Сваи железобетонные

Строительство деревянного дома из бревна, на участках с неустойчивым грунтом требует внимательного подхода и технологичных решений. Ленточный фундамент с мелким или глубоким заложением не выдерживает нагрузок, что приводит к появлению трещин в несущих стенах и к их разрушению. Решить проблему помогают железобетонные сваи. Перед применением важно ознакомиться с Государственным стандартом для их производства, а также с видами свай.

Сваи железобетонные. Технические условия- Гост

По Государственным стандартам работают предприятия с объемом выпускаемой продукции от трехсот единиц в сутки. При меньших объемах опор разрабатываются технические условия. Это объясняется расходами на материал, электроэнергию и обслуживание оборудования. Поэтому согласно стандарту железобетонная свая – изделие из бетона и металлического каркаса. Используется тяжелый или мелкозернистый бетон. Опора погружается в грунт на глубину, соответствующую своей высоте, и выполняет роль удерживающего элемента для здания или площадки.

Железобетонные сваи отличаются по:

• длине;
• конструкции;
• способу установки;
• наличию полости.

Перед транспортировкой для хранения на опоры наносится маркировка, расшифровка которой, указывает на параметры сваи. Логистические операции регламентируются стандартом 13015. ЖБ сваи изготавливаются по чертежам, хранящимся в документе 19804, принятый в 2012 году. Заводские изделия должны соответствовать требованиям по:

• морозостойкости;
• прочности;
• марка стали.

По документам прочность бетона на сжатие для свай – не ниже В15. Это касается ситуаций, когда сваи применяются на песчаных и болотистых грунтах. При погружении опор в скальный или каменистый грунт прочность повышается до В25. Бетон под сваи наполняется гравием, щебнем или камнем без дробления. Стальные прутья, используемые в качестве каркаса, могут быть напряженными и без напряжения. Характеристика влияет на прочность каркаса и на форму сваи. Тестовые образцы опор проходят испытания на соответствие перечисленных характеристикам, испытания периодичны и срок задается стандартом 13015.

Виды железобетонных свай и их маркировка

Монолитные

Использование монолитных свай распространено в частном строительстве. Опора представляет собой модуль, который заливается в подготовленную под нее лунку. Закладка производится на глубину, которая проходит зону промерзания грунта или до достижения прочных слоев грунта. Стенки лунки оборачиваются гидроизоляцией, которая уменьшает количество влаги, попадающей к свае. Делается это для продления срока службы опоры и фундамента. По капиллярам бетона влага поднимается к строению, разрушая материалы.

В нижней части монолитной сваи делается расширение, называемое пяткой. Элемент распределяет нагрузку на площадь опоры для сваи. Дно отверстия трамбуется, чтобы под весом здания фундамент не потерял геометрию. Выполняется подсыпка из щебня и песка. В отверстие опускается металлический каркас опоры, связанный проволокой. Сварка перемычек допускается для арматуры, которая не послабляется в местах сварного шва. Часть прутьев выходит за пределы лунки на высоту фундамента. Делается это для переплетения с ростверком. Каркас приподнимается от дна на подставки, чтобы металл не соприкасался с грунтом.

Бетон, наполненный щебнем с цементом марки М400, заливается в лунку. Уровень заполнения – края лунки или опалубки, смонтированной сверху. Для удаления пузырьков воздуха и заполнения пустот опоры применяется глубинный вибратор. При его использовании бетон усаживается и требуется доливка. После набора прочности на монолитные сваи устанавливается опалубка. В нее укладывается металлический каркас, переплетаемый с прутьями свай. И выполняется заливка бетонной ленты.

Пустотелые

Пустотелая свая представляет собой железобетонное изделие, часть объема которого не заполнена. Благодаря такому решению вес опоры снижается вдвое, что упрощает транспортировку, а также монтаж модуля. При квадратном сечении изделия размер стороны 25 см. Чтобы опора выдерживала нагрузку, толщина стенки делается в 7 см. Такой слой бетона покрывает металлический каркас, оберегая его от влаги. Элементы круглого сечения изготавливаются с внешним диаметром до 60 см. Для поддержания устойчивости толщина стенки увеличивается до 8 см.

