Главной частью любого здания – дома, сарая или даже забора, является фундамент. Воспринимая нагрузку от лежащих на нем конструкций, он передает ее на грунт. Но есть и еще одна функция, которую выполняет фундамент – защита сооружения от воздействия грунтовых вод. Из всех существующих видов, наилучшую защиту от этого фактора обеспечит свайно-винтовой фундамент.
Дом на сваях – зачем это нужно?
Индивидуальные застройщики все чаще реализуют проекты домов, спроектированных на фундаментах из свай. И этому есть объяснение:
- Иногда свайно-винтовой фундамент является единственно возможным решением, так как построить другую конструкцию невозможно по условиям строительства или цена ее оказывается неоправданно высокой.
- Если место будущего строительства подвержено частым подтоплениям вследствие паводков, здание, стоящее на сваях с высокими оголовками, будет более защищенным.
- На фундаменте из свай можно построить здание с неповторимым архитектурным обликом, особенно на неровном рельефе с уклонами и перепадами.
В последнее время винтовые сваи стали часто использовать для устройства ограждений.
Разновидности свайных фундаментов
Свайные фундаменты, если учитывать способ изготовления, можно разделить на три группы:
- забивные;
- буронабивные;
- винтовые.
Забивной
Забивные фундаменты возводят путем погружения в грунт готовых свай, обычно изготовленных из железобетона. Для лучшего погружения концы свай имеют обтекаемую форму, позволяющую снизить сопротивление грунта. Для погружения, как правило, используют специальное оборудование, машины и механизмы.
Забивные сваи используют, как правило, когда применение других конструкций невозможно. Это бывает необходимо, если под будущим зданием высоко расположены грунтовые воды, активно вымывается или выветривается грунт. Иногда такое решение оправдано, если на месте строительства присутствуют зыбучие грунты.
Применение таких свай должно быть обосновано, а возможность их использования подтверждена результатами проведенных геологических изысканий. Обычно забивные сваи погружаются в мягкий, податливый грунт до тех пор, пока они не упрутся в более твердый – скальный или обломочный, который расположен на некоторой глубине от поверхности.
Существует разновидность свайного фундамента, предполагающая использование висячих свай, которые не опираются на более твердый грунт. Такой фундамент удерживается на проектной высоте за счет силы трения, возникающей между боковой поверхностью сваи и грунтом. Она должна уравновешивать вес конструкций будущего здания. Количество свай принимается по расчету, учитывающему свойства грунта и размеры свай. Если невозможно погружение необходимого количества изделий из-за малой площади здания, сваи забивают одну за другой, пока погружение под действием ударов определенной силы не прекратиться. Такой способ называется погружением «до проектного отказа», другими словами, до тех пор, пока сила реакции грунта на удар не превысит величину будущей нагрузки, которую должна нести свая.
Фундаменты на таких сваях очень редко применяются для частного домостроения, так как цена на железобетонные изделия и стоимость эксплуатации оборудования для их погружения высоки. Учитывая то, что нагрузки на сваю от сравнительно небольшого сооружения будут невелики, такой тип фундамента окажется нерентабельным.
Буронабивной
Как видно уже из названия, такие фундаменты получают бурением вертикальных шурфов, в которые впоследствии заливают бетонную смесь. Существуют варианты армированных буронабивных свай. Глубина бурения зависит от уровня, на котором находятся грунты, способные нести нагрузку от будущего здания.
Во время бурения берут грунт из скважины на предмет пригодности его в качестве основания фундамента. Чтобы уменьшить глубину бурения и, соответственно, размеры сваи, в нижней точке ее, ниже уровня промерзания грунта, производят утолщение шурфа. Это обеспечивает большую площадь подошвы сваи и при одинаковой нагрузке она оказывает меньшее давление на грунт.
Свайно-винтовой фундамент
Свайно-винтовые конструкции сооружают, используя стальные изделия, погружаемые особым способом. Они полые внутри и имеют лопасти на нижнем, ввинчиваемом в грунт, конце. Чтобы погрузить их в грунт, применяют специальные инструменты или используют оборудование для погружения винтовых свай. Лопасти, направляющие сваю и облегчающие завинчивание, впоследствии опираются на грунт ниже уровня промерзания, обеспечивая способность сваи нести нагрузку.
Однако, даже после разрушения лопастей сваи должны обеспечивать прочность фундамента. Большинство заказчиков заблуждаются думая, что сваи держатся только за счет лопастей. На самом деле они должны «висеть» за счет трения боковой поверхности о грунт. А после разрушения металла нагрузку должен воспринимать бетонный сердечник.
Винтовые сваи выбирают с учетом веса, который свае предстоит нести, так как от этого зависит диаметр изделия. Величина нагрузки обуславливается назначением или конструктивными особенностями здания. Она рассчитывается еще на стадии проектирования.
Оголовки металлических свай после погружения объединяют в фундамент ростверком. На нем, изготовленном, как правило, из стального профиля, производится строительство стен дома.
Установка свайного фундамента возможна своими руками без использования дорогостоящих машин и оборудования. Благодаря этому, на рынке строительных материалов появилось много предложений о продаже винтовых свай. Все чаще фундаменты для дома изготавливают именно таким способом, поэтому технологию возведения фундамента под дом логично рассмотреть на примере устройства винтового.
Рассматривая решение о целесообразности возведения свайно-винтового фундамента, требуется рассмотреть все плюсы и минусы, неизменно сопутствующие такому строительству.
Преимущества
Несомненными достоинствами являются:
- быстрота возведения;
- низкая стоимость в сравнении с другими видами;
- возможность сооружения на участке местности, имеющем сложный рельеф;
- допустимость проведения работ в любое время года;
- отсутствие больших объемов земляных работ;
- возможность устройства фундамента своими руками.
Недостатки
Помимо перечисленных преимуществ, свайно-винтовые фундаменты не лишены и недостатков:
- подверженность металла коррозии уменьшает срок службы фундамента, а качественно выполненная противокоррозионная обработка увеличивает его стоимость;
- при завинчивании винтовых свай своими руками монтаж их затруднен, так как очень трудно одновременно крутить ворот и контролировать вертикальность погружения;
- применение ворота для погружения невозможно, если рядом с будущим фундаментом расположено существующее здание, поэтому без специального оборудования в ограниченном пространстве работы производить невозможно;
- рассматриваемый вид фундамента невозможно построить на скальных грунтах, а строительство на вечномерзлых будет значительно затруднено;
- винтовые сваи необходимо с осторожностью применять там, где когда-то были расположены старые, а теперь несуществующие, здания или сооружения, потому что остатки прежнего фундамента могут осложнить работу;
- увеличивающийся спрос на винтовые фундаменты и кажущаяся легкость изготовления свай, привели к появлению огромного количества изделий низкого качества на рынке строительных материалов.
Подготовка к монтажу
Планируя возведение фундамента из винтовых свай, нужно обязательно произвести его расчет с целью определить необходимое количество изделий и их размер. После этого нужно приобрести сваи, а также подготовить необходимый для работы инструмент и сопутствующие материалы. В качестве таких дополнительных материалов, могут потребоваться песок, щебень, арматура. Кроме этого, необходимо выбрать подходящий способ обработки металлических изделий от воздействия грунтовых вод и атмосферных осадков.
Расчет
Чтобы определить количество свай, необходимое для фундамента, нужно учитывать свойства грунта, в котором они будут находиться, удерживая будущее здание. Диаметр свай выбирается в зависимости от назначения здания.
Свойства грунта, определяющие несущую способность, зависят от его вида и определяется пробным бурением и отбором проб на разных уровнях. Все пробы испытываются в лабораторных условиях. Метод дает очень точные сведения, но при индивидуальном строительстве расходы на такие исследования будут неоправданно высокими.
