Буронабивные сваи: технология устройства и расчет. Строительство фундамента на буронабивных сваях Какой длины буронабивные сваи

Буронабивные сваи при возведении фундаментов применяются достаточно давно. Но лишь в последние годы особенности строительства в современных условиях сделали данную технологию одной из самых популярных и часто применяемых на самых различных объектах. Причины этого понятны и очевидны: высокие эксплуатационные и технические характеристики конструкций фундаментов, сооруженных с использованием буронабивных свай.

Буронабивные сваи – описание и область применения

Буронабивные сваи – это вертикально ориентированные железобетонные столбы, залитые непосредственно на строительной площадке и опирающиеся на несущие грунты ниже точки их промерзания.

Основная идея устройства фундаментов при помощи буронабивных свай – возведение несущих элементов не путем их забивки или вдалбливания в грунт как для забивных свай , а путем их создания непосредственно на месте, без негативных последствий, как правило, сопровождающих такую рода деятельность. Самое максимальное воздействие, оказываемое на почву – это бурение скважины, которое достаточно просто выполнить без привлечения громоздкой техники и сопутствующих этому отрицательных моментов.

Описанные выше свойства буронабивных свай делают их незаменимыми при строительстве в следующих условиях:

застройка жилых или промышленных кварталов в стесненных условиях города, когда устройство ленточного фундамента или монолитной плиты практически невозможно;
наличие слабых грунтов или сильно обводненной почвы, делающих невозможным использование других конструкций фундамента, кроме свайного;
строительство рядом с водоемами или на затапливаемых участках;
в случаях, когда геологические исследования показали глубокое залегание твердых пород, которые способны воспринять нагрузки строящегося здания;
в случаях сложного рельефа местности (перепад отметок по высоте, обрывы, грунты с большим содержанием камней и т.д.).

Во всех указанных случаях основным путем решения проблемы является устройство свайного фундамента. При этом предпочтительным вариантом является использование буронабивных свай.

Буронабивные сваи, по сравнению с винтовыми, имеют немаловажное преимущество – более надежную конструкцию и отсутствие проблем с коррозией, характерных для альтернативного варианта.

Всем вышеперечисленным далеко не исчерпываются достоинства технологии устройства фундаментов при помощи буронабивных свай. Но для более подробного их изучения необходимо ознакомиться с существующими разновидностями данной технологии. Также фундамент можно изготовить при помощи винтовых свай.

Перед перечислением разновидностей конструкций буронабивных свай обязательно необходимо отметить, что все работы должны выполняться в соответствии со Сводом правил СП 24.13330.2011, в котором содержится актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 под названием «Свайные фундаменты». Именно в этих нормативных документах четко прописаны требования к фундаментам и правила производства работ по их устройству.

Виды свай

Существует несколько классификационных признаков буронабивных свай.

Так, по особенностям конструкции они делятся на:

цилиндрические сваи . Имеют форму правильного цилиндра и сечение, одинаковое на всю длину конструкции;
сваи с опорной подошвой . Главный характерный признак – больший диаметр нижней части сваи. Подобные конструкции имеют несколько большую устойчивость и несущую способность.

По технологии обустройства буронабивные сваи делятся на:

сваи, выполненные без оболочки . Данный вариант может применяться только в условиях крайне устойчивых и не склонных к обрушению или осыпанию грунтов, а также тогда, когда уровень грунтовых вод минимален;
сваи, выполненные с применением извлекаемой или несъемной оболочки . Может применяться практически везде, в большинстве случаев используется съемная или извлекаемая оболочка в виде обсадной трубы.

Достаточно часто буронабивные сваи используются в комбинированных фундаментах совместно с последующим устройством ростверка. По месту его расположения разделяют фундаменты:

с низким заглубленным в почву ростверком . Обычно опускаются в грунт ниже уровня промерзания, благодаря чему приобретают повышенную несущую способность;
с обычным ростверком , находящимся прямо на грунте;
с высоким ростверком, понятым над поверхностью земли . Высота подъема может варьироваться и составлять 20-30 см. Часто применяется при строительстве частных домов на сложном рельефе местности.

Пример выполнения буронабивных свай с ростверком приведен на следующем видео:

Достоинства фундамента на сваях

Использование буронабивных свай при устройстве фундамента позволяет получить ряд преимуществ:

низкая стоимость работ при одновременно высокой несущей способности и надежности конструкции;
возможность применения практически на любом типе грунта;
длительный срок эксплуатации (не менее 100 лет);
возможность проведения работ в сжатые сроки и даже в холодное время года (при использовании специальных добавок в процессе бетонирования);
отсутствие динамически нагрузок на грунт, что позволяет использовать технологию рядом с существующими зданиями и сооружениями или для усиления требующих этого конструкций фундамента;
возможность сохранить существующее благоустройство в виду отсутствия применяемой тяжелой техники (при частном строительстве). Также важно то, что при этом варианте возможно выполнение работ своими руками, без привлечения профессиональных строителей.

Перечисленными плюсами достоинства технологии возведения фундаментов с использованием буронабивных свай не исчерпываются, однако и этого перечня достаточно для того, чтобы понять причину популярности данной технологии.

Недостатки фундамента

Как и у любой применяемой технологии, у буронабивных свай также присутствуют определенные минусы:

относительно большой перерасход бетона, связанный с тем, что почва рядом с изготавливаемыми сваями не уплотняется;
большое количество трудоемких ручных процессов и достаточно серьезная технологическая сложность производства работ;
необходимость тщательного контроля над всеми этапами изготовления буронабивных свай;
сильная зависимость несущей способности свай от качества бетона и свойств грунта (информацию о качестве бетона, а также дополнительным требованиям к бетону и его наполнителям можно узнать из этой статьи), что приводит к заложению дополнительного запаса по надежности и, соответственно, еще большему расходу бетона.

Изготовление свай

Пока не упоминалось еще одно несомненное достоинство буронабивных свай – универсальность технологии.

