Свайно-ростверковый фундамент: плюсы и минусы технологии

Всем вспоминается свайный фундамент. Заданное число свай заглубляется в грунт на уровень несущего твердого слоя или ниже точек промерзания по периметру будущего здания. Но он в чистом виде редко применяется. В силу того, что нельзя перераспределить нагрузку дома между опорами. По этой причине их основное применение под бревенчатыми и брусовыми срубами, каркасными домами. Такие фундаменты очень дешевые, а нагрузка распределяется на опорном брусе обвязки самого дома. Но для классических конструкций этого мало. С ними сваи совмещаются плохо.

Конструктивный выход – это свайные фундаменты с ростверком. Здесь свайные опоры завязываются в общую конструкцию металлической или железобетонной лентой – ростверком. Такое конструктивное решение является единственно правильным.

В конструкции ростверк становится частью фундамента, объединяя свайные оголовки в единое целое, выполняет опорную роль для стен. Замкнутая конструкция ростверка принимает на себя и перераспределяет нагрузки, передает их опорам. Материал для его изготовления – металл, деревянный брус, бетон или железобетон. В свою очередь, бетонные или железобетонные ростверки бывают высокими или низкими.

Низкие ростверки на уровне земли обычно заливаются бетоном в опалубке. Высокие находятся выше уровня земли. Изготовить опалубку над землей труднее, поэтому чаще они изготавливаются из металла: швеллеры, балки, трубы с квадратным сечением. Для легких малоэтажных сооружений применяется каркас из деревянного бруса.

Работа ростверка

Нагрузки в разных частях дома неравномерные из-за его строения и внутреннего наполнения мебелью, архитектурными деталями и коммуникациями. Задача ростверка – принимать на себя эти разные нагрузки, равномерно их передавая опорам. Для свай это хорошо. Их возможная усадка от дома будет равномерной. Всем известно, что неравномерная усадка дома вызывает трещины в стенах или фундаментах. Ростверковая конструкция вносит стабильность в строение. Недостатком же такого фундамента станет то, что неизвестно поведение грунта под каждой опорой. Оно не может быть спрогнозировано, что не всегда нравится архитекторам. Потому что предусмотреть поведение при многолетней эксплуатации невозможно.

Такое устройство фундамента для непрогнозируемых движений грунта и является единственно возможным.

Свайный и ленточный фундамент

Когда говорилось о непредсказуемости, то это относится к высоким ростверкам.

А вот низко расположенный ростверк имеет свойства ленточного фундамента для грунта. Он намного более предсказуемый. Располагая его ниже уровня поверхности, горизонтальную ленточную обвязку отливают армированным бетоном. Его арматура связана с оголовками или арматурой самих опор. Здесь он выполняет лучшие функции мелкозаглубленного ленточного фундамента, изготовленного одним способом. А еще у него имеется жесткая связь с системой свай.

Устойчивость, надежность и предсказуемость его конструкции в такой ситуации многократно увеличиваются. Другие названия такого типа конструкции – ленточный фундамент или свайный ленточный. В этом случае получается почти идеальное сочетание положительных сторон свайных и ленточных фундаментов.

Работа нагрузок в такой системе распределяется следующим образом. Нагрузка дома передается на ленту. В ней продольная горизонтальная арматура перераспределяет нагрузки на всю площадь. Эти нагрузки передаются грунту, потому что лента опирается на него своим периметром. Часть нагрузки распределяется равномерно на отдельные опоры. Теперь, если какая-то свая или их группа будет вести себя отлично от других, это не будет так заметно. Здесь нагрузки и усадки равномерные. Они перераспределяются лентой и сваями.

Все достоинства комплекса свай и ленты проявляются в зимний период, когда грунт подвержен силам пучения.

Когда имеются пучинистые грунты, а заложение опор прошло ниже промерзающего уровня, то не будет неравномерной усадки или перекоса. Когда силы пучения пытаются сдвигать ленточную часть, как раз сваи вместе с оголовками удерживают ленту от таких сдвигов. Поэтому такой комплексный подход – идеальный для пучинистых почв. Он дороже чистого набора свай, но значительно дешевле ленточного фундамента, который надо строить на глубину ниже промерзания. А для северных районов это единственно верное применение.

