Свайные фундаменты представляют собой углубленные конструкции, передающие нагрузку от здания на более прочные слои грунта. Основные методы устройства свай включают забивные и буронабивные технологии. Забивные сваи устанавливаются с помощью специальной тяжелой техники, которая вбивает их в грунт, обеспечивая надежное соединение. В то время как буронабивные сваи требуют предварительного бурения скважин, которые затем заполняются бетоном, что позволяет лучше учитывать свойства грунта и ограничивает воздействие на окружающую среду.
Также стоит отметить, что выбор метода устройства свайного фундамента зависит от характеристик строительного объекта, типа грунта и уровня грунтовых вод. Каждый из методов имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать в процессе проектирования и строительства, чтобы обеспечить долговечность и надежность фундамента.
Свайный фундамент: варианты конструкции
Свайный фундамент традиционно считается универсальным. В индивидуальном домостроении наиболее широко применяются забивные, буровые и винтовые сваи. Поговорим об особенностях, а также плюсах и минусах этих технологий.
Если нужно построить дом на участке с проблемными (слабонесущими, пучинистыми) грунтами, то выбирать приходится между свайным фундаментом, плитным и ленточным глубокого заложения. Все три конструкции считаются очень надёжными, и в спорах о том, какая из них лучше, сломано немало копий. Принимать решение следует при помощи специалистов, исходя при этом из геологических данных, расчётных нагрузок и экономических условий (стоимости и доступности конкретных материалов и видов работ). Однако фундамент на сваях почти всегда предпочтителен при сложной конфигурации здания, а также при строительстве на склонах и подтопляемых территориях. Он окажется стабильнее плитного, а тем более ленточного и в том случае, если верхний слой грунта — просадочный, но под ним, на глубине не более 3 м, располагаются малосжимаемые породы, которые могут стать надёжным основанием для свай.
Для строительства фундамента из железобетонных свай может применяться самоходный гусеничный копёр. Фото:«СвайСтройГрупп»
Сваи забивают на расчётную глубину, постоянно контролируя их положение (главное — не допускать отклонений от вертикали). Фото:«СвайСтройГрупп»
Для ростверка делают дощатую опалубку. Фото:«СвайСтройГрупп»
Выпуски свай «распушают», то есть удаляют бетон, чтобы связать арматурные каркасы опор и ростверка. Фото:«СвайСтройГрупп»
Прутки арматуры можно сваривать или связывать проволокой. Фото:«СвайСтройГрупп»
Фундамент на забивных сваях
Фундамент на забивных сваях (свайно-забивной фундамент) возводится в основном из элементов заводской готовности с помощью специальной установки — копёра. В малоэтажном строительстве применяются железобетонные заострённые сваи сплошного квадратного сечения 200/250/300 х 200/250/ 300 мм длиной 3–6 м (некоторые фирмы предлагают также «негостовые» изделия сечением 150 х 150 мм и длиной 2 м, предназначенные для лёгких построек).
Шаг, необходимую длину и сечение опор определяют согласно СНиП 2.02.03-85 с учётом прочности материалов фундамента, несущей способности грунта (о георазведке мы поговорим особо) и типа свай. Строительные нормы различают сваи-стойки, опирающиеся сквозь неплотные или пластичные породы на скальные и малосжимаемые грунты (крупнообломочные с песчаным заполнением, а также плотные глины), и висячие сваи, несущая способность которых обеспечивается силами трения между боковыми поверхностями и грунтом. Расчёт первых и вторых осуществляется по разным формулам.
Чтобы сориентировать читателя, скажем, что, например, в болотистых районах Московской области, как правило, применяют висячие сваи длиной до 4–5 м, забитые с шагом 1,5–2 м. Сваи располагают под наружными и внутренними капитальными стенами здания и забивают так, чтобы над поверхностью почвы остались выпуски длиной 0,4–0,7 м — их затем связывают монолитным железобетонным ростверком или рандбалками минимальным сечением 200 × 300 мм. Чтобы соединить арматурные каркасы ростверка и свай, последние «распушают», то есть сбивают бетон с верхней части.
Важно учитывать: если ростверк покоится на грунте, на него действуют силы морозного пучения. Чтобы уменьшить их, в опалубку сначала подсыпают песок на высоту не менее 20 см (после распалубки по периметру дома устраивают отмостку по пескогравийной подушке). Песок почти не увлажняется и отчасти компенсирует давление грунта. Преимущества забивного фундамента в том, что сваи при монтаже уплотняют грунт, благодаря чему их несущая способность увеличивается. К тому же заводские ЖБИ по прочности и долговечности превосходят и металлические винтовые, и изготовленные на объекте заливные (буровые).