Она заключается в том, что ее можно одинаково успешно применять как на крупных промышленных объектах – с использованием серьезной буровой и прочей техники, так и при строительстве небольших частных домов, большую часть работ выполняя при этом вручную с минимальным привлечением машин и механизмов.

Один из примеров выполнения работ на небольшом объекте с привлечением ямобура показан на видео:

Расчет буронабивных свай и их несущая способность

При использовании технологии на серьезных крупных объектах все необходимые параметры закладываются при проектировании, обязательно выполняемом в таком случае. Несущая способность свай, изготавливаемых механизированным способом, достигает 200-400 тонн, порой доходя до показателя 600 тонн на одну сваю.

При частном строительстве обычная несущая способность сваи редко превосходит 10 тонн.

Диаметры свай

В соответствии с потребностями объекта меняется и диаметр используемых свай. Например, при частном домостроении применяются буронабивные сваи следующих диаметров и несущей способности:

Диаметр сваи, м	Несущая способность, т	Объем бетона, куб. м
0,40	7,536	0,2512
0,30	4,242	0,1414
0,25	2,946	0,0982
0,20	1,884	0,0628
0,15	1,062	0,0354

Каркасы и бетон для буронабивных свай. В случае применения технологии на крупных объектах используются сваи гораздо больших диаметров и значительно большей длины. Конкретные необходимые параметры берутся из проектно-сметной документации на объект.

При возведении частных домов для изготовления буронабивных свай рекомендуется использовать бетон класса В22,5 (ближайший аналог по марке – М300), в небольших зданиях и сооружениях допускается В20 и В15 (соответственно, М250 и М200). От качества материала во многом зависит качество получаемой буронабивной сваи.

Обязательным составным элементом любой буронабивной сваи является находящийся в ней сварной пространственный арматурный каркас. По требованиям СНиП он должен представлять собой продольную арматуру, равномерно распределенную по всей окружности сваи. Минимальное количество арматурных стержней – 6, каждый диаметром 18 или более мм. Используется сталь класса АIII.

Данные требования являются обязательными при строительстве крупных объектов. При возведении фундамента для частного дома или бани требования менее строгие. В большинстве случаев используются 4-6 стержней арматуры диаметром 10-12 мм, перевязанных между собой или готовые треугольные металлические каркасы.

Стоимость работ

Стоимость работ по устройству фундаментов с использованием буронабивных свай может достаточно сильно различаться в зависимости от нескольких факторов:

время/сезон производства работ;
тип грунта;
размеры и вид возводимого здания;
удаленность от места производства бетона и т.д.

Обычная стоимость изготовления стандартной сваи длиной 2 м составляет:

при диаметре сваи 0,15 м – 3-3,5 тыс. рублей;
при диаметре 0,2 м – 4,2-4,6 тыс. рублей.

Использование устройства фундаментов с применением буронабивных свай позволяет получить надежную и крайне долговечную конструкцию с высокой несущей способностью в оптимальные сроки и при минимальных затратах.

В силу некоторых особенностей земельных участков (проблемная структура грунта, наличие уклона или плотность возведения сооружений) при строительстве не всегда есть возможность поставить фундамент желаемого типа. В таких случаях оптимальный вариант – , который становится все популярнее благодаря многим его преимуществам.

Cхема буронабивных свай.

Особенности и преимущества буронабивного фундамента

В некоторых случаях при сооружении жилых зданий нет возможности устанавливать ленточный фундамент. Например, из-за наличия вблизи уже возведенных зданий или коммуникационных узлов. Такая проблема особенно актуальна в населенных пунктах, где площади участков небольшие и каждый владелец пытается возле дома разместить максимальное количество построек. Разрешить ситуацию так, чтобы не принести вреда основаниям уже существующих сооружений, позволяет использование буронабивного фундамента на сваях. При его сооружении есть возможность проводить все процессы с максимальной точностью. Кроме того, уровень вибрационных колебаний в процессе работы минимальный, что предотвращает разрушительное влияние на размещенные поблизости постройки.

Преимущества использования свай при сооружении фундамента:

Относительная дешевизна сооружения. Монолитное или ленточное основание, если провести правильный расчет материалов, обойдется значительно дороже буронабивного.
Универсальность применения. С помощью такого фундамента можно соорудить основание на любом типе грунта, включая участки, расположенные вблизи водоемов.
Возможность установки на глубину промерзания грунта.
Это решение подходит для конструкций из любых материалов. Например, для домов из кирпича, бруса или панелей.
Скорость сооружения. На его строительство уходит около 5-7 суток.
Безопасность. При постройке полностью исключена возможность негативно повлиять на уже готовые здания или нанести вред ландшафту.

Стоит отметить, что буронабивного фундамента не уступает ленточному или монолитному.

Еще одна особенность использования свай – заливка прямо на месте строительства. К проблематике сооружения такого фундамента можно отнести только бурение скважин для заливки, которые вырыть с помощью техники возможно не всегда, и вся работа проводится вручную.

Фото буронабивных свай

Расчет основных характеристик буронабивных свай

Перед началом строительства нужно совершить расчет несущей способности и выбрать материал изготовления, который напрямую будет влиять на показатели будущего основания.

Расчет несущей способности

Просто недопустимо выпускать из виду этот показатель в ситуациях, когда планируется сооружать здание на основании из свай. От него напрямую зависит количество используемых материалов и количество столбов, которые будет необходимо использовать при строительстве.

Несущая способность свай, на которые действует вертикальная нагрузка, зависит от уровня сопротивления основания (влияют используемые материалы), а также показатель сопротивляемости грунта. Чтобы провести расчет несущей способности свай, можно воспользоваться формулой:

Несущая способность = 0.7 КФ х (Нс х По х Пс х 0.8 Кус х Нсг х Тсг)

КФ – коэфф. однородности грунта.

Нс – нижнее сопротивление грунта.

По – площадь опирания столба (м2).

Пс – периметр столба (м).

Кус – коэффициент условий работы.

Нсг – нормативное сопротивление грунта боковой поверхности.

