Монтаж железобетонных свай
Установка забивных ЖБ свай выполняется с привлечением специальной техники, однако некоторые предварительные работы нужно выполнить. В частности:
заведение сваи в направляющую (скважину или каркас);
калибровка скважины, которая определяет место установки сваи. Глубина (длина) калибровочной скважины составляет 1/3 длины сваи. Аналогом скважины может быть решетчатый каркас, устанавливаемый на поверхности грунта. Задача у них одинаковая – служить направляющей для забивки сваи;
очистка участка от посторонних предметов, насаждений, мусора и т.п.;
нанесение разметки на сваю. Зачастую разметку наносят с шагом в 1 м.п. Наличие метки позволяет контролировать уровень погружения сваи;
проверка вертикальности установки уровнем;
забивка сваи. Существует две технологии погружения свай: со статическим усилием (к оголовку сваи прикладывается увеличивающее давление) или с динамическим усилием (к оголовку сваи прикладывается одинаковое повторяющее давление);
Примечание. Отклонение сваи от вертикальной оси более чем на 1% требует ее корректировки или извлечения с последующей забивкой.
достижение точки проектного отказа. Это точка, после которой свая не заглубляется далее. Точка определяется проектом.
сооружение ростверка. Ростверк устанавливается при необходимости. Причем их существует два вида: ленточный и плитный.
Методы расчета
Несущая способность грунта
Оболочки в условиях строительной площадки проходят несколько испытаний. Число контрольных исследований выбирает автор проекта с учетом полевых условий, конструкции здания, проектной способности свай по рекомендациям строительных ГОСТ на изыскание грунтов. Ревизионные испытания выполняют в начале погружения, чтобы не перерасходовать бетон и металл и полностью использовать проектную прочность.
Контрольные изыскания проводят методами:
- статического давления на сваю;
- динамического действия;
- изучением грунта при погружении эталонного стержня;
- исследованием почвы статичным зондом.
Статичному испытанию подвергается 1% от количества свай на площадке, результат зависит от сложности грунта, формата нагрузок и количества разновидностей вертикальных опор. Динамической нагрузке подвергается 2% от количества стержней, но не меньше 6 – 9 в зависимости от класса строения.
Несущие характеристики сваи и грунта можно рассчитать по формулам теоретическим, динамическим и пробным способом.
Теоретический
Качественный результат расчета взаимодействия свай и почвы получается с учетом пластики грунтового слоя, сжимаемости фундаментного стержня. Определяются локальные области предельного напряжения и перераспределение касательных нагрузок. Минимальное расстояние между винтовыми элементами принимается в размере двойного лопастного диаметра, а максимум выбирается по способности ростверка и опоры сопротивляться давлению.
Пролет между столбами рассматривают жестко закрепленной балкой с двух торцов, нагрузку определяют так, чтобы не возникали деформации, а центральный прогиб был не больше нормативов.
Теоретически расчет несущей способности сваи выражается формулой W = H / d, где:
- H — расчетная несущая характеристика стержня;
- d — коэффициент прочности, учитывающий запас сопротивления давлению.
Величина H определяется умножением площади опоры или на расчетное сопротивление почвы там, где она закладывается в землю. Для распространенных почвенных слоев такие показатели приводятся в строительных таблицах при условии заглубления больше 1,5 метра. При погружении земля теряет плотность, начальные характеристики длительно восстанавливаются. Принимается максимальное расстояние между опорами на уровне трех метров. Если при расчете получаются большие промежутки, добавляют несколько стержней для уменьшения пролета.
Динамический
Контрольные испытания проводят зондированием и специальным расчетом, но таких итогов недостаточно и требуется испытание почвенных слоев погружением эталонных опор. Сваи отягощаются на уровне расчетной нагрузки, которая находится по нормативным документам СП 24.13330 – 2011, где регламентируется проектирование свайных фундаментов.
Технология динамического метода заключается в том, что при заглублении столба увеличивается сопротивление почвенного слоя
Принимается во внимание связь между силой удара при погружении и несущей характеристикой элемента. Забивка выявляет слабые места свайного поля и оболочек для вычисления диаметра и протяженности опорного столба. Вид свай выбирают по свойствам пласта, который располагается под острием стержня
Сваи-стойки монтируют, если используется малосжимаемые скальные почвы. В других вариантах ставят сваи трения (защемленные в земле). Длина выбирается с учетом того, что стержень заделывается в тело ростверка на 5 – 10 см при вертикальной нагрузке
Вид свай выбирают по свойствам пласта, который располагается под острием стержня. Сваи-стойки монтируют, если используется малосжимаемые скальные почвы. В других вариантах ставят сваи трения (защемленные в земле). Длина выбирается с учетом того, что стержень заделывается в тело ростверка на 5 – 10 см при вертикальной нагрузке.
Пробный
Процесс пробного заглубления сопровождают техническими документами, где проставляют размер, вид и расчетную нагрузку на сваю. Для проведения требуется подробный план фундамента с приведенными шурфами зондирования, которые исследовались геологами. Указывается прохождение коммуникаций и электрических кабелей.
Пробные забивки проводят в случае:
- присутствия слабых почв, техногенных насыпных участков;
- количества свай больше 2 тыс.;
- строительства многоэтажек свыше пяти этажей;
- если есть сомнения в правильности теоретической части расчета.
Погружение сопровождается техническими документами с указанием расчетных нагрузок, типа оболочек. Результаты испытания заносятся в журнал, где описываются полученные повреждения, категория молота и число ударов до конечного погружения.
Функциональные особенности составных изделий
Если брать сваи, производимые в соответствии с действующими Государственными стандартами, то они состоят из двух конструктивных частей – верха и низа. Сечение у этих свай может быть следующим:
- 300х300 мм. Длина изделия – от 14 до 24 м.
- 350х350 мм, 400х400 мм. Длина – от 14 до 28 м.
Верхняя и нижняя часть свай могут существенно отличаться по длине. При сечении 300х300 мм длина нижней части – от 7 м, максимальная – 12 м. При сечении 350х350 или 400х400 мм нижняя часть с минимальной длиной 8 м, максимальной – до 14 м. Что касается верхней части, то она у свай с сечением 300х300 мм может быть в длину от 5 до 12 м, при сечении 350х350 или 400х400 – от 6 до 14 м.Определить назначение и местоположение частей очень просто по их внешнему виду: на нижней части есть заострение, облегчающее вдавливание в грунт при забивке. Со стыкуемыми частями еще проще, т.к. на них имеются элементы, за счет которых происходит фиксация. Для стыковки этих элементов могут использоваться следующие методики:
- Сварка накладки из листового металла, обжимающей тело сваи;
- Обжимные болтовые накладки;
- Простое и недорогое соединение посредством закладных стаканов;
- Посредством шпоночных выступов без фиксации, или же посредством кондуктора. В этих же случаях может использоваться герметизирующая лента;
- Соединение за счет армирующих стержней и посадочных отверстий. Для фиксации применяют особо прочный строительный клей;
- Для фиксации может использоваться откидной замок;
- Штифт.
За прочность отвечает армирующий продольный каркас, для изготовления которого используется арматура А2 и А3, с диаметром от 13 до 20 мм. Поперечная прочность при этом обеспечивается металлическими сетками типа B-1, причем минимально допустимый диаметр проволоки – 0,5 см.Для заливки тела сваи может использоваться бетон. Класс – не менее М200. В качестве наполнителя допустим только щебень с величиной фракции не более четырех см.В современном строительстве предпочитают использовать сваи, залитые по технологии предварительного натяжения. В этом случае армирующий каркас предварительно натягивается посредством использования гидравлических домкратов. Как только бетон схватывается, домкраты ослабляют, арматура возвращается в исходную позицию, за счет чего происходит упрочнение конструкции. Все сваи, изготовленные по этой технологии, обладают максимальными прочностными характеристиками, эффективно сопротивляясь сжатию, а также изгибанию в толще грунта.
Типы и маркировка железобетонных забивных свай
Крупносерийное изготовление железобетонных забивных свай осуществляется по ГОСТу 19804-2012 «Сваи железобетонные заводского изготовления». Предприятия выпускают изделия нескольких типов для использования в различных условиях.
Тип «С», «СН» и «СЦ»
Это сваи без полости в теле, которые имеют квадратное сечение размером от 150х150 мм. Максимальная длина изделия зависит от размеров сечения. Забивные железобетонные сваи квадратного сечения изготавливаются методом заливки бетона на каркас, при этом у опор:
- тип «С» – каркас выполнен из ненапрягаемой арматуры с поперечным армированием ствола;
- тип «СН» – каркас с поперечным армированием изготавливается из напрягаемой арматуры;
- тип «СЦ» – каркас без поперечного армирования имеет напрягаемую арматуру в центре.
Если требуется опустить опоры на большую глубину, применяются составные конструкции. Составные железобетонные забивные сваи имеют закладные металлические детали для стыковки и надежного крепления, они маркируются ССВ (верх) и ССН (низ).
Цельные опоры квадратного сечения – наиболее распространенный тип забивных свай. Они могут использоваться практически на любых грунтах.
Тип «СП»
Опоры данного типа имеют квадратное сечение и круглую полость в стержне. Такая конструкция позволяет уменьшить вес изделия. Для изготовления используется бетон класса прочности В22,5 (М300), каркас из обычной или напрягаемой арматуры (в последнем случае к маркировке добавляется литера «Н»).
Типы «СК» и «СО»
Это опоры круглого сечения, которые могут выпускаться с открытым или закрытым нижним концом. Наконечники из листовой стали упрощают погружение свай в грунт. Изготавливаются опоры путем заливки бетоном пространственных конструкций из арматуры.
Сваи «СК», диаметром от 400 до 800 мм, применяются так же, как и опоры квадратного сечения. Помимо обычных, выпускаются составные сваи, они снабжены специальными замковыми элементами из листовой стали для крепления между собой.
Сваи «СО» представляют собой тонкостенные оболочки диаметром до 1600 мм. После установки опоры полость внутри нее заливают бетоном. При маркировке железобетонных забивных свай «СО» с усиленным каркасом добавляют литеру «У».
Тип «СД»
Это сваи-колонны для строительства одноэтажных или двухэтажных построек. Они имеют квадратное сплошное сечение 200х200 или 300х300 мм и снабжены консолями, которые служат опорами для кровельных или фундаментных балок, перекрытия второго этажа.
Сваи маркируются в зависимости от конфигурации:
- «1СД» – двухконсольные, для установки по крайним осям постройки;
- «2СД» – для установки по средним осям постройки.
Сваи-колонны не подходят для применения на грунтах со слабой несущей способностью.
Работы по устройству буронабивного свайного фундамента своими руками
Устройство буронабивных свай включает следующие этапы:
Бурение скважин под сваи
Ручным бензиновым, или электрическим буром (см. фото 1;2.) бурим скважины диаметром 30 см и глубиной до 5 м.
Ручным или мотобуром бурим скважины под сваи
Стоит учесть, что расширение подошвы фундамента повышает несущую способность сваи в несколько раз. Для этих работ существуют особые буровые головки различных моделей, имеющиеся в свободной продаже.
Рекомендую: Геометрия помещения: проверяем полы и стены
Длина сваи должна быть достаточной чтобы:
а)
пройти зону промерзания самое меньшее на 0,5 м;б) пройти слабые слои и опереться на плотные слои грунта.
Устройство опалубки сваи
Для сыпучих почв из нескольких слоёв рубероида изготавливаем трубу по диаметру скважины, но на 200-300 мм длиннее. Эту своеобразную опалубку опускаем в скважину. Для опалубки отлично подойдёт и асбестоцементная труба.
Для опалубки под свайный фундамент отлично подойдёт асбестоцементная труба
Если опалубки не делать, то при заливке бетона цементное молочко будет просачиваться в грунт, что снизит прочность сваи. Кроме того, поверхность будет шероховатой, станет удерживать больше влаги и циклы замерзания-оттаивания будут быстрее разрушать сваю.
В плотных грунтах можно обойтись и без опалубки, установив её только в оголовке сваи (см. фото 3)
Армирование сваи
Сделать свайный фундамент своими руками можно сделать и без арматурного каркаса, но прочность её будет значительно ниже, ведь свая работает не только на сжатие, но и на растяжение. Тянет её расширяющийся при замерзании грунт. Кроме того сваи могут испытывать нагрузку от горизонтального смещения почвы (скажем, при оползнях). Для каркаса используем 3-4 арматурных стержня d 6-8 мм. Стержни в единую конструкцию скрепляем через 500-600 мм по высоте поперечинами или хомутами. Готовый каркас располагаем так, чтобы он вошёл в скважину на всю её глубину, а снаружи возвышался на высоту ростверка, за вычетом 2-3 см (защитный слой). Не забываем про защитный слой бетона для арматуры по высоте тела сваи: располагаем каркас не вплотную к опалубке, а с зазором 3-5 см.
Бетонирование сваи
Бетон укладываем в скважину слоями по 40-60 см с уплотнением вибратором или штыкованием. Процесс бетонирования сваи должен быть непрерывным. Застывший и свежий бетон в месте контакта не создадут цельного монолита, образуют так называемый «холодный шов», ослабляющий прочность конструкции почти как трещина.
Используем тяжёлый бетон с наполнителями из кварцевого песка и щебня твёрдых горных пород фракцией до 20 мм.
Плюсы и минусы
Положительные качества:
- продолжительная эксплуатация: опоры из железобетона служат на протяжении 1 века без необходимости выполнения ремонта, если изделия правильно выбраны с учетом уровня нагрузок, типа грунтов, и установлены в соответствии с правилами, период службы ЖБИ увеличивается до 120-150 лет;
- существенная прочность: 1 опора из железобетона может выдерживать вес до 60 т на протяжении длительного периода;
- широкие возможности: с помощью свай ЖБИ обустраивают фундамент на грунтах любых типов, т. к. опоры опускаются на существенную глубину, достигают прочных слоев почвы;
- сваи используются в местности со сложным рельефом, строительство фундамента при этом выполняется благодаря крупным габаритам ЖБИ.
Недостатков у свай немного. Отмечают большой вес, по этой причине усложняется транспортировка до места, где возводится объект. Монтаж самостоятельно выполнить тоже сложно, но причина этого — не только существенная масса ЖБИ. Такие изделия требуют применения специального оборудования для заглубления в почву.
Забивка железобетонных свай выполняется с помощниками. Самостоятельно удерживать, выравнивать, забивать опоры не получится.
Спецтехника для устройства фундамента
Для устройства опорного фундамента используется машина для подвозки и подачи свай и забивки сваи.
Транспортировка и установка в строго вертикальное положение осуществляются при помощи спецтехники:
Устанавливать сваи в вертикальное положение можно при помощи обоих видов техники. Разница в том, что кран можно использовать на других участках стройки, а копер – узкоспециализированная машина.
В современном строительстве используются следующие машины для забивки свай
| Вид техники | Достоинства | Недостатки |
|---|---|---|
| Дизель-молот | Самостоятельная машина для забивания свай. Низкая стоимость работ, независимость от другой спецтехники, экономит временные ресурсы. | Очень высокий уровень шума. |
| Гидравлический молот | Значительно снижается расход топлива и уровень звука. | Не самостоятельная строительная спецтехника, а насадка на копер. Не может перейти к работе с другой сваей, пока не забита первая. |
| Вибропогружатель | Насадка, в основе работы которой лежит возможность раздвигать грунт под действием вибрации. Позволяет значительно снизить уровень прикладываемой силы и шума. | Весьма затратный по времени процесс. |
| Сваевдавливающая установка | Установка включает в себя небольшой кран для подачи опоры, что дает возможность сэкономить на копере. Сваи подаются в центральный зажим, фиксируются вертикально и вдавливаются под действием огромной силы в землю. | Сборка и демонтаж установки. Для стабильности установки используются отвесы. Сама машина имеет относительно небольшую массу. |
От того, как называется машина, которая забивает или погружает сваи, напрямую связан и метод заглубления. Основных способов 4:
- ударный метод;
- вдавливание;
- вибрация. ПРимер забивания свай смотрите в этом видео:
- лидерное бурение.
