Устройство свайного фундамента

Знакомимся с буронабивным фундаментом

Идея буронабивного основания очень простая: там, где невозможно с минимальными затратами докопаться до плотного грунта, можно использовать длинные столбики-стойки. Для соединения их в общую конструкцию используется ростверк – монолитная железобетонная лента, связывающая оголовки свай.

Полезно знать о том, что сваи сильно отличаются от обычных массивных фундаментов по характеру взаимодействия с грунтом. Свая передает нагрузку двумя путями: через нижний торец (пятку) и через боковую поверхность за счет сил трения между стенкой и грунтом.

В зависимости от того, какая часть конструкции включена в работу, все буронабивные сваи делят на два типа:

• Стойки.
• Висячие.

Свая-стойка опирается на плотный почвенный слой. Висячая конструкция держит нагрузку только за счет силы контакта с окружающим грунтом. Поскольку плотное природное основание залегает достаточно глубоко, то значительная часть буронабивных конструкций относится к висячему типу.

Классификация, расчет и другие важные параметры, без которых невозможно выполнить устройство буронабивных свай, содержатся в СНиП 2.02.03-85 – настольной книге всех проектантов и подрядчиков. Застройщик может руководствоваться готовыми таблицами из этого норматива. В них указывается несущая способность опорных стоек. Зная ее и определив вес здания, можно подобрать нужное количество свай.

Данные, указанные в таблице, ориентировочные. Точное значение несущей способности буронабивной сваи рассчитывают по формуле, учитывающей несколько параметров:

• диаметр;
• марку бетона;
• вид армирования;
• глубину бурения;
• механическую прочность грунта.

После всего сказанного, возникает вопрос: для каких зданий оправдано строительство буронабивного фундамента с ростверком? Некоторые застройщики считают, что такая конструкция не способна выдержать большие нагрузки, поэтому используют ее только для легких каркасных зданий, а также домов из бруса, газо или пенобетона. Это не так. На сваях сегодня стоят тысячи кирпичных девятиэтажек и никто не сомневается в их надежности.

Прочность буронабивной стойки, изготовленной в полевых условиях немного ниже, чем у конструкции, прошедшей полный цикл заводской обработки. Тем не менее, ее с запасом хватит для возведения кирпичного дома.

Главным условием качества в этом случае является правильный расчет и точное соблюдение технологии, включающей несколько этапов:

1. Бурение скважины под буронабивные сваи (ручной мотобур или более мощная передвижная установка).
2. Монтаж обсадной трубы (в сыпучих и сырых грунтах).
3. Установку арматурных каркасов.
4. Бетонирование скважины.
5. Отсыпку песчано-щебеночной подушки под ростверк (толщина 10-15 см), компенсирующей подъем грунта в результате морозного пучения.
6. Монтаж опалубки над поверхностью земли, установку арматуры и заливку ростверка, связывающего сваи.

Инструкция по изготовлению

Правила изготовления свая своими руками.

Буронабивные

Для закладки буронабивных опорных элементов понадобится заблаговременно рассчитать потребность в несущей способности основания. Формулы для вычислений, а также рекомендации по выбору строительных материалов подробно описаны в указанных ранее СНиП и СП.

Полученные данные позволят определить необходимые размеры:

• диаметр шурфа,
• глубину скважины,
• а также потребность в армировании и устройстве песчаной подушки.

Материалы и оборудование, которые понадобятся для строительства:

• бетон М200–М300;
• песок средней фракции;
• листовой рубероид;
• арматура класса А3 (по необходимости);
• молоток, лопата, болгарка;
• сварочный аппарат;
• снабжение водой и электричеством.

Ключевые технологические этапы полномасштабного строительства:

1. Уборка участка от строительного и другого мусора.
2. Разметка поля по плану, обозначение мест для будущих опор.
3. Бурение скважин на определенную глубину.
4. Устройство на дне шурфа утрамбованной песчаной подушки высотой от 20 см.
5. Закладка обсадной трубы из рубероида, который также будет выполнять функцию гидроизоляционного слоя.
6. Монтаж армирующего каркаса и его устройство в скважине.
7. Подготовка раствора и заливка в шурфы.
8. После затвердевания бетона обрезка опорных элементов на одном уровне по горизонтали, оставляя выступы арматуры.

