Свайные фундаменты

Свайные фундаменты уже давно стали самым распространенным вариантом при строительстве городских многоэтажных домов, для которых определяющими характеристиками являются надежность и экономическая эффективность. В индивидуальном же домостроении свайные фундаменты часто рассматриваются только в качестве основы для относительно легких деревянных и каркасных домов, а при строительстве каменных домов обычно выбирают между ленточным фундаментом и монолитной плитой. Возникает вопрос, почему же в городе на свайном фундаменте можно строить неимоверно тяжелые небоскребы, а за городом о нем вспоминают только при строительстве легких домов? Кроме инерционности мышления и недостатка информации о возможностях современных свайных фундаментов, объективных причин, объясняющих такую ситуацию, мы назвать не можем.

При одинаковой несущей способности свайный фундамент построить проще, быстрее и дешевле, чем любой другой. Основная экономия при строительстве свайного фундамента достигается за счет минимального объема земляных работ и меньшего количества затрачиваемых стройматериалов. Кроме того, важный плюс свайных фундаментов — меньшие риски, связанные с неравномерной просадкой фундамента, которая в случае с монолитной плитой и ленточным фундаментом обусловлена их опорой на поверхностные грунты с часто малой или неоднородной несущей способностью. В отличие от них, свайные фундаменты опираются на более глубоко залегающие слои, имеющие стабильно высокие физико-механические качества. Еще одно отличие свайных фундаментов состоит в том, что каждая свая устанавливается отдельно, погружаясь до слоя грунта, несущая способность которого соответствует допустимым осадкам дома. Вследствие этого все сваи имеют схожую несущую способность, хотя и достигли ее на разной глубине. Эта особенность свайных фундаментов дает им безусловное преимущество, поскольку позволяет строить дома большой площади на неоднородных и просадочных грунтах. Важно, что сваи всегда погружаются ниже нормативной глубины промерзания, что делает их нечувствительными к силам морозного пучения, причиняющим множество проблем мелкозаглубленным фундаментам.

Применяемые в загородном строительстве свайные фундаменты, в зависимости от типа используемых в них свай, делятся на несколько видов: винтовые, забивные и буронабивные сваи.

Фундаменты на винтовых сваях

Свайно-винтовой фундамент — самый популярный в загородном домостроении тип свайного фундамента. Его популярность обусловлена самой низкой ценой среди всех типов фундаментов, возможностью строительства без привлечения тяжелой строительной техники и высокой скоростью монтажа (в большинстве случаев удается уложиться в один день). Винтовые сваи представляют собой полую стальную трубу с винтовой лопастью и конусным наконечником. Благодаря винтовой лопасти свая завинчивается в грунт, как саморез в дерево. Лопасть может быть как литой, так и сваренной из толстой листовой стали. Поверхность сваи покрывается защитными составами, препятствующими коррозии металла. В особенно сложных случаях часть ствола винтовой сваи, находящаяся на границе земли и воздуха (место, наиболее уязвимое для коррозии), оборачивается слоем наплавляемой гидроизоляции.

Монтируются винтовые сваи как вручную, так и с помощью специальной завинчивающей машины. Вручную монтируются в основном сваи малых диаметров (до 133 мм). Процесс ручного монтажа состоит из нескольких стадий. В месте установки выкапывается приямок, в который погружается винтовая лопасть сваи, после чего приямок засыпается. Приямок нужен для того, чтобы винтовая лопасть имела возможность врезаться в грунт и завинчиваться, а не срезать грунт, как сверло. В верхней части ствола сваи есть отверстие, куда обычно вставляется лом, на концы которого надеваются стальные трубы, служащие рычагами для вращения сваи. В зависимости от плотности грунта, свая вращается двумя или четырьмя рабочими, в то время как еще один рабочий с помощью уровня отслеживает вертикальность погружения сваи. Важно, что свая должна не только погрузиться ниже глубины промерзания, но и быть закрученной с определенным усилием. Величина усилия, необходимого для закручивания, напрямую зависит от плотности слоя, через который проходит винтовая лопасть сваи. В свою очередь, от плотности слоя грунта, в котором будет завершено вращение винтовой лопасти, зависит несущая способность сваи.

