Свайные фундаменты представляют собой конструкции, которые применяются в условиях, требующих повышения несущей способности и устойчивости здания, особенно на слабых грунтах. Они состоят из свай, которые вбиваются или бурятся в землю, передавая нагрузку от здания на более устойчивые слои грунта на глубине.
Основные типы свайных фундаментов включают забивные, буронабивные и винтовые сваи. Забивные сваи внедряются в грунт при помощи специального оборудования, в то время как буронабивные требуют предварительного бурения скважины, куда затем помещается арматурный каркас и заливается бетон. Винтовые сваи имеют форму спирали, что позволяет им закручиваться в грунт, что облегчает монтаж и делает такой тип фундамента более универсальным.
Виды свай и свайного фундамента
Сваи – это понятие подразумевает элемент фундамента, который обеспечивает пропорциональное распределение нагрузки, идущей от общей массы конструкции здания и воздействующей на расположенный ниже слой почвы. Свайный фундамент, соответственно, представляет собой фундамент, для которого в качестве опорных элементов применяются сваи любого типа.
Используют такие сваи для фундаментов на земельных участках с неустойчивым грунтом. Допускается залегание грунтовых вод, болотистая, песчаная или торфяная почва, а также большая глубина промерзания.
Классификации свай
Существует огромное количество видов свай, которые классифицируются по довольно широкому списку критериев:
- По конструктивным особенностям. Сваи могут состоять из отдельных секций или же цельные, иметь тупой или острый нижний конец, расширяться на разных уровнях или иметь одинаковую толщину на всей своей протяженности.
- По размеру. Длинные сваи могут быть гибкими или средней жесткости, короткие же – непременно жесткие.
- По материалу изготовления. Из дерева, бетона, железобетона, грунтобетона, комбинированные или металлические.
- По характеру работы. Подразделяются на опорные и висячие.
- По технологии монтажа. Бывают забивными, вдавливаемыми, винтовыми или набивными.
- По форме сечения. Встречаются крестообразные, пирамидальные, трапецеидальные, круглые и прочие сваи.
- По способу армирования. Стержни располагаются по углам, по периметру, по центру, в поперечном или продольном направлении.
Виды свай по материалу изготовления
Сваи могут быть изготовлены из различных видов и типов материалов. Среди наиболее часто встречающихся металлические, деревянные и железобетонные.
Металлические сваи
Металлические сваи имеют винтовое строение. Их производят из черного металла. Данные разновидности свай для погружения в грунт выполнены из цельной трубы. Верхний слой имеет специальную антикоррозийную обработку.
Основное преимущество возведения подобных свайных фундаментов заключается в возможности использования конструкции в местах, где есть трудности с доступом и вбиванием в грунт железобетонных опор. К тому же, можно использовать фундаметнт с металлическими сваями на сложных почвах.
Металлические сваи относятся к материалу с наименее дорогой себестоимостью. Готовая конструкция получается максимально качественной. Срок создания свайных фундаментов на металлических сваях в два раза короче, чем в случае с железобетонными опорами.
Деревянные сваи
Деревянные сваи являются наименее долговечными, отличаются недостаточно высокими характеристиками прочности. Обычно их используют для возведения временных конструкций. Деревянные опоры способна выдерживать существенно меньшую нагрузку по сравнению с железобетонными сваями.
В основном их изготавливают из древесины хвойных пород. Также применяют ель, сосну, кедр, дуб, пихту или лиственницу. Поскольку опоры подвержены гнилостным процессам, их поверхность обязательно обрабатывается составами, продлевающими долговечность материала.
Структура сваи цельная. Если необходимо соединить два бревна, то используются металлические накладки. Длина опоры составляет от 4,5 до 16 м, а диаметр – около 20 см. Подходят для опор только прямые бревна. Их обязательно зачищают.
Нижнюю часть, которая предназначена для погружения в грунт, затачивают в виде острого конуса. Его длина должна составлять около 1,5-2 диаметра ствола.
При вбивании в грунт или в почву, которая содержит большое количество камней или имеет твердый состав, на острие надевается стальной «башмак». Чтобы не деформировать опору, в верхней ее части необходимо разместить металлическое кольцо. Подготовленная для погружения деревянной сваи скважина должна быть в 1,5 раза больше диаметра опоры. Средний срок эксплуатации готовой возведенной конструкции составляет около 20 лет.
