Свайный фундамент часто выбирают для участков со слабыми, водонасыщенными и неоднородными грунтами. Он позволяет передать нагрузку от здания на более плотные слои, расположенные ниже поверхности земли. Такое решение особенно распространено в Санкт-Петербурге и Ленинградской области, где на одном участке могут встречаться насыпные грунты, торф, мягкопластичные суглинки, водонасыщенные пески и плотные ледниковые отложения.
Однако сам по себе выбор свайного фундамента еще не решает проблему. Необходимо определить тип свай, их диаметр или сечение, количество, расположение и фактическую длину. Основной ошибкой становится подход: «Сосед использовал шестиметровые сваи — значит, и нам подойдут такие же». Даже на соседних участках геологический разрез может заметно отличаться, а в пределах одного пятна застройки глубина плотного слоя иногда меняется на несколько метров.
Проектирование свайного фундамента без достаточных данных инженерно-геологических изысканий не допускается действующими строительными нормами. Тип, размеры и расположение свай должны подбираться с учетом характеристик грунта, нагрузок от здания и технологии строительства.
Свайный фундамент состоит из свай, погруженных или изготовленных непосредственно в грунте, и конструкции, которая объединяет их верхние части. Обычно такой объединяющей конструкцией выступает ростверк.
Ростверк принимает нагрузку от стен, перекрытий, колонн и других элементов здания, после чего распределяет ее между сваями. Сваи передают нагрузку на грунт через нижний конец и боковую поверхность.
По характеру работы различают два основных типа свай.
Сваи-стойки проходят через слабые слои и опираются нижним концом на прочный, слабодеформируемый грунт. Основная часть нагрузки передается через пяту сваи.
Висячие сваи не обязательно достигают скального или практически несжимаемого слоя. Они передают нагрузку как через нижний конец, так и за счет трения грунта по боковой поверхности. Название «висячая» не означает, что свая находится без опоры. Она работает за счет взаимодействия с окружающим грунтовым массивом.
На практике работа сваи часто имеет смешанный характер: часть нагрузки воспринимает ее нижний конец, а часть — боковая поверхность.
Свайное решение может быть целесообразным, если в верхней части разреза находятся грунты, которые не способны надежно воспринимать нагрузку от здания или могут давать значительные неравномерные осадки.
К таким условиям относятся:
Свайный фундамент также выбирают при строительстве на участке, где устройство глубокого котлована под плиту или ленту технически сложно либо экономически невыгодно.
Но сваи не являются универсальным решением для любого участка. Иногда после изысканий выясняется, что верхние грунты достаточно прочные и можно использовать более простой фундамент мелкого заложения. В других случаях свайный фундамент действительно необходим, но его параметры оказываются совсем не такими, как предполагалось первоначально.
Сваи можно классифицировать по материалу, способу изготовления, способу погружения и характеру передачи нагрузки. Для частного и малоэтажного строительства чаще всего рассматривают винтовые, забивные железобетонные и буронабивные сваи.
Винтовая свая представляет собой металлическую трубу с лопастью или несколькими лопастями в нижней части. Ее погружают в грунт вращением.
Основными преимуществами считаются высокая скорость монтажа, возможность проведения работ без масштабных земляных работ и относительно простое устройство фундамента на участке с перепадом высот.
Винтовые сваи часто применяют для:
При этом винтовая свая должна быть рассчитана не только по вертикальной нагрузке. Необходимо учитывать горизонтальные воздействия, возможное морозное пучение, коррозию металла, толщину стенки трубы, качество сварных соединений и фактические свойства грунта.
Особенно опасно выбирать винтовые сваи только по диаметру трубы и предполагаемой массе дома. Несущая способность зависит не только от металла, но и от грунта, в котором располагается лопасть. Одна и та же свая в плотном песке и в мягком суглинке будет работать по-разному.
На участках с торфом, насыпными грунтами или слабой толщей большой мощности короткая винтовая свая может формально погрузиться без затруднений, но не достичь надежного несущего слоя.
Дополнительного внимания требует защита металла от коррозии. Условия эксплуатации зависят от влажности, химического состава грунтов и подземных вод, наличия блуждающих токов и качества защитного покрытия. Нормативные требования предусматривают необходимость учитывать агрессивность среды при проектировании стальных свай.
Забивные сваи изготавливают на заводе, доставляют на объект в готовом виде и погружают в грунт при помощи ударного оборудования.
Их преимущества:
Забивные железобетонные сваи применяют как в промышленном, так и в малоэтажном строительстве. Для частных домов используются сваи небольшого сечения, погружаемые компактными установками.