Применение свайных ростверковых фундаментов показывает свою эффективность в таких условиях:

• Плавающий нестабильный грунт уходит на большие глубины. Такое бывает на торфяниках, карстовых и лессовых грунтах, плывунах. Сюда же относится наличие плодородных растительных почв глубиной залегания до 1,5 метра. В таких ситуациях доходить до твердых грунтов классическим фундаментом или нет возможности, или очень дорого. Сваи с расчетной глубиной – идеальное дополнение неглубокой ленте.
• Участки, имеющие большие перепады высот. Здесь выравнивать грунт будет стоить намного дороже, чем применить опоры с разной высотой и горизонтальной обвязкой на одном уровне.
• Когда высокий уровень грунтовых вод. Опоры обязательно заглубляются до твердого горизонта. Высота заложения ростверка зависит от глубины водяных слоев. Если они близко у поверхности, то применяют высокий ростверк. Когда воды глубже, ростверк можно опускать до контакта с почвой.
• Если в месте строительства жесткие грунты. Оправдано применение свайных решений, чтобы минимизировать или исключить большие объемы земляных работ. Лента здесь только связывает их, а применяется необязательно бетонная.
• Для каркасных домов ленточный фундамент – только лишние затраты. Сваи по проекту связаны ростверком.
• Для зданий с большой массой в сотни тонн глубокий ленточный фундамент – непозволительная роскошь. Оптимальное решение – рассчитать проект свайного ростверка.

Один из главных критериев применения свай в общей конструкции фундамента – его удешевление.

Но для них тяжелее учитывать и прогнозировать поведение грунта для каждой опоры. Поэтому для надежности коэффициент запаса прочности в свайной части принимают не привычный 1,2, а 1,4.

В комплексе с ростверками применяются все виды. Учитывается грунт и нагрузка. Исходя из этого, выбирается материал: бетон и металл, а для легких конструкций – дерево. Часто это комбинация материалов. Их сечение может быть круглым или квадратным. По способу их внедрения в грунт различается четыре вида:

• Забивные чаще железобетонные. Грунт не нужно вынимать или бурить. Они забиваются тяжелыми пневмо- или гидромолотами.
• Буронабивные. На проектную глубину бурятся скважины. В них, как опалубка, погружаются обсадные трубы из металла или бетона. Для малых объемов – асбестовые. В трубах устанавливается стальной каркас. Для большей прочности применяется арматура с предварительным натяжением. В опалубку из труб заливается бетон. Далее бетон и арматура свай перевязывается с арматурой и бетоном ленты. Образуется прочный монолитный каркас.
• Буровые из железобетона. Здесь применяются те же готовые железобетонные опоры, но они загружаются плотно в пробуренные скважины. Их добивают, но со значительно меньшим усилием, чем чисто забивные.
• Винтовые металлические решения. Их концевая часть имеет заострение и винтообразные лопасти для внедрения в грунт. Бурятся также специальной техникой. Но небольшие сваи до 2-3 метров могут буриться вручную в мягких грунтах (для ограниченных условий).

Для частного строительства малоэтажных классических домов часто применяют буронабивной тип с расчетом по проекту. Но для легких каркасных домов используют готовые винтовые опоры из металла.

Кроме различия по форме сечения, они отличаются по способам передачи нагрузки в грунт. По такому критерию различаются два типа:

• Висячего типа. У них большая боковая поверхность основную долю нагрузок (до 70%) передает в грунт на стороны. Эти конструкции рассчитаны на большее сцепление с грунтом. Их применение актуально, когда углубляться дальше невозможно, а несущая способность грунта невысокая для принятия нагрузки в нижней опорной точке.
• Стоевые или стойки. У них большая часть нагрузок распределяется на их концевую часть. Их боковые поверхности гладкие для минимального сцепления с грунтом. А концевая часть имеет расширение с большей площадью опоры. Такая пятка препятствует поднятию фундамента вверх силами пучения грунтов.