Для конструкций с небольшой несущей способностью и не пучинистых грунтов упускают шаги с армированием и устройством песчаной насыпи под опорной площадью. На этом изготовление буронабивных свай считают законченным.

Буронабивные сваи своими руками, видео-инструкция:

Винтовые

Чтобы сделать винтовые сваи свои руками, конструктору понадобятся такие материалы:

• стальная труба нужного сечения и толщины стенки;
• листовой металл (не тоньше 5–6 мм);
• болгарка, сварочный аппарат;
• гидроизоляционный материал.

Этапы изготовления:

1. Нарезка труб нужной длины.
2. Изготовление наконечника литым или сварным способом.
3. Вырезание лопастей, придание винтовой части нужной конфигурации.
4. Приваривание спирали к трубе.
5. Проделывание технологических отверстий на верхнем конце трубы.
6. Зачистка сварных швов.
7. Покрытие металла слоем гидроизоляционного материала.

Готовые изделия можно сразу использовать в строительстве, но достоверно рассчитать несущую способность таких силовых элементов невозможно.

Как сделать винтовые сваи своими руками, видео-инструкция:

Деревянные забивные

Деревянные забивные столбы изготавливают только из твердых пород древесины, при этом диаметр столба должен быть не меньше 180 мм. Заготовки очищают от сучьев и веток, а концу придают заостренную форму, чтобы изделие проще преодолевало сопротивление грунта.

Острую часть накрывают листовым материалом, чтобы защитить сваю от повреждений при забивании. На верхнюю часть опоры надевают стальное кольцо для предотвращения растрескивания древесины от ударов молотом.

Все, что необходимо знать об устройстве и возведении свайного фундамента, найдете здесь.

Как выбрать шаг между сваями

Определение расстояний между сваями производится на основе сопоставления веса постройки, несущей способности всех элементов (и ленты, и свай), особенностей грунта и прочих факторов. Процесс расчета весьма сложен, производить его самостоятельно не рекомендуется.

Если нет возможности привлечь к расчету специалистов, можно обратиться к онлайн-калькуляторам, которые дадут ответ в течение нескольких секунд. Ответ следует продублировать на нескольких ресурсах для максимальной корректности и точности результата.

На практике наиболее распространенным вариантом является шаг в 2-3 м (буронабивные сваи). Близкие значения выдают как расчеты вручную, так и онлайн-калькуляторы. Увеличение шага свай может вызвать перенос нагрузки на ленту, что, в свою очередь, спровоцирует оседания и деформации бетонного пояса.

Технология устройства буронабивных свай с обсадной трубой

Процесс монтажа буронабивных свай начинается с перебазировки на объект спецтехники. Для обустройства опор привлекается три типа установок:

• Буровая машина;
• Стреловой кран;
• Автобетоносмеситель.

После разметки свайного поля (точек бурения под сваи), буровая машина размещается на месте разработки скважины. Буровая оснастка приводится в рабочее состояние и выполняется проходка полости на глубину, идентичную длине первой секции обсадки. Далее шнек извлекается из скважины, установка фиксирует в несущем узле трубу и размещает ее в полости. Аналогичным образом устанавливается вторая секция обсадки, стыковка секций выполняется посредством резьбового соединения, после чего скважина углубляется до тех пор, пока верхний контур обсадной трубы не сравняется с уровнем грунта и процесс повторяется повторно.

Рис: Бурение с применением обсадной трубы

Важно: в процессе бурения шнековая колонна вращается внутри обсадной трубы. Сама обсадка углубляется за счет выемки грунта из под ее стенок, под воздействием собственного веса и прикладного воздействия вибрационного блока, оказывающего на трубу возвратно-поступательные нагрузки

После проходки полости на требуемую глубину шнековая колонна изымается из скважины и посредством стрелового крана в полость загружается арматурный каркас. По завершению установки каркаса в устье скважины устанавливается бетонолитная труба, через которую выемка заполняется бетоном. В процессе нагнетания смеси выполняется последовательный демонтаж обсадки скважины.

Рис: Установка арматурного каркаса в скважину

Для повышения прочностных характеристик буронабивной сваи производится уплотнение смеси посредством глубинных электровибраторов, которые удаляют из бетона образовавшиеся в нем полости воздуха. К последующей эксплуатации (обвязке ростверком) опора пригодна спустя 25-30 дней после заливки (данное время необходимо для набора бетоном проектной прочности).

