Фундамент на жб сваях: устройство, расчет, установка

Область применения

Использование возможно как на песчаных, так и на глинистых грунтах. Такие фундаментные элементы можно применять не только в качестве опорной части здания, но и для закрепления несущего слоя почвы. Забивные сваи можно использовать в большинстве типов грунта:

• пески рыхлые и среднеплотные;
• пластичные и текучие супеси;
• суглинки и глины тугопластичные, мягкопластичные, текучепластичные.

Можно использовать фундаменты и для глинистых грунтов текучей консистенции, но только при условии выхода надземной части сваи за поверхность грунта на расстояние, не превышающее 2 м.

Чтобы определить возможность использования свай , выполняют пробную забивку. Описание грунтов разных групп приведено в ГОСТ «Грунты. Классификация». Для определения точной геологии выполняют специальные изыскания.

Какие методы погружения опор существуют?

На сегодняшний день существует несколько методов погружения свай. Все способы можно подразделить на две большие группы: ударные и безударные. Первый вариант подразумевает различные методики забивания опорных элементов и является наиболее популярным, поскольку позволяет достигнуть нужной несущей способности всей конструкции. Кроме того, ударные технологии признаны наиболее эффективными многими строительными компаниями. Использование таких методов погружения свай в основном осуществляется на плотных и твердых грунтах, а также при большом диаметре самой опоры.

Безударные способы погружения опорных элементов в основном применяются на сыпучих и потопляемых грунтах. Сегодня существует достаточно много технологий, которые позволяют установить опоры максимально прочно и обеспечить долговечность и устойчивость здания, соответствующие параметрам СНИП.

Ударный метод погружения представлен тремя основными технологиями:

• непосредственно ударный;
• вибрационный;
• виброударный.

Безударный метод погружения свай, в свою очередь, подразделяется еще на несколько технологий:

• вдавливание;
• завинчивание;
• электроосмос;
• подмыв.

Выбор метода погружения опорных конструкций осуществляется исключительно на основании данных, полученных при исследовании участка инженерами. Специалисты определяют качество грунта, его устойчивость, твердость, прочность, сыпучесть и т.д.

Оборудование, производящее статическое вдавливание свай

Не все знают, как называется машина, которая статически вдавливает элементы свайного фундамента. Процесс силового погружения конструктивных элементов фундамента в грунт осуществляется специальным оборудованием:

• сваевдавливающими машинами, известными также как гидравлические копры. Оборудование не нуждается во вспомогательных механизмах и функционирует самостоятельно. Поставляется на строительную площадку в разобранном виде и собирается из отдельных агрегатов. Конструкция позволяет выполнять поставленные задачи и перемещаться по свайному полю, имеющему наклон до 15%;
• сваевдавливающими установками. Агрегат конструктивно отличается от сваевдавливающей машины, имеет невысокую стоимость. Он циклически перемещается на следующую позицию с помощью специального оборудования. Установка может монтироваться на самоходное шасси, что сокращает строительный цикл. Требует подготовки площадки и обеспечения горизонтальности.

Повышенную эффективность выполнения работ обеспечивает гидравлический копер, включающий следующие конструктивные элементы:

1. Опорную раму, выполняющую функцию подвижного шасси.
2. Грузоподъемное устройство, обеспечивающее перемещение колонн к рабочему органу.
3. Зажимной узел, осуществляющий фиксацию с помощью гидравлических захватов.
4. Силовой блок, производящий статическое погружение элементов фундамента.
5. Грузовую раму, необходимую для размещения анкерных грузов.
6. Гидравлическую станцию, создающую требуемое давление для выполнения работ.

Машина более оперативно устанавливает конструкции, а также имеет гидравлические цилиндры, которые отлично справляются с погружением свай в площадку

Агрегаты статического погружения имеют ряд преимуществ:

• не создают при работе шума и вибрации в отличие от установки, которая забивает опоры ударным или вибрационным способом;
• отличаются повышенной производительностью, которую не может развить машина для забивания свай;
• не требуют специальной подготовки строительной площадки, необходимой для формирования свайного поля;
• позволяют выполнять работы на подвижных почвах с близким расположением водоносных слоев, где проблематично использовать другие технологии;
• позволяют создать надежный свайный фундамент, используя меньшее количество опорных элементов;
• обеспечивают целостность силовых опор, которые могут разрушаться при погружении ударным путем или вибропогружателем;
• гарантируют повышенную точность углубления, контролируемую компьютерной системой.

