Забивные железобетонные сваи квадратного сечения (ГОСТ 19804.0-78)

#G0Тип свай и характер армирования	Сечение, см	Длина, м
Сплошные, с напряженной арматурой		3-12 8-16 13 - 60
Сплошные, с поперечной ненапрягаемой арматурой		3-16 8 - 20 13 - 60
Сплошные, без поперечного армирования		5 - 8 3 - 9
Составные, с поперечным армированием		14 - 20 14-35 14 - 26
С круглой полостью	25; 30; 40	3 - 8

Перед забивкой выполняют разметку свайного поля с использованием геодезических приборов, рулеток. Для этого устраивают обноски с продольными и поперечными рядами свай, в качестве которой служит натянутый шнур или тонкая проволока, натянутая в виде сетки осей свайного основания. Опуская отвес в местах пересечения осей, находят центр свай, которые помечают вбитыми в землю колышками с указанием порядкового номера сваи.

Погружают сваи в грунт при помощи сваепогружающих агрегатов, смонтированных на базе тракторов, кранов или тяжелых автомобилей. Кроме того, могут использоваться рельсовые копры и установки мостового типа. Рабочими органами сваепогружающих агрегатов служат паровые или дизельные молоты, вибромолоты, вибропогружатели или вдавливающие устройства. Выбор механизма для погружения свай зависит от типа свай, их веса, количества, сроков забивки и наличия средств механизации. Свайные молоты устанавливают на копры, представляющие собой систему ригелей и подкосов, опирающуюся на специальные платформы. Вместо платформ часто используют стреловые краны, на которые навешивают сваебойный механизм. Вибропогружатели воздействуют на сваю вибрацией. Их подвешивают на стреловые краны, закрепляя сваю к наголовнику. Наиболее эффективна комбинация молота и вибропогружателя, которая нашла свое отражение в вибромолотах. Процесс погружения сваи при этом намного ускоряется.

Винтовые сваи завинчивают электрокабестаном, к вращающемуся шпинделю которого прикрепляют сваю.

Процесс забивки и погружения сваи состоит из трех операций:

перемещение копра или крана к месту забивки сваи;

подъем и установка сваи;

погружение сваи в грунт.

Последовательность забивки свай определяется проектом производства работ. В зависимости от свойства грунтов применяют следующие схемы забивки свай: рядовую, спиральную - от середины к периметру и секционную (рис.2).

Рис.2. Схемы забивки свай:

а - рядовая; б - спиральная; в - секционная

Рядовая схема применяется в несвязанных грунтах, сваи забивают последовательно в каждом ряду. Применение такой схемы в связанных грунтах может вызвать неравномерное напряжение в грунте и осадку сооружения.

После забивки свайного поля оголовники свай разбивают, обнажая арматуру. К арматуре сваи приваривают арматурный каркас ригеля-ростверка, который затем бетонируют в специально выставленной опалубке. Железобетонный ростверк служит опорой для стен здания.

Микросваи - железобетонные сваи длиной от 2,5 до 3 м используют для малоэтажного строительства. Их применение позволяет сократить расход железобетона на сооружение нулевого цикла, повысив при этом несущую способность основной опоры здания. Особенно ощутим эффект применения микросвайной технологии на пучинистых глинистых грунтах, где глубокое заложение фундаментов требует большого расхода бетона. Технология микросвай для малоэтажного домостроения в странах Западной Европы появилась более 40 лет тому назад. В нашей стране только недавно в лаборатории средств механизации фундаментостроения АО "ЦНИИС" разработана технология устройства фундаментов на микросваях. Эта технология положительно оценена Госстроем РФ. Для погружения микросвай была создана и специальная сваебойная техника облегченного типа. Базовым автомобилем для этого послужила модель "ГАЗ-66", отличающаяся маневренностью и мобильностью. Благодаря этому появилась возможность погружать микросваи в труднодоступных местах и в сложных геологических условиях. При этом сооружение фундаментов на микросваях можно вести в любое время года даже на болотистых участках и насыпных грунтах.

Специфическая форма микросвай (вытянуто-прямоугольная или трапецеидальная с площадью поперечного сечения до 300 см ) в отличие от квадратной или круглой формы обычных свай позволяет создавать фундаменты с самым минимальным расходом железобетона. Причем микросваи применяют как для домов бесподвальной конструкции, так и для зданий с подвалами и цокольными этажами. Для сооружения стен подвала разработаны специальные железобетонные панели толщиной 100-120 мм, которые опираются на забитые микросваи. Основанием для ограждающих конструкций служит железобетонный ростверк, технология сооружения которого практически не отличается от традиционной. В бревенчатых домах и зданиях из бруса нижний (окладной) венец можно устанавливать непосредственно на оголовники микросвай. В этом случае требуется точность глубины погружения, которая контролируется нивелиром. Для этого на свае делается отметка (углем или темным фломастером) и производитель работ при помощи нивелира контролирует процесс погружения. При совпадении отметки на свае с осью визирной сетки нивелира процесс погружения микросваи прекращают.

БУРОНАБИВНЫЕ СВАИ

Буронабивные сваи в малоэтажном строительстве по своей надежности практически не уступают забивным сваям. Это один из самых распространенных методов строительства фундаментов на вспучивающихся грунтах, гарантирующий целостность фундамента, а следовательно, и стен дома. Процесс их установки более трудоемок по сравнению со свайными фундаментами, но зато отпадает необходимость в аренде дорогостоящей сваебойной техники. Буронабивные фундаменты обычно делают методом бетонирования, заливая бетон в предварительно пробуренные скважины. Для бурения скважины подходят ручные, бензиновые или электрические буры, которыми современная промышленность обеспечивает садоводов и застройщиков. Менее трудоемкий процесс бурения скважин состоит в использовании специальной бурильной техники, имеющейся на вооружении в энергетических предприятиях. Это шнековое оборудование, установленное на базе автомобилей или тракторов, при помощи которого бурят скважины для опор линий электропередач. К примеру, бурильно-крановая машина БМ-302Б, смонтированная на базе автомобиле ГАЗ-66, может бурить любые грунты, в том числе и мерзлые на глубину до 3 м и диаметром скважины 350 - 500 и 800 мм. Диаметр скважины зависит от диаметра установленного бура. Такого же диаметра скважины, но глубиной до 2 м можно бурить машиной БМ-205, смонтированной на шасси трактора "Беларусь".

Рис.3. Армирование буронабивного фундамента

Прочность буронабивной сваи усиливают арматурным каркасом (рис.3). Для этого в скважину устанавливают 3 - 4 стержня арматуры диаметром 10 - 12 мм, которые желательно связать в каркас на случай эксцентричных нагрузок или сдвигающих усилий. Кроме того, арматура будет служить связующим звеном между буронабивной сваей и железобетонным ростверком, превращая в единое целое надземную и подземную части фундамента. Арматурный каркас послужит также гарантией от возможного разрыва фундамента силами морозного пучения.

Опалубкой для буронабивного фундамента служит сам грунт, если его пробурить диаметром 200 - 250 мм на глубину 90 - 150 мм в зависимости от состояния грунтов. Если же под буронабивной фундамент грунт приходится раскапывать, то можно в качестве опалубки использовать металлические или асбоцементные трубы соответствующего диаметра.

Для того чтобы исключить выталкивание буронабивного фундамента вспучивающимся при морозах грунтом, его оголовник (на 500 - 600 мм ниже уровня земли) рекомендуют изолировать от грунта чехлом из оцинкованной кровельной стали, несколькими слоями поливинлхлоридной пленки или толя. Автор из своего опыта знает, что такую "рубашку" лучше всего устанавливать на всю глубину сваи. В этом случае вспучивающийся грунт скользит по чехлу или поднимает его, а фундамент остается неподвижным. Кроме того, такая "рубашка" предотвратит утечку в грунт цементного молока, потеря которого снижает прочностные качества бетона. При установке каркаса следует принять меры, не допускающие его сдвига, который может привести к контакту арматуры с грунтом. Лучше всего для этого установить временные деревянные подпорки или клинья, которые удаляют по мере заполнения скважины бетоном.

Бетон укладывают слоями, уплотняя штыкованием. Бетон, применяемый для заполнения скважины, обязательно должен быть "тяжелым", то есть при его приготовлении нужно применять "тяжелые" заполнители - кварцевый песок, гравий или щебень из прочных горных пород. Бетонирование каждой буронабивной сваи должно быть непрерывным, то есть перерывы между укладкой отдельных порций бетона не должны быть более одного часа. Нагружать фундамент из буронабивных свай можно только после полного схватывания бетона, то есть не ранее, чем через 28 суток после окончания бетонирования.

Сваи из грунтоцемента, технология изготовления которых была разработана более 30 лет назад, относятся к ресурсосберегающим технологиям, разработанным специально для индивидуальных застройщиков. В настоящее время совершенствованием этой технологии занимаются специалисты НПТО "Белстройнаука" (г.Минск). Использование свай из грунтобетона возможно в устойчивых необводненных грунтах. Технология изготовления свай из грунтоцемента предусматривает минимальное расходование материалов и ручного труда при бетонировании скважин буронабивных свай. Суть технологии заключается в использовании в качестве заполнителя бетона грунт, вынутый из скважины. Экономический эффект от внедрения данной технологии очевиден.

Установка включает в себя бурильно-крановую машину БМ-205 со сменным технологическим оборудованием и трактор МТЗ-80 с прицепом, на котором расположен питатель цемента с загрузочным механизмом и емкостью с устройством забора и дозированной подачей воды. На базовой машине со стрелой расположена направляющая мачта, на которой подвижно смонтирован шнек с приводом. В нижней части мачты размещен бункер для приготовления грунтобетонной смеси. Низкое расположение бункера обеспечивает удобство его загрузки необходимыми компонентами и повышает устойчивость установки при ее перемещении. Грунт, извлеченный из скважины диаметром 500 мм, перемешивается со связующей добавкой необходимых компонентов с последующей передачей его в пробуренную скважину. Качество смеси, а следовательно, и качество грунтобетонной сваи обеспечивается дозированным количеством цемента и равномерным перемешиванием его с грунтом по глубине с одновременной подачей воды.

Набивные сваи в пробитых скважинах, технологию которых разработали ученые и специалисты Института горного дела Сибирского отделения РАН совместно с инженерами треста "Оргстрой" Главносибирскстроя, позволяют успешно решить проблему сокращения расхода материалов и трудозатрат при сооружении нулевого цикла усадебных домов. Для формирования буронабивной сваи была разработана и внедрена технология на основе применения машины импульсного действия - пневмопробойника. Достоинство этой технологии заключается и в том, что стенки скважины сильно уплотняются бетонной смесью, от чего повышается несущая способность грунта. В результате такие буронабивные сваи получают несущую способность в 2,5 - 4 раза выше, чем несущая способность обычных буронабивных свай, и в 1,5 - 2,5 раза, чем у забивных свай сечением 30 x 30 см.

Скважина заполняется сухой бетонной смесью, которая при повторной проходке пневпробойника вдавливается в стенки и днище. Эта операция повторяется многократно, пока не будет получена свая такого диаметра, который требует расчет. После последнего прохода пневпробойника скважина заполняется литым бетоном, в результате чего получается монолитная свая повышенной несущей способности.

Можно получить сваи и несколько иным способом. Для этого с помощью штангового дизель - молота выштамповывается ложе сваи (скважина) с уплотненными стенками, которая впоследствии заполняется бетоном.

БУРОНАБИВНЫЕ СВАИ С РАСШИРЕНИЕМ К ПОДОШВЕ (ТЕХНОЛОГИЯ "ТИСЭ")

Исследования показали, что несущая способность ствола свай намного увеличивается, если он опирается на уширенную пяту. Такие фундаменты можно сооружать в любых зонах, в том числе и в условиях вечной мерзлоты и в сейсмических зонах. Наличие пяты диаметром 60 см позволяет в 1,5 - 2 раза уменьшить количество свай без снижения несущей способности фундамента в целом. Сооружение такого фундамента не предусматривает использование дорогостоящей техники. Достаточно лишь приобрести ручной фундаментный бур "ТИСЗ-Ф" с откидным плугом, конструкция которого защищена патентом России (рис.4). Автор этого уникального оборудования Р.Н.Яковлев разработал технологию строительства малоэтажных домов с высоким экономическим эффектом по сравнению с традиционными методами строительства.

Рис.4. Специальный бур применяемый в технологии "ТИСВ":

1 - рукоятка; 2 - шнур; 3 - серьга; 4 - штанга; 5 - плуг; 6 - тяга; 7 - ось; 8 - накопитель; 9 - стопор

Бур выполнен в виде раздвижной штанги, с одной стороны которой расположена перекладина с двумя рукоятками на концах, а с другой - накопитель грунта с двумя режущими кромками, оснащенными резцами. Штанга бура раздвигается на 2,2 м и закрепляется в промежуточных положениях резьбовыми фиксаторами. Бур весит всего 7,5 кг, поэтому обращаться с ним легко и просто.

Над накопителем грунта расположен откидной плуг, оснащенный резцами, облегчающими бурение в жестких грунтах. Конструкция плуга такова, что при необходимости он может принимать горизонтальное положение под собственным весом и стопориться в этом положении. Начинают бурение со снятым плугом. Вначале (вращая бур по часовой стрелке) до необходимой отметки бурят цилиндрическую часть скважины, диаметр которой составляет 250 мм. Для того чтобы можно было контролировать глубину бурения, на раздвинутой штанге делают соответствующие отметки. Глубина бурения определяется геологическими изысканиями и обычно лежит в пределах 10 - 15 см ниже расчетной точки промерзания грунта. Для облегчения бурения в жестких грунтах в скважину добавляют воду. По мере заглубления бура, накопитель периодически освобождается от грунта. Если при бурении в скважину добавляется вода, то удаление грунта осуществляют после насыщения его водой. После того, как будет выполнена цилиндрическая часть скважины, бур вынимают, устанавливают плуг, закрепляя его съемной осью. Бур снова опускают в скважину и вращают против часовой стрелки. Опускаясь под собственным весом, плут выбирает полусферическую полость. В жестких грунтах расширение скважины выполняют в два приема. Для этого сначала выполняют малое (диаметр 40 - 50 см) расширение. Перед окончательным расширением скважину желательно углубить на 10 см.

После завершения бурения скважина очищается от оставшихся комьев земли. Согласно технологии "ТИСЭ" не допускается подсыпка в скважины песчаной подушки, так как это может привести к неравномерным осадкам при уплотнении подушки. На грунтах с небольшой несущей способностью усиление можно выполнить подливкой цементного молока.

После этого скважины армируют арматурными стержнями, сварив их в каркас. При установке каркаса следует принять меры, которые не допускают его сдвиг, что может привести к контакту арматуры с грунтом.

Перед заполнением скважин бетоном нужно вынести в натуру отметки нижней кромки ленточного фундамента (ростверка). Для этого можно воспользоваться нивелиром или строительным гидравлическим уровнем. Бетон укладывают слоями, уплотняя штыкованием. Заполнив сферическую полость, в скважину (по всему диаметру цилиндрической части) опускают "рубашку", совместив ее верхнюю кромку с указателем уровня нижней части ростверка. "Рубашку" можно свернуть из толя, рубероида или плотной поливинилхлорид-ной пленки. После этого послойно заполняют бетоном всю цилиндрическую часть скважины. Примерный расход бетона на одну скважину составляет 0,12 м . Марку и состав бетона выбирают из расчета прочностных характеристик. После схватывания бетона, график созревания которого представлен на рис.5, приступают к формированию ленточного ростверка (рис.6) сечением 30x40 или 30x50 в зависимости от шага опор.

Рис.5. График скорости созревания бетона

Рис.6. Общий вид фундаментной конструкции по технологии "ТИСЭ" (фрагмент)

Ростверк рассчитывается как неразрезная железобетонная балка. Следует учитывать, что особенностью столбчато-ленточного фундамента, установленного на пучинистых грунтах, является обязательное наличие зазора между нижней частью ростверка и грунтом. Это необходимо выполнять для того, чтобы, вспучиваясь, грунт не поднимал ростверк. Ширина ростверка зависит от ширины стен, а высоту обычно выбирают в пределах 40 - 50 см. Для заливки ростверка строят опалубку в виде короба. Днищем опалубки может служить и насыпной грунт, который при распалубке удаляется. Чтобы снизить потери влаги из бетона, стенки и днище опалубки нужно укрыть слоем рубероида, толя и поливинилхлоридной пленки. Несущая способность ростверка зависит от качества бетона и правильного армирования. В качестве арматуры могут служить металлические стержни, сваренные (связанные) в жесткий каркас. В любом случае, суммарное сечение арматурных стержней для одной ленты не должно быть меньше 8 см , по 4 см для нижней и верхней плоскости. При формировании ростверка следует жестко связывать между собой арматуру буронабивного и ленточного фундаментов, что предотвратит горизонтальные сдвиги. Для этого еще на стадии армирования скважин следует выводить свободные концы арматурных стержней на высоту ростверка. Перед бетонированием ростверка следует заложить вставки для создания вентиляции подпольного пространства, для прохода сантехнических коммуникаций (водопровод, канализация и т.д.). Вставки можно сделать в виде асбоцементных или полиэтиленовых труб, или деревянного короба необходимого сечения.

Процесс бетонирования ростверка желательно поддерживать непрерывным. Но в любом случае перерывы между укладкой бетона не должны превышать одни сутки. Бетон тщательно уплотняют, ведя постоянный контроль за состоянием опалубки. При закладывании бетона следует следить, чтобы арматурный каркас находился на относе от стенок опалубки на расстоянии не менее 5 см. Кроме того, бетон полностью должен заполнить все полости и ячейки арматурного каркаса. Поэтому бетон укладывают слоями не более 15 см, желательно с наклоном до 30° к горизонту.

Методика возведения фундаментов по технологии "ТИСЭ" позволяет возводить дома высотой до трех этажей с соответствующим расчетом их несущей способности. В фундаментах, сооружаемых в сейсмических зонах, в тело буронабивной сваи закладывают арматурный стержень с резьбой в верхней части, чтобы крепить основание ростверка. При этом нижнюю часть резьбы размещают в расширенной части столба, а верхнюю - над ростверком. После изготовления фундамента и ростверка арматуру растягивают, закрутив верхнюю гайку. После чего грунт вокруг столба заменяют смесью песка и пористого заполнителя (керамзит, шлак и т.п.). Особенностью такого фундамента является отсутствие традиционной гидроизоляционной прослойки между стеной и ростверком. Это исключает их относительное смещение при сейсмических колебаниях грунта. Соединение столба с ростверком образует своеобразный упругий шарнир, препятствующий передаче горизонтальных колебаний нижней части столба. Столб будет колебаться относительно упругого шарнира, подминая засыпанную смесь, а упругость арматурных прутков будет каждый раз возвращать ростверк в первоначальное положение.

К недостаткам ленточно-столбчатых фундаментов можно отнести тот факт, что они не рассчитаны на возможность сооружения подвальных помещений. Если возникает потребность в устройстве подвала, то его следует строить отдельно и таким образом, чтобы стена между подвалом и столбчатым фундаментом могла выдержать боковое давление грунта. Об особенностях сооружения подвалов мы поговорим в соответствующем разделе настоящей книги.

Материал подготовил Пронин А.В.