Рис: Заполнение скважины под буронабивную сваю бетоном

В каких случаях можно применять свайно-ростверковые фундаменты

А теперь давайте поговорим о том, в каких случаях использование фундаментов такой конструкции просто необходимо:

В случаях, когда слабонесущие и нестабильные грунты уходят на большую глубину.

Как правило, это почвы карстового, торфяного, лесового типов, а также растительные, плывуны, плодородные, у которых толщина свыше полутора метров. Нагрузку необходимо передавать на грунт более плотный, который располагается значительно ниже. Как вы понимаете, выкопать траншею и достичь грунта с высокой несущей способностью достаточно сложно.

А строительство фундамента окажется достаточно дорогим – поэтому использование свай является выходом из строительстве на участке, на котором наблюдается большой перепад высот. При сооружении фундамента оказывается проще применять сваи с различной высотой, нежели выравнивать поверхность или заливать ленту на большой глубине, дабы немного компенсировать грунтовые воды расположены слишком высоко. В этом случае важна только высота ростверка свайного фундамента.

Стоит отметить, что при возведении свайного фундамента не имеет значения, на какой глубине располагаются воды. Главное, чтобы под так называемой пяткой располагался грунт, у которого высокая несущая способность. Уровень, на котором находятся грунтовые воды, может повлиять только на вид ростверка.

В случае если вода близко к поверхности, нужно делать высоким ростверк. А если воды глубоко, допускается делать и низкую строится здание на жестком грунте. При возведении ленточного или плитного фундамента необходимо проделывать большой объем земляных работ.

В этом случае применение свай строительстве каркасных домов нет смысла возводить ленточный фундамент – это просто трата денег. Запас прочности оказывается неоправданно высоким, лучше всего выбрать свайно-ростверковую суммарная масса сооружения свыше 350 тонн, лучше всего возвести свайный фундамент с ростверком. Ленточные или плитные конструкции будут слишком массивными, да и дорогими.

Стоит все же заметить, что самыми надежными типами фундамента считаются ленточные и плитные. Но если нет средств возводить такую сложную конструкцию, а запаса прочности большого не требуется, допускается применять свайно-ростверковый тип.

Как правило, при строительстве применяют абсолютно все типы свай

При выборе нужно обращать внимание только на вид грунта и предельно допустимую нагрузку, которую создает здание

Сваи можно изготовить из бетона или металла, крайне редко их делают из древесины. Сечение либо квадратное, либо круглое. Делать армирование ростверка свайного фундамента необходимо, чтобы вся конструкция оказалась максимально прочной.

Можно выделить такие типы свай по виду установки:

Забивные – монтируются без использования выемки грунта или бурения. Их забивают в грунт при помощи специальной техники.

Именно по этой причине в частном строительстве они применяются – в грунте необходимо проделать скважину, в которую ставится опалубка. После ее крепежа монтируется арматура (она повышает прочность конструкции. После проведенных действий внутрь заливается железобетонные – как и в прошлом случае, необходимо сначала проделать скважину.

После чего уже готовые сваи забиваются в нее. Усилий для этого нужно значительно меньше, нежели при установке – чем-то похожи на саморезы. Изготавливаются они из металла, концы заострены и имеются лопасти.

С их помощью происходит разрезание грунта. Если необходимо на большую глубину установить сваи, без специальной техники не обойтись. Но при монтаже на глубину до трех метров можно обойтись и без нее.

Технологии устройства буронабивных свай

В зависимости от технологии обустройства, все буронабивные сваи классифицируются на три вида:

• Опоры, сформированные без оболочки;
• Опоры с извлекаемой и постоянной оболочкой

В качестве оболочки применяются обсадные трубы — цилиндрические стальные конструкции, стыкующиеся между собой посредством резьбового либо анкерного соединения

Бурение скважин под сваи без оболочки не сопровождается их использованием, что возможно лишь в условиях устойчивых (не склонных к обвалам грунтов) с минимальным уровнем грунтовых вод.Важно: при необходимости в процессе бурения без обсадных труб может использоваться бентонитовый раствор, который подается в разрабатываемую скважину, вымывает из нее грунтовые массы и оседает на стенках полости, формируя корку, препятствующую осыпаниям почвы

Рис: Обсадные трубы для бурения под сваиТехнология создания буронабивных свай с извлекаемой оболочкой реализуется при работе в проблемных, насыщенных влагой грунтах. Обсадная труба, в данном случае, предотвращает обрушение стенок скважины и изолирует полость от грунтовых вод. Демонтаж обсадки происходит после заполнения скважины бетоном. Создание свай с постоянной оболочкой практикуется при работе в глинистых грунтах, песках и супесях с высоким уровнем грунтовых вод, которые могут разрушить тело сваи на стадии отвердевания бетонного раствора.

