Техника устройства перфорированных свайных фундаментов с закладными колоннами была подробно изложена в строительных нормах SP 50-102-2003. В данном документе описаны различные основные методы строительства перфорированных свайных фундаментов, которые находят применение в современных строительных проектах.
Устройство буронабивных свай
Перфорированные сваи считаются лучшим решением для создания надежных фундаментов под крупные сооружения или здания, особенно на участках с неблагоприятными и нестабильными грунтами.
Основным преимущественным моментом данной технологии является то, что выполняемые работы наносят минимальный ущерб окружающей почве и существующим конструкциям, расположенным в непосредственной близости от строительного объекта. Это очень важно, особенно в условиях градостроительства, где нарушения могут привести к необходимости дорогостоящих восстановительных работ.
Выбор метода
Термин «перфорированные сваи» по своей сути подразумевает определенный тип свай. Это слово стало общепринятым в строительной практике.
Перфорированные сваи представляют собой пробуренные в земле отверстия, в которые помещается арматурный каркас, после чего отверстия заполняются цементной смесью. Эта конструкция обеспечивает высокий уровень прочности и устойчивости фундамента.
Технология установки перфорированных свай предполагает использование различных методов, что позволяет выбрать наиболее подходящий в зависимости от характеристик грунта и проектных требований. Ниже представлена таблица, в которой систематизированы методы бурения, типы грунтов, с которыми они могут использоваться, а также подробные описания каждого метода:
| Метод | Грунт | Описание |
|---|---|---|
| Циркуляции глинистой смеси (позволяет обойтись без применения обсадной трубы) | Неустойчивый с высоким уровнем влажности | При этом методе шахта замыкается в едином цикле с отстойником. В последующем в шахту под давлением подается бентонитовый раствор, который, смешиваясь с грунтом, формирует на стенках прочную глиняную оболочку. Затем производится установка армирующего каркаса, который заливается бетонным раствором, выталкивающим глину. Чтобы предотвратить растрескивание монолита, бетон подается непрерывно до полного заполнения шахты. |
| Сухой (неприменим при наличии на участке агрессивных или промышленных вод) | Полутвердый, тугопластичный, твердоглинистый | Для этого метода используется ковшовой бур или шнековая колонна, которые создают скважину с последующим расширением в ее основании. Бетон заливается в опалубку, которую перемещают по мере заполнения и твердения раствора. Формирование головы сваи происходит в инвентарном кондукторе, зимнее время подразумевает обязательное утепление этой конструкции. |
| Обсадной трубы | Без ограничений | Для подготовки шахты используется метод забивки, вибрации, погружения или гидродомкрат. Сначала соединенные между собой обсадные трубы опускаются в подготовленную шахту. Затем полость внутри бетонируется и утрамбовывается, для чего труба подвергается полувращательному и возвратно-поступательному движению. |
| Фундекс (утраивается без динамического воздействия на грунт) | В зонах повышенной сейсмической активности | Отработка скважины происходит выдавливанием чугунным наконечником, причем без выемки грунта. Как только достигается необходимая глубина, опускается труба, которая затем армируется и бетонируется. Процесс заполнения бетоном сопровождается подъемом трубы. |
Для формирования прочной глиняной оболочки на стенах скважины используется только качественный бентонит или гранулированная глина. Поддержание чистоты рабочего участка обеспечивается созданием деревянных желобов с наклонными краями для направления отработанного раствора в пруд отстойник.
Устройство буронабивных свай
Выбор свайного фундамента для строительства зданий обуславливает значительное снижение затрат и ускорение всего строительного процесса, так как земляные работы полностью исключаются из относительно простого сценария.
Однако стоит отметить, что удобным ограничением для применения свайных фундаментов является наличие определенных условий подповерхностного грунта, которые могут повлиять на эффективность конструкции. Свайный фундамент представляет собой подземную структуру, которая может быть заглублена в грунт и соединена с бетонными перемычками — ключевыми элементами, на которых зиждется вся конструкция.
Количество и диаметр свай напрямую зависят от проектируемого веса здания и переменных нагрузок, которые возникают в результате использования различных помещений. Например, здание фабрики будет оказывать значительно большее воздействие на сваи, чем школу или жилой дом.
