Глава 8. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

Сегодня существуют различные разновидности технологий обустройства фундамента. Особое место среди них занимает основание с применением ростверка на винтовых сваях. Особенность разновидностей фундамента с применением ростверковых конструкций заключается в том, что данная система распределяет нагрузку от дома по всему основанию равномерно.

Ростверк – это достаточно жесткая конструкция, используемая в строительстве. Изготавливается она чаще всего из армированных деталей и представляет собой единую систему, которая в дальнейшем также объединяет и опорные элементы. Опорами такого фундамента становятся винтовые сваи, которые и держат на себе ростверк.

Как выглядят винтовые опоры?

Использование опор с винтовой частью изначально осуществлялось только в военной сфере. После того, как было обнаружено, что такие свайно-винтовые конструкции очень быстро монтируются, технология стала активно применяться и в гражданском строительстве. Основное преимущество такого вида деталей – это возможность применения их без предварительного проведения земляных работ, то есть без бурения скважины и подготовки почвы к погружению трубы. Применение винтовых свай в основном практикуется в пучинистых почвах, состоящих преимущественно из глины.

Виды винтовых свай

Сама свайно-опорная конструкция представляет собой трубу, в нижней части которой располагается острие и лопасти. Такие опоры могут быть различных размеров, длины и диаметра. Как правило, минимальная длина составляет 2 метра, а максимальная – 12 метров. Что касается диаметра трубы, то минимальная его ширина составляет 60 миллиметров, а максимальная — 300. Среди разновидностей опор можно выделить трубы с открытым торцом, которые заполняются грунтом. Такая конструкция имеет большую несущую способность. При необходимости можно сделать заказ на изготовление винтовых свай нестандартных размеров.

Читайте также: Связевая конструктивная схема каркасных зданий.

Зачем нужно использовать расчет свайного фундамента

Эскиз с указанием параметров необходимых при расчете
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.

Производство разметки свайного поля

Чтобы свайно-ростверковые конструкции были установлены точно в соответствии с планом строительства, предварительно делается разметка поля. Для этой цели применяется шнурок и колышки из дерева. Как правило, площадка для возведения фундамента представляет собой прямоугольную территорию.

Шнурок протягивается строителями таким образом, чтобы центр будущих опор располагался в месте скрещения нитей. Именно в этом месте и размещается колышек. Таким образом, по созданным ориентирам строители смогут определить, где именно следует ввести опору в грунт.

Расчет свайного фундамента

Схема для расчета осадок свайного основания
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.

Вторая группа:

• 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.

Монтаж винтовых труб

Установка свайно-ростверковых систем начинается с монтажа самих винтовых труб. Если опоры небольшой длины, до трех метров, установить их можно даже самостоятельно без привлечения техники и аппаратуры. Для этого необходимо просто в верхнюю часть опоры продеть трубу, которая станет двусторонним рычагом. Далее два рабочих должны осуществлять вращательные движения при помощи рычага, постепенно погружая опору в грунт. Очень важно строго контролировать вертикальное направление трубы. Опора должна стоять максимально прямо и не иметь наклона. В противном случае под тяжестью конструкции она может начать склоняться сильнее, что повлечет перекос фундамента.

Если же опоры большие и имеют длину более трех метров, для их установки необходимо использовать специальную аппаратуру. Как правило, строители нанимают специальные машины, включающие в себя установки для погружения свай. В такой установке имеется вращающий механизм, к которому прикрепляется труба, а затем погружается в грунт. В основном такие аппараты используют исключительно на больших строительных объектах.

Факторы, влияющие на выбор длины свай

Надежность создаваемой конструкции напрямую зависит от правильно подобранной длины описываемых элементов. В случае, если сваи будут короткими, дом может просесть после того, как начнет эксплуатироваться. Во время анализа грунта учитываются следующие параметры:

• плотность почвы на участке, где будет создаваться строение;
• перепад высоты между нижней и верхней точками участка.

Анализ грунта перед постройкой дома стоит осуществлять на основании проводимых на участке геологических исследований. Если исследования не проводились, можно самостоятельно определить плотность. Для этого нужно выкопать канаву до 1 метра в месте, где участок располагается ниже. Если на данной глубине будет расположен песок или глинистая масса, стоит выбирать сваи, длина которых составляет 2,5 м. Если же будут обнаружены породы, отличающиеся низкой плотностью, нужно продолжить копать канаву до точки, в которой будет твердый грунт. В таком случае выбирается длина свай, равная длине бура. Также подобные мероприятия проводятся и в случае, если на указанной глубине будут обнаружены грунтовые воды.

