Соотношение между уровнем промерзания и степенью заглубления опорных элементов
Пучинистые почвы подвержены силам морозного пучения. К таким грунтам относятся глинистые породы, суглинок, пылеватые пески и т.д. За счет высокого содержания влаги земельный массив при минусовой температуре может увеличиваться в объеме до 12%.
В результате на боковые части опорных элементов начинают действовать выдергивающие сваи
Поэтому так важно заглубить сваи ниже точки промерзания
Узнать точку промерзания можно расчетным путем по формуле:
где:
- Tm – среднемесячная отрицательная температура зимой в конкретном регионе;
- Ko – коэффициент, учитывающий состав почвы.
Параметр для различных геологических условий будет равным:
- глины, суглинки – 0,24;
- пески, супеси – 0,28;
- пески большой крупности – 0,3;
- гравий – 0,35.
Точный расчет глубины промерзания земли под зданием зависит от теплового режима в доме и рассчитывается по формуле:
где Kh – коэффициент промерзания, регламентируемый нормами СНиП.
Преимущества и недостатки
Типы свайного фундамента разделяют в первую очередь по способу устройства на забивные, набивные и винтовые. Каждая модель конструктивного элемента характеризуется своими особенностями.
К общим достоинствам всех типов свай следует отнести следующие:
- Применимость для всех типов грунтов и рельефов любой сложности. Там, где закладка ленточного или плитного основания будет неэффективной или нецелесообразной, используют опоры.
Свайные фундаменты можно строить на неустойчивых, переувлажненных грунтах, участках с риском оползней или подтопления, заболоченных территориях, а также на склонах и впадинах.
- Экономическая целесообразность. Закладка одиночных силовых элементов, связанных в единую конструкцию обвязкой, обходится на 30–40 % дешевле, чем строительство плитного или ленточного заглубленного основания.
- Возможность подобрать силовой элемент для любых условий. Популярность свайной технологии обусловила рост предложений от производителей свай. Сегодня можно подобрать опоры с несущей способностью от 0,8 до 15 и более тонн, а для глубокой закладки используются составные элементы.
- Небольшой объем земляных работ. Если в случае с заглубленным ленточным или плитным основанием нужно рыть котлован на проектную глубину, то для устройства набивных свай достаточно пробурить скважины в грунте, а забивные и винтовые столбы погружаются в почву посредством силового воздействия.
Недостатки свайной технологии:
- Сложность инженерных расчетов. Технология свайного фундамента может удовлетворить практически все гидрогеологические и проектные условия, но для этого потребуется провести ряд инженерных вычислений. Перед проектированием конструктору необходимо изучить нормативные требования к строительству фундаментов, что учесть возможные нюансы для каждого типа опор.
- Трудоемкость работ по обустройству подвальных помещений. Организовать строительство подземных помещений в пространстве между силовыми элементами возможно, но это приведет к значительному удорожанию проекта, которое практически перекроет выгоду от применения свайной технологии.
Для частного дома
Частные жилые дома и коттеджи отличаются сравнительно небольшим весом по сравнению с многоэтажками и промышленными объектами. Эта особенность позволяет отказаться от закладки дорогостоящего железобетонного ленточного или плитного основания в пользу заводских или самодельных свай.
Преимущества свайной технологии для частного строительства:
- возможность закладки фундамента своими руками (винтовые, набивные сваи);
- при необходимости доступны способы усиления основания (при строительстве пристроек, увеличении этажности, замене перекрытий в доме и т.д.);
- ремонтопригодность.
Почему не стоит строить частный дом на свайном фундаменте:
- значительные теплопотери за счет подъема дома над уровнем земли;
- трудоемкая процедура инженерных расчетов;
- на участке наблюдается высокая сейсмическая активность.
Разных видов свай
Выбор свай основывают на результатах гидрогеологических изысканий грунта, а также инженерных расчетов по проектным нагрузкам. Сравнительная таблица по плюсам и минусам для различных типов силовых конструкций:
| Тип опор | Преимущества технологии | Недостатки технологии |
| Забивные железобетонные |
|
|
| Забивные стальные |
|
|
| Забивные деревянные |
|
|
| Буронабивные |
|
|
| Винтовые металлические |
|
|
| Винтовые железобетонные |
|
|
Как работают сваи
В современном строительстве применяют различные виды свайных фундаментов и работа свай в них также осуществляется по-разному.
