Технология устройства буронабивных свай с обсадной трубой

Как устроен свайный фундамент?

Свайную конструкцию можно представить как совокупность несущих элементов и ростверка. Элементы опоры могут отличаться по материалу и способу установки. Например, сегодня практикуется использование забивных и винтовых свай. Чтобы определить, какое расстояние между сваями в свайном фундаменте, необходимо учесть допустимую глубину залегания, материал изготовления и другие параметры несущих изделий – так выполняется расчет количества элементов и шага между ними. Не менее значима и функция ростверка, который обеспечивает связку отдельно стоящих опор. Он может реализовываться в разных видах и конструкциях, но, как правило, устройство данного компонента всецело зависит от техники внедрения и укрепления свай.

Преимущества конструкции

Фундамент с буронабивными сваями и монолитным ростверком – наилучший вариант объединения двух технологий (бетонный армопояс и свайное основание), которые в тандеме обеспечивают наилучшие эксплуатационные характеристики. Прежде, чем обустраивать фундамент данного типа, необходимо изучить его особенности.

Основные достоинства свайного фундамента с ростверком:

• Высокая несущая способность – конструкция выдерживает нагрузки здания из любого материала, а проложенная гидроизоляция позволяет сделать сооружение практически неуязвимым для внешних негативных факторов.
• Отсутствие разрушительного влияния процесса строительства на соседние здания – строить дом можно даже рядом с другими сооружениями.
• Возможность построить надежный прочный дом в сложных геологических условиях – на болотистых участках, в местах высокого пролегания грунтовых вод, в пучинистом грунте.
• Простота технологии, минимальный объем земляных работ.
• Отсутствие в необходимости привлекать квалифицированных специалистов (при условии умения выполнить расчеты, все продумать), тяжелую технику – все работы проводятся непосредственно на строительном объекте.
• Прочность – обеспечивается тем, что сваи забивают глубоко, ниже глубины промерзания грунта.
• Возможность обустроить фундамент на буронабивных сваях с ростверком на сложных участках – где есть уклоны, когда не хочется портить окружающий рельеф.
• Выбор любого материала для строительства здания – даже самого массивного.
• Невысокая стоимость в сравнении с другими видами фундамента с похожими свойства и параметрами.
• Высокая скорость строительства – фундамент сооружается за 4-7 дней.

Область применения фундамента

Свайно-ростверковый фундамент подходит для кирпичных, каркасных, деревянных и блочных домов.

Такие основания целесообразно устраивать на участках с пучинистыми, торфяными и плавающими грунтами, в местах со сложным рельефом, высоким залеганием подземных вод, в зонах с повышенной сейсмической активностью.

Кроме того, буронабивные сваи с монолитными ростверками возводятся:

• в условиях плотной городской застройки, когда невозможно выполнить забивные сваи из-за динамических и статических воздействий на близлежащие здания;
• при возведении массивных промышленных сооружений;
• под деревянные здания или постройки, выполненные по каркасной технологии.

Сваи устанавливаются строго вертикально по периметру зданий в углах, местах пересечения стен, по периметру наружных и внутренних несущих стен.

Расстояние между конструкциями зависит от общей массы объекта и определяется расчетами.

Ростверк монтируется горизонтально. Он объединяет сваи в единую конструкцию и перераспределяет нагрузки от сооружения на грунт.

Количество свай фундамента определяется проектными расчетами.

Свайные фундаменты с ростверком целесообразно устраиватьна сложных рельефах, со слабыми, пучинистыми или глубоко промерзающими грунтами.

Расчет несущей способности

Общий вид готового буронабивного основания строения Чтобы подсчитать требующееся количество опор, нужны два показателя − вес конструкции и несущая способность отдельно взятого элемента. Расчет прочности одной свайной опоры зависит от марки используемого бетонного раствора. Так, при изготовлении сваи из М 100, она выдерживает 100 кг на 1 см². При сечении 20 х 20 см, площадь будет равна 400 см², а опора сможет выдержать до 40 т.