Железобетонные сваи
Эти сваи имеют самое широкое распространение. И это вполне понятно, поскольку конструкции, изготовленные с ними, отличаются поразительной долговечностью и устойчивостью к любым воздействиям. Для свайных фундаментов на таких опорах не страшны ни погодные катаклизмы, ни механические воздействия. Единственный их враг – время. Но в данной ситуации оно исчисляется столетиями.
Сваи для строительства можно заказать на заводе. Например, в компании «Строй-Лайн» представлен широкий ассортимент изделий, длина которых составляет от 3 до 6 метров.
При строительстве некоторых объектов используют монолитные жб сваи, которые заливаются непосредственно на площадках в соответствии с проектом. Их изготавливают с обычной или предварительно напряженной арматурой, а для заливки применяют тяжелые бетоны с соответствующими показателями по морозоустойчивости, обвязка выполняется с учетом будущей нагрузки.
Для установки готовых опор в грунт используется специальная техника. Если бетон заливается непосредственно на месте строительства, необходимо использовать марку, которая выше показателя 200 плюс.
Общая длина опоры обычно не превышает 15 м, полностью используемых для погружения в грунт, а ее диаметр составляет 20-40 см. Железобетонные сваи могут быть нескольких типов сечений, но наиболее популярным является квадратное. Его легче всего в технологическом плане производить и удобно использовать при возведении ростверкового свайного фундамента.
Сваи данного типа делятся на несколько разновидностей. Это зависит от типа грунта и спроектированной документацией.
По способу армирования забивные железобетонные сваи делятся на:
- стержень с предварительно напряженной продольной арматурой, с поперечным армированием, а также без него;
- с поперечным армированием и с ненапрягаемой продольной арматурой.
Есть забивные сваи для установки, классификация которых имеет различия по характеру фигурного сечения:
- круглые и полые сваи;
- квадратные цельные, а также полые внутри;
- прямоугольные.
Сама конструкция сваи может быть цельной, а также состоять из нескольких секций. Они соединяются между собой с помощью специального сочленения в виде «стакана». Крепление происходит методом болтового соединения. Иногда после забивки самой нижней первой секции применяют сварку и только после этого продолжаются дальнейшие работы.
Пята имеет различную геометрию. Есть заостренный конец. Он удобен для вбивания в грунт сваи. А также есть конструкция с тупой пятой.
Готовые забивные железобетонные сваи характеризуются рядом преимуществ перед другими видами свай:
- относительно невысокая стоимость;
- сниженная себестоимость работ во время погружения опоры;
- применение недорогого и простого в эксплуатации оборудования во время монтажных работ;
- предъявление к персоналу низких требований по имеющемуся уровню квалификации.
Все эти факторы приводят к увеличению скорости строительства возводимого объекта, а также к снижению его конечной стоимости.
Виды свай по способу погружения в грунт
Основное применение в массовом строительстве имеют забивные железобетонные сваи. В ряде случаев допустимо использовать деревянные и металлические стальные забивные сваи. Встречаются сваи-оболочки, буровые и винтовые. Рациональность использования того или иного способа обусловлена спецификой почвы и особенностями возводимого объекта.
Забивные сваи
Данная технология забивки применяется при возведении многоэтажных объектов и малоэтажном строительстве. Сюда входят и каркасные частные дома, и заборные конструкции. Опоры изготавливаются из железобетона. Их длина составляет от 3 до 25 м. Стержень имеет квадратное сечение. Размер его стороны составляет от 15 до 50 см.
Конец обязательно заостренный, чтобы легче происходил процесс забивания. На верхней части присутствует своеобразная головка. Она необходима для принятия на себя основной силы удара при забивании сваи в почву, что предотвращает деформацию конструкции.
При проведении работы по установке сваи, их полностью погружают в грунт, что делает положение опоры максимально надежным. Возводимое здание будет стоять основательно без любого сдвига.
Перед возведением фундамента грунт необходимо утрамбовать. Другой предварительной подготовки участка не требуется. Стоит соблюдать осторожность при работе на почвах, которые дают усадку и набухают. Есть вероятность столкнуться с неравномерной усадкой грунта.
Забивной фундамент можно возводить на затопляемых территориях. Конструкция для погружения в грунт буронабивной сваи характеризуется высокой прочностью.
Забивка свай
Самый распространенный метод забивки предполагает использование специального молота, расположенного на базовой машин, в роли которой может выступать кран на гусеничном ходу, бульдозер или другая спецмашина. Еще такую технику называют копровой установкой или сваебоем.
Копровый дизель-молот – наиболее популярное устройство для забивки сваи. Но сила удара у него не регулируется. Если присутствует необходимость использовать для ростверков оборудование с более гибкими характеристиками, то стоит предпочесть гидравлический молот.
