Особенности и устройство свайно-ростверкового фундамента

Опорной конструкцией такого типа называют отдельно стоящие сваи, связанные в единую систему благодаря ростверку. Сваи могут быть изготовлены из дерева, железобетона, бетона, пенобетона, металла.

В частном домостроении обычно делают железобетонное основание, но для удешевления строительства можно использовать пенобетон или неармированный бетон.

На текущий момент широкую популярность приобретают металлические винтовые сваи за счет их надежности и высокой скорости монтажа.

По способу устройства сваи делят на следующие типы:

1. Буронабивные опоры – изготавливаются на стройплощадке. В готовой скважине устраивается опалубка и армирующий каркас, затем свая бетонируется.
2. Железобетонные столбы – штампуются на заводе. Погружаются в заранее подготовленные небольшие углубления в грунте.
3. Металлические винтовые сваи. Стальные трубы благодаря лопастям в нижней части быстро и глубоко ввинчиваются в породу.
4. Буровые железобетонные – готовые стволы с винтовой частью. Как и винтовые стальные сваи, буровые железобетонные опоры с резьбой ввинчиваются в грунт.

По принципу взаимодействия с почвой опоры делят на висячие столбы и сваи-стойки. К конструкциям первого типа относятся все столбы, которые опираются на сжимаемые породы и передают нагрузку конструкции на грунт через нижний конец и боковую площадь поверхности.

Сваи-стойки, напротив, опираются на скальные и мало сжимаемые породы, поэтому силы трения почвы о боковую поверхность столба в расчетах не учитываются.

Установленные нормативы по проектированию свайных фундаментов подробно изложены в разделе №6 документа СП 50-102-2003.

Что это за тип фундамента

Ростверк – это плита или балка, которая связывает между собой сваи непосредственно на поверхности земли. Это фактически основной несущий железобетонный пояс, на который уже затем монтируются несущие стены самого здания. Как правило, при проектировании и расчете ростверка используются подробные чертежи всех элементов, ведь основная нагрузка ложится непосредственно на сами плиты.

Соответственно, в любой схеме такой конструкции уже предусмотрены расчеты допустимых нагрузок на каждую сваю отдельно, а также на плиты основания. Также стоит учитывать, что ширина ленточного основания существенно больше самых стен. Это делается с целью распределить массу несущих конструкций здания по всей плоскости плит и обеспечить хорошую устойчивость даже при непосредственных подвижках отдельной опоры.

Принципиальная схема свайно-ростверкового фундамента.

Плюсы использования свайно ростверкового фундамента

Использование этого вида создания основания для дома всегда бывает вынужденным. Ведь такое основание дороже и сложнее в исполнении, например, ленточного фундамента. Зато оно позволяет формировать надежные строения на сложных грунтах. Там, где в ином случае дом просто бы долгий срок не устоял.

Использование свай для формирования «подложки» для строений использовалось во все века во многих регионах. Но именно появление свайного фундамента с ростверком обеспечило таким конструкция долгожданную надежность и долговечность в эксплуатации.

Просто на сваях можно разместить каркасные постройки или строения из дерева и бруса. Использовать их для возведения строения из камня или кирпича проблематично. Просто «столбы» не позволяют распределить нагрузку. Вес готового строения не бывает однородным. Требуется учитывать разное давление в районах установки массивной мебели, газового котла или, например, камина. Разный уровень давления просто сваи не обеспечат готовность несущих стен сохранять сопротивление, они могут перекоситься и пойти трещинами.

Устройство свайного фундамента с ростверком эту проблему снимает. При его выполнении опоры надежно и крепко связываются из железобетона или металла. Такая лента объединяет опоры в надежную конструкцию, позволяя распределять нагрузку на основание по всей площади равномерно. Выполнить такую связку опор можно своими руками.

1. Свайный фундамент с высоким ростверком

Высокий ростверк – это балка, объединяющая головы свай и перераспределяющая на них нагрузку от вышерасположенных конструкций, тогда как ее подошва располагается выше поверхности грунта.

Чем больше расстояние между сваями, тем больше должна быть прочность сечения применяемой балки.

В качестве балки могут использоваться брус, бревно, швеллер, двутавр.

