Виды свайных фундаментов могут различаться в зависимости от особенностей ландшафта, грунта и самого сооружения. Но в любом случае, данный тип опорных сооружений существенно снижает затраты на строительство по сравнению с применением заливных фундаментов, уходящих под поверхность земли. Во многих случаях различные типы свай являются единственным решением в строительстве сооружений при сложных условиях. Свайные конструкции имеют свои преимущества некоторые недостатки, потому в проектировании учитываются даже малейшие нюансы их сооружения.
Основные типы свайных конструкций
Типы свайных фундаментов различаются по видам свай и ростверк. Но основной принцип применения данного типа фундамента заключается в том, что опора сооружения получает сцепление с грунтом за счет наличия вертикально расположенных в нем элементов конструкции, то есть – свай.
По типу работы фундаменты разделяют на следующие типы:
- Стоечные сваи. Их задача заключается в принятии на себя основной нагрузки от веса всего сооружения. Такие сваи передают вес конструкции на грунт. Это – наиболее распространенный тип свай, их материал и конструкция предполагает максимальную прочность, надежность и долговечность, так как на них приходится около 85 % всей массы здания. Данный тип фундамента практически не дает осадки и способен выдерживать значительные нагрузки на протяжении длительного периода.
- Висячие сваи. Они, как правило, имеют рельефную поверхность в сочетании с увеличенной боковой площадью. По принципу действия их можно сравнить с забитым в прочное основание гвоздем. Яркий пример данного типа фундамента можно привести при помощи винтовых свай. Их применение становится целесообразным в тех случаях, когда прочный грунт залегает в поверхности на значительную глубину, то висячие смогут выполнять свою функцию без погружения в грунт на большое расстояние.
Устройство фундамента на сваях
Свая – это стержень, на котором впоследствии будет держаться фундамент. Она может погружаться в землю в готовом виде, либо изготавливаться непосредственно в грунте. Основное назначение элемента – передача нагрузки на грунт как посредством бокового трения, так и через нижний торец.
Составляющие свайного фундамента
Свайный фундамент состоит из нескольких составляющих. Его конструкция может изменяться в зависимости от типа применяемых материалов и других факторов, но в целом выглядит следующим образом:
- сваи, погруженные в землю;
- в верхней части они соединяются ростверком, который может состоять из балок или плит и находиться над уровнем грунта.
Как выглядит ростверк на сваях
Виды ростверков свайных фундаментов: сборные, монолитные, монолитно-сборные. В случаях, когда голова сваи является ее продолжением и соединяется с другими колонами, в изготовлении ростверка необходимость отпадает.
Во всех типах фундаментов ростверк служим для равномерной передачи нагрузки от здания к сваям, а от них – на грунт.
Железобетонные сваи
Сваи могут доставляться на стройплощадку готовыми, в виде балок, или заливаться в опалубку, смонтированную в пробуренной скважине.
Виды конструкции свай могут быть круглыми или многоугольными, с заостренными нижними концами. Длина достигает 16 м, размер в поперечном сечении — от 20 до 40 см.
Наиболее распространены изделия квадратного сечения, как менее трудоемкие и более технологичные в изготовлении.
Классификация по типу материала
Чтобы определить, какие бывают сваи, следует более подробно рассмотреть их классификацию по типу материала. От его выбора будет зависеть долговечность, надежность, устойчивость к внешним раздражителям возводимого фундамента.
Деревянные
Изделия изготавливаются преимущественно из следующих пород древесины:
- сосна, ель;
- дуб;
- кедр;
- лиственница или пихта.
Сваи из дерева бывают цельными и сращенными по длине, во втором случае бревна соединяются с помощью металлических накладок.
При меньшей цене изделий из дерева важно учитывать, что они способны выдержать меньшую нагрузку по сравнению с железобетонными или железными аналогами. Чаще всего деревянные сваи применяются при сооружении временных конструкций.
Железобетонные
Данная разновидность свай имеет наиболее распространенное применение. Они могут быть как монолитными, так сборными.
Монолитные конструкции имеют разное сечение: круглое, квадратное, прямоугольное. Параметры сечения – от 20Хдо до 40Х40. Конец, погружаемый в грунт, имеет пирамидальную форму. При забивке фундамента он дополнительно защищается стальным башмаком. Монолитная конструкция почти всегда укрепляется посредством внутреннего продольного армирования. Для увеличения прочности сваи она может иметь поперечное армирование из низкоуглеродистой проволоки.
Наиболее распространенный вид железобетонных свай
Сваи сборной конструкции собираются из трубчатых железобетонных элементов. Сборка осуществляется заранее на производстве или непосредственно на месте строительства.