При забивке важно правильно интерпретировать отказ — величину погружения сваи от серии ударов. Малый отказ не всегда означает, что свая достигла расчетного несущего слоя. Она могла встретить валун, строительный мусор, плотную прослойку небольшой толщины или другой локальный объект.
Для Северо-Западного региона это особенно актуально из-за распространения ледниковых отложений, в которых могут находиться галька, гравий и валуны. Свая может остановиться на отдельном камне, хотя ниже продолжается слабый грунт.
К недостаткам забивной технологии относятся шум и вибрация. Это важно при строительстве рядом с существующими домами, инженерными коммуникациями и чувствительными сооружениями. При применении свай, погружаемых с динамическим воздействием рядом с существующей застройкой, необходимо оценивать возможное влияние работ на соседние конструкции.
Буронабивную сваю устраивают непосредственно на участке. Сначала бурят скважину проектной глубины, затем устанавливают арматурный каркас и заполняют скважину бетонной смесью.
Буронабивные сваи позволяют изменять диаметр и длину в зависимости от нагрузок и геологических условий. Технология подходит для объектов, где нежелательны сильные ударные и вибрационные воздействия.
Главная сложность заключается в контроле качества работ. В водонасыщенных и неустойчивых грунтах стенки скважины могут обрушаться, а вода и разжиженный грунт — попадать в бетон. В зависимости от условий могут потребоваться обсадные трубы, специальные буровые растворы или другие технологические решения.
Качество буронабивной сваи зависит от:
Поэтому обычное бурение отверстия с последующей заливкой бетона нельзя автоматически считать устройством надежной буронабивной сваи.
Буроинъекционные сваи имеют сравнительно небольшой диаметр. После бурения скважину заполняют мелкозернистой бетонной смесью или цементным раствором, часто под давлением.
Такие сваи применяют при реконструкции, усилении существующих фундаментов и грунтов основания, строительстве в стесненных условиях и рядом с эксплуатируемыми зданиями.
Для обычного частного дома они используются реже, поскольку технология требует специализированного оборудования и тщательного контроля.
Деревянные сваи исторически применялись на водонасыщенных территориях, в том числе при застройке Санкт-Петербурга. При постоянном нахождении ниже уровня воды и отсутствии доступа кислорода древесина может сохраняться длительное время.
В современном частном строительстве деревянные сваи используются редко. Основная проблема возникает при изменении уровня подземных вод: если верхняя часть сваи периодически оказывается то в воде, то в зоне доступа воздуха, начинается активное биологическое разрушение древесины.
Длина сваи не выбирается по одному универсальному правилу. Она определяется совокупностью факторов:
Основная задача заключается не просто в том, чтобы погрузить сваю как можно глубже. Необходимо обеспечить достаточную несущую способность и ограничить осадку фундамента.
Иногда увеличение длины действительно повышает несущую способность. Но это происходит не всегда пропорционально. Если дополнительная часть сваи остается внутри слабого грунта, эффект может быть небольшим. В другой ситуации увеличение длины всего на один-два метра позволяет пройти слабый слой и заглубиться в плотный песок или твердый суглинок, значительно изменив работу фундамента.
Нижний конец сваи, как правило, стремятся заглубить в прочный слой, пройдя более слабые напластования. Однако требуемое заглубление и итоговая длина должны определяться расчетом с учетом конкретного вида грунта.
Распространенная ситуация: владелец участка узнает, что сосед построил дом на сваях длиной шесть метров, и заказывает такие же.
Но геологические условия могут изменяться на небольшом расстоянии. Это связано с природным рельефом, древними руслами, локальными заболоченными участками, насыпными территориями, разной мощностью ледниковых и озерно-ледниковых отложений.
Например, под одной частью будущего дома плотный грунт может находиться на глубине четырех метров, а под другой — на глубине восьми метров. Если принять одинаковые короткие сваи без исследований, часть фундамента будет опираться на более слабый слой. В результате появляется риск неравномерной осадки, перекоса ростверка и трещин в конструкциях.
Даже результаты изысканий на соседнем участке можно использовать только как предварительную информацию. Для проектирования нужны данные непосредственно по пятну застройки.
Геологические условия Северо-Запада отличаются высокой неоднородностью. Территория Санкт-Петербурга и Ленинградской области формировалась под воздействием ледников, древних водоемов, рек и болот. Поверх коренных пород распространены четвертичные отложения различного происхождения и состава.
На строительных участках могут встречаться следующие типы грунтов.
