Свайный фундамент с монолитной плитой представляет собой надежное решение для строительства на сложных грунтах. Начинают с выполнения геодезических работ и определения мест установки свай, после чего бурят или вбивают сваи на расчетную глубину, обеспечивая устойчивость конструкции.
Затем, после установки свай, заливается монолитная плита на поверхности, которая соединяет все сваи и распределяет нагрузку от здания. Плиту обычно армируют металлическими прутьями, что придаёт ей дополнительную прочность и стойкость к деформациям.
Монолитная плита на винтовых сваях
Прежде чем приступить к проектированию монолитной плиты, необходимо собрать информацию о грунтовых условиях участка предполагаемого строительства.
Почему это так важно? Когда речь заходит о свайно-винтовом фундаменте, часто используется выражение «несущая способность винтовой сваи». Однако, важно понимать, что это не вполне корректно.
Независимо от типа сооружения, способность свайно-винтового фундамента к восприятию проектных нагрузок будет определяться в первую очередь несущей способностью грунтов, и только потом – конструктивными и геометрическими параметрами, которые опять же в обязательном порядке будут назначаться с учетом данных о грунтовых условиях конкретной стройплощадки и данных о нагрузках на основание.
Таким образом, говорить о несущей способности винтовых свай любых конструкций и типоразмеров бессмысленно, если нет понимания, в какие грунты они будут впоследствии установлены.
Но какого объема исследований будет достаточно для получения всей необходимой информации?
Заказ полноценных инженерно-геологических изысканий (ИГИ) – довольно дорогое решение. В соответствии с требованиями нормативных документов при проведении ИГИ получается, а затем анализируется большой объем информации, что требует привлечения большого числа специалистов, применения специализированного оборудования. В результате на изучение грунтовых условий участка может потребоваться больше денег, чем на строительство самого фундамента.
Это тем более нецелесообразно, что далеко не вся полученная в ходе подобных исследований информация может пригодиться при строительстве фундамента индивидуального жилого дома. К примеру, каким образом будут использованы данные о происхождении, возрасте грунтов, о тектоническом строении участка? Все, что действительно представляет ценность – это данные о физико-механических и коррозионных свойствах грунтов.
Из этого следует вполне логичный вывод: объем исследований можно сократить (что, кстати, подтверждается мировой практикой). Достаточно будет использовать такие скоростные методы исследования и анализа,
как зондирование грунтов, а также измерение коррозионной агрессивности грунтов.
Зондирование – полевой метод испытания грунтов (ГОСТ 19912 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием»), который дает наиболее достоверные сведения о свойствах изучаемых грунтов, а также сопротивляемости фундаментов в таких грунтах на конкретной площадке. Оно позволяет оценивать грунт в состоянии его естественного залегания (in situ) с максимальной эффективностью. А благодаря простоте и значительному снижению временных затрат на проведение исследования стоимость зондирования не высока (к примеру, цена за проведение динамического зондирования и измерения коррозионной агрессивности грунтов специалистами компании «ГлавФундамент» для дома с размерами в плане 8х8 м, как правило, составляет от 5 тысяч рублей), что отлично подходит для объектов ИЖС.
Важно помнить, что в процессе проектирования фундамента назначаются не только конструктивные, но и геометрические параметры для элементов фундамента. Поэтому обязательный этап проектирования – определение коррозионной агрессивности грунта, на основании данных о которой подбираются толщины ствола и лопасти, а также марка стали, соответствующие либо пожеланиям заказчика к сроку службы строения, либо требованиям ГОСТ 27751 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».
Геология: быстрее, дешевле, проще!
Сбор нагрузок от строения
Когда вся необходимая информация о грунтах получена, можно переходить к следующему шагу – сбору всех нагрузок, которые будут воздействовать на фундамент. Они бывают постоянные Pd и временные (длительные Pl, кратковременные Pt, особые Ps).
Постоянные Pd – вес частей сооружений, в том числе несущих и ограждающих строительных конструкций.
Длительные Pl – вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование, вес стационарного оборудования, заполняющих его жидкостей, твердых тел и др.
Кратковременные Pt – воздействия от людей, животных, оборудования
на перекрытия, от подвижного подъемно-транспортного оборудования, от транспортных средств и климатические (снеговая, ветровая и т.д.).