Техника, применяемая для бурения

Сегодня существует множество различной буровой техники, применяемой для создания скважин под сваи. Зачастую это установка, которая закрепляется на транспортном средстве, но она имеет ограниченный функционал по сравнению с полноценной буровой машиной. Среди отечественного производства можно выделить установки, которые эффективно справляются с этой задачей:

• БКМ-317: инструмент установки – лопастной бур, который способен бурить на глубину трех метров с максимальным диаметром 0,8 метра. Система управления буром гидравлическая;
• БКМ-511: установка средней мощности, способная бурить на глубину пяти метров с максимальным диаметром 0,8 метра. Также гидравлическая система.

Техника доступная у нас:

Бурильно-сваебойная машина БМ-811: мощная установка, способная проводить бурение на глубину 8-15 метров с максимальным диаметром 0,5 метра. Система управления гидравлическая;

Сегодня это наиболее оптимальный вариант техники для бурения скважин под сваи.

Технология

Каждое конкретное решение свайного фундамента имеет свою технологию монтажа. В общем виде устройство свайного фундамента производится в следующей последовательности.

1. Подготовительные работы. Горизонтальная планировка участка, выноска в натуру осей, разметка местоположения свай.
2. Погружение свай в грунт. Производится согласно технологии для конкретного типа свай.
3. Обрубка концов недобитых свай, устройство свайного ростверка.

Технология устройства свайного фундамента для каждого типа свай описана выше. Следует отметить, что при выборе способа монтажа следует руководствоваться не только экономической целесообразностью, но и опытом проектирования в каждом регионе строительства. Местные проектные институты разработали типовые технологические карты, в которых содержится полная информация по технологии производства работ, составлены графики работы, а также спецификации требуемых машин, механизмов, оборудования и материалов.

Свайный фундамент может стать единственным приемлемым решением для слабонесущих грунтов и сложных геологических условий. В остальных случаях следует руководствоваться принципами экономической и технологической целесообразности. Устройство свайного фундамента может потребоваться для высотных зданий, ответственных или уникальных объектов. Такое решение позволяет повысить надежность основы постройки, предотвратить нежелательные деформации и перемещения.

Несмотря на технологическую сложность, в ряде случаев устройство свайного фундамента может быть экономически оправдано. Устройство свайного фундамента не требует больших объемов земляных и бетонных работ, возведение можно проводить в зимнее время без дополнительных мероприятий. Применение свай может сократить срок выполнения работ. Яркий тому пример – возведение фундаментов коттеджей с применением металлических винтовых свай.

К преимуществам свайного фундамента следует отнести:

• возможность устройства в особых геологических и климатических условиях;
• высокая надежность и стабильность фундамента;
• небольшой объем земляных и бетонных работ;
• большое количество разнообразных конструктивных и технологических решений.

Однако свайный фундамент имеет ряд недостатков, связанных в основном со сложностью технологии возведения. Среди них:

• потребность в специальных машинах и механизмах;
• требуется квалифицированный персонал;
• существует значительная вероятность возникновения непредвиденных трудностей на стадии возведения.

Выбор фундамента

Под каркасный проект подходит несколько типов фундаментов. Это:

• свайно-винтовой
• ленточный
• столбчатый

Постройка на винтовых сваях своими руками имеет ряд преимуществ по сравнению с другими.

В первую очередь это возможность установки зимой и осенью. Свайный фундамент не боится морозов, благодаря чему строительство каркасных домов может продолжаться и во время заморозков.

Винтовые сваи следует тщательно осмотреть перед покупкой

Дома на установленном свайном фундаменте могут располагаться в самых трудных для стройки местах – на берегах рек, на склонах, в местах, где почва не только глинистая, но и с повышенной влажностью из-за подземных рек.

