Свайно-ростверковый фундамент, его конструкция и проектирование

Свайное поле

Когда на выделенном под строительство участке верхние пласты грунта слабые и не могут воспринимать расчётные нагрузки от веса здания, возникает необходимость передачи усилий на более глубоко залегающие плотные и прочные слои. Справиться с этой задачей может только свайно-ростверковый фундамент, и зачастую ростверк — это единственный вариант, который можно спроектировать в условиях строительства среди уже существующей инфраструктуры.

Свайное поле
Свайное поле, обвязанное ростверком, и нанесённой гидроизоляцией

Что такое свайное поле и ростверк, как они взаимодействуют между собой

Фундаментом свайного типа называют конструкцию из группы свай (установленных в грунт вертикальных стержней), наземная часть которых для жёсткости и возможности опирания стен объединена плитой или балкой (ростверком).

Примечание: Одна свая неспособна принять нагрузки и равномерно распределить их на грунт, поэтому приходится проектировать свайные поля. Одиночные сваи обычно применяют в каркасных зданиях, и нередко они одновременно являются и колоннами.

  • Структура свайного поля обусловлена конфигурацией стен здания в плане и типа применяемого ростверка: плитного или ленточного. В первом случае, свайное поле будет сплошным, с равномерным распределением точечных опор. При устройстве ростверка из балок, проходящих под всеми стенами, сваи располагаются рядами или в шахматном порядке.
сваи
Рядное расположение свай

Примечание: В промышленных зданиях с колоннами, либо тяжёлым оборудованием, под которое нужен отдельный фундамент, сваи могут располагаться кустами — небольшими группами по 3…9 опор.

  • Устройство ростверка или плиты даёт возможность всем сваям включаться в работу одномоментно, распределять нагрузки по всему контуру, что обеспечивает равномерность осадки здания. В зависимости от условий строительства, ростверк может располагаться на разной высоте, и по этому признаку делится на три типа: низкий, повышенный, высокий.
  • У низкого ростверка подошва находится на отрицательном уровне (ниже планировочной отметки грунта). Благодаря своему положению он не только может передавать грунту часть вертикальных усилий, но и воспринимает боковые нагрузки от давления грунта при морозном пучении.
низкий ростверк
Схема низкого ростверка
  • Повышенный ростверк не поднимают высоко, но и не заглубляют в грунт. Его подошва опирается непосредственно на него — а вернее, на устроенную между головами свай противопучинистую подушку из песка или с прокладкой пенополистирола (отметка верха подушки совпадает с нулевой). При устройстве опалубки такой конструкции, короб можно делать без дна, что экономит и время, и средства — но передавать нагрузки на грунт повышенный ростверк не может.
  • Высокие ростверки могут располагаться выше планировочной отметки грунта как на 20 см, так и на высоту целого этажа, что бывает при строительстве зданий на местности с уклоном. Такой способ устройства ростверка применяют при возведении сооружений гидротехнического назначения, которые требуется поднять выше уровня воды.
Высокий ростверк
Высокий ростверк под дом

Какие свайные фундаменты бывают

Любые строительные конструкции в первую очередь классифицируют по материалу изготовления. Свая всегда литая и цельная — она не может, как столб, возводиться из штучного кладочного материала. Издавна сваи делали из дерева, так как других материалов попросту не было. Сегодня это уже практически нонсенс, так как даже для лёгких каркасников используют металлические, а то и бетонные сваи.

  • Тем не менее в местностях, где лес не привозной, а местный и дешёвый, деревянные сваи ещё применяют для лёгких построек. Делают их из окоренных брёвен сосны, лиственницы или пихты, в виде заострённых кольев разного диаметра, устанавливают в грунт забивкой или вибропогружением.
  • У деревянных свай масса недостатков: они могут загнивать во влажной среде, да и не во всякий грунт их можно забить без металлического башмака. К тому же размеры свай ограничены длиной и толщиной бревна, поэтому в проектируемом строительстве их не применяют.

На заметку: С изобретением клееной древесины по этой технологии стали изготавливать и сваи длиной до 25 м, но для их установки всё равно нужны металлические элементы (накладки и болты), что удорожает работы и стоимость фундамента в целом. По сути, овчинка выделки не стоит, и вряд ли у деревянных свай есть какое-то будущее.

