Свайный фундамент – характеристики, классификация и особенности устройства

Особенности погружения

Винтовые конструкции могут погружаться в землю с помощью специальной техники или вручную. Второй вариант используется даже чаще, потому что существует сразу несколько способов, как можно сделать ручное ввинчивание удобнее. Рычаги здесь приделываются в:

• Отверстия, которые просверливаются коронкой или провариваются.
• Петли, приваривающиеся в верхней части, а потом срезающиеся.
• Захваты, похожие на трубные ключи с плашками.

А для погружения свай нужно опираться на следующую технологию:

1. Рассчитать количество свай, их параметры, учитывая нагрузку на фундамент.
2. Проверить твердость грунта, количество сточной воды, рыхлость грунта, кислотность почв и другие параметры, которые повлияют на выбор.
3. Нанести разметку на участке, чтобы знать, куда помещать столбы.
4. Сформировать лунки с глубиной не более 20–30 см.
5. Установив столб в лунку, можно приступать к его вкручиванию. Для этого в угол вставляют два стержня, которые создадут рычаг для кручения. Чем длиннее стержни, тем лучше.
6. Пока два человека вкручивают сваю, еще один должен наблюдать, чтобы она не отклонялась и вкручивалась ровно. Отклонение допускается не более, чем на 2 градуса. Если в процессе ввинчивания столб столкнулся с препятствием, лучше вытащить его и ввинтить в другом месте, не пытаясь пробить мешающий элемент — он может повредить винтовую часть.
7. Завинчивание продолжается, пока свайная конструкция не погрузится хотя бы на 1 м.

Заливать металлические столбы бетоном не обязательно, особенно если их предполагается использовать не раз. Но благодаря бетону пустое место между лункой и столбом заполняется, защищая столб от коррозии. Наружная часть покрывается эмалью по ржавчине.

Сваи: виды погружения

Сваи из любого материала подразделяются на висячие и стойки. Первые применяются для слабых грунтов большой глубины. Они передают нагрузку не только нижним концом, но также трением между грунтом и боковой поверхностью. Стойки опираются нижним торцом на плотное основание, которое воспринимает всю нагрузку.

Конструкции свай взаимосвязаны со способом погружения и бывают следующих типов.

1. Забивные — с помощью ударов молотов, с применением вибраторов или устройств вдавливания. Способ применяется, если рядом нет других сооружений, которые от сотрясений грунта могут дать осадку.
2. Полые сваи-оболочки. Их погружают в грунт посредством вибрации с удалением изнутри грунта и замещением его бетонным раствором.
3. Буровые — пробуриваются скважины и заполняются смесью бетона с армированием или железобетонным элементом.
4. Набивные — скважину изготавливают обжатием грунта и заливают бетонной смесью.
5. Винтовые — завинчиваются в грунт.

Разновидности свай

Основы свайного фундамента изготавливают из различных материалов: дерева, армированного бетона, металла в чистом или комбинированном виде. По локализации выделяют одиночные и ленточные сваи, свайные кусты и поля. Последние используются при сооружении многоэтажных и башенных конструкций.

По способу монтажа сваи делятся на несколько типов:

• вдавливаемые заглубляются в грунт при помощи гидравлических насосов;
• набивные изготавливаются на месте (бетон заливается в заранее пробуренные скважины);
• забивные буквально вбиваются гидравлическими молотами, используются при строительстве тяжелых зданий на проблемных грунтах, практически не имеют аналогов по прочности и надежности;
• винтовые ввинчиваются в грунт по типу шурупов ручным или машинным методом, подходят для возведения легких деревянных или каркасных домов.

Теплота пола

Есть мнение, что бетонный фундамент позволит забыть о холодных полах, а винтовые сваи будут постоянно продуваться. Это не так, и вот почему:

• Бетон обладает высокими показателями теплопроводности, поэтому все накопленное тепло он также быстро теряет.
• Так как его теплопроводность выше, чем у грунта, то и промерзать он будет быстрее, а значит будет и охлаждать пол в доме.
• Если во время укладки фундамента не подготовить слой гидроизоляции, то бетонная конструкция будет еще и постоянно намокать. А значит и пол будет еще холоднее.