Покупка винтовых свай должна производиться только у крупных фирм, которые предоставляют гарантию. Вся продукция должны быть сертифицирована.

Каждую сваю желательно осмотреть на предмет повреждений – царапин, сколов, оголение металла.

В почвах даже небольшое повреждение, повлекшее удаление защитного слоя краски, повлечет за собой коррозию и разрушение материала.

Сваи легко вкручиваются двумя людьми, а прибор проверяет его вертикальность

Сваи могут загоняться в почву своими руками на разную глубину, в зависимости от местности и проекта.

Однако технология требует, чтобы глубина установки была ниже уровня промерзания.

Огромным плюсом винтовых свай является возможность их установки без предварительной подготовки местности.

Да и разработан такой фундамент был как раз для сложных участков, где установка других типов основ либо не выгодна, либо вообще невозможна.

Столбчатый фундамент конкурирует с винтовым по стоимости, однако он часто вызывает в стене трещины из-за усадки, а ленточный гораздо дороже, и может быть установлен только в теплое время года.

Преимущества и недостатки свайно-плитных фундаментов

Основное преимущество технологии СПФ — возможность устанавливать самые надежные и прочные фундаменты для сооружений в сейсмоопасных зонах, для конструкций, боящихся вибрационных нагрузок. Это также наилучший вариант так называемого «отложенного решения» — когда грунты, уровень залегания подземных вод и другие характеристики недостаточно изучены. Благодаря специальной технологии не требуется значительного забора грунта, а по окончании работ остается минимальное количество мусора и отходов.

Типичный свайно-плитный фундамент.

К недостаткам следует отнести стоимость и трудоемкость. По сравнению со свайно-винтовым решением в малоэтажном строительстве такой вариант проигрывает в цене и легкости монтажа. Для установки плиты понадобится использование специальной техники. Необходимо привлечение специалистов к работе или наличие собственных значительных навыков в выполнении подобной работы.

Особенности деревянного забивного фундамента

Деревянные забивные сваи используются в тех случаях, когда подошва фундамента располагается ниже залегания грунтовых вод.

Для изготовления свайных столбов используются смолистые и устойчивые к гниению породы деревьев – сосна, дуб, ель, пижма, кедр и т.д.

Деревянные сваи чаще всего имеют ширину сечения от 25 до 30 см, а погружение в почву может достигать 12 метров. Конец, который погружается в почву, обязательно должен быть заострен. Если фундамент возводится на плотной почве, на заостренный конец надевается колпачок из стали. Наземная часть столба оформляется под наголовник или стальной бугель.

Забивной фундамент на деревянных сваях.

Различают три вида забивных деревянных свай.

1. Одиночные. Классические деревянные столбы, которые монтируются по одному.
2. Пакетные. Свая представляет собой несколько брусьев (обычно 3 или 4 шт.), составленных вместе.
3. Сваи из клееного бруса. Основное достоинство этого вида – возможность изготовить свайный столб любой длины. Технология изготовления клееного бруса заключает в себе склеивание высушенных и строганных досок. Для работы применяются био- и водостойкие клея, что повышает долговечность и эксплуатационные характеристики изделия.

Заглубление деревянного столба должно проходить на глубину не менее 1,2 метра. Обязательно учитывается уровень промерзания грунта – свая погружается ниже ее как минимум на 0,5 м.

Достоинства и недостатки деревянного забивного фундамента

Основным недостатком такого основания является подверженность древесины гниению. Регулярно меняющийся уровень влажности в почве значительно сокращает срок службы свай из древесины.

К достоинствам деревянных основания относят:

Виды свайных фундаментов с ростверком

Ввиду многообразия технологий строительства, используемых материалов для свайно-ростверковых фундаментов существует специальная терминология:

• основание – воспринимающий вертикальную нагрузку пласт, залегающий ниже отметки промерзания;
• свая – вертикальная конструкция, изготовленная в почве или погруженная в нее;
• поле свайное – группа свай для одного сооружения, здания;
• ростверк – монолитная либо балочная конструкция по оголовкам свай (плита, решетка, рама или балка);
• низкий ростверк – заглублен в почву или расположен на уровне нулевой отметки;
• высокий (висячий) ростверк – поднят над уровнем грунта;
• несущая способность сваи – сумма сопротивлений грунта на боковых поверхностях и под ее нижним концом.