Пустотелые опоры изготавливаются с длиной до 6 метров. Они используются самостоятельно или как наборная конструкция. Соединяются секции болтами или сваркой. Последний способ подходит для ненапряженной арматуры. После сварки на стык опор устанавливается опалубка и выполняется омоноличивание для защиты металла и прочности стойки. Нижняя часть колонны остается открытой или закрывается. Форма закрытой части определяется проходимостью грунта. При мягких слоях делается тупой торец. Для твердых слоев требуется острый наконечник для лучшего погружения. Небольшое отверстие может быть оставлено для устройства подмыва, размягчающего землю.

Полые сваи используются в качестве мостовых опор. Их конструкция винтовая, что снижает затраты на оборудование для погружения. Такие же опоры применяются при закладке фундамента для зданий рядом с уже существующими.

Набивные

Набивные или буронабивные опоры схожи по конструкции с монолитными, но используются в промышленном секторе. Закладка в грунт производится после бурения скважины под диаметр опоры. Для укрепления стенок лунки и гидроизоляции под землю нагнетается раствор глины. Излишек раствора удаляется из скважины и выполняется закладка каркаса. Вторым методом установки опор является подача раствора после бурения. Далее под давлением в толщу опускается каркас.

Диаметр опоры подбирается под строение. Максимальное его значение – 1,7 м. Это требуется для многоэтажных торговых и жилых комплексов. Нижняя часть расширяется до 3,5 метров. Нормальная длина для буронабивной опоры – 10 метров. При меньших размерах использование нерентабельно. Глинистые грунты и пласты с твердыми включениями требуют предварительной проходки перед закладкой свай, поэтому буронабивные изделия подходят для этих целей лучше других. Для установки подобных изделий требуется меньше пространства, чем для забивных.

Применение на глинистых грунтах, если водные источники находятся ниже глубины закладки опор, не выполняется обработка стенок жидким составом для гидроизоляции. На водонасыщенных участках обработка поверхности глиной не даст результатом, т. к. она будет смыта подводным течением. В этом случае применяется обсадка металлическими трубами. После бурения вставляется гильза, в которую и осуществляется заливка. Подобная обсадка используется на скалистых грунтах, где уменьшена компенсация динамических нагрузок. При отсутствии металлической трубы на свае могут пойти трещины, снижающие прочность опоры.

Буронабивные сваи необходимы на участках с подземными коммуникациями, т. к. при проходке они не разрушаются. При работе техники шумовое загрязнение, меньше, чем у забивных молотов, поэтому работы проводятся в спальных районах. Срок службы сваи – 100 лет. Недостатком буронабивных опор является применение ручного труда, что замедляет работу. Однотипные сваи могут обладать различной несущей способностью, поэтому расчеты ведутся с запасом. Это исключает разрушения строения от неравномерной статической нагрузки. Буронабивные сваи усложняют обустройство подвальных помещений.

Сваи-столбы

Эти опоры схожи с круглыми сваями, но не имеют полости. Представляют собой монолитный железобетонный цилиндр с сечением в 80 см. Установка сваи производится после бурения скважины с диаметром в 1 метр. Положение опоры в грунте закрепляется заливкой бетонного раствора в пространство между стенками сваи и скважины.

Используются сваи как опоры для мостов и зданий в грунтах с вечной мерзлотой. Опоры подходят для плотных песчаных или галечниковых почв. При пучении грунта в зимний период силы не выталкивают сваи на поверхность, т. к. усилие равномерно распределяется по их поверхностям.

Шпунтовые сваи

Свая – опорная стойка, на которой возводится фундамент. Шпунтовые сваи – защитные модули, используемые при строительстве на участках, где у поверхности находятся грунтовые воды или поблизости водоем. Опоры вбиваются по периметру котлована, предотвращая проникновение влаги. Материал для шпунтовых опор:

• ПВХ;
• металл;
• дерево;
• композит;
• железобетон.

Древесина используется реже из-за непродолжительной службы и невозможности удаления смонтированных опор, что исключает повторное применение. Ограда из свай похожа на частокол, забитый впритык. Железобетонные элементы по краям оснащены замками для объединения в монолитную стену. Задействуются на промышленных объектах, где это оправдано экономически. Доставка и установка опор требует техники, расходующей бюджет. Железобетонные опоры, как и деревянные, используются единожды.