Наконец, монтаж забивных свай не занимает много времени. Но чтобы возвести такой фундамент, нужно обеспечить проезд и передвижение по участку сваебойной машины или грузовика с автокраном, который доставит копёр и сваи. Деревья и сооружения помешают работе, поэтому возвести фундамент без дополнительных расходов на восстановление оград, дорожек и посадок удастся лишь на начальном этапе освоения участка. К минусам стоит отнести и высокую стоимость конструкции: каждая свая длиной 4 м с учётом монтажа обойдётся в 9–12 тыс. руб. Расходы на забивной фундамент оправдывают себя только на сложных грунтах и если строительство необходимо закончить в сжатые сроки.
Чтобы снизить теплопотери дома и воздействие сил морозного пучения на фундамент, ростверк утепляют снаружи плитами ЭППС и возводят бетонную отмостку. Утепление особенно необходимо в случае свайно-плитного фундамента, где есть риск подъёма промёрзшим грунтом краёв плиты. De Luxe
Фундамент на буровых сваях
Фундамент из буровых свай в последнее время завоевал немало приверженцев среди строителей. Это один из оптимальных вариантов для дома с брусовыми или бревенчатыми стенами, и обойдётся он на 30–40 % дешевле забивного фундамента. Основание этого типа можно соорудить без привлечения автотехники — достаточно приобрести или взять в аренду механизированные бур и бетономешалку.
Суть технологии в том, что в грунте бурят отверстия диаметром 150–300 мм, надстраивают их опалубкой из свёрнутых в трубку листов рубероида, затем опускают в каждую скважину арматурный каркас (обычно из трёх-четырёх ниток арматуры диаметром 10–16 мм) и заливают тяжёлый бетон марки М300. Если грунт осыпается или плывёт, в отверстия предварительно вставляют обсадные трубы, как правило — асбестоцементные. При высоком уровне грунтовых вод на помощь приходит дренажный насос, в считанные секунды осушающий скважины, а уплотнить бетон позволяет погружной вибратор.
На практике таким способом (без применения самоходной буровой установки) можно заложить фундамент на глубину до 4 м. Важным плюсом технологии является то, что в нижней части сваи можно сформировать уширение, которое позволяет значительно увеличить несущую способность опоры на просадочных грунтах и одновременно служит своеобразным якорем, противодействующим силе морозного пучения. Чтобы выполнить уширение, используют специальный бур с выдвижным плугом (ТИСЭ-Ф и его аналоги). Ещё одно преимущество заключается в возможности без дополнительных затрат сил и времени на «распушение» прочно связать (или сварить) арматурные каркасы свай и ростверка, увеличив тем самым прочность всей конструкции. Что до минусов, то это прежде всего зависимость результата от пресловутого человеческого фактора — опытности и добросовестности рабочих.
Монтаж буровых свай проще всего осуществить зимой либо засушливым летом. Наиболее распространённый диаметр скважин — 200–250 мм, а их число и глубина рассчитываются в зависимости от нагрузки и геоусловий. Над землёй оставляют выпуски арматуры, которые затем увязывают с каркасом ростверка. De Luxe
Фундамент на винтовых сваях
Для небольшого дома с каркасными или деревянными стенами вполне подойдёт фундамент наиз винтовых сваяхй, которые можно завинчивать вручную или с помощью компактной электроустановки. Стоимость конструкции сравнительно невелика: одна опора диаметром 200 мм и длиной 2,5 м с учётом монтажа обойдётся в 2400–2700 руб. В винтовой свае функцию нижнего уширения выполняет лопасть. Если глубина заложения выбрана правильно, осадка здания оказывается минимальной. Что касается сил морозного пучения, то их необходимо принимать во внимание лишь при сооружении обвязки: крайне желательно вывесить рандбалки, которые в фундаментах этого типа обычно выполняют из металлопроката.
Исследования показывают, что стальные изделия, обработанные защитным полимерным составом, корродируют в грунте со скоростью не более 0,04 мм в год (имеется в виду истончение стенок и лопасти). Таким образом, срок службы винтовых свай со стенками толщиной 4 мм превышает 30 лет.
