Буронабивні палі: технологія влаштування та розрахунок. Будівництво фундаменту на буронабивних палях Якої довжини буронабивні палі

Буронабивні палі при зведенні фундаментів використовуються досить давно. Але лише в останні роки особливості будівництва в сучасних умовах зробили дану технологію однією з найпопулярніших і найчастіше застосовуваних на різних об'єктах. Причини цього зрозумілі та очевидні: високі експлуатаційні та технічні характеристики конструкцій фундаментів, споруджених з використанням буронабивних паль.

Буронабивні палі – опис та сфера застосування.

Буронабивні палі- Це вертикально орієнтовані залізобетонні стовпи, залиті безпосередньо на будівельному майданчику і спираються на несучі грунти нижче точки їх промерзання.

Основна ідея улаштування фундаментів за допомогою буронабивних паль – зведення несучих елементів не шляхом їх забивання або втовклювання в ґрунт як для забивних паль, а шляхом їх створення безпосередньо на місці, без негативних наслідків, як правило, що супроводжують таку діяльність. Найбільший вплив на ґрунт – це буріння свердловини, яке досить просто виконати без залучення громіздкої техніки та супутніх цьому негативних моментів.

Описані вище властивості буронабивних паль роблять їх незамінними при будівництві за таких умов:

забудова житлових чи промислових кварталів у обмежених умовах міста, коли влаштування стрічкового фундаменту чи монолітної плити практично неможливе;
наявність слабких ґрунтів або сильно обводненого ґрунту, які унеможливлюють використання інших конструкцій фундаменту, крім пальового;
будівництво поряд з водоймами або на ділянках, що затоплюються;
у випадках, коли геологічні дослідження показали глибоке залягання твердих порід, які здатні сприйняти навантаження будівлі, що будується;
у випадках складного рельєфу місцевості (перепад відміток за висотою, урвища, ґрунти з великим вмістом каменів тощо).

У всіх зазначених випадках основним шляхом вирішення проблеми є влаштування пальового фундаменту. При цьому кращим варіантом є використання буронабивних паль.

Буронабивні палі, порівняно з гвинтовими, мають важливу перевагу – більш надійну конструкцію та відсутність проблем із корозією, характерних для альтернативного варіанту.

Всім переліченим вище далеко не вичерпуються переваги технології улаштування фундаментів за допомогою буронабивних паль. Але для більш докладного вивчення необхідно ознайомитися з існуючими різновидами даної технології. Також фундамент можна виготовити за допомогою гвинтових паль.

Перед перерахуванням різновидів конструкцій буронабивних паль обов'язково слід зазначити, що всі роботи повинні виконуватися відповідно до Зводу правил СП 24.13330.2011, в якому міститься актуалізована редакція СНіП 2.02.03-85 під назвою «Пальні фундаменти». Саме у цих нормативних документах чітко прописані вимоги до фундаментів та правила виконання робіт з їх улаштування.

Види паль

Існує кілька класифікаційних ознак буронабивних паль.

Так, за особливостями конструкції вони поділяються на:

циліндричні палі. Мають форму правильного циліндра та переріз, однаковий на всю довжину конструкції;
палі з опорною підошвою. Головна характерна ознака – більший діаметр нижньої частини палі. Подібні конструкції мають дещо більшу стійкість та несучу здатність.

За технологією облаштування буронабивні палі діляться на:

палі, виконані без оболонки. Даний варіант може застосовуватися тільки в умовах украй стійких і не схильних до обвалення або осипання ґрунтів, а також тоді, коли рівень ґрунтових вод мінімальний;
палі, виконані із застосуванням видобутої або незнімної оболонки. Може застосовуватися практично скрізь, в більшості випадків використовується об'єм, що знімається або видобувається у вигляді обсадної труби.

Досить часто буронабивні палі використовуються в комбінованих фундаментах спільно з наступним пристроєм ростверку. За місцем його розташування поділяють фундаменти:

з низьким заглибленим у ґрунт ростверком. Зазвичай опускаються в ґрунт нижче рівня промерзання, завдяки чому набувають підвищеної несучої здатності;
зі звичайним ростверком, що знаходяться прямо на ґрунті;
з високим ростверком, зрозумілим над поверхнею землі. Висота підйому може змінюватись і складати 20-30 см. Часто застосовується при будівництві приватних будинків на складному рельєфі місцевості.

Приклад виконання буронабивних паль із ростверком наведено на наступному відео:

Переваги фундаменту на палях

Використання буронабивних паль при влаштуванні фундаменту дозволяє отримати ряд переваг:

низька вартість робіт за одночасно високої несучої здатності та надійності конструкції;
можливість застосування практично на будь-якому типі ґрунту;
тривалий термін експлуатації (щонайменше 100 років);
можливість проведення робіт у стислий термін і навіть у холодну пору року (при використанні спеціальних добавок у процесі бетонування);
відсутність динамічно навантажень на грунт, що дозволяє використовувати технологію поряд з існуючими будинками та спорудами або для посилення конструкцій фундаменту, що вимагають цього;
можливість зберегти існуючий благоустрій через відсутність застосовуваної важкої техніки (при приватному будівництві). Також важливим є те, що при цьому варіанті можливе виконання робіт своїми руками, без залучення професійних будівельників.

Переліченими достоїнствами технології зведення фундаментів з використанням буронабивних паль не вичерпуються, однак і цього переліку достатньо для того, щоб зрозуміти причину популярності даної технології.

Недоліки фундаменту

Як і у будь-якої застосовуваної технології, у буронабивних паль також є певні мінуси:

відносно великий перевитрата бетону, пов'язаний з тим, що грунт поряд з сваями, що виготовляються, не ущільнюється;
велика кількість трудомістких ручних процесів та досить серйозна технологічна складність виконання робіт;
необхідність ретельного контролю за всіма етапами виготовлення буронабивних паль;
сильна залежність несучої здатності паль від якості бетону та властивостей ґрунту (інформацію про якість бетону, а також додаткові вимоги до бетону та його наповнювачів можна дізнатися з цієї статті), що призводить до закладення додаткового запасу за надійністю і, відповідно, ще більшої витрати бетону.

Виготовлення паль

Поки не згадувалося ще одна безперечна перевага буронабивних паль - універсальність технології.