Полиуретановые смолы и полимерные добавки – основа композитных шпунтовых опор. Вещества противостоят коррозионному воздействию жидкости и биологическому от бактерий в грунте, поэтому срок службы превышает сто лет. Вес композитных опор в пять раз меньше, чем у железобетонной. Несущая способность сопоставима с металлическими аналогами. Схожими характеристиками обладают опоры из ПВХ, уступая в устойчивости к низким температурам и вибрациям. Вкапывание композитных опор производится вибропогружением. Предварительный размыв грунтовых слоев повышает скорость работ. Ударная техника не применяется, т. к. деформирует стенку сваи.

Металлические шпунтовые опоры используются многократно, если стенка сохраняет целостность. Вес панелей меньше, чем железобетонных, а прочность выше деревянных. Вид профиля подбирается под объект для устойчивости к давлению грунта. Металлические опоры устойчивы к ударным и вибрационным воздействиям. Температура в -80 градусов не разрушает сваи, но они боятся коррозии. Замки металлических опор при установке обрабатываются герметиком, что блокирует капельное проникновение жидкости.

Составные сваи

Длина сваи ограничена из-за техники, которая устанавливает опоры. При необходимости выхода за стандартные показатели в 6 метров используются составные опоры. Они представляют собой железобетонные модули с замком. Соединение выполняется:

• сварочным швом;
• болтами;
• откидным замком;
• штифтом.

Опора укрепляется продольным и поперечным каркасом. Для первого используется арматура с диаметром до 2 см класса А3, А2. Для второго – сетка с диаметром прута в 5 мм класса В1. Каркас заливается тяжелым бетоном марки от М200. Каркас сваи предварительно нагружается гидравлическим домкратом, если опора предназначается для построек с динамической нагрузкой. Составные сваи могут быть монолитными или полыми. По способу монтажа: винтовые и забивные.

Сваи забивные железобетонные

Забивные железобетонные сваи не требуют подготовки места для установки, как для буронабивных опор. Они усаживаются гидравлическим или механическим молотом.

Сваи квадратного сечения

Опоры квадратного сечения обозначаются буквой «С». В теле сваи нет полостей, поэтому ее длина достигает 20 метров. Это требуется на площадках с мягкими грунтами, где твердый пласт находится глубоко. Забивные опоры производятся наборными, что позволяет увеличить длину до 28 метров. Размер стороны квадратной сваи от 20 до 40 см. Бетон для сваи заливается на предварительно напряженный или обычный каркас.

Сваи квадратного сечения с круглой полостью

Конструкцию квадратных монолитных забивных свай облегчают полостью в стержне. Маркируется такая опора сочетанием «СП». Если при изготовлении используется каркас из напрягаемой арматуры, то к маркировке добавляется «Н». Максимальная длина одного модуля – 12 метров. Опоры до пяти метров при установке поднимаются боковыми захватами, поэтому производятся без петель. При изготовлении стоек до семи метров длиной не устанавливаются штыри для строп. Последние размещаются возле петель. Устойчивость опоре обеспечивает тяжелый бетон марки М300. Фракция для заполнителя из природного камня – не больше 2 см.

Схема армирования для пустотелых опор показана на иллюстрации выше. Поперечные элементы – проволока с сечением в 5 мм. Она привязывается к вертикальным прутам вязальной проволокой. Фиксация делается на каждом четвертом пересечении для равномерности спирали. Шаг витков на первых и последних 40 см – 5 см. Средняя часть опоры имеет большее расстояние между витками: для опор до 12 метров – 20 см; для опор до 6 метров – 30 см.

Напряжение арматуры выполняется механическим или электротермическим способом. В первом случае применяются устройства растяжения без нагрева. Перед электротермическим напряжением требуется контрольное испытание предела напряжения после нагрева. После заливки бетона в напряженный каркас опоры арматура обрезается заподлицо. Передаточная прочность бетона при обрезке – не ниже 200 кгс/см2.

После набора прочности бетоном, опора проверяется на дефекты. Для этого свая укладывается на два столба. После десяти минут осматривается верхняя грань. Допускается появление трещин на сваях с ненапряженной арматуры. Размер раскрытия – не больше 0,2 мм. На опорах с напрягаемым каркасом повреждений не должно быть.