Деревянные сваи
Деревянные сваи
  • Сталь в качестве материала для изготовления свай стали применять в конце 18 века. Позднее, в 19 веке научились производить профильный металлопрокат, и вариантов сечения свай стало намного больше. А благодаря сварке, позволяющей существенно увеличить длину свай, область их применения сильно расширилась.
  • По типу поперечного сечения металлические сваи делят на две группы: 1) с замкнутым контуром — из труб или сдвоенных швеллеров и двутавров, образующих коробчатый контур; 2) с незамкнутым контуром — из равнобоких уголков, образующих при сварке с накладками крестообразную конструкцию, или одинарных швеллеров и двутавров.
  • Преимущество стальных свай заключается в том, что их практически невозможно повредить при забивке. Они просты в изготовлении и удобны в транспортировке, а благодаря малой площади поперечного сечения (середина-то пустая!), металлические сваи можно забивать даже в полускальные грунты. Однако повышенный расход дорогого металла и его подверженность коррозии, тоже не способствуют популяризации стальных свай.
металлические сваи
Забивные и лопастные металлические сваи

Во второй половине 19 века в ход пошли железобетонные конструкции, в том числе и сваи. У них и самое большое конструктивное разнообразие, и широчайший спектр применения, поэтому о них мы расскажем отдельно.

Чем хороши железобетонные сваи

Наибольшее распространение в масштабном строительстве получили железобетонные забивные сваи, но при возведении малоэтажных домов чаще применяют набивные и буровые сваи. Набивные сваи можно считать комбинированным вариантом, так как оболочка (если она несъёмная), в которую устанавливается каркас и заливается бетон, нередко бывает из другого материала. Хотя, конечно, существуют и железобетонные сваи-оболочки.

Железобетонные сваи
Железобетонные сваи-оболочки

Примечание: Для заполнения набивных свай может использоваться не только бетон, но и песок, щебень, грунтоцементные смеси. Задача таких свай состоит не в восприятии нагрузок от здания или сооружения, а в усилении грунта — например, в болотистой местности.

По способу изготовления сваи бывают:

  1. без оболочки;
  2. с извлекаемой оболочкой;
  3. с неизвлекаемой оболочкой.

Сваи без оболочек можно устраивать в плотных грунтах, не требующих закрепления стенок шурфа. Скважины для них могут устраивать разными способами — например, вытрамбовкой; извлечением предварительно забитого сердечника; бурением. Последний способ даёт возможность разбуривать расширенную пятку, что увеличивает несущую способность свай.

В подготовленную скважину устанавливают каркас, оставляют выпуски для жёсткой связи с арматурой ростверка, заливают бетон, после затвердевания которого выставляют опалубку под ростверк.

Извлекаемую оболочку придумали исключительно для того, чтобы можно было заливать полости скважин, пробуренных в рыхлых, осыпающихся грунтах, исключая вероятность обрушения. Оболочка, как правило, металлическая, длиной до 12 м, диаметром до 40 см. Её устанавливают в скважину, заполняют бетоном на 1 м, и после его утрамбовки вибрированием вынимают.

Операции повторяют до тех пор, пока свая не будет залита по всей высоте. Существуют технологии с использованием извлекаемых оболочек, позволяющие делать уширение подошвы, и даже придавать стволу гофрированную поверхность, лучше удерживающую сваю в грунте.

формирование сваи
Принцип формирования сваи с применением извлекаемой оболочки

Неизвлекаемые оболочки в проектируемом строительстве используют в основном при возведении фундаментов в условиях высокого уровня грунтовых вод, которые могут нарушить процесс твердения бетона. Ну а в частном строительстве несъёмные оболочки используют и на осыпающихся грунтах — просто потому, что так проще, не требуется специальное оборудование.

Оболочка обычно состоит из асбоцементных или пластиковых труб (металлические используют реже по простой причине их дороговизны), активно применяются и оболочки из свёрнутого в гильзы рубероида.

Набивка сваи
Набивка сваи по рубероидной оболочке

По каким признакам классифицируют сваи

Классифицируют сваи вне зависимости от материала изготовления, так как один и тот же признак может быть применим для всех видов, или только для некоторых.

По способу погружения

Существует пять основных методов погружения свай в грунт:

  1. Забивка и вдавливание. Применяется только для свай заводского изготовления, которые погружаются в грунт без предварительной его выемки.
  2. Вибропогружение с выемкой грунта и последующим бетонированием. Только для железобетонных оболочек.
  3. Набивные. Смесь укладывается в выемки, образуемые в процессе обжатия грунта.
  4. Буровые. Устраиваются с предварительным бурением скважин.
  5. Винтовые. Погружаемые в грунт вращением кабестана.
Вдавливание свай
Вдавливание заводских железобетонных свай

По условиям взаимодействия с грунтом

В этой категории всего два пункта: сваи-стойки и висячие сваи. К стойкам относят все существующие сваи, которые опираются на скальные грунты, и все забивные сваи, опирающиеся на малосжимаемые грунты с модулем деформации более 50 МПа (твёрдые глины и крупнодисперсные грунты).

Висячими называют сваи, устанавливаемые на сжимаемых грунтах, без опоры на твёрдый пласт. Они передают нагрузку не только нижним концом, но и боковыми поверхностями, которые удерживаются в заданном положении за счёт силы трения.

