Проектирование свайных фундаментов: порядок работы, нюансы

Для чего нужно? Проектирование свайных фундаментов необходимо на начальном этапе строительства вместе с разработкой проекта жилого здания или любого другого объекта. Такой тип основания подходит для каркасных или ненагруженных построек, а также применяется на проблемных почвах.

Как выполняется? При проектировании свайного фундамента учитывают конкретные условия строительства: геологию, гидрогеологию, экологию и климат. Также в расчет идут габариты строения, предполагаемая нагрузка на опоры. Проект проходит стадии согласования и утверждается комиссией, если речь идет не об ИЖС.

Документы, регламентирующие проектирование свайных фундаментов

Правила проектирования и устройства свайного фундамента содержатся в нормативных документах: СП 50-101-2004 и СП 50-102-2003. Данные руководства являются актуализированными версиями СНиП 2.02.01-83, СНиП 2.02.03-85 и СНиП 3.02.01-87. В них зафиксированы формулы расчета и этапы монтажа свай различных видов с учетом гидрогеологических условий.

СП 11-105-97, СП 11-104-97, СП 11-102-97 и ГОСТ 5686-94 устанавливают требования к инженерно-геологическим, геодезическим и экологическим изысканиям, обязательно проводимым перед началом строительства. Подготовка проектов для фундаментов, которые планируется эксплуатировать в агрессивной среде, осуществляется в соответствии с ГОСТ 27751. Не допустить ошибок при оценке климатических условий во время проектирования свайных фундаментов позволяют СНиП 23-01-99 и СНиП 23-01.

Требования для железобетонных свай, обладающих различными конструктивными особенностями, содержатся в ГОСТ 19804-91, ГОСТ 19804.2-79, ГОСТ 19804.3-80*, ГОСТ 9804.4-78, ГОСТ 19804.5-83 и ГОСТ 19804.6-83.

При проектировании свайного фундамента удается, опираясь на инженерные расчеты, выбрать наиболее подходящий тип, параметры и материалы конструкции. Вычисления позволяют решить, требуется ли сокращать воздействие деформаций силовой конструкции на сооружение для сохранения его пригодности к эксплуатации.

Исходные данные для проектирования свайного фундамента

При проектировании свайных фундаментов учитывают:

1. результаты инженерно-геологических исследований;
2. информацию о сейсмической активности в районе;
3. нагрузки, оказываемые на основание;
4. конструктивные и технологические особенности возводимого объекта;
5. требования в области экологии;
6. технико-экономические нюансы;
7. уровень ответственности сооружения в соответствии с ГОСТ 27751.

Проведением инженерно-геологических изысканий на участке могут заниматься только организации, имеющие соответствующую лицензию. Необходимо учитывать влияние, которое постройка может оказать на находящиеся в непосредственной близости здания и иные сооружения.

В процессе строительства должны использоваться только материалы и оборудование, отвечающие требованиям проекта, актуальным техническим условиям и стандартам.

Расчеты при проектировании свайных фундаментов выполняют по следующим предельным состояниям:

• Несущая способность. Специалисты рассматривают факторы, способные вызвать снижение устойчивости, потерю формы, положения и другие состояния, из-за которых фундамент не сможет эксплуатироваться.
• Деформации. Анализируются условия, препятствующие нормальному функционированию объекта и сокращающие срок его службы. Это могут быть осадки, подъемы, прогибы, трещины, колебания, пр.

Это интересно!

“Обследование фундаментов: этапы подготовки и методики проведения”

Подробнее

Во время подготовки проекта принимают во внимание запас прочности и надежности, что позволяет обеспечить продолжительную эксплуатацию свайного фундамента даже в наиболее тяжелых условиях. Данное требование должно соблюдаться на всех этапах расчета и монтажа.

