Свайный фундамент: особенности, преимущества и недостатки, этапы монтажа

Виды фундаментов для участков с пучинистыми грунтами и их устройство

Пучинистыми грунтами называют грунты в основе которых преобладают глинистые и пылевидные песочные породы, имеющие в своем составе более 30% пылевидных частиц, не превышающих 0,1 мм в диаметре.

Подобные грунты имеют свойство вспучиваться при накоплении влаги и дальнейшем замораживании, то есть, увеличиваться в объеме в морозное время года. Это может быть опасно, если бетонный фундамент жилого строения находится выше точки, в которую может проникнуть низкая температура, способная заморозить находящуюся в грунте влагу.

Принимая во внимание вышеописанное, рекомендуется заблаговременно провести на участке геологические изыскания и определить глубину расположения пучинистого грунта. Для этого руководствуются разделом «строительная климатология» документа СНиП (строительные нормы и правила), из которого берут данные глубины промерзания грунта региона, в котором планируется строительство.

Для чего нужен фундамент

Фундамент дома – это основание, которое закладывается под землей (в некоторых случаях под водой) и принимает на себя все статические и динамические нагрузки, которые создают вышерасположенные конструкции и внешние факторы. В его функции входит не только выдерживать значительные нагрузки, но и равномерно распределить их по площади.

Правильно заложенный фундамент строения отличается прочностью, долговечностью, экономичностью, индивидуальностью. Основание, отвечающее этим требованиям, не позволяет оседать зданию и не допускает разрушения стен. Любой фундамент требует индивидуального подхода. Он заключается не только в выборе подходящего типа конструкции, но и материала.

По материалу выделяют стальные бутовые, бутобетонные, бетонные и железобетонные фундаменты. Первые три типа являются жесткими, четвертый – гибким. Основная классификация основана на технологии строительства и включает шесть типов фундаментов:

• Ленточный

• Свайный

• Плитный

• Столбчатый

• Плавающий

Классификация оснований

Условно все виды оснований разделяют на несущие, комбинированные, специальные.

Несущий тип воспринимает и равномерно распределяет нагрузку.

Комбинированные виды используют на тяжёлых, плавающих грунтах. Основание компенсирует горизонтальные и вертикальные подвижки земляных слоёв, сопротивляется сейсмическим явлениям.

К специальным относят качающиеся и плавающие фундаменты, а также основания, которые распределяют часть нагрузки через боковые стенки и торцы. К такому типу относят глубокие опоры, сваи-оболочки, столбы, колодцы опускные, кессоны, анкерные и щелевые варианты конструкций.

Этапы монтажа

Монтажные работы выполняются по проектной документации после проведения исследования грунта и местности в целом. Участок под застройку очищается от мусора и по возможности выравнивается. Последовательность дальнейшего возведения фундамента такова.

1. На строительной площадке делают разметку согласно ранее разработанному плану. Опорные точки располагаются с интервалом 2-2,5 м. Если увеличить расстояние свыше 3 м, то конструкция потеряет несущую способность.

2. Следующим этапом осуществляется выставление периметра. По углам постройки (по периметру) вбиваются колышки, после чего вычисляются диагонали.

3. Первыми вкручиваются угловые сваи. Для облегчения работ выкапываются приямки глубиной 50-70 см. При заглублении конструкций строго соблюдается вертикальность.

4. Далее заглубляются остальные сваи по намеченным контрольным точкам.

5. После установки всех свай выверяется уровень высоты фундамента, а дальше выполняется обрезка излишков трубы.

6. В некоторых случаях для вытеснения кислорода из полости труб производится бетонирование внутренней части сваи. В качестве рабочего раствора применяется бетон марки М-150. Данная технология предотвращает преждевременный износ металла из-за развития коррозии.

7. Завершается монтаж свай привариванием оголовков. Шов от сварки обязательно зачищается и обрабатывается антикоррозийным составом.

Конструкция

1. Видов свай.
2. Материала и метода их изготовления.
3. Расположения под домом.
4. Глубины погружения.
5. Конструкции ростверка.

Свая выглядит как длинный стержень. Ее можно сразу установить в землю или изготовить прямо в процессе установки. Она является острой с нижней стороны. Можно надеть наконечник из стали, чтобы защитить от повреждений. На верх одевают кольцо из стали, чтобы защитить от ударов в процессе работы. При изготовлении свай на месте, сначала нужно пробурить скважины, а потом залить их бетоном.