Для точного расчета необходимого количества, диаметра и глубины свай, настоятельно рекомендуется обращаться к квалифицированным специалистам. Характер такого расчета требует специализированных знаний в этой области, так что неопытному человеку выполнить его будет крайне сложно.
Тем не менее, можно предварительно оценить стоимость фундамента, опираясь на усредненные значения нагрузки. Эти цифры обычно предполагают стандартную высоту сваи в 2 метра и интервал между сваями в 1 метр. Ниже приведена таблица с количеством необходимых материалов в зависимости от несущей способности свай:
| Диаметр сваи, м | Грузоподъемность, тонны | Площадь основания, м² | Арматура класса А I ф6 мм, м | F12 мм Арматура класса А III, шт.м |
|---|---|---|---|---|
| 0.15 | 1.1 | 0.18 | 0.75 | 3*6 |
| 0.20 | 1.9 | 0.31 | 1.00 | 4*8 |
| 0.25 | 2.9 | 0.49 | 1.26 | 4*8 |
| 0.30 | 4.2 | 0.71 | 1.51 | 6*12 |
Существует несколько методов, позволяющих увеличить несущую способность сваи, к которым можно отнести:
- укрепление стенок шахты;
- формирование нижнего края скважины путем его расширения;
- углубление заложения опоры;
- увеличение диаметра скважины.
Области использования
Перфорированные сваи нашли крайне широкое применение в городском строительстве, особенно когда есть необходимость сохранить недалеко расположенные здания (в отличие от других методов забивки, которые могут передавать динамические вибрации на соседние объекты).
Кроме того, их используют для возведения сооружений на болотистых или крайне рыхлых грунтах, что делает технологию значительно более универсальной и адаптивной.
Перфорированные сваи были использованы при строительстве Крымского моста, расположенного в Керченском проливе, что является показателем их высокой эффективности и надежности.
Данная технология также отличается высокой актуальностью для объектов, которые планируется строить на сложном рельефе, а также для крупных промышленных комплексов.
Преимущества
- При использовании свайного фундамента существует минимальный риск повреждения соседних зданий, поскольку установка таких свай принципиально лишена динамического воздействия.
- Сваи закладываются на ту глубину, где зимнее промерзание грунта уже не угрожает прочности конструкции.
- Возможность применения технологии установки на неровных участках делает ее крайне удобной и практичной.
- Конструкция позволяет осуществлять закладку свай на грунтах с плохими характеристиками.
- Нет необходимости в завозе большого количества готовых свай, что значительно снижает затраты.
Классификация свай
- Сваи могут иметь форму цилиндра с одинаковым сечением или отличаться по форме, включая усеченные верхушки.
- Как материал может использоваться бетон, бетонные смеси с добавлением арматурной стали, а также цементно-песчаные растворы.
- Армирование может быть осуществлено по всей длине сваи или ограничиваться лишь ее частью.
Выбор метода устройства фундамента полностью зависит от геологических и гидрогеологических условий на строительной площадке, а также типа используемого рабочего оборудования.
- Создание специальных креплений для стен скважин.
- Формирование стен, которые защищают от обрушений; в данной роли часто выступают глиняные растворы и вода под высоким давлением.
- Обеспечение крепления стен скважины с соединением обсадных труб: они могут быть как неизвлекаемыми, так и инвентарными.
Свод правил СП 50-102-2003 предоставляет полную классификацию всех видов перфорированных свай и описывает всю технологию строительства различных типов свайных фундаментов, что делает его незаменимым и актуальным для специалистов в этой области.
Решение о применении конкретного типа свай в качестве фундамента или для создания пограничной стены принимается на основе результатов геотехнического исследования, в ходе которого выявляются характеристики грунта, его плотность и наличие грунтовых вод.
