Виды свай для свайного фундамента и области их применения

Содержание статьи:
1. способы заглубления свай в грунт;
2. как делают сваи (их устройство);
3. материал для свай:

3.1. металлические конструкции;
3.2. деревянные;
3.3. железобетонные;
3.4. бетонные (или набивные);

4. Как выбрать сваи для фундамента.

Свайный фундамент — не что иное, как комплекс свай, соединенных в единую конструкцию, передающую нагрузку от здания на основание. Благодаря своей конструкции свайные фундаменты широко используются для строительства самых разнообразных домов и зданий.

Для выполнения конкретных строительных задач по устройству свайных фундаментов подбираются сваи разных типов. В данной статье мы рассмотрим, какие бывают виды свай, материал их изготовления и способы погружения в грунт на строительной площадке.

Способы устройства свайного фундамента

Дома на деревянных сваях

Свая – это вертикальная или наклонная конструкция, погруженная в грунт или изготовленная непосредственно в грунте. Функция свай – передать нагрузки от дома или строения на основание (грунт).

При проектировании и устройстве свайного фундамента выбор вида свай осуществляют по следующим параметрам:

способ заглубления в грунт (способ монтажа);
способ взаимодействия с грунтом;
устройство сваи и форма поперечного сечения;
тип материала.

Существуют следующие виды свай:

— в зависимости от способа заглубления в грунт:

забивные сваи – изготавливаются из железобетона, дерева, стали; погружаются в грунт (без его разбуривания) или в лидерные скважины. Для погружения используют молоты, вибропогружатели, вибровдавливающие, виброударные и вдавливающие устройства;
железобетонные сваи-оболочки (диаметром до 0,8 м) – заглубляются вибропогружателями без выемки (с частичной выемкой) грунта. Бетонной смесью не заполняются;
железобетонные сваи-оболочки – погружаются вибропогружателями с выемкой грунта из их полости. Частично или полностью заполняются бетонной смесью;
набивные бетонные и железобетонные сваи – устраиваются в грунте. Для этого в грунте делают скважины и укладывают в них бетонную смесь;
буровые железобетонные – для их устройства в грунте бурят скважины. Скважины в дальнейшем заполняют бетонной смесью или устанавливают в них железобетонные элементы;
винтовые сваи — состоят из трубчатого металлического ствола и металлической винтовой лопасти. Площадь поперечного сечения ствола такого изделия значительно меньше чем у лопасти. Погружаются в грунт путем завинчивания под давлением.

— в зависимости от взаимодействия с грунтом:

сваи-стойки — все виды свай, опирающиеся на скальные грунты, а забивные сваи, кроме того, — на малосжимаемые грунты;
висячие (сваи трения) — все виды свай, которые опираются на сжимаемые грунты. Они передают нагрузку на грунты основания нижним концом и боковой поверхностью.

Устройство различных видов свай

Забивные железобетонные сваи (в поперечном сечении до 0,8 м включительно) и сваи-оболочки (диаметром от 1 м) могут быть устроены следующим образом:

способ армирования — с ненапрягаемой продольной арматурой с поперечным армированием; предварительно напряженные со стержневой или проволочной продольной арматурой с поперечным армированием и без него;
форма поперечного сечения — квадратная, прямоугольная, тавровая и двутавровая, квадратная с круглой полостью, полая круглого сечения;
форма продольного сечения — призма, цилиндр, с наклонными боковыми гранями (пирамида, трапеция);
конструктивные особенности — цельные или составные из отдельных секций;
конструкция нижнего конца — заостренный или плоский нижний конец; объемное уширение на конце (булавовидные сваи); полые сваи с открытым или закрытым нижним концом или с камуфлетной пятой.

Бетонные сваи

Устройство набивных свай:

набивные сваи – устраивают погружением инвентарных труб, нижний конец которых закрыт оставляемым в грунте башмаком или бетонной пробкой. Трубы погружают путем забивки, завинчивания или вдавливания. По мере заполнения скважин бетонной смесью эти трубы извлекают;
набивные виброштампованные сваи — устраиваются в пробитых скважинах. Скважины заполняют жесткой бетонной смесью. Уплотнение смеси осуществляют виброштампом (это труба с заостренным нижним концом, на которой закреплен вибропогружатель);
набивные в выштампованном ложе – для этого в грунте выштамповкой устраиваются пирамидальные или конусные скважины, заполняемые в последующем бетонной смесью.

Буровые сваи:

буронабивные сплошного сечения – для их устройства в грунте бурят скважины (как с уширениями, так и без них), если грунт глинистый, то скважины бурят выше уровня подземных вод, а стенки скважины не крепят. В остальных грунтах скважины бурят ниже уровня подземных вод, а стенки скважин закреплением глинистым раствором или инвентарными обсадными трубами, которые в последующем извлекают. Далее скважины бетонируют;
баретты — буровые сваи. Изготавливаются при помощи грейфера или грунтовой фрезы;
буронабивные с камуфлетной пятой – для их устройства бурят скважины с последующим образованием уширения взрывом (например, электрохимическим). Полученные скважины заполняют бетонной смесью;
буроинъекционные диаметром 0,15-0,35 м – устраиваются в пробуренных скважинах, в которые нагнетают (делают инъекции) мелкозернистую бетонную смесь. А также устраиваемые полым шнеком;
буроинъекционные диаметром 0,15-0,35 м с уплотнением окружающего грунта – для этого скважины обрабатывают серией разрядов импульсов тока высокого напряжения;
сваи-столбы – для их устройства бурят скважины (с уширением или без него). В скважины укладывают омоноличивающий цементно-песчаный раствор и опускают сплошные элементы цилиндрической или призматической формы со сторонами или диаметром 0,8 м и более;
буроопускные сваи с камуфлетной пятой – отличаются от буронабивных с камуфлетной пятой тем, что после образования и заполнения камуфлетного уширения в скважину опускают железобетонную сваю.

Материал для свай

Металлические сваи

В зависимости от материала изготовления различают сваи:

металлические;
деревянные;
железобетонные;
бетонные (набивные)..

Металлические сваи

— изготавливают из цельнотянутых стальных труб диаметром от 25 до 100 см (и даже больше). При изготовлении также используют стальные шпунты, двутавровые балки, другие прокатные профили. Из них посредством сварки делают сваи коробчатого сечения.

Обычно конец трубы снабжен коническим наконечником. Если погружение трубы производят без наконечника, то функцию наконечника в таком случае выполняет земляной конус, образующийся под сваей при погружении, по мере того, как труба начинает заполняться уплотнившимся грунтом.

Для увеличения показателей прочности, после погружения полые металлические сваи заполняют бетоном. Если после установки они будут испытывать небольшие нагрузки, то можно не заполнять их бетоном.

Винтовые сваи

– разновидность металлических свай, выполняются в виде металлического стержня с винтовой лопастью на конце. Изделия обладают достаточно высокими прочностными характеристиками, поэтому часто используются в строительстве. Диаметр винтовой лопасти сваи может доходить до 2,4 м, а глубина погружения в грунт – более 20 м.

Применение:

количество, диаметр и длина винтовых свай зависят от нагрузки на них и грунтовых условий на строительной площадке. Фундамент на винтовых сваях можно устраивать на рельефах любой сложности, не затрачивая при этом времени и денег на выполнение земляных работ. Также к достоинствам винтовых свай можно отнести то, что при их установке не происходит динамических воздействий на грунт, поэтому их можно применять для строительства пристроек к уже существующим сооружениям. Немаловажный факт для индивидуального строительства — свайное поле, как правило, можно выполнить в течение одного дня.

Также винтовые сваи используют и для возведения высотных мачтовых сооружений и опор линий электропередач, которые подвергаются значительным ветровым воздействиям. Кроме того, острие с лопастью позволяет конструкции выдерживать большие выдергивающие нагрузки, благодаря чему их можно применять в пучинистых грунтах, при этом силы морозного пучения не смогут «выдавить» винтовую сваю на поверхность.

Винтовые сваи используют и для усиления аварийных фундаментов. В этом случае их монтируют по периметру аварийного фундамента и крепят к нему при помощи кронштейнов.

Чтобы предотвратить коррозию и увеличить срок службы металлических свай, перед установкой их обрабатывают антикоррозийными средствами.

Деревянные сваи

Деревянные сваи

— изготавливают из ели, сосны, кедра, лиственницы, пихты, дуба. Для изготовления деревянных свай берут бревна диаметром 22-34 см и длиной 6,5 и 8,5 м, сохраняя при этом естественный сбег бревен (уменьшение диаметра ствола от комля к вершине). С подготовленных бревен снимают кору, а затем подстругивают их в нужных местах.

В зависимости от конструкции свайного фундамента деревянные сваи могут быть как цельными, т.е. изготовленными из одного бревна, так и сращенными по длине. Соответственно длина цельного изделия может изменяться от 4,5 до 16 метров, а сращенного – от 20 до 25 метров. Для сращивания бревна соединяют впритык при помощи накладок. При необходимости бревна сращивают не только в длину, но и в толщину. Полученные таким способом деревянные сваи называются пакетными.

Длина заостренной части деревянной сваи составляет 1,5-2 их диаметра. При наличии в грунте препятствий заостренную часть защищают башмаком. Верхнюю часть деревянной сваи защищают бугелем или наголовником.

Устройство деревянных свай в грунт осуществляют забиванием, вдавливанием или вибрационным способом.

Применение:

Цена на деревянные сваи обычно ниже, чем цена на металлические или железобетонные аналоги, но при этом деревянные изделия выдерживают меньшую нагрузку. Поэтому деревянные сваи в высотном строительстве не используют, но зато их применяют в малоэтажном строительстве при постройке домов и коттеджей. Также их используют для возведения временных сооружений, небольших мостов и т.п.

Железобетонные сваи

— бывают монолитными или сборной конструкции.

Железобетонные сваи

Монолитные железобетонные сваи часто имеют прямоугольное или квадратное сечение размером от 20×20 до 40×40 см. Выпускают также квадратные сваи с цилиндрической полостью с размером сечения 25×25 и 30×30 см и толщиной стенок в самом узком месте не менее 4 см.

Продольное армирование монолитных изделий производят стальной стержневой арматурой (напрягаемой или не напрягаемой). В поперечном направлении изделия армируют низкоуглеродистой проволокой или катанкой толщиной от 5 мм.

При монтаже ударную нагрузку воспринимает головная часть сваи, поэтому её усиливают тремя арматурными сетками, расположенными горизонтально с шагом от 5 см. Заострение в нижней части выполняют в форме четырехгранной пирамиды, а при монтаже в твердый грунт его защищают стальным башмаком.

Сборные железобетонные сваи трубчатой конструкции делают из отдельных секций, которые можно собрать заранее, после чего можно осуществлять монтаж (забивку).

Монтаж железобетонных свай осуществляют при помощи копров, передвижных кранов со свайными молотами и т.п. Также используют вибропогружение. Оно менее трудоемкое и затратное.

Достоинства:

плотное погружение в грунт — при забивании молотом грунт вокруг сваи уплотняется, а его расчетное сопротивление увеличивается в разы;
железобетонные забивные сваи можно использовать на слабых и подвижных грунтах, а также в условиях переменной влажности;
такой фундамент отличается высокой прочностью и долговечностью;
свайный фундамент может иметь любую форму и размеры.

Недостатки:

при строительстве в застроенном районе нужно иметь в виду, что забивка свай может повлечь изменение грунтовых масс. Особенно коварны подвижки грунта в условиях стесненной, точечной застройки, которые могут отрицательно сказаться на целостности фундаментов рядом стоящих зданий;
сложности забивки ЖБИ – главным образом это повышенный уровень шума и от работы самой техники для их забивки, и от ударов молота по свае;
железобетонные изделия более хрупкие, чем сваи из других материалов, поэтому требуют соответствующих условий хранения. Их укладывают в горизонтальные ряды, обеспечивая при этом одинаковую ориентацию торцов. Между горизонтальными рядами в штабелях прокладывают деревянные прокладки в местах захвата или возле монтажных петель. Складирование круглых свай производят с применением специальных брусьев, препятствующих скатыванию;
большие размеры ЖБИ также вызывают и некоторые сложности при их транспортировке на строительную площадку.

Набивные (бетонные) сваи

Арматурный каркас для буронабивных свай

— также широко используются в строительстве. Их отличительная особенность в том, что они изготавливаются непосредственно на строительной площадке. Основная технологическая схема их изготовления: в грунте каким-либо методом устраивают скважину и заполняют её бетоном, а если перед заполнением скважин бетоном в них помещают стальной арматурный каркас, то получают железобетонные набивные сваи. После застывания бетонной смеси полученную сваю подрезают.

Простота монтажа делает такой фундамент весьма популярным. К его достоинствам можно отнести и отсутствие необходимости в транспортировке свай.

Из недостатков следует отметить следующее:

невозможно проконтролировать качество;
набивные сваи не следует устраивать в грунтах, склонных к вспучиванию или горизонтальным подвижкам, в связи с их плохой устойчивостью к опрокидыванию.

Какой бетон использовать?

Железобетонные и бетонные сваи выполняют из тяжелого бетона. При этом:

для нестандартизованных забивных железобетонных, а также набивных и буровых свай используют бетон класса не ниже В15;
для забивных железобетонных с напрягаемой арматурой – бетон не ниже В22,5;
для железобетонных ростверков свайных фундаментов — тяжелый бетон класса: для монолитных — не ниже В15, для сборных – не ниже В20;
для замоноличивания железобетонных колонн в стаканах свайных ростверков – бетон не ниже В15;
для оголовков свай при сборных ленточных ростверках — бетон не ниже В15;
класс бетона, используемого для опор мостов и гидротехнических сооружений для замоноличивания сборных элементов свайных фундаментов, должен быть на ступень выше класса бетона соединяемых сборных элементов.

Области применения или как выбрать сваи

Как видно из вышеприведенного материала имеется большое разнообразие разных видов свай, поэтому невозможно ограничиться описанием какой-то одной конструкцией свайного фундамента. Ниже даны некоторые рекомендации, которые помогут выбрать наиболее подходящие виды свай для возведения свайного фундамента на конкретных строительных площадках.

Дом на винтовых сваях

При выборе типа фундамента необходимо учитывать комплекс характеристик:

конструкцию дома;
требуемые показатели прочности и устойчивости;
геологию и гидрогеологические условия земельного участка;
сроки и бюджет строительства;
наличие необходимого оборудования и т.п.

Определить точные критерии выбора свайного фундамента по совокупности перечисленных параметров – невозможно. Ниже приведены факторы выбора свайных фундаментов применительно к значениям некоторых из этих параметров.

если строительная площадка образована слабыми грунтами (ил, суглинок илистый, торф, глины, текучие суглинки), то при выборе типа фундамента можно рассматривать несколько вариантов:

— в случае ила и текучих суглинка возможно сооружение сплошной фундаментной плиты под всем домом или предварительное обжатие илов грузом;

— в случае торфа и заторфированных грунтов – частичное или полное выторфофывание + последующий намыв песком или подсыпка и устройство фундамента на естественном основании;

— необходимо принимать во внимание, что при устройстве фундаментной плиты на слабом грунте возникают осадки: общие – до 50-60 см и неравномерные – до 25-35 см. После проведения работ по огрузке илов осадки снижаются, но временные затраты на проведение таких работ – не меньше года;

— при значительной мощности торфа работы по выторфофыванию также требуют много времени, трудовых и материальных затрат. Чаще всего технико-экономическое сравнение свайного и плитного фундамента на слабых грунтах показывает преимущество свайных фундаментов, которые обеспечивают меньшие осадки (в пределах допустимых) + экономическую выгоду за счет снижения объема земляных работ, а также расхода бетона и арматуры;

в случае планировки площадки подсыпкой фундамент из забивных свай предпочтительнее фундаментов на естественном основании даже когда плотные грунты расположены близко к естественной поверхности грунта, т.к. в этом случае столбчатый фундамент проектируют глубоким, прорезающим всю толщину подсыпки;
на площадках образованных бытовыми насыпями большой толщи, которые нельзя использовать в качестве несущего слоя, столбчатые фундаменты делают глубокими. Вместо них целесообразнее применять забивные сваи, проходящие через всю насыпь и заглубленные в плотных грунтах, залегающих ниже подошвы насыпи. Если же в насыпи есть твердые включения, которые нельзя пробить, то используют буронабивные сваи;
при строительстве дома близко от балок, оврагов и т.п устраивают фундаменты из забивных свай, а на сухом глинистом грунте – из буронабивных свай;
на просадочных и набухающих грунтах толщиной до 12 м используют забивные сваи, а при толщине 13-30 м – буронабивные сваи с уширениями. При этом прорезаться должна вся просадочная толща, а нижние концы свай должны быть заглублены в непросадочный грунт;
на пучинистых грунтах свайные фундаменты обладают преимуществом перед фундаментами на естественном основании, т.к. оставляя зазор между подошвой ростверка и поверхностью грунта, можно исключить влияние нормальных сил морозного пучения. Однако, надо учитывать касательные силы морозного пучения, значение которых тем больше, чем длиннее сваи;
при значительном изменении кровли несущего слоя из крупнообмолочных и скальных грунтов, предпочтительнее использовать фундаменты 2 видов: на участке, где кровля несущего слоя близка к поверхности (до 2,5-3 м), — закладывают столбчатый фундамент на естественном основании, а на участке, где кровля скального грунта резко понижается, — свайные;
в районах вечной мерзлоты используют фундаменты на вмороженных сваях, которые погружают в скважины, заполненные грунтовым раствором;
на земельных участках вблизи водоемов при высоком уровне грунтовых вод устройство фундамента на естественном основании требует водопонижения на период строительства, а при дальнейшей эксплуатации потребуется устройства дренажа, а свайные фундаменты без заглубления ростверка освобождают от строительного водопонижения;
при высокой вероятности оползней, склоны участков эффективно укреплять буронабивными сваями большого диаметра (от 1 м) без уширений с оставлением обсадных труб и армированием. При активном оползне применяют сваи-оболочки с жесткой арматурой. После укрепления оползневых склонов тип фундамента выбирают без учета влияния оползневых процессов.

В видео рассказано об особенностях и преимуществах фундамента на винтовых сваях: