Ошибки при монтаже свайно-винтового фундамента: перекос, недокрут, повреждение покрытия — чем заканчивается по СП 50-102-2003

Свайно-винтовой фундамент — конструкция, в которой отклонение от технологии на любом этапе приводит к потере несущей способности. В отличие от бетонных или плитных оснований, исправить перекос без демонтажа элемента невозможно. В практике встречаются три устойчивых вида нарушений: отклонение ствола от вертикали более 2 % длины, недопустимый зазор под лопастью при недокруте, нарушение целостности защитного слоя на площади свыше 10 % поверхности. Каждый случай увязан с требованиями СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов» и СП 28.13330 «Защита строительных конструкций от коррозии».

Перекос сваи при погружении: допуски по вертикали и несущая способность

Согласно п. 14.3 СП 50-102-2003, отклонение оси винтовой сваи от вертикали не должно превышать 2 % длины ствола. Для трубы длиной 2500 мм это предельное смещение оголовка 50 мм. Для сваи длиной 4000 мм — 80 мм.

При контроле монтажа используют двухосевой уровень или теодолит. Фиксацию выполняют после каждых 3–4 оборотов.

При превышении допуска происходят следующие изменения в работе конструкции.

Фактическая глубина погружения лопасти уменьшается пропорционально косинусу угла наклона. При отклонении 5 % (125 мм на 2500 мм) вертикальная проекция длины сокращается до 2492 мм. Лопасть смещается в сторону и не достигает проектной отметки.

Возникает внецентренное нагружение. При вертикальной нагрузке 4,5 тс на ствол диаметром 108 мм с отклонением 4 % изгибающий момент составляет 0,18 тс·м. Сталь С245 при такой комбинации сжатия и изгиба работает в зоне пластических деформаций при коэффициенте запаса 1,0.

Площадь опоры лопасти снижается. При наклоне 3° контакт с грунтом сохраняется на 85–90 % плоскости. Для лопасти диаметром 300 мм эффективная площадь уменьшается с 706 до 600–635 см².

Ростверк из швеллера № 12 или бруса 150×150 мм не может быть жестко закреплен на наклонном оголовке. Возникает точечный контакт. Опирание происходит на ребро оголовка, а не на плоскость.

Проектирование свайно-винтовых фундаментов под каркасные дома массой 25–35 т выполняют с коэффициентом запаса 1,2. При перекосе 4 % и более фактическая несущая способность снижается на 25–35 %. Это подтверждено испытаниями статической нагрузкой в МГСУ на сваях 108/2500 в суглинке тугопластичном.

Коэффициент запаса становится менее 1,0. Наступает необратимая осадка.

Недокрут: глубина погружения и крутящий момент

Недокрут — ситуация, при которой лопасть не достигла расчетного несущего слоя грунта. Ствол остановлен по признаку «туго идет» или «достиг проектной отметки по длине». СП 50-102-2003 требует погружения винтовой сваи ниже глубины сезонного промерзания. 

Критический параметр — крутящий момент на конечном этапе погружения. В проектной документации его указывают на основании инженерно-геологических изысканий.

Для сваи 108/300 в суглинке полутвердом расчетный момент составляет 3200–3600 Н·м. В супеси пластичной — 2400–2800 Н·м. В песке средней крупности — 3800–4200 Н·м.

Если монтаж остановлен при моменте 1500–1800 Н·м, лопасть находится в кровле несущего слоя или выше.

При замачивании или промерзании грунта пучинистые силы воздействуют непосредственно на ствол. Согласно СП 22.13330, нормативное давление морозного пучения на боковую поверхность для сильнопучинистых грунтов составляет 0,12–0,16 кгс/см².

Для сваи длиной 1500 мм в зоне промерзания выталкивающее усилие достигает 2,2–2,8 тс. Свая не анкерована. Подъем составляет 30–70 мм за 1–2 сезона.

Несущая способность на вдавливание снижается в 1,8–2,4 раза. При испытаниях эталонной сваей на соседнем участке фиксируется отказ 0,8–1,2 мм при нагрузке 4,0 тс. Для свай с недокрутом отказ при той же нагрузке — 4–6 мм. Осадка нестабилизированная.

При монтаже ростверка недокрученные сваи подрубают или наращивают. Подрубка на 200–400 мм оголяет металл без покрытия. Наращивание создает сварной шов в зоне переменного увлажнения — наиболее коррозионно-активной.

СП 24.13330.2011 (п. 11.2.7) требует, чтобы контрольное завинчивание выполнялось до момента, превышающего расчетный на 20 %. Фиксацию крутящего момента выполняют гидравлическим моментомером или динамометрическим ключом. Оценка «на рычаг двумя монтажниками» дает погрешность ±40 %.