Вона полягає в тому, що її можна однаково успішно застосовувати як на великих промислових об'єктах – з використанням серйозної бурової та іншої техніки, так і при будівництві невеликих приватних будинків, більшу частину робіт виконуючи при цьому вручну з мінімальним залученням машин та механізмів.

Один із прикладів виконання робіт на невеликому об'єкті із залученням ямобура показаний на відео:

Розрахунок буронабивних паль та їх несуча здатність

При використанні технології на серйозних великих об'єктах всі необхідні параметри закладаються при проектуванні, яке обов'язково виконується в такому випадку. Несуча здатність паль, що виготовляються механізованим способом, досягає 200-400 тонн, часом доходячи до показника 600 тонн на одну палю.

При приватному будівництві нормальна несуча здатність палі рідко перевищує 10 тонн.

Діаметри паль

Відповідно до потреб об'єкта змінюється і діаметр використовуваних паль. Наприклад, при приватному домобудуванні застосовуються буронабивні палі наступних діаметрів та несучої здатності:

Діаметр палі, м	Несуча здатність, т	Об'єм бетону, 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

Каркаси та бетон для буронабивних паль. У разі застосування технології на великих об'єктах використовуються палі набагато більших діаметрів та значно більшої довжини. Конкретні необхідні параметри беруться із проектно-кошторисної документації на об'єкт.

При зведенні приватних будинків для виготовлення буронабивних паль рекомендується використовувати бетон класу В22,5 (найближчий аналог по марці – М300), у невеликих будинках та спорудах допускається В20 та В15 (відповідно, М250 та М200). Від якості матеріалу багато в чому залежить якість одержуваної буронабивної палі.

Обов'язковим складовим елементом будь-якої буронабивної палі є зварний просторовий арматурний каркас, що знаходиться в ній. За вимогами СНиП він повинен являти собою поздовжню арматуру, рівномірно розподілену по всьому колу палі. Мінімальна кількість арматурних стрижнів – 6, кожний діаметром 18 або більше мм. Використовується сталь класу АІІІ.

Дані вимоги є обов'язковими для будівництва великих об'єктів. При зведенні фундаменту для приватного будинку чи лазні вимоги менш суворі. Найчастіше використовуються 4-6 стрижнів арматури діаметром 10-12 мм, перев'язаних між собою чи готові трикутні металеві каркаси.

Вартість робіт

Вартість робіт з улаштування фундаментів з використанням буронабивних паль може досить відрізнятися залежно від кількох факторів:

час/сезон виконання робіт;
тип ґрунту;
розміри та вид будівлі, що зводиться;
віддаленість від місця виробництва бетону та ін.

Звичайна вартість виготовлення стандартної палі довжиною 2 м складає:

при діаметрі палі 0,15 м - 3-3,5 тис. рублів;
при діаметрі 02 м - 42-46 тис. рублів.

Використання пристрою фундаментів із застосуванням буронабивних паль дозволяє отримати надійну і вкрай довговічну конструкцію з високою здатністю, що несе, в оптимальні терміни і при мінімальних витратах.

З огляду на деякі особливості земельних ділянок (проблемна структура ґрунту, наявність ухилу або щільність зведення споруд) при будівництві не завжди є можливість поставити фундамент бажаного типу. У таких випадках оптимальний варіант – , який стає все популярнішим завдяки багатьом його перевагам.

Схема буронабивних паль.

Особливості та переваги буронабивного фундаменту

У деяких випадках при спорудженні житлових будинків немає можливості встановлювати стрічковий фундамент. Наприклад, через наявність поблизу вже зведених будівель чи комунікаційних вузлів. Така проблема особливо актуальна у населених пунктах, де площі ділянок невеликі та кожен власник намагається біля будинку розмістити максимальну кількість будівель. Вирішити ситуацію так, щоб не завдати шкоди підстав вже існуючих споруд, дозволяє використання буронабивного фундаменту на палях. При його спорудженні можна проводити всі процеси з максимальною точністю. Крім того, рівень вібраційних коливань у процесі роботи мінімальний, що запобігає руйнівному впливу на розміщені поблизу будівлі.

Переваги використання паль при спорудженні фундаменту:

Відносна дешевизна споруди. Монолітна або стрічкова основа, якщо провести правильний розрахунок матеріалів, обійдеться значно дорожче за буронабивну.
Універсальність застосування. За допомогою такого фундаменту можна спорудити основу на будь-якому типі ґрунту, включаючи ділянки, розташовані поблизу водойм.
Можливість встановлення на глибину промерзання ґрунту.
Це рішення підходить для конструкцій із будь-яких матеріалів. Наприклад, для будинків із цегли, бруса чи панелей.
Швидкість споруди. На його будівництво йде близько 5-7 діб.
Безпека. При будівництві повністю виключена можливість негативно вплинути на готові будівлі або завдати шкоди ландшафту.

Варто зазначити, що буронабивного фундаменту не поступається стрічковому або монолітному.

Ще одна особливість використання паль – заливка прямо на місці будівництва. До проблематики спорудження такого фундаменту можна віднести лише буріння свердловин для заливки, які вирити за допомогою техніки можливо не завжди, і вся робота проводиться вручну.

Фото буронабивних паль

Розрахунок основних характеристик буронабивних паль

Перед початком будівництва потрібно здійснити розрахунок несучої здатності та вибрати матеріал виготовлення, який безпосередньо впливатиме на показники майбутньої основи.

Розрахунок несучої здатності

Просто неприпустимо випускати з уваги цей показник у ситуаціях, коли планується споруджувати будівлю на підставі паль. Від нього безпосередньо залежить кількість використовуваних матеріалів та кількість стовпів, які необхідно використовувати при будівництві.

Несуча здатність паль, на які діє вертикальне навантаження, залежить від рівня опору основи (впливають матеріали, що використовуються), а також показник опірності грунту. Щоб провести розрахунок несучої здатності паль, можна скористатися формулою:

Несуча здатність = 0.7 КФ х (Нс х По х Пс х 0.8 Кус х Нсг х Тсг)

КФ - Коеф. однорідності ґрунту.

Нс – нижній опір ґрунту.

По - площа спирання стовпа (м2).

Пс – периметр стовпа (м).

Кус – коефіцієнт умов роботи.

Нсг - нормативний опір ґрунту бічної поверхні.

Тсг – товщина шару ґрунту (м).

