Проектирование фундаментов свайного типа для жилых домов

Введение.

В свайно-плитном фундаменте часть нагрузки воспринимает плита, опирающаяся на грунт, а другую часть нагрузки воспринимают сваи, передающие нагрузку на нижележащие слои грунта.

Одной из технологией, позволяющей выполнять устройство свай, является технология струйной цементации грунтов.

Сущность технологии заключается в перемешивании грунтов струей цементного раствора. В результате в грунтовом массиве формируются сваи из нового материала – грунтоцемента, обладающего высокими деформационными характеристиками.

В отличие от буронабивных свай технология позволяет устраивать сваи в обводненных грунтах без использования обсадных труб.

Другим преимуществом является возможность выполнения работ в стесненных условиях городских строительных площадок.

Полезные видео

Специфика устройства свайных фундаментов, отличие от других типов, варианты устройства: Советы специалистов по выбору и установке фундамента за одни день: Реальный пример применения свайно-винтового фундамента под частный дом, смотрим: Свайный фундамент в ряде случаев становится единственным вариантом для обеспечения надежного основания для частной постройки. Он необходим при строительстве на нестабильных, пучинистых и сильно увлажненных грунтах.

Для возведения его лучше использовать специальную технику, но при строительстве небольшого частного, например загородного дома можно обойтись и ручным трудом. Наиболее подходящие варианты – винтовые или буронабивные сваи.

Общие положения

Каждый из видов свайных фундаментов имеет отличия в процессе проектирования и строительства

Для начала стоит отметить, что в своде правил (СП) выделяется две большие категории свайных оснований:

• конструкции фундаментов на сваях, которые возводятся в условиях вечной мерзлоты;
• свайные основания, возводимые в средних широтах нашей страны.

Каждый из двух видов свайных фундаментов имеет отличия в процессе проектирования и строительства. Помимо этого, существует отдельная методика проектирования свайных оснований, поверженных динамическим нагрузкам. Также разработаны специальные СП для проектирования и строительства таких фундаментов на неустойчивых почвах, которые имеют пустоты или склонны к сползанию. Таким образом, можно сделать выводы, что руководством по проектированию и монтажу свайных оснований можно пользоваться в случае строительства жилого или производственного здания в нормальных условиях.

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.

Методика проектирования

Что касается методики проектирования свайных фундаментов по предельной деформации, то она основывается на группах расчетов предельных оснований.

Причисляемые значения
1 группа	2 группа
Несущая способность грунта основания	Осадка свайного фундамента при будущих вертикальных нагрузках
Устойчивость почвенного массива со свайным фундаментом	Возможность перемещения свай совместно с грунтом оснований, которым предшествуют горизонтальные нагрузки
Прочности материала свай и ростверков	Формирование и раскрытие трещин, образовывающиеся в железобетонных конструкциях непосредственно свайного фундамента

Особенности расположения и изготовления свай

По материалу свай выделяются такие разновидности:

1. Деревянные сваи. Они используются редко из-за пониженной прочности и долговечности. Иногда их можно устанавливать под легкие постройки. Применяется древесина дуба, лиственницы, сосны.
2. Стальные сваи. Наиболее привлекательны специальные готовые изделия, особенно винтовые сваи. Можно использовать и другой металлический профиль – трубы, швеллер, рельсы.
3. Железобетонные сваи. В частном строительстве они находят наиболее широкое применение из-за доступной цены на готовые изделия и возможности сделать своими руками. Чаще всего, применяются квадратные сваи, армированные стальной арматурой. Нижний конец их заостряется для упрощения погружения в грунт. Для изготовления применяется бетон с повышенной водонепроницаемостью и морозостойкостью классом не ниже W и F150 соответственно.

Расположение опор в фундаментной системе может быть различным:

1. Одиночные сваи. Для небольших построек опоры устанавливаются только в наиболее нагруженных местах – углы сооружения и примыкание внутренней стены.
2. Рядовое расположение. Сваи размещаются по всему периметру дома на определенном расстоянии друг от друга (шаг – 1,5-3 м).
3. Поле. Опоры размещаются равномерно по всей площади дома. Такая система предназначена для монтажа плиточного, монолитного ростверка.