Таким образом, несущая способность грунта намного меньше, чем у самой сваи. Согласно этому, расчет точного количества элементов и несущей способности всей свайно-ростверковой конструкции невозможен без учета прочности грунта. Ранее был приведен расчет для заложения опоры ниже уровня промерзания. Но при изменении сечения, совершенно другой будет площадь и несущая способность свайно-ростверкового основания.

Ростверк – объединяющий состав свайно-ростверковой конструкции, повышающий устойчивость основания. При выборе устройства свайного фундамента без него, потребуется расчет, который сможет гарантировать, что все элементы устанавливаются на достаточную глубину. Тогда можно быть уверенным, что конструкция не просядет, и не будет «выдавлена» влиянием сил морозного пучения.

Сбор нагрузок

Перед расчетом буронабивного фундамента также необходимо выполнить сбор нагрузок от всех вышележащих конструкций. Потребуется два отдельных вычисления:

• нагрузка на сваю (с учетом ростверка);
• нагрузка на ростверк.

Это необходимо потому, что отдельно будет выполнен расчет ростверка свайного фундамента и характеристик свай.

При сборе нагрузок необходимо уесть все элементы здания, а также временные нагрузки, к которым относится масса снегового покрова на крыше, а также полезная нагрузка на перекрытие от людей, мебели и оборудования.

Для расчета свайно-ростверкового фундамента составляется таблица, в которую вносится информация о массе конструкций. Чтобы рассчитать эту таблицу, можно пользоваться следующей информацией:

Собственный вес фундаментов и ростверка определяется в зависимости от геометрических размеров. Сначала требуется вычислить объем конструкции. Плотность железобетона при этом принимается равной 2500 кг/куб.м. Чтобы получить массу элемента, нужно объем умножить на плотность.

Каждую составляющую нагрузки нужно умножить на специальный коэффициент, который повышает надежность. Его подбирают в зависимости от материала и способа изготовления. Точное значение можно найти в таблице:

Инженерные изыскания

При возведении дома для расчётов свайного фундамента в обязательном порядке требуется проведение инженерных изысканий. Они помогут определить параметры грунта, оценить его несущую способность, а также подобрать оптимальный диаметр свай с запасом по прочности и минимизировать затраты на его закладку. Помимо этого, в ходе проведения работ будут определены физические параметры, без которых выполнить точный расчёт невозможно.

При строительстве объекта пользоваться данными проведённых изысканий для близкорасположенного здания не рекомендуется. Информация о несущей способности и плотности почв может существенно отличаться, так как залегающие слои грунта могут иметь другой химический состав. Данные соседних участков можно использовать только в том случае, если они расположены не далее 5 м от застраиваемого и были получены относительно недавно.

Отбор образцов грунта В инженерные изыскания должна входить информация о геологических исследованиях, сейсмической активности, а также прогнозах об изменении структуры грунта при установке свай. Такие данные могут быть получены при проведении следующих работ:

1. При отборе образцов грунта с описанием их состава и типа путём выполнения бурения скважин в нескольких местах участка.
2. При лабораторных исследованиях на выявление физико-химических свойств грунта, а также состава грунтовых вод при их близком расположении к поверхности.
3. Для статического и динамического зондирования грунта для определения механических свойств почвы.
4. Для опытных работ по выявлению влияния установки столбчатого основания на близкорасположенные дома и сооружения.

На основе полученных данных определаются места на участке с возможным проседанием грунта, наличием грунтовых вод, а также возможные очаги сейсмической активности. После этого принимают решение о выборе конкретного типа конструкции фундамента для дома, которая позволит обеспечить достаточный уровень прочности, выдерживать основную нагрузку с запасом в 50% и сдвиговые напряжения, обусловленные пучением или смещением слоёв грунта.

Несущая способность буронабивных свай

Высокая несущая способность обеспечивается посредством укрепления стенок скважины, укрепления грунтов у основания сваи методом цементации и глубиной ее заложения. На несущую способность свай в значительной мере влияет их диаметр и армирование, что повышает их эффективность при восприятии больших нагрузок.