Таким образом бетонный фундамент становится лишь преградой для ветра. Но он никак не сделает пол теплее. Таких же результатов можно добиться, зашив сваи. Кроме этого винтовые сваи позволяют обустроить более простую вентиляционную систему. Значит, земля будет суше, а пол теплее.

Преимущества и недостатки

Типы свайного фундамента разделяют в первую очередь по способу устройства на забивные, набивные и винтовые. Каждая модель конструктивного элемента характеризуется своими особенностями.

К общим достоинствам всех типов свай следует отнести следующие:

1. Применимость для всех типов грунтов и рельефов любой сложности. Там, где закладка ленточного или плитного основания будет неэффективной или нецелесообразной, используют опоры.

   Свайные фундаменты можно строить на неустойчивых, переувлажненных грунтах, участках с риском оползней или подтопления, заболоченных территориях, а также на склонах и впадинах.

2. Экономическая целесообразность. Закладка одиночных силовых элементов, связанных в единую конструкцию обвязкой, обходится на 30–40 % дешевле, чем строительство плитного или ленточного заглубленного основания.
3. Возможность подобрать силовой элемент для любых условий. Популярность свайной технологии обусловила рост предложений от производителей свай. Сегодня можно подобрать опоры с несущей способностью от 0,8 до 15 и более тонн, а для глубокой закладки используются составные элементы.
4. Небольшой объем земляных работ. Если в случае с заглубленным ленточным или плитным основанием нужно рыть котлован на проектную глубину, то для устройства набивных свай достаточно пробурить скважины в грунте, а забивные и винтовые столбы погружаются в почву посредством силового воздействия.

Недостатки свайной технологии:

1. Сложность инженерных расчетов. Технология свайного фундамента может удовлетворить практически все гидрогеологические и проектные условия, но для этого потребуется провести ряд инженерных вычислений. Перед проектированием конструктору необходимо изучить нормативные требования к строительству фундаментов, что учесть возможные нюансы для каждого типа опор.
2. Трудоемкость работ по обустройству подвальных помещений. Организовать строительство подземных помещений в пространстве между силовыми элементами возможно, но это приведет к значительному удорожанию проекта, которое практически перекроет выгоду от применения свайной технологии.

Для частного дома

Частные жилые дома и коттеджи отличаются сравнительно небольшим весом по сравнению с многоэтажками и промышленными объектами. Эта особенность позволяет отказаться от закладки дорогостоящего железобетонного ленточного или плитного основания в пользу заводских или самодельных свай.

Преимущества свайной технологии для частного строительства:

• возможность закладки фундамента своими руками (винтовые, набивные сваи);
• при необходимости доступны способы усиления основания (при строительстве пристроек, увеличении этажности, замене перекрытий в доме и т.д.);
• ремонтопригодность.

Почему не стоит строить частный дом на свайном фундаменте:

• значительные теплопотери за счет подъема дома над уровнем земли;
• трудоемкая процедура инженерных расчетов;
• на участке наблюдается высокая сейсмическая активность.

Разных видов свай

Выбор свай основывают на результатах гидрогеологических изысканий грунта, а также инженерных расчетов по проектным нагрузкам. Сравнительная таблица по плюсам и минусам для различных типов силовых конструкций:

Что такое свайный фундамент ростверкового типа

Такой фундамент представляет собой конструкцию из свай, заглубленных в грунт ниже глубины промерзания почвы, и соединенных вверху при помощи металлической или бетонной ленты (ростверка). Опоры могут быть объединены одной общей плитой, расположенной на уровне грунта или чуть выше. Конструкция, возведенная по всем правилам, отличается надежностью и имеет длительный срок службы – несколько десятков лет.

