Эффективные методы строительства свайных фундаментов

Возведение свайных фундаментов может осуществляться различными способами, в зависимости от типа и назначения здания, а также характеристик грунта. Основные методы включают забивку свай, что подразумевает использование специального оборудования для внедрения свай в грунт, и бурение, при котором создаются скважины, в которые затем устанавливаются железобетонные или металлические сваи.

Кроме того, для повышения устойчивости фундамента могут применяться технологии смешивания грунта или инъекционного замещения, когда в грунт вводятся специальные составы, укрепляющие основание. Выбор метода зависит от особенностей участка и проектных требований, что позволяет достигать максимальной долговечности и надежности фундамента.

Способы устройства свайных фундаментов

Для устройства свайных фундаментов применяют забивные, винтовые и набивные сваи. Два первых типа свай изготавливают на заводах, а третий изготавливают на месте из монолитного железобетона или в сочетании со сборными элементами заводского изготовления.

В настоящее время на стройках России массовое применение (более 90 % от общего объема свай) получили забивные сваи квадратного сечения от 0,2х0,2 м до 0,4х0,4 м длиной до 20 м. Используются Винтовые металлические сваи, в частности, для заанкеривания трубопроводов, укладываемых в болотистый грунт; в качестве инвентарных анкерных устройств для стендовых испытаний конструкций на статические нагрузки и т.п. За рубежом свайные фундаменты изготавливают преимущественно буронабивным способом, который и в нашей стране начинает находить все более широкое применение. Забивные сваи погружают в грунт, и в зависимости от их ориентации, прикладывают к ним внешнюю вертикальную или наклонную нагрузку. Винтовые сваи погружают в грунт, используя для этого сочетание вертикальной нагрузки с крутящим моментом относительно оси сваи.

Забивные сваи погружают в грунт посредством свайных молотов (ударной нагрузкой), с помощью вибропогружателей (вибрированием) и сочетанием этих способов — вибромолотами. Реже в наиболее податливые глинистые и супесчаные грунты текучей и текучепластической консистенции забивные сваи погружают вдавливанием с пригрузкой вдавливающего оборудования тяжелыми тракторами, которые наезжают на специальные откидные рамы, связанные с направляющей мачтой. По сравнению с ударным способом вибропогружением можно повысить производительность труда в 2,5-3 раза при одновременном снижении стоимости работ в 1,2-2 раза.

Существует два способа погружения свай: копровый и бескопровый. Способ бескопрового погружения свай применяют при погружении пирамидальных, суживающихся книзу свай. Для этого ямобуром 1 (рис.153, а) отрывают лидерную скважину глубиной, примерно равной 1/4 длины погружаемой сваи. Далее специальный наголовник 4 (рис.153, б), подвешенный к крюку крана, закрепляют на погружателе 3, вместе с

Рис.153. Последовательность операций бескопрового погружения пирамидальных свай

ним подводят к голове сваи и закрепляют на ней конический хвостовик наголовника 5. Краном поднимают сваю с погружателем и устанавливают ее в лидерную скважину (рис.153, в). Поддерживая в таком положении погружатель, опускают сваю на заданную глубину (рис.153, г), после чего наголовник отсоединяют от сваи и перемещают кран на новое место.

Способом бескопрового погружения (без устройства лидерной скважины) погружают призматические сваи с использованием сваеустановщика 1 (рис.154) с захватным устройством, и крана 2. После заглубления сваи 5 на 1/4 длины ее освобождают от сваеустановщика, который перемещается к другой свае. До конца погружения сваи погружатель 3 поддерживают краном через наголовник 4.

Для завинчивания свай применяют специальные устройства, называемые кабестанами, с дополнительной осевой пригрузкой, особенно на начальном этапе, когда лопасти сваи еще недостаточно защемлены грунтом.

Рис.154. Последовательность операций бескопрового погружения призматических свай: а — установка сваи; б ‑ монтаж наголовника с погружателем; в ‑ погружение сваи

Винтовые сваи можно погружать в щебенисто-галечные, гравийно-песчаные, глинистые, а также мерзлые (песчаные и глинистые) грунты.

Перед устройством ростверков — строительных конструкций, объединяющих сваи и служащих для передачи нагрузки от надземной части здания на сваи и грунтовое основание — головы погруженных в грунт свай выравнивают на проектной отметке, срубая их пневматическими молотками и газовой резкой или срезая специальными устройствами — сваерезами.

Набивные сваи изготавливают на месте путем заполнения предварительно пробуренной скважины бетонной смесью с уплотнением или без него. Скважины образуют бурением, пробивкой штампами, иногда с раскаткой или при их устройстве используют сочетание этих способов. В плотных грунтах скважины разрабатывают без крепления их стенок, а в обрушающихся грунтах — с использованием обсадных труб, которые оставляют в скважине или извлекают из нее по мере ее заполнения бетонной смесью. Уширения в скважинах под пяты свай образуют режущими уширителями рабочих органов бурильных машин или с помощью камуфлетного взрыва, не вызывающего деформаций грунта за пределами означенной зоны.

Для механизации работ по устройству набивных свай используют общестроительные машины и оборудование (бурильные, бетоносмесительные, машины для транспортирования, укладки и уплотнения бетонной смеси и др.), а также специальные машины.

Виды свайных фундаментов

Фундамент на забивных сваях предполагает использование металла, дерева, забивных железобетонных опор. Сваи вбиваются в землю молотом или погружателями.

