Конструкция и использование свайного фундамента

Использование при строительстве частных зданий свайного фундамента позволяет обеспечить требуемый уровень индустриализации и механизации работ «нулевого» цикла. На сегодняшний день конструкция фундамента свайного типа успешно применяется на грунтах любого вида, в том числе и на вечномерзлых, набухающих, насыпных и слабых.

Особое значение при использовании такого основания имеет возможность снизить объем земляных работ.

Рассмотрим устройство и конструкцию свайного фундамента для малоэтажного строительства.

Схема монтажа свайно-винтового фундамента.

Преимущества использования свайного фундамента

Значительный объем использования такой конструкции в сельскохозяйственном, промышленном и жилищном строительстве объясняется некоторыми его преимуществами по сравнению с другими видами фундаментов. К таким преимуществам относятся:

Схема монтажа свайного фундамента из набивных комбинированных свай.

• уменьшение на 15-20% стоимости работ «нулевого» цикла;
• высокое качество проводимых работ в зимнее время в любом регионе страны;
• уменьшение приблизительно в 2 раза уровня неравномерных и общих осадок зданий;
• снижение на 70-80% транспортных операций;
• сокращение терминов строительных работ;
• высокая индустриальность конструкции, уменьшающая трудоемкость работ по конструированию снования в среднем на 20-25%.

Стоит отметить, что для регионов страны с суровыми климатическими условиями данный вид фундамента является единственным целесообразным решением, так как он обеспечивает небольшую величину и разницу осадки основания, что увеличивает долговечность и надежность возведенных зданий.

Предпосылки для использования свайного фундамента в частном строительстве

Свайный фундамент из сборных винтовых свай.

1. В некоторых случаях при конструировании коттеджа или частного дома в верхней части основания может присутствовать слабый грунт. При этом возникает необходимость распределять нагрузку от строения на более плотный грунт, находящийся на некоторой глубине, которая зависит от геологических условий местности.

В этом случае рекомендуется проводить монтирование свайных фундаментов, которые способны выдерживать большие нагрузки по сравнению с основаниями неглубокого заложения. Данные конструкции особо эффективны в пучинистых грунтах при их глубине промерзания более 1,5 м. В таких условиях свайный фундамент будет более надежным, чем ленточный или столбчатый.

К слабым грунтам относятся:

• растительные грунты – почвы с примесью 1-20% перегноя, грунты мокрых солончаков, иольдиевые, глинистые грунты, сапропели, илы, торф;
• плывуны – песчано-глинистая почва, обильно насыщенная водой;
• лессовидная почва содержит в своем составе более 50% пылевидных частиц при незначительном содержании известковых и глинистых частиц. Такая земля при наличии воды размокает и теряет устойчивость;
• глины и суглинки в текучем состоянии.

2. В целях уменьшения объема бетонной смеси, земляных работ, снижения стоимости и трудоемкости строительства использовать основания на сваях можно и при плотных грунтах. При монтировании такой конструкции нет необходимости рыть котлован, складировать, вывозить, обратно засыпать землю и т.п. Если вы хотите построить дом за короткое время с минимальными затратами, то свайный фундамент подойдет для этих целей наилучшим образом.

Например, для монтирования одной сваи диаметром 30 см и длиной 3 м потребуется выполнить земляные работы объемом 0,2 м³ земли. В случае применения ленточного фундамента земляных работ будет намного больше.

3. Если при расчете ленточного основания его ширина получается слишком большой (более 1,5 м), то лучше использовать свайный вариант, что значительно уменьшит расходы на его конструирование.
4. Если выбор того или иного вида основания диктуется типом несущего остова (например, если вы решили строить дом с каркасным несущим остовом на слабом грунте), то лучше будет использовать свайные кусты под каждую колону, а не создавать монолитную ленточную конструкцию.

Конструкция и устройство фундамента свайного типа

Рисунок 1. Чертеж свайного фундамента.

По конструктивным особенностям свайные фундаменты (рис.1) очень разнообразны и зависят:

• от конструкции ростверка;
• от особенностей работы свай в почве;
• от расположения свай под будущим строением;
• от уровня погружения свай в грунт;
• от типа свай и методов их изготовления.

Для их возведения необходимо привлекать большое количество строительной техники и людей, что является неприемлемо для частного строительства. Поэтому рассмотрим такие конструкции фундаментов на сваях, с которыми сможет справиться частный застройщик.

Виды свай для дачного строительства

Виды свай.

Сваи – это заостренные или имеющие пяту деревянные, металлические или бетонные стержни круглого или квадратного сечения, которые погружаются в землю в готовом виде или изготавливаются непосредственно в земле. В дачном строительстве они используются в качестве фундамента здания.