Бетонный ростверк Источник domsdelat.ru

Здесь наглядно видно, что такое ростверк фундамента – это вся верхняя часть любого свайного фундамента, которая еще называется «оголовок». Задача ростверка – равномерно распределять нагрузку от несущих элементов конструкции на сваи и, соответственно, на грунт.

Существуют несколько типов ростверка:

Сборный. Состоит из отдельных элементов, которые представляют собой конструкцию из трех свай, армированных сварным каркасом. Чтобы их установить, потребуется кран.

Сборный ростверк из балок Источник orchardo.ru

Монолитный железобетонный. Представляет собой цельную плиту или ленту. Заливается непосредственно на стройплощадке.

Монолитно-литой железобетонный ростверк Источник 24stroim-dom.by

Сборно-монолитный. Промежуточный вариант, изготавливаемый из сборных частей, которые в свою очередь собираются в заводских условиях, а на месте уже замоноличиваются посредством замков и шпоночных соединений.

Классификация (разновидности) свайных фундаментов

Свайный фундамент подразделяется на несколько видов, в зависимости от типа свай, метода монтажа и других факторов. Ознакомиться с классификацией нужно перед началом строительства, особенно если планируется всю работу провести самостоятельно, не прибегая к помощи спецтехники.

По методу погружения

Рассматривая, какие бывают сваи, классифицировать их нужно по методу погружения:

1. Забивные. Установить в обычный или вечномерзлый грунт их можно только при помощи специальной строительной техники – вибропогружателя.

2. Набивные. Представляют собой железобетонные трубы, которые создаются бурением скважин и заливкой их раствором бетона.

3. Буровые. Железобетонные сваи, устанавливаются в предварительно пробуренных скважинах.
4. Винтовые. Столбы в виде сверл, ввинчиваются в землю ручным методом.

По способу воздействия на почву

1. Висячий. Нагрузка передается на землю посредством трения о бока материала.
2. Стойки. Нагрузку принимает на себя прочная часть земли, расположенная под несущим слоем. В этом случае не допускается осадка свайного фундамента.

По методу размещению элементов в грунте

Следующая классификация определяет способ размещения металлических столбов в грунтах:

1. Одиночный. Каждая свая устанавливается отдельно и не объединяется с другими элементами.
2. Коллективный. Сваи объединяются в ленты, располагаемые по периметру стен. При таком методе установки нагрузка распределяется равномерно на все опоры. Подходит для неустойчивого типа грунта и местности со скоплением осадков.
3. Кустарный. Этот свайный фундамент представляет собой объединение нескольких свай, находящихся под несущими элементами здания.

Устанавливаются сваи вертикально, но при строительстве дома на склонах опоры монтируются под наклоном. Данный тип подходит для местности, подверженной постоянным сильным осадкам, которые приводят к подвижности земельного участка.

По материалу изготовления

Какие бывают сваи определяют по материалу, используемому при изготовлении.

1. Стальные. Металлические элементы прочные, долговечные, подходят для установки в вечномерзлых грунтах и каменистой почве. Но есть и минусы у стальных труб. К ним относится необходимость проведения антикоррозийной обработки, большой вес, высокая стоимость материала.
2. Деревянные. Изготавливаются из древесины хвойных пород, отличаются низкой стоимостью. Минусы – подверженность гниению, недолговечность. Используются в строительстве редко. Недостатки деревянных свай легко устраняются специальными смесями.
3. Железобетонные. Изготавливаются на строительной площадке при наличии специальной техники. Для производства используется высококачественный бетон марки выше 200. Плюсы – устойчивость к физическим и погодным воздействиям, срок службы более 100 лет. Недостатки – высокая стоимость, необходимость покупки или аренды техники для изготовления свай.

По типу строения

Свайный фундамент подходит для строительства малоэтажных зданий:

1. Для дома из бруса подходит основание из железобетонных или металлических свай с ростверком.
2. Кирпичное здание требует прочного основания, созданного из железобетонных свай.
3. Каркасный дом не требует дополнительного укрепления, для него подойдет фундамент на основе обработанных деревянных свай.
4. Под баню фундамент не требует укрепления и устанавливается из любого вида свай.

