Свайный фундамент – технология монтажа, этапы установки

Области применения

Буронабивные сваи в Нижнем Новгороде используются, как анкера с целью упростить строительство, отказавшись от тяжелого ручного труда и сэкономить время и средства на аренде тяжелой строительной техники. Такой подход оправдан сегодня:

• в проведении противооползневых работ и при стабилизации стен котлованов;
• для недопущения осыпания грунта при строительстве тоннелей в горной области;
• при укреплении фундаментов мостовых сооружений;
• при строительстве автомобильных и железных дорог.
• в случаях, когда необходимо укрепить берега рек и конструкции на причалах;
• при прокладке инженерных коммуникаций.

При использовании со свайными фундаментами в Нижнем Новгороде, даже имея небольшой диаметр, анкера способны нести достаточно серьезные нагрузки. Они отлично работаю на растяжение, сжатие, другие виды динамических нагрузок, и способны обезопасить строительный объект от трещин в конструкциях, просадки, перекосов и других проблем, которые часто неизбежны в условиях неустойчивых грунтов.

Какими бывают сваи

Классификация свай производится по нескольким параметрам:

• конструкции – цельные или составные, выполненные из отдельных секций, с острием или тупым нижним концом (открытым, закрытым), с уширениями на разных уровнях или без них;
• по размеру – короткие (жесткие) и длинные (гибкие или средней жесткости);
• форме сечения – круглые и многоугольные, трапецеидальные, пирамидальные и конические, крестообразные, тавровые и двутавровые, сплошные и пустотелые, ровные и переменного поперечного профиля;
• материалу изготовления – деревянные, бетонные или железобетонные, из металла, грунтобетонные, комбинированные;
• характеру работы – висячие и опорные (сваи-стойки);
• технологии монтажа – забивные, винтовые, набивные (частотрамбованные, буронабивные), вдавливаемые;
• способу армирования – с поперечно и продольно установленными ненапрягаемыми или предварительно напряженными стержнями, расположенными в центре, по периметру или углам.

В зависимости от грунтовых условий, конструкции и высоты дома выбирают различные типы свай. К примеру, в качестве свайного фундамента на вечномерзлых грунтах, а также в районах с сейсмичностью, превышающей 6 баллов, не допускается использовать сплошные железобетонные стволы без поперечного армирования. А круглые полые жб сваи великолепно проявляют себя в условиях сейсмичности 7 и более баллов, но использование такого фундамента при строительстве гидротехнических сооружений не допускается.

Назначение и виды свайопределяют вариант их изготовления – в заводских условиях, на площадке или непосредственно в грунте.

Сваи-стойки представляют собой столбы, проходящие сквозь слабые слои и опирающиеся непосредственно на плотные грунтовые пласты. К висячим сваям относятся стволы, передающие нагрузку от сооружения на сжимаемый грунт через свои боковые поверхности.

Для погружения свайного фундамента до необходимой отметки забивным или вдавливаемым способом используют специальное оборудование – молоты, копры или другие установки ударного и вибрационного действия. Они бывают:

• гидравлическими;
• механическими;
• дизельными;
• пневматическими и т.д.

Набивные типы свай выполняются с предварительным бурением скважин или забивкой полых труб в грунт, который в процессе углубления удаляется разными способами. Образованное отверстие впоследствии заполняется бетонным раствором. В зависимости от технологии производства работ и характеристик грунта, оболочки вынимают или оставляют в качестве обсадки. Часто конструкция буронабивных свай предусматривает устройство уширенной пяты, увеличивающей несущую способность фундамента. Отверстие в нижней части образуется механическим путем (разбуриванием) или посредством камуфлетного взрыва.

Винтовые сваи изготавливают из железобетона, либо металла. Они состоят из ствола и винтовых лопастей, расположенных на установленном в нижней части башмаке-наконечнике. Столб может быть как пустотелым, так и сплошным или заполненным бетоном, а лопасти – литыми стальными или чугунными, сварными металлическими и даже пластмассовыми.

Одним из видов свайных фундаментов являются шпунтовые стенки, выполненные из дерева, а также стали или железобетона. Сваи устанавливаются вплотную друг к другу, создавая водонепроницаемое ограждение.

Деревянные сваи

Для деревянных свай используют длинномерную древесину ели и сосны. В определенных ситуациях допускается применять дуб, лиственницу или кедр. В качестве материала выбирают прямоствольные бревна, очищенные от коры. При значительном заглублении допускается выполнять наращивание деревянных свай по длине до 3-4 элементов.

Нижнюю часть стволов заостряют, а в случае погружения в каменистые или слишком плотные грунты – на нее надевают защитные металлические башмаки. Сверху на бревна устанавливают бугель, представляющий собой кольцо из металла. Он предохраняет дерево от возможного разрушения ударным молотом.

Железобетонные сваи

Сборные сваи изготавливаются на заводах, а монолитные – непосредственно на площадках в соответствии с проектом. Арматура может быть обычной, либо предварительно напряженной, а для заливки применяют тяжелые бетоны с соответствующими показателями по морозоустойчивости.

Металлические сваи

Для свай используются трубы, сварные конструкции или прокатный профиль. Изделия небольшого диаметра допускается погружать закрытыми снизу коническими наконечниками. В качестве защиты от коррозии поверхность металлических свай обрабатывают:

• битумом;
• каменноугольными смолами;
• др. антикоррозийными составами.

Выбор, определяемый расчётом

На выбор конструктива фундамента при проектировании промышленных зданий сначала влияет тип основания, на который ему предстоит опираться. Оно может быть как естественным, так и искусственным (насыпным) и иметь разные несущие способности.

Насыпное основание

Согласно с результатами полученных изысканий, определяется тип и конструкционные особенности фундамента, материал его исполнения, размеры в сечении и глубина заложения.

Примечание! Если нужно разрабатывается перечень мероприятий, которые помогают уменьшить зависимость сооружения в процессе эксплуатации от протекающих в грунтовых основаниях деформационных процессов.

Предельные состояния грунтов

Естественные и насыпные основания обязательно просчитываются по двум видам предельного состояния:

1. Деформациям – рассчитываются в любом случае. В расчётах учитывается совокупное действие нагрузок и влияние внешних факторов (например, грунтовых вод, способных ослабить прочность грунта).
2. Несущей способности. Такие расчёты производятся, когда есть опасность воздействия горизонтальных нагрузок – например, сейсмических, либо здание находится на скальном основании или в непосредственной близости с откосом и сместить положение фундамента невозможно. При проектировании подпорных стенок такой расчёт выполняется обязательно.

На подпорные стенки действует горизонтальное давление грунта

Кроме того, при проектировании необходимо предусматривать вероятность изменения гидрогеологии участка застройки не только в процессе исполнения работ, но и в будущем, при использовании здания. Проблемы могут вызваны:

• естественными колебаниями отметки зеркала подземных вод, как сезонных, так и многолетних;
• образованием верховодки (локализации поверхностной воды в пустотах грунта выше УГВ);
• техногенными изменениями, влияющими на уровень залегания подземной воды;
• степенью её агрессивности как по отношению к грунту, так и к материалам заглубляемых конструкций.

Верховодка может доставлять немало неприятностей строителям

Гидрогеология

Возможные изменения гидрогеологической обстановки и вероятности подтопления на участке застройки должны оцениваться в процессе инженерных изысканий. Во всяком случае, для зданий I и II класса (жилые и общественные), это обязательно. При неблагоприятном развитии событий, проект сразу же предусматривает работы по укреплению грунта, дренажу и водопонижению, либо усиленной гидроизоляции (о способах гидроизоляции фундаментов читайте в статье).

На заметку! При закладке фундаментов ниже пьезометрического уровня (в случае с напорными водами), необходимо принять меры, предупреждающие их прорыв. Это чревато вспучиванием днища котлована и всплытием уже установленных конструкций.

Механическое укрепление стенок котлованаУстановка паркеров под инъекционное укрепление грунтаЦементация грунтаИглофильтровое водопонижение на стройплощадке

Заглубление подошвы фундамента

На выбор глубины заложения фундамента промышленного здания влияют:

Примечание: нормативные данные по глубине промерзания получают путём извлечения усреднённого показателя из суммы данных не менее чем за 10 зимних сезонов. Наблюдения производятся на площадке с ровным рельефом, очищенной от снежного покрова. Такие данные, как и сведения об уровнях грунтовых вод, отражаются на карте.

Карта промерзания грунтов

Продольно-поперечное армирование

Для продольно-поперечного армирования ЖБ свай используются сварные каркасы, состоящие из продольных арматурных прутьев и приваренной к ним арматурной сетки либо горизонтальных перемычек.

Рис. 1.2: Схема продольно-поперечного армирования свай Шаг поперечной арматуры на крайних частях свайного столба должен составлять 10 см, в средний части — 30 см (для конструкций длиною до 12 метров) либо 20 см (для свай свыше 13 метров). Объемные армокаркасы, в зависимости от формы сваи, могут быть круглыми либо квадратными.

Рис. 1.3: Продольно-поперечный армокаркас для железобетонных свай

Продольно-поперечно армированные сваи дополнительно укрепляются посредством арматурной сетки на оголовке и металлической обоймы на острие, которые жестко фиксируются со стержнями основного арматурного каркаса.