Оптимально, когда величина усилия, прилагаемого для завинчивания, контролируется не на глазок и не по степени деформации отверстия, в которое вставлен рычаг, а инструментально. При отсутствии инструментального контроля последние сваи в фундаменте могут быть завинчены с меньшим усилием, чем первые, просто потому, что люди устанут. Если оказывается, что длины сваи не хватило, и она продолжает завинчиваться, не достигая требуемого усилия при закручивании, к стволу сваи приваривается удлинитель, после чего ее завинчивание продолжается.

При механизированном завинчивании вероятность недокрученности свай сводится к минимуму, поскольку машина не устает. Механизированное завинчивание осуществляется значительно быстрее, так как нет необходимости выкапывать для каждой сваи приямок, поскольку выносная стрела завинчивающей установки может просто прижать сваю к земле, не позволяя ей прокручиваться при вращении.

После того как все сваи будут завинчены, выступающие над землей стволы свай подрезаются на одном уровне, а внутренняя полость бетонируется.

Среди винтовых свай для строительства фундаментов домов самыми востребованными являются сваи с диаметром ствола 108 мм (диаметр винтовой лопасти 300 мм), несущая способность которых составляет около 5 тонн. Практические испытания показывают, что правильно завинченная 108-я свая выдерживает до 10 тонн. Сама свая не разрушится и при большей нагрузке, а вот несущий слой, на который она опирается, уже не выдержит и начнет просаживаться. Помимо 108-х свай существуют и более мощные сваи со стволом 133 мм, диаметр винтовой лопасти которых составляет 400 мм, а несущая способность 7—10 тонн. Винтовые сваи еще больших диаметров обычно применяются при строительстве промышленных объектов, в частности, 219-я свая с диаметром лопасти 550 мм рассчитана на нагрузку более 30 тонн.

Таким образом, несущая способность современных свайно-винтовых фундаментов достаточна не только для строительства каркасных и деревянных, но и каменных домов. Весь вопрос только в диаметре свай и в их количестве. К слову, каменные дома из современных материалов весят практически столько же, сколько и деревянные дома. Чтобы убедиться в этом, достаточно вспомнить, что кубометр сосны равновесной влажности будет весить 600 кг, а кубометр газобетона марки D300 — всего 300 кг. Для наглядности скажем, что вес двухэтажного дома средних размеров составляет от 50 до 200 тонн (в зависимости от материала стен, перекрытий, отделки и т. д.).

От всех прочих видов свай винтовые отличаются еще и хорошей сопротивляемостью выдергивающим нагрузкам. Если для строительства фундамента дома это качество не очень актуально, то при использовании винтовых свай в качестве опор для заборов, фундаментов для террас и других сверхлегких конструкций данное качество имеет большое значение. Дело в том, что зимой ствол любой сваи вмерзает в грунт, и силами морозного пучения она вместе с грунтом может быть поднята на несколько сантиметров от своего изначального состояния. Величина сил морозного пучения в данном случае не такая значительная, как если бы они действовали на подошву сваи, но, тем не менее, саму сваю, вместе с легкой нагрузкой, они поднять способны. Поэтому свайные фундаменты запрещено оставлять на зиму в ненагруженном состоянии. Исключение составляют винтовые сваи, лопасть которых, будучи надежно завернутой в несущий слой, будет эффективно препятствовать выдергивающим нагрузкам.