Какие виды свайных фундаментов подходят для конкретной площадки, определит специалист после анализа почвы.

Глава VI. БУРОНАБИВНЫЕ СВАИ. СТЕНЫ В ГРУНТЕ

§ VI.1. ТЕХНОЛОГИЯ УСТРОЙСТВА БУРОНАБИВНЫХ СВАЙ

VI.1.1. Общие сведения

В СССР фундаменты на буронабивных сваях применялись до недавнего времени в основном в мостостроении и портовом строительстве, однако в последние годы они получают все более широкое распространение в промышленном и гражданском строительстве.

В соответствии с технологией изготовления выделяются три основные группы (типа) буронабивных свай:

• – устраиваемых в сухих и маловлажных связных грунтах, не требующих специальных мероприятий по креплению стенок скважин;
• – изготовляемых в несвязных, слабых и обводненных грунтах, стенки скважин которых удерживаются от обрушения избыточным давлением воды или глинистым раствором;
• – сооружаемых в аналогичных грунтовых условиях с креплением стенок при помощи обсадных труб (неизвлекаемых или инвентарных).

VI.1.2. Технология изготовления буронабивных свай в связных сухих и маловлажных грунтах

В сухих и маловлажных грунтах, например лессовых, буронабивные сваи устраиваются при помощи буровых агрегатов, снабженных рабочими органами, действующими по принципу вращательного бурения (шнековая колонна или ковшевой бур), разбуривающими в грунте скважину необходимого диаметра и глубины в зависимости от требований проекта и применяемого оборудования. Устье скважины обсаживается для предотвращения обрушения грунта металлическим патрубком. Бурение производится с периодической выдачей грунта на поверхность в отвал, с последующей погрузкой его в автотранспорт.

После достижения забоя скважины проектной отметки в необходимых случаях в нижней части или по длине скважины устраиваются уширения разбуриванием полости при помощи специального приспособления — уширителя. По окончании бурения скважина освидетельствуется, и после ее приемки в необходимых случаях в нее устанавливается арматурный каркас и производится бетонирование.

По окончании бетонирования скважины голова сваи формуется в специальном инвентарном кондукторе.

Наиболее часто по этой технологии изготовляются буронабивные сваи диаметром 400, 500, 600, 1000 и 1200 мм и длиной до 30 м. Буронабивные сваи этого типа нашли широкое применение в промышленном и гражданском строительстве .

Егоров А.И., Рогачевскии Л.И. Применение буровых свай большого диаметра в промышленном и гражданском строительстве. Основания и фундаменты. V сборник КИСИ

Схема изготовления буронабивных свай по описанной технологии приведена на рис. VI-1.

Рис. VI-1. Технологическая схема устройства буронабивных свай без применения обсадных трубVI.1.3. Технология изготовления буронабивных свай с креплением стенок скважин от обрушения избыточным давлением воды или глинистым раствором

Указанная технология изготовления буронабивных свай используется при устройстве их в неустойчивых обводненных грунтах.

Бурение скважины осуществляется вращательным способом, однако в случае необходимости проходки скальных включений и прослоек могут быть применены сменные рабочие органы ударного типа (грейферы, долота). Стенки скважины в этом случае удерживаются от обрушения глинистым раствором или избыточным давлением столба воды в скважине. Массовое устройство буронабивных свай связано с необходимостью готовить и транспортировать большие объемы глинистого раствора, а затем либо восстанавливать, либо удалять со строительной площадки использованный раствор. Это создает определенные затруднения в проведении работ в зимних условиях, кроме того, при устройстве буронабивных свай с применением глинистого раствора затруднен контроль качества бурения скважин.

Принцип крепления стенок скважин избыточным давлением столба воды, залитой в скважину выше уровня грунтовых вод, состоит в том, что избыточный напор создает гидродинамический поток воды из скважины в окружающий грунт. При этом возникают силы, препятствующие обрушению и оплыванию стенок скважины. Необходимым условием производства работ этим методом является превышение уровнем воды в скважине уровня грунтовых вод. Величина превышения должна быть, как правило, не менее 3 м.

