Фундаменты сваи разрез фундамента

Схема устройства свайных фундаментов: существующие типы, вид в разрезе + инструкция по монтажу

01.12.2018 1,972 Просмотров

Традиционные формы опорных конструкций базируются на поверхностных слоях грунта.

Если несущая способность этих слоев не достаточна, приходится применять другие конструкции оснований, способные опираться на прочные и надежные пласты.

К таким видам фундаментов относятся свайные конструкции, широко распространенные в регионах с проблемными грунтами.

Они позволяют строить массивные здания в самых сложных условиях, на слабонесущих, обводненных или подтапливаемых грунтах, плывунах или торфяниках.

Существуют разные конструкции свайных фундаментов, о которых следует поговорить подробнее.

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.

Типы металлических труб

Винтовые сваи представляют собой металлические трубы с толщиной стенок не менее 4 мм, оснащенные сварным или литым острым наконечником и спиралеобразными режущими лопастями.

Погружение винтовых свай больше всего походит на завинчивание самореза — наконечник втыкается в грунт, стволу придают вращательное движение, лопасти врезаются в грунт и начинают понемногу затягивать ствол.

Считается, что их можно погружать вручную, с использованием только мускульной силы.

Это верно, но только до определенных пределов — наиболее распространенные винтовые сваи диаметром 108 мм вручную погрузить практически невозможно.

Специалисты не рекомендуют погружать вручную вообще никакие сваи, даже небольшого диаметра.

Неравномерность распределения усилия и колебания оси значительно ослабляют грунт вокруг ствола и лопастей, снижая несущую способность опоры.

Существуют разные конструкции винтовых свай, различающихся по признакам:

• Тип наконечника — сварной или литой.
• Количество лопастей — одна, две или три.
• С защитным слоем оцинковки, или без нее.

Отношение диаметров лопастей и ствола также бывает разным. Для рыхлых и мягких грунтов используются большие диаметры, обеспечивающие обширную опорную площадку.

Для скальных или обломочных грунтов применяют многовитковые сваи типа «шуруп», хотя для индивидуального строительства их использовать нецелесообразно. Существуют также сваи для погружения в вечную мерзлоту.

Они не имеют заостренного наконечника, так как погружаются в лидирующую скважину, и диаметр лопастей у них довольно низок — превышает размер ствола менее, чем в полтора раза.

Устройство основания

Схема свайного фундамента практически всегда одна и та же, вне зависимости от типа свай.

Основание состоит из:

• Опорные элементы (сваи) — вертикальные стержни, опирающиеся на глубинные плотные слои грунта или удерживающиеся в неподвижности за счет силы трения.
• Ростверк — пояс обвязки, на котором установлены стены дома.
• Обвязка — применяется в дополнение к ростверку на металлических (винтовых) сваях для соединения всех стволов в единую систему и увеличения жесткости и прочности свайного поля.

Сваи погружаются в грунт соответствующим способом, после чего их верхушки обрезаются до получения ровной горизонтальной плоскости по всему полю. Затем на них устанавливаются специальные колпаки с монтажными площадками — оголовки, на которые монтируется деревянный или металлический пояс обвязки.

Для железобетонных ростверков оголовки не используются, вместо них собирают опалубку и отливают монолитную ленту с армпоясом, жестко связанным с каркасом свай. Основная задача состоит в обеспечении максимально прочной и жесткой связи ростверка и всех свай, превращении отдельных элементов в единую систему.

Это позволит ростверку принимать на себя вес дома и перераспределять его по всем опорам, которые, в свою очередь, передадут нагрузку на твердые слои грунта.

Конструкция винтовых свай

Винтовые сваи представляют собой отрезки металлической трубы с толщиной стенок от 4 мм.

Они выпускаются в готовом виде с различной длиной от 1,5 м до 5 м (и более). Одна сторона трубы снабжена заостренным конусообразным наконечником, на котором крепится спиралеобразная режущая лопасть.

Наконечники бывают литые, изготавливающиеся как отдельный узел вместе с лопастью и привариваемые к трубе в готовом виде. Также есть сварные наконечники, представляющие собой соединенные лепестки, вырезанные из этой же трубы. Лопасти в этом случае привариваются отдельно.

Литые наконечники используются для более плотных грунтов, имеющих твердые включения.