Привычное классическое расположение – с вертикальной опорой. Но на пересеченных местностях и наклонных участках необходимо учитывать направленные векторы воздействия грунта. Тогда применяются наклонно-заглубленные сваи. В зависимости от напряжений в одном месте могут забиваться до нескольких штук.

Еще одна особенность, когда сваи точечно располагаются в местах опоры колонн или стоек. Так часто строятся навесы, устраиваются кровли над открытой площадкой.

Но в частных малоэтажных домах сваи располагаются по конфигурации ленты по наружному периметру несущих стен и под линиями внутренних стен (перегородок). Главные точки там – углы и пересечения линий ленты. Ставят опоры в два-три ряда по ширине здания. При расстоянии между рядами больше 3 метров ставятся опоры в промежутках. В рядах интервал между ними по 2-3 метра.

Общее количество свай рассчитывается в зависимости от нагрузки и площади.

Как рассчитываются свайно-ростверковые фундаменты

Расчет этих фундаментов состоит из следующих шагов:

• Рассчитывают массу дома. В нее входит вес всех материалов и конструкций, его наполнение мебелью, коммуникациями и оборудованием (техникой).
• Определяется необходимая площадь опоры фундамента на грунт по формуле. Учитывается тип грунта, его сопротивление весу дома, а также коэффициент надежности до 1,4. Для свайных фундаментов он выше, чем для обычных.
• Определяется количество свай. Оно известно конструктивно по узлам опоры фундамента.
• Общую площадь сечения свай определяют, умножив их количество на площадь опоры пятки каждой.
• Сравниваются два результата. Площадь опоры свай должна быть больше. Если она меньше, то добавляется нужное число свай до целого числа для получения нужной площади опоры свай. При этом учитывается, что эту площадь легче достичь количеством свай, а не увеличением площади каждой отдельной.

Монтаж фундамента начинается, когда по проекту известны такие параметры:

• Количество и расположение свай
• Их тип и параметры: материал, высота, сечение, площадь опоры
• Тип ростверка, его конфигурация и высота

Далее монтируется фундамент.

Разметка

Снимается плодородный слой почвы. Площадка ровняется по плану участка, обозначаются границы дома. Выполняется разметка линий и точек пересечения ленты фундамента по чертежам проекта.

Для этого используются колья и натягиваются шнуры. Шнурами обозначаются наружные и внутренние границы стен. Фиксируют толщину стен для ширины ленты фундамента. Они могут быть равны, но чаще ширина фундамента шире по каждой стороне на 2-5 сантиметров.

Сверив длины стен, проверяются диагонали очерченных прямоугольников. Если их диагонали попарно равны, это значит, что каждый такой прямоугольник построен правильно, с углами по 90 градусов.

На общей разметке размечаются точки размещения свай по чертежам проекта.

Земляные работы. Монтаж свай

Объем земляных работ зависит от типа ростверка. Если он низкий и заглубленный, то сначала по плану роются траншеи под бетонную ленту. И уже в ней бурятся и забиваются (заливаются) сваи.

Когда ростверк по проекту высокий, по намеченным точкам начинается монтаж свай:

• Винтовые сваи вкручиваются в грунт специальной машиной, а малые – вручную. Это также зависит от типа грунта.
• Забивные сваи забиваются в грунт навесными пневматическими или гидравлическими молотами.
• Для буронабивных свай бурятся скважины (шурфы) нужного диаметра и нужной глубины. Внутрь помещаются обсадные трубы в качестве опалубки. Внутри размещается стальная арматура. Это вертикальные стержни с рассчитанным диаметром, перевязанные горизонтальными поперечными связями с расчетным шагом. Верх арматуры должен выступать на такую высоту, чтобы быть потом внутри ростверка (ленты) и быть связанным с его поперечной арматурой. Для надежного их соединения верхние части стержней загибают под 90 градусов на высоте, где планируются горизонтальные стержни арматуры ростверка. После этого опалубка каждой сваи заливается бетоном и уплотняется глубинными вибраторами. Дальнейшие работы проводятся, когда залитый бетон схватится и наберет проектную прочность.