Винтовые сваи из обычной «чёрной» стали после монтажа требуется заполнить жидким раствором или сухой цементно-песчаной смесью. Необходимо это прежде всего для того, чтобы меньше влаги проникло в полость изделия. Полая труба корродирует намного быстрее, а тонкостенную сваю может даже разорвать замёрзшей водой.
При длине опоры более 2,5 м бетонирование помогает к тому же придать ей дополнительную прочность на изгиб. Если же перед заливкой бетона опустить в полость несложный в изготовлении каркас из двух-трёх прутков арматуры, свая продолжит служить даже после разрушения стенок. Другой способ сделать фундамент более долговечным заключается в использовании свай, поверхности которых оцинкованы и покрыты полимерным составом.
Самое слабое место стальных изделий — сварные швы в основании лопасти. При выборе необходимо следить, чтобы они были выполнены качественно — без пропусков, с аккуратными волнами. Не так давно на рынке появились сваи с литыми наконечниками — более надёжные, чем с приваренными лопастями; правда, и стоят они примерно в полтора раза дороже.
Гибридные фундаменты
Элементы конструкции: 1 — свая; 2— песчаная подушка; 3 — утепление из ЭППС; 4 — геотекстиль; 5 — отмостка; 6 —ростверк; 7 — железобетон- ная плита; 8 — гидроизоляция; 9 — стяжка с тёплым полом; 10 — заглублённая лента с уширением
На каких грунтах нужны свайные фундаменты?
Свайные фундаменты необходимы в основном на проблемных грунтах — слабонесущих просадочных (из них наиболее распространены пылеватые и илистые супеси и суглинки) и пучинистых (водонасыщенные глины и суглинки). Если на вашем участке крупнозернистый сухой песок и грунтовые воды расположены глубже 2 м, тратиться на дорогой фундамент нет смысла.
Предварительные сведения о составе грунта можно получить в местных строительных фирмах. Однако лучше иметь более точную информацию, которую даст лишь георазведка с пробным бурением нескольких скважин и лабораторным анализом проб, взятых с разной глубины. При этом будет установлен послойный состав грунта, а затем — по таблице — расчётное сопротивление под нижним концом и на боковых поверхностях сваи, что позволит определить глубину заложения фундамента и требуемое число опор. Стоимость услуги — от 30 тыс. руб. В случае забивного или винтового фундамента нужные параметры часто выясняют путём пробного забивания или завинчивания двух — четырёх свай.
ВАЖНЫE ЗАМЕЧАНИЯ
- При забивании свай в плотный грунт возникают вибрации, которые могут пагубно отразиться на расположенных рядом постройках. Если на соседних участках, на расстоянии менее 20 м, уже стоят дома, лучше прибегнуть к так называемому лидерному бурению, глубина которого обычно на 0,5–1 м меньше глубины погружения сваи.
- На сильнопучинистых глинах и суглинках рекомендуется устраивать так называемый висячий ростверк, то есть удалять песчаную подсыпку, вывешивая рандбалки в воздухе; зазор у земли можно замаскировать забиркой из деревянных реек или водостойкого листового материала, например ЦСП, с каменной или иной облицовкой.
- Свайный фундамент оптимален для каркасных, брусовых, бревенчатых, пеноблочных домов. В случае кирпичных и им подобных стен необходимость заливки мощного ростверка сведёт на нет выгоду от применения свай. Заметим, что устройству свайного фундамента могут помешать скрытые под почвой валуны.
ФУНДАМЕНТНАЯ ЭКЛЕКТИКА
Проектировщики строительных компаний стремятся разработать подобие универсального фундамента, который гарантировал бы стабильность здания почти на любых грунтах. В результате рождаются «гибридные» конструкции. Скажем, для домов из оцилиндрованного бревна и профилированного бруса нередко возводят подобие свайно-плитного фундамента, где после выполнения ростверка на всей площади дома поверх песчаной подсыпки заливают армированную плиту толщиной 200–250 мм. При этом к внешней поверхности ростверка крепят утеплитель — плиты экструдированного пенополистирола, защищающие от промерзания грунта под рандбалками и плитой. Конструкция дорогостоящая, но в высшей степени надёжная и к тому же позволяет быстро и правильно смонтировать водяной тёплый пол.
Другой вариант «гибрида» порой возводят на просадочных грунтах для небольших и несложных в плане построек с тяжёлыми кирпично-блочными стенами. Это сочетание мелкозаглублённой ленты, передающей основную нагрузку на грунт, и буровых либо забивных свай, которые помогают противостоять морозному пучению. Стоит отметить, что такой фундамент предъявляет самые высокие требования к армированию и качеству бетона.
