2. Конструкция свайного фундамента. Сваи набивные и забивные. Конструкция сплошного фундамента

Строительство любого дома начинается именно с закладки надежного, прочного фундамента. Строительсво фундамента - это, безусловно, один из важнейших этапов возведения долговечного строения: будь то традиционный деревянный дом, уютный коттедж или летняя дача для комфортабельного отдыха. 

Фундамент - опорная часть конструкции, компенсирующая нагрузку от здания. В зависимости от типа грунта может возникнуть необходимость в его укреплении. Искусственным называется основание, состоящее из уплотненной почвы. А естественным - грунт в его исходном состоянии.
Для возведения фундамента используются материалы повышенной прочности с высокой устойчивостью к воздействиям внешней среды, например, перемены температуры, влияния грунтовых вод. К таким материалам относятся бетон, железобетон, бутовый камень, железобетонные плиты и блоки. На сегодняшний день наиболее предпочтительным считается использование монолитного железобетона.

В зависимости от типа материала для постройки стен выбирается вид фундамента. От того, как построен фундамент зависят прочность и долговечность дома. Функции фундамента включают в себя передачу нагрузки от здания грунту, а также сопротивление влиянию грунтовых вод и мороза.

Вид фундамента, глубина залегания и выбор материала для его строительства определяются геодезическими характеристиками почвы, конструкцией и строительным сырьем для будущего дома. Глубина его залегания должна быть ниже уровня промерзания грунта, что для средней полосы составляет 80 - 100 см, но выше уровня грунтовых вод. При соблюдении этих условий дом будет иметь крепкий и надежный фундамент, в противном случае, потребуется укрепление грунта, особенно при разработке проектов с заглубленными гаражами или другими подвальными помещениями. Если грунтовые воды залегают высоко, то возможно прибегнуть к насыпям, чтобы повысить уровень отмостки здания. Также следует обратить внимание на свойства самого грунта.

Свайные фундаменты незаменимы в тех случаях, когда строительство ведётся на неустойчивых грунтах. Это самая подходящая конструкция фундамента для крупногабаритного строительства. В основе конструкции фундамента используются сваи - столбы с заострёнными нижними концами.

Бороться с грунтовыми водами можно при помощи свай.

Устройство свайного фундамента

Основная особенность конструкции этого типа - использование свай.
Сваи - это столбы с заострёнными нижними концами.
Их вбивают либо вкручивают в землю с помощью малогабаритного оборудования. Сваи в таких фундаментах упираются в более твёрдые слои грунта, проходя сквозь слабые и подвижные. На эти твёрдые слои грунта и преподает нагрузка от всего здания. Каждая свая может выдержать нагрузку от 2 до 5 тонн! Далее верхняя часть всех свай соединяется балками - образовывается жёсткая надёжная конструкция.

Изготовление сваи фундамента непосредственно в грунте

Иногда используют такую конструкцию свайного фундамента, когда сваи изготавливаются непосредственно в грунте. Для этого бурят скважину, вставляют в неё арматурный каркас и полые трубы. Далее всё это заливают бетоном. После чего бетон необходимо уплотнить утрамбовкой или вибрацией.

Эта конструкция фундамента на сваях практически ничем не отличается от столбчатого фундамента. Разница лишь в размере и несущей способности. Свая - это большой столб.

В каких случаях применяют свайные фундаменты?

Для некоторых городов, например, Санкт-Петербурга и Венеции фундаменты на сваях являются характерными из-за специфики грунтовых вод.

Свайный фундамент используют в тех случаях, когда верхний слой грунта не в состоянии выдержать большую тяжесть, либо при высоком уровне грунтовых вод и на плывунах. Конструкция свайного фундамента является наиболее подходящей для крупногабаритного строительства. В частном строительстве такие фундаменты используют довольно редко.