Если фундамент – это основа здания, то свая – это основа фундамента. От того насколько качественный материал будет использован и, как тщательно будет соблюдена технология, зависит качество всего строительства.
Краткая характеристика свайного фундамента
Свайный фундамент — это сваи, вернее группа свай, которые вверху объединены ростверками (балками) или специальными плитами.
Сваи — это длинные стержни, которые погружаются в почву. Сваи различают по типу создания.
Некоторые изготавливаются прямо в грунте в чуть наклонном или вертикальном положении. А некоторые сваи погружаются в уже готовом виде.
Чаще всего такой фундамент применяют, когда точка промерзания достигает полутора метров, а также при залегании в основании слабых грунтов.
Основные материалы для изготовления свай — это:
- дерево;
- металл;
- железобетон.
Форма сечения бывает самая разная:
- квадрат;
- круг;
- прямоугольник и другие подобные геометрические фигуры.
Сваи делятся и по типу давления на основания. Существуют сваи-стойки и сваи — трения. Первый вид передаёт основные нагрузки на твердую породу.
А сваи трения, которые окружены со всех сторон грунтами, передают нагрузку с помощью сил трения боковых поверхностей и благодаря сопротивлению грунта под нижними концами свай.
Чтобы возвести свайные фундаменты, применяют забивные, набивные и винтовые сваи.
Обратите внимание! Забивные и винтовые в почву погружают в готовом виде. А набивные изготавливают и монтируют в грунте.
Стоимость фундамента может составлять от 15% до 20% от всей стоимости дома
Стоимость фундамента может составлять от 15% до 20% от всей стоимости дома.
Металлические забивные сваи
Металлические забивные сваи изготавливаются из различных стальных профилей, стальных или чугунных труб, при обязательном условии толщины стенки от 3,5 мм, с конусовидным наконечником на конце.
Изготовленные промышленным способом металлические забивные сваи имеют диаметр от 159 до 630 мм. Как правило, исходным материалом для этих свай служат стандартные стальные или чугунные трубы, для которых изготавливаются конусообразные наконечники и два вида оголовников, один непосредственно для забивания, а второй для увеличения длины (составления).
Для непрочных грунтов на металлических сваях делают анкерные устройства либо в виде технологических вырезов и отверстий, либо в виде приваренных насадок. Для придания большей прочности, после погружения полость сваи заливают бетоном.
Хотя, металлические забивные сваи больших диаметров могут выполняться составной длиной до 90 метров, их, как правило, применяют для небольших и несложных металлокаркасных сооружений. А вот, металлические забивные сваи малых сечений, выполненные, как правило, в кустарных условиях и смонтированные при помощи подручных средств, широко применяются для малого коттеджного строительства.
Формирование стоимости свайно-забивного фундамента
Окончательная цена, в которую обойдется возведение свайно-забивного фундамента, зависит от множества факторов.
Факторы ценообразования:
- Размер свай, который устанавливается после осуществления геологических исследований
- Число опор
- Стоимость материалов, использующихся в строительстве (которыми осуществляется забивка бетонных свай)
- Вес покрова снега
- Общий вес здания с перегородками, кровлей, мебелью, людьми
Все эти параметры влияют на количество и тип заливаемых свай – а, значит, и на общую стоимость основания. Расчет сваи лучше доверить профессионалам, так как ошибки тут недопустимы и небольшая экономия потом может стать причиной серьезных последствий.
Для примера можно привести такие цифры: в Москве и области создание свайно-винтового фундамента для небольшой бани 5х6 метров на сухой супеси обойдется примерно в 35-45 тысяч рублей, фундамент свайно-винтовой для каркасного здания 8х10 метров с обвязкой двутавровой балкой и оголовками на сухой супеси – в 120-150 тысяч, ростверк добавит к общей сумме 10-20% (зависит от материала и высоты).