Стоит отметить, что на некоторых участках разница высоты является значительной. Если плотность участка подразумевает использование свай длиной 2,5 м, то в верхней точке устанавливаются элементы фундамента 2,5 м, а в нижней – длиннее на разницу высоты между поверхностью грунта. Разница вычисляется при помощи водяного уровня.

Рама из металла

Наиболее распространенной конструкцией, применяемой для обустройства рамного основания, являются металлические ростверки. Для их изготовления чаще всего применяются уголок или швеллер. Чтобы закрепить рамную конструкцию на сваях, на них заранее делаются небольшие металлические площадки на оголовниках. С этой целью используются небольшие металлические листы, которые привариваются к верхней части опор.

Фундамент на винтовых сваях чаще всего применяется для строительства небольших сооружений в один-два этажа. В крупном строительстве винтовые опоры и ростверк применяют достаточно редко. Однако, для небольших конструкций винтовые сваи обеспечивают хорошую устойчивость и надежность.

Пошаговая технология фундамента на винтовых сваях

Благодаря достаточно простой конструкции, при наличии необходимых инструментов, оборудования (сварочный аппарат, газорезка) винтовые фундамент можно изготовить в домашних условиях. Установка производится по технологии:

• контрольное вкручивание;
• проектирование;
• разметка;
• изготовление направляющих скважин;
• погружение СВС;
• подрезка по уровню возвышающихся над землей труб;
• заливка бетоном;
• монтаж оголовков;
• обвязка свайного поля ростверком;
• ввод коммуникаций.

Для планирования времени работ достаточно измерить шаг лопастей винта. При каждом обороте свая будет погружаться на эту глубину, позволяя вычислить время каждого цикла. Например, при шаге 5 см потребуется 40 кругов для вкручивания СВС на глубину 2 м. Профессиональная бригада монтирует 15 – 25 СВС за смену, создавая поле для коттеджа площадью 100 м².

Читайте также: Заполнение зазора между перегородкой и потолком

Расчет свайно-винтового фундамента

Технология достаточно отработана во всех регионах РФ, для расчета СВФ можно использовать СП от 2011 года за номером 24. 13330 для свайных оснований. Основными расчетами являются:

• несущая способность пласта на глубине погружения лопасти сваи, от этого параметра рассчитывается несущая способность одной сваи;
• количество – шаг СВС на прямых участках, позиционирование в местах примыкания стен, заложение свай под отдельными конструкциями (котел/печь, крыльцо/внутренняя лестница, аварийный генератор/насосное оборудование.

Чтобы не заказывать дорогостоящие геологические изыскания участка, в 75% случаев используется пробное вкручивание, позволяющее вычислить необходимые для проекта данные:

• глубина несущего пласта (обязательно ниже уровня промерзания региона);
• состав почвы (нахождение в разных слоях крупных камней, гравийной, известковой плиты);
• уровень УГВ (очень условно).

Основные характеристики свай указываются производителями. Например, размеры СВС выбирают, исходя из типа конструкции, для которой необходимо основание:

• причал/пирс – труба 89 – 108 мм, стенка 3 – 4 мм, винт 20 – 25 см;
• усиление оснований – труба 89 – 108 мм, стенка 3 – 4 мм, лопасть 20 – 25 см;
• подпорная стена – 54 – 89 труба (2 – 3 мм стенка), винт 15 – 20 см;
• МАФ, беседки, заборы – 54 – 76 мм труба со стенкой 2 – 3 мм, лопасть винта 15 – 20 см;
• комбинация с ленточным МЗЛФ – труба 108 – 168 мм, стенка 4 – 8 мм, лопасть 25 – 40 см;
• блочный, кирпичный коттедж – стенка 6 – 10 мм, диаметр тела 168 – 270 мм, 40 – 80 см лопасти;
• панельный, фахверковый, щитовой, каркасный, срубовый дом – 89 – 114 мм труба с 3 – 5 мм стенкой, 20 – 30 см лопасть.

Таким образом, после подсчета сборных нагрузок (эксплуатационная + ветровая + конструкционная + снеговая), цифра делится на несущую способность сваи для подсчета необходимого количества СВС.

Подготовка и разметка участка

Ввиду отсутствия планировки и земляных работ максимально упрощается разметка пятна застройки. Достаточно вынести на местность оси стен, перегородок и дополнительного тяжёлого оборудования (котел, лестница, насос и т.д.). Для этого чуть дальне углов дома производится установка колышков, по которым натягиваются шнуры. Вместо них можно использовать более сложную конструкцию из двух кольев с горизонтальной перемычкой, что позволяет устанавливать два шнура по наружным размерам сваи.

Погружение свай

Пошаговая инструкция вкручивания СВС, независимо от вида лопастей, наконечника, уровня грунтовой воды, прочих факторов, выглядит следующим образом:

• изготовление приямков – направляющие скважины создаются на глубину 0,5 – 0,7 м ручным либо мотобуром, они позволяют точно позиционировать сваи, облегчают заход лопасти в грунт, диаметр лидер-лунки должен быть чуть меньше размера лопасти СВС;
• погружение сваи – в отверстия внутри тела трубы заводятся лом, на него одевают трубчатые рычаги, два работника перемещают их по кругу, создавая крутящий момент, третий контролирует вертикаль ствола пузырьковым уровнем, при резком увеличении усилия затяжки (обязательно ниже отметки промерзания) работы прекращаются;

Существует технология механического погружения СВС без привлечения спецтехники, незначительно повышающая бюджет строительства:

• на верхний конец СВС надевается устройство усиления крутящего момента (редуктор);
• на него производится монтаж электродрели (мощность от 1,5 кВт);
• конструкция устанавливается в вертикальное положение над направляющей скважиной;
• дрель подключается в электросеть.

Устройство усилителя крутящего момента представляет собой редуктор с передаточным числом 1/60. Вместо рычагов используется электропривод инструмента, операцию могут выполнять два рабочих.

Выравнивание СВС в горизонтальной плоскости

Свайное поле необходимо обвязать ростверком в виде бетонных, металлических или деревянных балок, расположенных на оголовках. Для этого выступающие из земли трубы необходимо привести в норму. Технология выравнивания имеет вид:

Читайте также: Как построить гараж своими руками: используемые материалы, этапы и тонкости работ

• отметка единого уровня – используется нивелир, теодолит либо лазерный построитель плоскостей, уровень;
• обрезка – тело трубы срезается УШМ по разметке.

На этом устройство свайного поля считается законченным при использовании монолитного или металлического ростверка. Если возводится каркасный, срубовый, панельный или щитовой дом, необходимо смонтировать оголовки, на которые сможет опереться брус, калиброванное бревно. Оголовок имеет несколько модификаций:

• квадратный – 10 х 10 – 30 х 30 см пластина, приваренная к свае;
• усиленный – размер аналогичен предыдущему случаю, пластина приварена к трубе, внутренний размер которой равен наружному диаметру сваи, имеются 4 ребра жесткости (косынки);
• U-образный – внутренний размер между полками 17 см для укладки бруса 15 х 15 см.

Этот элемент надевается на тело СВС, крепится к нему сваркой (реже болтами). Отверстия в пластине позволяют зафиксировать деревянные балки ростверка для получения единой пространственной конструкции.

Заливка бетоном

Свая, даже при герметично приваренном оголовке, покрывается влагой изнутри. Для предотвращения этого явления используется специальная защита – наполнение тела сваи бетоном после погружения на проектную глубину. Обычно используют несколько технологий:

• сухая смесь – фасованный пескобетон М 300, который при контакте с конденсатом самостоятельно цементируется внутри изделия;
• товарный бетон – классическая заливка через воронку, технология имеет существенный недостаток – наличие пустот, каверн внутри смеси;
• пескобетон – марок М 300 – М 400, ввиду отсутствия крупного наполнителя, пустот в бетоне практически нет;

Кроме того, бетонные инъекции позволяют повысить пространственную жесткость конструкции, что актуально для тонкостенных свай.

Обвязка свай ростверком

На прямых участках рекомендуемая высота подошвы ростверка от земли составляет 0,5 – 0,7 м. Это оптимальный размер для расположения вентиляционных продухов в забирке. Без нее полы нижнего этажа будут источником теплопотерь, в отсутствие естественной вентиляции силовой каркас быстро придет в негодность. Для каждого типа ростверка существуют особенности монтажа.

Монолитный ростверк

Технология является самой сложной, обходится дороже прочих вариантов, однако является единственно возможной для кирпичных коттеджей на сложном рельефе, в прибрежной полосе и на болотах. Устройство монолитного ростверка по технологии:

• сборка опалубки – нижние щиты надеваются на трубы, поддерживаются перемычками, закрепленными на двух колышках, боковые щиты крепятся к днищу, соединяются между собой распорками и стяжками;
• армирование – два пояса из прутков периодического сечения (12 – 16 мм рифленка) связываются с горизонтальными и вертикальными 6 мм перемычками либо хомутами;
• связка со сваями – в трубах прожигаются или высверливаются отверстия, в которые запускается дополнительная арматура, стыкуемая вязальной проволокой к армопоясам конструкции;
• заливка – опалубка заполняется бетонной смесью до проектного уровня, уплотняется прутками арматуры или глубинными вибраторами.