взаимодействие сваи с грунтом
Принцип взаимодействия сваи с грунтом

Только забивные сваи и оболочки из железобетона

У железобетонных свай есть свои классификационные признаки:

  • Способ армирования.
    • с продольной ненапрягаемой арматурой и поперечным армированием;
    • предварительно напряжённые, с продольным и поперечным армированием;
    • предварительно напряжённые, только с продольным армированием.
армирование
Вариант поперечно-продольного армирования
  • Форма поперечного сечения:
    • полнотелый квадрат (самый распространённый вариант);
    • квадрат с круглой полостью;
    • прямоугольник;
    • тавр и двутавр;
    • полый круг.
  • Форма продольного сечения:
    • призма;
    • цилиндр;
    • с наклонными гранями (ромб, трапеция, пирамида).
Железобетонная свая
Железобетонная свая с квадратным сечением
  • Конструктивные особенности самой сваи:
    • целая;
    • составная.
  • Конструктив нижнего конца:
    • с плоским концом;
    • с заостренным концом;
    • с уширением (камуфлетной пятой);
    • полые с закрытым концом;
    • полые сквозные.
забивка свай
Процесс забивки свай

Только набивные сваи

У набивных свай есть три способа устройства. Основной из них предусматривает погружение в грунт инвентарной трубы, на нижний торец которой надет оставляемый в грунте башмак. По мере заполнения инвентарная труба постепенно извлекается, бетон сцепляется с башмаком, который далее будет играть роль камуфлетной пяты.

Два других способа связаны с виброштамповкой. Скважина в грунте не бурится, а пробивается по разным технологиям — да и форма сечения у неё не цилиндрическая, а коническая или пирамидальная.

Только буровые и буронабивные сваи

Буровые и буронабивные сваи тоже имеют по три способа устройства.

Буровые:

  1. опоры сплошного сечения, бетонируемые без оболочки, или с извлекаемой оболочкой;
  2. полые с круглым сечением (для устройства полости используется многосекционный сердечник);
  3. грунтонабивные сваи (в готовую скважину трамбуется щебень).

Буронабивные:

  1. с камуфлетной пятой, для которой уширение устраивается взрывом;
  2. с разбуриваемой камуфлетной пятой;
  3. сваи-столбы, устраиваемые по предварительно пробуренной скважине.
бурение для свай
Предварительное бурение для буронабивных свай

Условия, необходимые для устройства свайного фундамента с ростверком

Первый вопрос, с которым нужно определиться при выборе свайного фундамента — это глубина его заложения. Решающее значение здесь имеют такие факторы:

  1. толщина непрочного поверхностного слоя, если он есть;
  2. глубина заложения фундаментов соседних зданий, коммуникаций и сооружений, если строительство ведётся внутри микрорайона или населённого пункта;
  3. вероятность морозного пучения, что зависит от уровня грунтовых вод и типа грунта (важно для устройства ростверка).
установка свай в стеснённых условиях
Сложности возникают, когда монтировать сваи приходится в стеснённых условиях

Чаще всего в гражданских зданиях, не имеющих технических подполий, ростверк проектируют так, чтобы его верх был на 10-15 см ниже планировочной отметки грунта. То есть, если рельеф местности и гидрогеологическая обстановка не препятствуют, предпочтения отдаются низкому ростверку.

В глинистом грунте под его подошвой делается засыпка из крупнозернистого песка или ПГС, на толщину не менее 20 см. В песчаных грунтах, имеющих отличную фильтрационную способность, ростверк заливают по слою природного или шлакового щебня, либо делают под ним бетонную подготовку толщиной минимум 10 см.

Когда проектируется технический этаж, низ ростверка должен располагаться на 30-50 см ниже отметки подвального пола. Заложенная под ним крупнозернистая подсыпка обеспечивает наличие воздушной прослойки, исключающей вероятность морозного пучения — ведь пониженный ростверк всегда располагается в зоне промерзания.

Важно: Высота самого ростверка определяется расчётом балок на изгиб (продавливание). Она должна быть минимум на 25 см больше глубины заделки свай — а это минимум 5 см. Соответственно, минимальная высота ростверка составляет 30 см.

Размеры свайно-ростверкового фундамента
Размеры среднестатистического свайно-ростверкового фундамента для частного дома в 1-2 этажа

Заключение

Свайный фундамент, как таковой, может быть назначен в самых разных грунтовых условиях. Исключением являются глубоко залегающие сильносжимаемые грунты (илы, лёссы, торфы), так как пришлось бы сильно увеличивать длину свай, и тем самым удорожать строительство.

В таких условиях фундамент для дома проще сделать плитный с ростверком: получится дешевле, да и полы по грунту не придётся заливать. Не рекомендуется устраивать свайные поля и на глинистых грунтах с текучей консистенцией, так что анализ грунта является первым и самым главным условием для проектирования свайного фундамента.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

Adblock
detector