Свайный фундамент: особенности, преимущества и недостатки, этапы монтажа

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.

Виды свайных фундаментов

Виды свайных оснований различают по типу опорных элементов.

Они делятся на:

• Сваи-стойки. Погружаются в грунт до появления жесткого контакта с плотными слоями. Обладают наибольшей прочностью и несущей способностью, используются для наиболее тяжелых и ответственных зданий и сооружений.
• Висячие сваи. Опоры на плотные слои грунта не имеют, удерживаются за счет силы трения на боковых стенках стволов. Несущая способность зависит от длины сваи, т.е. от глубины погружения в грунт. Используются в случаях слишком глубокого залегания плотных слоев. Недостатком висячих свай является способность внезапных просадок, возникающих вследствие изменения гидрогеологических условий — сезонного изменения уровня грунтовых вод.

По материалу сваи бывают:

• Деревянные. Традиционный вид, появившийся изначально и в настоящее время практически не использующийся.
• Металлические. В качестве свай используют отрезки рельс, швеллеров, двутавров и т.д. Специально изготовленными образцами являются только винтовые сваи. Металлические сваи имеют важное преимущество — они пластичны, что позволяет им гибко реагировать на боковые нагрузки от морозного пучения или подвижек грунта. Недостатком металлических свай является склонность к коррозии, в основном — к электрохимической ее разновидности. Из-за этого срок службы металлических свай относительно невысок — до 75 лет (в среднем — 40-50).
• Железобетонные. Эти сваи используются в самых ответственных опорных конструкциях. Они могут быть изготовлены на специализированных предприятиях, или отлиты непосредственно на участке. Срок службы Ж/Б свай достигает 150 лет, что обуславливает предпочтение именно этого типа среди строителей.

По типу погружения:

• Забивные. В основном, используются Ж/Б сваи с заранее напряженной арматурой. Они способны выдерживать максимальные нагрузки и обладают наибольшей несущей способностью. Намного реже используются металлические забивные элементы.
• Набивные (или буронабивные). Изготавливаются непосредственно на площадке путем заполнения жидким бетоном предварительно пробуренных и армированных скважин. При использовании этой технологии значительно снижается необходимость в транспортировке и погрузо-разгрузочных работах, нет нужды в применении сваебойной техники. Это сделало буронабивные сваи предпочтительными среди индивидуальных застройщиков.
• Винтовые. Это отдельный вид свай, погружаемых в грунт по принципу шурупов. Имеют возможность погружения и извлечения как механическим способом, так и вручную. Особенностью винтовых свай является отсутствие необходимости в планировке участка или в производстве земляных работ в целом. Кроме того, имеется возможность строительства на склонах или складках рельефа. Недостаток — коррозия, разрушающая металл.

По конструкции свайные фундаменты бывают:

• Свайно-ростверковый.
• Свайно-винтовой.
• Свайно-ленточный.
• Свайно-плитный.

ВАЖНО! Свайно-ростверковый и свайно-ленточный виды мало отличаются друг от друга, из-за чего некоторые источники объединяют их в одну группу. Однако, другие специалисты видят между ними принципиальную разницу в способе распределения нагрузок — лента укладывается на грунт, ростверк же опирается только на сваи.

Методы погружения

Состояние грунта и расчетная длина свай оказывают влияние на выбор определенного способа погружения. Существуют следующие методы:

• вибрационный,
• ударный,
• завинчивание,
• вдавливание,
• буронабивной.

Также могут быть и комбинированные способы: вибровдавливание, виброударный и пр.

Вибрационная технология погружения

При применении данной технологии уменьшается коэффициент трения, происходит уплотнение грунта, расходуется меньшее количество энергии в сравнении с забивным способом. При выполнении работ используются вибромолоты, вибропогружатели. Если предполагается создание фундамента на водонасыщенном грунте, данная технология является просто незаменимой.

Происходит уменьшение сцепления основания сваи и грунта в результате воздействия вибрации. Для ускорения процесса применяют вибромолоты – оборудование, которое сочетает в себе ударную нагрузку с вибрационной.

Ударная технология погружения

Данная технология является одной из наиболее распространенных. Используется специализированное ударное оборудование. Такие молоты могут быть дизельными, гидравлическими и паровоздушными.

Посредством сильных ударов происходит забивание свай. На конец сваи монтируют наголовник. Это необходимо для предотвращения его разрушения в процессе забивания. Забивание происходит до момента проектного углубления оборудования. Несмотря на затраты с точки зрения прилагаемых усилий, данный метод используется чаще всего, поскольку он позволяет в кратчайшие сроки установить сваи в любом грунте и продолжить устройство фундамента.

Технология завинчивания

Технология используется при работе со стальными и железобетонными сваями, которые имеют специальный наконечник. Сам процесс завинчивания осуществляется с использованием специализированных установок, располагающихся на рампах автотягачей.