Для пошуку деяких значень можна використовуватиСНиП 2.02.03-85 (там міститься кожна необхідна таблиця).

Проводячи розрахунок несучої можливості, також необхідно враховувати розмір стовпа. Як приклад, стовп діаметром 30 см витримує 1700 кг, а паля товщиною 50 см – вже цілих 5000 кг. Це говорить про великий вплив кожного сантиметра на рівень навантаження, який витримуватиме діаметр.

Розрахунок несучої здатності: матеріал

Крім розмірів паль, проводячи розрахунок, потрібно враховувати і матеріал. Як і інших типах фундаментів, велике значення має клас бетону.

Як приклад, використання бетону 7,5 може дозволити підставі витримувати навантаження в 100 кг на 1 см2. Це досить великий показник.

Технологія спорудження фундаменту на палях

Буронабивна основа збирається безпосередньо на ділянці. У палях полягає його основна особливість - саме вони беруть на себе все навантаження майбутньої споруди. Щоб провести розрахунок установки, потрібно дізнатися глибину промерзання землі та провести монтаж так, щоб підошва стовпа знаходилася нижче за цю позначку.

Обов'язково проводиться гідроізоляція опор за допомогою руберойду, стеленого 2 шарами. Верхні частини стовпів з'єднуються за допомогою ростверку та від її типу залежить вид основи: заглиблений або висячий.

З метою запобігання спучування на ділянці ростверки висячого типу встановлюються від поверхні землі на відстані близько 10 см. Коли ростверк буде занурений у землю – його називають заглибленим (вкопується на 20 см і більше). Якщо основа споруджувалася на палях і використовувався ростверк, вона здатна витримувати 1.5 Т.

Алгоритм споруди:

Розмічувальні роботи. Використовується канат, рівень та інші пристосування.
Риття траншеї.
Розмітка розташування опор.
Вилучення землі з місця розташування стовпів за допомогою мотобура або в інший спосіб.
Встановлення опор. Перед їх розміщенням у свердловинах необхідно попередньо розмістити руберойд у 2 шари. Його сорочка повинна повністю огортати ділянку стовпа, яка буде закопана в землі.
Бетонування.
З'єднання опорної частини з ростверком.
Укладання балки.
Бетонування стиків.

При бетонуванні потрібно постійно розмішувати розчин. Це дозволить досягти більшої міцності основи: вийде повітря і бетон буде більш щільним.

Буронабивний фундамент – відмінне та економічне рішення для зведення споруд, що не поступається показниками міцності, як приклад, тому ж стрічковому підставі, а також дозволяє провести роботу швидко.

Перш ніж приступати до проектування і тим більше будівництва пальового фундаменту, необхідно пройти низку підготовчих етапів, що містять у собі дослідження та розрахунки різного типу. Результатом правильно проведених попередніх заходів буде міцний, економічний і, головне, надійний фундамент. Однією з ключових характеристик, що впливають на рентабельність того чи іншого типу паль є геометричні параметри пальових колон.

Правильно визначити розміри поперечного перерізу, глибину закладення, кількість свердловин та інші параметри, це означає побудувати надійну основу для майбутньої будівлі.

Типологія буронабивних пальових фундаментів

Буронабивні пальові фундаменти - це одна з небагатьох конструкцій, що не піддаються суворій класифікації. Типові розміри, представлені в різних сортаментах, склепіннях правил та державних стандартах, є лише приблизними рекомендаціями. Тоді як вироби, що серійно виробляються, повинні пройти ряд строгих перевірок на відповідність стандартам якості, буронабивні палі практично неможливо випробувати, оскільки виготовляються вони в польових умовах і закладаються прямо в грунт.

Буронабивні палі, що бетонуються безпосередньо на будівельній ділянці, відрізняються високими показниками міцності, обчислити які можна тільки емпірично. Випробування, які проводяться на дослідних зразках, показують роботу виключно даних експериментальних виробів. Оскільки умови виготовлення, такі як тип ґрунту, рівень ґрунтових вод, водонасиченість робочого шару ґрунту, характеристики використаних арматури та бетону, неможливо передбачити.

Конструкція буронабивних паль

Для типізації буронабивних паль використовують поділ за геометричними ознаками та технологічними особливостями виробництва та експлуатації. СНиП 2.02.03-85 є актуалізованою версією зведення будівельних норм і правил від 1983 року та пропонує класифікувати буронабивні палі за способом виготовлення наступним чином:

Буронабивні суцільного перерізу:
з розширеннями та без них;
без кріплення стін;
зі зміцненням бічних стінок свердловин глиняним розчином або обсадними трубами (при дислокації пальової колони нижче рівня грунтових вод)
Буронабивні із застосуванням технології безперервного порожнього шнека;
Берети – бурові, що виготовляються за допомогою плоского грейфера або ґрунтової фрези;
Буронабивні з камуфлетною п'ятою, що влаштовуються з подальшим утворенням розширення за допомогою вибуху (у тому числі електрохімічного).

Від способу виготовлення пальових стовпів залежить їхня остаточна вартість і, головне, максимальні та мінімальні розміри пальових колон. Важливо враховувати різновид буронабивних паль до початку будівництва, оскільки різні технології виробництва передбачають різний набір спеціалізованого обладнання, а також допустимі габарити свердловин.

Попередня підготовка до розрахунку

Певні геометричні характеристики пальового стовпа це не просто забаганка підрядника та проектувальника, а потреба, обумовлена необхідністю підібрати найбільш раціональний обсяг фундаменту, здатний не тільки витримати передбачуване навантаження майбутньої будівлі, але й заощадити бюджет замовника. У кожному окремому випадку перед визначенням розмірів та улаштуванням фундаменту необхідно проводити низку наступних досліджень та розвідок:

геологічна розвідка місцевості – буріння контрольних свердловин у стратегічних точках ділянки для визначення типу та величини ґрунтових напластувань, несучої здатності ґрунту та інших характеристик основи;
гідрогеологічні дослідження - визначення рівня грунтових вод, водонасиченості грунту;
розрахунок загальної маси будівлі та визначення граничного розрахункового навантаження на погонний метр фундаментної плити;
остаточний розрахунок геометричних параметрів буронабивної палі та необхідної кількості паль обраного перерізу.

Результатом розрахунку буде зведена таблиця розмірів пальових колон і схема найбільш раціонального фундаменту з урахуванням обраного типу буронабивних паль. Розрахунок розмірів паль можна довірити проектному відділу будівельної фірми чи провести самостійно. Не рекомендується використання даних геологічної розвідки, отриманих на сусідніх земельних наділах. Інформацію про глибину промерзання ґрунту можна знайти у СП 22.13330.2011.

Розрахунок пальового поля

Після проведення геологічних досліджень можна приступати до розрахунку пальового поля. Враховуючи тип ґрунту, а також розташування рівня ґрунтових вод, можна скласти уявлення про можливу глибину закладення свердловин. У таблиці наведено приблизні рекомендації глибин закладення в слабо просадочні ґрунти свердловин, безпечних за зазначених умов:

Вологі, просадні, високопучинисті та інші ненадійні типи ґрунтових основ не рекомендується використовувати для влаштування в них буронабивних паль.

Схема розташування ґрунтових вод

Ґрунти з рівнем підземних вод вище, ніж 1000 мм, вважаються водонасиченими та влаштування пальових фундаментів на таких підставах суворо протипоказано технологією. Високий рівень ґрунтових вод можна знизити, провівши заходи щодо осушення, прокладання дренажних стоків та ін. Надійними слабо-пучинистими ґрунтами вважають ті, в яких УГВ нижче за глибину промерзання не менше ніж на 1 метр.

Дані, наведені в таблиці, допоможуть скласти загальне уявлення про залежність глибини закладання пальової колони від характеристик ґрунту. Для отримання більш точних та надійних показників слід провести нескладний математичний розрахунок. Принцип розрахунку полягає у прийнятті за зразок одного з показників (наприклад, діаметра) та розрахунку інших, виходячи з цих даних. Методом порівняння вибирають найбільш підходящу конфігурацію паль, у тому числі згодом формують пальове поле.

Розрахунок довжини висячих паль

Палеві стовпи, що не спираються на шар, що несе грунту, вважають висячими. Це означає, що основне навантаження сприймають бічні стінки свердловини, а не опорний шар ґрунту. Такі фундаменти переважно встановлювати в районах з глибоким розташуванням кам'янистого шару. Несуча здатність таких паль не відрізняється від стійок аналогічного діаметра.

Якщо вам доступні дані геології місцевості, а також тип ґрунту підходить для влаштування буронабивних висячих пальових колон, можна приступати до обчислення довжини. Передбачувана схема розрахунку виглядає так:

Приймаємо певну середню ширину поперечного перерізу палі n=60 мм.
Розраховуємо навантаження будинку на погонний метр фундаментної плити:

Щоб розрахувати навантаження на погонний метр фундаменту, загальне навантаження потрібно розділити на периметр. Порахувати загальне навантаження будинку можна відповідно до вказівок СНиП 2.02.01-83* або СП 22.13330.2011 – у відповідних розділах можна знайти алгоритм розрахунку, необхідні значення коефіцієнтів вітрового та снігового навантаження та іншу необхідну інформацію.

Отримане значення кг/м і буде шуканою величиною. Середня маса цегляного одноповерхового будинку 50 тонн. Отже, для будинку з периметром 20 метрів (10х10) навантаження на погонний метр складе 2500 кг/м.

Приймаємо крок колон не менше трьох діаметрів та не більше двох метрів – для вибраного діаметра підійде крок 1,5 метра. Загальна кількість паль дорівнюватиме 13.
Розраховуємо навантаження на одну палю: для цього розділимо на величину кроку паль навантаження, що сприймається погонним метром фундаменту. Отримаємо значення приблизно рівне 1700 кг/м. Така необхідна межа міцності необхідно закласти в одну палю.
Для палі площею перерізу 0,28 м2 таке значення міцності дорівнюватиме:

F=R∙A+u∙Eycf∙fi∙hi;

Де F - Несуча здатність; R-опір грунту, формулу розрахунку якого можна знайти в СНіП 2.02.01-83 *; А – площа перерізу палі; Eycf, fi і hi-коефіцієнти з того ж СНіП; u-периметр перерізу палі, розділений на довжину.

Для аналізованої у прикладі палі двометрової довжини граничне навантаження в глинистому грунті дорівнюватиме 32,3 тонни, що дозволяє зменшити кількість паль за рахунок збільшення кроку пальових колон, або зменшити площу перерізу кожної окремо взятої палі, що дозволить заощадити кошти, витрачені на бетонування свердловин.

Глибина таких паль залежатиме виключно від характеристик верхнього шару ґрунту, відносного рівня розташування ґрунтових вод та глибини промерзання. Слід також враховувати дані про промерзання ґрунтів та положення рівня ґрунтових вод. Детальні приклади розрахунку глибини закладання висячих паль наведено в СНиП 2.02.01-83* у розділі 2 пункт 5 або СП 50.102-2003.

Розрахунок довжини стійок

Буронабивні палі підвищеної глибини закладення можуть працювати як стійки. І хоча зазвичай бурові типи є висячими, зустрічаються конструкції з опиранням на твердий шар ґрунту. Розрахунок довжини таких паль слід проводити з урахуванням глибини розташування міцного пласта, що несе.

У мережі Інтернет є маса сервісів для автоматичного розрахунку розмірів та кількості буронабивних паль. Використання таких сервісів накладає певний ризик користувача, оскільки алгоритм який завжди враховує всі необхідні параметри, а власники програмного забезпечення не несуть відповідальності за отриманий результат.

Всі супутні обчислення несучої здатності та геометрії палі виробляються відповідно до технології розрахунку паль-стійок і схожі з наведеним раніше прикладом. Додаткову інформацію про проведення розрахунку можна отримати у вищезгаданих документах.

Залежність діаметра палі від типу монтажу

Площа поперечного перерізу буронабивної палі відповідає площі скважного отвору з поправкою на пластичність ґрунту. Форма замонолічуваних паль близька до ідеально циліндричної, хоча і має незначні розширення внаслідок мимовільного бокового продавлювання бетонною сумішшю слабких місць ґрунту. Також у процесі заливання бетонної суміші шляхом збільшення подавального напору можуть бути створені навмисні розширення тіла палі для надання додаткової міцності. Особливо актуальними є такі дії для висячих паль.

Крім іншого, середній діаметр буронабивної палі визначається виходячи не тільки з розрахункових показників, але і з можливостей обладнання, призначеного для влаштування того чи іншого типу паль. Приблизні значення діаметрів залежно від конструктивних особливостей установки:

Влаштування баретів передбачається за наявності високопучинистих нестабільних грунтів. Робити такий фундамент для середньої основи нераціонально. Конструкція бура передбачає влаштування лише свердловин діаметром або 300 мм, або 400 мм.

Крок діаметрів визначається набором бурів, що використовуються для влаштування свердловин того чи іншого типу. Конструктивні особливості кожного з різновидів бурових установок не дозволяють влаштовувати свердловини більшого або меншого діаметру, ніж ті, що зазначені у специфікаціях на проведення робіт. Ознайомитися з робочими параметрами бурових установок можна у постачальника чи орендодавця.

При влаштуванні пальового поля та визначенні розмірів пальових колон слід враховувати рекомендований крок паль, від якого залежатиме частотність свердловин та розподіл навантаження. Подивіться відео, по правильному монтажу паль:

Для рівномірного розподілу тиску маси майбутньої будівлі на фундаментну плиту необхідно дотримуватися наступних правил:

максимальна відстань між буронабивними палями не повинна перевищувати двох метрів;
мінімальний крок пальових колон повинен знаходитися в межах трьох-чотирьох діаметрів паль – з метою запобігання обвалу стінок сусідніх свердловин у сипучих ґрунтах потрібно збільшити мінімальну межу;
компонування пальового поля слід проводити з урахуванням розташування паль у кутових точках фундаменту;
за результатами розрахунку геометричних характеристик, після компонування, загальна кількість паль має відповідати рекомендаційним кроковим значенням – у разі перевищення максимального кроку паль слід збільшити кількість свердловин та зменшити діаметр паль до максимально можливого;
максимальні та мінімальні розміри діаметрів свердловин не повинні перевищувати допустимі для обраного типу монтажу.

Дотримуючись даних рекомендацій, можна спроектувати найбільш ефективний та раціональний фундамент, не турбуючись про його надійність. При необхідності слід звернутися за допомогою до фахівців, але всі розрахунки можна зробити самостійно, без особливих зусиль.

Як виглядає розрахунок буронабивних паль із ростверком? Разом із читачем ми вивчимо основні етапи проектування фундаменту приватного будинку.

Крім того, у рамках статті будуть порушені термінологія та деякі аспекти технології будівництва.

Влаштування фундаменту на буронабивних палях.

Чому палі

Спочатку давайте розберемося, коли варто зупинити свій вибір саме на буронабивних палях.

У загальному випадку пальовий фундамент обходиться на 20-50% дешевше стрічкового і в рази дешевше плитного. При цьому завдяки значному заглибленню палі спираються на щільні шари ґрунту нижче за рівень промерзання.

Уточнення: на торф'яних та піщаних ґрунтах відстань від поверхні до щільної основи може становити до 8-10 метрів.

У таких випадках з урахуванням витрат на матеріали та буріння більш осмислене рішення – плаваючий плитний фундамент.

Від основної альтернативи – гвинтових паль для фундаменту – буронабивні вигідно відрізняються більшою довговічністю. Навіть, будучи оцинкованою, сталева труба не повністю захищена від корозії: при вкручуванні цинковий шар неминуче порушується; Саме тому термін служби гвинтового фундаменту зазвичай оцінюється у 50-70 років. Втім, заповнення порожнистої труби бетоном здатне помітно збільшити її ресурс.

Технології

Класичний алгоритм створення буронабивної палі простий і зрозумілий:

На глибину нижче за рівень промерзання буриться свердловина. Для цього може використовуватись ручний або механічний бур.

Буріння свердловини під фундамент.

У неї занурюється згорнутий трубу руберойд.
Всередину труби міститься арматурний каркас.
Потім порожнину заповнюється рідким бетоном марки М200 або вищим.
Після застигання та набору бетоном міцності ми отримуємо готову опору з вже присутнім шаром гідроізоляції (руберойд залишився в ґрунті, пам'ятаєте?). Залишилося лише зв'язати опори ростверком (як правило, залізобетонним) – і фундамент готовий.

Однак потенційному самостійному будівельнику корисно знати низку тонкощів та альтернативних технологій.

Пристрій буронабивних паль розкочувачем дозволяє створити навколо кожної опори шар ущільненого ґрунту і тим самим збільшити і стійкість фундаменту, і його здатність, що несе. Суть методу - у цьому, що з бурінні грунт не виймається зі свердловини, а ущільнюється у ній.
Мінімальна відстань між буронабивними палями у світлі (тобто між ближніми один до одного точками поверхні сусідніх опор) у загальному випадку не повинна бути меншою за один метр. При бурінні свердловин ближче одна до одної можлива їхня деформація. Виняток - скельні ґрунти та заливка елементів фундаменту всередині обсадної труби зі сталі, азбестоцементу тощо.

Азбестоцементна обсадна труба запобігає обсипанню стінок свердловин.

У загальному випадку ростверк відокремлює від поверхні ґрунту відстань як мінімум у 100 – 150 міліметрів. Воно необхідно, щоб уникнути впливу пучення ґрунту.

Однак ростверк може бути і заглибленим: у цьому випадку під ним засипається піщана подушка. Її товщина визначається особливостями ґрунту на ділянці; однак при будь-якому ґрунті вона не повинна бути тоншою за 100 міліметрів.

На сипучих та неміцних ґрунтах використання жорстких обсадних труб переважно. стінка свердловини, що обсипалася, означатиме значне падіння несучої здатності ділянки фундаменту. З можливих рішень мінімальна вартість картонних труб; Однак азбестоцемент куди більш довговічний і заодно забезпечить повноцінну гідроізоляцію бетону.

Що саме потребує розрахунків?

Перетин паль.
Їхня кількість.
Товщина та кількість арматури у кожній палі.

Армування

Почнемо із останнього пункту.

Розрахунок армування буронабивної палі, що застосовується при будівництві промислових об'єктів і багатоквартирних будинків, досить складний і враховує як навантаження на палю, так і тип ґрунту, і ступінь його рухливості.

Однак приватне домобудування має на увазі помірне навантаження на окрему опору і, що важливіше, її порівняно невелику довжину. Якщо при будівництві промислових об'єктів можна зустріти палі діаметром метр і більше при довжині 50-60 метрів, то в нашому випадку довжина рідко перевищує 2,5-3 метри, а діаметр - 35 сантиметрів.

Приватне домобудівництво – це помірне навантаження на фундамент за його скромних габаритів.

Основні навантаження опора, ясна річ, відчуває на стиск; тим часом поздовжня арматура протистоїть зовсім іншим навантаженням - на злам і зрізання.

Саме тому при самостійній підготовці пальового фундаменту достатньо дотримуватись кількох простих правил:

Загальна довжина арматурного каркаса має поступатися довжині палі не більше ніж на 10 сантиметрів.
Через кожні 70 сантиметрів поздовжня арматура перев'язується горизонтальними перемичками. Для з'єднання можна використовувати як зварювання, так і в'язальний дріт.
Загалом достатньо трьох прутків рифленої арматури діаметром 14 міліметрів або чотирьох 12-міліметрових. Поперечні перемички виконуються із гладкої арматури перетином 6-8 міліметрів.

Влаштування арматурного каркаса добре видно на фото.

Важливий момент: арматурний каркас повинен відстояти від зовнішньої поверхні палі як мінімум на 3 сантиметри.

Шар бетону захищає сталь від корозії.

Маса будинку

Від чого залежить мінімально необхідна кількість паль?

Від несучої здатності однієї опори. Вона, у свою чергу, визначається перетином площі опори та несучою здатністю ґрунту.
Від маси будівлі.

Як з'ясувати, скільки важить будинок?

Інструкція з розрахунку повинна бути досить складною, адже треба врахувати чимало чинників:

Масу несучих стін та внутрішніх перегородок;
Масу перекриттів, утеплення та покрівлі;
Кількість домашнього начиння, яке, на жаль, підпорядковується власним законам і наростає буквально лавиноподібно;
Снігове навантаження, яке, своєю чергою, залежить від клімату;
Запас міцності на неоднорідності ґрунту та інші невраховані фактори.

Насправді, проте, можна сильно спростити собі завдання. Для збалансованих конструкцій приблизно оцінити масу будови без коефіцієнта міцності можна, помноживши масу несучих стін на 2: вага перекриттів, покрівлі, меблів, мешканців будинку та снігової шапки в піку приблизно дорівнює вазі зовнішніх стін.

Важливий момент: для каркасних будівель та будинків із sip-панелей варто використовувати коефіцієнт 3.

Стіни цих споруд мають велику несучу здатність при досить незначній своїй масі.

Отриманий приблизний результат множиться на коефіцієнт 1,3 у тому, щоб забезпечити гарантований запас міцності.

Для розрахунку немає лише довідкової інформації про щільність популярних будівельних матеріалів.

Наведемо кілька значень:

Вапняк середньої густини - 1600 кг/м3.
Повнотіла цегла – 1800 кг/м3.
Важкий бетон – 2400 кг/м3.
Пінобетон – 300 – 1400 кг/м3 залежно від марки.
Порізована цегла – 1200-1400 кг/м3.
Сосновий брус – 500 кг/м3.
Пінополістирол – 45 – 150 кг/м3.

Параметри деяких будівельних матеріалів.

Давайте як приклад спробуємо оцінити навантаження на палі, яке створить будинок із соснового бруса з товщиною стін, що дорівнює 25 сантиметрам. До маси бруса нам доведеться додати вагу залізобетонного ростверку перетином 35 (ширина) на 30 (висота) сантиметрів.

Будинок – одноповерховий, з висотою стін 3,5 метра та розміром 10*10 метрів.

Обсяг ростверку дорівнюватиме (10+10+10+10)*0,35*0,3=4,2 м3. Маса - 4,2 * 2400 = 10080 кг.
Об'єм стін дорівнює (10+10+10+10)*3,5*0,25=35 м3. Важать вони 35*500=17500 кг.
Для будинку з дерев'яними перекриттями можна сміливо використати коефіцієнт 2. Орієнтовна маса будинку може бути оцінена як (10080+17500)*2=55160 кг.
З урахуванням запасу міцності несуча здатність пальового фундаменту повинна бути не менше ніж 55160*1,3=71708 кг.

Міцність палі

Несуча здатність опори визначається двома факторами:

Її механічною міцністю по відношенню до навантаження на стиск.
Несучою здатністю ґрунту.

В абсолютній більшості випадків першим параметром можна знехтувати - просто тому, що міцність залізобетону багаторазово перевищує здатність грунту, що несе. Давайте, однак, перестрахуємося і здійснимо нескладний розрахунок.

Міцність бетону марки М200 дозволяє йому витримати навантаження 200 кг/см2. При діаметрі палі в 30 сантиметрів площа її перерізу дорівнюватиме 3,14159265*0,15м^2=0,0707м2, або 707 квадратних сантиметрів.

Отже, руйнівне навантаження на стиск буде не менше 707 * 200 = 141400 кг. Одна паля здатна із дворазовим запасом прийняти всю масу нашої будівлі!

Не варто забувати: бетон набирає міцність, близьку до максимальної приблизно за місяць. Лише після цього терміну можна продовжувати будівництво.

Несуча здатність ґрунту

Щоб здійснити розрахунок буронабивної палі, нам знову-таки знадобиться довідкова інформація.

Нижче наведено розрахункові навантаження в кілограмах на квадратний сантиметр ґрунту, що не призводить до його просідання.

Великі та грависті піски – щільні 4,5, середні – 3,5.
Середні піски – щільні 3,5, середні 2,5.
Дрібні піски при низькій вологості – щільні 3,0, середні 2,0.
Насичені водою дрібні піски – щільні 3,5, середні 2,5.
Тверді глини – щільні 6,0, середні 3,0.
Пластичні глини – щільні 3,0, середні 1,0.
Крупноуламкові ґрунти, щебінь, гравій, галька – щільні 6,0, середні 5,0.

Давайте як приклад розрахуємо максимальне навантаження на буронабивну палю діаметром 30 сантиметрів на щільному вологому дрібному піску. Площа опори нами вже розрахована і дорівнює 707 см2. Несуча здатність ґрунту в нашому випадку береться рівною 3,5 кгс/см2. Отже, одну опору має припадати трохи більше 3,5*707=2474, 5 кілограма.

Капітан Очевидність підказує: опори конічного перерізу з розширенням донизу дозволяють при меншій витраті бетону збільшити площу опори та її здатність, що несе.

У наведеному вище випадку збільшення перерізу нижньої частини палі всього на 10 сантиметрів зробить її несучу здатність рівною 4396 кілограмів; відповідно, загальну кількість паль можна буде зменшити в півтора рази.

Несуча здатність опори залежить від типу ґрунту та площі її підошви.

Розрахунок кількості паль

Його методика очевидна: досить просто розділити передбачувану масу будівлі з урахуванням запасу міцності на здатність кожної опори, що несе. У нашому випадку при використанні паль перетином 30 см з розширенням донизу до 40 см необхідно як мінімум 71708/4396=16 паль.

При виборі кількості опор та їх перетину варто враховувати ще один фактор: на опори повинні припадати всі кути будівлі та точки з'єднання внутрішніх перемичок. Якщо 16 точок опори недостатньо для того, щоб убезпечити ростверк від значних згинальних навантажень - кількість паль може бути збільшена.

Палі розташовуються у всіх кутах зовнішніх стін та під масивними перегородками.

Необхідний переріз при цьому розраховується методом, так би мовити, зворотного. Припустимо, що конфігурація стін будинку потребує як мінімум 24 точки опори.

Розрахункова здатність кожної палі, що несе, повинна бути не менше 71708/24=2987 кг.
На нашому грунті опорна поверхня кожної палі дорівнює як мінімум 2987/3,5=853 см2.
Радіус основи палі дорівнюватиме квадратному кореню з (853/3,14159265), тобто 16,5 сантиметрам. Діаметр - 16,5*2=33 см. При цьому вище основи діаметр може бути значно меншим: як ми вже з'ясували, міцність залізобетону свідомо надмірна.

Приблизний розрахунок пальового фундаменту не становить особливих складнощів навіть для людини, далекої від будівництва. Все, що для нього необхідно - здоровий глузд, знання основ геометрії та трохи довідкової інформації про властивості ґрунтів та будматеріалів.

Приклад розрахунку буронабивних паль: відео-інструкція з монтажу своїми руками, мінімальна відстань між опорами, ціна, фото, Професійний фундамент своїми руками

Приклад розрахунку буронабивних паль: відео-інструкція з монтажу своїми руками, мінімальна відстань між опорами, ціна, фото

Характерним показником міцності пальового фундаменту є здатність окремо взятої палі. Ця характеристика впливає на загальну кількість паль у периметрі фундаменту – регулюючи частотність, можна підвищувати межу навантаження, яке буде здатне витримати фундамент. Кількість буронабивних паль та несуча здатність окремо взятої пальової колони це взаємопов'язані характеристики, оптимальне співвідношення яких визначається шляхом проведення нескладних розрахунків.

Підготовка до розрахунку

Вихідні дані, які потрібні для розрахунку несучої здатності буронабивної палі, отримують в результаті проведення геологічних досліджень і підрахунку загального передбачуваного навантаження будівлі. Це обов'язкові етапи розрахунку, проведення яких обґрунтовано теорією розрахунку характеристик міцності буронабивних фундаментів.

Такі показники як глибина промерзання, рівень залягання ґрунтових вод, різновид ґрунту та його механічні характеристики дуже важливі для отримання точного результату. Інформація про глибину промерзання ґрунту знаходиться в СНиП 2.02.01-83*, дані розділені по кліматичних районах, представлені картографічно та у вигляді таблиць.

Не варто покладатись на дані геологічної та гідрогеологічної розвідки, отримані на сусідніх ділянках. Навіть у межах периметра одного земельного наділу стан ґрунтів підстав може різко змінюватись. Три-чотири контрольні свердловини у контрольних точках периметра дадуть точну інформацію про стан ґрунтів.

Розрахунок маси будівлі ведуть з урахуванням кліматичного району, розташування будівлі щодо румбу вітрів, середньої кількості опадів у зимовий період, маси будівельних конструкцій та обладнання. Цей показник найбільш значущий під час проектування фундаменту – дані щодо цієї частини розрахунку, і навіть схему і розрахункові формули можна знайти у СНиП 2.01.07-85.

Проведення геології

Проведення геологічних досліджень відповідальний захід і в масовому потоковому будівництві цим займаються фахівці-геологи. В індивідуальному житловому будівництві часто проводять самостійну оцінку стану ґрунтів. Не маючи досвіду проведення досліджень такого рівня, дуже складно оцінити реальний стан речей. Робота грамотного фахівця здебільшого полягає у візуальній оцінці стану напластувань.

Для початку на ділянці влаштовують шуфри – вертикальні виробітки ґрунту прямокутного або круглого перерізу, глибиною від двох метрів та шириною достатньою для візуального огляду основи стінок ями. Призначення шуфрів – розкриття ґрунту з метою здійснення доступу до напластувань, прихованих під верхнім шаром ґрунту. Геологи вимірює глибину пластів, бере пробу ґрунту із середини кожного шару, а також згодом спостерігає за накопиченням води на дні вибою. Замість шуфрів можуть влаштовуватись круглі свердловини, з яких за допомогою спеціального пристрою виймають керн або беруть локальні проби.

Шуфри вкривають на якийсь час – два-три дні – обмежуючи попадання атмосферних опадів. Після цього оцінюють рівень води, що піднявся в порожнині свердловини – ця позначка, відрахована від верхньої межі, і буде рівнем залягання ґрунтових вод.

Всі отримані дані заносяться до зведеної таблиці. Крім того, складається профіль перерізу ґрунту, який дозволяє передбачити стан ґрунтів у точках, де буріння не вироблялося. При самостійній оцінці основ слід керуватися відомостями, представленими у СНиП 2.02.01-83* та ГОСТ 25100-2011, де у відповідних розділах представлені класифікації ґрунтів з описами, методи візуального визначення типів ґрунту та характеристики відповідно до типів.

Як використовувати дані геологічної розвідки

Після того як проведено геологію місцевості – самостійно або найнятими фахівцями – можна приступати до визначення початкових геометричних характеристик паль.

Нас цікавлять тип ґрунту, показник коефіцієнта неоднорідності ґрунту, глибина промерзання та рівень розташування ґрунтових вод. Схема розрахунку несучої здатності буронабивної палі для різних типів ґрунтів знаходиться у додатках СП 24.13330.2011.