Классификация
Перфорированные свайные фундаменты можно классифицировать в зависимости от метода их создания. Например, в грунтах с высоким содержанием глины и других компактных почвах чаще применяется метод CTH (Continuous Hollow Hole), где буровое долото представляет собой полую трубу, закрытую обратным клапаном, который предотвращает попадание вынутого грунта в полость. К трубе присоединяется мощная катушка, позволяющая поднимать грунт на поверхность, так же как это делается с обычным буром. По достижении нужной глубины в трубу под высоким давлением закачивается бетон, что открывает клапан, и полость заполняется по мере подъема шнека. Для увеличения прочности перфорированной сваи в бетон также встраивается арматурный каркас, что гарантирует долговечность конструкции. После завершения бетонирования сваю оставляют, чтобы бетон мог набрать свою максимальную прочность в течение специального времени.
Другой метод подразумевает использование перфорированных свай с обсадной трубой; эта техника чаще всего используется в зыбучих песках. Обсадная труба сохраняет отверстие от разрушения в процессе установки армирующей конструкции или при возникновении чрезмерного давления на цементный раствор. Для этого производится бурение скважины диаметра равного диаметру трубы, которую вставляют в отверстие, при этом труба либо углубляется, либо разворачивается и просто устанавливается. Далее бур извлекается с дна, и в скважину вставляется арматура с формированием защитного бетонного слоя в 60 мм. Процесс заливки цемента происходит при уплотнении обсадной трубы, которая затем аккуратно извлекается из отверстия.
Особенности технологии
Перфорированные фундаменты пользуются всё большей популярностью в современном строительстве благодаря преимуществам, которые предлагает данная технология, позволяя создавать строения на любых типах грунтов. Ниже перечислены ключевые особенности, присущие перфорированным сваям:
- Широкая область применения: возможность работы как на плотных, так и рыхлых почвах, включая пучинистые, сыпучие и заболоченные участки.
- Быстрый процесс возведения фундамента. Применение буронабивных технологий позволяет значительно сократить сроки выполнения работ по сравнению с традиционными ленточными основаниями или шведскими плитами.
- Фундамент, возведенный с учетом всех строительных норм, способен прослужить не менее 150 лет при должном уходе и правильной эксплуатации.
- Упрощенная конструкция, которая требует минимального объема земляных работ: достаточно провести бурение скважин, что сокращает время на подготовку.
- Свобода выбора: строитель может выбрать диаметр и высоту опор, тип и размещение армирования, основываясь на свойствах грунта и специфике здания.
- Высокая несущая способность: такие фундаменты могут выдерживать тяжелые многоэтажные строения, промышленные объекты и массивные железобетонные конструкции.
Определение диаметра сваи осуществляется на основании геодезических изысканий с учетом климатических и геологических условий в соответствии с действующими СНиП. Вес здания, количество опор и тип грунта рассчитываются непосредственно в процессе проектирования. В таблице ниже представлена информация о несущей способности свай в различных грунтах:
Однако метод применения перфорированных свай имеет и свои недостатки:
- Необходимость использования тяжелой строительной техники для бурения, установки обсадных труб, а также монтажа армирования на крупных строительных объектах;
- Сложность некоторых технологических процессов;
- Требуется проведение расчетов, что требует дополнительных знаний и опыта.
Устройство буронабивного фундамента
Данный тип фундамента активно используется как в промышленном, так и в частном строительстве. Процесс возведения перфорированных свайных фундаментов требует применения специализированного оборудования, однако по скорости и стоимости оно значительно выигрывает у популярных ленточных фундаментов. Одной из ключевых характеристик перфорированных фундаментов является то, что их возможно монтировать самостоятельно, используя ручные или электрические буры.