Стальной башмак находится на конце сваи, который завинчивается в грунт. Он представляет собой заостренный наконечник и лопасти. Второй частью является ствол сваи.

Перед погружением сваю крепят в привод установки. Используется средняя мощность оборудования, которое обеспечивает вращение с определенной скоростью. Если грунт отличается высокой плотностью, сваи поднимают и повторно опускают. Как только они погружаются на необходимую глубину, завинчивание заканчивают, а установку транспортируют на следующую точку завинчивания согласно проектному решению.

Технология вдавливания

При плотном грунте, за исключением скальных пород, вдавливание позволяет обеспечить максимальную надежность основания. Предварительно почву изучают и выравнивают для проведения работ. Технология предполагает использование меньшего количества свай в сравнении с другими методами.

Используется специализированное оборудование, в которое на первом этапе устанавливают сваю. Сваи постепенно вдавливают в грунт, используя различную мощность в зависимости от его плотности и состава. Важно помнить, что специализированная техника для вдавливания предполагает наличие масштабного свободного места – более 500 м2.

Буронабивная технология

При использовании данного метода сваи создаются непосредственно на участке. Первоначально они похожи на большие пруты, которые опоясаны арматурой меньшего диаметра. Происходит бурение на необходимую глубину. Далее арматурная конструкция помещается в скважину и производится залитие бетоном. Создание свай возможно с обсадными трубами и без них.

Если установка осуществляется без обсадных труб, вначале создается скважина, затем вливается раствор. Арматура размещается по всей длине или частично – в зависимости от предполагаемых нагрузок. Используется в процессе заливки бетона специальная труба, которая способствует его равномерному распределению.

Если используется обсадная труба, то после бурения первоначально она размещается в скважине. Такой подход способствует сохранению целостности стенок сваи и предотвращению разрушающих внешних воздействий. Армированный каркас размещается внутри обсадной трубы. Затем происходит бетонирование. Трубы не всегда оставляют на месте. Иногда после заливки и застывания бетона их вытаскивают. Материал изготовления следует выбирать исходя из того, будут ли трубы оставлены или же демонтированы после заливки.

Выбор в пользу определенного способа погружения зависит от множества факторов, среди которых наиболее важными являются:

• тип свай,
• тип и плотность грунта,
• расчетная нагрузка,
• необходимая глубина погружения,
• бюджет, отведенный на выполнение работ,
• временные сроки и пр.

При учете всех важных факторов, правильном выборе свай и технологии погружения получится получить прочное и надежное основание, которое прослужит на протяжении многих лет, оставаясь целостным и стабильным. Свайные фундаменты обеспечили долговечность различных строительных объектов.

ГОСТы на свайные фундаменты

ГОСТы на свайные фундаменты и винтовые сваи в РФ заменены на СНиП и СНиП . Железобетонные сваи промышленного производства выпускаются по ГОСТ 19804-2012.

Свайно-ростверковое основание

При производстве свай применяется несколько стандартов:

• ГОСТ;
• ОСТ;
• ТУ.

Требования, предъявляемые нормативными документами к изделиям, учитывают характеристики грунтов, для которых они предназначаются. Выпускаемые по ГОСТ винтовые сваи подразделяются по своим конструктивным особенностям. Изделия группируют по:

• форме наконечника (открытые и завальцованные);
• форме, ширине и числу лопастей;
• способу применения.

ОБ УТВЕРЖДЕНИИ ПРАВИЛ ПО ОХРАНЕ ТРУДА ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ, РЕКОНСТРУКЦИИ И РЕМОНТЕ

В соответствии со статьей 209 Трудового кодекса Российской Федерации (Собрание законодательства Российской Федерации, 2002, N 1, ст. 3; 2013, N 52, ст. 6986) и подпунктом пункта 5 Положения о Министерстве труда и социальной защиты Российской Федерации, утвержденного постановлением Правительства Российской Федерации от 19 июня 2012 г. N 610 (Собрание законодательства Российской Федерации, 2012, N 26, ст. 3528), приказываю:

1. Утвердить Правила по охране труда при строительстве, реконструкции и ремонте согласно приложению.

2. Признать утратившими силу:

приказ Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 1 июня 2015 г. N 336н "Об утверждении Правил по охране труда в строительстве" (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 13 августа 2015 г., регистрационный N 38511);

приказ Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 31 мая 2018 г. N 336н "О внесении изменений в Правила по охране труда в строительстве, утвержденные приказом Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 1 июня 2015 г. N 336н" (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 27 июля 2018 г., регистрационный N 51720);

пункт 1 Изменений, вносимых в некоторые приказы Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации в связи с принятием Федерального закона от 3 августа 2018 г. N 288-ФЗ "О ратификации Конвенции о безопасности и гигиене труда в строительстве (Конвенции N 167)", являющихся приложением к приказу Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 20 декабря 2018 г. N 826н (зарегистрирован Министерством юстиции Российской Федерации 18 января 2019 г., регистрационный N 53418).