Тсг – толщина слоя грунта (м).

Для поиска некоторых значений можно использовать СНиП 2.02.03-85 (там содержится каждая необходимая таблица).

Проводя расчет несущей способности, также нужно учитывать размер столба. Как пример, столб диаметром 30 см выдерживает 1700 кг, а свая толщиной 50 см – уже целых 5000 кг. Это говорит об большом влиянии каждого сантиметра на уровень нагрузки, который будет выдерживать диаметр.

Расчет несущей способности: материал

Кроме размеров свай, проводя расчет нужно учитывать и материал. Как и в других типах фундаментов, большое значение имеет класс бетона.

Как пример, использование бетона В 7,5 может позволить основанию выдерживать нагрузку в 100 кг на 1 см2. Это достаточно большой показатель.

Технология сооружения фундамента на сваях

Буронабивное основание собирается непосредственно на участке. В сваях заключается его основная особенность – именно они берут на себя всю нагрузку будущего сооружения. Чтобы провести расчет установки, нужно узнать глубину промерзания земли и провести монтаж так, чтобы подошва столба находилась ниже этой отметки.

Обязательно проводится гидроизоляция опор с помощью рубероида, устеленного 2 слоями. Верхние части столбов соединяются с помощью ростверка и от ее типа зависит вид основания: заглубленный или висячий.

С целью предотвращения вспучивания на участке ростверки висячего типа устанавливаются от поверхности земли на отдалении около 10 см. Когда ростверк будет погружен в землю – его называют заглубленным (вкапывается на 20 см и больше). Если основание сооружалось на сваях и использовался ростверк, оно способно выдерживать 1.5 Т.

Алгоритм сооружения:

Разметочные работы. Используется канат, уровень и другие приспособления.
Рытье траншеи.
Разметка расположения опор.
Изъятие земли из места расположения столбов с помощью мотобура или другим способом.
Установка опор. Перед их размещением в скважинах необходимо предварительно разместить рубероид в 2 слоя. Его рубашка должна полностью окутывать участок столба, который будет закопан в земле.
Бетонирование.
Соединение опорной части с ростверком.
Укладка балки.
Бетонирование стыков.

При бетонировании необходимо постоянно размешивать раствор. Это позволит добиться большей прочности основания: выйдет воздух и бетон будет более плотным.

Буронабивной фундамент – отличное и экономичное решение для возведения сооружений, не уступающее прочностными показателями, как пример, тому же ленточному основанию, а также позволяющее провести работу быстро.

Прежде чем приступать к проектированию и тем более строительству свайного фундамента, необходимо пройти ряд подготовительных этапов, заключающих в себе изыскания и расчеты различного типа. Результатом правильно проведенных предварительных мероприятий будет прочный, экономичный, и, главное, надежный фундамент. Одной из ключевых характеристик, влияющих на рентабельность того или иного типа свай, являются геометрические параметры свайных колонн.

Верно определить размеры поперечного сечения, глубину заложения, количество скважин и другие параметры, значит построить надежное основание для будущего здания.

Типология буронабивных свайных фундаментов

Буронабивные свайные фундаменты — это одна из немногих конструкций, не поддающихся строгой классификации. Типовые размеры, представленные в различных сортаментах, сводах правил и государственных стандартах, являются лишь приблизительными рекомендациями. Тогда как серийно производимые изделия должны пройти ряд строгих проверок на соответствие стандартам качества, буронабивные сваи практически невозможно испытать, поскольку изготавливаются они в полевых условиях и закладываются прямо в грунт.

Бетонируемые непосредственно на строительном участке, буронабивные сваи отличаются высокими показателями прочности, вычислить которые можно только эмпирически. Испытания, проводимые на опытных образцах, показывают работу исключительно данных экспериментальных изделий. Поскольку условия изготовления, такие как тип грунта, уровень грунтовых вод, водонасыщенность рабочего слоя почвы, характеристики использованных арматуры и бетона, невозможно предугадать.Все имеющиеся прочностные и геометрические данные приблизительны и представлены только в качестве примера.

Конструкция буронабивных свай

Для типизации буронабивных свай используют деление по геометрическим признакам и технологическим особенностям производства и эксплуатации. СНиП 2.02.03-85 является актуализированной версий свода строительных норм и правил от 1983 года и предлагает классифицировать буронабивные сваи по способу изготовления следующим образом:

Буронабивные сплошного сечения:
с уширениями и без них;
без крепления стенок;
с укреплением боковых стенок скважин глиняным раствором или обсадными трубами (при дислокации свайной колонны ниже уровня грунтовых вод)
Буронабивные с применением технологии непрерывного полого шнека;
Береты – буровые, изготовляемые с помощью плоского грейфера или грунтовой фрезы;
Буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые с последующим образованием уширения с помощью взрыва (в том числе и электрохимического).

От способа изготовления свайных столбов зависит их окончательная стоимость и, главное, максимальные и минимальные размеры свайных колонн. Важно учитывать разновидность буронабивных свай до начала строительства, поскольку различные технологии производства предполагают разный набор специализированного оборудования, а также допустимые габариты скважин.

Предварительная подготовка к расчету

Определенные геометрические характеристики свайного столба это не просто прихоть подрядчика и проектировщика, а потребность, обусловленная необходимостью подобрать наиболее рациональный объем фундамента, способный не только выдержать предполагаемую нагрузку будущего здания, но и сэкономить бюджет заказчика. В каждом отдельно взятом случае перед определением размеров и устройством фундамента необходимо проводить ряд следующих исследований и изысканий:

геологическая разведка местности – бурение контрольных скважин в стратегических точках участка для определения типа и величины грунтовых напластований, несущей способности грунта и прочих характеристик основания;
гидрогеологические изыскания – определение уровня грунтовых вод, водонасыщенности грунта;
расчет общей массы здания и определение предельной расчетной нагрузки на погонный метр фундаментной плиты;
окончательный расчет геометрических параметров буронабивной сваи и необходимого количества свай выбранного сечения.