По данному признаку можно выделить два типа опор:
1. Сваи-стойки.
Такая свая переносит нагрузку от веса здания на грунт, в который упирается. Сваю-стойку изготавливают по технологии, обеспечивающей прочное основание, ведь именно на него может приходиться до 85% веса постройки.
Сваи стоечного типа – это классический и наиболее распространенный вариант. Опираясь на прочный грунт, они почти не дают осадки и могут выдерживать очень большие нагрузки.
2. Висячие сваи.
Сваи данной разновидности не упираются в грунт, а удерживаются в нем подобно тому, как держится вбитый в доску гвоздь, то есть за счет силы трения между боковой поверхностью и внешней средой.
Сравнивая висячую сваю со стойкой, можно выделить два основных отличия: площадь боковой поверхности у висячей сваи увеличена, при этом она имеет рельефное исполнение, благодаря чему более прочно «цепляется» за окружающий ее грунт.
Применение висячих свай оправдано в тех случаях, когда прочный грунт залегает особенно глубоко и сваи-стойки пришлось бы делать слишком длинными.
Устройство свайного фундамента
Конструкция свайного фундамента может быть самой разнообразной, то есть он может иметь разные комбинации. Так конструкция фундамента будет зависеть от нескольких факторов:
- От вида свай, которые будут использоваться при его возведении.
- От глубины установки свай.
- От расположения непосредственно под будущим строением.
- От особенностей свай, то есть от их поведения непосредственно в грунте.
- От типа ростверка, который будет использоваться при его возведении.
В целом конструкция фундамента состоит из свай, которые установлены по периметру будущего строения, а также под несущими стенами и перегородками.
Что касаемо установки свай, то в большинстве случаев для их установки требуется специальная техника, и если строительство происходит на небольших участках, то целесообразнее всего использовать те конструкции свайного фундамента, которые можно сделать своими руками, например свайный фундамент с железобетонными буронабивными сваями.
Влияние габаритов на стоимость
Выбор типа и параметров свай обусловлен не только их практичностью в исходных условиях, но и экономической целесообразностью. Поскольку несущая способность силовых элементов зависит от габаритов, то полезно оценить, насколько меняется стоимость для различных моделей опор.
Зависимость цены винтовых опор от габаритов отражена в таблице:
| Длина стержня, м | Диаметр трубы, мм | Размер лопасти, мм | Цена, руб. |
| 1,5 | 57 | 200 | 850 |
| 2,0 | 76 | 250 | 1150 |
| 2,0 | 89 | 250 | 1290 |
| 2,5 | 89 | 250 | 1400 |
| 1,5 | 108 | 300 | 1200 |
| 2,0 | 108 | 300 | 1450 |
| 2,5 | 108 | 300 | 1550 |
Сравнить, как изменяется стоимость забивной опоры в зависимости от размеров, можно по данным из таблицы:
| Длина ствола, м | Тип сечения, мм | Стоимость, руб. |
| 3 | 150х150 | 1350 |
| 4 | 150х150 | 1750 |
| 3 | 200х200 | 1800 |
| 4 | 200х200 | 2300 |
От размеров буронабивных опор зависит потребность в бетоне, цена на который определяется исходя и его прочностных характеристик. Стоимость такого фундамента обходится в среднем от одной тысячи рублей за погонный метр.
К факторам, увеличивающим стоимость, относят:
- расход и класс арматуры,
- гидроизоляционные материалы,
- песок,
- щебень и т.д.
Как видно из представленных данных, цена силовых элементов прямо пропорциональна их параметрам.
Чем больше размеры, чем выше несущая способность такого основания. К факторам ценообразования также следует относить качество использованного материала.
Факторы, влияющие на долговечность винтовых свай
Реклама уверяет, что фундамент на винтовых сваях способен прослужить не менее столетия. Так ли это на самом деле, или это всего лишь очередная уловка маркетологов? Практика показывает, что такое вполне возможно, ведь некоторые из маяков, возведенных еще при Митчелле, стоят до сих пор. Однако нас больше интересует судьба не какого-то маяка в далекой Европе, а маленького загородного домика где-нибудь в Подмосковье, на Урале или на берегу Енисея. Сколько простоит он, будучи возведенным на фундаменте из винтовых свай, произведенных не где-то и когда-то, а здесь и сейчас?