Сваи круглого сечения и сваи-оболочки

Круглые сваи выпускаются с полостью в стержне. Обозначаются опоры «СК». Заводы, работающие по государственному стандарту, производят опоры с диаметром от 40 до 80 см. Круглые сваи являются самостоятельными опорными элементами и используются в тех же областях, что и квадратные железобетонные опоры. Оболочки – изделия из железобетона с сечением до 1,6 метра. Внутри также имеется полость для заполнения бетоном. Цель свай-оболочек – удержание массы бетона с металлическим каркасом в качестве опалубки, обозначаются «СО». В усиленных опорах добавляется «У» к маркировке.

Как и пустотелые опоры, круглые и сваи-оболочки имеют открытый или закрытый нижний конец. Для секционных модулей на торцы устанавливаются замковые элементы. Фракция щебня из натурального камня, применяемого для заполнения бетона, – 1-2 см. Пространственные каркасы опор заливаются слоем бетона, покрывающим его с каждой стороны на 2 см, чтобы исключить попадание влаги. Для армирования применяется горячекатанные пруты стали класс А3 или Ат3. Спиральная часть изготавливается из проволоки В1 или Вр1. Наконечники и замковые модули опоры собираются из листовой стали толщиной 1 мм.

При производстве круглых опор и оболочек разрешается сваривать спираль с продольными прутьями. Навивка выполняется на станках. На первых 50 см спираль фиксируется на каждом третьем пересечении. После 50 см – на каждом пересечении.

Сваи-колонны

Свая-колонна представляет собой монолитную опору квадратного сечения. От обычных квадратных свай она отличается консолями. Это небольшие выступы с двух или четырех сторон элемента, на которые опираются кровельные или фундаментные балки. Размер стороны опоры – 20 или 30 см. Применяются для сельскохозяйственных строений в один этаж.

Каркасные строения из свай-колонн выдерживают сейсмическую активность до 7 баллов. Опоры погружаются в грунт на глубину от 2 до 5 метров. Не используются на пучинистых грунтах, насыпях из осадочных пород и на участках с кастровыми явлениями. В этих случаях свая не обеспечит требуемой несущей способности в грунте.

На слабых грунтах цокольные балки опираются на консоли. В этом случае разрешается их погружение на 80 см для распределения нагрузки на грунт и опоры. Консоль размещается под растительным или насыпным слоем, чтобы не происходило смещение опор. Производство железобетонных модулей в заводских условиях показано ниже.

Оборудование для погружения ЖБ свай

Оборудование для забивки свай в грунт делится на навесное и базовое. Первый вариант используется как дополнение к подъемным кранам или схожей технике. Второй вариант – самостоятельные агрегаты.

Сваебойные машины

Сваебойная машина – техника, оборудованная гусеничным или колесным приводом. Перемещается по территории строительства с тягачом или без него. На базу смонтировано забивное устройство, состоящее из стрелы и мачты. Машина размещает сваю в вертикальном положении, поднимая ее. Ударный модуль может быть:

• дизельным;
• пневматическим;
• гидравлическим.

Он используется для разгона молота перед ударом по свае. В дизельном варианте ускорение придают выхлопные газы, образующиеся после взрыва топлива. Пневматический ускоритель нагнетает воздух в ресиверы и подает его потоком на молот. Гидравлический модуль работает от насосов, перекачивающих масло.

Строительные компании применяют для монтажа свай такие машины:

• СП-49;
• Junttan PM-20;
• УСА;
• БМ-811

СП-49 собирается на гусеничной платформе от трактора Т170, который отличается проходимостью по мягким грунтам. Работает со сваями длиной до 12 метров и 5 тонн. Junttan PM-20 за смену обрабатывает до шестидесяти опор. Поднимаемый вес – 3 тонны, длина сваи – до 14 метров. УСА построен на колесной базе, поэтому не требует прицепов для доставки на участок. Монтирует сваи до трех тонн и 12 метров. БМ-811 – универсальный аппарат, монтирующий сваи методом бурения и забивки.

Ударные молоты

Ударный молот – навесное или стационарное оборудование. Принцип его работы такой же, как и у сваебойной машины. Навеска делится на три группы:

• легкие;
• средние;
• тяжелые.

Первая группа имеет вес ударной части в 1250 кг. Используется для установки железобетонных опор до трех тонн. Поддерживаются металлические шпунтовые сваи. Вторая группа – вес до 2500 кг, третья – свыше 2500 кг. Молот размещается в трубчатых или штанговых держателях. Первый представляет собой металлическую трубу, внутри которой находится отбойник. Последний не сходит со своей траектории, т. к. направляется трубой. Штанговый держатель представляет собой два металлических стержня, которые расположены по сторонам от молота. Они выступают направляющими, удерживая его на петлях, благодаря которым и смещается отбойник. Штанговые опоры нуждаются в охлаждении, а трубчатые способны работать в течение суток.

Копровые мачты

Копровые мачты представляют собой металлические стойки, на которые устанавливается навесное оборудование. Мачта также является навесным оборудованием и крепится к экскаваторам или подъемным кранам. По рельсам, находящимся на стойке, смещается рама, на которую крепится молот. Копровые мачты могут быть самоходными. Оборудуются приводным механизмом, который и передвигает раму. Предназначением мачты является доставка опор до места установки на строительной площадке. Благодаря высоте держателя свая выравнивается и выставляется в точку. Подъемным механизмом молот доставляется к торцу опоры. Чтобы прочность сваи не нарушалась при забивании, она центрируется копром.

Технология погружения в грунт

Техника и сваи доставляются к месту работ и складируются по участку. Для оптимизации рабочего процесса опоры размещаются на грунте в радиусе досягаемости копром. Пока опора расположена горизонтально, на нее наносятся метки яркой краской. Они размещаются через метр, чтобы оператор контролировал погружение опоры в грунт при забивании. С копровой мачты спускается лебедка с крюками, которая фиксируется к петлям опоры.

Свая размещается вертикально над точкой монтажа и центрируется. Верхний торец располагается под молот. Каркас опускается по копру и фиксирует опору, предотвращая ее смещение при забивании. Опора размещается между направляющими мачты. Острый наконечник сваи помещается над точкой установки. Отклонение острия от точки не превышает 1 см. Перед забивкой проверяется вертикальность опоры и совпадение оси с молотом.

Задача первых ударов – направить и зафиксировать опору в грунте. Они наносятся один раз. Молот поднимается над концом сваи на 40 см. Интенсивность ударов по опоре повышается, когда пройден метр грунта. После 1,5 метра амплитуда выводится на максимум. Периодически проверяется  положение сваи в вертикальной плоскости. Если замечено отклонение на 1%, то задействования стяжки или подпорки. Они должны вернуть ось опоры на точку. При больших или повторных отклонениях свая извлекается и вбивается снова.

Погружение опоры производится до нижней метки или до расчетного отказа. Последний показатель вычисляется до начала работ или практическим путем. Отказ – отметка глубины, на которой затрудняется дальнейшее погружение опоры или оно становится невозможным. Показатель зависит от типа сваи и грунта. Геологические изыскания с предварительным бурением указывают на состав почвы и расположение слоев.

Истинный отказ опоры проверяется через два месяца. Время необходимо для «отдыха» сваи. Если после повторного забивания не происходит смещения сваи в пределах, указанных в проекте, то работа считается завершенной. Ложный отказ – затруднение перемещения опоры в грунте вследствие его уплотнения. При трении о стенки почва сжимается, подвешивая сваю. В этом случае опора для фундамента может быть недостаточной.

Сваи забиваются по трем схемам:

• рядовая;
• спиральная;
• секционная.

Рядовая еще называется полевой. Расположение опор соответствует названию – рядами. Количество рядов и количество свай в каждом зависит от проекта. Первая схема размещения опор применяется на песчаных грунтах, которые не уплотняются под динамическими нагрузками.

Вторая схема размещения опор применяется на глинистых и суглинистых почвах. Забивка свай происходит в прямом или обратном порядке. Прямой – бурозабивная установка движется от края к центру. Обратная – от центра к краям. Первая подходит для суглинков с нормальной плотностью, вторая – для плотных глинистых грунтов.

При секционной забивке опор в грунт образуется свайное поле, схожее с первым вариантом. Разница заключается в способе погружения опор. После проходки первых двух рядов один пропускается. Так происходит до конца поля. Когда участок покрыт опорами, бурозабивная машина возвращается и заполняет пробелы. Используется такой метод монтажа свай на высоко плотных грунтах.

Подведём итоги

Сваи остаются востребованным продуктом при сооружении фундаментов на неустойчивых грунтах. Это связано с разнообразием вариантов, которые подбираются под проект. Стоимость возведения основания на забивных опорах варьируется в зависимости от оборудования. В частном строительстве используются буронабивные опоры с глубиной до трех метров.