3. Настоящий приказ вступает в силу с 1 января 2021 года и действует до 31 декабря 2025 года.

Министр А.О. КОТЯКОВ

Приложение к приказу Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации от 11 декабря 2020 г. N 883н

Конструкция винтовых свай

Вопреки расхожему мнению, сваи винтовые стальные (СВС) создавались не для снижения бюджета строительства, а для гарантированной компенсации сил пучения на элементы фундамента, легкого достижения нижних опорных пластов. Существуют различные виды винтовых свай для малоэтажного строительства, однако их конструкция во многом схожа:

• тело – бесшовная труба (4 – 4,5  мм стенка), обычно из стали Ст3, максимальным ресурсом обладают конструкции из сталей 30ХМА, толщиной стенки 6 – 10 мм;
• лопасти – навариваются на тело или имеют вид самостоятельного наконечника (сварка, литье), привариваемого к телу сваи.

Подобная конструкция многофункциональна – лопасти преобразуют крутящий момент в продольное перемещение при погружении, компенсируют горизонтальные усилия, обеспечивая стабильность геометрии. Поэтому на СВС дома можно строить на вечномерзлых, слабых и пучнистых грунтах.

Разновидности винтовых свай

Рис. 1. Виды винтовых свай.

Перед тем, как выбрать винтовые сваи для фундамента дома, необходимо изучить требования нормативов СНиП от 1985 года за номером (проектирование свайных полей), точнее последнюю редакцию от 2011 года – СП для расчета несущей способности основания.

Для различных сооружений существуют несколько типов СВС:

• узколопастные – многовитковый аналог шурупа, литой наконечник соединяется с телом сваи сваркой, для вечной мерзлоты используются варианты с зубьями по периметру нижнего среза (Рис. 1, Вар. 4), для почв с большим содержанием камней, осколков и плотных пород применяются заостренные наконечники (Рис. 1, Вар. 3);
• широколопастные – одна лопасть литого наконечника с 1– 1,5 заходом (Рис. 1, Вар. 1);
• многолопастные – несколько лопастей по длине для улучшенного опирания, компенсации вертикальных подвижек (Рис. 1, Вар. 2).

Здания максимально разрешенной этажности (3 уровня с мансардой) в малоэтажном строительстве можно строить исключительно на многолопастных СВС. Для легких построек достаточно однолопастных модификаций с широким винтом либо узкой спиралью наконечника в зависимости от типа грунта. Для винтовых свай предусмотрена стандартная маркировка:

• СВС – сварной наконечник;
• ВСЛ – литой наконечник;
• СВК – конусная модификация, может обозначаться СВС-К;
• СВП – конструкция дополнена пикой, варрант обозначения СВС-П;
• ВАУ – анкерное устройство винтового типа (сборная конструкция).

Литой наконечник винтовой сваи.

Для решения специфических задач производители выпускают сваи переменного диаметра, сложной конфигурации:

• серия Z – винтовой анкер для легких конструкций;
• серия Т – пластина оголовка с монтажными отверстиями;
• серия U – П-образный оголовок;
• серя F – круглый фланец;
• серия R – квадратный фланец.

Стандартными диаметрами СВС, СВЛ являются 57 – 325 мм. Изделия специальных серий имеют размер 159 мм, максимум. В маркировке последовательно отражается тип сваи, диаметр ствола, толщина стенки, размеры лопасти, общая длина изделия. Существуют особенности маркировки отдельных производителей. Например, фирма Фундэкс добавляет Ф1, Ф2 после стандартного обозначения (две, одна лопасть, соответственно).

Схема винтовой сваи.

В середине 20-го столетия для нужд армии выпускались максимально прочные СВЛ со следующими характеристиками:

• литой наконечник;
• винт 14 мм, 6 мм (возле конуса, с края, соответственно);
• бесшовная труба (Ст20);
• горячее цинкование (140 – 200 микрон).

При заявленном 100 – 180 летнем ресурсе эти изделия эксплуатируются до сих пор, поэтому реальный эксплуатационный период пока не известен.

Область использования

Лестница на винтовых сваях.

В 70% случаев индивидуальные застройщики не подозревают, что СВС можно использовать, не только для опирания коттеджей и бань, но и для изготовления фундаментов следующих конструкций, значительно сокращая время строительства:

• шумозащитные экраны, заборы;
• беседки, теплицы, малые архитектурные формы;
• усиление монолитных фундаментов (плита, лента);
• оттяжки, анкеры, столбы ЛЭП;
• временные сооружения с возможностью демонтажа (аттракционы, павильоны);
• мосты, причалы, укрепление откосов;
• рекламные конструкции.