Результатом расчета будет сводная таблица размеров свайных колонн, и схема наиболее рационального фундамента с учетом выбранного типа буронабивных свай. Расчет размеров свай можно доверить проектному отделу строительной фирмы или провести самостоятельно. Не рекомендуется использование данных геологической разведки, полученных на соседствующих земельных наделах. Информацию о глубине промерзания грунта можно найти в СП 22.13330.2011.

Расчет свайного поля

После проведения геологических изысканий можно приступать к расчету свайного поля. Учитывая тип грунта, а также расположение уровня грунтовых вод, можно составить представление о предположительной глубине заложения скважин. В расположенной ниже таблице приведены примерные рекомендации глубин заложения в слабо просадочные грунты скважин, безопасных при указанных условиях:

Влажные, просадочные, высокопучинистые и другие ненадежные типы грунтовых оснований не рекомендуется использовать для устройства в них буронабивных свай.

Схема расположения грунтовых вод

Грунты с уровнем подземных вод выше, чем 1000 мм, считаются водонасыщенными и устройство свайных фундаментов на таких основаниях строго противопоказано технологией. Высокий уровень грунтовых вод можно понизить, проведя мероприятия по осушению, прокладке дренажных стоков и проч. Надежными слабо-пучинистыми грунтами считают те, в которых УГВ ниже глубины промерзания не менее чем на 1 метр.

Данные, приведенные в таблице, помогут составить общее представление о зависимости глубины заложения свайной колонны от характеристик грунта. Для получения более точных и надежных показателей следует провести несложный математический расчет. Принцип расчета состоит в принятии за эталон одного из показателей (например, диаметра) и расчета остальных, исходя из этих данных. Методом сравнения выбирают наиболее подходящую конфигурацию свай, из которых впоследствии формируют свайное поле.

Расчет длины висячих свай

Свайные столбы, не опирающиеся на несущий слой грунта, считают висячими. Это означает, что основную нагрузку воспринимают боковые стенки скважины,а не опорный слой грунта. Такие фундаменты предпочтительно устанавливать в районах с глубоким расположением каменистого слоя. Несущая способность таких свай не отличается от стоек аналогичного диаметра.

Если вам доступны данные геологии местности, а также тип грунта подходит для устройства буронабивных висячих свайных колонн, можно приступать к вычислению длины. Предполагаемая схема расчета выглядит следующим образом:

Принимаем некую среднюю ширину поперечного сечения сваи n=60 мм.
Рассчитываем нагрузку дома на погонный метр фундаментной плиты:

Чтобы рассчитать нагрузку на погонный метр фундамента, нужно общую нагрузку разделить на периметр. Посчитать общую нагрузку дома можно в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83* или СП 22.13330.2011 – в соответствующих разделах можно найти алгоритм расчета, необходимые значения коэффициентов ветровой и снеговой нагрузки и другую необходимую информацию.

Полученное значение в кг/м и будет искомой величиной. Средняя масса одноэтажного кирпичного дома 50 тонн. Следовательно, для дома с периметром 20 метров (10×10) нагрузка на погонный метр составит 2500 кг/м.

Принимаем шаг колонн не менее трех диаметров и не более двух метров – для выбранного диаметра подойдет шаг 1,5 метра. Общее количество свай будет равняться 13.
Рассчитываем нагрузку на одну сваю: для этого разделим на величину шага свай нагрузку, воспринимаемую погонным метром фундамента. Получим значение приблизительно равное 1700 кг/м.Такой необходимый предел прочности необходимо заложить в одну сваю.
Для сваи площадью сечения 0,28 м2 такое значение прочности будет равняться:

F=R∙A+u∙Eycf∙fi∙hi;

Где F – несущая способность; R–сопротивление грунта, формулу расчета которого можно найти в СНиП 2.02.01-83*; А – площадь сечения сваи; Eycf,fi и hi– коэффициенты из того же СНиП; u–периметр сечения сваи, разделенный на длину.

Для рассматриваемой в примере сваи двухметровой длины предельная нагрузка в глинистом грунте будет равняться 32,3 тонны, что позволяет уменьшить количество свай за счет увеличения шага свайных колонн, или уменьшить площадь сечения каждой отдельно взятой сваи, что позволит сэкономить средства, затраченные на бетонирование скважин.

Глубина таких свай будет зависеть исключительно от характеристик верхнего слоя грунта, относительного уровня расположения грунтовых вод и глубины промерзания. Следует также учитывать данные о промерзании грунтов и положении уровня грунтовых вод. Подробные примеры расчета глубины заложения висячих свай приведены в СНиП 2.02.01-83* в разделе 2 пункт 5 или в СП 50.102-2003.

Расчет длины стоек

Буронабивные сваи повышенной глубины заложения могут работать как стойки. И хотя обычно буровые типы являются висячими, встречаются конструкции с опиранием на твердый слой грунта. Расчет длины таких свай следует производить с учетом глубины расположения прочного несущего пласта.

В сети Интернет есть масса сервисов для автоматического расчета размеров и количества буронабивных свай. Использование таких сервисов накладывает определенный риск на пользователя, поскольку алгоритм не всегда учитывает все необходимые параметры, а владельцы программного обеспечения не несут ответственности за полученный результат.

Все сопутствующие вычисления несущей способности и геометрии сваи производятся в соответствии с технологией расчета свай-стоек и схожи с приведенным ранее примером. Дополнительную информацию о проведении расчета можно получить в вышеуказанных документах.

Зависимость диаметра сваи от типа монтажа

Площадь поперечного сечения буронабивной сваи соответствует площади скважного отверстия с поправкой на пластичность грунта. Форма замоноличиваемых свай близка к идеально цилиндрической, хотя и имеет незначительные уширения вследствие непроизвольного бокового продавливания бетонной смесью слабых мест грунта. Также в процессе заливки бетонной смеси путем увеличения подающего напора могут быть созданы умышленные уширения тела сваи для придания дополнительной прочности. Особенно актуальны такие действия для висячих свай.