Забивные опоры различаются по конструкции:

• С квадратной формой сечения;
• Прямоугольные опоры;
• Округлой формы с пустотами внутри;
• Квадратного сечения, но с округлой полостью;
• Тавровые и двутавровые сваи.

При постройке здания на железобетонных сваях необходимо выкапывать грунт. В образовавшиеся ниши заливается бетонная смесь.

Набивной фундамент устанавливается путем трамбовки грунта. Пустые полости заливаются бетоном.

Под фундамент на винтовых сваях не требуется подготовка. Опоры углубляются внутрь кабестаном. Для монтажа винтовых свай используется способ вкручивания.

Буровая установка выполняется путем бурения скважины. А внутрь получившегося отверстия заливается бетонная смесь.

Во всех указанных вариантах с заливкой бетона после наполнения полостей смесью в нее монтируется железная арматура.

В зависимости от типа армирования и конструкции опор они могут быть цельными или составленными из отдельных блоков. Также сваи классифицируются по типу наконечника. Каждый вид имеет преимущества. Опоры с острым концом крайне удобны в момент забивания. Они легко входят в любые грунты.

Сваи с тупым наконечником имеют широкое основание, которое устойчиво к различным воздействиям. Опоры с плоской подошвой не подвергаются выталкиванию из грунта в условиях низких температур.

Виды фундаментов в зависимости от типа свай

Типаж фундамента зависит от нескольких факторов:

• Численность опорных элементов
• Нагрузка здания
• Конструкция постройки

В связи с этим различают:

• Одиночные опоры. Такой вариант используется в проектах с колоннами или иными похожими элементами. Нагрузка от одного небольшого элемента распределяется на соответствующую опору. В некоторых случаях сама свая может выступать в качестве колонны.
• Для протяженных зданий используют вариант ленточных фундаментов. Также этот способ применяется при установке свай по периметру строения.
• Свайный куст. В таком проекте от одного элемента здания нагрузка уходит на несколько опор одновременно.
• Опорное поле. При таком устройстве фундамента сваи располагаются по всей площади, отведенной под постройку здания. Этот вариант приемлем для крупногабаритных сооружений.

Понятие фундамента на сваях неразрывно связано с установкой сборных или монолитных ростверков. Конструкции объединяют опоры здания, создавая прочную основу. В зависимости от типа установки выделяют несколько видов ростверков:

• Заниженный. Устанавливается ниже уровня грунта, распределяя нагрузку по всему фундаменту.
• Завышенному ростверку характерно размещение над грунтом. Нагрузка отдается только сваям.
• Высокие ростверки изготавливаются для мостов и иных подобных сооружений. Если рассматривать жилые дома, то такая конструкция фундамента проектируется в случае планируемого подпола.

Железобетонными ростверками объединяются все сваи под зданием: начинается уже на этапе армирования. Когда в опоры закладывается арматура, то ее стержни выходят за пределы свай. Таким образом создается основание для монолитного ростверка.

Для каждого типа климата, эксплуатации и иных факторов окружающей среды характерен свой тип фундамента. Даже в условиях нестабильного поведения грунтовых вод или вспучивания грунта можно подобрать свайную конструкцию. Для подбора фундамента не стоит опираться только на одну характеристику, важно учитывать все факторы: тип почвы, возможность глубокого промерзания грунта, размеры будущего здания и тяжесть объекта.

Навесное оборудование для строительства свайных фундаментов

Среди навесного оборудования на спецтехнику, предназначенного для подготовки свайных фундаментов, чаще всего используют:

Сваекрутом может быть любой гидровращатель, правильно подобранный под технические данные проекта. Чаще всего оборудование используют при строительстве жилых объектов на сложных грунтах или склонах. Также сваекрут незаменим при возведении опор ЛЭП, прокладке трубопроводов, установке вышек сотовой связи.

Это востребованное на стройплощадках оборудование для погружения свай вибрационным способом, его отличает низкий уровень шума и высокая производительность. Вибропогружатели могут быть гидравлические — для экскаватора и электрические — для крана. Чтобы погружение производилось эффективно, важно выбрать правильный зажим, или наголовник.

Оборудование предназначено для обрезки оголовков железобетонных свай с возможностью сохранения арматуры для ростверка. Сваерезки монтируются на гидравлическую спецтехнику, на КМУ и краны, оснащенные источником гидравлического питания.

Статья была полезной?

Если после данного обзора у вас все же остались вопросы, недостающую информацию вы всегда можете получить у менеджеров Группы компаний «Традиция».

Задать вопрос специалисту

Если у вас все же остались вопросы, недостающую информацию вы всегда можете получить у менеджеров Группы компаний «Традиция»

• #Навесное оборудование

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

1. 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.
2. 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.
3. 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

1. Невертикальный монтаж свай. Наклонные сваи испытывают повышенную нагрузку от сезонных подвижек грунта, и в конструкции фундамента возникают неравномерные напряжения.
2. 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.
3. Использование низкомарочного бетона при устройстве буронабивных свай и ростверков, отказ от вибропрессования, недостаточное армирование.
4. Заливка бетонного ростверка непосредственно по песчаной подушке (без подстилающего гидроизоляционного слоя). Бетон при этом пересыхает, и рандбалки не набирают требуемой прочности.
5. Установка металлического ростверка на винтовые сваи без крепления сваркой или закладными болтами.