Перед началом работ необходимо тщательно подготовить все необходимые инструменты и материалы:
- рулетка, моток шнура, набор колышков и молоток для разметки будущих скважин;
- бур для бурения скважин – это может быть ручной инструмент, либо оснащенный электрическим приводом, а также бензиновый бур;
- опалубка, изготовленная из рубероида, пластика, железобетона или асбестоцемента, которую планируется оставить в скважине; для промышленных объектов могут использоваться съемные обсадные трубы;
- арматура для создания опор и ростверка;
- оборудование для приготовления бетонного раствора, а также необходимые компоненты – цемент, щебень и песок;
Необходимые расчеты
Чтобы правильно рассчитать необходимое количество свай, важно точно определить общий вес строительства (включая вес стен, перекрытий, расположенных в здании коммуникаций и мебели). Поскольку сваи обычно изготавливаются из бетона марки М300 со стандартным армированием, можно воспользоваться следующими данными для оценки несущей способности одной сваи:
| Диаметр сваи, мм | Площадь основания, см² | Грузоподъемность, кг | Объем бетона, м³ | Количество арматуры, шт. | Расход арматуры, на м |
|---|---|---|---|---|---|
| 150 | 177 | 1062 | 0,0354 | 3 | 7 |
| 200 | 314 | 1884 | 0,0628 | 4 | 9 |
| 250 | 491 | 2946 | 0,0982 | 4 | 10 |
| 300 | 707 | 4242 | 0,1414 | 6 | 14 |
| 400 | 1256 | 7536 | 0,2512 | 8 | 18 |
Использование переносных буров позволяет создавать скважины диаметром до 200 мм, что делает их особенно актуальными при строительстве небольших частных домов.
Для расчета глубины установки опоры важно знать глубину промерзания грунта в данной местности и прибавить к этой цифре 20 см. Например, если глубина промерзания составляет 1,3 м, то перфорированные сваи должны быть заложены на глубину 1,5 м. Для рыхлых, сыпучих и болотистых почв обязательны дополнительные геотехнические исследования, и при заглублении сваи они должны достигать слоя твердых пород.
Чтобы установить количество свай, массу здания следует разделить на несущую способность одной сваи и затем умножить на коэффициент погрешности, равный 1,2. Этот коэффициент учитывает возможные недочеты в расчете веса конструкции, мебели и дополнительной снеговой нагрузки.
Подготовка и разметка
Проектирование фундамента начинается с составления плана свайного поля с указанием расположения будущих скважин. Необходимо правильно измерить между собой диагонали по углам участка, проверяя его квадратность и ровность.
Первая установка буронабивных свай осуществляется по углам здания, а остальные должны быть равномерно распределены под несущими стенами, чтобы обеспечить максимальную устойчивость конструкции. Сваи устанавливаются только в местах, где будут пробурены скважины.
Расстояние между дырчатыми сваями и столбами не должно превышать 2 м, при этом должно составлять не менее трех диаметров свай для сохранения целостности и структуры грунта.
Монтаж
После завершения подготовительных мероприятий, перфорированные сваи могут устанавливаться своими руками. Используя ручной, машинный или электрический бур, производят бурение на необходимую глубину, строго следуя разметке.
Характеристики
Строительство надежного фундамента с использованием перфорированных свай включает множество характеристик. Как правило, это среди всего прочего затрагивает специficические свойства крепежных, фиксирующих и уплотнительных элементов, используемых для бурения и устройства свай. Рассмотрим характеристики элементов фундамента с перфорированными сваями подробнее. Первым важным элементом является опалубка, ее конструкция и выбранные свойства. Стоит отметить, что опалубка, как правило, воспринимается лишь как деревянный или железный элемент, обеспечивающий форму для лития бетонных или железобетонных конструкций.
В принципе, такая интерпретация подходит и к свайным конструкциям, но в этом аспекте опалубка может выполнять и несколько дополнительных функций, таких как:
- Цилиндрический свернутый рубероид (целесообразен в тех случаях, если диаметр отверстия не превышает 50-60 см). Данный элемент обеспечивает дополнительную защиту от влаги;
- Асбестоцементная труба – она считается прочнее прочих аналогов, значительно повышая жесткость конструкции и защищая от механических повреждений;
- ПВХ, ПП или другие полимерные трубы (обычно эти материалы подойдут для негабаритных зданий, таких как небольшие домики или бани, высота которых не превышает 2-3 этажа).
Опалубка может быть картонной, съемной или несъемной, оставляемой даже после заливки бетона. Чаще всего выбирается съемная опалубка, так как она дает возможность значительно сократить время на производственные процессы. Однако несъемная опалубка обеспечивает лучшую фиксацию и герметизацию железобетонного фундамента, что делает этот вариант более экономически выгодным. Однако когда речь заходит о некоторых полимерных опалубках, важно помнить, что некоторые из них чувствительны к воздействию солнечных лучей и температуры.