Сваи могут применяться на грунтах любого типа, кроме скальных пород. Данный вид основания экономически и технологически целесообразно использовать в частном строительстве:

• если здание имеет слишком большую массу (более 350 т);
• на склонах с крутым уклоном;
• при большой глубине промерзания (более 2 м);
• если плотные грунты размещаются на большой глубине, а верхние слои характеризуются слабой несущей способностью (плавуны, торфяники);
• для возведения зданий на участках с высоким уровнем грунтовых вод.

Сваи в готовом виде с одной стороны имеют острый конец, которым они погружаются в почву с помощью спецтехники через подвижные слои земли, пока не будет достигнут твердый слой. Для их изготовления непосредственно в земле в ней бурятся скважины с последующим армированием и заливкой бетонной смеси.

Сваи классифицируются по:

• форме продольного и поперечного сечения;
• способу погружения в почву;
• способу изготовления;
• материалу изготовления;
• способу передачи нагрузки.

Требуемая их длина рассчитывается проектировщиком после проведения геологических исследований территории, на которой будет проводиться строительство. В большинстве случаев в индивидуальном строительстве используются сваи с длиной от 1,5 до 6 м.

Рисунок 2. Схемы существующих видов свайных конструкций.

В зависимости от способа погружения в почву сваи бывают:

• винтовые имеют форму сверла и вкручиваются в землю с помощью спецтехники;
• буровые железобетонные монтируются в грунт путем закладки в пробуренных скважинах железобетонных элементов;
• набивные железобетонные и бетонные устанавливаются путем укладки бетона в пробуренные скважины;
• забивные – монтируются в грунт без его выемки. Для этого применяются такая спецтехника, как вдавливающие, вибровдавливающие устройства и вибропогружатели.

На рис. 2 показаны схемы существующих видов свайных конструкций, где: 1 – деревянная конструкция, 2 – железобетонная, 3 – железобетонная полая, 4 – винтовая конструкция, 5 – набивная. В индивидуальном строительстве в основном используют только конструкции 1,2,4,5.

Рисунок 3. Висячие свайные конструкции.

По способу передачи нагрузки сваи бывают:

1. Висячие, которые передают нагрузку на грунт через трение о боковые стенки. Данные конструкции имеют мощную боковую поверхность, через которую они взаимодействуют с землей. Для них не особо важна площадь острия, главное – боковая поверхность, которая должна быть неровная, со многими выступами. Данный вид применяется в том случае, когда на участке наблюдается толстый слой слабой почвы или высокий уровень грунтовых вод. Данный вид свайных конструкций показан на рис. 3.
2. Сваи-стойки, передающие нагрузку от здания на прочный грунт, который находится под небольшим слоем слабого грунта. Они имеют небольшую слабую боковую поверхность. Такие строительные элементы, прорезая слой слабой земли, передают нагрузку на прочный грунт. Для этого типа самым важным элементом выступает основание, которое должно быть надежное, прочное и широкое, потому что оно принимает на себя около 85% веса всего здания. Данный вид используется в том случае, когда под подошвой находится слабый грунт. На ИЗОБРАЖЕНИИ 4 показан пример сваи данного типа.

Рисунок 4. Конструкция свай-стоек.

По размещению в фундаменте сваи бывают:

• свайные кусты – под каждую колону монтируется несколько элементов;
• в виде ленты – под стены здания такие элементы размещаются в 1, 2 и более рядов;
• одиночные монтируются под отдельно стоящие опоры.

Пример размещения свай показан на рис. 5, где В – шаг свай.

Глубина, размер, тип, размещение и способ погружения свай указывается в проектах на строительные работы. В основном такие элементы монтируются в грунт в вертикальном положении, но существуют их разновидности, которые могут устанавливаться и под определенным углом. Этот вариант используется тогда, когда на основание здания действуют значительные горизонтальные силы, например, когда фундамент размещен под уклоном и возможно движение почвы при обильных дождях или весеннем таянии снежного покрова.

В индивидуальном строительстве обычно используются свайные ленты и одиночные сваи. Усиление фундамента свайными кустами нужно делать тогда, когда участок частично имеет слабую почву (например, на месте установки одной из свай был обнаружен плывун) или когда необходимо усилить, например, дверной проем.

Материалы, которые используются для изготовления свай

Рисунок 5. Пример размещения свай.