При любом типе свай их оголовки или арматура рассчитываются для дальнейшей связки с ростверком. На этом монтаж свай закончен.

Монтаж ростверка

Любой ростверк должен быть строго горизонтальным.

Металлический тип просто приваривается к оголовкам любого типа свай и сваривается в общую горизонтальную конструкцию.

Если выполняется из бруса (редко на каркасных и деревянных домах), то крепится на винтовых сваях болтами и шпильками.

Заглубленный железобетонный ростверк заливается в опалубку, как обычный ленточный фундамент:

• Дно траншеи подсыпается щебнем фракции 20-50 на слой от 15 сантиметров и уплотняется вибрационными платформами. Для качественного уплотнения щебень подсыпается слоями по 5 сантиметров.
• На подсыпке из щебня монтируется опалубка с заданной шириной и высотой цоколя. Для опалубки используются готовые щиты из плит ДСП или сбитые из обрезной доски толщиной 30 миллиметров и скрепленные на брусе 40х40 миллиметров. Щиты опалубки укрепляются в траншеях и между собой так, чтобы бетон изнутри их не выдавил. Это приведет к перерасходу бетона и потере эстетичности наружной части цоколя. При этом нарушение геометрии придется исправлять во время отделки. А это затратный и трудоемкий процесс.
• Через тело опалубки устраиваются сквозные отверстия снаружи цоколя дома, внутрь него. В отверстия закладываются трубы. Они нужны потом для сквозного прохода в дом коммуникаций: труб и кабелей. Если потом для этого бурить и долбить бетон, его качество будет нарушаться и появятся дополнительные расходы.
• Связывается или сваривается каркас из ребристой периодической арматуры. Продольный прут обвязывается поперечными связями. Диаметр и число прутьев рассчитывается в проекте. Это также зависит от ширины и высоты ленты. Каркас ленты перевязывается с выпусками арматуры от свай. По нормам СНиП и ГОСТ в местах стыка стержней арматуры необходимо выполнять их в нахлест друг на друга от 40 сантиметров. Длина нахлеста зависит от диаметра арматуры. Все пересечения и нахлесты арматуры свариваются или связываются с помощью стальной вязальной проволоки. Перевязка – трудоемкий процесс. Выполняется приспособлениями вручную или с применением электрического инструмента. Он более дешевый. Дороже, но надежнее способ соединения электросваркой. Особенно это важно на больших объемах работ и ответственных объектах.
• Следующий этап – заливка бетона с маркой прочности и классом по проекту. Если опалубка из досок, лучше их застилать пленкой. Тогда влага и вода из бетона не просочится и не вытечет в щели между досками. Вода нужна самому бетону для набора прочности. Бетон заливается как вручную из бетономешалок, так и готовый из автомобильных миксеров.
• Ручная заливка дешевле. Но она оправдана при небольших объемах заливки. Когда на больших объемах ручной заливки допускаются разрывы по времени и слоями, это плохо сказывается на общей прочности фундамента.
• Идеальной является одномоментная заливка всего объема миксером. Тогда общее тело бетона будет монолитным и полностью соответствовать проектной прочности. При машинном замешивании бетон полностью однородный, в нем точно соблюдены пропорции компонентов.
• По мере заливки бетон постоянно уплотняется глубинными вибраторами.

Залитый в ленту ростверка бетон перед работами должен набрать проектную прочность. Длится это до 30 дней. Но первые легкие работы допускаются через неделю. До этого поверхность бетона накрывается пленкой для сохранения влажности и набора прочности. С этого времени уже можно снимать опалубку. Бетон должен набрать до 50% прочности. Но ее набор может затягиваться, если температура воздуха ниже 10 градусов тепла.

Когда температура воздуха около ноля и прогнозируется заморозок, то залитый бетон придется утеплять. А при морозах – подогревать. Если такого не сделать, то наружные поверхности бетона на несколько сантиметров внутрь промерзнут и после потепления отслоятся и рассыплются, а работа пойдет насмарку.

Работы с нагрузками на залитый фундамент можно начинать через две недели, но лучше через месяц.

Рекомендуемые статьи: