Конструктивные решения свайных фундаментов

Рис. 3 Свайный фундамент из железобетонных свай

Свайный фундамент – это фундамент в процессе устройства которого, в отличие от ленточного, в качестве опорных элементов используются сваи. Фундаменты данного типа более равномерно распределяют нагрузку на грунт и, при правильном устройстве, не подвержены «болезням» ленточных фундаментов таких как – неравномерная усадка и растрескивание. Также свайные фундаменты являются единственным выходом в местности со «сложными» или подвижными грунтами, в этом случае сваи не только лучше выдерживают массу постройки, но и укрепляют грунт и предотвращают его внезапные подвижки. В зависимости от планируемых нагрузок свайные фундаменты разделяют на несколько видов.

Рис. 1 Свайный фундамент

• железобетонные;
• деревянные;
• сваи в железобетонной оболочке;
• железобетонные буроспускные;
• винтовые сваи со стальным или железобетонным стволом.

Для чего нужен фундамент

Главная задача фундаментной основы для любого сооружения, это его укрепление и прочность. Дело в том, что участки для строительства не всегда имеют геологическую устойчивость, поэтому требуется делать основу, которая позволит удерживать все сооружение не давая ему разрушиться. Основываясь такими критериями в строительстве применяются свайные фундаменты, которые гарантируют надежность, а именно устойчивость сооружения независимо от геологической нестабильности грунта.

Как определяется необходимость применения свайного фундамента

Изначально нужно отметить, что свайный фундамент требуется на участках, которые имеют неустойчивую форму, к примеру, песчаный, глинистый грунт или галечную основу. Но следует сказать, что применение свайного фундамента должно в непременном порядке базироваться исключительно на основе таких аспектов

• инженерно-геологических и гидрогеологических исследований;
• изучения климатических условий местности, где будет производиться строительство;
• особенности проектируемого здания или сооружения;
• местного опытного строительства.

Также главным параметром считается и такой показатель, как наличие грунтовых вод. Ведь сваи, используемые для фундамента изготавливаются из металла, а соответственно наличие влажной среды может привести к их коррозии. Данное положение регламентировано требованиями СНиП II-28-73 «Защита строительных конструкций от коррозии». Также в учет должны приниматься и другие особенности участка, где планируется строительство. К примеру, имеются регионы, где грунт находится постоянно в мерзлом состоянии, поэтому целесообразным будет использование свайного фундамента, но необходимо в данной ситуации придерживаться требований СНиП II-18-76 «Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах». То есть требуется непременно изучить руководство по проектированию свайных фундаментов.

Несущие свойства почвы представляет собой величину внешней нагрузки, которая имеет возможность выдержать определенную площадь грунта (см2/м2). Кроме этого, на несущие свойства почвы влияет непосредственно не только ее уплотненность, но и степень насыщения грунта влагой.

Составление проекта свайного фундамента

После того, как были произведены все необходимые исследования, обозначено проектирование и устройство свайных фундаментов, то следующим этапом должно быть составление проекта. Он основывается на таких исходных данных:

• отчетность о произведенных инженерно-геологических исследованиях;
• генеральный план в масштабе 1:2000 или 1:5000;
• физико-механические характеристики исследуемого грунта;
• гидрогеологические условия площадки для строительства;
• лабораторные данные относительно химического состава грунтовых вод;
• сведения об сейсмологических проявлениях;
• результаты, полученные на основе пробного забивания свай;
• проект планировки строительной площадки;

• наличие подвального помещения или цокольного основания;
• данные о предполагаемых нагрузках на фундамент;
• расположение водопроводной системы, канализации, а также электрических кабелей;
• характеристики фундамента, где будет устанавливаться оборудование или возможные углубления.

На основе обрабатываемых данных, если строительство сооружения начинается, и какие-то параметры требуют корректировки, то их непременно нужно внести своевременно. Таким образом можно избежать в дальнейшем дефектов, которые могут возникнуть из-за недобросовестно выполненных работ. Также следует отметить, что анализ обозначенных данных позволит определить, какой должна быть укладка свайного фундамента. Ведь существует такие варианты установки свай:

1. Сплошное свайное поле – применяется в том случае, когда возводимое сооружение будет оказывать на грунт большую нагрузку.
2. Свайная лента – используется для поддержки несущих стен.
3. Свайный куст – обозначенная разновидность свайного фундамента допускается применять, когда здание или сооружение будет тяжеловесом. В данном случае предусматривается использование 3-х свай в одном основании.
4. Одиночные сваи – предназначаются для установки, как основа для поддержки одиночных опор.

Если на участке, где будет возводиться сооружение может проявляться выделение почвенных газов, то используемым сваям потребуется осуществлять дополнительную изоляцию.

1. Одиночные. Предназначены для передачи в грунт небольших нагрузок от конструкций с минимальной площадью либо в качестве дополнительной конструкции при наличии фундамента под основное здание, например, когда свая используется в качестве колонны для навеса крыльца, примыкающего к крупному зданию. Отличаются простой технологией монтажа, выполнение которой можно доверить даже неспециалисту.
2. Ленточные. Представляют собой равномерно распределённые по периметру здания опоры с фиксированным расстоянием друг от друга. Применяются в строительстве каркасных зданий или лёгких построек с минимальными нагрузками на единицу площади. Являются достаточно экономным вариантом и весьма надёжным при соблюдении грамотного распределения веса объекта.
3. Кустовые. Представляют конструкцию с равномерным распределением опор вдоль периметра здания, но при этом нагрузка на единицу площади распределяется одновременно между двумя опорами. Например, выполнение строительства колонны может осуществляться на двух опорах, расположенных под ней. Таким образом, достигается повышение максимальной нагрузки, увеличение прочности и надёжности объекта. Поэтому применение таких фундаментов ориентировано на возведение сложных конструкций или зданий с повышенными нагрузками на единицу площади.
4. Полевые. Сваи располагаются равномерно по всей площади здания с фиксированным интервалом. В таком случае опоры воспринимают меньшие нагрузки, соответственно, можно возводить на них здание с количеством этажей более одного. Объект будет максимально защищён от выталкивающих и смещающих сил.

Ростверковые и безростверковые основания

При строительстве зданий или вспомогательных конструкций применяются следующие типы свайных фундаментов:

• ростверковые;
• безростверковые.

Ростверковые типы конструкций создаются при наличии минимум двух свай в виде ленты, которая соединяет не только опоры, расположенные по периметру объекта, но и внутри него при необходимости установки вспомогательных свай. Основным преимуществом надёжного связывания опор является повышение их устойчивости за счёт получения жёсткой конструкции.То есть фундамент с ростверком представляет собой единую конструкцию, которая способна равномерно воспринимать нагрузки и передавать их на все сваи одновременно. Это означает, что возведённое здание становится более устойчивым к сдвиговым продольным и поперечным силам, которые могут возникать, например, в пучинистых грунтах. Однако при этом возрастает и сметная стоимость строительства объекта.Безростверковые типы фундаментов представляют собой сваи, погружённые в грунт, оголовок которых используется для непосредственного крепления возводимого здания. На сваях устанавливаются для этих целей специальные крепёжные насадки, монолитные стаканы или опорные балки.

По сравнению с ростверковой конструкцией, они обладают меньшей несущей способностью (до 1000 кН для свай с квадратным сечением и до 3000 кН с круглым) и менее устойчивы в нестабильных грунтах. Однако для строительства каркасных домов, заборов, времянок, бытовок или других лёгких построек являются идеальными.

Чтобы самостоятельно расположить сваи по периметру и площади участка, где будет обустраиваться фундамент, необходимо знать параметры возводимого здания. Исходя из этого, составляется примерный план-схема с изображением основания строения и свай в уменьшенном масштабе. Для этого можно использовать обычную бумагу и карандаш.

Существующие виды

Виды свайных фундаментов различают по типу свай.Бывают:

• Сваи-стойки. Они погружаются в грунт до появления жесткого контакта с плотными грунтовыми слоями. Образуют самую прочную опорную конструкцию и способны нести здания любого веса и этажности.
• Висячие сваи. Несущая способность этих опор зависит от силы трения на боковых стенках и от прочности грунтовой подушки под наконечником, образующейся при погружении. Такая конструкция удобна при слишком глубоком залегании плотных слоев грунта, но способна внезапно изменять свои параметры вследствие изменений уровня грунтовых вод или прочих процессов.

Материалом для изготовления свай служат:

• Древесина. Самый древний и традиционный материал, обладающий массой недостатков. С появлением других, более устойчивых и прочных видов, деревянные сваи практически исчезли из арсенала строителей, хотя кое-где еще используются (в частном строительстве, для возведения вспомогательных построек).
• Металл. Забивные сваи специально не выпускаются, в этой роли используют отрезки рельс, швеллеров или двутавров подходящего размера. Винтовые сваи изготавливаются полностью готовыми к использованию. Специфика металла не позволяет получить долговечные опоры из-за коррозии, вызванной электрохимическими процессами и наличием блуждающих токов.
• Железобетон. Наиболее распространенный тип свай. Самыми прочными являются забивные, изготавливаемые по специальной технологии с использованием напряженной арматуры. Буронабивные сваи отливают из бетона прямо на площадке, что удобно, снижает транспортные расходы и общий уровень использования строительной техники, но значительно увеличивает срок изготовления из-за необходимости выдержки бетона для набора конструкционной прочности.

Существует три основных разновидности свайных фундаментов:

• На забивных сваях. Погружение стволов производится специальными машинами. Процесс не занимает много времени, опоры получаются прочными и надежными. Недостатком является невозможность производства работ рядом с эксплуатируемыми постройками из-за подвижек грунта, происходящих при погружении.
• На буронабивных сваях. Этот тип свай удобен тем, что не требует транспортировки, разгрузки, использования подъемной техники. В заранее подготовленную скважину опускают гильзу (род опалубки, изготовленной из рубероида или пластиковой трубы подходящего диаметра), устанавливают арматурный каркас и заливают бетон. Все операции могут быть выполнены самостоятельно, но потребуется достаточно длинный период выдержки свай для застывания бетона.
• На винтовых сваях. Они изготавливаются из стальных труб с толщиной стенок не менее 4 мм. В нижней части имеется сварной или литой заостренный наконечник и спиралевидные режущие лопасти. Погружение винтовых свай напоминает процесс завинчивания шурупа — лопасти обеспечивают погружение, острый наконечник раздвигает или раскалывает встречающиеся преграды. Винтовые сваи могут быть установлены вручную, при необходимости их извлекают и вновь используют в других местах. Срок эксплуатации зависит только от интенсивности коррозии.

Все свайные основания не могут быть созданы на скальных или крупнообломочных породах.

1. Сваи-стойки. К ним относятся сваи, опирающиеся непосредственно на присутствующие скальные породы грунта или малосжимаемые. В данном случае нагрузка, осуществляемая на боковую поверхность сваи и ее концовку не имеет большого значение, поэтому и не учитывается.
2. Висячие (сваи трения). Обозначенный вид причисляется к сваям, применяемых на сжимаемых грунтах, при этом осуществляется передача нагрузки не только на боковые поверхности свай, но и на их нижний конец.

Алгоритм действий по установке свай

В первую очередь требуется произвести инженерно-геологические исследования, учет параметров, правил и нюансов, только потом следует приступать к заложению свайного фундамента. Для этого, можно, к примеру, в домашних условиях выкопать или пробурить дырку в грунте на глубину не меньше 2,5 метров. Это необходимо, чтобы произвести исследование почвы, на котором планируется возводить сооружение. Рекомендуется проводить такую работу весной, поскольку в этот период можно выяснить о наличии грунтовых вод, так как их уровень поднимается после зимы.Затем, в зависимости от полученных результатов исследований можно определить, какой вид свай использовать для свайного фундамента. Если же на выбранном участке присутствует повышенный уровень грунтовых вод, то следует произвести дополнительную обработку свай, во избежание коррозийных процессов.

В завершение следует отметить, что перед тем, как применять для строительства свайный фундамент необходимо определится с его целесообразностью. Ведь сваи можно применять не на всех грунтах, а если возникла такая необходимость, то нужно произвести соответствующие исследования, чтобы определиться, какие сваи допускается применять на том или ином участке. В данном случае рекомендуется обратиться к сотрудникам специализированных организаций, которые не только произведут надлежащее исследование участка для строительства, но и предоставят информацию, а также рекомендации по проектированию свайных фундаментов.