Сваи-оболочки
Это так называемые полые сваи, внутри которых имеется пустое пространство. Именно этим они и отличаются от цельных.Это пространство предназначено для заполнения дополнительными материалами после погружения в грунт, что придает конструкции увеличение несущей способности.
Сваи-оболочки не всегда дополнительно заполняют. В незаполненном виде их применяют, когда несущая нагрузка недостаточна высока. Ее полноценно выдерживает полая конструкция. Также оболочечную сваю используют, когда конструкция не несет на себе большой нагрузки.
Временная оболочка сваи в случае заливки бетонной смесью применяется с последующим ее перемещением и сменой расположения в грунт на новое место. Если в опору заливают бетон, то это способствует увеличению ее прочности.
Буровые сваи
Метод применения буровых свай состоит из предварительного бурения скважины с выемкой из нее грунта. После этого в нее устанавливается стержень сваи. Для бурения используется специальная техника. Диаметр бура должен превышать аналогичный у опоры более, чем на 10 см. Грунт не должен быть промерзлый, его минимальная температура составляет 0,5°С.
Готовая конструкция характеризуется повышенной устойчивостью.
Винтовые сваи
Используются металлические разновидности свай, которые имеют разное количество лопастей. Проводимые работы по технологии погружения основывается на закручивании сваи в грунт по типу сверла. Работы для установки свайных фундаментов можно проводить круглогодично. Винтовые сваи подходят для погружения в грунт на воде, что делает возможным осуществлять строительство домов на воде, а также причалов и мостов.
Используются винтовые сваи для возведения легкого и среднего типа построек для любых видов грунта без использования дополнительной техники.
Скорость работ высокая, а затраты на установку минимальные.
Виды свай по способу опоры на грунт
Сваи различаются по их способности влиять на грунт. К ним относятся следующие:
- Сваи-стойки. Они передают нагрузку на самый прочный участок почвы через пяту. Возведенная конструкция характеризуется способностью максимально выдерживать атмосферные осадки.
Их основная задача заключается в принятии фундаментом и входящих в него других составляющих на себя основной нагрузки, идущей от здания. Весь вес передается на грунт. Боковое трение способствует обеспечению необходимого запаса прочности. Данный тип возведенной конструкции характеризуется высокой устойчивостью, долговечностью и надежностью. Фундамент почти не дает осадки.
Он эффективно выдерживает приходящиеся на него нагрузки на протяжении длительного времени.
- Висячие сваи. Распространяют нагрузку своей боковой частью, а также пятой. Опора происходит на сжимаемые слои. Их боковая площадь немного увеличена, а поверхность имеет рельеф.
Это позволяет использовать конструкцию для погружения в прямом назначении, когда прочный грунт залегает на значительной глубине, а опоры также устойчиво себя показывают в более рыхлой или водянистой почве. Она обычно находится над прочным слоем грунта.
Применение железобетонного свайного фундамента
Забивные сваи имеют собственную принятую номенклатуру. Ее большое разнообразие зависит от типа опоры, возводимого знания и качества грунта. Классическая установка ж/б свай в фундамент осуществляется с помощью специальной техники. Наиболее часто используется копровая установка, оснащенная дизель-мотором.
Она представляет собой устройство, в базовую комплектацию которой входит машина. Она находится на гусеничном ходу. Способна во время работы перемещаться в любых погодных условиях с различным типом грунта. Используемый молот располагается на мачте базовой машины. Есть возможность регулировать его силу удара в процессе забивания набивными сваями в грунт.
Железобетонные сваи устанавливается вертикально, затем по ним наносят удары. Используют специальный молот, который точно бьет по головке забиваемой сваи. Конструкцию погружают на определенную глубину, согласно расчетам в проектной документации.
В настоящее время свайный фундамент не имеет аналогов. Его невозможно заменить никакой иной конструкцией. Сваи относятся к материалу, который можно использовать в любого вида почве. Исключением являются скальные породы и поверхность, которая имеет очень сильную наклонный скат с предрасположенностью к высокой подвижности грунта.
Свайную конструкцию используют в самых холодных регионах, где промерзание почвы достигает нескольких метров, а также же на болотистой местности и крутых склонах.
Возведение свайного фундамента происходит с использованием техники, ручной труд практически исключен. Конструкция возводится с высокой скоростью. Работы можно проводить в любое время года. Невысокая себестоимость сказывается на конкурентной конечной цене построенного здания. Надежность, крепость и долговечность возводимой конструкции позволяет строить здания качественные здания любой конфигурации и назначения.