Повреждение покрытия: регламент восстановления и ресурс

Заводское покрытие винтовых свай согласно ГОСТ 9.401 и ГОСТ Р 58673 должно иметь толщину не менее 200 мкм для эпоксидных составов и не менее 80 мкм цинка при горячем цинковании.

При монтаже в грунты с включениями щебня, строительного мусора или в плотные супеси возникают сдиры на лопасти и нижней трети ствола.

Результаты обследований фундаментов после 5–7 лет эксплуатации:

При повреждении покрытия на площади до 5 % и глубине царапин до 0,2 мм скорость коррозии в суглинке с влажностью 15–18 % составляет 0,06–0,08 мм/год. При толщине стенки 4 мм ресурс до потери несущей способности — 45–55 лет.

При повреждении 10–15 % с обнажением металла на участках длиной более 50 мм скорость коррозии возрастает до 0,18–0,25 мм/год. Ресурс снижается до 20–25 лет.

При повреждении лопасти на площади более 30 % и сдирах по всей кромке скорость коррозии достигает 0,4–0,5 мм/год. Сквозное поражение стенки 4 мм наступает через 8–12 лет. Несущая способность снижается из-за потери сечения ствола и лопасти.

В 70 % случаев монтажа винтовых свай с обвязкой металлическим ростверком восстановление покрытия в зоне сварки не производят. Ширина зоны термического поражения цинкового слоя составляет 15–25 мм от края шва. При отсутствии защиты сквозная коррозия в этой зоне фиксируется через 6–8 лет.

Совместное влияние дефектов: расчетные и фактические параметры

Раздельное рассмотрение перекоса, недокрута и повреждения покрытия корректно только для анализа причин. В реальном монтаже эти дефекты сочетаются.

При перекосе монтажники прикладывают дополнительное усилие для выравнивания, раскачивая ствол. Это увеличивает диаметр скважины в верхней части на 15–30 мм. Покрытие повреждается по окружности на участке 300–500 мм от земли.

Недокрученная свая часто имеет перекос. Монтаж прекращают не по достижении момента, а по визуальному совпадению оголовка с проектной отметкой в плане.

Попытка заглубить недокрученную сваю домкратом или вращением после перерыва приводит к срезу лопасти либо деформации ствола у наконечника.

Для фундамента с перекосом 3 % и повреждением покрытия на 15 % несущая способность снижается не на сумму коэффициентов, а на 45–55 % от проектной.

Поврежденное покрытие локализуется в зоне максимальных механических напряжений — на переходе ствол–лопасть и на кромках лопасти. При нагружении перекошенной сваи именно эти зоны воспринимают пиковые нагрузки.

В проектах, где расчетная нагрузка на сваю составляет 4,2 тс, фактическая после монтажа с указанными дефектами не превышает 2,2–2,5 тс.

При полной загрузке фундамента стеновыми материалами и перекрытиями осадка отдельных свай достигает 25–40 мм. Допустимая по СП 22.13330 для бескаркасных зданий осадка — 10 мм. Возникают трещины в ростверке, перекос проемов, заклинивание дверей и окон.

Контрольные параметры монтажа по СП 50-102-2003

Для исключения перечисленных нарушений проектная документация должна содержать раздел «Технология производства работ» с указанием контролируемых параметров.

Допуск вертикальности — не более 2 % длины. Контроль уровнем по двум осям каждые 2 оборота. При превышении — демонтаж, лидерное бурение диаметром 90–100 мм на 0,5 м ниже проектной отметки, повторный монтаж новой сваи.

Критерий окончания погружения — достижение крутящего момента не ниже указанного в проекте. Фиксация пикового значения актом скрытых работ.

Глубина погружения — не выше проектной отметки. Допускается заглубление до 300 мм сверх проекта с последующим наращиванием оголовка.

Состояние покрытия — осмотр лопасти и ствола после монтажа эндоскопом либо видеоскважиной. Сдиры площадью более 10 см² восстанавливают до приемки фундамента.

Положение в плане — отклонение от разбивочных осей не более 20 мм для отдельно стоящих опор, не более 30 мм для свай в кусте.

Для пучинистых грунтов и участков с высоким уровнем грунтовых вод дополнительно контролируют заполнение полости ствола. Согласно п. 14.7 СП 50-102-2003, при использовании свай с открытым концом и размещении фундаментов в зоне промерзания полость заполняют бетоном класса В15 на высоту не менее 2,5 м.

При промерзании грунта внутри ствола кристаллизующаяся влага разрывает стенку, если полость не заполнена.

Каждый контролируемый параметр имеет численное выражение и метод проверки. Отсутствие в проектной документации этих требований или их невыполнение при монтаже делает свайно-винтовой фундамент непригодным к нормальной эксплуатации.