Сварные наконечники используются на относительно мягких грунтах, так как при погружении в плотные слои они могут разрушиться и свая будет испорчена.

Для погружения на верхней части сваи имеется технологическое отверстие, в которое продевают лом.

На него одевают отрезки трубы, которые используют как длинные рычаги при вращении сваи. Один человек должен стоять у ствола и корректировать его положение, а другие вращают ствол и погружают его в грунт.

Установка с помощью строительных машин проходит гораздо быстрее, точнее и практически без отказов.

Важно заранее составить схему погружения, в которой будет отображена последовательность установки свай.

Иначе возможно возникновение ситуации, когда крайние опоры установлены, а к внутренним техника не может подойти.

Какие ростверки существуют

Существуют три основных разновидности ростверков:

• Деревянный. Используется брус размером 150 : 200 мм или 200 : 200 мм. Иногда вместо одного цельного бруса применяют пачку обрезных досок толщиной 50 мм и шириной 200 мм. Этот вариант позволяет исключить обычное для этого материала образование глубоких трещин и скручивание винтом. Балки укладываются на оголовки и фиксируются стремянками и болтами. Между собой их соединяют вполдерева с прокладкой из джута.
• Металлический. На оголовок укладывают двутавр, рельс или уголок и прочно соединяют между собой на сварку с дополнительной фиксацией на резьбовые соединения. Для швеллера оголовки не применяют, укладывая прокат полочкой вверх прямо на верхушки металлических труб (винтовых свай).
• Железобетонный. Представляет собой практически полный аналог мелкозаглубленного ленточного фундамента, только установленный не в траншее с опорой на грунт, а точечно на верхушках свай. При этом, лента отливается с жестким соединением арматуры с каркасами свай, что делает все элементы единой бетонной отливкой. Ж/Б ростверк способен выдерживать максимальные нагрузки, не гниет и не поддается коррозии, что обеспечивает длительный срок службы.

Из чего он состоит?

Ростверк — это пояс обвязки, представляющий собой некое подобие традиционной ленты, хотя может быть изготовлен не только из железобетона. Он располагается по периметру всего свайного поля под внешними несущими стенами, а также — под внутренними несущими стенами, полностью повторяя конфигурацию ленты.

Иногда применяют заглубленные и мелкозаглубленные конструкции ростверков, хотя в этих случаях речь идет о свайно-ленточном фундаменте.

Отличительная черта классического ростверка — расположение на верхушках свай на некотором возвышении над уровнем грунта.

Это позволяет исключить контакт с талой водой или снегом, делает возможным доступ к конструкциям для осмотра и наблюдения за состоянием.

Краткое описании технологии монтажа

Порядок действий следующий:

1. Подготовка участка. Удаляются лишние растения и предметы, производится планировка участка, ели это необходимо.
2. Разметка. С помощью колышков отмечаются центры скважин. Необходимо соблюдать точность и аккуратность измерений, проверять соответствие диагоналей.
3. Бурение скважин. На заданную (или возможную) глубину бурятся скважины, при необходимости делается расширение — пятка.
4. В полости опускаются гильзы— отрезки пластиковых труб, свернутый в трубку рубероид. Они послужат своего рода опалубкой, препятствующей уход воды из бетона в окружающий грунт.
5. Собираются и опускаются в скважины арматурные каркасы. Их длина должна быть такой, чтобы оставалось достаточно для последующего соединения с армпоясом ростверка.
6. В скважины заливают бетон. Его тщательно штыкуют, удаляя пузырьки воздуха. После этого сваи выдерживают до полного застывания (28 дней).
7. Пока сохнет бетон, производят сборку опалубки и арматурного каркаса для ростверка. Порядок действий практически аналогичен методике строительства ленточного фундамента.
8. Когда наступает возможность, производится заливка ростверка. Бетон штыкуют, удаляя воздух, затем накрывают полиэтиленом и выдерживают 28 дней. Опалубку можно снимать через 10 дней после заливки.

После полного затвердения ленты можно переходить к дальнейшему строительству.

Полезное видео

В данном разделе вы сможете ознакомиться с устройством свайного фундаментом в разрезе:

Заключение

Основным преимуществом свай, помимо возможности строительства на сложных и проблемных грунтах, является допустимость самостоятельного возведения без использования тяжелой техники.

