі ще не стали загальнопоширеним вибором? Чому нові будинки не зростають так само швидко, як гриби після дощу? Для відповіді на ці питання важливо розуміти не лише переваги, але й недоліки гвинтових паль, а також обмеження їх застосування.

Історія появи гвинтових паль

Історія гвинтових паль налічує майже два століття. Переворот в області пальового фундаментобудування вдалося зробити талановитому ірландському інженеру Олександру Мітчеллу. У 1833 році він запатентував «гвинтові палі Мітчелла», які можна було встановлювати в рухливих грунтах, таких як піщане дно водойми або мулиста мілина.

Першою великою спорудою, зведеною на подібних палях, став маяк Maplin Sand, побудований в гирлі Темзи вже в 1838 році. Його фундамент представляв собою 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 декілька маяків по всій території Англії. Деякі з них збереглися в незмінному вигляді до сьогоднішніх днів.

У середині XIX століття із застосуванням паль Мітчелла були побудовані більш ніж 150 маяків у Північній Америці, хвилеріз в Портленді, естакада та мости в Бомбеї, залізниця в Бароді, пірс в Мадрасі та безліч інших важливих об’єктів.

Сталеві гвинтові палі активно використовуються по всьому світу і сьогодні. Їх використовують там, де необхідна велика швидкість зведення фундаменту: при встановленні різного виду опор, розгортання насосних і бурових станцій, прокладання трубопроводів, будівництві тимчасових містечок для робітників і т. д.

Звичайно ж, фундаменти на гвинтових палях для будівель житлового призначення зводять, але в більшості випадків мова йде про будівництво у важкодоступних районах або районах із складним грунтом, про ремонт проблемних фундаментів старих житлових будинків, про закріплення споруд на схилах.

Конструкція і характеристики гвинтових паль

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

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

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

Існує кілька різновидів сталевих гвинтових паль. Вибір на користь того або іншого виду здійснюється на підставі аналізу особливостей ґрунту 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 гвинтової палі

Наконечники гвинтових паль, служать для полегшення їх занурення в грунт, можуть бути зварними або литими.

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

Кількість лопатей

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

Другі більш універсальні, хоча головне їх призначення – слабкі грунти з малою несучою здатністю, оскільки багатолопатеві палі стійкіші до різних видів навантажень – витагуючих або, навпаки, вдавлиюючих, а також горизонтальних. Максимальної ефективності можна домогтися, правильно підібравши кількість лопатей, оптимальну відстань між ними, їх крок і кут нахилу.

Розмір лопатей

За розміром лопатей гвинтові сваї поділяються на широколопатні (діаметр лопатей як мінімум в півтора рази перевершує діаметр стовбура) і увузьколопатеві. Широкі палі завдяки збільшеній площі обпирання дуже ефективні в слабких грунтах.

У вузьких лопатей своя спеціалізація, особливо щільний або сильно промерзлий грунт («вкрутити» в такий грунт широку палю неможливо через сильно збільшений ризик зламати або деформувати лопаті). Діаметр лопатей гвинтової палі відповідно до міжнародного стандарту ICC AC358 (Helical Foundation Acceptance Criteria) може варіюватися від 200 до 350 мм.

Товщина металу гвинтової палі

Найважливішою конструкційною характеристикою гвинтової 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.

Вітчизняні інженери, зрозуміло, теж усвідомлювали важливість такого параметру, як товщина металу, що використовується для виготовлення гвинтових паль. У довіднику «Палі і пальові фундаменти», випущеному в 1977 році, стверджувалося, що стовбур палі повинен бути виготовлений з безшовної труби, виготовленої методом гарячого прокату, з товщиною стінок не менше 10-14 мм.