Виды свайных фундаментов, в зависимости от методов погружения:

1. Забивные. Погружают, используя механизмы для вдавливания.
2. Буровые железобетонные. Устанавливают в скважинах.
3. Набивные бетонные и железобетонные конструкции. Для их создания делаются скважины, устанавливается опору и заливается бетоном.
4. Винтовые сваи под фундамент. Закручивают в почву.

В зависимости от несущих нагрузок, существуют две классификации свай:

1. Висячие. Они позволяют передать нагрузку благодаря трению о почву.
2. Стойки. Нужны, при слабой верхней части почвы. С их помощью нагрузка передается на нижние, более твердые слои земли.

По принципу расположения они бывают:

1. Одиночные. Когда опора стоит отдельно.
2. Объединенные в свайную ленту. Строятся по периметру свайных стен. Нужны для распределения нагрузки по всей конструкции.
3. Объединенные в свайный куст. Размещают под колонами, служащими основой дома.

Материалы, из которых их делают:

1. Деревянные.
2. Металлические.
3. Бетонные.
4. Железобетонные.
5. Комбинированные.

Комбинация разных материалов – лучшее решение, поскольку у  каждого материала своя степень коррозии.

Расчет монолитного фундамента под дом

На толщину фундамента влияют показатели почвы, результаты геодезических испытаний (типы грунта, уклон поверхности, глубина промерзания, наличие и отсутствие грунтовых и поверхностных вод), конструктивные и технологические аспекты проекта строительства.

Минимальная толщина фундамента составляет 15 сантиметров, но она подходит только для легких конструкций – небольшая баня, гараж, возводимых на непучинистых грунтах. Обычно толщину основания при малоэтажном строительстве принимают равной 20-30 см.

Проектом может быть предусмотрено утепление фундамента, в этом случае при расчетах нужно учитывать толщину утеплителя. Основанием морозоустойчивого фундамента является железобетонная плита.

Толщина ленточного фундамента должна быть более 35 см, при возведении зданий на сыпучих почвах следует уменьшить нагрузку на грунт путем добавления уступов (ширина около 20 см, высота – 30-40 см), обрез фундамента должен быть выше уровня земли.

Пример расчета плитного фундамента 10х10

Рассчитаем монолитный фундамент для одноэтажного дома. Исходные данные об объекте строительства:

• Здание: жилой одноэтажный дом площадью 100 м2;
• Здание возводится из бруса толщиной 200 мм;
• Высота стен здания равна 4 м;
• Перегородки внутри здания выполнены из гипсокартона (общая площадь перегородок составляет 64 м2);
• Крыша четырехскатная с уклоном равным 35°;
• Пластичный грунт, в состав которого входит глина;
• Регион, в котором ведется строительство: г. Оренбург, значения снеговой нагрузки для него равняется 240 кг/м²;
• Перекрытия деревянные, их общая площадь составит 68 м2.

Для расчета нагрузки на фундамент необходимо учитывать вес всех конструкций, а также ветровое и снеговое воздействие. При расчете нужно учитывать как нормативную, так и расчетную нагрузку в комплексе с коэффициентом надежности.

Для рассматриваемого примера результаты будут следующие:

1. Нагрузка от стен: 100*160*1.1 = 17600 кг;
2. Нагрузка от перегородок: 64*30*1.2 = 2304 кг;
3. Нагрузка от перекрытий: 68*150*1.1 = 11220 кг;
4. Давление от кровли: 61*2*60*1.1 = 8052 кг;
5. Полезная и снеговая нагрузки: 68*240*1.2 + 61*180*1.4 = 17330 кг.

В сумме получаем нагрузку, равную ориентировочно 56506 кг (при этом учитывался коэффициент надежности). Ширина подошвы бетонного слоя на 20 см выступает за периметр здания. Следовательно, площадь основания составляет 1081600 см2. Высчитываем удельную нагрузку на почву под домом по формуле: 56506 кг: 1081600 см2 = 0,05 кг/см². Сопоставляем расчетные и заданные значения: Δ = 0,07 – 0,05 = 0,02 кг/см².

Масса строения рассчитывается по формуле: М = Δ*S = 0,02*1081600 = 21632 кг.

Отсюда толщина монолитной плиты фундамента для дома: t = 21632/700 = 30.9 см. Принимаем значение, равное 30 см.

Объем фундамента равен: *0.3= м3.