Обсуждая опалубку, следует также отметить, что обустройство стенок с использованием обсадной трубы также выполняет аналогичную функцию. Обычно обсадная труба не подлежит извлечению, но экономные застройщики могут поступать иначе. Это решение зависит от финансовых возможностей строителей.
Вторым важным элементом является армированный каркас и его соответствующие характеристики.
Многие неопытные строители могут упускать из виду важнейший аспект правильности установки и качества армирующих элементов в свайном фундаменте. Общепринятой ошибкой является просто наличие арматуры: «если арматура в наличии, то всё в порядке». Такой подход может быть верным для небольших зданий, но при возведении крупных объектов игнорирование этого фактора ставит под угрозу надежность всего строения.
Согласно строительным нормам и правилам, арматурный каркас должен быть конструкцией с 4 и более вертикальными стержнями диаметром не менее 10 мм. Фактически, конструкция представлена в виде цилиндра, где прутья соединяются специальными горизонтальными хомутами (обычно из стали). Устанавливая арматурный каркас в подготовленную скважину, следует следить за тем, чтобы его вершины находились на 20-40 см выше самой высокой точки скважины (или соответственно обсадной трубы или опалубки). Это необходимо для последующего крепления железобетонного фундамента, что увеличивает общую надежность конструкции.
Также важно отметить, что процесс установки арматурной обоймы при бурении бетона (с использованием щебня или бутового камня, который встраивается в бетон вибропрессованием) может быть сложным. В этом случае арматурные элементы могут размещаться только в верхней части сваи, а не на всей ее высоте. Этот метод обычно используется в случаях, когда строитель хочет естественным образом усилить конструкцию и одновременно сократить расходы на бетон.
Монтаж
Для качественного и безопасного строительства фундамента с применением перфорированных свай стоит следовать пошаговому руководству, охватывающему все этапы работ:
- Проведение измерительных и разметочных работ – для качественного выполнения этих задач требуются специальные чертежи, учитывающие территориальные и технические особенности постройки;
- Определение типа свай – различают висячие сваи (которые не достигают плотных слоев грунта) и сваи-стойки (опирающиеся на твердые породы). Первый тип чаще применяется на сложных участках с высоким уровнем грунтовых вод, подвижными грунтами и высокой пучинистостью в зимний период;
- Установка бурильной установки на место бурения;
- Процесс бурения скважины для достижения нужной глубины и диаметра (оба этих параметра определяются заранее на основе проектирования в соответствии с размерами и характеристиками грунта);
- Добавление глиняного раствора – это необходимо для предотвращения обрушения стенок скважины, так как глиняная поверхность не пропускает влагу и защищает от грунтовых вод, также являясь естественным укреплением;
- Шламовые элементы, представляющие собой породы и фракции, извлекамые при бурении, необходимо вытащить на поверхность (это может осуществляться буровым раствором или механическим способом, в зависимости от используемого метода бурения);
- Если объект имеет большие размеры и требует исключительного армирования, застройщик может использовать специализированное оборудование для погружения арматуры на всю глубину уже пробуренной скважины (в зависимости от глубины процесса может происходить под давлением);
- После установки арматурных элементов их следует зафиксировать с помощью упоров, которые могут быть изготовлены из различных типов опалубки;
- Заполнение отверстия бетоном (в зависимости от глубины свай бетоном может доставляться специальной техникой или вручную, однако срок бетонирования не должен превышать 3 часов — это нормально по СНиП);
- Следующие этапы включают бурение и заполнение скважин в других местах по описанной схеме, последовательное выполнение измерений и крепление всех свай железобетонным ленточным фундаментом.
Расчет
Монтаж любого фундамента требует четкого соблюдения норм и регулярного учета всех факторов. Даже небольшая ошибка в установке фундамента может привести к постоянным ремонтам, земельным работам и значительным финансовым затратам. Это можно избежать, учитывая максимальное количество факторов, способных повлиять на надежность вашего фундамента. Это полностью относится и к перфорированным сваям.