Помимо всего прочего, средний диаметр буронабивной сваи определяется исходя не только из расчетных показателей, но и из возможностей оборудования, предназначенного для устройства того или иного типа свай. Примерные значения диаметров в зависимости от конструктивных особенностей установки:

Устройство баретов предполагается при наличии высокопучинистых нестабильных грунтов. Делать такой фундамент для среднестатистического основания нерационально. Конструкция бура предполагает устройство только скважин диаметром либо 300 мм, либо 400 мм.

Шаг диаметров определяется набором буров, используемых для устройства скважин того или иного типа. Конструктивные особенности каждой из разновидностей буровых установок не позволяют устраивать скважины большего или меньшего диаметра, чем те, что указаны в спецификациях на проведение работ. Ознакомиться с рабочими параметрами буровых установок можно у поставщика или арендодателя.

При устройстве свайного поля и определении размеров свайных колонн следует учитывать рекомендуемый шаг свай, от которого будет зависеть частотность скважин и распределение нагрузки. Посмотрите видео, по правильному монтажу свай:

Для равномерного распределения давления массы будущего здания на фундаментную плиту, необходимо соблюдать следующие правила:

максимальное расстояние между буронабивными сваями не должно превышать двух метров;
минимальный шаг свайных колонн должен находиться в пределах трех-четырех диаметров свай – в целях предотвращения обрушения стенок соседствующих скважин в сыпучих грунтах нужно увеличить минимальный предел;
компоновку свайного поля следует производить с учетом расположения свай в угловых точках фундамента;
по результатам расчета геометрических характеристик, после компоновки, общее количество свай должно соответствовать рекомендательным шаговым значениям – в случае превышения максимального шага свай следует увеличить количество скважин и уменьшить диаметр свай до предельно возможного;
максимальные и минимальные размеры диаметров скважин не должны превышать допустимые для выбранного типа монтажа.

Соблюдая данные рекомендации, можно спроектировать наиболее эффективный и рациональный фундамент, не беспокоясь о его надежности. При необходимости следует обратиться за помощью к специалистам, но все расчеты можно произвести самостоятельно, без особого труда.

Как выглядит расчет буронабивных свай с ростверком? Вместе с читателем мы изучим основные этапы проектирования фундамента частного дома.

Кроме того, в рамках статьи будут затронуты терминология и некоторые аспекты технологии строительства.

Устройство фундамента на буронабивных сваях.

Почему сваи

Для начала давайте разберемся, когда стоит остановить свой выбор именно на буронабивных сваях.

В общем случае свайный фундамент обходится на 20-50% дешевле ленточного и в разы дешевле плитного. При этом благодаря значительному заглублению сваи опираются на плотные слои грунта ниже уровня промерзания.

Уточнение: на торфяных и песчаных почвах расстояние от поверхности до плотного основания может составлять до 8-10 метров.

В таких случаях с учетом затрат на материалы и бурение более осмысленное решение - плавающий плитный фундамент.

От основной альтернативы - винтовых свай для фундамента - буронабивные выгодно отличаются большей долговечностью. Даже будучи оцинкованной, стальная труба не полностью защищена от коррозии: при вкручивании цинковый слой неизбежно нарушается; именно поэтому срок службы винтового фундамента обычно оценивается в 50-70 лет. Впрочем, заполнение полой трубы бетоном способно заметно увеличить ее ресурс.

Технологии

Классический алгоритм создания буронабивной сваи прост и понятен:

На глубину ниже уровня промерзания бурится скважина. Для этого может использоваться ручной или механический бур.

Бурение скважины под свайный фундамент.

В нее погружается свернутый в трубу рубероид.
Внутрь трубы помещается арматурный каркас.
Затем полость заполняется жидким бетоном марки М200 или выше.
После застывания и набора бетоном прочности мы получаем готовую опору с уже присутствующим слоем гидроизоляции (рубероид остался в грунте, помните?). Осталось лишь связать опоры ростверком (как правило, железобетонным) - и фундамент готов.

Однако потенциальному самостоятельному строителю полезно знать ряд тонкостей и альтернативных технологий.

Устройство буронабивных свай раскатчиком позволяет создать вокруг каждой опоры слой уплотненного грунта и тем самым увеличить и устойчивость фундамента, и его несущую способность. Суть метода - в том, что при бурении грунт не вынимается из скважины, а уплотняется в ней.
Минимальное расстояние между буронабивными сваями в свету (то есть между ближними друг к другу точками поверхности соседних опор) в общем случае не должно быть менее одного метра. При бурении скважин ближе друг к другу возможна их деформация. Исключение - скальные грунты и заливка элементов фундамента внутри обсадной трубы из стали, асбестоцемента и т.д.

Асбестоцементная обсадная труба предотвратит осыпание стенок скважин.

В общем случае ростверк отделяет от поверхности грунта расстояние как минимум в 100 - 150 миллиметров. Оно необходимо, чтобы избежать влияния пучения грунта.

Однако ростверк может быть и заглубленным: в этом случае под ним засыпается песчаная подушка. Ее толщина определяется особенностями почвы на участке; однако при любом грунте она не должны быть тоньше 100 миллиметров.

На сыпучих и непрочных грунтах использование жестких обсадных труб предпочтительно. Осыпавшаяся стенка скважины будет означать значительное падение несущей способности участка фундамента. Из возможных решений минимальна цена картонных труб; однако асбестоцемент куда более долговечен и заодно обеспечит полноценную гидроизоляцию бетона.

Что именно нуждается в расчетах?

Сечение свай.
Их количество.
Толщина и количество арматуры в каждой свае.

Армирование

Начнем с последнего пункта.

Расчет армирования буронабивной сваи, применяемый при строительство промышленных объектов и многоквартирных домов, достаточно сложен и учитывает как нагрузку на сваю, так и тип грунта, и степень его подвижности.

Однако частное домостроение подразумевает умеренную нагрузку на отдельную опору и, что важнее, ее сравнительно небольшую длину. Если при строительстве промышленных объектов можно встретить сваи диаметром в метр и более при длине 50-60 метров, то в нашем случае длина редко превышает 2,5-3 метра, а диаметр - 35 сантиметров.