Схема буронабивного фундамента

По материалу буронабивные сваи классифицируются следующим образом:

• композитные – железобетон внутри стальной или полимерной несъемной опалубки (труба большого диаметра);
• бутобетонные – в нижней части сваи в бетон утоплены камни (максимальный размер 15 см, прочность не ниже расчетной марки бетона), верхняя часть (0,5 – 0,7 м) залита чистым бетоном, армирование обычно по всей длине (кроме забутовки);
• железобетонные – свая залита полностью из бетона с арматурой по всей длине (обычно не напряженная);
• бетонные – арматура лишь в верхней части для обвязки с ростверком.

Ствол сваи может изготавливаться несколькими способами даже при использовании одних и тех же материалов. Например, если бетоном наполняется отверстие в земле с помещенным внутрь арматурным каркасом, свая будет безоболочечной.

Схема сваи с расширением — ТИСЭ.

Если свая достигает несущего пласта, заливается в полимерную или металлическую трубу, которая не несет нагрузок и остается в скважине на весь период эксплуатации (несъемная), выполняя роль гидроизоляции, получается свая с оболочкой.

Если временная опалубка снимается после заливки, свая называется во временной оболочке, метод – вертикально перемещаемая труба ВПТ. Если опалубка остается внутри скважины и выполняет несущие функции, свая именуется трубобетонной.

Для повышения несущей способности подошва сваи может уширяться монолитным основанием. Подошву разбуривают специальным инструментом, взрывом либо бетонными свайками. В общем ростверке оголовок буронабивной сваи может иметь скользящее сопряжение или жесткую заделку в монолит.

Если при геологической разведке участка выявлено залегание несущего пласта глубже 3 м, буронабивные сваи-стойки обойдутся индивидуальному застройщику дороже винтового фундамента СВФ либо плавающей плиты. В этом случае эффективнее висячие сваи, несущая способность которых зависит от плотности и пористости грунта. Если сил трения на боковых поверхностях недостаточно, следует рассмотреть другие варианты фундамента.

В отличие от ленточного фундамента, глубина заложения ростверка никак не зависит от характеристик грунтов:

• лента опирается на землю подошвой, присутствуют боковые сдвигающие нагрузки от сил пучения;
• ростверк на грунт не опирается, создается исключительно для обвязки свай, распределения нагрузок, опирания стеновых материалов (особенно актуально для пеноблоков, кирпича).

После заливки монолитного ростверка между грунтом и его подошвой создается воздушная прослойка для компенсации сил пучения. В низких ростверках она защищается по бокам листовыми материалами во избежание осыпания земли, заполнения этого пространства пучинистым грунтом.

С учетом вышесказанного, монолитный ростверк по оголовкам буронабивных свай эффективен в случаях:

• легкие постройки – экономия бюджета 30 – 50% в сравнении с плитой, ленточным фундаментом для срубов, фахверковых, каркасных, панельных (СИП технология), щитовых коттеджей;
• сложный рельеф – склоны с перепадом высот больше 1,5 м в пятне застройки;
• высокий УГВ – сваи можно залить в оболочку при незначительном подъеме воды или путем временного откачивания ее из скважины;
•  болото, прибрежная зона – земляные работы для других типов фундаментов невозможны.

Экономически эффективны в индивидуальном строительстве сваи лишь при глубине до 3 – 5 м, что обычно достаточно для легких конструкций. При нормальной геологии на ровных участках сваи сокращают бюджет строительства кирпичных, бетонных зданий вдвое. Лишь в этом случае фундамент соответствует требованиям СП 24.1333, регламентирующим проектирование свайных фундаментов.

Глубина заложения

В данном случае глубина заложения имеет двойное значение, поскольку сваи и лента погружаются на разные уровни.

Глубина погружения свай зависит от свойств грунта и определяется уровнем залегания плотных слоев.

Ленту погружают на относительно малую глубину — около 30-40 см, что с учетом толщины слоя засыпки определяет глубину траншеи в 50-70 см.

Цифры приведены условно, это средние значения, которые встречаются чаще всего.

Для производства работ необходимо привлечь грамотных специалистов, которые произведут обследование участка, рассчитают параметры основания и дадут точные значения уровня погружения всех элементов.