1.1. Обвязка свайно-винтового фундамента брусом или бревном

Обвязочный брус (рис. 1) используется при строительстве деревянных, каркасных строений.

Рисунок 1

Наиболее распространенные варианты сечения бруса:

• 150х150 при шаге между сваями 2500-2700 мм;
• 200х200 мм при шаге между сваями 3000 мм.

Крепление к оголовку осуществляется с использованием шпилечного соединения.

Так как на металлических поверхностях может образовываться конденсат, рекомендуется укладывать гидроизоляционную прокладку между опорной площадкой (оголовком) и деревянной конструкцией.

Бревно (рис. 2). Этот вариант лучше работает на изгиб, так как волокна необработанной древесины сохраняют свою целостность. Оцилиндрованное бревно имеет больший прогиб по отношению к необработанному дереву.

Рисунок 2

Первый венец бревенчатого строения допускается укладывать прямо на оголовок. Если фундамент выполнен в виде ленточного из бетона, то его стоит делать из дуба или лиственницы, так как это позволит увеличить срок службы конструкции. В случае со свайно-винтовым основанием от этих мер можно отказаться, если высота ростверка составит не менее 500 мм от уровня земли.

Обвязка брусом/бревном – самый экономичный и быстро реализуемый способ устройства ростверка. Чтобы обвязка имела один уровень, оголовки свай должны быть расположены на одной отметке. В ином случае выравнивание выполняется выпиливанием части сечения бруса/бревна.

Стыковка бруса/бревна (рис. 3). Для соединения в узлах пропорционально каждому из брусков сверху и снизу выполняются распилы, брус/бревно складывается под прямым углом. Стыки должны быть обработаны специальными растворами, защищающими от гниения, проложены джутом.

Рисунок 3

Использование антисептиков для всего бруса/бревна обязательно только для случаев опирания на бетонные ленточные фундаменты. При строительстве на винтовых сваях эта процедура носит рекомендательный характер, но только если высота ростверка составляет не менее 500 мм от уровня земли.

1.2. Обвязка свайно-винтового фундамента швеллером или двутавром

Конструктивное решение металлического ростверка определяется в зависимости от нагрузок на фундамент.

Обвязка выполняется как вручную, так и с привлечением специальной техники (в зависимости от типоразмера швеллера/двутавра).

Швеллер (рис. 4-7). Укладывается плашмя или на ребро. Вариант ребром лучше работает на изгиб, но из-за возникающего момента кручения, в этом случае лучше использовать спаренный швеллер или двутавр (рис. 8).

Рисунок 4

Рисунок 5

Рисунок 6

Рисунок 7

Если швеллер укладывается плашмя (полками вниз), то при шаге свай более 2 м, в большинстве случаев он прогибается даже под собственным весом, поэтому при выборе этого варианта расстояние между сваями стоит проектировать менее 2 м.

Рисунок 8

В обоих случаях (швеллер или двутавр) соединение элементов конструкции выполняется с использованием сварки.

Достаточная толщина сортового проката (от 5 мм), а также подверженность этой части конструкции только атмосферной коррозии позволят обеспечить соответствие срока ее службы требованиям ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения», даже без выполнения дополнительной антикоррозионной защиты. Тем не менее, после завершения сварных работ конструкции (хотя бы из соображений эстетики) стоит обработать антикоррозийным составом.

Расчет сваи

На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:

• шаг свай;
• длина сваи до края ростверка;
• сечение.

Чаще всего размеры сечения определяют заранее, а остальные показатели подбирают исходя их имеющихся данных. Таким образом, результатом расчета должны стать расстояние между сваями и их длина.

Всю массу здания, полученную на предыдущем этапе, требуется разделить на общую длину ростверка. При этом учитываются как наружные, так и внутренние стены. Результатом деления станет нагрузка на каждый пог.м фундаментов.

Несущую способность одного элемента фундамента можно найти по формуле:
P = (0,7 • R • S) + (u • 0,8 • fin • li), где:

• P — нагрузка, которую без разрушения выдерживает одна свая;
• R — прочность почвы, которую можно найти по таблицам, представленным ниже после изучения состава грунта;
• S — площадь сечения сваи в нижней части, для круглой сваи формула выглядит следующим образом: S = 3,14*r2/2 (здесь r — это радиус окружности);
• u — периметр элемента фундамента, можно найти по формуле периметра окружности для круглого элемента;
• fin — сопротивление почвы по боковым сторонам элемента фундамента, см. таблицу для глинистых грунтов выше;
• li — толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (находят для каждого слоя почвы отдельно);
• 0,7 и 0,8 — это коэффициенты.

Шаг фундаментов рассчитывается по более простой формуле: l = P/Q, где Q—это масса дома на пог.м фундамента, найденная ранее. Чтобы найти расстояние между буронабивными сваями в свету, из найденной величины просто вычитают ширину одного элемента фундамента.

При выполнении расчетов рекомендуется рассмотреть несколько вариантов с разными длинами элементов. После этого будет легко подобрать наиболее экономичный.

Армирование буронабивных свай выполняется в соответствии с нормативными документами. Арматурные каркасы состоят из рабочей арматуры и хомутов. Первая берет на себя изгибающие воздействия, а вторые обеспечивают совместную работу отдельных стержней.

Каркасы для буронабивных свай подбираются в зависимости от нагрузки и размеров сечения. Рабочая арматура устанавливается в вертикальном положении, для нее используют стальные стержни D от 10 до 16 мм. При этом выбирают материал класса А400 (с периодическим профилем). Для изготовления поперечных хомутов потребуется закупить гладкую арматуру класса А240. D = минимум 6-8 мм.

Сортамент стальной арматуры

Каркасы буронабивных свай устанавливаются так, чтобы металл не доходил за край бетона на 2-3 см. Это нужно для обеспечения защитного слоя, который предотвратить появление коррозии (ржавчины на арматуре).

3. Фундамент с ростверком своими руками

Буронабивные машины при строительстве частных домов используют лишь в тех случаях, когда грунт недостаточно плотный и для обнаружения более плотного участка требуется углубиться в толщу земли на достаточно большую глубину. Если толщина слабого грунта достаточно велика, возможно использование составных свай из отдельных разъемных секций.

В большинстве же случаев при возведении частного дома достаточно установки буронабивной сваи. Для того в грунте случае в грунте с помощью садового или ручного бура делается отверстие необходимой глубины.

Обустройство свайного фундамента

Устройство ростверка в столбчатом фундаменте

Создание фундамента для индивидуального домостроения с ленточным ростверком предполагает выполнение нескольких последовательных этапов работ, к которым относятся:

1. Расчет фундаментной конструкции;
2. Буровые или бурозабивные работы, необходимые для заглубления свайных колонн;
3. Монтаж ростверкового пояса, который при выборе монолитной конструкции включает:
   • установку опалубки;
   • обустройство арматурного пояса;
   • заливку бетона и его виброуплотнение;
   • демонтаж опалубки;

Если в качестве свай используются металлические винтовые трубы, то арматура приваривается к оголовкам труб.

Сооружение опорной стеновой конструкции можно выполнить своими руками, для этого потребуются следующие стройматериалы и готовые конструкции:

1. Железобетонные или трубчатые сваи, конструкция и размеры которых зависят от особенностей грунта и рельефа строительного участка.
2. При использовании железобетонных свай, устанавливаемых в заранее пробуренные скважины, для формирования подсвайной подушки потребуется песчано-гравийная смесь.
3. Бетонный раствор.
4. Бруски и доски для опалубки и пленка для герметизации зазоров.
5. Стальная арматура в необходимом ассортименте.
6. Вспомогательные материалы: гвозди, проволока; обрезки досок и брусков.

Свайно-ростверковый фундамент по буронабивной технологии своими руками

Бурение

Перед началом работ по устройству основания с применением буронабивной технологии, необходимо выполнить разбивку участка под бурение. Расстановку свай на плане и на местности начинают с углов дома, потом в местах состыковки периметра и несущих стен.

Внимание! Расстояние между точками установки свай не должно превышать 2-3 метра. В случае превышения расстояния между размеченными сваями больше трёх метров, между ними устанавливают промежуточную сваю, учитывая рекомендации по расстановке свай.

Проектная схема расстановки свай

Для бурения скважин под монтаж буронабивных свай, применяется специальная техника – ямобур – со шнековой установкой вертикального бурения. В полученную скважину опускают опалубку. Если свая будет круглого сечения, то роль опалубки может выполнить рубероид, сложенный в несколько слоёв или оцинкованная сталь. Также для опалубки можно применить деревянные щиты, для формирования сваи прямоугольного сечения.

Важно! Бурение отверстий под конструкции проводится на глубину ниже уровня промерзания грунта. В идеале до несущего грунта, что определяется изысканиями участка.

После бурения и монтажа опалубки, в ствол устанавливают арматурный каркас.

Арматурный каркас

Арматурный каркас изготавливается на участке строительства из витой арматуры диаметром 12 мм. Для этого отмеряют 3 — 4 стержня длиной, превышающей глубину скважины на 60-70 см. Впоследствии эти «хвосты» будут увязаны с армокаркасом ростверка.

Арматурные стержни формируют в виде трех- четырехугольника с таким размером, чтобы до стенок опалубки был зазор 4-5 см. Обвязывают стержни поперечной арматурой гладкого профиля с диаметром, меньше чем основные стержни.

Важно! Скрепляются продольные и поперечные стержни между собой вязальной проволокой.

Заливка бетоном

В случае небольшого объёма, бетон для заполнения свай, готовят прямо на участке с использованием бетономешалок.

Внимание! Заливка бетоном тела сваи должно проводиться непрерывно, то есть весь объем сваи должен быть залит в течение смены до момента схватывания бетона.

Заполнив сваю бетоном его нужно вибрировать, чтобы исключить усадку и образование пустот в теле конструкции. Этот процесс позволит добиться однородности и требуемой прочности. Во время первоначального схватывания бетона в конструкции, а это 4-5 дней, подготавливают каркасы для ростверка.

После заливки всех свай выполняют устройство ростверка. В случае с высоким ростверком готовят нижнюю платформу опалубки. Нижней опорой опалубки может служить песок, если высота не превышает 30 см, или деревянные щиты которые опираются на края свай. Снизу опалубка укрепляется дополнительными опорами.

Вид свайного фундамента перед установкой опалубки и каркаса ростверка

После формирования низа ростверка монтируется каркас ростверка, который соединяется с каркасом свай. Устанавливаются боковые стенки опалубки и после этого приступают к заливке бетона.

Важно! При заливке ростверка бетоном также нужно применять вибрирование бетона для достижения максимальной однородности конструкции.

Если бетон заливают при температуре +20 и выше, опалубку можно снимать через 4 дня. В случае выполнения работ с температурой окружающего воздуха не выше +10 , то необходимо выдержать паузу в 14 дней.

Опалубка готова под заливку бетоном

Внимание! Перед заливкой бетоном желательно установить закладные трубы в ростверке для прокладывания коммуникаций, чтобы потом не делать отверстия в бетоне.

Подготовка скважин

Глубина бурения скважин выбирается в зависимости от того, насколько сильно промерзает грунт в этой местности. Если речь идет о глинистых или заболоченных грунтах, то требуется использовать обсадные трубы. В прочих случаях можно воспользоваться рубашками, которые делаются из рубероида, сложенного в два слоя.

В местах расположения свай в ростверке требуется опустить прочный арматурный каркас, после чего приступить к бетонированию. Обязательно должны остаться выступающие части арматуры. В последующем их будут использовать для связывания ростверка со сваями в единую конструкцию. Дно траншеи покрывается песчаной подушкой, слой которой составляет 200 мм.

Далее требуется сделать опалубку для ростверка. Для железобетонного ростверка нужно уложить по контуру несколько рядов арматуры, которая между собой должна связываться, а также соединить ее с выступающей частью прутьев, которые служат основой свай. Когда армирование завершено, можно бетонировать образовавшийся желоб. При строительстве важно угадать необходимый объем воды. Ее должно быть немного больше. Так как недостаток влаги приведет к тому, что бетон станет впитывать ее из грунта. А это приводит к его шелушению.

Сваи и ростверки должны простоять несколько недель для полного схватывания. В условиях жаркой и солнечной погоды требуется обязательно прикрывать бетон, чтобы защитить его. В условиях низких температур следует полностью отказаться от любых работ.