Наполненные сваи различаются по способу заполнения раствором и его составу. Наиболее распространенный буронабивной вариант предусматривает использование стандартного бетона марки не ниже М300 жидкой консистенции.

Полые сваи могут заполняться с помощью специального оборудования, т.е. буроинъекционным способом, когда раствор подается под давлением. Наконец, иногда применяется экономичный грунтоцементный раствор, представляющий собой смесь грунта и цемента.

Оптимальное расстояние

Оптимальное расстояние между сваями — это абстрактное понятие, не имеющее реального числового выражения.

Некоторые источники приводят вполне конкретные значения, но они вызывают больше сомнений, чем полезной информации.

Прежде всего, необходимо учесть нагрузку на каждую опору, которая должна быть меньше предельно допустимых величин.

Кроме этого, необходимо обеспечить такую длину пролетов между сваями, чтобы балки ростверка сохраняли неподвижность и не прогибались.

В этом отношении оптимальное расстояние определяется материалом и размерами ростверка, величиной нагрузки и прочими факторами воздействия.

Поэтому общего оптимального значения расстояния между сваями нет и не может быть. Это величина расчетная, зависит от многих факторов и в каждом конкретном случае имеет собственное значение.

Виды свай и свайных фундаментов

Классификация ведется по видам, смотри раздел 6 СП 50-102-2003. В нем расписаны устройство свайного фундамента, его проектирование, а также виды свайных фундаментов.

По способу погружения они бывают:

1. Забивные или вдавливаемые. Готовые погружают прямо в грунт или в лидерные (предварительно подготовленные) скважины.

   По материалу – бетонные, железобетонные, стальные, деревянные.

   По армированию:

   с ненапрягаемой арматурой, установленной продольно и поперечными дистанцирующими отрезками арматуры;

   с предварительно напрягаемой продольной прутковой или канатной арматурой с поперечной арматурой или без нее.

   По конфигурации сечения:

   поперечного – прямоугольные, квадратные, круглые, двутавровые и тавровые, круглые или квадратные с круглой полостью.

   продольного – цилиндрические, призматические и с боковыми наклонными гранями – трапецеидальными, ромбовидными, пирамидальными;

   по конструкции – цельные и составные;

   по виду нижнего конца – с плоским концом, с заостренным, с объемным уширенным – булавовидным, полые с открытым или закрытым окончанием и с камуфлетными пятами – со взрывными полостями.

2. Железобетонные сваи-оболочки, погружаемые с полной или частичной выемкой грунта и не заполняемые бетоном. Могут быть и бетонируемые.
3. Набивные бетонные и железобетонные. Грунт отжимается в стороны, свая бетонируется.
4. Буровые бетонные и железобетонные. В пробуренную скважину:

   на растворе устанавливают готовые элементы;

   заливают бетон;

   устанавливают армирующий каркас и заливают бетон.

5. Винтовые. Стальная труба с винтом на конце.
6. Буровинтовые. Железобетонное изделие с винтом на конце вкручивается в грунт.

Порядок проектирования свайных фундаментов

• Проводятся инженерные изыскания, направленные на определение геодезических и геологических условий строительной площадки. В процессе данных изысканий определяется пласт грунта, до уровня которого будут погружаться свайные опоры;
• Исходя из массогабаритных характеристик возводимого здания и гидрометеорологических условий конкретного региона определяются совокупные нагрузки, которые в процессе эксплуатации будет испытывать свайное основание;
• На основе нагрузок определяется типоразмер используемых для обустройства фундамента свай;
• Производится исследование расчетных несущих характеристик свай исходя из типа и характеристик грунта;
• Определяется оптимальных шаг между свайными опорами и проектируется схема свайного поля;
• Выполняется расчет конструкции ростверка и риски усадки фундамента;
• Определяется фактическая способность свайных опор посредством полевых испытаний (статических либо динамических);
• Исходя из полученных фактических данных в проект вносятся коррективы по изменению типоразмера свай, уменьшению либо увеличению их шага и количества.