Описанный метод крепления стенок скважин от обрушения наиболее прост, однако является менее надежным, сложен в зимних условиях, требует безукоризненной организации работ.

По окончании бурения скважин и зачистки забоя в нее устанавливается арматурный каркас и скважина бетонируется. Бетонирование осуществляется методом вертикально перемещающейся трубы (ВПТ). При бетонировании под водой применяют бетонолитные трубы с герметичными быстроразъемными стыками.

Бетонирование и формование головы свай производится так же, как и бетонирование свай в сухих грунтах.

Что такое ленточный фундамент

Ленточный фундамент — это замкнутая опорная часть наружных и внутренних несущих стен здания, погруженная в грунт на определенную глубину. Изготавливается методом отливки из бетона прямо на площадке, из отдельных частей — камня, кирпича или фундаментных блоков (ФБС) или комбинированным способом.

Самый распространенный вид — монолитная лента из железобетона, обладающая максимальной прочностью и устойчивостью к внешним нагрузкам. Порядок возведения в основных чертах одинаков для всех видов, различия наблюдаются только в части создания самой ленты (в зависимости от материала).

Этапы строительства:

• Подготовка площадки — удаление верхнего слоя земли, выравнивание по горизонтали, создание ровной плоскости.
• Разметка участка с помощью колышков.
• Рытье траншеи на заранее определенную глубину.
• Создание подготовительного слоя засыпки, оборудование дренажной системы.
• Строительство самой ленты (порядок действий зависит от используемого материала)
• Гидроизоляция, утепление.
• Засыпка пазух, производство дальнейших работ.

Срок строительства ленты также зависит от исходного материала. Наиболее продолжительным по времени вариантом является монолитная бетонная лента. Срок застывания отливки составляет около месяца, требуя в течение первых 10 дней периодической поливки водой для уравновешивания влажности внутри и снаружи ленты чтобы выровнять напряжения.

Для ускорения процесса существуют другие технологии строительства ленты из сборных элементов — кирпича, ФБС, камня. Прочность и устойчивость основания несколько снижается, но скорость возведения увеличивается в несколько раз.

Если гидрогеологические условия участка позволяют, использование сборного ленточного фундамента становится более удачным выбором.

Частые ошибки и советы, как их избежать

Ключевые моменты, которые упускают из внимания начинающие строители:

1. Отказ от геологии участка. Справочники и другие источники не дают достоверную информацию об особенностях грунта на конкретном участке. Для сокращения финансовых затрат можно провести исследование своими руками, копая шурфы в нескольких местах на участке и визуально определяя почвенный состав.
2. Отказ от армирования. Стальной силовой каркас обеспечивает устойчивость опорного элемента по отношению деформирующих сил, возникающих в почве. Бетонные неармированные сваи уступают ж/б элементам по прочности и сроку службы.
3. Расчет фундамента только компьютерными программами. Открытый доступ к сервисам для расчета параметров свайного основания привлекателен для начинающих конструкторов, но никакой калькулятор не учтет всех нюансов строительства в конкретных условиях. Если инженерные расчеты слишком сложны для строителя, лучше заказать проектирование у профессионалов.

Что такое монолитная плита

Монолитный фундамент представляет собой сплошную железобетонную плиту, на которой строится дом. Она не создает значительной нагрузки на грунт, так как из-за большой площади удельное давление относительно невысокое.

Бетонная подушка вместе с домом свободно перемещается на поверхности грунта при его подвижках, жесткости плиты вполне хватает для обеспечения ровного и надежного основания постройки.

При строительстве выкапывают небольшой котлован — в большинстве случает просто удаляют верхний слой почвы. Затем создают слой песчаной засыпки, выравнивают и уплотняют ее, укладывают слой геотекстиля.