ТИПИЧНЫЕ ОШИБКИ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ СВАЙНОГО ФУНДАМЕНТА
- Невертикальный монтаж свай. Наклонные сваи испытывают повышенную нагрузку от сезонных подвижек грунта, и в конструкции фундамента возникают неравномерные напряжения.
- На пучинистых грунтах: устройство ростверка по поверхности почвы либо тонкой (менее 20 см) песчаной подсыпке без её последующего удаления. Под воздействием сил морозного пучения ростверк способен оторваться от свай либо вытащить их из грунта; часто это происходит локально — там, где почва наиболее увлажнена либо фундамент наименее нагружен.
- Использование низкомарочного бетона при устройстве буронабивных свай и ростверков, отказ от вибропрессования, недостаточное армирование.
- Заливка бетонного ростверка непосредственно по песчаной подушке (без подстилающего гидроизоляционного слоя). Бетон при этом пересыхает, и рандбалки не набирают требуемой прочности.
- Установка металлического ростверка на винтовые сваи без крепления сваркой или закладными болтами.
Методы погружения свай
При строительстве любого здания и сооружения одной из первостепенных задач, которую должен решить проектировщик, является выбор типа фундамента.
Современный уровень развития технологий, доступность строительных материалов и часто возникающая необходимость работы в сложных условиях сделали устройство свайного фундамента самым распространенным, экономичным и эффективным решением для большинства строительных площадок.
Работу со сваями можно осуществлять при любой погоде и любом климате, на различных грунтах, в том числе сложных и обводненных, при неровном рельефе местности и в условиях плотной застройки, когда рядом расположены другие здания или Ведется строительство. Применение свайной технологии обходится дешевле, чем устройство ленточных и монолитных фундаментов.
К тому же, в случае проведения предварительного лидерного бурения, сваи могут быть установлены практически в любой грунт! Погружение свай может применяться не только в строительстве фундаментов: такие процессы осуществляются также при устройстве скважин и шурфов.
Но для того, чтобы максимально эффективно решить задачи, стоящие перед строительством в отдельно взятых условиях, построить надежное и долговечное здание, необходимо правильно применять эту технологию. В первую очередь, нужно выбрать подходящие методы погружения свай.
Виды погружения свай
Сваи делятся на три основных вида:
- буронабивные сваи формируются в предварительно пробуренных скважинах и устанавливаются без значительного ударного и вибрационного воздействия, позволяя осуществлять работы в стесненных условиях и рядом с другими строящимися объектами;
- винтовые сваи состоят из ствола и винтовых лопастей, сконструированных для облегчения монтажа, и погружаются посредством завинчивания и вдавливания;
- забивные железобетонные или грунтобетонные сваи погружаются в субстрат ударным методом и обеспечивают высокую прочность конструкции посредством дополнительного уплотнения грунта (при забивке он вытесняется наверх и в стороны, создавая область повышенной плотности).
В зависимости от выбранного вида свай, условий строительной площадки, экономических факторов и эксплуатационных требований, может быть выбран один из следующих методов установки свай:
- забивка (ударный метод);
- вибрационный метод погружения свай;
- вдавливание;
- завинчивание;
- бурозабивной способ;
- комбинированные технологии погружения свай.
Каждый из этих методов подходит для решения специфических задач, обладает своими преимуществами и недостатками.
Ударный метод погружения
Погружение свай забивкой – самый распространенный метод свайного строительства. Его осуществление возможно практически в любых условиях. При этом используется простое и надежное оборудование, а затраты на строительство невелики. Забивка свай обеспечивает следующие технологические преимущества:
- возможность погружения свай на глубину до 16 м для цельных и 32 м – для составных;
- высокой скоростью монтажа свай – рабочий процесс занимает у подрядчика 1-2 дня, а после установки можно немедленно начинать новые работы;
- забивка свай может быть осуществлена в любую погоду, в любое время года и при любой температуре воздуха;
- строительство фундамента из забивных свай возможно даже на обводненных и сложных грунтах. Это надежное решение с огромным запасом прочности, гарантирующее зданиям и сооружениям длительный срок эксплуатации;
- при работе фундамент дополнительно укрепляется – грунт уплотняется, «схватывая» сваю, повышая ее устойчивость и прочность.