К основным недостаткам относятся:

1. Увеличенные габариты оборудования, не позволяющие производить работы на малых стройплощадках.
2. Необходимость использования техники, доставляющей сваевдавливающее оборудование к месту работы.
3. Повышенная стоимость вдавливания по сравнению с ударным или вибрационным методом.

Преимущества буронабивных свай

При выборе буронабивных свай руководствуются такими их преимуществами:

• Минимальное влияние через грунт на фундаменты окружающих построек.
• Отсутствие сокрушительных явлений на коммуникации, расположенные под землёй.
• Сваи закладываются на глубине промерзания грунта это поможет предотвратить их пучение, грозящее трещинами на фасаде.
• Не требуется вывозить грунт со строительной площадки.
• Небольшой уровень вибрации и шума, позволяющий вести работы рядом с жилыми домами.
• Длительный срок службы.
• Высокая скорость изготовления.
• Снижение стоимости и сокращение сроков строительства.
• Технология не причиняет вред располагающемуся рядом рельефу и применима на неравномерных почвах и плохих грунтах.

Достоинства и недостатки буронабивных свай

Достоинства:

• бурение под сваи происходит без рытья котлованов или траншей (то есть объем земляных работ минимальный);
• способность выдерживать большие нагрузки (от 2 до 8 тонн: в зависимости от диаметра опоры);
• неподверженность коррозии;
• бурение скважин не влияет на фундаменты соседних построек, так как динамические нагрузки на почву отсутствуют (работы можно производить вблизи от уже существующих зданий, в густонаселенных районах);
• длина свай обеспечивает упор фундамента на плотные грунты с высокими несущими способностями;
• подземные инженерные коммуникации не мешают обустройству такого фундамента, так как точку бурения всегда можно перенести на свободное от коммуникаций место;
• возможность изготовления опор различной длины, что позволяет использовать их при неровных ландшафтах участка;

• низкий уровень шума при производстве работ;
• долговечность (срок эксплуатации достигает 100 лет и более).

Буронабивной фундамент имеет некоторые недостатки:

• достаточно большая доля применения ручного труда;
• однотипные опоры могут иметь разную несущую способность;
• трудности с обустройством подвального помещения при возведении таких фундаментов.

Виды набивных свай

Буронабивные сваи делятся на подвиды, и главным критерием является технология изготовления:

• Метод непрерывного полного шнека. Шнек – это полая труба, имеющая обратный клапан, благодаря которому изымаемый грунт в нее не попадает. На трубе закреплен спиральный бур. Пространство скважины заполняется бетоном под давлением. Конструкция усиливается армирующим каркасом, который вводится с помощью мощного вибратора.
• Метод обсадной трубы. Применяется для зыбкого грунта. Наличие трубы необходимо, чтобы грунт не обрушивался в момент введения арматуры или под давлением раствора. В грунте бурят скважину, соответствующую сечению трубы. В нее вдавливают обсадную конструкцию. Затем производится извлечение бура и установка арматуры, покрытой защитным слоем бетона (0,6см). После этого заливают бетонную смесь и извлекают обсадную трубу.

Вибропогружение свай

Метод основан на установке железобетонных опор с помощью вибрационного оборудования:

• погружателей;
• молотов;
• установок;
• подрессоренных пригрузов.

Несомненным плюсом данного способа считается более быстрое погружение свай, нежели в случае применения ударных механизмов. Установка опор осуществляется путем вибрационного воздействия на них электромеханического оборудования. Принцип его работы основан на присутствии в конструкции дисбалансов, создающих вибрации. В результате погружения столбов, в структуре грунтовых слоев происходят необратимые процессы деформации, частично уплотняющие основание под свайными наконечниками и вблизи боковых стенок фундаментных опор.