Насыпные грунты особенно характерны для освоенных городских территорий, старых промышленных площадок и участков, где проводилась подсыпка.
В их составе могут находиться песок, строительный мусор, органические включения, обломки кирпича и бетона. Свойства такого слоя часто меняются даже в пределах нескольких метров.
Опирание свай только на неоднородную насыпь может привести к разной осадке отдельных участков фундамента.
Торф имеет высокую сжимаемость и низкую несущую способность. Он может содержать большое количество воды и продолжать уплотняться под нагрузкой в течение длительного времени.
Сваи необходимо проводить через торфяную толщу до грунта, способного воспринимать нагрузку. При этом учитывают не только положение нижнего конца сваи, но и возможное отрицательное трение по ее боковой поверхности.
Отрицательное трение возникает, когда окружающий слабый грунт оседает сильнее, чем свая. Вместо дополнительной поддержки боковая поверхность начинает создавать направленную вниз нагрузку. Это увеличивает усилие, которое должна воспринимать свая.
Такие грунты могут иметь невысокую прочность и значительную сжимаемость. Их состояние сильно зависит от влажности.
При передаче нагрузки они способны давать длительные осадки. Поэтому важно определить не только название грунта, но и его консистенцию, плотность, прочность и деформационные характеристики.
Одинаковый по внешнему виду суглинок может находиться в тугопластичном, мягкопластичном или текучепластичном состоянии. Для работы сваи это принципиально разные условия.
Пески различаются по крупности и плотности. Плотный крупный песок может быть хорошим несущим основанием, тогда как рыхлый мелкий или пылеватый водонасыщенный песок способен создавать сложности при строительстве.
В неустойчивых песках возможно осыпание стенок буровых скважин. При забивке свай важно учитывать изменение плотности грунта и взаимодействие соседних свай.
В районе Санкт-Петербурга встречаются озерно-ледниковые ленточные глины. Они имеют слоистое строение, а их прочностные характеристики могут быть относительно невысокими.
При проектировании важно оценивать мощность слоя, его состояние и расположение более прочных грунтов ниже.
Моренные суглинки обычно имеют более высокую плотность и часто рассматриваются как возможный несущий слой. Но их свойства также неоднородны.
В морене могут присутствовать гравий, галька и валуны. Это затрудняет бурение и погружение свай. Отдельный валун иногда принимают за достижение плотного основания, хотя он является лишь локальным включением.
В отдельных районах Ленинградской области коренные и скальные породы подходят ближе к поверхности. Здесь могут потребоваться специальные решения по бурению и закреплению свай.
Однако близость скального массива нельзя определять только по общим геологическим картам. Необходимы исследования конкретного участка.
Работа сваи зависит от сопротивления грунта под нижним концом и по боковой поверхности.
Плотные пески обычно создают значительное сопротивление как под пятой, так и по стволу сваи. Рыхлые пески воспринимают меньшую нагрузку и могут уплотняться в процессе погружения.
В глинистых грунтах большое значение имеет консистенция. Твердые и полутвердые глины способны воспринимать более высокую нагрузку, чем мягкопластичные или текучепластичные.
Торф, ил и органоминеральные грунты обычно не рассматриваются как надежный несущий слой. Их необходимо проходить сваями на всю мощность слоя до более твердых и однородных пород.
Насыпные грунты требуют особенно осторожной оценки. Если насыпь старая, однородная и уплотненная, ее характеристики могут быть достаточно стабильными. Но случайная смесь грунта и строительного мусора не может считаться предсказуемым основанием без исследований.
Уровень грунтовых вод также влияет на проектирование и производство работ. Он важен при оценке:
Морозное пучение возникает при замерзании водонасыщенного грунта. В грунте формируются ледяные включения, которые увеличивают его объем и создают направленные вверх силы.
Наиболее подвержены пучению пылеватые пески, супеси, суглинки и глины при наличии влаги и условий для промерзания.
Свайный фундамент снижает влияние пучения по сравнению с мелкозаглубленной лентой, но полностью проблема не исчезает. Замерзающий грунт может воздействовать на боковую поверхность сваи и ростверк.
Поэтому учитывают:
Низкий ростверк, неправильно опирающийся на пучинистый грунт, может испытывать подъемные усилия. В результате возникают деформации даже при достаточной несущей способности самих свай.
Иногда заказчик считает, что инженерно-геологические изыскания нужны только для выбора между плитой, лентой и сваями. Если свайный фундамент уже выбран, бурение кажется лишней затратой.