№Свайный фундамент для частного дома

Свайный фундамент состоит из системы свай, длинных заостренных столбов, которые вбиваются или ввинчиваются в грунт прямо или под наклоном. Большая длина таких элементов позволяет использовать их на участках со слабым и рыхлым грунтом, ведь они устанавливаются на такую глубину, чтобы опираться на более сильные и плотные слои почвы, которые не промерзают зимой. Такой принцип позволяет использовать свайный фундамент даже в самых сложных условиях. Сверху сваи связываются бетонной плитой или балкой – ростверком. Данный тип фундамента используется для возведения деревянных, каркасных, щитовых и других нетяжелых домов, а также заборов на болотистых и торфянистых почвах.

Сваи могут быть изготовлены из таких материалов:

• дерево. Применяются для поддержки легких деревянных домов, изготавливаются из обработанной по специальной технологии сосны;
• железобетон – самый прочный материал, который подойдет для возведения более-менее тяжелых конструкций;
• металл также обладает высокими прочностями характеристиками и не уступает железобетону;
• комбинированные сваи, обычно сочетают металл и бетон – такие прочнейшие основания подходят даже для самых сложных болотистых почв.

По технологии установки сваи бывают:

• забивные – это, как правило, железобетонные сваи с заостренным концом, которые погружаются в грунт с помощью специальных ударных установок. Не подходят, если поблизости есть строения, так как ударная волна может повредить их;
• буронабивные предполагают подготовку скважины, обустройство в ней каркаса из арматуры и заливку ее бетоном;
• винтовые сваи – это полые металлические стержни с лопастями на одном конце, могут устанавливаться вручную или ввинчиваться специализированной техникой. Подходят для грунтов любой плотности;
• вдавливаемые сваи устанавливаются специальными гидравлическими насосами, в частном строительстве применяется редко, так как ударной волной могут деформироваться соседние здания.

Среди главных преимуществ свайного фундамента:

• возможность установки на любом типе почвы, нет зависимости от уровня грунтовых вод;
• снижение количества расходуемого бетона;
• уменьшение количества земляных работ;
• относительная быстрота монтажа.

Недостатки:

• необходимость использования специализированной техники для транспортировки и установки свай;
• относительно высокая стоимость.

Устройство ростверка

В случае с устройством свайного основания любого типа, дальнейшее строительство предполагает создание ростверка, который является связующей конструкцией, соединяющей стержни.

Ростверк может быть выполнен двумя способами:

1. монолитной плитой;
2. лентой, соединяющей все сваи.

При этом, ростверк не всегда является монолитным.

В зависимости от элементов и способов, связующие конструкции подразделяются на следующие типы:

1. монолитный железобетонный армированный пояс;
2. готовые изделия в сборном виде;
3. комбинированный.

Пример ленточного ростверка на свайном фундаменте

Требования к устройству ростверка

Прежде чем приступать к устройству ростверка самостоятельно, следует обратиться к разработанным строительным нормативам. В данном случае, основным будет «Пособие по проектированию железобетонных ростверков свайных фундаментов под колонны зданий и сооружений».

Данный документ включает в себя рекомендации по проектированию ростверков, инструкции и примеры расчетов ростверков под различные типы зданий.

Основные моменты, которые следует учитывать, устраивая свайный фундамент с железобетонным ростверком:

1. При заливке монолитного ростверка учтите, что бетон будет работать на сжатие, а ростверк должен выполнять распределение нагрузки, работая на изгиб. Поэтому следует обязательно производить армирование верхней части конструкции стержнями стального армирования.
2. Бетонирование свайного фундамента производится одномоментно, при этом бетон набирает прочность неравномерно по времени. Первые 70% необходимой прочности заливка наберет в течение недели. А для набора полной прочности бетону потребуется не менее 28 дней. Поэтому дальнейшее строительство можно будет продолжить лишь спустя месяц.

На заметку! Для усиления железобетонного ростверка используют армированные стержни периодического профиля диаметром 10 — 12 мм. При необходимости армирования в 2 слоя, вертикальные стержни выбираются диаметром 8 мм. Связка производится вязальной стальной проволокой.

