Свайный фундамент и его преимущества

Свайные фундаменты отличаются от обычных фундаментов тем, что их можно строить на самых различных грунтах, что исключает или значительно снижает разрушительное воздействие грунтовых процессов на строение.

Конструкция типичного свайного фундамента состоит из двух основных элементов – погруженных в грунт свайных столбов и связывающего их ростверка.

Ростверк (он же обвязка) свайного фундамента является элементом, который объединяет отдельно стоящие свайные столбы в единую систему. Он необходим для обеспечения равномерной передачи массы здания на грунт и повышения устойчивости каждого опорного столба.

При обустройстве свайных фундаментов используются три вида свай:

1. Винтовые сваи: это металлические конструкции заводского производства, которые имеют винтообразные лопасти в нижней части ствола. Лопасти позволяют завинчивать такую сваю в грунт и служат в качестве уширенной опорной подошвы, обеспечивая повышенную устойчивость сваи в грунте. Винтовые сваи подразделяются на несколько видов в зависимости от формы конструкции.
2. Буронабивные сваи: эти сваи формируются непосредственно на месте строительства. Для их создания бурится скважина, в которую помещается армокаркас и опалубка, после чего скважина заливается бетоном. Буронабивные сваи широко используются в индивидуальном строительстве, так как их создание не требует специализированной строительной техники и может быть выполнено своими руками.
3. Сваи других типов: к данной категории относятся сваи различных конструкций, которые используются в зависимости от конкретных условий строительства.

Винтовые сваи

Металлические конструкции, производимые на заводах, имеют винтообразные лопасти в нижней части ствола. Благодаря этим лопастям сваи можно защелкнуть в землю, завинтив их, и используются они как расширенная подошва, обеспечивающая большую устойчивость сваи в грунте.

Винтовые сваи делятся на различные типы в зависимости от формы конструкции:

Сваи с одним витком лопастей являются наиболее распространенными и применяются в обычных типах грунтов;

• Сваи с двумя витками лопастей являются более прочными и могут использоваться в несвязных грунтах с низкой несущей способностью;
• Зауженные сваи с спиральными лопастями используются для строительства фундаментов в условиях плотной каменистой почвы, которую нельзя освоить с помощью обычных свай;
• Трубчатые винтовые сваи применяются в морозных грунтах и адаптированы для строительства легких одно- и двухэтажных деревянных и каркасных зданий.

Важно знать, что винтовые сваи классифицируются также по типу соединения лопастей со стволом. Они могут быть сварными или литыми изделиями. Второй вариант, благодаря своей максимальной прочности, является предпочтительным для любых условий строительства.

Для обвязки фундаментов, установленных на винтовых сваях, можно использовать брус, металлические изделия (двутавровые балки, швеллер) или монолитную железобетонную ленту. В Крыму выбор метода обвязки определяется массой здания. Для легких домов из каркасных панелей подходит обвязка брусом, а тяжелые здания из пенобетона могут быть построены только на монолитном железобетонном ростверке.

Буронабивные сваи

Буронабивные сваи – это сваи, которые формируются непосредственно на месте строительства. Для их создания бурится скважина, в которую помещается армокаркас и опалубка, после чего скважина заливается бетоном.

Совет эксперта! Буронабивные сваи широко используются в индивидуальном строительстве, поскольку для создания фундаментов на их основе не требуется специализированная строительная техника и можно выполнять работы самостоятельно.

Железобетонные сваи

Железобетонные сваи обладают максимальной несущей способностью и позволяют строить тяжелые здания в любых грунтовых условиях.

В зависимости от формы, железобетонные сваи делятся на квадратные конструкции сплошного сечения, квадратные сваи с круглой полостью и сваи круглого сечения. Тело сваи укреплено арматурным каркасом, который придает ей дополнительную устойчивость при работе в грунте и обеспечивает целостность конструкции при забивке сваи.

Для фундаментов из железобетонных свай используются исключительно железобетонные ростверки. Они могут иметь форму ленты, повторяющей контуры стен здания, либо представлять собой монолитную плиту, уложенную на поверхности свайного поля. В зависимости от варианта размещения выделяют поднятый, наземный и заглубленный ростверк.

Совет эксперта! При строительстве многоэтажных зданий на железобетонных сваях рекомендуется выполнить заглубление обвязки ниже уровня промерзания почвы, чтобы исключить воздействие морозного пучения грунта на конструкцию ростверка.

Нюансы монтажа на различных типах грунта

Особенности устройства свайных фундаментов на различных типах грунтов зависят от выбора свай и особенностей грунтов на месте строительства. Технология установки свайных фундаментов может значительно изменяться в зависимости от грунтовых условий на конкретной строительной площадке.

Например, при укладке свайных фундаментов в пучинистых грунтах необходимо соблюдать следующие правила:

1. Перед началом строительства необходимо провести отвод паводковых и стоковых вод.
2. Использование пирамидальных свай с дефектами, включая смещение острия сваи на более чем 10 мм, не допускается.
3. Отклонения от проектного положения сваи не должны превышать 5 см по расположению, 3 см по перебивке и 1 см по недобивке. Для этого рекомендуется применять сваи с использованием лидерного бурения.
4. Зимние работы не допускаются без предварительного оттаивания грунта.
5. При использовании буронабивных свай следует заливать бетон в течение суток.
6. Сваи должны быть жестко закреплены между собой с помощью ростверка.
7. Между грунтом и подошвой ростверка следует предусмотреть зазор не менее расчетной деформации при пучении грунта.