Нередко сваи являются единственной возможностью привязать постройку к жесткой опоре.

Северные территории России изобилуют подобными участками, не позволяющими применять традиционные технологии строительства и нуждающимися в использовании более эффективных технологий.

Поэтому популярность и широкое распространение свайных фундаментов вполне оправданно и объяснимо.

Источник

Определение сечения свайных фундаментов и расчет

Свайно-ростверковые фундаменты отличаются достаточно простой конструкцией, но, несмотря на популярность они нестабильные. Так как основания не имеют большой несущей площади, они подвержены горизонтальным и вертикальным подвижкам почвы.

Также на их устойчивость в значительной мере влияют размеры и масса самого здания, а также климатические условия в регионе, объем и качество используемых строительных материалов, диаметр подошвы опоры.

Сваи всегда устанавливаются подошвой ниже глубины промерзания почвы, а заводские стальные конструкции изготавливаются и поставляются строго определенной длины и диаметра. Также важную роль играет конструкция ростверка, особенно то, из чего он сделан. Многие застройщики часто решаются самостоятельно сделать сваи прямо на строительной площадке, для этого подготавливают определенный объем бетона и арматуры, но такие конструкции часто не подходят для больших типов сооружений.

Зачем нужно использовать расчет свайного фундамента

Учитывая, что сваи в фундаментах – это обычные точки опоры, которые отвечают за равномерный перенос всего объема нагрузок, со стороны здания и грунта через подошву на прочные слои почвы, они подбираются только после расчета ростверка. К примеру, максимально допустимые размеры, толщина, конструкция, прочие параметры.

Также на выбор диаметра используемых в строительстве свай влияют факторы, связанные с типом грунта, которые также учитываются в расчетах. Расчет свайного фундамента нужен для некоторых удобств:

1. Получится сделать расширенный проект свайного основания с учетом мест установки опор, а также расстояния между ними.
2. Можно существенно экономить на объеме используемых строительных материалов, подобрав оптимальный тип опоры.
3. Расчет предусматривает выбор оптимальной по диаметру опоры, ее длины и габаритов, а также подбор типа подошвы.

Также можно сразу определить, подойдут винтовые сваи для данного типа строительства или нужно использовать набивные или иные типы свай.

Расчет свайного фундамента

Он выполняется по параметрам предельных значений первой и второй группы факторов, указанных ниже. Каждая группа состоит из ряда параметров, в результате суммирования которых и можно подобрать оптимальные по диаметру опоры. Первая группа:

• расчет нагрузки со стороны материала несущих конструкций;
• расчет максимально возможного сопротивления почвы на продавливание и деформацию;
• несущая способность самого основания.

• осадка основания сваи с учетом максимально допустимого сечения подошвы;
• перемещение сваи за счет сил смещения;
• наличие трещин в конструкции сваи.

Перед началом расчетов, нужно провести подробный геологический анализ почвы на месте строительной площадки и определиться с максимально допустимой длиной опор. Можно по данным нагрузок на почву сразу определиться с количеством и сечением опор, но рекомендуется проверить расчеты лишний раз, особенно при возведении жилых зданий на крутых склонах и откосах.

Выбор материала ростверка

На данный момент, ростверки могут возводиться из следующих строительных материалов:

1. Деревянный брус, колода или бревно. Масса конструкции незначительная, плотность составляет до 1 кг/м 2 . Рекомендуется для малых сооружений типа бань, сараев или иных хозяйственных построек, армирование свай и ростверк не практикуется.
2. Бетон и железобетон. Здесь рекомендованная марка бетона не ниже В20, размеры, такие как ширина составит не менее толщины несущих стен с добавочным коэффициентом 1,2, длина проектная, толщина – не менее 25 см.

Минимальная толщина ростверка рассчитывается с учетом сечения опоры. В свою очередь опора, особенно железобетонная, должна быть жестко заделана в контур ростверка на высоту не менее двух диаметров конструкции, толщина плиты подбирается в результате расчета максимальной нагрузки на продавливание. Высота ростверка иногда составляет до 1,2 метра, рассчитывается исходя из параметров самого здания. После проведения расчета диаметра и максимальной нагрузки на прогиб, рекомендуется уточнить размеры ростверка, исходя из расчетного количества опор.