На практике целесообразнее произвести пробное вкручивание одной, заранее приобретенной сваи. При этом можно с достаточно высокой точностью определить глубину расположения глинистого пласта в грунте, который и будет держать фундамент. Принцип метода заключается в том, что занимая относительно небольшую площадь, на которой обычно находится частный дом, пласты грунта находятся практически на одной глубине. По экспериментально полученным данным можно определить требуемую длину свай.
Несущая способность, как и прочность самой сваи, зависит от ее диаметра. Определить его можно, зная назначение сооружения, если воспользоваться таблицей:
|
Назначение здания или сооружения |
Требуемый диаметр винтовой сваи | Допустимая нагрузка на сваю |
| легкий забор по металлическим столбам из досок, штакетника, сетки. | 57 мм | До 1,5 тонн |
| тяжелый забор по каменным или кирпичным столбам из профилированного стального листа, металлического штакетника;
лёгкие сооружения – беседки, террасы, навесы. |
76 мм | 1,5-3,0 тонны |
| вспомогательные постройки – сараи, дровяники, бани, сооружения для содержания животных. | 89 мм | 3,0-5,0 тонн |
| жилые дома из дерева – каркасные, рубленные или щитовые. | 108 мм | 5,0-7,0 тонн |
Нагрузка на свайно-винтовой фундамент
Нагрузку, приходящуюся на свайно-винтовой фундамент здания, определяют суммированием всех составляющих – веса конструкций, из которых будет построено сооружение, полезной (функциональной) нагрузки и массы снега, который будет лежать на крыше зимой.
При строительстве частного дома своими руками, вес строительных конструкций можно принять в соответствии с данными, приведенными в таблице:
| Стены деревянные каркасные с утеплением, толщиной 150 мм | 30-50 кг/кв. м |
| Перегородки из гипсокартона или вагонки толщиной 80 мм без шумоизоляции | 27,2 кг/кв. м |
| Перегородки из гипсокартона или вагонки толщиной 80 мм с шумоизоляцией | 33,4 кг/кв. м |
| Деревянное перекрытие по балкам высотой до 200 мм с утеплителем | 100-150 кг/кв. м |
| Кровля с покрытием из металлочерепицы | 40-60 кг/кв. м |
| Кровля с покрытием из керамической черепицы | 80-120 кг/кв. м |
| Кровля с покрытием из битумной (гибкой) черепицы | 50-70 кг/кв. м |
| Собственный вес фундамента (одной сваи) | |
| ø108 мм длиной 1,65 м | 22 кг |
| ø108 мм длиной 9 м | 95 кг |
| ø89 мм длинной 1,65 м | 14 кг |
| ø89 мм длинной 9 м | 60 кг |
Вес полезной нагрузки в частных домах принимается равным 150 кг на кв. м перекрытия. При этом учитывается площадь всех помещений – жилых и технических, в том числе и в мансарде, а также площадь веранд, террас, лоджий, балконов. Количество этажей также должно быть учтено при расчете.
Размер снеговой нагрузки определяется по нормативам, установленным в своде правил СП 20.13330.2011, СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия». Нормы приведены для каждого из районов, на которые условно разделена территория РФ. Например, в Ленинградской области норма снеговой нагрузки равна 180 кг/кв. м. При расчете учитывается вся площадь горизонтальной проекции кровли, включая свесы, выступающие за линию стен.
Определив максимальную нагрузку на свайно-винтовой фундамент, можно вычислить необходимое количество и диаметр свай. Например, для жилого дома весом 100 тонн, необходимо не меньше 20 свай диаметром 108 мм, а для бани, вес которой равен 20 тонн, достаточно 6-8 свай диаметром 89 мм.
Выбор комплектующих
Материалы и изделия, из которых состоит свайно-винтовой фундамент, должны быть изготовлены в соответствии с нормами, оговоренными ГОСТ. При этом размеры их должны быть строго нормированы.