Рис. 1.4: Стальная обойма на армокаркасе железобетонной сваи

Классификация свай

По различным основаниям сваи классифицируются на сот ни групп ,при этом каждая из них используется при определенных условиях и по определенным правилам. Рассмотрим более подробно каждую из них. Во-первых, в зависимости от типа материалов сваи делятся:

• деревянные;
• металлические;
• железобетонные;
• бетонные.

Более подробно описание каждого их видов будет проводиться чуть ниже. В зависимости от формы поперечного сечения поверхности сваи делятся на:

• круглые;
• квадратные;
• прямоугольные.

Круглые применяются при строительстве в глинистых грунтах и вворачиваются винтовым способом, без применения отбойных механизмов. Квадратные и прямоугольные используются в более твердых видах почв и монтируются при помощи отбойных механизмов типа-кувалд. В зависимости от конструкционных особенностей сваи делятся на цельные и составные. Цельные сваи — монолитные железобетонные стволы, длина которых варьируется в пределах 6-20 метров, они могут обладать продольным либо продольно-поперечным армированием. Составные сваи — многосекционные конструкции, состоящие из верхней и нижней части, стыкующиеся в процессе погружения с помощью сварки либо болтового соединения. Общая длина составных может доходить до 48 м, они используются при строительстве на участках, с толстым слоем слабой поверхностной почвы, для прорезки которой недостаточно длины цельных свай.

Рис. 1.1: Составные сваи

В зависимости от способа работы в грунте железобетонные опоры классифицируются насваи-стойки и висячие сваи. Отличия между ними заключаются в том, что устойчивость свай-стоек достигается за счет опирания подошвы столба на высокоплотный слой грунта. Они погружаются на глубину до 20-ти метров, минуя слабые поверхностные пласты грунта. Такие опоры считаются наиболее надежными, они не дают усадки в процессе эксплуатации и обладают высокой устойчивостью к горизонтальным и выталкивающим нагрузкам.

Рис. 1.2: Схема свай-стоекВисячие сваи получают устойчивость за счет силы трения стенок ствола с окружающей его почвой. Боковой контур сваи принимает на себя и распределяет по грунту около 70% всех получаемых сваей нагрузок от массы здания. Такие опоры редко используются в качестве одиночных свай, основная сфера их применения — обустройство свайных кустов и плотных свайных полей, где за счет уплотнения грунта рядом стоящими сваями достигается максимальный уровень их устойчивости.

Рис. 1.3: Схема висячих свай

По способу расположения в грунте свайные опоры делятся навертикальные и наклонные. Вертикальные опоры используются для обустройства фундаментов в стабильных грунтах, не оказывающих на фундамент здания сильных горизонтальных нагрузок. На участках со склонной к сдвигам почвой фундаменты дополняются наклонными сваями (погруженными с уклоном от вертикали до 30 градусов), которые выполняя функцию боковых распорок придают фундаменту дополнительную устойчивость к деформациям.

Рис. 1.4: Опоры моста из наклонных свай

В зависимости от способа установки можно выделить:набивные и забивные. Их основное различие сводиться к механизма, применяемым при их монтаже. Кроме того набивные устанавливаются в заранее пробуренные скважины, а забивные погружаются в песчаный или глинистый грунты. В зависимости от месторасположения и принимаемой нагрузки сваи делятся на: центральные и вспомогательные. Центральные сваи принимают на себя всю нагрузку фундамента, а вспомогательные лишь нагрузку с эксцентриситетом. Смотрите так же:

1. Несущая способность грунта
2. Винтовые сваи, преимущества

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.

Также следует отметить, что в большинстве случаев стоимость свайного фундамента будет выше, чем аналогичных фундаментов мелкого заложения.

Методика проведения испытаний

Важно, чтобы нагружение испытуемой сваи происходило равномерно. Не следует допускать ступенчатые нагрузки или удары. При разработке программы определяется величина максимальной нагрузки. В процессе испытаний обеспечивается усилие, которое не должно превышать 1/10 от расчетной величины.

При работе на крупнообломочных грунтах заглубление натурных свай можно допускать в три ступени. Это же правило касается и плотных песков, глинистых грунтов плотной консистенции.

Если диаметр сваи больше 80 см, можно производить испытания отдельно для ее нижнего конца и боковой поверхности.

Обязательно оформляются отчеты об испытаниях – определяются и фиксируются показания приборов на каждом из этапов нагружения. Первый отчет формируется еще до начала действия нагрузки. Второй – сразу после начала нагружения, далее – через определенные интервалы времени, в соответствии с разработанной программой.

