Что такое свайные фундаменты: понятие и их классификация

Свайные фундаменты представляют собой тип основания зданий и сооружений, который состоит из вертикальных колонн — свай, забиваемых или вбитых в землю для передачи нагрузки на более глубокие и прочные слои грунта. Они используются в ситуациях, когда верхние горизонты почвы имеют низкую несущую способность или при строительстве на сложных ландшафтах, таких как заболоченные или сейсмоактивные районы.

Свайные фундаменты классифицируются по различным критериям, включая материал свай (железобетонные, металлические и деревянные), способ и энергетику их установки (делимые, буронабивные, ввинчиваемые и пр.), а также по количеству свай и распределению нагрузки (конструктивные и консолидированные). Такая классификация позволяет выбрать наиболее подходящий тип фундамента в зависимости от условий строительства и проектных требований.

Свайные фундаменты

Свая – это стержневой конструктивный элемент, заглубленный в грунт для передачи нагрузки от здания или сооружения на грунт. Сваи могут быть деревянные, металлические и железобетонные.

Сначала внимательно прочитаем СП 24.13330.2011

6.1 По способу заглубления в грунт различают следующие виды свай:

а) предварительно изготовленные забивные и вдавливаемые (в дальнейшем — забивные ) железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его разбуривания или в лидерные скважины с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих, виброударных и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки диаметром до 0,8 м, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью (см. ГОСТ 19804);

б) сваи-оболочки железобетонные, погружаемые вибропогружателями с выемкой грунта из их полости и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;

в) набивные бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения — отжатия грунта;

г) буровые железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;

д) винтовые сваи , состоящие из металлической винтовой лопасти и трубчатого металлического ствола со значительно меньшей по сравнению с лопастью площадью поперечного сечения, погружаемые в грунт путем ее завинчивания в сочетании с вдавливанием.

Очень часто используется термин буро-набивная свая. По СНиПу эти сваи называют Буровыми.

Дополнительную информацию о сваях можно почитать тут:

Подробно все виды свай будут рассматриваться на этих страницах:

5. Винтовые сваи.

Область применения свай

Свайный фундамент применяют при наличии просадочных, заторфованных и слабых грунтов (несущая способность менее 1,4 кг/кв.см.).

В первую очередь нужно обратить внимание на наличие мощного малосжимаемого несущего слоя грунта под пластом слабого грунта. Если такой грунт имеется на относительно небольшой глубине (до 15-20 метров), то возможно применение свай стоек. Принцип рабаты сваи-стойки состоит в том, что нагрузка через сваю передается сразу на твердый несущий грунт через пяту сваи. Нагрузки по боковой поверхности свай в расчете не учитываются.

Если несущий слой расположен на недостижимой для сваи-стойки глубине, следует использовать висячие сваи. Висячая свая передает нагрузку на грунт за счет боковой поверхности и пяты, создавая в грунте несущее ядро жесткости.

Таким образом, принимается решение по типу сваи – свая-стойка или висячая свая? От этого может зависеть только длина сваи, т.к. практически все виды свай могут работать как висячие сваи, так и как сваи стойки.

Выбираем способ погружения:

1) Сплошные забивные сваи – погружаются в грунт без его выемки с использованием молотов, вибропогружателей и т.п. Применяются при больших нагрузках (Многоэтажные здания и здания промышленных предприятий).

2) Сваи оболочки – заглубляются вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта.

3) Набивные сваи – устраиваются в грунте за счет наполнения скважины бетоном в результате принудительного вытеснения грунта.

При проектировании свай могут оказаться полезными следующие типовые серии:

Виды свай

Свайный фундамент – надежное и эффективное решение при строительстве мостов, промышленных объектов или небоскребов.

Сваи, погружаясь глубоко в грунт, достигают более прочных слоев земли, что позволяет успешно распределять нагрузку от здания. Это особенно важно при работе на слабых или неоднородных грунтах, где традиционные фундаменты могут оказаться недостаточно надежными.

Свайный фундамент снижает риск деформаций здания, вызванных движением грунта, что актуально в регионах с нестабильными почвами или в сейсмически активных зонах.

Хотя на начальном этапе затраты могут быть выше, чем у традиционных фундаментов, долгосрочная экономия достигается за счет меньшего объема земляных работ и сокращения сроков строительства. Кроме того, свайный фундамент часто позволяет возводить здания там, где другие типы фундаментов были бы неприменимы или чрезмерно дороги.

При правильном проектировании и установке свайный фундамент способен служить десятилетиями, обеспечивая стабильность здания в течение всего срока его эксплуатации. Но для этого нужно правильно выбрать тип свай, которые будут заложены в его основание.

Классификация по материалу

Материал, из которого изготовлены свайные элементы, играет основную роль в определении их характеристик, долговечности и области применения.