Рис: Схема фундамента на железобетонных сваях

Важно: перед началом проектирования инженеры собирают информацию о фундаментах уже существующих сооружений, также во внимание берутся сведения по сейсмической активности в конкретном регионе и экологические требования к проведению строительных работ

Различия столбчатого и свайного основания здания

Общность в том, что основание не сплошное, а дискретное, с отдельными «точками» опоры.

Различия свайного и столбчатого фундаментов:

1. В глубине заложения: сваи погружают на глубину более 5 м, столбы – немного ниже глубины промерзания грунта, т. е. на территории России это от 1 до 2,5 м.
2. Столб передает нагрузку от здания на грунт своей подошвой, свая – и подошвой и боковыми поверхностями.
3. Разной площадью сечения – свая длинная и тонкая, столб – широкий и короткий.
4. Сваи могут использоваться на грунтах с невысокими несущими свойствами, например, на водонасыщенных, неоднородных, столбы – на плотных, однородных, с большой глубиной подземных вод и т. п.

Инженерно-геологические изыскания

свайных опор
Важно: в процессе геологических изысканий выявляются механические свойства грунта, составляется сейсмологическая и тектоническая характеристика строительного участка. Также определяется гидрологический режим территории (уровень расположения грунтовых вод).

• Изучаются архивные данные о ранее проводимых исследованиях в районе проведения строительных работ;
• Создаются разведывательные геологические скважины, из которых берутся пробы почвы и грунтовых вод для последующего анализа в лаборатории. В процессе лабораторных исследований определяется структурная плотность, пористость и водонасыщенность почвы, на основе которых проектировщики рассчитывают модуль деформации, силу внутреннего трения и номинального сцепления грунта;
• Выявляются существующие подземные сооружения и коммуникации на территории объекта;
• Определяются неблагоприятные процессы в грунте, которые могут представлять угрозу для будущего фундамента.

Рис: Бурение разведывательных скважин для забора проб грунта

Важно: инженерно-геологические изыскания должны проводиться профильными организациями, обладающими лицензиями на выполнение работ. Данный этап крайне важен, поскольку при неполной либо недостоверной информации о характеристиках грунта на строительном участке правильно спроектировать свайный фундамент невозможно.

Разновидности свай для индивидуального строительства

Свайные конструкции могут применяться в любом типе грунта, кроме скальной породы

Сваи, используемые в индивидуальном строительстве в качестве основания дома, который возводится в ослабленном грунте, – это длинные заострённые или с пятой конструкции. Они могут изготавливаться из металла, бетона, древесины. Сечение сваи может быть круглым или квадратным. Конструкция может заглубляться в готовом виде или собираться непосредственно в почве.

Свайные конструкции могут применяться в любом типе грунта, кроме скальной породы. В индивидуальном строительстве свайный фундамент используется в следующих случаях:

• Для возведения домов на территории с высоким УГВ.
• Если верхний слой почвы на участке – это торфяник или плывун со слабой несущей способностью. Тогда сваи заглубляют до нижних более плотных слоёв породы.
• Если глубина промерзания почвы более 2 метров.
• При строительстве на склонах с резким крутым рельефом.
• Если конструкции дома имеют значительный вес (более 350 т), то целесообразно выполнить фундамент на сваях.

Сваи с заострённым концом забиваются в подвижный грунт при помощи специального молота, пока не достигнут плотной породы. Винтовой фундамент делается на сваях, один конец которых имеет специальный винт. Для монтажа этой конструкции используется специальный ключ. Если сваю нужно изготовить прямо в грунте, то в породе бурится скважина, которая потом армируется и бетонируется.

Необходимая длина сваи высчитывается проектировщиками в зависимости от нагрузок и особенностей местности

Сваи могут отличаться по материалу, из которого они выполнены, форме, способу изготовления и погружения в грунт.