Забивка железобетонных свай может осуществляться при помощи копров, передвижных кранов и прочего специализированного оборудования. Широкое распространение получила менее затратная технология вибропогружения.
При забивке свай их верхняя поверхность защищается тройным слоем металлической сетки с шагом от 5 см. Данная мера предотвращает разрушение железобетонного изделия в процессе передачи нагрузки от молота.
Металлические
Основное преимущество металлических или винтовых свай заключается в возможности точечного создания несущей способности в местах, где применение железобетонных технологий либо невозможно по причине трудного доступа, либо является слишком дорогим. На сегодняшний день в гражданском строительстве данный вид опор применяется все чаще.
Изделия изготавливаются из цельнолитых труб, с одной стороны сведенных к конусу. Около наконечника к трубе приваривается реборда из листового металла. Существуют следующие виды винтовых свай:
- сварные;
- с литыми наконечниками;
- геошурупы.
Применение металлических свай
Применение металлических свай целесообразно в строительстве фундамента на сложном грунте. С их помощью можно значительно сэкономить бюджет, при этом достигается максимальное качество и прочность конструкции. Сроки возведения фундамента и шум сокращаются в 2 раза по сравнению с железобетонными аналогами.
Виды свай
Сваи бывают:
- винтовые — внизу находится лопасть, благодаря которой они могут вкручиваться в грунт,
- сваи-оболочки — железобетонные полые элементы, которые устанавливают с удалением лишней почвы, а полость затем заполняют бетонным раствором,
- набивные — отливаются сразу на месте в подготовленную скважину,
- забивные — из металла, дерева, железобетона, их забивают в грунт с помощью спецтехники, при этом излишки земли не удаляют.
Способы, которыми их устанавливают, могут быть следующими:
- завинчивание,
- забивка,
- буроопускание,
- бурозабивка,
- вибропогружение,
- вдавливание и другие.
В частном строительстве обычно используют такие типы свайных фундаментов, которые можно построить без привлечения тяжелой техники и без специальных навыков. Поэтому для малоэтажного строительства обычно используют винтовые и буронабивные разновидности, реже — забивные из-за того, что для монтажа последних нужна специальная техника (сваебойный молот), следовательно, увеличивается стоимость строительства.
Винтовые
Винтовые сваи производятся из металлических труб. На одном конце расположен шнек, облегчающий их заворачивание в грунт. Для монтажа такого фундамента нужен кабестан (гидрокабестан) который позволяет механизировать процесс монтажа и представляет собой устройство из гидровращателя с бензиновым двигателем и реактивными рычагами. Можно обойтись и без него — на верхнем конце сваи есть специальное отверстие, в которое вставляют лом ли металлическую трубу и заворачивают сваю. Обычно таким образом два человека заворачивают сваю, а третий контролирует ее вертикальность.
Также компании, поставляющие эти изделия, предлагают услуги по их установке, это избавит вас от больших физических усилий при закручивании или денежных трат на покупку кабестана.
После установки сваи обрезают до одинаковой длины, внутрь заливают цементно-песчаный раствор (пескобетон) марки М-300. Для соединения с ростверком сверху надевают оголовок.
Такой фундамент можно использовать на различных грунтах, на участках с перепадами высот, сооружается он быстро и благодаря этому становится популярным. Винтовые сваи можно использовать повторно. На видео рассказывается о плюсах, минусах и особенностях такого основания.
Винтовые сваи при наличии плазменной резки, лазера или гидрореза и при умении работать с металлом можно изготовить своими руками. Главной сложностью при этом становится изготовление шнека (лопасти).
Набивные
Существует несколько видов таких свай:
- сваи Страуса,
- буронабивные,
- пневмонабивные,
- частотрамбованные и другие.
Сваи Страуса, предложенные в 1899 году, стали основой для других видов набивных свай. В них были применены обсадные трубы.
Буронабивные сваи
Этот вид чаще всего применяют в частном строительстве благодаря относительной простоте устройства. Для этого под фундамент бурят скважины, в них опускают обсадные трубы из асбестоцемента или свернутый в трубку рубероид. Внутрь трубы вставляют арматуру и заливают бетон. В качестве опалубки также можно использовать полиэтилен или картон. Если грунт не сыпучий, такие сваи можно залить и без опалубки (сухим способом). В этом случае арматуру опускают прямо в скважину и туда же заливают раствор. Армируют бетон только в верхних 1,5-2 метрах.
Для большей устойчивости в нижней части сваи делают пятку — расширение. Для этого, когда в трубу зальют раствор примерно на 1 м, трубу медленно поднимают, пока уровень раствора не опустится до 0,3-0,4 м. Таким образом бетон соединяется с грунтом, образуя утолщение. Кроме того, цементное молоко при этом проникает в грунт и делает его прочнее.