На основании экспериментальных данных были оценены сроки службы стальных винтовых свай в грунтах с различным электрическим сопротивлением. Согласно этим оценкам в грунте с низкой коррозионной активностью (например, сухие сланцы или сухой песок) сваи из не оцинкованного металла прослужат не менее 300 лет, а из металла с защитным покрытием – 800 лет и более. Впечатляет, не правда ли? Однако это грунт, идеальный с точки зрения способности (а точнее неспособности) вызывать коррозию металла.
Рассмотрим для сравнения другой предельный вариант. В грунтах с очень высокой коррозионной активностью (морской грунт, ил, влажная глина, торф) средний прогнозируемый срок службы стальной винтовой сваи составляет всего 30 лет (если свая изготовлена из оцинкованного металла, эта цифра увеличится до 70-75 лет).
Следует сделать одну важную оговорку. При проведении всех этих расчетов предполагалось, что свая произведена в соответствии с используемым на Западе стандартом ICC AC358, т.е. толщина стенок ее ствола составляет 8 мм. Но найти на российском рынке винтовые сваи из горячекатаных стальных труб с такой толщиной стенок практически невозможно. Сколько продержится в агрессивной среде «стандарт» отечественного производства, т.е. свая, изготовленная из сварной трубы с толщиной стенок 3-4 мм, – никому не известно, но явно существенно меньше 30 (75) лет.
Из всего вышесказанного следует, что обещаемые в рекламе 100 лет службы фундамента на винтовых сваях – это не более чем пустые слова. Сваи могут прослужить и существенно больше, и существенно меньше – все зависит от качества продукции и условий эксплуатации, о чем в рекламе не говорится ни слова.
В целом срок службы винтовых свай зависит от трех основных параметров:
- толщина стали, использованной для изготовления ствола и лопастей сваи,
- толщина и качество защитного антикоррозионного покрытия,
- химическая активность грунта на данном участке.
Не зная этих характеристик свай и эксплуатационных условий, нельзя даже сделать предположения о том, как долго они прослужат.
Уменьшению срока службы винтовых свай способствует и широко распространенная у наших строителей практика обваривания винтовых свай связками из металлических швеллеров или уголков. Конечно, устройство подобных связок между сваями оправдано при монтаже фундамента в грунте со слабой боковой поддержкой. Однако соединение стальных свай перемычками из токопроводящего материала приводит к ускорению электрохимической коррозии металла.
Во избежание возникновения блуждающих токов, способствующих ускорению коррозионных процессов, стальные сваи не должны иметь гальванической связи друг с другом, а также с другими строительными элементами, изготовленными из стали. Для связи свай в единую систему следует применять деревянную обвязку либо металлическую обвязку, элементы которой соединены со сваями посредством хомутов, изолированных от свай диэлектрическим материалом.
Вот собственно и все, о чем мы хотели вам сегодня рассказать. Теперь вы знаете все плюсы и минусы винтовых свай и, надеемся, поняли главную мысль, которую мы пытались до вас донести. Винтовые сваи – это прекрасный выбор для создания фундамента, но использовать их можно не всегда и не везде. Определить допустимость применения винтовых свай в каждом конкретном случае под силу лишь профессионалу. Поверьте, затраты на привлечение специалиста несоизмеримо меньше стоимости устранения ошибок, допущенных в процессе проектирования и постройки фундамента.
Преимущества и недостатки
Свайный фундамент обладает рядом преимуществ:
- Технология позволяет построить здание на любом грунте.
- Минимальное количество земляных работ на этапе подготовки.
- Экономия времени. Для установки требуется 2-3 дня.
- Возможность строительства на участках со сложным рельефом.
- Экономия средств. Свайный фундамент обходится на 20-40% дешевле, чем ленточный.
- Высокая прочность и длительность эксплуатации.
- Возможность установки вручную без привлечения специализированной строительной техники.
- Модернизацию строения можно проводить уже после возведения фундамента (прокладку инженерных сетей, изменение планировки дома).
Свайный фундамент позволяет построить здание на любом грунте.