Виды связующей конструкции

Кроме того, что ростверк может быть монолитным или ленточным, сама конструкция может иметь разный уровень расположения относительно поверхности грунта:

• Висячий: Располагается выше уровня земли, пространство ниже пола здание не изолировано. Используется в строительстве легких строений: дачных домиков, беседок, хозпостроек.
• Мелкозаглубленный: Устраивается на небольшом углублении в грунт. Не является опорной конструкцией, служит преимущественно для изоляции подпольного пространства.
• Заглубленный: Для устройства подготавливается траншея по аналогии с МЗЛФ (мелкозаглубленным ленточным фундаментом). Усиливает несущие характеристики свайного фундамента. Применяется в строительстве капитальных зданий, чаще каркасного типа.

Виды ростверков свайных фундаментов

Преимущества и недостатки

По скорости строительных работ свайные конструкции с ростверком уступают лишь возведению обычного фундамента из железобетонных блоков.

Простота в работе и скорость строительства также характеризуют ленточный фундамент на сваях как оптимальный вариант.

Привлекательность технологии связана также с тем, что часто нет необходимости привлекать тяжелую строительную технику. Механизмы, которые потребуются для работы – несложные, в некоторых случаях можно обойтись ручными приспособлениями.

Экономия на количестве строительных материалов обеспечивает невысокую стоимость строительства.

Эти преимущества свайных фундаментов превосходят те недостатки, которые у них есть. К ним относятся:

• Невозможность устройства подвалов.
• Необходимость в дополнительном утеплении пола, и защите пространства под настилом от непогоды и выстуживания.

Бетонные и железобетонные фундаменты

В таких случаях передача нагрузок от здания на грунтовое основание происходит через фундаментные балки, столбы и блок-подушки.

Расстояние между отдельными столбами (чаще всего от 2 до 4 метров) назначается в зависимости от целого ряда факторов:

• несущих способностей грунтов основания;
• величины нагрузок, воздействующих на фундамент;
• принятого типа фундаментных балок и материала их изготовления.

Фундаментные балки могут быть из сборного или монолитного железобетона или из обетонированных на месте стальных профилей (двутавров, швеллеров, пакетов из тавров и уголков).

В плановом положении фундаменты могут иметь следующую форму:

• квадратную, при центральном приложении нагрузки;
• прямоугольную с соотношением сторон не меньше 0,6, в случаях передачи на фундаменты внецентренной нагрузки.

В состав сборного фундамента входит:

• железобетонная плита, укладываемая на спланированное и утрамбованное песчаное или щебёночное основание, поверх которого может быть уложен слой тощего бетона;
• железобетонный стакан, укладываемый на цементный раствор с анкеровкой арматурными выпусками;
• столб или колонна из железобетона, замоноличивающимися в стакане.

Монолитные фундаменты устраиваются ступенчатого вида с плитной частью состоящей из 1- 3 ступеней.

Общая высота обусловлена необходимой глубиной заложения подошвы фундамента и уровня его обреза. Для обеспечения выполнения последующих работ по нулевому циклу, обрез фундамента рекомендуется располагать на 15 см выше нулевой отметки.

Сроки строительства, эксплуатации

Для сравнения привожу затраты времени на монтаж различных модификаций свай:

• · забивная свая монтируется за 20 минут на глубину 8 м, переезд спецтехники занимает 15 – 5 минут в зависимости от проекта здания
• · бурение скважины для буронабивной конструкции на глубину 2,5 м занимает у меня с двумя помощниками 2-3 часа
• · винтовую сваю длиной 2,5 м мы вкручиваем в течение 60 – 30 минут в зависимости от рельефа, характера грунта, диаметра трубы, лопастей

При этом, не используем спецтехнику, доставляем сваи на объект вручную при отсутствии подъездных путей. Ресурс любых свайных фундаментов превышает 100 лет, ремонтопригодностью обладают лишь винтовые модификации.

Столбчатый вид

Модель столбчатого фундамента

Эта разновидность фундамента характеризуется довольно низкой себестоимостью – например, общая смета этого фундамента будет в два раза ниже, чем в случае с ленточным фундаментом. Столбчатая конструкция применима для строительства зданий, проект которых не подразумевает наличие подвального помещения, а стены не тяжелые. Примеры – финские домики или каркасные сооружения. Кроме того, этот вид фундамента было бы очень неплохо использовать для строительства бани. Технология сооружения его достаточно проста – под углами наружных стен здания и под местами их пересечения устанавливаются столбы, а сверху на них кладутся балки связи. Столбы также устанавливаются и по всему периметру строения на расстояние не более 2,5 м друг от друга.

Хорошо подойдет для подсобных строений