На самом деле именно для свайного фундамента данные о глубинном строении грунтов особенно важны. Свая находится внутри грунтового массива и взаимодействует сразу с несколькими слоями. Без бурения невозможно надежно определить, через какие грунты она пройдет и на какой слой сможет передать нагрузку.
Бурение позволяет решить несколько задач.
Скважины показывают, до какой глубины продолжаются торф, насыпные грунты, рыхлые пески или мягкие глины. Это позволяет понять, какой длины должны быть сваи, чтобы пройти слабую толщу.
В процессе изысканий определяют глубину залегания плотных песков, твердых суглинков, моренных грунтов или скальных пород.
При этом недостаточно просто обнаружить плотную прослойку. Нужно установить ее толщину. Тонкий слой плотного песка, под которым снова находится слабый грунт, не всегда подходит в качестве основания для свай.
Одна скважина в углу участка не показывает условия под всем зданием. Буровые точки размещают с учетом положения будущего сооружения.
Это помогает обнаружить:
Данные о подземных водах нужны для выбора технологии устройства свай, оценки устойчивости скважин и защиты материалов.
Из скважин отбирают образцы, которые исследуют в лаборатории. По результатам определяют физические, прочностные и деформационные свойства грунтов.
Для проектировщика важно знать не только то, что в разрезе находится суглинок, но и его влажность, плотность, показатель текучести, прочность и сжимаемость.
Для Ленинградской области это важный вопрос. Валуны могут осложнить завинчивание, забивку или бурение свай.
Инженерно-геологические изыскания не гарантируют обнаружение каждого отдельного камня, но позволяют оценить вероятность и характер крупнообломочных включений в грунтовом массиве.
После получения данных проектировщик может рассчитать сопротивление грунта под нижним концом и вдоль боковой поверхности сваи.
На основании расчета определяют:
Иногда изыскания показывают, что можно использовать меньшее количество более длинных свай. В другой ситуации экономичнее увеличить количество свай меньшего диаметра. Для одного объекта лучше подходят забивные железобетонные сваи, для другого — буронабивные.
Без данных о грунтах сравнение вариантов превращается в предположение.
Глубину бурения нельзя автоматически принимать равной предполагаемой длине свай. Инженеру необходимо изучить грунт ниже возможного нижнего конца сваи, поскольку этот массив также воспринимает нагрузку.
Если пробурить скважину только до проектной отметки сваи, можно не обнаружить слабый слой, находящийся немного ниже. В таком случае расчет будет основан на неполной информации.
Глубина выработок для свайных и свайно-плитных фундаментов назначается с учетом предполагаемой длины свай и особенностей проектируемого объекта.
Программа изысканий зависит от размеров и ответственности здания, нагрузки, сложности геологического строения и уже имеющихся данных.
Пробное завинчивание или забивка может дать полезную дополнительную информацию, но не заменяет инженерно-геологические изыскания.
По результату погружения можно оценить сопротивление в конкретной точке, однако нельзя достоверно определить:
Кроме того, увеличение сопротивления при погружении может быть связано не с достижением сплошного плотного слоя, а с отдельным валуном или локальной прослойкой.
Пробные сваи, динамическое и статическое зондирование, а также испытания свай являются важными методами, но их применяют в комплексе с бурением и лабораторными исследованиями.
Короткие сваи могут закончиться в слабом грунте, не достигнув расчетного основания. Первоначально дом может выглядеть устойчивым, но со временем возникают неравномерные осадки.
Если часть свай опирается на плотный грунт, а часть остается в слабом, нагрузка между ними распределяется неравномерно.
Свая может остановиться на валуне или строительном мусоре. Формально получен малый отказ, но надежный несущий слой не достигнут.
При осадке торфа, насыпи или слабых водонасыщенных грунтов на боковой поверхности свай возникает дополнительная направленная вниз нагрузка.
Слишком большое расстояние приводит к перегрузке отдельных элементов ростверка. Слишком маленькое расстояние не всегда повышает надежность: сваи начинают влиять друг на друга, а стоимость фундамента возрастает.
Надежные сваи не компенсируют слабый или неправильно армированный ростверк. Он должен воспринимать изгибающие и поперечные усилия и правильно распределять нагрузку.
Недостаточная толщина металла, повреждение покрытия при погружении и агрессивная грунтовая среда уменьшают срок службы конструкции.
Обрушение стенок скважины, загрязнение забоя, попадание воды и перерывы в бетонировании могут привести к дефектам ствола.