Глибина закладення палі повинна бути як мінімум на півметра нижче за глибину промерзання, щоб запобігти впливу морозного пучення грунтів на опорну частину колони. Середня глибина промерзання у центральній смузі Росії 1,2 метра, отже, мінімальна довжина палі має становити у разі 1,7 метра. Значення змінюється для окремих регіонів.

Не тільки відносна вологість, а й взаємне розташування нижньої позначки промерзання ґрунту та глибини залягання ґрунтових вод. У холодну пору року високо розташовані замерзлі ґрунтові води будуть чинити сильний бічний тиск на тіло пальової колони - такі ґрунти сильно деформуються і вважаються пучинистими.

Деякі ґрунти, що характеризуються як слабкі, високопучинисті і просадні, не підходять для влаштування пальових фундаментів – для них більше підходять стрічкові або плитні фундаменти. Визначити тип ґрунту, а також тип сумісного фундаменту означає виключити швидке руйнування конструкцій. Показники неоднорідності ґрунту, зазначені в таблицях перерахованих вище нормативних документів, використовуються в подальших розрахунках.

Розрахунок загального навантаження

Збір навантажень дозволяє визначити масу будівлі, а значить зусилля, з яким споруда буде впливати на фундамент в цілому та на його окремо взяті елементи. Існує два типи навантажень, що впливають на опорну конструкцію – тимчасові та постійні. Постійні навантаження включають:

Масу стінових конструкцій;
Сумарну масу перекриттів;
Масу покрівельних конструкцій;
Масу обладнання та корисного навантаження.

Порахувати масу конструкцій можна, визначивши об'єм конструкцій, і помноживши його на щільність використаного матеріалу. Приклад розрахунку маси для одноповерхової будівлі із залізобетонними перекриттями, покрівлею з керамічної черепиці та зі стінами 600 мм із залізобетону, розмірами 10 на 10 метрів у плані, висотою поверху 2 метри:

Обчислюємо об'єм стін, при цьому множимо площу поперечного перерізу стіни на периметр. Отримуємо V стіни = 20 ∙ 2 ∙ 0,6 = 24 м3. Отримане значення множимо на щільність важкого бетону, що дорівнює 2500 кг/см3. Підсумкова маса стінових конструкцій множиться на коефіцієнт надійності для бетону рівний k = 1,1. Отримуємо масу M стіни = 66 т.
Аналогічно вважаємо обсяг перекриттів (підвального та горищного), маса яких при товщині 250 мм дорівнюватиме Мпк = 137,5 т, з урахуванням аналогічного коефіцієнта надійності.
Обчислюємо масу покрівельних конструкцій. Маса покрівлі для 1 м2 металочерепиці – 65 кг, м'якої покрівлі – 75 кг, керамічної черепиці – 125 кг. Площа двосхилий покрівлі для будівлі такого периметра складатиме приблизно 140 м2, а значить маса конструкцій складе Мкр = 17,5 т.
Загальний розмір постійного навантаження дорівнюватиме Мпост = 221 т.

Коефіцієнти надійності для різних матеріалів перебувають у сьомому розділі СП 20.13330.2011. При розрахунку слід враховувати масу перегородок, облицювальних матеріалів фасаду та утеплювача. Обсяг, який займають віконні та дверні отвори, не віднімають із загального обсягу для простоти обчислень, оскільки він становить незначну частину загальної маси.

Розрахунок тимчасових навантажень

Ростверк на гвинтових палях

Тимчасові навантаження розраховуються відповідно до кліматичного району та вказівок зведення правил «Навантаження та впливу». До тимчасових відносяться снігове та корисне навантаження. Корисне навантаження для житлових будівель становить 150 кг на 1 м2 перекриття, а отже загальна кількість корисної ваги дорівнюватиме Мпол = 15 т.

Маса обладнання, яке передбачається встановити у будівлі, також підсумовується цей показник. Для певного типу обладнання застосовується коефіцієнт надійності, розташований у вказаному вище зведенні правил.

Існують різні типи особливих навантажень, які також необхідно враховувати під час проектування. Це сейсмічні, вібраційні, вибухові та інші.

де ce – коефіцієнт зносу снігу, що дорівнює 0,85;

ct – термічний коефіцієнт, що дорівнює 0,8;

m - перехідний коефіцієнт, для будівель у плані менше 100 м, що приймається за таблицею Г вищевказаного СП;

St - вага покриву снігу на 1 м2. Приймається за таблицею 10.1 залежно від снігового району.

Показники тимчасових навантажень сумуються з постійними та виходить кількісний показник загального навантаження будівлі на фундамент. Це число використовується для розрахунку навантаження на одну пальову колону та порівняння межі міцності. Для зручності розрахунку та наочності прикладу приймемо тимчасові навантаження Мвр = 29 т, що у сумі з постійними дасть Мобщ = 250 т.

Визначення несучої здатності палі

Геометричні параметри палі та межа міцності це взаємопов'язані величини. У цьому прикладі навантаження на один метр фундаменту становитиме 250/20 = 12,5 тонн.

Розрахунок межі межі навантаження на окремо взятій буронабивній палі ведуть за формулою:

де F - межа несучої здатності; R - відносний опір грунту, приклад розрахунку якого знаходиться в СНіП 2.02.01-83 *; А – площа перерізу палі; Eycf, fi і hi - коефіцієнти з вищевказаного СНіП; y – периметр перерізу пальового стовпа, поділений на довжину.

Подивіться відео, як перевірити здатність палі, що несе, за допомогою професійного обладнання.

Для палі півтораметрової довжини діаметром 0,4 метра несуча здатність дорівнюватиме 24,7 тонни, що дозволяє збільшити крок пальових колон до 1,5 метрів. У такому разі навантаження на палю становитиме 18, 75 тонн, що залишає досить великий запас міцності. Зміною геометричних характеристик, а також кроку пальових колон регулюється здатність, що несе. Дана таблиця, подана нижче, показує залежність несучої здатності півтораметрової палі від діаметра:

Залежність несучої здатності від ширини палі

Існує маса сервісів, що дозволяють провести розрахунок несучої здатності палі онлайн. Користуватися слід лише перевіреними порталами, з хорошими відгуками.

Важливо не перевищувати допустиме навантаження на палю та залишати запас міцності – деякі сервіси вміють планувати розподіл навантаження, тому слід звернути увагу на алгоритм розрахунку.