Частное домостроение - это умеренная нагрузка на фундамент при его скромных габаритах.

Основные нагрузки опора, понятное дело, испытывает на сжатие; между тем продольная арматура противостоит совсем другим нагрузкам - на излом и срезающим.

Именно поэтому при самостоятельной подготовке свайного фундамента достаточно придерживаться нескольких простых правил:

Общая длина арматурного каркаса должна уступать длине сваи не более чем на 10 сантиметров.
Через каждые 70 сантиметров продольная арматура перевязывается горизонтальными перемычками. Для соединения можно использовать как сварку, так и вязальную проволоку.
В общем случае достаточно трех прутков рифленой арматуры диаметром 14 миллиметров или четырех 12-миллиметровых. Поперечные перемычки выполняются из гладкой арматуры сечением 6-8 миллиметров.

Устройство арматурного каркаса хорошо видно на фото.

Важный момент: арматурный каркас должен отстоять от внешней поверхности сваи как минимум на 3 сантиметра.

Слой бетона защищает сталь от коррозии.

Масса дома

От чего зависит минимально необходимое количество свай?

От несущей способности одной опоры. Она, в свою очередь, определяется сечением площади опоры и несущей способностью грунта.
От массы здания.

Как выяснить, сколько весит дом?

Инструкция по расчету должна быть довольно сложной, ведь предстоит учесть немало факторов:

Массу несущих стен и внутренних перегородок;
Массу перекрытий, утепления и кровли;
Количество домашней утвари, которое, к сожалению, подчиняется собственным законам и нарастает буквально лавинообразно;
Снеговую нагрузку, которая, в свою очередь, зависит от климата;
Запас прочности на неоднородности грунта и прочие неучтенные факторы.

На практике, однако, можно сильно упростить себе задачу. Для сбалансированных конструкций приблизительно оценить массу строения без коэффициента прочности можно, умножив массу несущих стен на 2: вес перекрытий, кровли, мебели, обитателей дома и снеговой шапки в пике примерно равен весу внешних стен.

Важный момент: для каркасных строений и домов из sip-панелей стоит использовать коэффициент 3.

Стены этих сооружений обладают большой несущей способностью при довольно незначительной собственной массе.

Полученный примерный результат умножается на коэффициент 1,3 для того, чтобы обеспечить гарантированный запас прочности.

Для расчета недостает лишь справочной информации о плотности популярных строительных материалов.

Приведем несколько значений:

Известняк средней плотности - 1600 кг/м3.
Полнотелый кирпич - 1800 кг/м3.
Тяжелый бетон - 2400 кг/м3.
Пенобетон - 300 - 1400 кг/м3 в зависимости от марки.
Поризованный кирпич - 1200-1400 кг/м3.
Сосновый брус - 500 кг/м3.
Пенополистирол - 45 - 150 кг/м3.

Параметры некоторых строительных материалов.

Давайте в качестве примера попробуем оценить нагрузку на сваи, которую создаст дом из соснового бруса с толщиной стен, равной 25 сантиметрам. К массе бруса нам придется прибавить вес железобетонного ростверка сечением 35 (ширина) на 30 (высота) сантиметров.

Дом - одноэтажный, с высотой стен 3,5 метра и размером 10*10 метров.

Объем ростверка будет равным (10+10+10+10)*0,35*0,3=4,2 м3. Масса - 4,2*2400=10080 кг.
Объем стен равен (10+10+10+10)*3,5*0,25=35 м3. Весят они 35*500=17500 кг.
Для дома с деревянными перекрытиями можно смело использовать коэффициент 2. Ориентировочная масса дома может быть оценена как (10080+17500)*2=55160 кг.
С учетом запаса прочности несущая способность свайного фундамента должна быть не менее 55160*1,3=71708 кг.

Прочность сваи

Несущая способность опоры определяется двумя факторами:

Ее механической прочностью по отношению к нагрузке на сжатие.
Несущей способностью грунта.

В абсолютном большинстве случаев первым параметром можно пренебречь - просто потому, что прочность железобетона многократно превышает несущую способность почвы. Давайте, однако, перестрахуемся и выполним несложный расчет.

Прочность бетона марки М200 позволяет ему выдержать нагрузку в 200 кг/см2. При диаметре сваи в 30 сантиметров площадь ее сечения будет равна 3,14159265*0,15м^2=0,0707м2, или 707 квадратных сантиметров.

Стало быть, разрушающая нагрузка на сжатие будет не менее 707*200=141400 кг. Одна свая способна с двухкратным запасом принять всю массу нашего здания!

Не стоит забывать: бетон набирает прочность, близкую к максимальной, примерно за месяц. Лишь по прошествии этого срока можно продолжать строительство.

Несущая способность грунта

Чтобы выполнить расчет буронабивной сваи, нам опять-таки понадобится справочная информация.

Ниже приведены расчетные нагрузки в килограммах на квадратный сантиметр грунта, не приводящий к его просадке.

Крупные и гравелистые пески - плотные 4,5, средние - 3,5.
Средние пески - плотные 3,5, средние 2,5.
Мелкие пески при низкой влажности - плотные 3,0, средние 2,0.
Насыщенные водой мелкие пески - плотные 3,5, средние 2,5.
Твердые глины - плотные 6,0, средние 3,0.
Пластичные глины - плотные 3,0, средние 1,0.
Крупнообломочные грунты, щебень, гравий, галька - плотные 6,0, средние 5,0.

Давайте в качестве примера рассчитаем максимальную нагрузку на буронабивную сваю диаметром 30 сантиметров на плотном влажном мелком песке. Площадь опоры нами уже рассчитана и равна 707 см2. Несущая способность грунта в нашем случае берется равной 3,5 кгс/см2. Стало быть, на одну опору должно приходиться не более 3,5*707=2474, 5 килограмма.