Если после монтажа свай выполнить значительную подсыпку территории, дополнительный вес грунта может вызвать осадку слабых слоев и отрицательное трение по сваям.
Ветер, давление грунта, перепад рельефа и особенности каркаса здания могут создавать горизонтальные усилия. Особенно это важно для высоких свай, расположенных над поверхностью земли.
Иногда плотный слой расположен наклонно. В таких условиях сваи одной длины могут оказаться заглубленными в несущий грунт на разную величину.
Фраза «сделаем на два метра длиннее — хуже не будет» не всегда верна.
Увеличение длины повышает стоимость работ и расход материалов. Для забивных и винтовых свай также усложняется монтаж. При этом дополнительная длина может не дать существенного роста несущей способности, если свая остается в слабых грунтах.
Правильный запас определяется расчетом. Его задача — учесть естественную изменчивость геологического разреза, технологические допуски и требования по заглублению в несущий слой.
Экономия на длине опасна, но и бесконтрольное увеличение параметров не заменяет проектирование.
Да, если геологическое строение участка меняется, проект может предусматривать сваи разной длины. Их нижние концы должны достигать расчетных отметок или обеспечивать требуемую несущую способность.
Особенно это актуально при наклонном залегании плотного слоя, строительстве на склоне или наличии локальных слабых участков.
При этом нельзя менять длину свай непосредственно на строительной площадке без согласования с проектировщиком. Изменение длины влияет на несущую способность и распределение нагрузок.
Количество определяется не только общей массой дома, разделенной на условную несущую способность одной сваи.
Необходимо учитывать:
Сваи располагают под несущими конструкциями, углами, пересечениями стен и другими нагруженными зонами. Конкретная схема определяется расчетом.
Состав работ зависит от объекта, но обычно включает:
При необходимости программу дополняют статическим или динамическим зондированием, геофизическими исследованиями и полевыми испытаниями грунтов или свай.
Работы желательно выполнить до разработки окончательного проекта фундамента. К этому моменту уже должны быть известны примерное расположение дома, его размеры, этажность, материал стен и предполагаемые нагрузки.
Исследовать произвольное место в центре большого участка менее полезно, чем выполнить скважины непосредственно в пределах будущего пятна застройки.
Проводить изыскания можно в разные сезоны. Однако условия подъезда техники, наличие снежного покрова и состояние участка могут влиять на организацию работ. Уровень подземных вод также меняется в течение года, поэтому при интерпретации результатов учитывают сезонность и возможные максимальные значения.
Результатом должен быть не просто набор фотографий грунта или устное заключение бурового мастера.
Заказчик получает технический отчет, в котором отражаются:
На основании этого отчета проектировщик выбирает конструкцию фундамента и выполняет расчеты.
Универсального значения нет. Для одного участка может быть достаточно трех-четырех метров, а на другом слабые грунты продолжаются значительно глубже. Длина определяется после изучения геологического разреза и расчета нагрузок.
Можно только в том случае, если изыскания и расчет подтверждают, что такая длина обеспечивает требуемую несущую способность и допустимую осадку.
Не обязательно. Свая могла встретить валун, плотную прослойку, строительный мусор или корни. Сопротивление при монтаже является полезным показателем, но не заменяет данные о геологическом разрезе.
Небольшая масса здания снижает нагрузку на фундамент, но не устраняет риск неравномерной осадки, морозного пучения, коррозии и неправильного выбора длины свай. Особенно важны исследования на торфяных, насыпных и заболоченных участках.
Монтажная организация может ориентироваться на опыт и сопротивление при погружении. Но для обоснованного проектного решения необходимы сведения о составе, состоянии и мощности грунтовых слоев.
Ответ зависит от здания, грунтов, условий подъезда техники, соседней застройки и бюджета. У каждого решения есть ограничения. Выбирать технологию только по стоимости одной сваи неправильно.
Нет. В некоторых условиях необходимая несущая способность может обеспечиваться в плотных песках или других грунтах. Важно не название слоя, а его расчетные характеристики, мощность и совместная работа со сваей.
Сваи должны быть объединены конструкцией, которая передает и распределяет нагрузку от здания. Для легких сооружений это может быть металлическая или деревянная обвязка, для капитальных зданий — железобетонный ростверк. Решение зависит от проекта.
Инженерно-геологические изыскания часто воспринимаются как дополнительный расход. На практике они помогают избежать гораздо более значительных затрат.
Бурение может показать, что:
Исправление фундамента после строительства значительно сложнее и дороже, чем получение исходных данных до начала работ.
Вы не можете скопировать содержимое этой страницы