По способу заглубления выделяют следующие виды свайных изделий:

1. Забивные конструкции погружаются в землю без выемки грунта. С этой целью используется специальная техника (вибровдавливающие и погружающие устройства).
2. Набивные железобетонные и бетонные изделия монтируются путём заливки бетона в заранее пробуренную скважину.
3. Железобетонные буровые сваи устанавливаются в пробуренные скважины.
4. Винтовой фундамент делается из свайной конструкции с винтом на конце. Она закручивается в породу при помощи строительной техники. Очень часто для облегчения монтажа используется специальный ключ.

Свайный фундамент различается и по характеру работы:

1. Свайные изделия в роли стоек передают давление от дома на прочный несущий грунт, находящийся под слоем рыхлой ослабленной породы. Эти конструкции имеют гладкую поверхность, которая плохо сцепляется с породой. Поскольку 80 % нагрузки передаётся на основание таких свай, они имеют широкую пяту в нижней части для восприятия нагрузки. Сюда относятся изделия ТИСЭ с уширением в нижней части и конструкции, бетонирующиеся в обсадной трубе или скважине (однако в этом случае конструкция теряет 20 % прочности). Эти изделия практически не подвержены осадке.
2. Свайные конструкции висячего типа передают часть нагрузки на окружающий их грунт за счёт силы трения. Эти изделия имеют неровную поверхность, которая помогает им цепляться за грунт по всей их длине. К таким конструкциям можно отнести буронабивные сваи, когда бетон просто заливается в пробуренную скважину. В этом случае 60-70 процентов несущей способности обеспечивается за счёт неровных боковых поверхностей. Такие конструкции используются при высоком расположении грунтовых вод, при необходимости сократить объёмы земляных работ, при наличии под слоем рыхлой породы более плотного грунта, который не настолько сильный, чтобы удержать сваи-стойки.

В зависимости от материала сваи бывают:

Как правильно определить расход материалов на фундамент – готовимся к выполнению расчетов

До начала строительных мероприятий важно правильно определить потребность в стройматериалах. Это позволит спланировать объем затрат и рационально использовать имеющиеся финансовые ресурсы

Так как возведению домов предшествует строительство основы, необходимо на начальном этапе рассчитать необходимый для заливки основания объем бетонной смеси. Для того чтобы выполнить расчет фундамента, калькулятор необходим.

Выполнить калькуляцию можно различным образом:

• воспользовавшись готовой программой. Ускорить вычисления поможет размещенный на профессиональных сайтах калькулятор для расчета фундамента;
• выполняя расчет вручную. Несложно, используя обычный калькулятор, рассчитать количество бетона на фундамент с высокой степенью точности.

При выполнении калькулирования необходимо учитывать, что количество бетонного раствора измеряется в кубических метрах, а не в литрах или тоннах. Учитывая это, в процессе вычислений получим объем бетонного состава, а не вес. До начала расчетов следует определиться с типом и конструкцией основания.

Для этого необходимо выполнить ряд мероприятий:

• провести геодезические изыскания. Они помогают определить уровень расположения грунтовых вод, характеристики почвы и глубину промерзания;
• определить действующие на основу нагрузки. Поможет правильно и быстро рассчитать фундамент под дом калькулятор, размещенный на сайте.

Расчет фундамента на примере бани 6×4 метра

Произведя расчет количества бетона для фундамента, калькулятор учтет следующие данные:

• тип сооружаемого основания. Профессиональная программа позволяет рассчитать ленточную основу, плитное основание и столбчатую конструкцию;
• конструкцию фундаментной базы и ее размеры. Конфигурация и габариты зависят от особенностей здания, действующих нагрузок и характеристик почвы;
• марку применяемого для заливки бетонного раствора. Она выбирается в зависимости от уровня механических нагрузок;
• уровень промерзания почвы. Он определяется с учетом территориального расположения объекта строительства.

От полноты введенных данных зависит правильность подсчета раствора, а также расхода материалов.

Как рассчитать материалы на фундамент столбчатого типа

При строительстве столбчатой основы необходимо правильно выполнить расчет фундамента для дома.