Виды наконечников
Все винтовые сваи подразделяются на два вида – с наваренными, или с литыми лопастями. Первые менее предпочтительны для строительства свайного фундамента. И причин для этого несколько:
- При сварке материал сваи нагревается и изменяет свои свойства. При этом прочность металла может оставаться удовлетворительной, а вот сопротивляемость коррозии значительно снизится.
- Металл, применяемый для изготовления лопасти, имеет толщину всего 5 мм. Такие элементы могут сминаться при закручивании сваи, если на пути попадаются крупные камни или корни больших деревьев. После деформирования лопасти, сваи очень трудно погружать, одновременно удерживая вертикальность.
- Если шов выполнен некачественно, он разрушится при погружении, и лопасть оторвется от сваи. Тогда станет невозможно ее вкрутить. А если лопасть оторвется уже во время эксплуатации здания, свая просядет и повлечет за собой часть фундамента, а от этого может разрушиться и сооружение.
Изделия с наваренными наконечниками можно использовать для строительства фундаментов неответственных сооружений – навесов, ограждений, беседок. При сооружении домов или капитальных построек надежнее использовать сваи с литыми наконечниками. Толщина металла лопастей у таких свай составляет 13 мм.
Выбор комплектующих
Толщина металла для изготовления свай может варьироваться. Тонкостенные изделия изготавливаются из стали толщиной до 3,5 мм. При размерах от 3,5 до 6,0 мм сваи называются изделиями средней толщины. А если стенки имеют толщину более 6,0 мм, сваи называются толстостенными.
При строительстве частных домов, когда свайно-винтовой фундамент изготавливается своими руками, целесообразно применять однолопастные сваи, иначе потребуется гораздо большее усилие для закручивания, и тогда без специальных механизмов не обойтись.
Выбирая изделия для свайного фундамента, обязательно нужно учесть способ и качество обработки свай. Защитные покрытия, наносимые механическим способом, годятся только, если использовать сваи на мягких основаниях. В твердых грунтах, имеющих вкрапления камней, такие покрытия могут стираться при завинчивании, поэтому необходимо применять изделия, защищенные более совершенным способом, например электрохимическим.
Несомненно, выбирая материалы, нужно учитывать и цену. Однако для качественных изделий она не должна сильно различаться. Неоправданно заниженная цена свидетельствует о неудовлетворительном качестве продукции. В настоящее время свая диаметром 57 мм и длиной 1500 мм стоит примерно 900-1000 рублей, а сваи диаметром 108 мм длиной 6000 мм – около 3800-4000 рублей.
Необходимый инструмент
Собираясь монтировать свайно-винтовой фундамент своими руками, нужно заранее подготовить необходимый инструмент:
- лопаты (штыковая и совковая);
- специальный ворот для завинчивания (его обычно приобретают вместе со сваями);
- инструмент для резки и сварки металла – болгарку, сварочный аппарат;
- погружной уплотнитель для бетона;
- молоток;
- рулетка;
- отвес;
- гидравлический уровень.
Для того, чтобы защитить оголовок готового фундамента от воздействия атмосферных осадков, потребуется наносить специальные составы. При этом могут понадобиться кисти.
Порядок монтажа
Процесс монтажа фундамента из свай можно условно разделить на несколько последовательных этапов. Четкое выполнение всех действий на каждом из них будет способствовать тому, что на последующих этапах не возникнет внезапных затруднений. Выполняя пошагово все действия, можно смонтировать прочный и надежный свайно-винтовой фундамент своими руками, не привлекая подрядчиков.
Подготовка поверхности
Установка фундамента из винтовых свай начинается с разбивки осей будущего здания и разметки на поверхности грунта точек, где и будет производиться погружение изделий. Размечая свайное поле, нужно учитывать расположение свай под углами зданий, а также в местах, где будут пересекаться стены или перегородки. Оставшееся количество свай необходимо равномерно распределить по осям наружных и несущих стен. Если площади будущих помещений настолько велики, что из-за большого пролета невозможно устроить жесткие, не прогибающиеся перекрытия, нужно предусмотреть установку опор и в некоторых местах под балки перекрытия.