Использование вибропогружателей оправдывает себя в условиях водонасыщенных грунтов. Для плотной и сухой почвы применяют пружинные вибромолоты. Кроме вибраций, они совершают механические удары, причем сила двойного действия автоматически увеличивается по мере заглубления свай.

Какой техникой мы работаем

Одним из ключевых преимуществ нашей компании, в сравнении с конкурентами, является высокая скорость выполнения свайных работ. Оперативные сроки реализации проектов достигаются за счет использования современной сваебойной техники, которая обладает высокой эффективностью при работе во всех типах грунтов.

Парк техники компании «Установка Свай» состоит из следующих сваебойных машин:

• Junttan PM20;

PM20 — это гусеничная сваебойная установка производства одного из лидеров мирового рынка тяжелой строительной техники, финской компании Junttan. Отличительной чертой данного копра является высокая продуктивность — PM20 способен погружать до 60 железобетонных свай в течении одной рабочей смены.

Забивка свай выполняется с помощью мощного гидравлического молота Junttan HHK-5A, масса ударной части которого составляет 5 тонн. Данный молот способен погружать сваи весом до 3.5 тонн в высокоплотные, в том числе мерзлые, грунты. При этом его работа не сопровождается сильными динамическими и вибрационными воздействиями на основания близстоящих сооружений, что позволяет использовать установку для обустройства свайных фундаментов в черте города с плотной застройкой.

• Универсальный сваебойный агрегат (УСА);

УСА — проверенная рабочая лошадка отечественного производства, которая отличается высокой надежностью и безотказностью при любых режимах работы. УСА оборудована на колесной базе от КРАЗа-250К, это мобильная установка с высокой проходимостью, для передвижения которой по дорогам общего назначения не требуются специальные разрешения.

УСА оборудована дизельным молотом трубчатого типа УР-180. Рабочая платформа данной установки поворотная, что дает возможность погружать ЖБ сваи в радиусе 6-ти метров вокруг машины, не меняя ее расположения на участке, при этом забивка может выполняться как вертикально, так и наклонно.

• Бурильно-сваебойная машина БМ-811.

БМ-811 является копровой установкой многофункционального назначения, которая способна бурить лидерные скважины и погружать в них ЖБ сваи и шпунт без замены навесного оборудования.

Для лидерного бурения БМ-811 укомплектована непрерывным шнековым буром, она способна создавать скважины под сваи на глубину до 16 метров (глубина бурения за одну проходку — 8 метров, такая скважина создается в течении 5-6 минут). Максимальный диаметр скважин — 500 мм.

Преимущества железобетонных свай

Среди преимуществ железобетонных конструкций можно выделить:

• Быстрый монтаж. В зависимости от материала стен для дома площадью 9х10 м потребуется 23-28 свай. На разметку свайного поля, подачу опор к месту установки, перемещение копровой установки или дизель-молота и забивку всех свай потребуется 1-2 рабочих смены.
• Большой запас прочности. В зависимости от типа почвы несущая способность железобетонной сваи достигает 40 тонн. Благодаря армированию ЖБИ способны выдерживать серьезные динамические и вибрационные нагрузки, что очень важно при застройке участков с нестабильными типами грунта.
• Всесезонность. Фундаменты на железобетонных сваях для частных домов можно возводить при температуре до -10°C.
• Высокая скорость строительства. Свайному фундаменту не нужно время на усадку. Кладку стен можно начинать сразу после монтажа ростверка.
• Применение на любом типе грунта. Стержни, образующие свайное поле, забиваются ниже точки промерзания почвы. Такой фундамент будет устойчивым на слабых, просадочных, пучинистых грунтах.
• Долгий срок службы. Стержни, изготовленные из морозостойких марок бетона и конструкционной стали, имеют большой рабочий ресурс. Дом на железобетонных сваях простоит не меньше 80 лет.

Молот для забивки свай

Техническая особенность исполнения направляющих обеспечивает деление молота для забивки опор на два типа: трубчатые и штанговые. В первом случае, используются две направляющие, расположенные параллельно друг к другу. По ним выполняется передвижение боек. Во втором случае, молот создают конструктивно закрытым. Движение боек выполняется внутри корпуса трубы из стали.