Забивные сваи могут применяться даже там, где грунт содержит крупные включения твердых пород, строительные и промышленные загрязнения. Но в этом случае для успешного осуществления работ может понадобиться предварительное лидерное бурение.
Вибропогружение
Вибрационный метод погружения свай в грунт, как правило, применяется при работе на несвязных водонасыщенных субстратах. Вибропогружателем стальных свай шпунтового ряда на сваю оказывается вибрационное воздействие. Под действием вибрации субстрат становится «плывучим», трение среды уменьшается, и шпунт «проскальзывает» в грунт под действием собственного веса. При работе могут использоваться высокочастотные и низкочастотные вибропогружатели. Низкая частота вибрации помогает погрузить в почву крупные свайные стволы из железобетона или грунтобетона, а высокая – обеспечить «ныряние» легких свай массой до 3 т.
Вдавливание
Вдавливание свай – специфический метод, применяемый на обширных строительных площадках и очень твердых грунтах. При этом необходимо предварительное выравнивание субстрата и проведение геодезических измерений. Устройство фундамента вдавливанием требует значительно меньшего количества свай, чем другие технологии, но и выстаивание фундамента может занять до 30 дней. Строительная техника, используемая при вдавливании, обладает большими габаритными размерами, поэтому устанавливать такие сваи имеет смысл только при крупномасштабных работах.
Завинчивание
Погружение свай в грунт завинчиванием использует специальные винтовые сваи с наконечниками из металла. Завинчивают такие сваи специальные установки на базе тягачей. Погружение металлических свай завинчиванием применяется при строительстве мостов, линий электропередач, вантовых сооружений, оказывающих на основание повышенные нагрузки. В отличие от других технологий свайного строительства, для винтовых свай применяется не наголовник, а специальные инвентарные оболочки.
Буронабивные сваи
Буронабивные сваи формируются сразу на строительной площадке. Перед установкой сваи бурится скважина, затем в нее погружается «заготовка» – арматурный каркас, который заливается бетонной смесью, превращаясь в полноценную сваю.
Буронабивные сваи могут монтироваться с обсадными трубами или по технологии CFA (непрерывного проходного шнек). В первом случае в скважине предварительно устанавливается обсадная труба, защищающая стенки от осыпания. Затем труба заливается бетоном и, в последствии, может быть извлечена из скважины или использована в качестве части конструкции сваи. Во время буронабивного погружения по технологии CFA бетонный раствор вливается в скважину прямо во время бурения. Арматура при этом может быть расположена как по всей длине сваи, так и лишь в некоторых участках.
Применение буронабивной технологии позволяет осуществлять работы на сухих, заболоченных, рыхлых и плотных субстратах, слабых породах, песчанике и т.д. На грунт при этом не оказываются сильные динамические нагрузки и ударное воздействие. Буронабивные системы часто снабжены шумоизоляционным оборудованием, позволяя осуществлять строительство даже вблизи жилых кварталов.
Комбинированные методы устройства свай
К комбинированным методам устройства свай относятся виброударный метод, вибровдавливание, метод подмыва грунта и электоосмос.
- При виброударном погружении на сваю одновременно воздействуют и удары, и вибрация, облегчая вхождение сваи в плотный грунт. Виброударные установки снабжены двумя рамами: для электрогенераторного ударного молота и для стрелы с вибропогружателем. Он соединяется со сваей через оголовок. Виброударный метод позволяет погружать сваи длиной до 6 м.
- Вибровдавливание сочетает в себе вибрацию, ударное воздействие и вдавливание. Свая погружается под воздействием собственной массы, энергии вибропогружателя, ударной нагрузки и вдавливающей силы. Вибровдавливание также применяется для свай длиной до 6 м.
- Подмыв грунта востребован при работе на сыпучих или рыхлых субстратах при установке крупногабаритных свай. Грунт смачивается, и свая свободно «ныряет» в почву под действием собственного веса и веса установленного на нее молота. Несущая способность в таких условиях будет невелика, поэтому подмыв грунта часто совмещают с ударным погружением.
- Электроосмос является технологической операцией, облегчающей работы, а не полноценным методом погружения свай. Эта технология подходит для водонасыщенных глинистых почв и суглинков. Две погружаемые сваи соединяются в электрическую сеть из катода и анода. Грунт возле катода собирает влагу из зоны анода, облегчая погружение сваи. После отключения сети, субстрат восстанавливает свойства, обеспечивая свае высокую несущую способность.