Важно учитывать, что показания приборов не должны отличаться более следующих значений:

• 20 % при осадках более 5 мм,
• 30 % при осадках 1-5 мм,
• 50 % при осадках менее 1 мм.

В качестве критерия условной стабильности принимают осадку оборудования на текущей стадии нагружения, если за час она не превысила 0.1 мм, при условии, что под нижним концом – грунты, относящиеся к тугопластичной категории. Если почвы глинистые или сыпучие, временной интервал увеличивают в два раза.

Важно довести нагрузку до такой величины, чтобы полная осадка натурной сваи происходила за 40 минут или более. Если в работе свая-зонд или эталонная, то это время должно составлять более 20 минут.

Если осадки меньше, проверка должна продолжиться не менее 5 часов, даже если достижение принятой условной стабилизации произошло ранее. Это правило является обязательным, если в программе не предусмотрен другой временной интервал.

При работе с плотными или крупнообломочными грунтами важно, чтобы нагрузка была доведена до программных значений. Однако она не может быть меньше полуторного значения показателя, который способна выдерживать свая по документации. Также она не должна быть больше расчетного сопротивления материала ствола сваи.

Разгрузку всех видов свай осуществляют тогда, когда достигнуто максимальное нагружение. Это организовывается ступенями. После прохождения каждой из них снимают показания приборов. Как правильно вести журнал и фиксировать показания, описано в соответствующем ГОСТе.

Материалы

Для самостоятельного возведения буронабивного свайного фундамента потребуются:

• Стеклопластиковая или металлическая арматура диаметром 1 см;
• Цементный раствор;
• Смесь из песка и гравия;
• Бур с диаметром 20 см;
• Бетономешалка;
• Опалубка свай (труб из металла, пластика или асбестовых труб), либо рубероид;
• Кровельные доски из хвойных пород для изготовления опалубки;

Примерное количество материалов и свай можно вычислить после расчета глубины и площади фундамента, веса будущей нагрузки при эксплуатации.

Порядок создания проекта

Последовательность инженерных расчетов в ходе планирования силовой конструкции:

Особенности разработки плана для основания на железобетонных забивных сваях

При проектировании фундамента с использованием железобетонных силовых элементов в ходе расчета грузоподъемности одной сваи учитывают не только сопротивление почвы под опорной площадью основания, но и давление к вертикальным стенкам опоры со стороны грунта.

Формула для определения несущей способности ж/б опоры:

F_d=Y_cr (F_df+F_dr), где

• Y_cr — коэффициент общих условий работы почвы;
• F_df – сопротивление слоев почвы под опорной площадью сваи;
• F_dr – сопротивление грунта к боковым стенками опоры.

F_df=Y_cr×R×A, где

1. R – расчетное сопротивление грунта на участке,
2. А – площадь опорной поверхности.

F_dr=U×Y_cr×F_i×H_i, где

• U — периметр сечения опорного столба;
• F_i – сопротивление отельных слоев почвы к боковой поверхности сваи;
• H_i — толщина слоев почвы, которые взаимодействуют со стенкам опоры.

Требования санитарного контроля

Правилами СНиП контролируется необходимый этап срезки экологически чистого плодородного слоя перед разметкой свайного поля. В дальнейшем почва используется для рекультивации сельскохозяйственных земель и озеленения района.

Допускается не снимать плодородные слои, если:

• его высота менее 10 см;
• на заторфованных и заболоченных участках;
• почва с низким плодородием.

В соответствии с требованиями санитарного контроля на участках, где по данным экологических исследований имеются выделения из почвы газа радона, торина или метана, необходимо реализовать мероприятия:

• по снижению концентрации газов;
• для изоляции соприкосновения конструкций с грунтом.

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:

• экологичность;
• способность к восстановлению прежних свойств после некоторого давления;
• простоту монтажа;
• невысокую стоимость.

Строительная техника для погружения свай в грунт

Применяемая строительная техника для погружения свай в грунт:

• Копёр — устройство для установки свай в проектное положение.
• Дизель-молот — устройство для забивания свай в землю.
• Вибропогружатель — машина для погружения свай в песчаные и глинистые грунты.
• Гидравлический молот — сменное рабочее оборудование гидравлических экскаваторов, гидрофицированных машин (стационарных глыборазбивочных установок, погрузчиков, манипуляторов, сваебойных копров), используемое для обработки прочных материалов (горных пород, грунта, металла) или погружения свайных элементов действием ударов падающих частей, разгоняемых жидкостью, находящейся под высоким давлением.
• Сваевдавливающая установка — машина для погружения свай в грунт методом передачи статического усилия.
• Универсальная бурильная машина (УБМ-85) — техника на базе УРАЛа или КАМАЗа для погружения винтовых свай СВЛ-219, СВЛ-325.