Сваи могут изготавливаться из таких материалов:

• сталь. Для изготовления свай используются трубы или различные прокатные профили из стали. Однако данный вид имеет несколько минусов:

1. Необходимость антикоррозийного покрытия.
2. Большой расход металла при изготовлении.
3. При их диаметре более 10 см и длине более 3 м для монтажа необходимо привлекать крановое оборудование.
4. Большая цена.

• железобетон (бетон). Его использование намного предпочтительнее с точки зрения долговечности (более 100 лет) и цены. Еще одним плюсом является то, что при наличии спецтехники изготовление железобетонных конструкций может проводиться непосредственно на строительной площадке. При этом нужно использовать бетон марки не ниже М200;
• дерево. Деревянные элементы представляют собой прямые бревна, очищенные от сучьев, наростов и коры. Они изготавливаются диаметром 22-35 см и длиной до 8,5 м из хвойных пород (пихты, лиственницы, ели, сосны). Несмотря на свою дешевизну, в наших широтах данный материал практически не используется, так как он подвержен гниению, поэтому конструкции, изготовленные из таких свай, будут недолговечными.

Для частного строительства наиболее приемлемым вариантом являются буронабивные бетонные, стальные винтовые и железобетонные сваи сплошного сечения. За способом заглубления лучше использовать буронабивной вариант. Для легких построек можно применять ленточное расположение.

Ростверки для свайных фундаментов

Виды ростверков свайных фундаментов.

Для соединения отдельных свай в общий фундамент на них устанавливают бетонные ростверки – железобетонные плиты. Их конструктивные особенности зависят от здания, типа и расположения свай. Ростверки могут быть сборными, сборно-монолитными и монолитными. Также возможны и безростверковые варианты свайных фундаментов.

Монолитные конструкции используются при кустовом расположении свай. Монтаж сборного ростверка менее трудоемок, чем монолитного варианта. Одним из главных условий при использовании сборной конструкции является капитальная забивка свай согласно с принятым проектом.

Во всех вариантах использования ростверка предполагается, что сваи не погружаются точно по вертикали до заданной отметки. В связи с тем, что срезка голов свай не может быть выполнена до единой отметки, их выравнивание осуществляется с помощью сборных оголовок, которые устанавливаются на сваи после срезания голов. Использование оголовок позволяет компенсировать разницу высот свай в допустимых пределах.

Ростверки бывают низкими и высокими. Низкий вариант обычно монтируется ниже поверхности почвы. При таком построении часть вертикального давления передается на поверхностный грунт, а при высоком ростверке почти все нагрузки поступают непосредственно на сваи.

Наиболее приемлемыми вариантами для строительства дачного дома является использование монолитных и железобетонных ростверков. На рис. 5 показана схема устройства монолитных и сборных железобетонных ростверков.

Металлические ростверки в большинстве случаев сваривают на месте строительства и соединяют со сваями с помощью арматурного прута. При конструировании фундамента большого размера для установки отдельных элементов необходимо использовать крановую технику, что не всегда приемлемо в частном строительстве. Поэтому самым лучшим вариантом для такого строительства будет использование железобетонного ростверка. Для его изготовления между сваями необходимо собрать опалубку, в которую закладывают арматуру и заливают бетоном. При этом часть вертикальных прутьев приваривается к сваям.

Конструкция сборного ростверка

Сборный ростверк состоит из балки с сечением 40х50 см и длиной 5,5 м. Соединение свай осуществляется с помощью стержней, изготовленных из монолитной пробки через рандбалку, и выпусков арматуры.

Наибольший интерес представляют сборно-монолитные ростверки под сборные железобетонные колонны, которые состоят из 2-х частей: монолитной плиты и железобетонного стакана. Данный вариант позволяет монтировать ростверк без выполнения сварочных работ и использования закладных деталей.

Шпальный распределитель

Среди современных методов строительства при конструировании свайных фундаментов начинает набирать популярность метод шпального распределителя. Он представляет собой протяженные горизонтально уложенные сборные элементы (шпалы). Относительно ленточных фундаментов данные элементы размещаются по диагональной, поперечной или продольной схеме.

По сравнению с забивными сваями использование шпального распределителя:

• не влияет на гидрологические условия на строительной площадке;
• исключает вибрационное воздействие на близстоящие постройки;
• снижает сроки монтирования фундамента до 10 раз;
• сокращает энергетические и материальные затраты в 2-4 раза.

Использование фундаментов на сваях позволяет снизить осадку тяжелых сооружений. Такие основания лучше всего применять при усилении надстраиваемых заглубленных сооружений. Сваи используются не только при сложных грунтовых условиях, но и при обычных грунтах, которые считаются хорошими естественными основаниями. Для некоторых грунтовых условий свайные фундаменты считаются единственно возможным решением.