Применение висячих свай

Одна из самых больших проблем, с которыми сталкиваются строители — это слабый грунт. На такой почве довольно трудно заложить надёжное основание даже для небольшого одноэтажного дома, не говоря уже о массивных многоэтажках. Наиболее эффективным выходом из данной ситуации является свайный фундамент. В зависимости от типа опирания на грунт, данная технология подразделяется на две разновидности: сваи стойки и висячие сваи.

Два вида свайной технологии

Каждый из двух подтипов свайной технологии имеет свои плюсы и свои недостатки. Общим для обоих методов является то, что и в том, и в другом случае постройка опирается своим весом на сваи, заглублённые в грунт. Однако, способы заглубления в обоих случаях абсолютно разные, как и принципы работы стоечной и висячей опорной конструкции.

Свая-стойка

Сваи стойки представляют собой опору, которая проходит сквозь слабые слои почвы и углубляется в твёрдый грунт. Степень заглубления в прочные слои зависит от массивности строящегося здания, и не должна быть меньше 0,5 м. Принцип действия опоры в данном случае такой: свая, подобно жёсткому стержню, воспринимает на себя вес постройки, и передаёт его плотным слоям почвы. В этом случае основную работу по перераспределению массы производит нижняя часть сваи, опирающаяся на прочный несжимаемый грунт.

Подобный метод отлично подходит для тех случаев, когда слабый слой почвы не слишком большой, и не превышает в глубину нескольких метров. При более глубоком залегании несжимаемых грунтов финансовые расходы на установку свай-стоек резко возрастают. Прежде всего, это связано с необходимостью соблюдать минимальное соотношение длины стойки и её сечения, для сохранения её жёсткости и прочности, что значительно увеличивает размеры каждой опоры.

Висячие сваи

Висячие сваи, в отличие от свай-стоек, «работают» по совершенно другому принципу. Опирание в данном случае происходит на слабый просадочный грунт, а не на прочные несжимаемые породы. Опоры находятся в полуподвешенном состоянии, но, тем не менее, способны нести на себе значительные нагрузки. Происходит это за счёт силы трения боковых поверхностей опор об окружающий её слабый грунт.

При этом до 70% всего веса постройки передаётся почве через боковые стенки сваи, в результате силы трения. И лишь около 30% – непосредственно через нижнюю торцевую часть. Для свай-стоек данная пропорция обратная: практически 90% нагрузки передаётся прочным породам через остриё опоры.

Виды опор

В качестве материала для свайных опор могут выступать дерево прочных пород (лиственница, дуб, сосна), металлические трубы, железобетонные конструкции. Согласно нормативам ГОСТ, все виды железобетонных опор, как стоечного, так и висячего типа, подразделяются на несколько классов, в зависимости от:

• Типа поперечного сечения.
• Способа внутреннего армирования.
• Типа конструкции.

В поперечном сечении они чаще всего имеют форму квадрата или круга, реже – прямоугольника или двутавра. Продольное сечение бывает прямоугольным, в виде призмы, ромба или трапеции. Могут быть цельнолитыми или пустотелыми, и выполняться как совсем без армирования, так и с продольным или продольно-поперечным способом установки арматуры. Железобетонная опора обычно исполняется в виде монолитного бетонного столба, но особо габаритные конструкции могут делаться составными, из нескольких стыкуемых друг с другом деталей. Такой метод используется при необходимости опускания сваи на значительную глубину, или при значительной массивности опоры – для удобства транспортировки и заглубления.

По типу заглубления висячие сваи могут быть:

• Забивными, когда заглубление в почву происходит механическим воздействием на верхнюю часть опоры – молотом-копром, вдавливающим или вибрационным механизмом.
• Буронабивными. В этом случае в почве бурятся отверстия необходимой глубины, которые заполняются бетонным раствором.
• Винтовыми. Подобные опоры снабжаются спиралевидными лепестками, и закручиваются при помощи специальных машин – сваекрутов.
• Буровыми – в грунте бурится скважина определённого диаметра, который не должен превышать размер сечения сваи. В данное отверстие заглубляется свая под действием собственного веса либо посредством воздействия на неё извне.

Область применения

Используется висячая технология при возведении зданий самой различной массы и этажности – от небольших малоэтажных строений, до больших заводских цехов и многоквартирных домов. Выбор висячего или стоечного фундамента производится ещё на стадии проектирования здания в зависимости от геологических условий и конструктивных особенностей постройки. Перед этим в обязательном порядке производятся предварительные геодезические исследования, цель которых – определение показателей плотности грунта и глубины залегания твёрдых пород.

Особое внимание следует уделить возможности подвижек слабой почвы в результате сезонных или тектонических воздействий – замерзания и таяния, землетрясений, селей и оползней. Данные характеристики могут стать противопоказаниями к использованию при строительстве висячей технологии.