Свайные фундаменты Он-лайн энциклопедия зданий / http://www.zdanija.ru/.. Основными элементами свайных фундаментов являются собственно сваи, оголовки и ростверки (рис. 4-5). Сваи представляют собой железобетонные, бетонные и реже деревянные или металлические стержни, погруженные в грунт ударным или вибрационным способом, ввинчиванием, или бетонируемые на месте, в заранее пробуренных скважинах.

Свайные фундаменты в плане могут состоять из (см. рис. 4, д ) одиночных свай -- под опоры; лент свай -- под стены здания, с расположением свай в один, два и более рядов; кустов свай -- под тяжело нагруженные опоры; сплошного свайного поля -- под тяжелые сооружения с равномерно распределенными по плану здания нагрузками.

Расстояние между сваями и их число определяют расчетом. Минимальное расстояние между висячими сваями принимают 3d (где d -- диаметр круглой или сторона квадратной сваи). Расстояние в свету между сваями-оболочками должно быть не менее 1 м. Примеры конструктивного решения свайных, фундаментов разных типов показаны на. рис. 4, е, ж, и.

Рис.5 Типичные схемы свайных фундаментов:

а - с низким ростверком, б - с высоким ростверком, в - безростверковый, г - свая-колонна, д - комбинированный свайный фундамент;

1 - сваи, 2 - ростверк, 3 - наголовник, 4 - конструкция перекрытия, 5 - сборный железобетонный «стакан», 6 - монолитный бетон, 7 - колонна.

Сваи в фундаментах под стены зданий обычно располагаются параллельными рядами (обычно в 1…4 ряда в зависимости от погонной нагрузки и несущей способности принятых свай). При восприятии сосредоточенных нагрузок от отдельных опор сваи располагаются «кустами» (чаще всего по 4…12 свай). Если несущая способность свай достаточно высока или сосредоточенная нагрузка мала, можно ограничиваться одной сваей под опору («односвайный фундамент»). В частности, при нагрузках на опору менее 300кН очень эффективными могут быть сваи-колонны, выполняющие одновременно функции фундамента и колонны (рис. 5 г).

Ростверки выполняются из монолитного, реже сборного железобетона. Если ростверк опирается непосредственно на грунт, он называется низким (рис. 5а), если между ним и грунтом остается зазор - высоким (рис 5б). В ряде случаев могут быть наиболее эффективными безростверковые свайные фундаменты: на сваях монтируются железобетонные наголовники (на строго заданных отметках), и надземные конструкции опираются непосредственно на них (рис. 5 в).

Последние десятилетия разработано много новых конструкций свайных фундаментов, которые экономически более эффективны, чем традиционные типы, но чаще всего сложней их. В качестве примера на рис. 4д приведена конструкция «комбинированного свайного фундамента». Забивается железобетонный стакан (рис.5/5), через который затем погружаются наклонно две сваи (рис.5/1) (иногда одна). Полость стакана частично заполняется бетонной смесью (рис.5/6) , так что образуется днище для опирания колонны (рис.5/7). После установки колонны оставшаяся часть полости вокруг этой сваи замоноличивается окончательно. Таким образом, стакан (рис.5/5) выполняет функцию ростверка.

В настоящее время сваи изготовляются в основном из железобетона. В отдельных случаях могут использоваться другие материалы (дерево, сталь), но это бывает редко. В мировой практике известно около 500 видов свай, однако, широкое применение имеют лишь очень малая их часть. Существуют различные классификации свай, среди которых в первую очередь следует назвать разделение свай по месту их изготовления:

· сваи, изготовляемые на заводе, доставляемые в готовом виде на строительную площадку, и погружаемые в грунт забивкой, вибрированием или вдавливанием (такие сваи обычно называют «забивными» независимо от способа погружения)

· сваи, изготовляемые непосредственно на строительной площадке (с использованием специальных машин и монолитного бетона).

На рис. 6 приведены наиболее типичные конструкции свай.