Капитан Очевидность подсказывает: опоры конического сечения с расширением книзу позволяют при меньшем расходе бетона увеличить площадь опоры и ее несущую способность.

В приведенном выше случае увеличение сечения нижней части сваи всего на 10 сантиметров сделает ее несущую способность равной 4396 килограммам; соответственно, общее количество свай можно будет уменьшить в полтора с лишним раза.

Несущая способность опоры зависит от типа грунта и площади ее подошвы.

Расчет количества свай

Его методика очевидна: достаточно просто разделить предполагаемую массу здания с учетом запаса прочности на несущую способность каждой опоры. В нашем случае при использовании свай сечением 30 см с расширением внизу до 40 см необходимо как минимум 71708/4396=16 свай.

При выборе количества опор и их сечения стоит учитывать еще один фактор: на опоры должны приходиться все углы здания и точки соединения внутренних перемычек. Если 16 точек опоры недостаточно для того, чтобы обезопасить ростверк от значительных изгибающих нагрузок - количество свай может быть увеличено.

Сваи располагаются во всех углах внешних стен и под массивными перегородками.

Необходимое сечение при этом рассчитывается методом, так сказать, от обратного. Предположим, что конфигурация стен дома нуждается как минимум в 24 точках опоры.

Расчетная несущая способность каждой сваи должна быть не менее 71708/24=2987 кг.
На нашем грунте опорная поверхность каждой сваи будет равной как минимум 2987/3,5=853 см2.
Радиус основания сваи будет равен квадратному корню из (853/3,14159265), то есть 16,5 сантиметрам. Диаметр - 16,5*2=33 см. При этом выше основания диаметр может быть значительно меньше: как мы уже выяснили, прочность железобетона заведомо избыточна.

Приблизительный расчет свайного фундамента не представляет особых сложностей даже для человека, далекого от строительства. Все, что для него необходимо - здравый смысл, знание основ геометрии и немного справочной информации о свойствах грунтов и стройматериалов.

Пример расчета буронабивных свай: видео-инструкция по монтажу своими руками, минимальное расстояние между опорами, цена, фото, Профессиональный фундамент своими руками

Пример расчета буронабивных свай: видео-инструкция по монтажу своими руками, минимальное расстояние между опорами, цена, фото

Характерным показателем прочности свайного фундамента является несущая способность отдельно взятой сваи. Эта характеристика влияет на общее количество свай в периметре фундамента – регулируя частотность, можно повышать предел нагрузки, которую будет способен выдержать фундамент. Количество буронабивных свай и несущая способность отдельно взятой свайной колонны это взаимосвязанные характеристики, оптимальное соотношение которых определяется путем проведения несложных расчетов.

Подготовка к расчету

Исходные данные, которые понадобятся для расчета несущей способности буронабивной сваи, получают в итоге проведения геологических изысканий и подсчета общей предполагаемой нагрузки здания. Это обязательные этапы расчета, проведение которых обосновано теорией расчета прочностных характеристик буронабивных фундаментов.

Такие показатели как глубина промерзания, уровень залегания грунтовых вод, разновидность грунта и его механические характеристики очень важны для получения точного результата. Информация о глубине промерзании грунта находится в СНиП 2.02.01-83*, данные разделены по климатическим районам, представлены картографически и в виде таблиц.

Не стоит полагаться на данные геологической и гидрогеологической разведки, полученные на соседних участках. Даже в пределах периметра одного земельного надела состояние грунтов оснований может резко изменяться. Три-четыре контрольные скважины в контрольных точках периметра дадут точную информацию о состоянии почв.

Расчет массы постройки ведут с учетом климатического района, расположения здания относительно румба ветров, среднего количества осадков в зимний период, массы строительных конструкций и оборудования. Этот показатель наиболее значим при проектировании фундамента – данные для проведения этой части расчета, а также схему и расчетные формулы можно найти в СНиП 2.01.07-85.

Проведение геологии

Проведение геологических изысканий ответственное мероприятие и в массовом поточном строительстве этим занимаются специалисты-геологи. В индивидуальном жилищном строительстве часто проводят самостоятельную оценку состояния грунтов. Не имея опыта проведения изысканий такого уровня очень сложно оценить реальное положение вещей. Работа грамотного специалиста по большей части заключается в визуальной оценке состояния напластований.

Для начала на участке устраивают шуфры – вертикальные выработки грунта прямоугольного или круглого сечения, глубиной от двух метров и шириной достаточной для визуального осмотра основания стенок ямы. Назначение шуфров – раскрытие почвы с целью осуществления доступа к напластованиям, скрытым под верхним слоем грунта. Геологи измеряет глубину пластов, берет пробу грунта из середины каждого слоя, а также впоследствии наблюдает за накоплением воды на дне забоя. Вместо шуфров могут устраиваться круглые скважины, из которых с помощью специального устройства вынимают керн или берут локальные пробы.

Шуфры укрывают на некоторое время – два-три дня – ограничивая попадание атмосферных осадков. После оценивают уровень воды, поднявшийся в полости скважины – эта отметка, отсчитанная от верхней границы, и будет уровнем залегания грунтовых вод.

Все полученные данные заносятся в сводную таблицу.Кроме того, составляется профиль сечения грунта, который позволяет предугадать состояние грунтов в точках, где бурение не производилось. При самостоятельной оценке оснований следует руководствоваться сведениями, представленными в СНиП 2.02.01-83* и ГОСТ 25100-2011, где в соответствующих разделах представлены классификации грунтов с описаниями, методы визуального определения типов грунта и характеристики в соответствии с типами.

Как использовать данные геологической разведки

После того как проведена геология местности – самостоятельно или нанятыми специалистами – можно приступать к определению начальных геометрических характеристик свай.

Нас интересуют тип грунта, показатель коэффициента неоднородности грунта, глубина промерзания и уровень расположения грунтовых вод. Схема расчета несущей способности буронабивной сваи для различных типов грунтов находится в приложениях СП 24.13330.2011.