Особые Ps – сейсмическое, взрывное воздействие, воздействие от столкновения транспортных средств с частями сооружения, воздействия, обусловленные пожаром или деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта.
Чтобы правильно рассчитать воздействие на фундамент, необходимо выполнить сбор всех нагрузок. Сделать это без ошибок поможет статья «Расчет свайного фундамента». В ней, в том числе приведены примеры, которые учитывают виды воздействия, которые принципиальны при расчете свайно-винтового фундамента для объектов ИЖС.
Расстановка свай в фундаменте
После определения грунтовых условий площадки предполагаемого строительства и сбора нагрузок выполняется расстановка винтовых свай согласно конструктивным особенностям здания или сооружения. При этом необходимо учитывать неравномерность распределения нагрузки по основанию, так как это позволит добиться равномерного распределения запаса прочности всего фундамента и значительно увеличит срок его эксплуатации.
Основное при подборе элементов свайно-винтового фундамента –
количество, диаметр и конфигурация лопастей, так как именно от данных параметров зависит несущая способность. Толщина же стенки ствола и его диаметр обеспечивают жесткость и прочность, при этом определяющей является именно толщина стенки ствола.
После проведения проектных работ можно приступать к строительно-монтажным работам.
Монтаж монолитной плиты
Прежде всего необходимо установить сваи в проектное положение. Детальное описание процесса установки, а также подробную видеоинструкцию вы найдете по ссылке.
После этого можно переходить к устройству опалубки. Существует два типа опалубки: съемная и несъемная.
Несъемная опалубка. На сваи устанавливаются оголовки, затем поверх монтируется на ребро обвязка из швеллера или двутавра (сечение подбирается исходя из нагрузок, конструктивных особенностей объекта). На нижние полки швеллера/двутавра устанавливается профнастил. После этого вяжется арматура, выполняется заливка бетона.
Съемная опалубка. При установке обвязки для съемной опалубки допускается монтировать швеллер «плашмя» (если были выполнены соответствующие расчеты). Применять в этом случае сопряжение винтовой сваи с обвязкой через оголовок не обязательно. Ростверк при съемной опалубке изготавливается из дерева, а после набора прочности бетона демонтируется.
Двутавр вне зависимости от опалубки крепится на винтовые сваи через оголовок на ребро.
При высоком ростверке обязательным условием является придача жесткости фундаменту путем наваривания вертикальных связей на сваи.
Если в процессе монтажа фундаментной конструкции, устройства обвязки и проведения монолитных работ целостность покрытия элементов фундамента была нарушена, то уже по завершении устройства монолитной плиты его следует восстановить.
Устройство монолитной плиты на винтовых сваях
При строительстве небольшого частного дома на проблемных основаниях трудность состоит в выборе подходящего типа фундамента. На таких грунтах возможно применение винтовых сваях и такой конструкции, как «плавающая» плита.
Схема видов фундамента на винтовых сваях.
Монолитная плита на сваях представляет конструкцию, где элементом соединения (ростверком) является не балка, а сплошная армированная бетонная плита.
К свайно подобным конструкциям можно отнести и столбиковые фундаменты.
О винтовых сваях подробно
Промышленность освоила выпуск винтовых свай двух видов. В одном варианте подобие винтовой резьбы в конце сваи создают путем приваривания листового металла, в другом – сваи отливаются в специальных формах, винт создается как единое целое. Такие винты намного прочнее и практически не имеют эксплуатационных ограничений.
Эти изделия имеют антикоррозионное покрытие, не уступающее покрытиям, применяемым для подводных частей кораблей. Сваи с приваренными винтами в основном используют в частном домостроении.
На изображении 1 показаны такие сваи. Отверстие в верхней части ствола используют для создания рычага вращения. При необходимости ствол можно удлинить путем сваривания с трубой равного диаметра, но обязательно через усиление с внутренней стороны. При этом нижнюю трубу необходимо обрезать ниже отверстия примерно на 20 см. Сварочный шов хорошо зачищают и покрывают защитным слоем.
Схема устройства фундамента на винтовых сваях.