Не рекомендуется использования висячих свай на грунтах, сложенных илистыми и болотными осадками, торфяниках, а также на искусственных насыпях. Категорически запрещается монтаж висячих фундаментов на слабых поверхностях, имеющих уклон к горизонту, из-за высокой вероятности оползней.

Инженерные расчёты

Технология висячего фундамента достаточно сложна, и требует произведения тщательных расчётов ещё на этапе планирования. Данные вычисления отличаются от расчётов для свай-стоек – в них учитывается гораздо больше прямых и косвенных значений и параметров. Связано это с ненадёжностью слабых просадочных грунтов, как несущей опоры.

Определить необходимую несущую способность фундамента можно по формуле, данной в разделе №2-02-03-85 СНиП. Инженерные расчёты достаточно сложны, и производить их следует специалистам, обладающим соответствующим образованием. Для точного вычисления понадобятся следующие параметры:

• Наружный периметр сечения сваи (u).
• Площадь нижнего торца опоры (A).
• Длина заглублённой части висячей опоры (H_i).

Также в формулу входит ряд табличных значений:

• Сопротивление грунта под нижней частью опоры (R).
• Сопротивление всех слоёв почвы, сквозь которые проходит свая (_Fi).
• Условный коэффициент работы конструкции под наконечником и на боковых поверхностях опоры. Зависит от способа заглубления и даны в соответствующих таблицах СНиП.

Рассчитывается нагрузка на сжатие каждой отельной опоры в соответствии со следующей формулой.

Это базовая формула для висячих опор, заглубляемых забивным методом. Имеется ещё одна формула, позволяющая рассчитать несущую способность сваи. Выполняется она на определение минимальной выдёргивающей нагрузки.

Параметры, используемые в данном случае аналогичны ранее приведённым, с той лишь разницей, что коэффициент условий работы имеет другое значение.

Недостатки технологии и способы их устранения

Главным недостатком висячего фундамента является его недостаточная несущая способность. Чтобы решить данную проблему и повысить надёжность конструкции, разработан целый ряд технологических методик.

1. Увеличение поперечного сечения и длины опоры. Это позволяет сделать силу трения, удерживающую сваю в подвешенном состоянии более существенной.
2. Использование «куста» из нескольких свай, забитых рядом друг с другом.
3. Расширение нижней части опоры в виде пяты, что позволяет распределить давление массы постройки на большую площадь.

Практическое применение перечисленных методик имеет неплохую отдачу, однако, далеко не во всех случаях. Увеличение сечения и длины сваи неизбежно ведёт к удорожанию сметной стоимости постройки. Более габаритную сваю также сложнее транспортировать до места строительства, а работа с ней более трудоёмка.

При работе на слабых грунтах любое увеличение массы конструкции ведёт к ещё большей осадке фундамента. Это касается методики «кустистых» свай, когда опоры заглубляются пачками по 2 – 4 штуки.

Как показали наблюдения, в данном случае технология хорошо работает, если расстояние между отдельными «кустами» не превышает их 3-х диаметров. В противном же случае усадка «кустов» из-за их большей массы аналогична усадке одиночной сваи, а иногда и превышает этот показатель.

В настоящее время ведётся разработка новых, более эффективных способов увеличения прочности висячих фундаментов:

1. Уплотнение грунта вокруг уже заглублённых опор. Достигается это при помощи бурения в межсвайных промежутках. При этом окружающий новую скважину грунт уплотняется, плотнее прилегая к уже имеющимся опорам. Для достижения большего эффекта рекомендуется производить бурение до глубины, превышающей нижний уровень заглубления фундамента на 1-2 м. В этом случае почва уплотняется и непосредственно под сваей, создавая опору для её острия. Чтобы закрепить достигнутый результат, в пробуренные скважины нагнетается быстротвердеющий цементный раствор.
2. Целенаправленная инъекция бетонных растворов под каждую из установленных ранее свай. Это позволяет создать вокруг каждой опоры, а также под ней, прочную армирующую подушку из бетона. Среди плюсов инъекторного метода – отсутствие необходимости в проведении сложных земельных работ, и возможность усиления фундамента спустя длительное время после постройки здания. Данный способ вполне возможно применять для усиления и ремонта прочих типов фундаментов – ленточных, столбчатых и плитных.

На видео показаны основные виды свайных фундаментов.

Из-за сложности расчётов и самой технологии метод висячих свай чаще всего применяется профессиональными строителями. В частной же застройке он мало востребован из-за своей трудоёмкости. Однако при необходимости данный способ возведения фундамента вполне может быть использован и при строительстве небольших зданий с малой массой: деревянных жилых домов, хозяйственных построек и т.д.