Кроме направляющих элементов, в состав молота входит привод, ударная бойка, шабот и наголовник.

Дизельный молот

Механизм работы дизельного молота не так сложен. Выполняется перемещение ударного бойка в верхнее положение. Параллельно, камера сгорания нагнетается топливом. Сброс и удар бойка об шабот провоцирует мгновенное сгорание топливной смеси. Получается взрыв. Свая погружается в землю. Боек отбрасывает вверх. Процесс цикличен. Будет продолжаться, пока не прекратится поступление топливного сырья.

Дизельмолот

В работе молот очень шумит.

Гидравлический молот

Не самостоятельная установка — насадка на копер. Работает, пока не забьет опору. Перейти к другой свае до этого времени не сможет.

Гидромолот

Механизм работы гидромолота другой. Отсутствуют цилиндры сгорания. Оснащается гидравлический механизм. Управление выполняется при поднятии бойка в нужное положение, опускании. Устройства более совершенны. Возможна регулировка амплитуды ударных действий. Повышается эффективность введения свай на песчанике.

Дизельные и гидравлические устройства молотов различаются массой ударной части. У дизельмолота — вес не более 3 т. У его гидравлического аналога — до 7 т.

Гидравлическое устройство можно арендовать. Работа пойдет быстрее в несколько раз. Некоторые работы невозможны без гидравлического оборудования.

Строительный экскаватор может одновременно выполнять погрузку, работы бульдозера и гидравлического молота.

Монтаж буронабивного фундамента своими руками

Технологию возведения буронабивного свайного основания своими руками можно расписать поэтапно:

• на первом этапе ведется работа по бурению скважин, она может быть ручной или механизированной;
• затем в скважину помещают асбестоцементную трубу. Ее наружная сторона покрывается гидроизоляционным слоем. Желательно если он будет на основе битумной мастики, впрочем, подойдет и армированный скотч;
• следующий этап предполагает заполнения скважины бетонной смесью приблизительно на одну третью. Затем необходимо приподнять трубу, чтобы бетон немного расширился у основания. Размер расширения зависит от расчетов указанных в проекте;
• после в трубу вертикально устанавливается арматурный каркас. Сам он не несет на себе нагрузки, однако, предотвращает сваю от разрушения и препятствует ее преломлению;
• уже после того, как установка арматуры закончена, заливается бетон. В трубу раствор должен поступать постепенно, равными порциями, после чего его необходимо каждый раз уплотнять. Обязательно, чтобы работа по заливке одной трубы производилась в один подход, перерывов делать нельзя;
• заключительным действием в этом процессе является установка на верху сваи стальной проволоки или анкерного болта. Они будут необходимы для обвязки свай.

В заключение необходимо отметить, что технология возведения буронабивного свайного фундамента, при должном исполнении позволила качественно производить застройки без опасности повреждения соседних зданий. Это качество стало незаменимо при строительстве в городах, когда лишняя вибрация и источник дополнительного шума могут стать не только причиной недовольства жителей, но и опасным фактором, который может повлиять на качество оснований соседних построек.

Схема монтажа

Порядок действий:

• Подготовительные работы. Производится перебазирование техники, подвоз и складирование свай. Выполняется очистка и планировка участка, разметка свайного поля.
• Производится забивка пробных свай. Это необходимо для определения условий и параметров опор на практике. Для частного домостроения этот пункт нередко пропускают, хотя он очень важен и позволяет избежать ошибок.
• Производится погружение свай.

Существует несколько схем забивки, обусловленных необходимостью подхода техники к точке установки.

Неграмотное распределение может стать причиной невозможности установки каких-либо опор из-за помехи, созданной уже погруженными стволами.

Используются следующие схемы:

• Последовательная.
• Секционная.
• Спиральная.

Выбор наиболее подходящей схемы производится специалистами-сваебойщиками, которые имеют достаточный опыт в таких делах.

Завершающим этапом является создание ростверка. По окончании забивки и выдержки сваи, которая длится до 20 дней, производится обрезка стволов специальным инструментом.

Он удаляет бетон, оставляя в целости арматуру. Ее соединяют с армпоясом ростверка, который отливают в специально созданной опалубке.