У фундамента из свай существует несколько недостатков, однако их можно минимизировать:
- На скалистых и каменистых почвах работы по установке крайне затруднены.
- Металл подвержен коррозии, поэтому для защиты от влаги потребуется гидроизоляция и устройство ливневой канализации.
- При таком фундаменте строительство полноценного подвала или цокольного помещения невозможно, однако закрыть снаружи балки все же необходимо.
- Для утепления пола в здании потребуется внести дополнительные средства.
Плюсы и минусы
Железобетонные сваи, усложненные винтовыми лопастями, обладают всеми преимуществами традиционных металлических геошурупов и отличаются надежностью высокопрочного бетона.
Достоинства опор:
- Коррозионная стойкость бетона.
- Армированный каркас исключает деформацию или поломку конструкции при монтаже и эксплуатации.
- Увеличенная несущая способность (до 50 тонн) выдержит постройку из тяжелых материалов.
- Могут быть применены для большинства типов грунта, кроме скалистых участков, а также почв, содержащих включения твердых минеральных пород.
- Нивелируют высоту сооружения на склонах и площадках со сложным рельефом.
- Технология не предусматривает земляные работы: не требуется снимать верхний слой грунта и уплотнять поверхность участка.
- Монтаж можно проводить как механическим, так и ручным способом.
- Строительные работы могут проводиться в любое время года.
- Скорость установки от одного дня.
- Сваи могут быть извлечены в любое время и повторно использованы, что также обуславливает ремонтопригодность фундамента.
- Срок службы от 100 лет.
Недостатки технологии:
- Подверженность воздействию сил морозного пучения. Это предопределяет необходимость проведения геологических изысканий на участке для оценки особенностей грунта, чтобы правильно выбрать глубину для опор.
- Трудности в строительстве подземных помещений, в том числе подвалов и цокольных этажей. На практике можно задействовать пространство между опорами, но работы будут сопровождаться значительными трудовыми и финансовыми затратами.
- Отсутствие возможности провести гидроизоляцию фундамента.
- Из-за большего веса монтаж железобетонных свай обойдется собственнику дороже в сравнении металлическими конструкциями.
- Бетонные сваи сложно завести в грунт на одном уровне, поэтому верхнюю часть обычно обрезают или наращивают до нужной высоты.
- Скудное предложение на рынке бетонных винтовых опор из-за того, что технология появилась ни так давно.
Главное преимущественное отличие железобетонных свай от металлических заключается в меньшей подверженности материала разрушающему действию почвенной влаги.
Производители заявляют о полном отсутствии разрушения за счет гидрофобных добавок в состав бетонного раствора. Но на практике потребитель не сможет удостовериться в водонепроницаемости бетона, поэтому застройщику приходится рассчитывать на добросовестность поставщика.
Недостатки фундамента на винтовых сваях
Применение винтовых свай имеет целый ряд ограничений, о которых многие производители, к сожалению, стараются умалчивать. В условиях, когда компании, занимающиеся монтажом фундаментов, легко идут на нарушение технологических норм, вам, как заказчику, нужно иметь хотя бы общее представление о том, в каких случаях использовать винтовые сваи нежелательно или вовсе недопустимо.
Невозможность применения в районах с сейсмической активностью
Возведение строений на фундаментах из винтовых свай допускается только в районах с отсутствующей или, в пределе, с умеренной сейсмической активностью.
Невозможность использования в грунтах вызывающих быструю коррозию металла
Стальные винтовые сваи не следует использовать в грунтах с электрическим сопротивлением меньше 10 Ом*м, в грунтах с pH менее 5.5, а также в грунтах с высоким содержанием органических соединений. Причиной данных ограничений является высокая скорость электрохимической коррозии стали при данных условиях.
Ответственный застройщик, которому небезразличен вопрос долговечности возводимого им сооружения, перед принятием решения об использовании стальных винтовых свай просто обязан определить все необходимые характеристики грунта на данной стройплощадке. При отсутствии возможности определить агрессивность грунта следует придерживаться требований, принятых для свай, устанавливаемых в грунтах с очень высокой коррозионной активностью.
Не допускается заглубление винтовых свай в каменистый грунт
К этой же категории грунтов можно отнести отвалы шлака и полигоны для строительного мусора. Любые твердые включения способны повредить лопасти или даже ствол винтовой сваи во время ее установки.