Буронабивные сваи можно применять не только для строительства нового фундамента, но и для усиления уже существующего.
Деревянные
Деревянные сваи для фундамента применяют реже, чем бетонные или стальные, но такая технология тоже имеет право на существование. Сейчас дерево можно обработать так, чтобы оно не гнило в земле. Из дерева можно сделать как сваи-стойки, которые проходят через слабые слои почвы и опираются на более твердые, с лучшей несущей способностью, так и висячие сваи, которые работают за счет силы трения на боковой поверхности сваи. Достоинства деревянных фундаментов — это:
- экологичность,
- низкая стоимость,
- хорошие теплоизоляционные свойства,
- упругость — после снятия приложенного давления конструкция восстанавливает свою форму,
- простота монтажа.
Недостаток деревянного фундамента — его недолговечность, особенно, если влажность почвы изменяется со временем. Высыхание и намокание быстро разрушают дерево.
На таких основаниях возводят деревянные дома с небольшим весом, небольшие хозяйственные или коммерческие здания.
Для установки деревянных свай очень важно знать уровень грунтовых вод. Нижняя точка опоры должна находиться глубже самого нижнего слоя грунтовых вод.
Для деревянных фундаментов применят долговечные породы дерева, такие как:
- дуб,
- сосна,
- лиственница.
Дерево предварительно обрабатывают специальным раствором (креозотом, медным купоросом и другими) или обугливают. К фундаменту предъявляются следующие требования:
- он должен опираться на твердую почву,
- должен быть заглублен как минимум на 50 см ниже уровня промерзания,
- глубина фундамента — не менее 1,2 м,
- используется дерево не менее 20 см в диаметре.
Сваи из дерева в свою очередь делятся на несколько видов:
- из одного бревна,
- срощенные,
- пакетные.
Срощенные сваи делают из 2-4 бревен. Длина сваи может составлять от 2 до 12 м. Перед установкой нижний конец заостряют, иногда (для забивки в плотный грунт) на него надевают металлический башмак. На верхний конец надевают металлический обруч (бугель). Устанавливают опоры забиванием (сваебойным молотом или обычной кувалдой) или вибропогружением, а иногда и вдавливанием. Иногда для прочности применяют бетонирование.
Целесообразно строить дом на таком основании в местах, где растет подходящее дерево и где его заготавливают, иначе расходы по доставке нивелируют всю экономию.
Классификация по способу заглубления в грунт
Способ погружения сваи зависит от вида изделия, материала, из которого оно изготовлено и некоторых других факторов, например – тип грунта и уровень грунтовых вод. Для облегчения возведения свайного фундамента в песчаных и гравелистых грунтах может применяться технология подмывания, а для пылевато-глинистых грунтов – бурение скважин и электроосмос. Но чаще всего используются следующие способы погружения:
- забивной способ реализуется с применением свайных молотов;
- погружение вибрированием осуществляется в условиях влажных песков;
- вдавливание в грунт, применяется в случаях, когда недопустимо динамическое воздействие на грунт;
- винтовые металлические си заглубляются в грунт посредством ввинчивания. Данная технология является целесообразной в слабых грунтах.
В предоставленном ниже видео можно увидеть, как происходит забивка железобетонной сваи:
Металлические сваи
В качестве свай используют прокатный профиль: двутавровую балку, швеллер или трубу. Иногда производят их предварительную подготовку. Для этого сваривают между собой 2 швеллера, получая таким образом квадратную трубу.
Сваи также могут быть незамкнутого сечения. Их составляют сваркой уголков, рельсов, двутавров.
Металл применяется в случаях, когда невозможно установить железобетонные сваи. Его легче наращивать по мере заглубления в грунт.
Металлические профили обладают высокой прочностью, что упрощает их забивку в грунт. Для небольшого поперечного сечения не страшны твердые включения или разрушенные скальные грунты.
Сваи забивают в грунт молотом или прессом. При глубине до 5 м достаточно применения ручного молота.
Особые виды свай среди изделий из металла — это винтовые. Обеспечивая высокую прочность, они экономичней и технологичней фундаментов из железобетона. Сваи представляют собой пустотелые трубы с наружными лопастями. Их завинчивают в грунт, как шурупы, сохраняя его структуру и дополнительно уплотняя. При этом не допускается вращение в обратном направлении, чтобы не ухудшить характеристики основания.
Разделение свай по условию изготовления
Существует две основные классификации свай по условию их изготовления: производимые на производстве и в грунте. Если в первом случае изделие погружается в землю в готовом виде, то во втором изготавливается непосредственно на месте строительства. Такие изделия называют буронабивными или набивными.