Разновидности свайных оснований

Свайное основание, по сравнению с монолитным ленточным, уступает в надежности, зато лучше показывает себя на плывучих, болотистых и торфяных почвах. Чтобы правильно выбрать его тип, необходимо провести геологические изыскания и определить характеристики грунта. Только после этого можно остановиться на одном из видов свайного фундамента:

Свайно-винтовой

Основой винтового фундамента являются специальные трубы, имеющие круглое сечение и лопасти. Они устанавливаются в один и более рядов, после чего внутренняя полость свай заливается бетоном. Таким образом удается значительно увеличить несущую способность конструкции.

Данный тип основания имеет немало достоинств, ключевым из которых считается возможность самостоятельного погружения свай в грунт, благодаря наличию на них лопастей – с этой работой можно справиться вдвоем. В некоторых случаях трубы вкручивают в почву при помощи техники либо специального оборудования.

Забивной

В данном случае используются железобетонные сваи квадратного сечения с заостренным концом. Забивной свайный фундамент уступает по надежности описанному выше типу, так как лопасти на металлических трубах обеспечивают основанию большую устойчивость.

Производство железобетонных свай осуществляется на заводах и предполагает армирование и использование качественного бетона. Сваи могут иметь различную длину, что позволяет применять забивной фундамент на любых почвах, кроме скалистых. Это объясняется тем, что изделия погружаются на глубину, соответствующую залеганию плотных несущих слоев.

Это интересно!

“Типы фундаментов, их преимущества и недостатки”

Подробнее

Буронабивной

Процесс создания подобного основания предполагает бурение скважин и их заливку бетоном с предварительным армированием. Именно по такой технологии изготавливается фундамент ТИСЭ – наиболее популярный на данный момент среди строителей, крупные застройщики даже дают на него пожизненную гарантию. Его ключевым преимуществом является способность лучше всего справляться с условиями морозного пучения.

При проектировании буронабивных свайных фундаментов нужно учитывать, что основание типа ТИСЭ включает в себя буронабивные сваи с полусферической подошвой и железобетонным ростверком. Эта конструкция позволяет повысить несущую способность основания, устойчивость к силам морозного пучения. Обычно опоры данного типа сооружают таким образом, чтобы они уходили ниже уровня промерзания почвы.

Порядок создания проекта фундамента

Проектирование свайных фундаментов включает ряд этапов, во время которых необходимо:

1. Оценить гидрогеологические условия на участке, несущую способность почвы. Собранные сведения позволяют специалистам подобрать сваи подходящего типа. При этом выбирают между винтовыми, забивными, буронабивными и комбинированными изделиями.
2. Изучить давление, которое испытывает на себе фундамент. Речь идет о длительных, кратковременных и особых нагрузках.
3. Определить, на какую глубину должно быть заложено основание здания с учетом уровня промерзания грунта.
4. Подобрать наиболее подходящую длину конструктивных элементов.
5. Вычислить несущую способность одной сваи в соответствии с расчетным сопротивлением почвы. Когда расчеты выполнены, переходят к пробному испытанию на строительной площадке при помощи динамической нагрузки или метода статистического зондирования. Для этого осуществляют пробное погружение опоры.
6. Определить потребность в сваях, то есть вычислить нужное количество подобных изделий. На данном этапе проектирования свайных фундаментов сравнивают фактическое давление на фундамент и грузоподъемность одной опоры. Далее специалистам нужно выбрать схему свайного поля, опираясь на значение шага, установленное СП 24.13330.2011.
7. Определить степень использования несущей способности основания возводимого объекта.
8. Рассчитать итоговую осадку свай.
9. Оформить проект.

Если выбран фундамент с железобетонными сваями, при вычислении грузоподъемности одной опоры обязательно учитывают два показателя: сопротивление почвы, находящейся под опорной площадью основания, и давление, оказываемое грунтом на вертикальные стенки силового элемента.

Методы определения несущей способности сваи

В процессе проектирования свайных фундаментов несущую способность конструкций определяют такими способами, как:

Теоретический расчет

Речь идет о предварительном методе, поскольку после получения фактической информации о свойствах почвы все результаты подлежат корректировке.