Для несвязных и малосвязных грунтов, таких как песчаная почва и супеси, необходимо использовать сваи сплошного квадратного сечения с продольно-поперечным армированием предварительно напряженной арматурой. В таких условиях, для забивки свай, применяется технология вибропогружения, так как использование дизельных молотов в песчаной почве неэффективно. Для уплотнения свай в несвязных грунтах высокой плотности может использоваться технология подмыва почвы.

Технология подмыва почвы при погружении свай заключается в следующем:

1. На свайном стволе закрепляются несколько трубок.
2. Через трубки под давлением подается вода.
3. В процессе вибропогружения свай вода размывает контактирующую с острием сваи почву, что приводит к ее разрыхлению и уменьшению сопротивления грунта.
4. В результате трения сваи и грунта подающаяся вода выталкивается наружу по стенкам свайного столба, что приводит к дополнительному размытию прилегающего грунта и уменьшению сил трения.
5. Данная технология позволяет увеличить продуктивность работы вибропогружателей на 30-40% и ускорить процесс установки свайного фундамента.

При реализации данной технологии транспортирующие воду трубки крепятся на боковых стенках сваи так, чтобы их наконечники находились на 40 сантиметров выше острия свайного столба. Вода подается под давлением 0.5-1 МПа.

Водонасыщенные плотные грунты – особенности

Категорию грунтов включает глинистая почва и суглинок. Для устройства фундаментов в таких грунтах применяются усиленные квадратные сваи с продольно-поперечным армированием.

При работе в грунте с высокой плотностью, ни одна из технологий погружения свай – ударная, вибрационная или статическое вдавливание – при независимом использовании, не показывает высокой эффективности.

Для повышения производительности сваебойного оборудования применяется метод электроосмоса, позволяющий сосредоточить влагу на конкретном участке свайного поля, тем самым уменьшая сопротивление грунта погружаемой свае.

Метод электроосмоса реализуется следующим образом:

• На свае, закрепленной в грунте, устанавливается положительный полюс электросети (анод), а на погружаемом столбе – отрицательный полюс (катод), на которые подается постоянное напряжение.
• В момент подачи напряжения около сваи, где находится анод, влажность грунта резко уменьшается, а около столба с катодом – наоборот, возрастает.
• По завершении погружения сваи подача тока прекращается, что приводит к стабилизации уровня влажности грунта – концентрация грунтовых вод вблизи сваи уменьшается, что приводит к увеличению устойчивости опоры.

Еще один тип – сухие высокоплотные почвы

Для устройства фундаментов в сухих грунтах с высокой плотностью – песчаных, глинистых или суглинистых – используются квадратные сваи с продольно-поперечным армированием и сечениями 30*30 и 35*35 см.

В условиях сухих грунтов с высокой плотностью, сваи погружаются с помощью технологии лидерного бурения. Этот метод предполагает предварительное обустройство скважин, в которые сваи погружаются с помощью ударных молотов или вибропогружателей. Данный подход позволяет установить свайный фундамент в кратчайшие сроки, так как лидерные скважины обеспечивают точное вертикальное позиционирование сваи при погружении.

Лидерные скважины создаются диаметром на 15-20 мм меньше, чем диаметр забиваемой сваи, они выполняют роль направляющего элемента, обеспечивая точное вертикальное позиционирование сваи при погружении.

Вечномерзлые грунты

Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах требует особого подхода. В зависимости от глубины промерзания грунта применяются различные способы погружения свай. Если глубина промерзания незначительна, до 30 см, сваи забиваются с использованием более мощного оборудования. При толщине промерзшего слоя 50 см применяется желонка, а затем свая забивается. Если слой мерзлоты превышает 70 см, погружение свай производится только бурением лидерных скважин.

Для погружения свай в вечномерзлые грунты существуют два метода – бурозабивной и буроопускной. При буроопускном методе сваи погружаются в твердомерзлую почву и пластичномерзлый грунт. Лидерные скважины бурятся немного большего диаметра, чем сваи, и железобетонные конструкции погружаются вибрационным методом, после чего заполняется полость между почвой и свайным столбом грунтовым раствором.

Бурозабивной метод применяется в пластичномерзлых грунтах, где сваи забиваются с помощью дизель-молота. Лидерная скважина заранее создается немного меньшего диаметра, чем свайной столб. Еще одним способом погружения свай является опускной метод, применяемый в твердомерзлой глинистой почве. В этом случае происходит оттаивание лунки вокруг места погружения сваи с помощью электрического или парового прогрева, а затем сваи погружаются с помощью дизель-молотов или вибропогружателей.

В условиях северных регионов России, где встречаются слабые водонасыщенные грунты, для строительства свайных фундаментов используются сваи различных материалов – железобетонные, металлические, деревянные. Длина свай выбирается в зависимости от расчетных нагрузок по проекту.