Набивные сваи
Первым этапом монтажа таких свай является бурение скважины до определенной отметки. Впоследствии в ней набивается бетон или железобетонная конструкция. Часто в нижней части скважины путем бурения грунта либо распирания путем усиленной трамбовки бетона делается расширение. В результате свая будет иметь расширенную пяту.
Изготовление железобетонных свай в грунте
Следующим этапом является укрепление ложа. Для этого на дно скважины засыпается и трамбуется щебень или шлак для укрепления будущей сваи. Максимальные параметры буронабивного изделия – до 0,5 м. в ширину и до 50 м. в глубину.
Затем в скважину устанавливается обсадная труба, которая впоследствии будет выполнять функцию фундамента. Если конструкция сваи предполагает дополнительное укрепление, в обсадную трубу устанавливается каркас из арматуры. Труба имеет теряемый башмак, который в процессе утрамбовки бетона образовывает расширенную пяту.
В трубу заливается бетонная смесь, после чего производится утрамбовка материала. Оно выполняется путем удара молота по трубе либо по технологии виброштампования. Второй метод является более экономичным и на сегодняшний день применяется все чаще.
Различные виды наконечников винтовой сваи
Различают основные типы наконечников винтовых свай по способу соединения с телом трубы:
- Наконечники, выполненные из тела трубы
- Наконечники, приваренные к трубе
По форме наконечники могут быть:
- Крестообразные
- Круглые
- Трубы, обрезанные под углом
- Заостренные концы трубы
Обычно крестообразные наконечники изготавливают из самой трубы. Для этого на окончании трубы вырезаются лепестки и сбиваются к центру.
Рис. Крестообразный наконченик
Круглые наконечники чаще всего изготавливаются методом литья и привариваются к концу трубы.
Помимо труб с наконечниками, используются и сваи без наконечника – тело трубы может быть обрезано под углом, или иметь заостренные зубцы на конце. Такая обрезка труб облегчает их углубление. Использование таких свай возможно в достаточно плотных грунтах. Кроме того, зубы на конце сваи помогают преодолеть сопротивление грунтов с высоким содержанием мелких каменистых включений.
Резьбовой наконечник
Применение фигурных свай различного типа
В особенно сложных условиях, например – при сильном промерзании грунта или чрезмерной нагрузке на почву, рекомендуется применение свай с различными формами. Они могут быть как изготавливаемыми в грунте, так и забивными.
Различают следующие виды изделий:
- пирамидальные;
- трапецеидальные;
- ромбовидные;
- с уширенной пятой.
Вид свай с уширенной пятой
Все эти виды свай используются только в качестве висячих стоек, так как позволяют в полной мере использовать опорную способность грунта. Первые три вида изделий применяются в условиях сильного промерзания грунта для минимизации касательных сил при его пучении.
Сваи с уширенной пятой применяются в слабых грунтах, под которыми пролегают более плотные слои. Такие изделия используются в качестве стоек и могут обеспечить прочность и надежность фундамента даже на нестабильных грунтах.
Область применения
Фундаменты из свай применяются для разных типов зданий, несущих определенные нагрузки. Поэтому для качественной основы необходимо подобрать нужный вид свай. Рассмотрим назначение и виды свай:
- Деревянные. Их применяют при постройке коттеджей, небольших мостиков или временных построек. Погружение изделий осуществляется путем вдавливания, забивания, вибрирования.
- Металлические. Различают в виде шпунтов, двутавровых балок и других видов прокатного профиля. Большой популярностью пользуются винтовые изделия, обладающие высокими прочностными свойствами. Погружение в почву осуществляется путем ввинчивания изделия в грунт вручную или с использованием специальной техники.
Их достоинством является возможность применять такие строительные элементы на любых рельефах. Используют такие элементы для изготовления фундаментов под опоры электропередач, или под высокие мачтовые конструкции, а также для возведения пристроек к зданиям. Усиливают винтовые сваи после монтажа путем заливки их внутренней части бетонной смесью.
Рекомендуем посмотреть видео, подробно показывающее процесс заливки опоры бетоном для ее усиления.
- Железобетонные. Имеют в своей конструкции армирование для усиления несущей способности. Главным их достоинством есть плотное погружение в почву. При забивании сваи при помощи молота, почва вокруг нее уплотняется и таким образом происходит увеличение расчетного сопротивления конструкции. Фундаменты, сделанные с использованием такой основы, отличаются большой прочностью. Железобетонные изделия можно применять для высокоэтажных построек и других зданий, основа которых должна выдерживать большие нагрузки.