Калькулятор, выполняющий расчет онлайн, обрабатывает следующие данные:

• количество опорных колонн;
• диаметр и высоту свай;
• размеры находящейся в грунте расширенной части опоры;
• габариты ростверка;
• конфигурацию ростверковой конструкции;
• марку используемой бетонной смеси.

Используя имеющуюся информацию о конструктивных особенностях и размерах свайного основания можно произвести вычисления в ручном режиме. Для этого необходимо определить объем одной опоры и умножить полученное значение на общее количество свай. Объем ростверка рассчитывается аналогично ленточной основе. Сложив объем опор с объемом ростверка, получим общий объем свайной конструкции. Теперь рассчитать количество бетона не составляет труда.

Калькулятор бетона на фундамент в виде монолитной плиты

Расчет материалов для плитного фундамента

Планируя забетонировать монолитную плиту, застройщики сталкиваются с проблемой, как рассчитать количество бетона на фундамент.

Калькулятор позволяет быстро определить расход бетонной смеси после введения в соответствующие графы программы следующих параметров:

• длины плитной основы;
• ширины фундаментной плиты;
• высоты железобетонной базы.

Выполняя вычисления вручную, можно пренебречь объемом, который занимает арматурный каркас. Необходимо просто перемножить размеры конструкции и получить ее объем, который примерно соответствует потребности в бетонном составе. Для получения точных значений необходимо использовать программные методы.

Ленточный фундамент.

Объем ленточного фундамента можно вычислить намного легче других, для этого нам нужно знать суммарную длину, высоту и ширину. Площадь опоры, влияет на ширину вычисленную в начале, но средняя ширина такого типа фундамента составляет около 40 сантиметров. Высоту так же возьмем из предыдущих расчетов, берем значение в 1,5 метра. Общую длина ленты вычисляем также как и периметр.

Для здания, имеющего размер 5 на 8 метра и имеющего одну стену длинной 5 метров, периметр равен 5+(8+5)*2=45 метра.

Правила работы с винтовыми сваями

После монтажа опоры, верхняя часть подрезается болгаркой и выравнивается по высоте. Это делается с целью устранить горизонтальное проседание плит или брусьев основания дома. Высота винтовых свай от уровня земли должна составлять в пределах 60 см. Затем готовая конструкция бетонируется, что делается с целью получить большую прочность и надежность фундамента будущего дома.

Необходимо полностью устранить лишний воздух в бетонной полости, т.к. при резком охлаждении он расширится и может повредить бетонную подушку. Если все сделать правильно, то в результате должно быть прочное основание, стойкое к различным кренам и поперечным деформациям.

Дальше привариваются оголовки и делается обвязка брусом. Вместо бруса прекрасно подойдет для таких конструкций металлический швеллер. Если использовать швеллер, тогда оголовки уже не нужны и таким образом можно существенно сэкономить на стоимости возведения фундамента.

Свайно-винтовой фундамент дома: определение расстояния между сваями.

При строительстве свайного фундамента дома категорически запрещено:

• Подгонять сваи под горизонтальный уровень при их ввинчивании. Если такое сделать изначально, то со временем на одной свае произойдет проседание опоры и секция может просто обвалиться;
• Нельзя допустить вертикальный уклон на более чем 2 градуса;
• Нельзя удлинять криво закрученные сваи;
• Глубина погружения сваи не должна быть меньше, чем 1,5 метра от верхнего уровня грунта;
• Использование свай с поврежденным антикоррозийным покрытием категорически запрещено.

Порядок вычислений

Всегда первый шаг в любой работе – это проектирование.

Для проведения расчетов можно использовать стандартизированную методику для винтовых свай, описанную в СНиП –85. В ее основе лежат данные по геодезическим исследованиям конкретного участка земли.

В них входят следующие сведения:

• описание рельефа участка;
• состав и плотность грунта;
• уровень залегания грунтовых вод;
• глубина промерзания почвы;
• посезонный уровень осадков в регионе застройки.

При помощи этих данных вычисляется количество винтовых свай для фундамента (К).