В нормативах СНиП приведены детальные инструкции, как выбрать винтовые сваи для конкретных эксплуатационных условий. Для большей надежности рекомендуется красить изделия специальными антикоррозионными ЛКМ.

Популярные вопросы

Как между собой соединяются сваи?

Вкрученные в грунт сваи оснащаются оголовками. Поверх головок фиксируется ростверк (конструкция в виде рамы), придающий фундаменту прочности и жёсткости.

На какую глубину нужно вкручивать сваи?

Согласно технологии свая приобретает опорную способность только при достижении глубины грунта с плотной структурой. Это становится заметным после того, как винтовая часть находит упор и перестаёт рассекать почвенные слои. При этом важно достичь уровня погружения сваи не менее 1,7 м.

Какие способы погружения в грунт свай существуют?

Существует несколько способов заглубления свайных конструкций в грунт. Один из них предусматривает привлечение специальной мощной техники, которая вбивает трубы с помощью вакуумного насоса. Данный метод применяется лишь в промышленных масштабах. Другой способ выполняется вручную или с помощью специального оборудования. Суть заключается в погружении свайных элементов путём вкручивания в почвенные слои.

Другие технологии являются разновидностями двух основных методов.

Могут ли использоваться сваи в северных регионах?

При возведении свайного фундамента учитываются все важные факторы, одним из которых является уровень промерзания почвы. В условиях сурового климата грунт промерзает достаточно глубоко (более 1,5-2 м). А обеспечить устойчивость и прочность можно при помощи заглубления металлических конструкций ниже критической отметки. Достигается это просто, главное подобрать подходящую длину трубы. Верхняя часть фундамента фиксируется ростверком.

Расчет необходимого количества свай

Монтаж свай

Определение числа опор, размещающихся в свайном поле, проводится в несколько стадий:

• Вычисление суммарного нагружения, приходящегося на основание во время его эксплуатации;
• Определение несущей способности каждой сваи;
• Деление суммарной нагрузки на величину несущей способности опоры, в результате чего определяется требующееся количество свай.

По окончании расчетов составляется исполнительная схема, на которой отражается расстановка опор по периметру и внутренним стенам дома. Для выполнения расчета суммарной нагрузки следует определить общую массу здания с учетом удельной массы используемых стройматериалов, а также площади конструктивных элементов дома.

Затем производится расчет эксплуатационной нагрузки на здание, по ГОСТ 20107-85 она равна:

• Для промышленных зданий 200 кг/м2 перекрытия;
• Для жилых домов – 150 кг/м2.

При составлении проекта свайного поля для зданий в два этажа эксплуатационные нагрузки высчитываются с учетом обоих этажей.

На следующем этапе выполняются расчеты снеговой нагрузки в зимний период времени; значение ее рассчитывается в зависимости от региона строительства. Для этого площадь крыши умножается на нормативный вес слоя снега, приходящегося на 1 м2.

Полученные нагрузки суммируются и умножаются на 1,2 (коэффициент надежности). На следующей стадии осуществляется расчет несущей способности опор на основании данных об основных характеристиках грунта. После выполнения расчетов суммарное значение нагрузок делится на несущую способность сваи, в результате чего получается требующееся количество опор, которое и отражается на исполнительной схеме, чертежах и плане дома.

Подбор типа свай

Сваи квадратного сечения

Наиболее часто применяющимся типом опор при устройстве свайного фундамента жилых домов являются цельные конструкции с сечением 300х300 мм. Также такие сваи применяются при строительстве:

• Мало- и многоэтажных сооружений;
• Зданий промышленного назначения;
• Устройства усиления ранее возведенных свайных оснований.

При возведении зданий утяжеленной конструкции, в которых от опор требуется максимальная несущая способность, могут применяться сваи сечением 350х350 мм и 400х400 мм. При устройстве фундамента для легких домов из пенобетона и деревянных материалов допускается использование опор 250 х 250 мм.

Сваи квадратного сечения широко используются при возведении зданий на всех видах грунта, в частности:

• На пучинистых грунтах;
• Грунтах, на которых возможны горизонтальные сдвижки;
• Влагонасыщенных и обладающих низкой плотностью почвах – торфяниках, илистых и заболоченных участках.

Для устройства фундамента дома в областях, в которых уровень сейсмоактивности не выше 6 баллов, применяются полые опоры. Их стоимость несколько ниже цельных свай, что обусловлено некоторой экономией бетона при изготовлении.

Если на стройплощадке имеется пласт проблемной почвы значительной толщины (превышающей 10 см), а длины сплошных опор недостаточно, то могут использоваться составные конструкции. Суммарная длина их в некоторых сложных случаях может достигать 28 м за счет стыкования отдельных элементов при погружении в грунт.