Поверх кладут утеплитель (в основном, специализированный пенополистирол), устанавливают опалубку и арматурный каркас. После этого заливают бетон и выдерживают плиту до набора технологической прочности.

В результате образуется прочное, утепленное основание, готовое к принятию нагрузок от постройки и устойчивое к воздействиям грунта.

Достоинства и недостатки

К достоинствам монолитного основания относят:

• Возможность строить дома на слабонесущих, пучинистых или обводненных грунтах.
• Высокая несущая способность плиты позволяет строить достаточно крупные и тяжелые здания.
• При правильном армировании плита способна противостоять всем воздействиям, которые могут возникать и исчезать внезапно. Все подвижки грунта воспринимаются достаточно легко, плита «плавает» на поверхности почвы словно плот.
• Конструкция плиты проста, что позволяет избегать серьезных ошибок при строительстве.
• Создание плиты сразу образует пол 1 этажа, что существенно упрощает дальнейшие работы.

Приверженцы этой технологии утверждают, что недостатков у монолитного фундамента нет.

Это не совсем верно:

• Плита не позволяет иметь подвальное помещение.
• Возможность ремонта основания практически отсутствует.
• Расход строительных материалов и объемы земляных работ весьма высоки.
• Стоимость такого фундамента весьма высока, что является дним из основных ограничивающих факторов.

Недостатки не слишком принципиальные, поскольку условия, в которых используется монолитная плита, чаще всего не годятся для альтернативных вариантов.

Разновидности

Существует несколько разновидностей плитного основания:

• Сборная плита. Состоит из готовых Ж/Б плит, уложенных на подготовленную площадку.
• Монолитная плита, которую заливают прямо на площадке.

По типу конструкции различают:

• Сплошная плита. Используется для построек относительно легких и небольших.
• Ребристая плита. Подошва такого основания имеет ребра жесткости, которые прочно закрепляют опорную конструкцию в грунте, не позволяя перемещаться по горизонтали. Кроме того, наличие ребер способствует более равномерному распределению нагрузок от веса постройки.
• Коробка. Тип плиты, в которой пол первого этажа представляет собой отдельное перекрытие, а поверхность плиты образует цокольное помещение.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!
Плитные основания не популярны в нашей стране из-за больших расходов на строительство, поэтому конструкционные вопросы пока отработаны слабо.

Подходящие условия

Плитный фундамент предназначен для использования в регионах с неустойчивыми, пучинистыми или обводненными грунтами.

Обычно он является альтернативой свайному фундаменту, когда нет возможности доставить или использовать спецтехнику.

Как вариант, плитные основания применяются при слишком глубоком залегании плотных слоев грунта, когда длины свай не хватает.

Виды ленточного фундамента на сваях

• Винтовые сваи. Чаще всего здесь применяются полые металлические сваи с лопастями фиксированной длины и толщины. Они вкручиваются в грунт с помощью специальной техники или вручную, в случае небольшого углубления в землю. Для продления службы металлических свайных конструкций, нужно использовать специальную грунтовку и защитную краску.
• Буронабивные сваи. Производятся на месте, а поэтому и стоят существенно дешевле. Первым делом готовится скважина фиксированной глубины, до уровня промерзания почвы или же пока не упрется в прочный грунт. Затем дно скважины засыпается песчано-гравийной подушкой и трамбуется. Суть буронабивных свай в том, что саму скважину армируют и заливают готовым бетонным раствором, а в роли опалубки используется поверхность грунта внутри и полая асбестовая труба над скважиной.

В рамках фундамента из набивных свай готовится монолитная железобетонная лента различной толщины и ширины (согласно расчетов нагрузок), на которую уже монтируются несущие конструкции здания.

Ленточное основание над сваями делают мелкозаглубленным, т.е. железобетонная лента должна быть заглублена на глубину до 40 см и установлена на песчано-гравийную подушку. Под подушкой же, в тоже время, и установлены забивные железобетонные сваи. Сваи и ростверк соединяются арматурой. За счет этого обеспечивается достаточная прочность конструкции и устойчивость к подвижкам грунта.