На изображении 2 показана свая с готовым оголовком для ростверка. Для ее вращения придется создать несложную конструкцию, которую закрепляют болтами на оголовке.
Проходя в плотном грунте, свая его не разрушает, а еще сильнее уплотняет. Это значит, что сопротивляемость грунта внешним нагрузкам за счет сил трения возрастает, что особенно важно для висячих свай, которые не достигают плотного грунта. Такие стержни воспринимают нагрузку от здания только за счет сил трения между стволом и уплотненным грунтом. Желательно, чтобы таких свай не было.
По надежности и долговечности фундаменты на винтовых сваях не уступают другим типам фундаментов, а по некоторым показателям и превосходят многие из них. Вот вполне очевидные преимущества винтовых свай:
- Вворачивая сваи на разную глубину, можно полностью отказаться от выравнивания территории;
- Близлежащие постройки и подземные коммуникации не являются препятствием для применения;
- Ручное вворачивание и эксплуатация свай абсолютно безопасны, так как их поверхность не ребристая;
- Даже самостоятельно установить сваи можно достаточно быстро;
- В соответствии с требованием ГОСТ 25100-95 нагрузка на одну сваю должна быть не менее 4 т(не путать с допускаемой нагрузкой на основание). Обычно же она равна примерно 5 т;
- Установку свай можно выполнять в любое время года и в любые грунты (кроме скальных оснований).
Особенности свайно подобного фундамента
Схема свайно-ленточного фундамента.
Для домов из дерева или пеноблока (если вес строения небольшой) применяют сваи диаметром 108 мм, для более тяжелых строений – сваи диаметром 133 мм. Диаметр винтовой лопасти в 1,25 раз больше. Несущая способность составляет в среднем 6,5 т (для d=108 мм) и 9,5 т (для d=133 мм). Эти нагрузки соответствуют глубине вворачивания в тугопластичные грунты на глубину 1,7-1,8 м. Такими грунтами могут быть глины и суглинки.
Сваи можно подобрать практически для любой глубины. Вот существующие размеры винтовых свай в см: 165, 180, 200, 250, 300 и далее через 50 см до 11 м. Вворачивание производят по часовой стрелке до упора (или до деформации отверстия для рычага).
Чтобы заранее определиться с длиной, целесообразно выполнить контрольное бурение в нескольких местах вблизи периметра фундамента и для исключения висячих свай, возможно, придется приобретать их разной длины. В любом случае глубина вворачивания должна превышать глубину промерзания грунта примерно на 20 см.
Количество опор определяют по несущей способности основания и весу сооружения (при этом нагрузка от опор, как фундаментная, не учитывается). Проверяют выполнение условия, при котором несущая способность грунта выдерживает нагрузку от сооружения.
Схема установки винтовых свай с подвижным кожухом.
Для забивных свайно подобных конструкций это условие определяется неравенством
где Q – нагрузка от всего сооружения, передаваемая на грунт сваями (кг); ростверк обязательно учитывается как фундаментная нагрузка; Qu – противодействующая сила основания (кг).
Для определения Qu необходимо знать несущую способность основания (грунта) и площадь поперечного сечения опоры. Например, плотная сухая глина имеет несущую способность [σ]=6 кг/см 2 . Такая же глина, но влажная имеет [σ]=4 кг/см 2 . Такой же грунт, но средней плотности имеет [σ]=2,5 кг/см 2 (сухой) и [σ]=1 кг/см 2 (влажный). Для того чтобы понять о чем идет речь, сделаем расчет.
Пусть поперечное сечение забивной сваи равно Sсв=20×20=400 см 2 . Тогда нагрузка, которую выдержит грунт (плотная сухая глина) под сваей будет равна
Если вес строения Q=50 т, то, предполагая, что он будет распределен равномерно, потребуется 21 опора. В отличие от ленточного свайный фундамент не всегда передает нагрузку на основание равномерно.
Намного сложнее учесть несущую способность грунта для винтовой сваи, так как для нее необходимо учитывать и сопротивление сил трения [τ].
Устройство свайного фундамента
Схема устройства свайного фундамента.
Отдельная свая (только не винтовая) может быть фундаментом колонны. Множество свай под сооружением необходимо объединять либо балками, либо сплошной плитой. Такие объединяющие элементы называют ростверком. Его расположение относительно грунта дано на изображении 3.