Ниже перечислены все параметры, влияющие на надежность фундамента на перфорированных сваях:
- площадь, длина и высота фундамента/ростверка, площадь боковой поверхности и подошвы – это позволит точно рассчитать среднее давление от здания на каждую сваю;
- средние затраты на бетон или бутовые элементы – это важно для определения прочности и жесткости каждой сваи, здесь следует учесть использование или отсутствие обсадных труб и гидроизолирующих элементов;
- нагрузка и давление на отдельные сваи, а также нагрузка от самого здания и фундаментов на грунт;
- рекомендации к армированию – это минимальный диаметр от 10 мм, количество, длина и вес арматурных стержней и диаметр хомутов крепления по действующим нормам;
- особенности опалубки (параметры данного аспекта сильно варьируются в зависимости от используемого материала);
- также следует учитывать климатические условия данного региона.
Некоторые из расчетов не могут быть применены к зданиям, возводимым частными застройщиками, это может быть связано с установленными конструкциями и элементами на месте строительства, для которых невозможно провести точные предстроительные расчеты. Это достаточно частая ситуация, поскольку количество индивидуальных проектов увеличивается, а смелые архитектурные решения в строительстве становятся все более популярными. В таких случаях проектировщикам стоит обратиться к жестким нормам, техническим условиям и таблицам данных СНиП 2.02.03-85, СНиП 3.03.01-87, СНиП 52-01-2003 и ГОСТ Р 52086-2003, что позволит определить оптимальное количество свайных элементов, рассчитать глубину их установки, приблизительно оценить нагрузку и устойчивость конструкции.
Процедура расчета перфорированного свайного фундамента заключается в следующем: сначала необходимо вычислить вес всех несущих конструкций, включая потенциальный вес мебели, людей, кирпичной кладки и другие аспекты, такие как снеговая или дождевая нагрузка. Затем определяется несущая способность одной сваи. Этот параметр зависит от диаметра и длины сваи, характеристик армированного каркаса, нагрузки на грунт и его свойств. Эта информация может быть получена на основании данных испытаний.
После получения расчетов подрядчик выполняет корректировки, включая оптимизацию количества свай (обычно нечетные числа округляют до четных) и проверку конструкции на наличие повреждений или трещин. Количество свай и расстояние между ними также зависят от веса здания и цилиндрического диаметра самих свай. Установку свай следует производить в местах стен, на углах и стыках здания, исключая неравномерные нагрузки.
Преимущества буронабивных свай
- При создании фундамента отсутствует вероятность повреждения окружающих строений, так как метод не предполагает динамического воздействия.
- Сваи закладываются со знанием глубины промерзания.
- Осуществлять монтаж можно и на неровных поверхностях, не нанося ущерба окружающему ландшафту.
- Не требуется завоза и размещения обширного количества готовых свай, что значительно облегчает процесс.
- Метод подходит для эксплуатации на слабых грунтах.
- Процесс бурения скважины.
- Установка армирующего каркаса в скважине – каркас должен немного выступать над устьем скважины, чтобы обеспечить возможность дальнейшего соединения с ростверком или надлежащими конструкциями.
- Заполнение скважины бетоном.
Рис. 6 Конструкция перфорированной сваи
Технологические особенности
- Установка свай без обсадных труб возможна на достаточно устойчивых грунтах.
- При использовании свай с обсадными трубами это проявляется в слабых грунтах для их защиты от возможного разрушения, где обсадная труба становится основой для будущей сваи. Внутри неё осуществляется заливка бетона.
- Закладка с использованием проходит шнеков (которые уплотняют стены скважины).
- В загородном строительстве спец конструкции могут использовать упрощенную чаша, например, свернутый в трубу лист рубероида.
Рис. 7 Конструкция перфорированной сваи
Цена за метр кубический
Ценовой диапазон составляет от 23 тысяч рублей за кубометр конструкции.
Стоимость перфорированных свай формируется следующими факторами:
- Сложность рельефа.
- Необходимость в дополнительных укреплениях скважин.
- Глубина бурения.
- Место выполнения работ (расстояние для транспортировки техники).
Процесс возведения фундамента включает следующие этапы:
- Разметка территории под фундамент.
- Бурение скважин и установка свай.
- Осуществление армирования и монтаж ростверка.
- Примерная стоимость установки ленточного фундамента на буронабивных сваях — 26 тысяч рублей за кубометр.