Выбор конструкции

Материал и конструкцию несущих конструкций свайно-ростверкового фундамента подбирают исходя из местных условий. Если почва содержит достаточно большое количество влаги, тогда рекомендуются бетонные и железобетонные несущие конструкции с большим сечением, ведь железные быстро будут уничтожены коррозией. Но при их выборе нужно также учитывать конструктивные особенности, достоинства и недостатки, а также финансовой фактор.

Длина сваи зависит от типа и структуры грунта на строительной площадке. По правилам, винтовые сваи вкручиваются ниже глубины промерзания почвы, а бетонные конструкции устанавливаются широкой подошвой на прочный грунт. Расчет сваи по первой группе предельных состояний производится по двум параметрам:

Прочность материала опоры

Сопротивление материала опор можно посчитать по формуле без учета продольного изгиба:

Где Y_c – стандартный коэффициент, для набивных свай 0,6, для остальных – 1; Y _cb – коэффициент используемого строительного материала, для свай – 1; R_b – сопротивление строительных материалов сжатию, кПа, это табличные данные; A_b – площадь подошвы опоры, м 2 ; R_sc – сопротивление арматурного каркаса, кПа; A_s – площадь сечения арматурного каркаса, м 2

Расчет несущей способности грунта

В зависимости от характера передачи нагрузки от здания на почву, все опоры делятся на две группы: стойки и висячие конструкции. Стойки – это конструкции, которые опираются на прочный слой почвы своей подошвой или ввинчиваются в грунт. Объем используемого строительного материала для наполнения может быть разным для каждой отдельной несущей опоры в зависимости от ее длины, максимально допустимого диаметра подошвы, сечения по всей длине. Висячие опоры передают нагрузку на грунт своим нижним концом и боковыми поверхностями, к этой группе относятся буро-набивные сваи. При выборе несущих конструкций важную роль играет сечение подошвы, ведь чем оно больше, тем большие нагрузки способно выдержать основание.

Несущую способность стойки можно рассчитать по формуле:

Где: Y_c – это коэффициент опоры, принимается за 1; А – площадь подошвы; R – расчетное сопротивление почвы, табличные данные, для скальных пород составляет до 20 МПа.

Расчет висячей сваи делается намного сложнее, ведь все они устанавливаются без выемки почвы и за время монтажа деформируются с расширением.

Выбор оптимального количества опор по параметрам допустимого сечения

Минимальное количество опор для фундаментов с низким ростверком можно посчитать по формуле:

Где k – коэффициент, составляет 1,4; N’_I − вертикальная нагрузка на фундамент со стороны здания; F_d – несущая способность опоры; Y _k – коэффициент надежности, составляет 1,4.

После расчета минимально необходимого количества опор можно начинать делать эскизный проект будущего основания. Расстояние между опорами принимают до 1,5 метра, их обязательно нужно устанавливать на углах пересечения несущих стен и в точках наиболее высокой нагрузки на грунт. Объем строительных материалов рассчитывается индивидуально, исходя из местных условий и характеристик опор.

Предварительное распределение свай по минимальной площади нижней кромки ростверка рассчитывается так:

Тут параметры a, b – это ширина и длина опоры, а с – ширина обреза, той части опоры, которая отрезается при выравнивании фундамента по горизонтальной плоскости.

Если полученная площадь окажется недостаточной для размещения свай, тогда будет необходимо увеличить размеры подошвы и, соответственно, ее объем. Если и увеличение не дает необходимых параметров нагрузки на грунт, тогда проектировщики увеличивают длину сваи, ее диаметр, количество или объем используемых строительных материалов.

В некоторых случаях целесообразно комбинировать сразу несколько видов свай или увеличивать объем подошвы за счет устройства свайного поля. Его рекомендуется устраивать в тех случаях, когда на единицу площади грунта оказывается значительная нагрузка со стороны здания. Как правило, такие поля монтируют в бетонные стаканы, объем необходимых строительных материалов рассчитывается отдельно, как и марка бетона. Также здесь настоятельно рекомендуется провести расчет допустимой нагрузки на строительные материалы.

Расчет осадки фундамента по второй группе выполняется аналогично расчету осадки фундамента мелкого заложения. Осадка определяется по диаметру и площади подошвы сваи, а также их количества и выбора допустимого материала при растяжении. При этом, если будут запроектированы висячие опоры, тогда деформацию не рассчитывают.

Источник