Рис.6 Наиболее распространенные типы железобетонных свай:

а - предварительно изготовленные (забивные) сваи: 1- призматическая, 2 - свая-оболочка (полая круглая), 3 - пирамидальная;

б - сваи, изготовляемые непосредственно на строительной площадке: 4 - буровая без уширений, 5 - буровая (или набивная) с уширениями

В зависимости от способа погружения в грунт различают забивные, набивные, сваи-оболочки, буроопускные и винтовые сваи.

В нашей стране наибольшее распространение получили предварительно изготовленные (забивные) сваи (рис. 6а), что в значительной мере связано с суровыми климатическими условиями нашей страны, а также с общей ориентацией строительной отрасли быв. СССР на сборный железобетон.

Представленные на рисунке 5 типы свай неравноценны по широте применимости. Превалируют призматические сваи (поз 1 рис. 6), доля которых превышает 90% общего объема свай, применяемых в строительстве. Согласно стандартам их сечения могут быть от 0,2?0,2м до 0,4?0,4м, длина - от 3м до 20м. Фактически подавляющее большинство применяемых призматических свай в строительстве имеет поперечное сечение 0,3?0,3м и длину 6…12м. При значительной глубине погружения сваи могут быть составными, т.е. стыковаться.

Нижний конец призматических свай может быть заостренным, но может и не иметь острия (см. узел «А» на рис. 6). В ряде регионов применяются только сваи без острия, которые по своим технологическим качествам не хуже свай с острием, а изготовление их проще.

Сваи-оболочки (поз. 2 рис. 6) применяются для восприятия повышенных нагрузок. При диаметре до 0,8м они погружаются забивкой, при больших диаметрах - вибрированием (вибропогружателями). Пирамидальные сваи (поз. 3 рис. 6) применяются редко (обычно при наличии прочного верхнего слоя).

Забивные Он-лайн энциклопедия зданий / http://www.zdanija.ru/ железобетонные и деревянные сваи погружают с помощью копров, вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов. Эти сваи получили наибольшее распространение в массовом строительстве. Железобетонные забивные сваи и сваи-оболочки могут иметь обычную и предварительно напряженную арматуру и изготовляться цельные и составные, из отдельных секций. В поперечном сечении они могут быть квадратные, прямоугольные, квадратные с круглой полостью и полые круглые: обычные сваи диаметром до 800 мм, а сваи-оболочки - свыше 800 мм. По продольному сечению сваи могут быть призматические и с наклонными боковыми гранями - пирамидальными, трапецеидальными и ромбовидными. Нижние концы свай могут быть заостренными или плоскими, с уширением или без него, а полые сваи - с закрытым или открытым концом и с камуфлетной пятой. В последнее время получили распространение новые конструкции свай с корневидным основанием. На рис. 4. г представлены различные виды забивных свай и свай-оболочек.

Деревянные забивные сваи устраивают там, где существуют постоянные температурно-влажностные условия. Деревянные сваи могут быть цельные или срощенные по длине; из одиночных бревен или пакетные. Их изготовляют из бревен хвойных пород, очищенных от коры и сучьев.

Сваи, изготовляемые непосредственно на строительной площадке (поз. 4 и 5 на рис. 6), чаще всего представляют собой заполненные бетоном скважины (диаметром 0,3…0,8м, глубиной 10…20м). В такие скважины может быть заблаговременно установлена арматура. Если скважины образованы путем бурения, сваи называют буровыми, путем принудительного отжатия - набивными. Для повышения несущей способности таких свай в нижнем конце, (а иногда и на нескольких уровнях) устраиваются уширения. Глубины таких свай чаще всего такие же, как и забивных. В мировой практике известно очень много способов устройства скважин, устройства уширений, способов укладки бетона.

Набивные сваи устраивают методом заполнения бетонной или иной смесью предварительно пробуренных, пробитых или выштампованных скважин. Нижняя часть скважин может быть уширена с помощью взрывов (сваи с камуфлетной пятой).