Глубина заложения сваи должна быть как минимум на полметра ниже глубины промерзания, чтобы предотвратить воздействие морозного пучения грунтов на опорную часть колонны. Средняя глубина промерзания в центральной полосе России 1,2 метра, значит, минимальная длина сваи должна составлять в таком случае 1,7 метра. Значение меняется для отдельно взятых регионов.

Не только относительная влажность, но и взаимное расположение нижней отметки промерзания грунта и глубины залегания грунтовых вод. В холодное время года высоко расположенные замерзшие грунтовые воды будут оказывать сильное боковое давление на тело свайной колонны – такие грунты сильно деформируются и считаются пучинистыми.

Некоторые грунты, характеризующихся как слабые, высокопучинистые и просадочные, не подходят для устройства свайных фундаментов – для них больше подходят ленточные или плитные фундаменты. Определить тип грунта, а также тип совместимого фундамента, значит исключить скорое разрушение конструкций. Показатели неоднородности грунта, указанные в таблицах вышеперечисленных нормативных документов, используются в дальнейших расчетах.

Расчет общей нагрузки

Сбор нагрузок позволяет определить массу здания, а значит усилие, с которым постройка будет воздействовать на фундамент в целом и на его отдельно взятые элементы. Существует два типа нагрузок, воздействующих на опорную конструкцию – временные и постоянные. Постоянные нагрузки включают в себя:

Массу стеновых конструкций;
Суммарную массу перекрытий;
Массу кровельных конструкций;
Массу оборудования и полезной нагрузки.

Посчитать массу конструкций можно, определив объем конструкций, и умножив его на плотность использованного материала. Пример расчета массы для одноэтажного здания с железобетонными перекрытиями, кровлей из керамической черепицы и со стенами 600 мм из железобетона, размерами 10 на 10 метров в плане, высотой этажа 2 метра:

Вычисляем объем стен, для этого умножаем площадь поперечного сечения стены на периметр. Получаем V стены = 20 ∙ 2 ∙ 0,6 = 24 м3. Полученное значение умножаем на плотность тяжелого бетона, которая равняется 2500 кг/см3. Итоговая масса стеновых конструкций умножается на коэффициент надежности, для бетона равный k = 1,1. Получаем массу M стены = 66 т.
Аналогично считаем объем перекрытий(подвального и чердачного),масса которых при толщине 250 мм будет равняться Мпк = 137,5 т, с учетом аналогичного коэффициента надежности.
Вычисляем массу кровельных конструкций. Масса кровли для 1 м2 металлочерепицы – 65 кг, мягкой кровли – 75 кг, керамической черепицы – 125 кг. Площадь двускатной кровли для здания такого периметра будет составлять примерно 140 м2, а значит масса конструкций составит Мкр = 17,5 т.
Общий размер постоянной нагрузки будет равняться Мпост = 221 т.

Коэффициенты надежности для различных материалов находятся в седьмом разделе СП 20.13330.2011. При расчете следует учитывать массу перегородок, облицовочных материалов фасада и утеплителя. Объем, который занимают оконные и дверные проемы не вычитают из общего объема для простоты вычислений, поскольку он составляет незначительную часть общей массы.

Расчет временных нагрузок

Ростверк на винтовых сваях

Временные нагрузки рассчитываются в соответствии с климатическим районом и указаниями свода правил «Нагрузки и воздействия». К временным относятся снеговая и полезная нагрузки. Полезная нагрузка для жилых зданий составляет 150 кг на 1 м2 перекрытия, а значит общее число полезного веса будет равняться Мпол = 15 т.

Масса оборудования, которое предполагается установить в здании, также суммируется в этот показатель. Для определенного типа оборудования применяется коэффициент надежности, расположенный в вышеуказанном своде правил.

Существуют различные типы особых нагрузок, которые также необходимо учитывать при проектировании. Это сейсмические, вибрационные, взрывные и прочие.

где ce – коэффициент сноса снега, равный 0,85;

ct – термический коэффициент, равный 0,8;

m – переходный коэффициент, для зданий в плане менее 100 м принимаемый по таблице Г вышеуказанного СП;

St – вес покрова снега на 1 м2. Принимается по таблице 10.1, в зависимости от снегового района.

Показатели временных нагрузок суммируются с постоянными и получается количественный показатель общей нагрузки здания на фундамент. Это число используется для расчета нагрузки на одну свайную колонну и сравнения предела прочности. Для удобства расчета и наглядности примера примем временные нагрузки Мвр = 29 т, что в сумме с постоянными даст Мобщ = 250 т.

Определение несущей способности сваи

Геометрические параметры сваи и предел прочности это взаимосвязанные величины. В данном примере, нагрузка на один метр фундамента будет составлять 250/20 = 12,5 тонн.

Расчет предела предела нагрузки на отдельно взятой буронабивной сваи ведут по формуле:

где F – предел несущей способности; R – относительное сопротивление грунта, пример расчета которого находится в СНиП 2.02.01-83*; А – площадь сечения сваи; Eycf, fi и hi – коэффициенты из вышеуказанного СНиП; y – периметр сечения свайного столба, разделенный на длину.

Посмотрите видео, как проверить несущую способность сваи с помощью профессионального оборудования.

Для сваи полутораметровой длины диаметром 0,4 метра несущая способность будет равняться 24,7 тонны, что позволяет увеличить шаг свайных колонн до 1,5 метров. В таком случае нагрузка на сваю будет составлять 18, 75 тонн, что оставляет довольно большой запас прочности. Изменением геометрических характеристик, а также шага свайных колонн регулируется несущая способность. Данная таблица, представленная ниже, показывает зависимость несущей способности полутораметровой сваи от диаметра:

Зависимость несущей способности от ширины сваи

Существует масса сервисов, позволяющих провести расчет несущей способности сваи онлайн. Пользоваться следует только проверенными порталами, с хорошими отзывами.

Важно не превышать допустимую нагрузку на сваю и оставлять запас прочности – немногие сервисы умеют планировать распределение нагрузки, поэтому следует обратить внимание на алгоритм расчета.