Свайные фундаменты представляют собой конструкции, состоящие из вертикальных опор (свай), забиваемых в землю для передачи нагрузки от здания на более устойчивые слои грунта. Их применяют в случаях, когда верхние слои почвы не способны выдержать веса сооружения, и включают в себя такие виды, как забивные и буронабивные сваи, которые различаются по методу установки и материалам.
Работа свай заключается в распределении нагрузки от здания на большие глубины и площади, что позволяет избежать осадки и деформации фундамента. Сваи действуют за счет своей прочности и устойчивости к сжимающим и сдвигающим нагрузкам, обеспечивая надежную опору для конструкций, особенно в сложных геологических условиях.
Справочник: Классификация свай и свайных фундаментов
В условиях, когда с поверхности залегают слои слабых грунтов, не способные служить основанием для фундаментов мелкого заложения, чаще всего прибегают к устройству фундаментов из свай. Сваю можно представить как стержень, погруженный в грунт или изготовленный непосредственно в грунте. Группу таких свай, объеденных поверху распределительной плитой или балкой, называют свайным фундаментом.
Рис.1 Типы свайных ростверков
Объединительные распределительные балки и плиты называют ростверком. Как правило, они выполнены из монолитного или сборного железобетона. Различают низкие и высокие свайные ростверки (Рис.1).
По характеру передачи нагрузки на грунт сваи подразделяют на сваи – стойки и висячие сваи. К первой группе относятся сваи, прорезающие толщу слабых грунтов и опирающиеся на малосжимаемые грунты.
Свая – стойка всю нагрузку на грунт передает через нижний конец, так как отсутствуют силы трения на боковой поверхности (Рис.2а). Свая – стойка работает как стержень, несущая способность которого определяется прочностью материала сваи или сопротивлением грунта под ней.
К висячим сваям относятся сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты. Несущая способность висячей сваи определяется суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности и грунта под ней (Рис.2б).
Рис.2 Передача нагрузки сваями
По способу изготовления сваи бывают, изготовляемые заранее в заводских условиях и производимые на месте в "полевых условиях"
Конструкции предварительно изготовленных свай
Такие сваи в зависимости от материала изготовления подразделяют на: железобетонные, стальные, комбинированные и деревянные. В свою очередь железобетонные сваи подразделяют:
по конструктивным особенностям – на сваи цельные и составные;
по способу армирования – на сваи с поперечным армированием и без него, с ненапрягаемой и предварительно напряженной арматурой;
по форме поперечного сечения (Рис.3);
по форме продольного сечения (Рис.4).
Рис.3 Поперечное сечение свай
Рис.4 Продольное сечение свай
В настоящее время наиболее часто применяют призматические сваи сплошного квадратного сечения, квадратного сечения с круглой полостью и полые цилиндрические.
Рис.5 Конструкции железобетонных свай
Сваи сплошного квадратного сечения выпускают сечением от 0,2х0,2 до 0,4х0,4 м и длиной от 3 до 16 м. При необходимости увеличения длины, сваи стыкуют применяя соединения различного типа. Известны случаи применения составных свай длиной до 100 метров. Сваи сплошного квадратного сечения применяют в любых сжимаемых грунтах без твердых включений для передачи на основание вдавливающих, выдергивающих и горизонтальных нагрузок. Полые круглые сваи изготавливают цельными или составными. Длина одного звена от 4 до 8 м, длина составной сваи до 40 м. Полые круглые сваи выпускают диаметром от 0,4 до 0,8 м . Такие сваи больших диаметров иногда применяют в качестве оболочек для прокладки коммуникаций.
Применение сваи квадратного сечения с круглой полостью позволяет снизить расход цемента до 25% и арматуры до 60%. Но область применения таких свай ограничена вдавливающими нагрузками до 500 кН и горизонтальными до 15 кН. Деревянные сваи представляют собой простейшую конструкцию – бревно с заостренным нижним концом.
Верхний конец сваи снабжается стальным кольцом, защищающим от «размочаливания» во время забивки. Стальные сваи подразделяют на трубчатые и шпунтовые (шпунт Ларсена). Трубчатые сваи изготавливают из стандартных стальных труб диаметром от 0,2 до 0,8 м, шпунтовые – из стального шпунта различного профиля. В качестве свай используют двутавровые балки и швеллеры.
Рис.6 Профили прокатного стального шпунта Ларсена
Преимуществом стальных свай является возможность наращивания длины по мере погружения в грунт.
Способы погружения предварительно изготовленных свай
В настоящее время применяют: вибропогружение, забивку, статическое вдавливание и ввинчивание свай. Вибропогружение свай наиболее эффективно в насыщенных водой, преимущественно песчанных грунтах. Вертикальные колебания, передаваемые через сваю, разжижают грунт, что приводит к уменьшению сил трения и дает возможность легко погружать сваи. После прекращения работы погружателя структура грунта вокруг сваи в течение некоторого времени восстанавливается, что увеличивает трение на боковой поверхности сваи.
Забивка свай в грунт осуществляется сваебойными молотами. Молоты для забивки свай подразделяются на механические, дизельные, паровоздушные и электрические. При забивке свай в обезвоженные плотные песчаные грунты для повышения производительности забивки осуществляется подмыв.
Суть метода заключается в размыве грунта. Напор воды подается по трубам к концу сваи, что значительно уменьшает сопротивление грунта. Также для уменьшения сопротивления грунта погружению свай, их забивают в предварительно пробуренные лидерные скважины. Глубина скважин не должна превышать 0,9 от длины сваи и иметь диаметр не более диагонали поперечного сечения сваи.
Статическое вдавливание свай применяется в условиях, исключающих применение вибропогружения и забивки. Применяется при устройстве свайных фундаментов вблизи сооружений или усилении существующих фундаментов. Для этого используют специальные станки, оснащенные крановой установкой для подачи свай, вдавливающим механизмом и контргрузами, например DTZ360, масса которого с противовесами может достигать 364 т.
Ввинчивание свай, осуществляется, практически любыми буровыми установками, оснащенными особыми механизмами (кабестанами). Метод основан на применении специальных (винтовых) свай снабженных в нижней части винтовыми лопастями.
Сваи, изготовляемые в грунте (набивные сваи)
Набивные сваи изготавливают из бетона, железобетона или цементно – песчаного раствора.
По способу изготовления такие сваи делят на три основных типа: сваи без оболочки, сваи с неизвлекаемой и извлекаемой оболочками. Сваи без оболочки применяют как в сухих и маловлажных так и в водонасыщенных глинистых грунтах.
В первом случае изготовление сваи осуществляется в следующем порядке: в грунте пробуривается скважина (возможно уширение пяты сваи механическим способом). Затем в готовую скважину устанавливают арматурный каркас. Рис.7
Рис.7 Последовательность изготовления набивных свай без оболочек
Далее скважина бетонируется с помощью вертикально перемещающейся трубы, которая извлекается из скважины по мере бетонирования. Поданная в скважину бетонная смесь уплотняется с помощью вибратора, закрепленного на подающей трубе. По данной технологии изготавливаются сваи диаметром от 0,3 до 1,2 м и длиной до 30 м. Во втором – проходку скважины производят под защитой глинистого раствора, который препятствует обрушению ее стенок.
Далее при бетонировании бетонная смесь вытесняет глинистый раствор. Сваю, скважина под которую получена бурением, называют буронабивной. Кроме бурения скважину можно пробить трубой с закрытым нижним концом (инвентарный сердечник) или вытрамбовать специальной трамбовкой. Сваи различают: набивные виброштампованные и набивные в выштампованном ложе. Еще одной разновидностью буронабивных свай являются буроинъекционные сваи.
Такие сваи устраиваются путем заполнения вертикальных или наклонных скважин цементно – песчаным раствором под давлением. Получающаяся неровная поверхность обеспечивает хорошее сцепление сваи с окружающим грунтом. Наличие арматурного каркаса позволяет сваям воспринимать не только сжимающие, но и растягивающие усилия. Такие сваи используют для усиления фундаментов существующих зданий, создания свайных стен и в качестве анкеров.
Сваи с извлекаемой оболочкой можно применять в любых геологических условиях, так как в процессе изготовления используют обсадные трубы, защищающие стенки скважины от обрушения. Простейшим видом таких свая является свая, предложенная инженером А. Э. Страусом. Для изготовления такой сваи в процессе бурения скважины в грунт погружается обсадная труба.
После погружения оболочки до проектной отметки в скважину порциями подается бетонная смесь. Каждую порцию бетонной смеси интенсивно трамбуют с постепенным извлечением обсадной трубы. Данным методом образуется свая с неровной поверхностью, что увеличивает ее несущую способность. Сваи с неизвлекаемой оболочкой применяют в случаи отсутствия возможности изготовления свай с извлекаемой оболочкой. Такие условия создаются сложными водонасыщенными глинистыми грунтами с прослойками песков и супесей, где подземные (грунтовые) воды способны разрушить ствол сваи во время твердения бетонной смеси.
Рис.8 Изготовление сваи Страуса
Виды и монтаж свайного фундамента
Современный фундамент свайный позволяет ускорить строительные работы, сэкономить материалы, обеспечить равномерную усадку здания. Сваи-опоры устанавливают на грунтах любых типов.
Свайный фундамент для дома: особенности
Основание свайного типа представляет собой линию или группу опор, вмонтированных в почву, обвязанных ростверком. Стержни бетонируют или загоняют в грунт с помощью спецтехники. Готовые сваи оснащены острым наконечником для облегчения вхождения элементов в породу.
Технология укладки свайного фундамента часто используется при возведении строений из пеноблоков, пенобетона, каркасных и деревянных домов. Опоры-сваи устойчивы даже в подвижных, сложных грунтах. Тип и длину свай подбирают с учетом состава, сезонных особенностей почв на конкретном участке.
Виды свай
Свайные фундаменты подразделяют на группы по нескольким признакам:
- вариант локализации (ленточные, одиночные, кустовые, монтированные полями);
- тип стройматериалов (металл, дерево, бетон);
- способ погружения (забивные, углубляемые, набивные, буровые, винтовые);
- тип несущей нагрузки (сваи-стойки и висящие сваи);
- степень заглубления (низкий, высокий, промежуточный ростверк).
По материалам
Свайные опоры изготавливают из различных стройматериалов: бетон, железобетон, металл, сталь, дерево. Профессионалы рекомендуют использовать комбинации материалов. Комбинированные сваи отличаются прочностью, долговечностью.
По методу погружения
Под способом погружения подразумевают технологию установки свайных опор.
По типу монтажа выделяют следующие виды свай:
- забивные — это стержни, вбиваемые в грунт гидравлическими молотами (монтируются под тяжелые сооружения);
- набивные — опоры, изготавливаемые на месте путем заливки раствора в пробуренные в земле отверстия;
- винтовые — столбы, ввинчиваемые в землю с помощью специального приспособления или вручную (свайно-винтовые фундаменты служат основой для легких деревянных, каркасных домов);
- вибро-погружные — сваи, которые входят в почву под воздействием вибрации;
- вдавливаемые — стержни, монтируемые в грунт постепенно с помощью спецоборудования в местах, где нельзя допустить вибрацию почвы.
По несущей нагрузке
По характеру передачи нагрузки или взаимодействию с почвами выделяют два типа свайных опор:
- сваи-стойки (направляют нагрузку непосредственно на твердый скальный грунт);
- висячие сваи (перераспределяют нагрузку с помощью силы трения по боковой поверхности опоры).
Виды используемой обвязки
Вкрученные или вбитые в почву стержни обвязывают для формирования фундамента. Технологию закрепления подбирают с учетом веса конструкции и типа грунта.
Наиболее востребованными являются следующие типы обвязки:
- стержни-колонны для легких сооружений;
- обвязка из дерева для деревянных, каркасных строений;
- металлическое крепление (подходит для частных домов любого типа);
- монолитный ростверк на свайно-ленточной основе (предназначен для тяжелых сооружений).
Область применения свайного фундамента
Свайные фундаментные опоры устанавливают на грунтах любых типов, в том числе на болотистых, подтапливаемых участках, в почвах с интенсивным пучением, высоким уровнем вод. На базе фундаментов на сваях возводят промышленные объекты, капитальные многоэтажные, малоэтажные здания. Для частных домов чаще всего используют основы винтового типа и асбестовые трубы.
Важно: Свайные опоры из асбеста в пучинистых грунтах разрушаются под воздействием влаги. Для почв с интенсивным пучением рекомендуют основания из лиственницы или металла.
Требования к проектированию свайных фундаментов содержатся в СП «Свайные фундаменты» (http://docs.cntd.ru/document/1200084538).
Монтаж свайного фундамента своими руками: пошаговая инструкция
Процесс установки свайного фундамента для дома состоит из пяти этапов:
- Разметка основы, месторасположения опор.
- Бурение скважин, заглубление свай.
- Монтаж арматурного каркаса, бетонирование.
- Соединение прутьев с каркасом ростверка.
- Послойная заливка ростверка бетоном.
Технологии монтажа, методики расчетов подбирают с учетом выбранного типа свай. Столбчатые основания монтируют подобным образом. Найти информацию о том, как возвести столбчатый фундамент своими руками, можно здесь.
Подготовка
В процессе подготовительных работ строители снимают дерн, прорывают котлован для ленты, отверстия для опор под углами строения. Глубина ям рассчитывается индивидуально. Предварительно выполняется разметка, установка прутьев со шнурами.