Фундаменты на забивных сваях

Значительно меньшую долю на рынке загородного домостроения занимают железобетонные забивные сваи. Забивные сваи представляют собой железобетонные столбы квадратного или круглого сечения с заостренными концами. Сечения свай колеблются от 300 до 400 мм, а длина составляет 3—6 метров. Для забивания таких свай используются специальные сваебойные машины (молоты сваебойных машин бывают механические, паровоздушные, дизельные и вибромолоты). Железобетонные забивные сваи имеют высокую несущую способность из-за того, что нагрузка от дома передается на грунт не только посредством опорного давления, но и за счет трения боковой поверхности сваи об уплотненный в процессе забивания грунт. В зависимости от грунтов, несущая способность каждой забивной сваи составляет несколько десятков тонн. Для облегчения забивания свай предварительно может быть пробурена лидерная скважина несколько меньшего, чем свая, диаметра. Именно железобетонные забивные сваи преобладают при строительстве фундаментов городских многоэтажных домов. Использовать забивные сваи в загородном домостроении имеет смысл, если строится действительно тяжелый дом, со стенами из полнотелого кирпича и бетонными перекрытиями. К недостаткам забивных свай можно отнести высокий уровень шума и вибрацию грунта, которые сопровождают процесс забивания.

Буронабивные сваи

В отличие от винтовых и забивных свай, которые изготавливаются на специализированных производствах, буронабивные сваи делаются прямо на стройплощадке. Суть технологии изготовления сваи сводится к бурению в грунте скважины, в которую опускается металлический арматурный каркас и заливается бетон. Интерес фундамент на буронабивных сваях представляет в первую очередь тем, что может быть построен своими силами, а также возможностью подводить такие сваи под уже существующие фундаменты для их усиления. Различают несколько основных типов буронабивных свай, используемых в загородном домостроении: буронабивные сваи с обсадной трубой, буронабивные сваи без обсадной трубы и сваи ТИСЭ.

Буронабивные сваи с обсадной трубой используются при высоком уровне грунтовых вод, а также в грунтах с низкой структурной прочностью. Обсадная труба не дает стенкам скважины обрушиться и снижает объем грунтовых вод, поступающих в скважину. В случае обводнения скважины бетон подается по бетонолитной трубе в самый ее низ и, будучи более тяжелым, вытесняет воду из скважины.

Если стенки скважины не обсыпаются, а грунтовые воды ее не заполняют, то можно обойтись без обсадной трубы и заливать бетон прямо в скважину. Единственный нюанс заключается в формировании части сваи, выступающей над землей: для ее формирования потребуется временная опалубка.

Сваи ТИСЭ (Технология Индивидуального Строительства и Экология) отличаются расширенным основанием. Для бурения скважин под сваи ТИСЭ используется специальный бур с откидным плужком. Бурение скважины происходит в два этапа. Сначала бурится скважина ниже глубины промерзания, до несущего слоя, затем у бура откидывается плужок, который в несколько раз расширяет диаметр нижней части скважины. Далее процесс изготовления сваи не отличается от других типов буронабивных свай. Расширение в нижней части сваи позволяет увеличить несущую способность сваи без значительного увеличения объема затраченного бетона.

Свайный фундамент — не только сваи

Поскольку верхняя часть сваи представляет собой выступающий над землей столбик, строить на таких точечных опорах дом крайне затруднительно. Поэтому оголовки всех свай фундамента объединяются ростверком, который и служит основанием для стен и перекрытий дома. Ростверк может быть выполнен из бревна или бруса, металлического швеллера или железобетона. Деревянные и металлические ростверки делаются для каркасных или деревянных домов, а для каменных домов необходим железобетонный ростверк. В большинстве случаев ростверки делают висячими, то есть они находятся не ближе 15 см к поверхности земли, чтобы исключить вероятность отрыва ростверка от оголовков свай силами морозного пучения. Если грунты не пучинистые, то ростверк можно делать вровень с землей и даже заглубленным. Заглубленный ростверк позволяет строить дома с подвалами и цокольными этажами, что невозможно в случае с висячим ростверком.