Если поверхность грунта неровная, да еще и со сложным профилем, необходимо обязательно применять отвес, чтобы на поверхности получить точную горизонтальную проекцию здания.
Объем земляных работ при возведении свайного фундамента обычно невелик. Выбранный при погружении грунт можно просто разровнять совковой лопатой. В случае сооружения подвала под домом, грунт необходимо извлечь заранее, до установки свай. Этот грунт можно использовать для выравнивания рельефа или для создания уклона, направленного от здания.
Установка
В местах установки свай штыковой лопатой производятся небольшие углубления – лунки, для более точного расположения. В каждое из подготовленных мест последовательно вставляют и вкручивают сваи. Вворачивание производится специальным воротом. Наиболее точный и быстрый результат будет получен, если в процессе участвуют три работника. При этом двое вращают ворот, а третий контролирует вертикальность сваи при помощи отвеса.
Контролировать вертикальность при погружении очень важно, так как в случае наклонного погружения, оголовок сваи, находящийся довольно высоко над грунтом, может значительно сместиться от оси стены.
Когда заданная глубина достигнута, вращение сваи прекращается. Когда все сваи установлены, на оголовках необходимо наметить мелом положение ростверка. Чтобы все отметки находились строго на одном уровне, необходимо воспользоваться гидроуровнем.
Обрезка и бетонирование
Обрезать сваи по меткам можно, используя «болгарку» − угловую шлифмашину, или сварочный аппарат. После того, как надземные части свай обрезаны, внутрь труб необходимо залить бетонную смесь, которую нужно обязательно утрамбовать глубинным уплотнителем. Это придаст фундаменту дополнительную прочность и долговечность. Даже если со временем металл оголовков свай разрушится на воздухе от коррозии, «сердечник» из бетона еще долго прослужит.
В процессе бетонирования внутрь каждой трубы можно погрузить 3-4 арматурных стержня. Это еще более упрочнит сваю и продлит ее срок службы.
Как приготовить бетон для заполнения сваи, читайте в статье
«Как сделать бетон своими руками»
Обустройство ростверка
Ростверк призван связать все сваи в единую прочную и жесткую конструкцию. Изготавливается он из металлопроката, чаще из швеллера. Балка укладывается на оголовки и приваривается к ним. При этом дожидаться, пока затвердеет бетон в сваях, необязательно, так как нагрузку воспримут трубы. На плане будущего здания ростверк должен располагаться по осям несущих стен, перегородок первого этажа, а также под нагруженными стойками каркаса.
Защита конструкции
Для защиты надземной части фундамента от воздействия атмосферной влаги, осадков, можно покрыть ее каким-либо защитным составом. Перед окраской металл необходимо очистить от ржавчины, если она успела проступить, и загрунтовать. Существуют составы, которые могут наносится и прямо на ржавжину.
Экономическая выгода самостоятельной постройки
Обладая знаниями в области строительства, а также опытом практической деятельности, можно построить свайный фундамент, не прибегая к услугам сторонних организаций. При этом навыки будут совершенствоваться в процессе производства работ. Изготовление фундамента своими руками позволит снизить его стоимость, так как специализирующиеся на строительстве домов и предлагающие свои услуги организации, часто завышают почти в полтора раза цену материалов и закладывают в смету дополнительные расходы, порой составляющие до 100% от этой цены. Нетрудно рассчитать будущую стоимость – она в 2-3 раза превысит затраты на самостоятельное возведение фундамента.
В связи с разработкой и внедрением новейших приемов и технологий, которые позволяют строить частные дома быстро и недорого, все более широкое применение находят и здания на свайных фундаментах. Из-за высокой скорости возведения и относительно небольшой стоимости, они становятся все более востребованы заказчиками. А прочность и надежность таких фундаментов вполне достаточна даже для строительства высоких, в несколько этажей, домов.