• Деревянные сваи – один из старейших типов свай, используемых в строительстве. Они особенно эффективны в постоянно влажных грунтах, где древесина не гниет из-за отсутствия кислорода. Сегодня чаще применяются в малоэтажном строительстве или временных сооружениях.
• Железобетонные сваи сочетают прочность бетона и высокую несущую способность стальной арматуры. Они относительно недороги в производстве, их длина и сечение определяются требованиями проекта.
• Металлические сваи — прочные и способны выдержать значительные нагрузки при относительно небольшом поперечном сечении. Они могут отличаться по форме – трубчатые, двутавровые, полые и другие. Стальные опоры более подвержены коррозии, особенно в агрессивных средах, что требует дополнительных мер защиты.
• Композитные сваи – относительно новый тип свай. Они могут состоять из комбинации стали, бетона, полимеров и других материалов. Например, конструкции со стальным сердечником, покрытым бетоном или полимерным материалом. Это позволяет сочетать высокую прочность с устойчивостью к коррозии, легкостью монтажа и долговечностью.
• Пластиковый шпунт изготавливается из высокопрочных полимеров, значительно легче стальных или бетонных аналогов, что упрощает транспортировку и монтаж. Устойчив к воздействию ультрафиолета, морской воды и химических веществ, часто используется для укрепления берегов, создания противоэрозионных барьеров, в ландшафтном дизайне.

По способу погружения

В зависимости от метода погружения выделяют такие типы свай:

• Забивные – погружаются в грунт забивкой ударным механизмом (дизельным, гидравлическим, паровоздушным молотом). Этот метод — один из самых распространенных, но имеет ограничения, связанные с высоким уровнем вибрации и шума.
• Вдавливаемые – погружаются в грунт гидравлическими устройствами, которые создают статическое давление. Метод особенно эффективен в мягких и средней плотности грунтах.
• Вибропогружные – вибропогружателем опоры вдавливаются в почву, при этом на них воздействует и статическая нагрузка, что делает этот метод более универсальным.
• Винтовые – вкручиваются в почву специальным оборудованием, например, сваекрутом Delta RD150. Способ особенно эффективен для легких конструкций и временных сооружений.
• Набивные – создаются непосредственно на объекте, например, грунтоцементные или буроинъекционные сваи.

По назначению

Все сваи можно разделить на несколько основных типов:

• Несущие : передают нагрузку от здания на прочные грунты. Применяются в высотном строительстве и при слабых поверхностных грунтах.
• Мостовые: используются для поддержки мостов, эстакад и других инженерных сооружений.
• Анкерные: обеспечивают устойчивость конструкций против выдергивания или опрокидывания. Часто применяются в гидротехническом строительстве.
• Шпунтовые: служат для создания ограждений котлованов и береговых укреплений.

По взаимодействию с грунтом

По принципу передачи нагрузки на почву все опоры делятся на два типа:

• Сваи-стойки передают нагрузку от здания на прочные грунты или скальные породы. Они опираются нижним концом на малосжимаемые слои, трение по боковой поверхности незначительно. Такие сваи используются при наличии слабых грунтов в верхних слоях.
• Висячие сваи еще называют защемленными в грунте. Они передают нагрузку за счет трения грунта по боковой поверхности и сопротивления грунта под нижним концом сваи. Они эффективны в однородных грунтах средней плотности.

По конструкции

Важная характеристика свай — их целостность.

• Цельные – изготавливаются как единая монолитная конструкция, обычно имеют длину до 12-15 метров. Отличаются высокой прочностью и надежностью, ограничены в длине из-за сложностей с перевозкой.
• Составные – это нескольких секций, соединяемых на строительной площадке, что позволяет достигать длины 30 метров и более, удобны при транспортировке на дальние расстояния. Могут иметь дополнительные элементы усиления в местах соединения. Требуют особого внимания к качеству стыковки.

По способу изготовления

В зависимости от геологических условий, характеристик проекта, экономических аспектов и доступных технологий, сваи могут изготавливаться заводским способом или создаваться прямо на объекте.

• Заводские сваи – цельные и составные железобетонные, стальные. Высокое качество достигается за счет контролируемых заводских условий. Возможен быстрый монтаж, готовы принимать нагрузку сразу после установки.
• Изготавливаемые на объекте – бурозабивные, буроопускные, буронабивные (они же заливные) сваи и их разновидности – буросекущие и бурокасательные сваи. Их преимущества – адаптивность к условиям среды и возможность создать элемент большой длины или диаметра.

По форме продольного сечения

Существует несколько основных видов свай по продольному сечению:

• Призматические – имеют постоянное поперечное сечение по всей длине.
• Пирамидальные – сужаются от оголовка к острию.
• Цилиндрические – имеют круглое сечение постоянного диаметра.
• Конические – сужаются от оголовка к острию, имея круглое сечение.
• Булавовидные – имеют уширение в нижней части.
• Сваи-оболочки – полые внутри, большого диаметра.
• Винтовые – имеют винтовые лопасти на конце.
• Составные – состоят из нескольких секций, соединенных между собой.

Факторы, влияющие на выбор

Правильный выбор типа свай играет ключевую роль в обеспечении надежности и эффективности фундамента. Он зависит от многих факторов: геологических условий участка, характеристик породы, уровня грунтовых вод, нагрузки на конструкцию, особенностей проекта и экономических соображений. Важно учитывать экологические аспекты и доступность технологий в регионе строительства.

Тщательный анализ всех этих показателей позволяет инженерам выбрать оптимальный тип свайных элементов, что обеспечивает долговечность, безопасность и экономическую эффективность всего сооружения. Вот почему профессиональный выбор свай – неотъемлемая часть любого успешного строительного проекта.