Большим недостатком буронабивной технологии является невозможность расчета несущей способности опор, которая значительно разнится для однотипных свай при одинаковых геологических условиях.

На сегодняшний день в основном применяются буронабивные сваи, имеющие несущую способность в 200−400 тонн, хотя при использовании новейших строительных технологий этот показатель достигает 600 тонн.

Порядок установки

В таких случаях установка винтового основания свайного типа вполне доступна для непрофессионала:

1. Самая трудоёмкая и ответственная часть — сделать расчёты.
2. Готовят необходимый материал и инструменты.
3. По схеме разметки строительной площадки устанавливают винтовые сваи с помощью ручного ворота (желательно это делать вдвоём).
4. Концы стволов выравнивают над землёй по уровню, излишки срезают.
5. В нестабильных грунтах прочность свайного основания усиливают металлической обвязкой на уровне цоколя (уголком или швеллером).
6. Устанавливают ростверк.

Общие строительные навыки, пытливый ум и целеустремлённость — вот условия успешной работы по установке фундамента данного типа.

Особенности проведения испытаний винтовых свай

Испытания винтовых опор Винтовые сваи 108 мм под дом испытывают статическими нагрузками с применением следующих методов:

• Ступенчатой нагрузкой с выжиданием стационарного состояния по вертикальным смещениям на каждой из величин нагружения.
• Непрерывно увеличивающейся нагрузкой.
• Знакопеременным или пульсирующим нагружением.

При ввинчивании винтовой сваи в грунт регистрируются следующие параметры: число оборотов, длительность заглубления, осевая пригрузка и крутящий момент. Периодичность записи данных в журнал определяется величиной погружения сваи на каждые полметра.

Пригрузка вдоль оси определяется плотностью грунта и его структурой. Численно она определяется путём деления теоретического числа оборотов сваи к реальному. Если соотношение имеет значение менее 1, то пригрузка повышается, а при большем — снижается. Оптимальным вариантом, который говорит о правильности настройки испытательной установки, считается равенство полученного значения единице.

Посмотрите видео, как проводятся испытания винтовых опор.

Альтернативный метод

Если вы решили возвести буронабивной фундамент с ростверком, то можете использовать еще одну технологию, которая предусматривает использование метода несъемной опалубки. Последняя остаётся в земле и выполняет роль гидроизоляции. Для этого обычно используются металлические трубы, специальный картон или асбоцемент.

Этот подход позволяет надёжно защитить опоры и исключает перепады высот, создавая прослойку из песка между сваями и стенами скважины. Если грунтовые воды залегают слишком близко к поверхности, то скважины будут заполняться водой быстро. Поэтому перед установкой опор вода откачивается насосом. При этом нижняя часть трубы, которая выполняет роль опалубки, заполняется гидроизолирующим бетоном на метр высоты.

Буронабивные сваи с ростверком, технология возведения которых не столь сложна, могут быть усилены. Для этого применяется армирование. Оно необходимо и при наличии риска экстремальных нагрузок, а также повышенных сдвигающих усилий. Для этого используется каркас из металлических прутьев, диаметр последних может изменяться в пределах от 1 до 1,2 см. Однако можно применить и треугольные конструкции. Дополнительным преимуществом армирования выступает формирование цельного фундамента из опор и ростверка. При этом конструкция обретает повышенную надежность и прочность.

Особенности проведения испытаний винтовых свай

Испытания винтовых опор

Винтовые сваи 108 мм под дом испытывают статическими нагрузками с применением следующих методов:

• Ступенчатой нагрузкой с выжиданием стационарного состояния по вертикальным смещениям на каждой из величин нагружения.
• Непрерывно увеличивающейся нагрузкой.
• Знакопеременным или пульсирующим нагружением.

При ввинчивании винтовой сваи в грунт регистрируются следующие параметры: число оборотов, длительность заглубления, осевая пригрузка и крутящий момент. Периодичность записи данных в журнал определяется величиной погружения сваи на каждые полметра.