Ростверк можно разместить в грунте, на грунте (низкое размещение) или на некоторой высоте над грунтом (высокое размещение). При низком размещении необходимо вначале распланировать территории, а для размещения оголовка в грунте, еще и вырыть соответствующей глубины траншею. Для высокого размещения достаточно только удалить верхний плодородный слой, а горизонтальную плоскость определять относительно самой высокой точки на строительной площадке.
После вворачивания всех свай их обрезают на заданной высоте с использованием шлангового уровня, и внутрь ствола заливают бетон класса не ниже В25. Обрезать необходимо так, чтобы были удалены отверстия, через которые происходило их вворачивание. Выполнение этого условия необходимо предусмотреть еще при расчете требуемой длины свай с учетом глубины их вворачивания.
Если свая уже имеет готовый оголовок, как на изображении 2, то выставить уровень придется в два приема. Это обусловлено тем, что вращать сваю по часовой стрелке (извлекать) для регулировки высоты ни в коем случае нельзя. Поэтому вначале требуемый уровень немного завышают, а уже потом, определив самую низкую сваю, вращая только по часовой стрелке, по уровню выставляют все остальные. После этого заливают бетоном. В сваи закладывают арматуру для связи с ростверком.
Если ростверк изготавливают в виде балок, то их можно применять при любом размещении винтовых свай. Балки могут быть деревянными, металлическими или монолитными железобетонными. Балки устанавливают по периметру и по сваям, ввернутым под несущие внутренние перегородки. Их армирование необходимо усиливать: в нижней части балок между сваями и в верхней части, над сваями.
Ростверк-плита подойдет и для высоко размещенных свай. Такая плита может быть размешена и на уровне грунта. В этом варианте балки будут своеобразными опалубками для заливки плиты.
Фундамент на сваях с ростверком плитой
Ростверк-плита расположенный непосредственно на грунте по устройству это аналог плитного фундамента, который строят на слабых грунтах. Такой плитный вариант иногда справедливо называют плавающим: плита имеет хорошее армирование и настолько жесткая, что она не разрушается от неравномерных осадок грунта, а колеблется вместе с ним. Тем более осадка грунта не оказывает никакого влияния на плитный массив, так как армирование исключает смещения между грунтом и постройкой, и, следовательно, не возникает трещин в конструкции сооружения.
Но плитный ростверк на сваях никак плавающим не назовешь. Наоборот, его конструкция жестко связана со сваями, и еще неизвестно, не будет ли она разрушаться, если на какую-либо сваю подействуют выталкивающие силы. В этом случае никакое армирование не поможет. Преимуществом такого ростверка является использование поверхности грунта в качестве опалубки.
Правильно рассчитанное армирование монолитного фундамента позволяет выдерживать нагрузки многоэтажных построек даже на слабых, влажных грунтах, на участках с высоким уровнем залегания грунтовых вод. Чтобы неравномерность промерзания грунта, в результате которой разница в оседании грунта может достигать 10 см, не сказывалась на плите, ее необходимо армировать высококачественной арматурой.
На изображении 4 представлен вариант такой плиты, находящейся в процессе изготовления. Так же будет выглядеть монолитная конструкция ростверка, но ее толщина будет значительно меньше. Для ростверка достаточно толщины 15 см и армирования металлическими прутьями с диаметром от 10 до 16 мм. Перед заливкой бетона необходимо проложить слой песка и гравия.
Обычно высокий ростверк делают на расстоянии 10-15 см от земли. На изображении 5 показан ростверк, выполненный на высоко стоящих сваях. Для них придется делать специальную опалубку снизу. С боков опалубкой являются железобетонные балки, то есть обычные ростверки, выполняемые по периметру и под несущими внутренними перегородками.
Ростверк, изготавливаемый в виде плиты, не исключает монтажа обычной монолитной плиты по периметру сооружения и по сваям под несущими внутренними перемычками. Эта балка необходима: без нее возводить стены нельзя. Поэтому монолитная плита заменяет обычные плиты перекрытия, установка которых усложняется по причине отсутствия достаточного места на ростверке после установки на нем стен.