3 Отличительные черты свайно-ленточного фундамента и устройство основания своими силами
Вторым типом опорного фундамента является свайно-ленточный. Он тоже имеет свои плюсы и минусы, о которых следует помнить при проектировании строительства. Главными преимуществами такого основания является его экономичность и простота монтажа. Все необходимые строительные работы можно провести самостоятельно с использованием минимального количества техники и человеческих ресурсов. Даже сами сваи можно изготовить своими руками и быстро установить их для дальнейшего строительства.
Еще одним важным достоинством свайно-ленточного основания является его способность выдерживать незначительные толчки и подвижки грунта, что существенно увеличивает надежность возводимых конструкций на слабых почвах. К недостаткам такого фундамента можно отнести необходимость предварительного выполнения сложных инженерных изысканий на местности и расчетов длины, диаметра и глубины установки каждой опоры в отдельности. Подвал в таком здании сделать не получится, а его подполье потребует дополнительного утепления.
Такой фундамент состоит из свай и ростверка – ленты. Строительство основания выполнить не очень сложно. После проектирования нужно сделать разметку местности и вбить по углам будущего объекта прутья, между которыми натягивается шнур. На земле отметьте места расположения опор, а затем выройте котлован под ленту. На дне котлована пробурите скважины для последующей установки свай и в вырытые ямы установите асбестоцементные трубы, засыпав в них песка примерно на 30 см.
Почему используется данный тип фундамента
Некоторые отказываются от классического ленточного фундамента в пользу рассматриваемого. Подобное решение довольно часто встречается в нижеприведенных случаях:
- При поступлении обильного количества воды верхний слой земли теряет свою прочность.
- Если верхний слой отличается высокой растительностью и большим количеством торфяных отложений, в подобном случае поверхностный слой не может выдерживать сильную нагрузку и, в случае возведения других типов основания, приходится снимать поверхностный слой.
- При возведении сооружения на плывуне, а также грунте, который имеет обильное количеств песка и глины в составе.
- Если грунт имеет повышенную пластичность и текучесть.
- При высокой пучинистости поверхностного слоя.
- При большой нагрузке, которая оказывается на основание.
Кроме этого не стоит забывать о том, что рассматриваемый тип фундамента обходится намного дешевле, чем ленточный. Однако не всегда есть возможность провести его создание.
Конструктивные особенности рассматриваемого фундамента
Особенности данной конструкции зависят то следующих факторов:
- Расчетной глубины.
- Способа создания свай.
- Тип действия несущей конструкции.
- Вид используемого ростверка.
- Способ расположения опор под сооружением.
На этапе проектирования нужно учитывать то, какая жесткость у земли, если вероятность изменения несущей способности и нагрузки, какая будет оказываться нагрузка на фундамент.
Этапы производства конструкций из бетона
Производство винтовых бетонных свай – технологически сложный процесс, который требует наличия специального оборудования.
Процесс изготовления винтовых свай из бетона делят на следующие этапы:
- Монтаж арматурного каркаса.
- Устройство арматуры в резиновой опалубке, которая выполняет функцию формы.
- Заполнение опалубки бетонным раствором (М400 – 500) с добавлением гидрофобных составов. Смесь поддается под давлением. Мероприятие реализуется с применением виброоборудования для исключения пузырьков воздуха из состава смеси.
- Сушение заготовки в прогревочной камере в течение 10 часов. За это время смесь застывает на 50%.
- Доводка до твердой консистенции в сушильной камере при определенном температурном режиме в течение 7 суток.
Обвязка винтовых свой ростверком
К верхней части труб приваривают оголовки и обвязывают ростверком. Эта конструкция должна располагаться на высоте 0,5-0,7 м от земли.
Для выполнения этой работы подходит несколько видов строительных материалов: железобетон, деревянный брус и металлический швеллер. Каждая технология обладает преимуществами и недостатками.
Технология обвязки различными материалами
При обвязке железобетоном по всему периметру монтируют съемную опалубку. Внутри сооружают армирующий каркас из рифленой арматуры и связывают его с опорами. Конструкцию заливают бетонным раствором. Преимуществом железобетонной обвязки является высокая несущая способность. По такой технологии строят кирпичные дома.