Погружение свай
Стержни погружают в отверстия строго по разметке, выравнивают по уровню, заливают бетоном морозостойких марок. При необходимости перед бетонированием трубы засыпают подушкой из песка, обкладывают гидроизоляцией. Затем выполняют армирование под несущими конструкциями.
Важно: Бетон заливают с периодической трамбовкой. При этом важно не допускать появления пустых мест.
Обвязка
Монтаж ростверка начинают через 3–4 недели после заливки раствора. Обвязка служит базой для дальнейших строительных работ. Линия проходит по контурам внут??енних и внешних стен строения. Если свайный фундамент возводится своими руками, лучше остановиться на монолитном ленточном ростверке. Для каркасных домов подходит ростверк из бруса.
Этапы установки буронабивного основания
Буронабивные основания устойчивы в ненадежных грунтах, подходят для сооружения домов на наклонных участках.
Установка свайного фундамента набивного типа предполагает выполнение следующих работ
- разметка границ, точек для столбов;
- бурение отверстий;
- армирование;
- бетонирование стержней;
- монтаж ростверка.
Разметка участка
Базовые линии фундамента размечают от точки отсчета. Для получения четких границ изготавливают двухуровневые щиты обноса из брусьев, досок, бечевки. Первый уровень указывает высоту установки опор, второй — верхнюю границу обвязки. Углы в стыках перегородок должны быть прямыми. Места установки свайных стержней отмечают колышками в соответствии с планом.
Бурение скважин
Пробурить отверстия можно вручную или с помощью спецмашины. Скважины углубляют ниже уровня промерзания почв на 30 см, на глубину не менее 150 см. В готовые отверстия монтируют обсадные трубы, равные диаметру скважин. Труба должна выступать из ямы на 50 см. В получившуюся опалубку погружают сваи до упора.
Армирование
При строительстве частных домов используют свайные опоры диаметром 0,35 м и длиной 2,5–3 м.
Армирование выполняют по следующей технологии:
- установить прутки, равные длине сваи (или меньше, но не более чем на 10 см);
- перевязать продольной арматурой через каждые 70 см;
- закрепить вязальной проволокой.
Каркас можно сформировать из 3-х рифленых прутков сечением по 14 мм или 4-х арматур — 12 мм. Для поперечных элементов подойдут гладкие пруты диаметром по 6–8 мм.
Заливка бетона
Когда арматурный каркас готов, приступают к бетонированию. Раствор заливают внутрь обсадных труб с помощью смесителя. Каждый слой уплотняют глубинным вибратором. Строители рекомендуют замешивать раствор небольшими порциями из бетона марки не ниже М100.
Обвязка
Обвязывание — это соединение свай с надземной частью фундамента. Перед выполнением обвязки трубы и арматуру выравнивают болгаркой по одной высоте.
Технология устройства ростверка
Надежный ростверк на буронабивных сваях изготавливают из железобетона. Площадь используемой арматуры не должна превышать 2–3% от сечения ростверка. Для упрочения конструкции подбирают бетон сорта B15 и выше, а также арматуру того же класса, что использовался для свай.
Опалубку собирают из любых материалов: досок, фанеры, ДСП, листов железа, профнастила. Внутри опалубки связывают, сваривают элементы арматурного каркаса. Затем сооружение бетонируют. Готовый ростверк должен быть выше уровня грунта на 5–10 см. Это позволит защитить конструкцию от пучения в период сезонных движений почв.
Нужно ли утепление?
Утепление основания на опорах-сваях не требуется. Если хозяева намерены утеплить пространство под строением, можно закрепить полистирольные плиты или другие теплоизолирующие материалы. Для закрытия свайного поля монтируют специальные экраны.
Отделка
Для улучшения внешнего вида строения выполняют отделочные работы. Используют сайдинг, панели из пластика, дерево, кирпич, камень и другие материалы. Выбор варианта отделки зависит от стиля строения, предпочтений хозяев.
Компания «Уютный Дом-13» возводит коттеджи, дачи, частные дома под ключ. Минимальная гарантия на строения — 1 год. Полный пакет документов, прозрачность смет. Действуют постоянные скидки. К оплате принимается маткапитал.
Строим будущее для вашей семьи
«Уютный Дом-13» — это коллектив опытных специалистов, который каждый проект доводит до идеала. Мы строим дома с неизменно отличным результатом — вы можете лично посмотреть наши готовые постройки и оценить качество. Все работы выполняют сотрудники именно нашей компании, без привлечения посредников или сторонних подрядчиков.