Буроопускные сваи отличает oт набивных то, что в скважину устанавливают готовые железобетонные сваи с заполнением зазора между сваей и скважиной песчано-цёментным раствором.

В зависимости от свойств грунтов все сваи могут или передавать нагрузку от здания на практически несжимаемые грунты, опираясь на них своими нижними концами (так называемые сваи-стойки), или при сжимаемых грунтах передавать нагрузку на грунт боковыми поверхностями и нижним концом за счет сил трения (висячие сваи).

Для равномерного распределения нагрузки на сваи по их верхним концам непосредственно на сваи или на специально устраиваемые уширения верхних концов -- оголовки укладывают распределительные балки или плиты, называемые ростверками. Железобетонные ростверки могут быть сборные и монолитные. В последнее время разработаны конструктивные решения свайных фундаментов без ростверков. Плиты перекрытия в этих случаях опивают на сборные оголовки свай (см. рис.4. в). Проектирование свайных фундаментов ведут в соответствии со специальными нормами 1 - СНиП П-17-77 «Свайные фундаменты. Нормы проектирования». М., 1978. на основе результатов инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий исходя из конструктивных особенностей и нагрузок, характерных для здания.

За рубежом сваи, изготовляемые на строительной площадке, используются шире, чем готовые сваи, погружаемые забивкой или другими способами.

Сплошной фундамент

Необходимость возведения сплошного фундамента возникает при строительстве на так называемых «плавающих» грунтах, а также на почвах с высоким залеганием грунтовых вод. Например, на песчаных подушках, слежавшихся свалках, вспучивающихся грунтах.

Плитные фундаменты сооружаются под всю площадь здания в виде либо монолитной плиты, либо железобетонной решетки. Такой фундамент целесообразен для строительства небольших компактных сооружений, не требующих высокого цоколя, например, гаражи, бани, мастерские. Для возведения более массивных зданий прибегают к использованию ребристых плит или армированных перекрестных лент.

К плюсам сплошного фундамента относятся: его способность выравнивать вертикальные и горизонтальные перемещения грунтов, исключать проникновение в подвальные помещения грунтовой воды даже под большим гидростатическим давлением, а также простота сооружения. Наиболее часто этот тип используют для придания фундаменту качества пространственной жесткости. Но ввиду большого расхода материалов на его возведение, он весьма дорог для потребителя со средним уровнем дохода.

Сплошные фундаменты Он-лайн энциклопедия зданий / http://www.zdanija.ru/ проектируют в виде балочных или безбалочных, бетонных или железобетонных плит. Ребра балочных плит могут быть обращены вверх и вниз. Места пересечения ребер служат для установки колонн каркаса. Пространство между ребрами в плитах с ребрами вверх заполняют песком или гравием, а поверх устраивают бетонную подготовку. Бетонные плиты не армируют. Железобетонные армируют по расчету. При большом заглублении сплошных фундаментов и необходимости обеспечить большую их жесткость фундаментные плиты можно проектировать коробчатого сечения с размещением между ребрами и перекрытиями коробок помещений подвалов. На рис. 7 показаны различные варианты решений сплошных фундаментов.

Рис. 7. Сплошные фундаментные плиты

Эффективность применения того или иного типа фундаментов зависит от объема, стоимости, трудоемкости и расхода материалов.

Как следует из сравнения, наиболее экономичные из ленточных фундаментов -- бутобетонные (табл. 1). Однако по трудоемкости и всесезонности предпочтительней сборные бетонные.

Свайные фундаменты экономичнее ленточных на 32--34 % по стоимости, на 40 % по затрате бетона и на 80 % по объему земляных работ. Такая экономия позволяет снизить стоимость здания в целом на 1 --1,5 °/о, затраты труда на 2 %, расход бетона на 3--5 %. Он-лайн энциклопедия зданий / http://www.zdanija.ru/ Однако затраты стали увеличиваются на 1--3 кг на 1 м².