Качественные сваи, желательно жб, изготовленные по принятым нормативам, обеспечат надежность возводимого здания.
Типы фундаментов: столбчатый, ленточный, плитный, свайный, из винтовых свай
Разные типы фундаментных конструкций по-разному взаимодействуют с грунтами. Но всегда их способность к восприятию проектных нагрузок определяется прежде всего несущей способностью грунтов, а уже потом – конструктивными параметрами самого фундамента, которые также назначаются с учетом информации о грунтовых условиях в пятне застройки, а также данных о нагрузках ( подробнее).
Следовательно, без изучения грунтовых условий на участке невозможно сделать выводы о способности конструкции к восприятию проектных нагрузок. То же касается и срока службы. Но какая информация о грунтах позволит сделать выбор? Принципиальное значение имеют две группы свойств грунтов – физико-механические и химические.
Физико-механические свойства грунтов характеризуют их физическое состояние, а также способность деформироваться и не разрушаться под действием внешних нагрузок. Учитываются при определении способности фундамента к восприятию проектных нагрузок.
Химические свойства грунтов обусловлены происходящими в них химическими изменениями и характеризуют их способность участвовать в химических взаимодействиях с веществами. Непосредственно влияют на срок службы. Для определения указанных свойств ГК «ГлавФундамент» разработала специальные процедуры – геотехнические и геолого-литологические исследования, а также измерения коррозионной агрессивности грунтов (КАГ). Все они адаптированы к ИЖС как по объему получаемых данных, так и по цене.
В рамках геотехнических исследований (ГТИ) выполняется динамическое зондирование грунтов, которое позволяет определить физико-механические характеристики основания, используемые непосредственно в расчетах оснований конкретных зданий/сооружений, спрогнозировать поведение грунтов в основании при различных воздействиях и т.д.
В части проведения полевых исследований динамическое зондирование ГК «ГлавФундамент» соответствует ГОСТ 19912 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием». Полученные данные интерпретируются согласно собственной методике, разработанной отделом НИОКР.
В рамках ГТИ для идентификации литологических типов грунтов (глина, песок, гравийные отложения), выяснения характера их напластования (установления литологического разреза), уровня подземных вод, выявления грунтов со специфическими свойствами (просадочные, пучинистые, слабые) выполняется оценка геолого-литологического строения площадки строительства.
Бетон или винтовые сваи?
С бетоном пол будет теплым, даже если дополнительно не утеплять его? Это не так. Теплопроводность бетона выше, чем теплопроводность грунта, поэтому он промерзает быстрее, ускоряя охлаждение пола. Очень важна гидроизоляция, так как из-за замачивания бетон будет не только промерзать значительно быстрее, но и начнет разрушаться.
Правда ли, что бетонное основание автоматически защищает коммуникации от промерзания? Снова нет. Бетонный фундамент на естественном основании только ограждает подпольное пространство от ветра, но не решает проблему его утепления, поэтому трубы нужно защищать локально.
Отделка и утепление цоколя для бетона дешевле, чем для свайно-винтовой конструкции? Бетон нуждается в утеплении не меньше винтовых свай. При этом в обоих случаях используются похожие материалы.
Бетон дешевле винтовых свай? Сэкономить на бетонном фундаменте возможно, но только если строить его без учета действующих строительных правил и норм: использовать дешевую марку бетона, сократить количество арматуры или толщину ее сечения, урезать объем мероприятий по устройству гидроизоляции и т.п. Разумеется, это отразится на качестве будущего основания.
При строительстве легких конструкций «ленту» не нужно сильно заглублять? Под действием сил морозного пучения недостаточно заглубленный фундамент начнет смещаться или деформироваться (исключение – участки, сложенные прочными грунтами, не подверженными морозному пучению). В итоге окна и двери каждую весну будут открываться/закрываться с усилием, придется подгонять. В общем – очередная экономия на качестве.
Классификация бетонных фундаментов
Столбчатый
Экономичен, так как не требует проведения дополнительных земляных и гидроизоляционных работ. Подходит только для дачных домиков, беседок из легких материалов.
Столбы устанавливают по периметру во всех точках пересечения наружных и внутренних стен здания, по углам наружных стен. Расстояние между ними может меняться от 1,2 до 2,5 метров, в зависимости от нагрузки на фундамент. Сверху на столбы крепятся обвязочные балки. Если расстояние между столбами составляет более 2,5 или 3 метров, то на них устанавливают балки, изготовленные из металла или железобетона. Сечение столбов зависит от того, из какого материала они изготовлены: бетонные столбы, столбы из кирпича или камня.