Слід брати до уваги товщину металу не тільки стовбура палі, але і 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 міцнісні характеристики сталевої палі, яка встановлюється в агресивному грунті, не тільки збільшують товщину її стінок, але й наносять 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, найголовніший гплюс гвинтових паль, адже в будівельному бізнесі час цінують як ніщо інше. Гвинтова паля готова до експлуатації відразу ж після установки. Навіть бетонування внутрішнього просвіту пальового стовбура 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 у грунт супроводжуються не тільки шумом, але і вібраціями. Вібраційні впливи на грунт можуть завдати шкоди різним спорудам, розташованим у 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 навантаженням

Ця здатність зумовлена наявністю в гвинтових паль лопатей. Саме завдяки своїм лопатям ці палі можуть встановлюватися на нерівних площадках (а значить, чудово підходить для будівель, розташованих на схилах) і під будь-яким кутом до вертикалі.

Немає необхідності діставати великий обсяг грунту

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

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 і набухання ґрунту, 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.

Недоліки фундаменту на гвинтових палях

Застосування гвинтових паль має цілий ряд обмежень, про які виробники, на жаль, намагаються замовчувати. В умовах, коли компанії, які 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 з помірною сейсмічною активністю.

Неможливість використання в грунтах, які викликають швидку корозію металу

Сталеві гвинтові палі не слід використовувати в грунтах з електричним опором менше 10 Ом*м, в грунтах з рн менше 5.5, а також у грунтах з високим вмістом органічних сполук. Причиною цих обмежень є висока швидкість електрохімічної корозії сталі при даних умовах. При відсутності можливості визначити агресивність ґрунту слід дотримуватися вимог, прийнятих для паль, що встановлюються в ґрунтах з дуже високою корозійною активністю.

Не допускається заглиблення гвинтових паль в кам’янистий грунт

До цієї ж категорії грунтів можна віднести відвали шлаку і полігони для будівельного сміття. Будь-які тверді включення здатні пошкодити лопаті або навіть стовбур гвинтової 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 тощо, Якщо потреба встановлення подібних паль в такому грунті все ж існує, необхідно або надійно пов’язувати їх між собою, або істотно заглиблювати. У відповідності з вимогами 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 гвинтової палі довжиною 2,5 м на ділянці, де на глибині 2 м залягає торф’яний 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 чергова пастка маркетологів? Практика показує, що таке цілком можливо, адже деякі з маяків, зведених ще за Мітчелла, стоять до цих пір. Однак нас більше цікавить не доля якогось маяка, а маленького заміського будиночка. Скільки простоїть він, будучи зведеним на фундаменті з гвинтових паль, виготовлених 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 ґрунті з низькою корозійною активністю (наприклад, сухі сланці або сухий пісок) палі з оцинкованого металу прослужать не менше 300 років, а з металу із захисним покриттям – 800 років і більше. Вражає, чи не правда? Однак це грунт, ідеальний з точки зору здатності (а точніше-нездатності) викликати корозію металу.

Розглянемо для порівняння інший граничний варіант. В ґрунтах з дуже високою корозійною активністю (морський грунт, мул, волога глина, торф) середній прогнозований термін служби сталевої гвинтової 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 пвиготовлена відповідно до використовуваного на Заході стандарту ICC AC358, тобто товщина стінок її стовбура становить 8 мм. Але знайти на нашому ринку гвинтові палі з гарячекатаних сталевих труб з такою товщиною стінок практично неможливо. Скільки протримається в агресивному середовищі «стандарт» вітчизняного або російського виробництва, тобто 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 фундаменти на гвинтових палях – це не більше ніж порожні слова. Палі можуть прослужити і істотно більше, і суттєво менше – все залежить від якості продукції і умов експлуатації, про що в рекламі не говориться ні слова.

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

Зменшення терміну служби гвинтових паль сприяє і широко поширена у наших будівельників практика зв’язки 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, які сприяють прискоренню корозійних процесів, сталеві палі не повинні мати гальванічного зв’язку один з одним, а також з іншими будівельними елементами, виготовленими із 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.

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 тільки професіоналові. Повірте, витрати на залучення спеціаліста незрівнянно менші вартості усунення помилок, допущених у процесі проектування і побудови фундаменту.