Для расчета несущей способности используют формулу:

Fd=YcYcr×R×A+U×Ycrifili, где

Yc – совокупный коэффициент условий работы;

Ycr – коэффициент сопротивления почвы под опорной подошвой сваи;

R – сопротивление почвы, находящейся под опорной подошвой;

А – диаметр подошвы;

U – периметр сечения столба сваи;

Ycri – коэффициент условий работы грунта по боковым стенкам сваи;

fi – сопротивление почвы по боковым стенкам;

li – длина боковых поверхностей.

Это интересно!

“Единая система отопления и вентиляции: виды, монтаж и стоимость”

Подробнее

Пробные статистические нагрузки

Данный практический метод относится к наиболее точным. Используется непосредственно на участке, выделенном под строительство. Через 2-3 дня после забивки сваи на нее передается статическая нагрузка – для этого используется ступенчатый домкрат. Далее прогибометром замеряют степень усадки опоры, чтобы выполнить расчеты для нужд проектирования свайного фундамента.

Использование динамических нагрузок

В данном случае нагрузки также воздействуют на уже погруженные сваи после завершения их периода отдыха. Для этого дизель-молотом конструкции передают ударную нагрузку в пределах 10 ударов. После каждого удара усадка замеряется посредством прогибометра. Такой подход применяют вместе со статическим.

Зондирование

Чтобы воспользоваться данным методом, на сваю перед ее погружением в почву устанавливают набор специальных устройств. Далее опора вбивается на проектную глубину при помощи ударной нагрузки либо вибропогружателей. Тогда речь идет о динамическом и статическом зондировании соответственно. Датчики позволяют оценить сопротивление грунта боковой и нижней стенке столба, вычислить его несущую способность в конкретных условиях.

Способы улучшения несущей способности свай

Расчет фундамента на прочность предполагает учет давления наземной части здания и массы самих опор. Если итоговая нагрузка на основание, в которую входят указанные компоненты и коэффициент прочности, оказывается меньше расчетной, строительство ведут по расчетному плану, при слишком высокой необходимо добавить дополнительные сваи либо прибегнуть к следующим методам увеличения несущей способности:

Это интересно!

“Расход материалов в строительстве: нормирование, учет и контроль”

Подробнее

Инъектирование грунта по итогам проектирования свайных фундаментов

Данный подход зарекомендовал себя как наиболее эффективный, поэтому используется чаще всего. Обычно к нему прибегают для повышения стойкости свай к нагрузкам при работе с грунтами низкой плотности.

В пространство между сваями на глубину 1-2 м ниже минимальной точки расположения опор нагнетают цементно-песчаный раствор. Для этого используют постоянно растущее давление. В результате вокруг свай формируются бетонные образования, имеющие диаметр в пределах 3-4 м.

Объем инъекций рассчитывается таким образом, чтобы образования примыкали друг к другу по всей площади свайного фундамента. Если операция выполнена правильно с технической точки зрения, несущая способность грунта повышается вдвое.

Увеличение площади подошвы опоры

Это еще один метод увеличения несущей способности неплотного грунта при проектировании свайных фундаментов. Самый простой способ повышения стойкости к нагрузкам – это усиление диаметра лопастей винтовых свай.

Все обстоит сложнее при работе с забивными и буронабивными опорами, ведь в этом случае необходимо обустройство камуфлетных свайных столбов и предварительное бурение лидерных скважин. В нижней части отверстия необходимо сформировать полость-расширение – с этой целью организуют взрыв. Далее полость заполняют бетонным раствором, в который погружается железобетонная свая, либо на его основе создается буронабивная опора.

Грамотное проектирование свайных фундаментов и соблюдение всех требований является залогом того, что здание будет служить 50, 100 лет и даже дольше. Только квалифицированные специалисты с большим опытом знакомы со всеми тонкостями технологии. А значит, если вы собираетесь возводить жилой дом или иной объект первой степени ответственности, стоит обратиться за помощью к профессионалам.