Механизмы для погружения забивных свай
Молот для забивки свай
Железобетонные опорные стойки для фундаментов отличаются высокой прочностью, долговечностью и высокими техническими характеристиками (свая устойчива к кручению, изгибу), однако для устройства свайного поля требуется множество специальных механизмов, включая машины для доставки опор к месту монтажа.
Процесс забивки происходит с помощью специальных свайных молотов, для передвижения которых к строительной площадке используются тяжелые машины и механизмы: гусеничный кран, тросовый и гидравлический экскаватор. Свайные опоры длиной до 10 метров забивают в грунт специальные машины — самоходные сваебойные установки, которые выполняют весь технологический цикл по подъему, установке, транспортировке опорных элементов к месту монтажа, непосредственной забивки опорных элементов в грунт.
Способы погружения железобетонных опорных стержней в грунт значительно отличаются ввиду применения различных технологий.
При погружении свай используется различное оборудование.
Копер
Копер для забивки свай
Копер – принцип погружения в грунт при помощи сваезабивателя состоит в нанесении серии ударов молотом по отдельной опоре, выставленной в определенном положении. Непосредственная забивка осуществляется при помощи молота, которые классифицируются по методу погружения:
- Дизельный молот – работа этого оборудования основана на сгорании дизельного топлива. Молот имеет ударную часть – специальный поршень с головкой, при подъеме которой в наивысшее положение, в цилиндр поступает топливная смесь. При падении молота в нижнее положение, в цилиндре происходит сгорание части топливной смеси. Энергия направляется к свае, в результате чего происходит поступательное забивание опоры в грунт, далее процесс повторяется.
- Гидромолот – это оборудование работает на гидравлическом приводе, который обеспечивает движение ударной части молота вверх и вниз. Использование оборудование с гидравлическим приводом позволяет следить за силой и частотой ударов, которые гидромолот наносит по отдельной опоре.
Устройство свайного поля вблизи существующей жилой застройки целесообразно проводить с помощью гидравлического молота, это позволит выполнить работы в максимально щадящем режиме.
По мере погружения свайных опор в грунт в результате ударов молота, часть грунта вытесняется на поверхность, остальной грунт уплотняется в стороны и вниз от свайного стержня. Зона уплотнения почвы вокруг отдельных опор распространится на расстояние, равное от 2 до 3 диаметров свайного стержня.
К молоту подбирается подходящий наголовник, который служит для закрепления отдельных опор и предохранения верхней части свай от механических разрушений от контактных ударов молота.
Наголовник имеет внутреннюю полость, которая должна идеально соответствовать размерам и конфигурации оголовка сваи. При работе машины по забивке свайных опор, наголовник помогает равномерно распределить удар по всей площади опорного элемента. Посмотрите видео, как забивает сваи Копер КГ-12М:
Вибропогружатель
Вибропогружатель свай
Вибропогружатель – погружение в грунт отдельных свай происходит совсем по другой схеме, нежели при работе копра. Машины работают по принципу создания вибрирующего момента вдоль оси свайной опоры. На оголовке закрепляется специальное устройство, которое состоит из вращателя и пригруза со смещенным центром тяжести. Питание машины осуществляется от электродвигателя или гидропривода.
Машины для установки и погружения стержня сваи создают вибрацию, под действием этих сил складываются необходимые условия для погружения ствола в грунт. Работа вибропогружателя с наголовником приводит к суммированию вертикальных сил, которые воздействуя на свайную опору, помогают ее погружению в грунт, обеспечивая необратимые разрушения структуры грунтов.
Установки для вдавливания свай
Сваевдавливающая установка
Сваевдавливающая установка – машины работают по принципу плавного вдавливания железобетонных стержней свай в определенном месте в толщу почвы. При достижении плотных слоев грунта, может использоваться серия ударов по сваям, необходимых для погружения опор до проектных отметок.
Технология вдавливания свай позволяет выполнять работы вблизи зданий без нанесения вреда и повреждений конструкциям существующих построек.