Ленточный
Используется для сооружений, стены которых изготовлены из тяжелых материалов: дома из камня, кирпича, керамзитобетона, шлакобетона, зданий с подвалом, цокольным этажом, гаражом.
Недостатки «ленты»:
- необходимо заглублять ленту за глубину промерзания грунта (более 2 м) – дополнительное увеличение расходов;
- сложность организации надлежащего контроля качества выполненных работ (бетон низкого качества, недостаток арматуры);
- много времени тратится на набор прочности;
- высокая цена конструкций, выполненных «по правилам».
Плитный (сплошный)
Используется в слабых грунтах. Обеспечивает более равномерную осадку здания, защищает подвальные помещения от подпора грунтовых вод. Его проектируют в виде плоской или ребристой плиты с расположением ребер под несущими стенами или колоннами.
Главный плюс – высокая несущая способность за счет большой площади, которая снижает давление на основание, позволяет проводить работы в сложных грунтовых условиях, а также не ограничивает планировку благодаря более равномерному распределению нагрузок.
- высокая цена;
- необходимость качественной гидроизоляции;
- сложность организации контроля качества выполненных работ;
- требуется много времени на набор прочности.
Свайный
Свайный фундамент подходит для оснований, сложенных большой мощностью слабых грунтов в верхней зоне, или для местности с высоким уровнем подземных вод. Сваи переносят нагрузку с верхних слоев грунта, на более глубокие с большей несущей способностью.
Преимущества – значительно меньший уровень осадок, сравнительно невысокая цена. Но строительство такой конструкции – комплекс работ, проконтролировать качество которых трудно.
Главный недостаток – невозможность устройства свай без спецтехники. Этот фактор можно исключить, если использовать фундамент из винтовых свай.
Фундамент из винтовых свай
Фундамент из винтовых свай – один из подвидов свайного.
Недостатки
Возможно несоответствие срока службы требованиям ГОСТ 27751 «Надежность строительных конструкций и оснований».
Только подобрав толщину стенки ствола и лопасти, марку стали, определив порядок действий для снижения коррозии (водоотведение, использование цинковых колец (анодов) можно обеспечить нормативный срок службы фундаментный конструкции.
Возможен «уход в срыв» однолопастных дезаксиальных винтовых свай при нормируемых осадках, если диаметр их ствола менее 159 мм.
Свайно-винтовые конструкции рассчитываются по формулам, заложенным в СП 24.13330 «Свайные фундаменты». Эти формулы разработаны еще в 60-е годы 20 века и базируются на упрощенных моделях взаимодействия (например, модель Мариупольского для анкеров), они не учитывают многие особенности совместной работы свай с грунтами.
Поэтому при расчете несущей способности винтового основания необходимо учитывать результаты полевых испытаний грунтов (ГОСТ 5686 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями»).
Может потребоваться бетонирование основания колонны или создание жесткого сопряжения для однолопастных свай малых диаметров (57-76 мм).
Из-за недостаточности диаметра ствола эти разновидности не обеспечивают достаточное сопротивление горизонтальным нагрузкам без дополнительных мер.
Чтобы отказаться от бетонирования основания колонны или жесткого сопряжения, достаточно использовать элемент сопротивления боковым нагрузкам (ЭСБН).
Возможно нарушение структуры грунта при погружении винтовых свай, снижение его несущей способности.
Такие ситуации возникают, когда в расчетах учитывается только диаметр лопасти, но не ее конфигурация.
Конфигурация лопасти винтовой сваи, подобранная под конкретные грунтовые условия, минимизирует нарушения структуры грунта при погружении, обеспечивая надлежащее восприятие проектных нагрузок.
Сваи с двумя и более лопастями могут уступать в восприятии, к примеру, горизонтальных нагрузок даже однолопастным дезаксиальным конструкциям.
Причина — неправильное (часто просто бездумное) расположении второй и последующих лопастей на стволе.
Чтобы многолопастные сваи надлежащим образом воспринимали проектные нагрузки, расстояние между лопастями, шаг, угол наклона должны быть рассчитаны с учетом данных о грунтовых условиях площадки строительства и данных о нагрузках от строения.
Неравномерное распределение запаса прочности по фундаментам объектов ИЖС, из-за которого снижается уровень их надежности и сокращается срок службы.
