Детальный расчет фундамента на буронабивных сваях. Пример расчета буронабивных свай Несущая способность буронабивной сваи 300
Группа буронабивные сваи включает все свайные конструкции, для которых необходимо применять предварительное бурение скважин с последующим процессом бетонирования. Технология изготовления имеет массу вариантов, каждый из которых показан для применения к конкретным условиям.
Обсадные трубы для буронабивных свай
Использование предполагается в двух вариантах:
- Изготовление фундамента с обсадными трубами – это изделия из металла, погружаемые в скважину и позволяющие значительно усилить всю конструкцию. Есть технологии, при которых труба после заливки извлекается. Методика используется при возведении зданий в условиях повышенной плотности застройки для минимизации риска повреждения рядом стоящих строений.
- Без обсадных труб – технология использует применение глиняной болтушки, укрепляющей стенки скважины и не допускающей их осыпания. Чаще всего данный тип подходит для устройства свайного поля для укрепления уже существующей основы.
Для строительства фундамента в проблемных грунтах СНиП 2.02.03-85 регламентирует использование только стальных труб, которые противостоят разнообразным нагрузкам. Срок эксплуатации изделий достигает 50 лет, но имеются недостатки:
- Подверженность процессам коррозии, что снижает длительность службы труб;
- Стоимость труб довольно высока.
Конструкции буронабивных свай
При создании свайного фундамента подобного вида изготавливаются и применяются свайные конструкции из монолитного бетона, комбинированные, сборные (из железобетона). Последние часто делаются с уширением пяты – вариант показан для строительства в проблемных грунтах, где основной состав – глина и суглинки. Уширение пяты позволяет усилить несущую способность свайного элемента, но в скальных грунтах данный технологический прием не используется.
Совет! Готовые арматурные каркасы для буронабивных свай могут быть выполнены по всей длине тела сваи, но в целях экономии допустимо армировать только участки, воспринимающие основную массу нагрузки и моменты изгибания.
Определяя типы буронабивных свай, необходимо руководствоваться ГОСТ 19804.2-79; ГОСТ 10060.0-95. Самыми используемыми считаются буронабивные, буросекущие, бурокасательные сваи. Также к буровым фундаментам относятся конструкции забойного типа: скважины, заполняемые щебеночной отсыпкой с послойным уплотнением, опоры с уширенной пятой, для изготовления которых применяются взрывные работы и полые опоры, изготовленные посредством использования сердечника.
Буронабивные сваи
Это конструкции, в том числе железобетонные, получившие широкое распространение, благодаря простоте обустройства, возможности применения для усиления существующего фундамента и строительства оснований на ограниченном пространстве. Достоинством является минимальная динамическая нагрузка на соседние строения, отсутствие разрушительных воздействий на трассы, подземные коммуникации. Кроме того, технология изготовления фундамента допускает работу объекта в обычном режиме при проведении реставрационных работ.
Важно! Идеальное основание для свай данного вида являются плотные пески и грунт с обломочными горными породами некрупных фракций. Однако использование свай допускается на любых проблемных грунтах.
Скважины выполняются посредством буровых приборов, при достижении необходимого заглубления, бур вынимается и скважина армируется предварительно изготовленным каркасом, после чего заполняется смесью бетона. Изготовление буронабивных свай может производиться по следующим технологиям:
- С применением обсадной трубы;
- С использованием глиняной болтушки;
- Посредством использования проходного шнека;
- С использованием двойного вращателя;
- Посредством уплотнения грунта.
Достоинства буровых свай:
- Возможность изготовление на месте застройки;
- Длительный срок службы;
- Относительная дешевизна проекта;
- Высокая несущая способность фундамента;
- Вариабельность толщины;
- Минимальные требования к применению тяжелой техники (иногда можно и вовсе обойтись без нее);
- Широкие возможности применения.
Однако есть и недостатки:
- По сравнению с ленточными и плитными фундаментами несущая способность низкая;
- Повышенные трудозатраты;
- Сложность изготовления свай на водонасыщеных грунтах.
Буросекущие сваи
Это конструкции, технология монтажа которых повторяет буронабивные свайные элементы. Отличие в том, что буросекущие элементы монтируются с шагом «в ноль», то есть представляют собой сплошную стену конструкционных тел, которая служит для обустройства полноценной подпорки грунта. Применяются для строительства подземных парковок, тоннелей, переходов. Строительство по СНиП 2.02.01-83 данного типа разрешено на малой глубине – не более 30 метров.
Бурокасательные сваи
Фундамент данного типа применяется в случае вертикальной и горизонтальной нагрузки на элементы от ближайших строений, грунтовых вод. Как правило, этот способ используется при строительстве на ограниченном пространстве, а также для ограждения очень глубоких котлованов, для прорезки насыпей в грунтах, имеющих твердые крупнофракционные включения.
Преимуществами технологии являются такие показатели:
- Возможность проведения работ в условиях плотной застройки;
- Нет необходимости в обустройстве дополнительного водоотведения, водоотлива;
- Изготавливать бурокасательные сваи несложно как по трудовым затратам, так и оперативно по времени.
Технология создания буронабивных свай
Чтобы проведение расчетов и строительство дома на данных основаниях было верным, необходимо руководствоваться ГОСТ 12730.0-78; ГОСТ 12730.4-78; ГОСТ 12730.5-84, а также ТР 100-99. В данных нормативных документах указываются параметры готовых и приготовляемых свайных элементов. Поэтапно же технология выглядит так:
- Строительная площадка предварительно размечается посредством колышков и натягивается жилка для отметки места расположения свай.
Важно! Разметка мест проводится таким образом, чтобы на точке пересечения жил бурились шурфы для свай, согласно проекту. Для примера: условное расстояние между центрами свай диаметром в 250 мм составляет 2 метра, расстояние между крайними точками составит 175 см.
- Отметить место бурения скважины, используя отвес, опускаемый с жилки на грунт. В точку вбить колышек.
- Убрать жилки, чтобы получился участок с точными местами разметок под бурение шурфов.
Изготовить сваи можно садовым буром, но проще всего это сделать используя бур ТИСЭ или бензобур. Таблица расчетов диаметра свай по СНиП и ГОСТ такова:
| Диаметр сваи (мм) | Площадь опоры (см2) | Несущая способность (кг) | Объем бетона (м3) | Количество вертикальных прутков арматуры (шт) | Расход арматуры (м/п) |
| 150 | 177 | 1062 | 0,0354 | 3 | 7 |
| 200 | 314 | 1884 | 0,0628 | 4 | 9 |
| 250 | 491 | 2946 | 0,0982 | 4 | 10 |
| 300 | 707 | 4242 | 0,1414 | 6 | 14 |
| 400 | 1256 | 7536 | 0,2512 | 8 | 18 |
В целом же данные СНиП применяются для расчетов только исходя из того, какая несущая способность буронабивной сваи требуется в каждом индивидуальном случае. Глубина погружения сваи должна быть ниже точки промерзания грунта минимум на 30 см. Поэтому необходимо для начала осуществить бурение скважин, а только потом заливать их бетоном, однако на практике и при изготовлении основы своими руками, данный вариант неприемлем: готовые шурфы могут осыпаться, пока идет бурение остальных шурфов.
Совет! Уширение пяты скважины проще всего производить применением бура ТИСЭ, который позволяет уширить нижнюю часть на 35-50 см.
Есть и менее трудоемкий способ, если взять штыковую лопату с краем ширины 10 см, удлинить ручку так, чтобы она доставала до дна шахты. Таким образом получается неплохой инструмент для обрезания грунта со стенок скважины до получения необходимого диаметра.
Для увеличения несущей способности фундамента необходима арматура. Армирование буронабивных свай используется для обустройства фундамента в грунтах, где есть риск нестабильности, подвижек – такие армокаркасы повышают стойкость свай на разрыв. А вот сделать армирование несложно: взять нужное количество арматурных прутов диаметра 10-12 мм, зафиксировать прутки в каркас посредством вязальной проволоки или сварки.
Осталось лишь погрузить на дно скважины обсадную трубу, залить смесь на треть, затем поднять трубу, уплотнить бетон, снова залить смесь на треть, не забывая армирование, утрамбовать, залить слой бетона и выполнить оголовок. Стоит помнить, что каркасы буронабивных свай из прутков погружаются с таким расчетом, чтобы наружу выходили прутья для связки с ростверком.
Расчет основных характеристик
Расчет буронабивных свай по основным характеристикам производится заранее, для чего принимаются следующие факторы:
- Несущая способность. Зависит от размера столба. Если это элемент в 300 мм, то она выдержит нагрузку в 1,7 тонны, конструкция диаметра в 450 мм выдержит уже от 4,3 тонны.
- Оптимальное расстояние. Высчитывается исходя из общей массы строения и расчетной несущей способности, которую выдержит изготавливаемая буронабивная свая.
- Материал изготовления. Выбор марки бетона – основной показатель прочности. Регламентом СНиП рекомендуется применять в производство буронабивных свай марки бетона от М200 и выше.
Совет! Некоторые профессионалы допускают использование марки бетона М100. Например, для сваи квадратного сечения со стороной в 200 мм и площадью 400 см2, несущая способность обозначается как 40 т, чего вполне достаточно для частного домостроения.
- Несущая способность сваи определяется по данным, таблица которых приведена выше. Максимальный шаг свай составляет 2 метра, минимальный равен формуле диаметр скважины Х3.
Чтобы понять, как именно делать основания, смотрите чертеж, приведенный ниже. Следует помнить, что важным фактором является площадь поперечного сечения и форма свайного элемента. В частности, это может быть цилиндрическая конструкция с уширением пяты, а также могут быть созданы специальные уширения, способствующие приданию дополнительной прочности.
Расчет длины даст примерная таблица:
Совет! Применение бура обеспечивает скважины диаметром в 200, 300, 400 мм, шаг определяется набором буров.
Технология Фундекс
Применение технологии Fundex является самым простым и щадящим методом устройства буровых оснований. Способ подразумевает использование защиты вдавливаемой трубы с теряемым наконечником, таким образом, технология Fundex не имеет риска просадки грунтов, а изготавливаемый элемент может быть любого диаметра от 200 до 500 мм. Главное, что сделанный шурф не оказывает воздействия на строения, стоящие рядом, так как никакого волнения грунта не происходит. Показано использование способа Fundex на любых грунтах, кроме почв, где прослойки плотного песка имеют ширину более 2,5 метров. Преимущества типа бурения свай методом Фундекс многочисленны:
- Высокая производительность;
- Наличие контроля за процессом погружения трубы;
- Нет необходимости вывоза грунта;
- Сниженный уровень шума.
Испытание буронабивных свай статической нагрузкой повышенного типа подтвердило высокую несущую способность элементов (до 400 тонн), что при отсутствии вибраций и шумов дополняет плюсы использования технологии Fundex. Длина свай ограничивается показателем 31 метр, диаметр 200-520 мм. Производство происходит методом вращательно-вдавливающего действия, основанием будущего элемента становится теряемый наконечник из чугуна, оставляемый в глубине грунта. После чего в уплотненный грунт подается раствор, заполняющий каждый миллиметр пространства, при этом в полости также остается арматурный каркас. Стоимость изготовления свай по технологии Fundex определяется многими факторами и составляет от $ 20 за м/пог.
Производители свай предлагают различные варианты изготовления фундаментов. Однако прежде, чем выбрать того или иного подрядчика, необходимо просмотреть как минимум чертеж свайного элемента, который они вам предложат и технологию изготовления. Основные ошибки, допускаемые нечестными фирмами, относятся к неправильному расчету количества элементов, определения несущей способности и применения бетона низкой марки. А это самые главные характеристики, которые могут повлиять на практичность и прочность основания, чего бурый фундамент не допускает.
Возведение любого фундамента начинается с проектирования. Расчеты и чертежи могут быть выполнены без привлечения специалистов, самостоятельно. Конечно, эти вычисления не будут иметь высокую точность и представят собой упрощенный вариант расчета, но они могут дать представление о том, как обеспечить несущую способность фундамента. Далее рассмотрены буронабивные сваи и пример их расчета.
Конструкторские работы выполняют в следующем порядке:
- изучение характеристик грунта;
- сбор нагрузок на фундамент;
- расчеты по несущей способности, определение расстояния между сваями и их сечения.
О каждом пункте по порядку.
Геологические изыскания
При массовом строительстве характеристики для расчетчиков подготавливают геологи. Они берут пробы грунта, проводят лабораторные испытания и дают точные значения несущей способности того или иного слоя, расположение грунтов с различными характеристиками. Если буронабивные сваи используются для частного домостроения, проводить такие мероприятия экономически невыгодно. Работу выполняют самостоятельно двумя способами:
- шурфы;
- ручное бурение.
Важно! Характеристики изучаются в нескольких точках, все из них располагаются под пятном застройки здания. Одна — обязательно в самой низкой части поверхности земли. Глубину разработки грунта при исследовании характеристик почвы назначают на 50 см ниже предполагаемой отметки подошвы фундамента.
Шурф — яма прямоугольной или квадратной формы, грунт изучают, анализируя почву стенок отрытого шурфа. При бурении выполняют анализ почвы на лопастях бура. Ознакомившись с , определяют тип почвы. Для некоторых типов оснований, потребуется определить консистенцию или влажность. С данным вопросом поможет таблица1.
| Внешние признаки и способы | Консистенция |
| Глинистые основания | |
| Если грунт сжимают или ударяют, он рассыпается на куски | Полутвердый или твердый грунт |
| Образец трудно разминать, при попытке разлома бруска, перед тем как распасться на две части он сильно изгибается | Тугопластичный |
| Сохраняет вылепленную форму, легко поддается лепке | Мягкопластичный |
| Мнется руками без затруднений, но не сохраняет вылепленную форму | Текучепластичный |
| Если образец поместить на наклонную поверхность, то он будет медленно по ней сползать (стекать) | Текучий |
| Песчаные основания | |
| Рассыпается при сжатии в руке, не имеет внешних признаков наличия влаги | Сухие |
| Проверку выполняют с помощью фильтровальной бумаги, она должна оставаться сухой или сыреть через промежуток времени. При сжатии в ладони образец дает ощущение прохлады | Маловлажные |
| Образец кладут на фильтровальную бумагу и наблюдают сырое пятно. При сжатии создается ощущение влажности. Способен в течении некоторого времени сохранять форму | Влажные |
| Встряхивают образец на ладони, он должен превращаться в лепешку | Насыщенные влагой |
| Растекается или расползается без внешнего механического воздействия (в покое) | Переувлажненные |
Определив по внешним признакам тип и консистенцию основания с применением и таблицы, приступают к выяснению нормативных сопротивлений. Эти значения нужны для вычисления несущей способности фундамента и расчета расстояния между сваями.
Буронабивные сваи предают нагрузку не только на тот слой грунта, на который опираются, но и по всей боковой поверхности. Это увеличивает их эффективность.
В таблице 2 приводятся нормативные сопротивления оснований, в местах опирания на них подошвы буронабивных свай.
| Грунт | Нормативное сопротивление с учетом дополнительных испытаний, т/м 2 | |||||||
| Глинистые основания | ||||||||
| — | Коэф-т пористости | Твердая
консистенция |
Полутвердая | Тугопластичная | Мягкопластичная | |||
| Супесь | 0,50 | 47 | 46 | 43 | 41 | |||
| 0,70 | 39 | 38 | 35 | 33 | ||||
| Суглинок | 0,50 | 47 | 46 | 43 | 41 | |||
| 0,70 | 37 | 36 | 33 | 31 | ||||
| 1,00 | 30 | 29 | 24 | 21 | ||||
| Глина | 0,50 | 90 | 87 | 78 | 72 | |||
| 0,60 | 75 | 72 | 63 | 57 | ||||
| 0,80 | 45 | 43 | 39 | 36 | ||||
| 1,10 | 37 | 35 | 28 | 24 | ||||
| Песчаные основания | ||||||||
| — | Плотные | Среднеплотные | ||||||
| влажные | маловлажные | влажные | маловлажные | |||||
| Крупная фракция | 70 | 70 | 50 | 50 | ||||
| Средняя фракция | 55 | 55 | 40 | 40 | ||||
| Мелкая фракция* | 37 | 45 | 25 | 30 | ||||
| Пылеватые* | 30 | 40 | 20 | 30 | ||||
| Крупнообломочные основания | ||||||||
| Щебень с добавлением песка | 90 | |||||||
| Гравий, образовавшийся из кристаллических пород | 75 | |||||||
| Гравий, образовавшийся из осадочных пород | 45 | |||||||
Коэффициент пористости грунта — это отношение объема пустот к общему объему породы. Чтобы вычислить размеры пор связных пород (глинистых) применяют такие величины как удельный и объемный вес.
Также при вычислении несущей способности буронабивных свай необходимо учитывать сопротивление по боковой поверхности. Значения для глинистых пород представлены в таблице 3.
Выяснив все необходимые данные, связанные с сопротивлением грунтов приступают к следующему пункту расчета по несущей способности фундамента.
Сбор нагрузок
Здесь необходимо учесть массу всех конструкций. К ним относятся:
- стены и перегородки;
- перекрытия;
- кровля;
- временные нагрузки.
Первые три нагрузки относятся к постоянным. Они зависят от того, из каких материалов будет строиться дом. Чтобы вычислить массу стен, перекрытий или перегородок берут плотность материала, из которого планируется их изготавливать, и умножают на толщину и площадь. При расчете кровли все немного сложнее. Нужно учесть:
- подшивку;
- нижнюю и верхнюю обрешетку;
- стропильные ноги;
- утеплитель (если он есть);
- кровельное покрытие.
Можно привести средние значения для трех самых распространенных типов кровельного покрытия:
- масса 1 м2 пирога крыши с покрытием из металлочерепицы — 60 кг;
- керамической черепицы — 120 кг;
- битумной (гибкой) черепицы — 70 кг.
К временным нагрузкам относят снеговую и полезную. Обе принимаются по . Снеговая зависит от климатического района, который определяют по СП «Строительная климатология». Полезная назначается в зависимости от назначения здания. Для жилого — 150 кг/м² перекрытий.
Вычислить все нагрузки недостаточно, каждую из них требуется умножить на коэффициент надежности.
- коэффициент для расчета постоянных нагрузок зависит от материала и способа изготовления конструкции и принимается по таблице 7.1 ;
- коэффициент для снеговой нагрузки — 1,4;
- коэффициент для полезной в жилом доме — 1,2.
Все значения складывают и приступают к расчету буронабивных свай по несущей способности.
Формулы для вычислений
P = Росн + Рбок. пов-ти,
где Р — несущая способность сваи, Росн — несущая способность сваи у основания, Рбок. пов-ти — несущая способность боковой поверхности.
Росн = 0,7 * Rн * F,
где Rн — нормативная несущая способность из таблицы 2, F — площадь основания буронабивной сваи, а 0,7 — коэффициент однородности грунта.
Рбок. пов-ти = 0,8 * U * fiн * h,
где 0,8 -коэффициент условий работы, U — периметр сваи по сечению, fiн — нормативное сопротивление грунта у боковой поверхности буронабивной сваи по таблице 3, h — высота слоя грунта, контактирующего с фундаментом.
Q = M/Uдома,
где Q — нагрузка на погонный метр фундамента от здания, М — сумма всех нагрузок от конструкций здания, вычисленная ранее, Uдома — периметр здания.
Важно! Если дом имеет большую площадь и предусмотрен монтаж внутренних стен, под которые будет устроен фундамент, их длину прибавляют к периметру для расчета расстояния между буронабивными сваями фундамента.
где P и Q — найденные ранее значения, а L — максимальное расстояние между сваями.
Расчет для вычисления расстояния между сваями фундамента обычно проводится несколько раз. При этом подбираются разные сечения и глубина заложения.
Важно! За счет того, что работает не только опорная часть буронабивного фундамента, несущая способность с увеличением глубины заложения в большинстве случаев повышается (зависит от характеристик основания для фундамента). При проектировании опоры для будущего дома рекомендуется рассмотреть несколько примеров, изменяя сечение и глубину заложения. Рассчитывается расстояние между сваями и их количество. После этого «прикидывается» смета (точные вычисления могут быть трудоемки, поэтому достаточно примерных значений), и выбирается наиболее экономичный вариант.
Перед расчетом нужно ознакомиться с . По требованиям этого норматива буронабивные сваи длиной до 3 метров рекомендуется предусматривать диаметром от 30 см.
Пример расчета
Исходные данные:
- Геологические условия местности: на глубине 2 метра от поверхности почвы залегают суглинки тугоплатичные, далее на всю глубину исследования располагаются твердые глины с коэффициентом пористости 0,5.
- Требуется спроектировать фундамент под одноэтажный дом с мансардой. Размеры дома в плане — 4 на 8 метров, кровля с покрытием из металлочерепицы вальмовая (высота наружной стены по всем сторонам одинаковая), стены из кирпича толщиной 0,38 м, перегородки гипсокартонные, перекрытия — железобетонные плиты. Высота стен в пределах первого этажа — 3 метра, на мансардном этаже наружные стены имеют высоту 1,5 метра. Внутренних стен нет (только перегородки).
Сбор нагрузок:
- масса стен = 1,2 * (24 м (периметр дома) * 3м (первый этаж) + 24 м * 1,5 м (мансарда))*0,38 м * 1,8 т/м³ (плотность кирпичной кладки) = 88,65 т (1,2 — коэффициент надежности по нагрузке);
- масса перегородок = 1,2 * 2,7 м (высота) * 20 м (общая длина) * 0,03 т/м² (масса квадратного метра перегородок) = 2 тонны;
- масса перекрытий с учетом цементной стяжки 3 см = 1,2 * 0,25 м (толщина) * 32 м²(площадь одного перекрытия) * 2(пол первого этажа и пол мансарды) * 2,5 т/м² = 48 тонн;
- масса кровли = 1,2 * 4 м * 8 м * 0,06 т/м² = 2,3 тонны;
- снеговая нагрузка = 1,4 * 4 м * 8 м * 0,18 т/м2 = 8,1 тонн;
- полезная нагрузка = 1,2 * 4 м * 8 м * 0,15 т/м² * 2 (2 перекрытия) = 11,5 тонн.
Итого: М = 112,94 т. Периметр здания Uдома = 24 м, нагрузка на погонный метр Q= 160,55/24 = 6,69 т/м. Предварительно подбираем сваю диаметром 30 см и длиной 3 м.
По формулам для определения расстояния между сваями
Все необходимые формулы приведены ранее, нужно просто воспользоваться ими по порядку.
1. F= 3,14 D²/4(площадь круглой сваи) = 3,14 * 0,3 м * 0,3 м / 4 =0,071 м², U = 3,14 D = 3,14*0,3 м = 0,942м; (периметр сваи по кругу);
2. Pосн = 0,7 * 90 т/м² * 0,071 м2 = 4,47 т;
3. Рбок. пов-ти = 0,8 * (2,8 т/м² * 2 м + 4,8 т/м² * 1) * 0,942 = 7,84 т;
В этой формуле 2,8 т/м² — расчетное сопротивление боковой поверхности сваи в тугопластичном суглинке, 2м — высота слоя суглинка, в котором располагается фундамент. Сопротивление находят по таблице 3. Там представлены значения для подходящей в данном случае глубины 50, 100 и 200 см. В расчет принимаем минимальное для того, чтобы обеспечить запас по несущей способности.
4,8 т/м² — расчетное сопротивление боковой поверхности сваи в полутвердой глине, 1м — высота фундамента, располагающегося в этом слое. Последнее число в формуле — найденный в первом пункте периметр сваи. Значения 0,7 и 0,8 в пунктах 2 и 3 — коэффициенты из формул.
4. Р = 4,47 т + 7,84 т = 12,31 т (полная несущая способность одной сваи);
5. L = 12,31 т/6,69 т/м = 1,84 м — максимальное значение расстояния между сваями (между центрами).
Назначаем расстояние 1,8 м. Т.к. длина наших стен кратна 2 м метрам, удобнее чтобы и расстояние между сваями было 2 м, для этого нужно немного увеличить несущую способность сваи, например увеличив её диаметр. Если полученное значение шага достаточно велико, разумнее найти минимальное, поскольку, чем больше расстояние между сваями, тем больше понадобиться сечение ростверка, что приведет к дополнительным затратам. По такому же принципу выполняют расчеты для уменьшенного диаметра. Рассчитывают применое количество материала для нескольких вариантов и подбирают оптимальное значение.
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.
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.
Начиная строительство и подготовив проект будущей постройки в первую очередь необходимо определиться, какое основание наилучшим образом обеспечит надёжность и долговечность строения. Одним из вариантов устройства основания здания может быть фундамент на буронабивных сваях, который сочетает в себе не только высокие характеристики по прочности, но и технологические преимущества его обустройства.
Пример устройства фундамента на буронабивных сваях
Простота его строительства и привлекательная цена позволяют использовать данный тип основы для построек в частном строительстве.
Основной особенностью данной технологии является усиление или буронабивными сваями, расположенными в точках распределения общей несущей нагрузки.
Технологически устройство буронабивных фундаментов предполагает монтаж следующих основных элементов.
Схема устройства фундамента на буронабивных сваях 
Сваи
Для их устройства применяют:
- металлические или асбестоцементные трубы различных диаметров;
- армированный каркас с применением металлической сетки и рубероида.
Бурить отверстия под буронабивные сваи целесообразно ручным инструментом, оборудованным специальной насадкой, позволяющей выполнять в нижней части скважины отверстия более широкого диаметра. Расширение нижней части необходимо для лучшего закрепления опоры.
Ростверк
Так называют верхнюю часть фундамента, которая связывает буронабивные опоры и предусматривает единое с опорной арматурой армирование.
Ростверк может быть трёх типов:
- мелкозаглубленный ленточный;
- подвешенный;
- монолитный.
В зависимости от вида будущей постройки и местности её расположения выбирается оптимальный вариант строительства связующей конструкции.
Пример конструкции ростверка буронабивного фундамента
Единство этих основных элементов обеспечивает надёжное основание для здания любого назначения.
Основные преимущества фундаментов на буронабивных сваях
Технологическое устройство фундамента на буронабивных сваях имеет ряд неоспоримых преимуществ, которые делают возможным его использование практически для любых построек и в любой местности. Ограничением является лишь то, что сделать буронабивной фундамент невозможно на скалистой территории, в прочих условиях его обустройство возможно выполнить даже без привлечения дополнительной техники.
Среди основных достоинств данного решения вопроса строительства, основы здания можно выделить следующие.
Данные преимущества позволяют использовать данную технологию при строительстве разнообразных построек промышленного и частного назначения. Простота устройства и невысокая общая стоимость делают его особенно привлекательным для хозяина, который планирует выполнять работы своими руками.
Расчёт плана буронабивного свайного фундамента
Для того чтобы фундамент на сваях был надёжным и долговечным необходимо рассчитать количество устанавливаемых опор, поскольку именно они будут принимать на себя всю несущую нагрузку будущего здания.
Чертёж с размерами и план расчета буронабивного фундамента
Чтобы выполнить корректный расчёт буронабивного фундамента необходимо учитывать и использовать следующие данные.
Надо отметить, что требует максимальной точности и внимательности, поскольку от этого зависит надёжность и долговечность будущей постройки, поэтому оптимальным вариантом будет обращение к соответствующим специалистам.
Технология строительства фундамента на буронабивных сваях
Сделать буронабивной фундамент своими руками для дома, бани или других хозяйственных построек на не представляет особых сложностей, поскольку технология его устройства достаточно проста.
Все строительство основания разделяется на три основные части:
Зная пошаговый план работ, время на постройку основания займёт не более чем 7-10 дней.
Разметка фундамента
Для разметки ни местности потребуются колышки и строительный шпагат.
Начиная от одного угла, колышки последовательно устанавливаются на заданном расстоянии по остальным углам будущего здания, с обязательной проверкой при этом равенства диагоналей полученного прямоугольника.
По вбитым кольям натягивается разметочный шпагат, который служит для разметки остальных кольев.
Исходя из рассчитанных расстояний по линии шпагата, выставляются внутренние точки, которые также отмечаются кольями, а по линиям стен-перегородок натягивается шпагат.
Инструкция для разметки фундамента 
Площадка под основание здания равняется с учётом общего его устройства, в некоторых случаях снимается верхний слой дёрна или прокладывается траншея для ростверка.
Установка свай
Устройство буронабивного фундамента выполняется в следующем порядке.
- Бурение отверстий под буронабивные сваи. Диаметр отверстия делается на 5-10 см больше, чем планируемый диаметр опоры, а нижняя часть расширяется в пределах 2-х диаметров на высоту 30-40 см. Общее заглубление должно быть ниже точки промерзания грунта не менее чем на 30 см. оптимальным считается величина в 50 см.
- Подготовка скважин. Необходимо хорошо утрамбовать основание скважины, а также боковые поверхности и выполнить отсыпку песчаной подушки на высоту 10-15 см. Для лучшего контакта с цементным раствором песчаную отсыпку нужно пролить водой и ещё раз утрамбовать.
- Подготовка свай.
Длина опор должна быть такой, чтобы их края выступали над уровнем грунта не более чем на 10-15 см. Готовые сваи расставляют в подготовленные отверстия.
- Изготовление армирующих элементов выполняется из рифлёных металлических прутов диаметра 10-12 мм, при этом на одну скважину рекомендуется использовать 4 вертикальных прута с горизонтальной связкой не реже 30 см. Длина вертикальных прутов должна быть больше длины опоры на 10-15 см.
Процесс армирования столбов фундамента 
Все элементы надёжно скрепляются между собой вязальной проволокой либо привариваются друг к другу. Готовая конструкция устанавливается по центру каждой сваи, исключая соприкосновение с её стенками.
Процесс закладки арматуры в отверстия 
- Заливка цементным раствором выполняется единовременно с контролем уровня по вертикали. После заливки первых 30 см сваю необходимо приподнять и осадить обратно для лучшей фиксации основания. Дальнейшее заполнение производится с промежуточной утрамбовкой. После схватывания раствора внешняя сторона опор засыпается пеком и грунтом и также трамбуется.
Дальнейшее строительство можно производить не ранее чем через 3-4 дня после заливки, когда цементный раствор приобретёт прочность.
В видео показано как заливать фундамент на буронабивных сваях своими руками.
Устройство связующего ростверка
Порядок проведения работ по устройству ростверка напрямую зависит от типа его устройства, однако общие правила сохраняются для всех типов. Рассмотрим основные технологические этапы на мелкозаглубленном ленточном ростверке.
- Подготовка траншеи. По всему периметру будущего здания, а также по линиям промежуточных несущих стен необходимо прокопать траншею шириной 30-40 см на глубину 40-50 см, основание и боковые поверхности которой хорошо трамбуются.
По всей длине выполняется отсыпка песчаной подушки высотой 30-40 см, которая проливается водой и ещё раз утрамбовывается.
- Далее по краям траншеи необходимо установить опалубку, высота которой должна составлять не менее 20-40 см в самой высокой точке своего расположения. Материалом для , как правило, служат скреплённые между собой дощатые щиты.
Чтобы исключить смещение и изменение конфигурации опалубки в процессе заливки с внешней стороны выставляются распоры, а параллельные составляющие фиксируются между собой брусками.
Пример устройства опалубки для фундамента 
- При укреплении ростверка также используют сваренный или из металлических рифлёных прутов диаметра 8-10 мм, при этом края горизонтальных прутов прочно связывают с арматурой опорных элементов в единую конструкцию. Размер вертикальных прутов должен соответствовать высоте планируемого фундамента.
- Заливка бетонным раствором должна быть выполнена единовременно, чтобы исключить горизонтальное расслоение. В процессе заполнения раствор трамбуется либо вручную, либо специальным миксером.
При заливке больших объёмов целесообразно использовать бетон заводского производства или для его изготовления применять бетономешалку, чтобы сократить время и трудоемкость процесса.
По факту завершения заполнения необходимо проконтролировать горизонтальный уровень поверхности.
Процесс заливки опалубки фундамента бетонным раствором 
После того как бетон застынет, свайный фундамент готов для дальнейшего строительства, но не ранее, чем через 7-10 дней после окончания работ.
При обустройстве ростверка другого типа отличия будут лишь в способе строительства опалубки и укладки армирующих элементов.
Выполняя пошагово все действия, можно выполнить самостоятельно в кратчайшие сроки.
Таким образом, фундамент на буронабивных сваях является практически идеальным решением для или . Его несложная технология позволяет выполнить все работы своими руками, обеспечив при этом сочетание надёжности и экономичности.