Производится весь комплекс работ — создание опалубки, гидроизоляция, установка арматурного каркаса и заливка бетона. Используются только прочные марки, от М200 и выше. Опалубку снимают через 10 дней после заливки, выдержка всего длится 28 дней.

После выдержки материала для набора конструкционной прочности производится гидроизоляция видимой части фундамента, затем можно продолжать строительство.

Отказ сваи при забивке

Глубина погружения сваи определяется расчетным методом и отражается в проекте. Однако на практике свая может не достигнуть расчетной глубины или уйти ниже заданной отметки.

Случай, когда свая больше не погружается в результате прикладываемого к ней усилия называется «отказ грунта» или «отказ сваи».

Расчет точки отказа можно выполнить по формуле:

Убедиться, что свая точно достигла «отказа» выполняется ряд ударов (при ударной технологии) или увеличивается время, в течение которого к оголовку сваи прилагается усилие (при вдавливающей технологии). Эти удары, не приводящие к продвижению сваи в почву, называются «залог».

Есть еще один термин, описывающий случай, когда свая не погружается из-за перегрева – «ложный отказ». В этом случае работы приостанавливаются на время, достаточное для остывания наконечника сваи, находящегося в грунте.

Примечание. При отсутствии отказа по достижению проектной глубины сваи дозабиваются после четырехдневного перерыва. Если отказ не достигнут – следует искать причины и менять порядок проведения забивки, чтобы исключить снижение проектной несущей способности конкретной сваи.

Как определяются несущие характеристики свай?

Существуют 4 метода для определения несущей способности свайных столбов.

1. Предварительный метод. В проекте несущую способность свай рассчитывают примерно, с дальнейшей корректировкой данных после исследования фактического состояния грунта.
2. Статистическая обработка несущих способностей свай. Забитые на открытой местности сваи, через несколько суток (2 или 3 дня) испытывают. Ступенчатый домкрат подает конструкции статическую нагрузку. Проверку усадки сваи проводят прибором – прогибометром – с выполнением необходимых расчетов.
3. Динамическая нагрузка на сваи. Для свай (через трое суток с момента их забивания) производится ударная нагрузка с помощью дизель молота. После этого измеряется степень усадки при помощи прогибометра.
4. Метод зондирования. К свае прикрепляют датчик и погружают до заданной глубины. Затем следует применение ударной нагрузки. Сопротивление почвы относительно боковой и нижней поверхности сваи определяется с помощью датчиков. Эти показания необходимы, чтобы точно рассчитать несущую способность свай, в зависимости от вида грунта.

Разновидности свай

Сваи могут изготавливаться непосредственно на месте строительства или в заводских условиях. То есть, когда дело касается готовых металлических или железобетонных свай, которые забиваются в почву специальными устройствами, то главной задачей является доставка изготовленных свай на участок строительства. Самостоятельным изготовлением считается бурение скважины на месте строительства и её заполнение бетонным раствором.

Все сваи подразделяются на следующие категории:

• Забивные сваи. Как правило, железобетонные стержни. В индивидуальном строительстве применяются редко из-за высокой стоимости аренды необходимой техники и самих свай.
• Винтовые сваи. Производятся из металла. Популярны в строительстве малоэтажных конструкций. Вкрутить стержни можно как самостоятельно, так и с применением техники.
• Буронабивные (буроинъекционные). Сперва в почве специальным буром проделывается отверстие, затем оно заполняется бетонным раствором.

Необходимый инструментарий и приспособления

Арматурный каркас

Для более оперативного выполнения всех монтажных работ потребуется заблаговременно подготовить следующие инструмент и материалы:

• уширитель для пяты сваи;
• каркас из арматурных прутьев;
• бетонолитную обсадную трубу;
• автоматизированную бетономешалку;
• вибратор для погружения и выдергивания свай;
• раствор глины;
• деревянные доски, из которых будут изготавливаться желоба;
• набор быстроразъемных хомутов;
• донный клапан;
• составной вибросердечник;
• дозирующий бункер;
• головной кондуктор.

Использование электрического и автоматизированного оборудования существенно упрощает процесс строительства, а также экономит временные и трудовые ресурсы.