При обвязке сооружают армирующий каркас.
Для металлического ростверка к оголовкам с помощью сварного шва крепят швеллер. Такая конструкция уступает железобетону в прочности, но экономит время и средства.
Бревна соединяются в полдерева. Такая технология подходит для срубов и каркасных домов.
Виды свай, используемых для фундамента
На сегодняшний день различают несколько видов свай, которые могут использоваться для возведения свайного фундамента. Среди них:
- Забивные сваи.
- Винтовые сваи.
- Буронабивные сваи.
Рассмотрим каждый из данных видов подробнее.
Забивные сваи
Данный вид свай придает фундаменту наибольшей устойчивости. Все дело в том, что во время проектирования будущего строения, проектировщики рассчитывают будущий вес здания и разделяют его между всеми сваями. Во время их установки на каждую сваю воздействует такая сила, которую потом ей придется выдерживать. Когда свая перестанет уходить в землю, это может означать то, что она достигла того грунта, на котором строение уже может выстоять.
Дополнительной устойчивости сваи придает уплотненный вокруг нее грунт. Забивать такого рода сваи можно лишь с использованием специального пневматического молота, который в частном домостроении использовать очень дорого. Именно поэтому данный вид сваи не рекомендуется для самостоятельного возведения такого фундамента.
Винтовые сваи
Данный вид сваи представляет собой обычную стальную трубу, на конце которой приварены элементы, которые напоминают резьбу. По сути, такой вид сваи можно сравнить с саморезом, то есть они вкручиваются в землю по тому же принципу что и саморез. Благодаря своим лопастям на концах, увеличивается площадь опоры, что в свою очередь увеличивает прочность и надежность конструкции. В случае если грунт на месте строительства недостаточно плотный и даже неустойчивый, то могут использоваться сваи, на которых по всей их длине приварены лопасти.
Данный вид свай можно использовать как для частного строительства, так и индустриального. Ввинчивать сваи можно как вручную, так и с использованием специальной для этого техники. В случае вкручивания сваи самостоятельно, для этого потребуется несколько крепких человек
Как правило, на другом конце сваи, есть два отверстия, которые позволяют соединить их с техникой для закручивания, при этом, очень важно, чтобы при закручивании сваи она располагалась строго вертикально. Когда свая полностью вкручена до нужного уровня, в трубу сваи заливается бетон и приваривается оголовок, на который в дальнейшем устанавливается ростверк
Следует отметить и некоторые недостатки таких свай:
- Винтовой фундамент требует точного расчета глубины залегания прочного грунта, в противном случае свая не будет устойчива, особенно во время пучения грунта.
- Сваи должны иметь качественные сварные швы, иначе в процессе завинчивания сваи, лопасти могут оторваться или повредиться. Это может привести к потере несущей способности.
- Сваи должны быть покрыты качественным слоем заводской краски, иначе некачественное покрытие может привести к возникновению коррозии.
Буронабивные сваи
Данный вид свай довольно часто применяется в частном домостроении. Для того чтобы их выполнить требуется сделать ручным буром скважины для свай, после чего выполняется опалубка в случае неплотного грунта, который осыпается.
Такие свай гидроизолируют с помощью рубероида или любого другого изолирующего материала (можно использовать асбестоцементные трубы), армируются, после чего бетон заливается прямо в скважину. Сваи устанавливают по всему периметру будущего фундамента, то есть по углам, вдоль наружных и внутренних стен. Количество свай зависит от общего веса будущего строения.
Среди минусов данных свай можно отметить невозможность точно определить достигла ли свая твердого грунта или нет.
Какими особенностями обладает свайное основание?
Свайный фундамент обладает рядом особенностей:
- позволяет выполнять постройку дома непосредственно после погружения опор в грунт. Для этого необходимо срезать оголовок сваи по уровню и объединить все опоры ростверком;
- может сооружаться в любых климатических условиях, независимо от температуры окружающей среды. Универсальность технологии погружения опор позволяет сооружать свайное основание при любой погоде;
- отличается повышенным запасом прочности и высокой степенью надежности. Ведь у каждой сваи несущая способность подбирается с учетом массы строения и характера почвы.
Отсутствие усадки опор на протяжении длительного периода эксплуатации зданий также является существенной особенностью свайного фундамента.