Для расчетов понадобятся такие показатели:

• общая нагрузка на фундамент (Р), представляющая собой сумму масс всех использованных материалов;
• коэффициент надежности (к), являющийся корректирующим показателем для значения общей нагрузки на сваи;
• несущая способность грунта – табличное значение;
• площадь пяты сваи, находящаяся в прямой зависимости от ее диаметра, – табличное значение;
• максимально допустимая нагрузка (S), показатель для одной сваи – табличное значение.

Коэффициент надежности (к) коррелирует с общим количеством свай и имеет соответствующие значения:

• к=1.4, если свай от 11 до 22 штук;
• к= – от 5 до 10 штук;
• к= – от 1 до 5 штук.

На каждую сваю ложится нагрузка, равная общей нагрузке, деленной на количество опор. Чем их меньше, тем сильнее нагрузка на одну сваю и тем быстрее она приходит в негодность, а вместе с ними весь фундамент и дом.

Правильный расчет заключается в подборе такого количества свай, которого хватит на весь период эксплуатации строения, но без чрезмерных излишков, являющихся пустой тратой средств.

При помощи приведенной формулы, коэффициента для винтовых свай расчет нагрузок и дальнейшее строительство не сопряжено с особыми трудностями.

При окончательных расчетах необходимо распределить нагрузки под несущими конструкциями и критическими точками с излишним давлением на фундамент с учетом:

• типа свай (висячих или стоек);
• массы;
• значения кренового усилия.

ЗАБИВНЫЕ СОСТАВНЫЕ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫЕ СВАИ КВАДРАТНОГО (СПЛОШНОГО) СЕЧЕНИЯ

Забивные составные железобетонные сваи квадратного (сплошного) сечения рекомендуется применять при условии( если конструкция стыка воспринимает осевые вдавливающие и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты( а для фундаментов с выдергивающими нагрузками — также растягивающие силы.

Составные сваи рекомендуется применять:

а) при необходимости заглубления свай в несущий слой( кровля которого имеет невыдержанное залегание в пределах контуров проектируемого здания (сооружения);

б) при затруднении транспортирования длинномерных элементов( вызванных стесненными дорожно-транспортными условиями или стесненными условиями площадки строительства;

в) при отсутствии копрового оборудования( необходимого для погружения свай длиной более 12-14 м;

г) при возможности уменьшения размеров поперечного сечения свай( если при этом несущая способность таких свай удовлетворяет расчетной нагрузке.

Применение составных свай позволяет изготавливать их в формах( имеющихся на заводах железобетонных изделий для более коротких призматических свай( а погружение таких свай производить с помощью имеющихся у строительных организаций копров небольшой высоты.

Исходные данные

Перед началом проектирования, после проведения инженерно-геологических изысканий вы должны собрать следующие материалы

Перед началом проектирования, после проведения инженерно-геологических изысканий вы должны собрать следующие материалы, которые будут использованы в качестве исходных данных:

1. Генеральный план участка строительства с прилегающими территориями и строениями на них. Обычно такой план выполняется в масштабе 1:500 или 1:2000 (всё зависит от габаритов участка и размеров объекта). На план наносятся контуры будущего строения. Также на генеральном плане обозначаются места,  где бурились шурфы для взятия проб и выполнения исследований. Также указываются все расстояния от проектируемого строения до окружающей застройки.
2. Данные о составе и уровне грунтовых вод на территории строительства, а также информация о составе грунтов на разных горизонтах.
3. На плане должно быть точно определено место расположения всех существующих и проектируемых строений, а также даны привязки каждого из них к границам участка.
4. Если в проекте предусмотрены подвальные или цокольные помещения, то их конструкция должна оговариваться заранее.
5. Сборные данные обо всех нагрузках, которые будут воздействовать на основание (вес строения, снеговые и ветровые нагрузки, вес инженерного оборудования и т.д.).
6. Если через фундамент будут проходить какие-то инженерные коммуникации, то их место, диаметр и глубина заложения должны быть точно оговорены.