Пригрузка вдоль оси определяется плотностью грунта и его структурой. Численно она определяется путём деления теоретического числа оборотов сваи к реальному. Если соотношение имеет значение менее 1, то пригрузка повышается, а при большем — снижается. Оптимальным вариантом, который говорит о правильности настройки испытательной установки, считается равенство полученного значения единице.

Посмотрите видео, как проводятся испытания винтовых опор.

Расчет несущей способности по грунту

Несущая способность — это значение, необходимое для выполнения правильных расчетов. Выполнить расчет можно с помощью нескольких методов.

Предварительный теоретический расчет по формуле Fd = Yc * (Ycr * R * A + U * ∑ Ycri * fi * li), где:

• А — площадь опирания на грунт нижней части единицы конструкции;
• Yc, Ycr, Ycri — коэффициенты, учитывающие условия работы фундамента, основания, сил трения;
• U — периметр разреза сваи;
• fi — сила трения на боковых стенках;
• R — величина несущей способности грунта в месте опирания;
• li — длина боковых частей.

Метод статических нагрузок — это комплекс полевых работ, связанных с практическим нахождением несущей способности.

Это наиболее точный метод:

• На площадке устанавливают пробную сваю;
• Дают конструкции набраться прочности в течение положенного срока;
• Установленный на сваю ступенчатый домкрат передает на нее нагрузку;
• Специальный прибор замеряет усадку сваи;
• На основе полученных данных проводятся расчеты.

Метод динамической нагрузки -на уже установленный свайный фундамент передают ударную нагрузку и после каждого удара определяют усадку и проводят необходимые расчеты.

Метод зондирования — пробную сваю оснащают датчиками, погружают на расчетную глубину и определяют сопротивление грунтов.

После выполнения теоретического расчета необходимо дополнительно выполнить одно или несколько полевых испытаний и дополнительных расчетов на их основании. Это поможет проверить правильность расчетов и изысканий на практике.

Для упрощения расчетов инженерами был создан калькулятор несущей способности грунта с использованием макросов в Excel.

Он способен:

• Построить график изменения несущей способности;
• Разбить толщу пород на слои, основываясь на введенных данных;
• Найти коэффициент работы всей поверхности сваи;
• Учесть коэффициенты, уменьшающие несущую способность.

Роствёрка

Плюс ко всему, если установить буронабивные сваи с ростверком, то основание будет почти не нуждаться в усилении, так как уже изначально у них повыситься устойчивость и прочность, а так же несущая способность. Но с другой стороны, придётся делать дополнительные расчёты, учитывая плотность грунта, глубину его промерзания, климатические условия и многие другие факторы, которые можно опустить при установке обычных свай. Тем не менее, это того определённо стоит.

Обычно сваи заглубляют ниже того уровня, где грунт окончательно замерзает – и на всякий случай её обволакивают дополнительной защитой из рубероида, чтобы максимально увеличить несущую способность. Также подобная защита играет роль и гидроизоляции и уменьшает внешнее давление, которое зимой может достигать таких пределов, что выталкивает часть сваи наружу из почвы.

Роствёрка встречается двух видов:

1. висячая;
2. заглубленная.

В первом случае оставляется расстояние где-то в 1см непосредственно между роствёрком и почвой, из-за чего фундамент получается как бы немного выше, нежели уровень земли, в подвешенном состоянии – и это защищает само здание от холода земли, влаги, а также от возможной деформации грунта в силу каких-либо погодных явлений или климатических особенностей.

Если же взять второй случай на рассмотрение, то роствёрк попросту уходить вглубь земли на 2см.

Также важно не забывать и об армировании. При вертикальном варианте стрежни выводят за вычитанием пары сантиметров на величину длины роствёрки – и данный вывод оказывается выше самой сваи. Если же грунт слишком уж пучинистый, то роствёрку ставят где-то на 15 см над поверхностью почвы.