На монолитном ростверке допускаются все виды кладки для стен кирпичного дома и любые другие технологии строительства.

Деревянный ростверк

Технология строительства деревянных домов облегчает задачу застройщика, которому необходимо связать свайное поле длинномерными элементами для обеспечения пространственной жесткости дома. Нижние венцы сруба (калиброванное бревно), обвязка «каркасника» являются готовым ростверком.

Технология изготовления имеет вид:

• монтаж плоских оголовков – необходимы для увеличения площади опорной поверхности;
• укладка балок – брус, бревно стыкуются в полдерева, крепятся к оголовкам саморезами, болтами или гвоздями.

Это самое быстрое устройство ростверка, однако, технология непригодна для кирпичной кладки, проектов большой этажности. Высота здания не может превышать один этаж с мансардой.

Металлический ростверк

Если высота сруба, «каркасника» превышает стандартный этаж, деревянный ростверк может не выдержать сборных нагрузок. Заливать монолитные балки для деревянных зданий экономически невыгодно, можно использовать ростверк из металлопроката. Технология имеет вид:

• укладка кусков швеллера полками вниз, стенкой вверх на трубы СВС либо двутавра на нижнюю полку точно таким же образом;
• стыковка элементов ростверка, прихватка в нескольких местах;
• обваривание двойным швом каждого стыка.

Металлический ростверк пригоден для одноэтажных кирпичных зданий только при уменьшении шага свайного поля до 1 – 1,5 м. Это обусловлено большой конструкционной массой материала – например, швеллер начинает гнуться под своим весом уже в 3 м пролетах.

Ввод инженерных систем в здание на винтовых сваях

Чаще всего трубы СВС незначительно выступают над поверхностью земли. Это затрудняет разводку коммуникаций в подполье 0,5 – 1 м высоты. Поэтому разумнее осуществить ввод систем жизнеобеспечения на этапе фундамента. Позже для этого придется вскрывать черновой пол, производить земляные работы в замкнутом пространстве. Для нормальной эксплуатации здания необходимо подвести:

• водопровод – в промерзаемом подполье трубы необходимо утеплить, как в земле до отметки промерзания, так и над ее поверхностью полистирольными скорлупами или минватой (2 – 3 слоя) и греющим кабелем, соответственно;
• канализацию – стоки поступают в наружный канализационный контур теплыми, поэтому достаточно обмотки воздушных труб одним слоем базальтовой ваты, подземных трубопроводов пенополистирольной скорлупой на глубину 1– 1,5 м;
• заземление дома – могут использоваться СВС минимального диаметра в виде погруженного на отметку 2 м треугольного контура, обвязанного толстой проволокой или шинами из металлической полосы, при этом сваи не должны иметь защитного покрытия не пропускающего ток;
• кабель электроснабжения – иногда используется подземный ввод, обязательно в защитном кожухе.

После разводки инженерных систем можно установить забирку. Если в проекте заложены кирпичные стены, фальш-цоколь изготавливается на этапе отделки фасада. Потому что в этом случае велика вероятность порчи облицовочных материалов случайным камнем или раствором.

Забирка по винтовым сваям

Полноценный цоколь в свайных основаниях отсутствует, для защиты от продувания, проникновения в подполье осадков изготавливается забирка. Для строительства фальш-цоколя можно использовать несколько технологий:

• каркасная система – на сваи крепится брус или оцинкованный профиль, заием решетка обшивается цокольным сайдингом, профнастилом, панелями;
• кладка – керамический, глиняный кирпич, бутовый камень.

Забирка дополняется отмосткой для отвода ливневых, паводковых стоков. Облицовочные материалы этих конструкций необходимо гидроизолировать. Для этого необходимо:

• установить обрешетку каркаса;
• закрепить на ней вертикально рубероид;
• запустить его под горизонтально расположенную отмостку;
• произвести монтаж сайдинга и тротуарной плитки.

Естественная вентиляция подполья осуществляется за счет оставленных в фальш-цоколе продухов, общая площадь которых должна равняться 1/400 от поверхности забирки. Утеплять конструкцию нет необходимости, поскольку внутри подполья нет отопления.