Принцип работы и конструкция свайного фундамента

Свайный фундамент — это группа винтовых свай, которых устанавливаются в грунт под несущими стенами будущего знания, либо для увеличения устойчивости к нагрузкам уже имеющегося фундамента. В этой статье рассказываем, по какому принципу используются забивные сваи в качестве фундамента и укрепления отдельных элементов здания.

Сваи устанавливают несколькими способами:

• равномерно с одинаковым шагом и пролетом по всей площади свайного поля
• «кустами» — с усилением в наиболее напряженных местах, например, по углам, сопряжениям стен, местах проемов, деформационных швов.

Оголовки свай выравниваются по одному горизонтальному уровню. Затем опоры связываются между собой железобетонным ростверком. Получившаяся в результате горизонтальная конструкция воспринимает нагрузки от возводимого и равномерно перераспределяет ее на свайные элементы фундамента.

В зависимости от конкретного проекта, свайный фундамент может быть приподнят над землей (высокий зазор), находиться на ее уровне или даже загубленной в грунт (низкий зазор). 

В высоком варианте горизонтальная ростверковая часть фундамента не взаимодействует с грунтом, благодаря чему не подвергается деформациям от морозного пучнения грунта. Поэтому такая схема часто применяется в районах Заполярья и вечной мерзлоты.

Одна из разновидностей низкого варианта горизонтальной части — это расположение ее ниже отметки глубины промерзания грунта в виде балочной клетки (рамы), либо в виде монолитной железобетонной плиты, жестко связанной с головками свай при помощи арматуры.

Сама свая является удлиненной бетонной призмой, обычно квадратного сечения. В какой-то степени свая напоминает заточенный карандаш, заостренный конец которого используется для лучшего проникновения в грунт при забивке. Нижнюю и верхнюю части сваи обычно усиливают арматурой, так как именно на них приходятся самые высокие напряжения во время забивания и при последующей эксплуатации. 

Механическое взаимодействие свай с грунтом осуществляется по-разному, поэтому конструкция свай также бывает разной:

• стойкие, проникающие в слабые грунты (насыпные, наносные, осадочные) и доходящие своей опорной частью до несжимаемого слоя;
• фрикционные, перераспределяющие нагрузку на фундамент через боковые поверхности, используя исключительно силы бокового трения. Такие сваи уплотняют окружающий грунт во врем монтажа, в результате именно на него они и опираются. Поэтому иногда такие ещё называют висячими или сваями трения. 

Способы заглубления свай:

• забивные сваи изготавливаются на специализированных предприятиях. Опоры устанавливаются в грунт при помощи специальных кондукторов, путем вдавливания, вибропогружения, использования забивных механизмов, называемых копрами.
• буронабивные сваи, представляют собой заполненные бетонным раствором предварительно пробуренные скважины.
• сваи-столбы, частный случай буронабивных свай, когда вместо жидкого бетона в скважину опускается готовое изделие, свойственны для элементов круглого сечения, диаметр которых совпадает с пробуренной скважиной.
• винтовые (ввинчивающиеся) сваи — стальные трубы, с приваренными лопастями. После закручивания стальные трубы заполняются бетонным раствором для предотвращения коррозии внутри;
• сваи-опоры, сборные конструкции, которые устанавливают в заранее вырытых шурфах, котлованах, траншеях и закрепляют обратной засыпкой грунта образовавшихся пазух;
• инъекционные сваи изготавливаются путем закачивания под большим давлением в грунт бетонного раствора с мелким заполнителем, вяжущим элементом которого может служить как обычный портландцемент, так и жидкое стекло;
• кессонные сваи, которые погружаются в грунт под действием силы тяжести. Для устройства таких свай используют обычную воду, под большим давлением подаваемую под опорную часть. В случае использования свай большого диаметра — кольцевых или колодцевых — грунт внутри убирают.
• сваи-оболочки, когда между стенками скважины и бетоном могут располагаться трубы — стальные или асбестовые, а также получаемые из свернутых в рулон рубероида, жестких синтетических пленок.

Для изготовления свай, используются самые обыкновенные строительные материалы:

• Древесина — одна из первых технологий. Как правило использовали сибирскую лиственницу как наиболее устойчивую к агрессивной водной среде. При современных методах обработки и защиты древесины деревянные сваи вполне могут тягаться с железобетонными.
• Сборный железобетон, из которого делают наиболее популярные из используемых в наше время сваи. Длина таких опор варьируется от 3 до 12 метров, обычно их сечение представляет собой квадрат — 20×20, 30х30, 40×40 сантиметров. Внутри сваи устанавливают арматурный каркас для восприятия изгибающих напряжений, а также для укрепления оголовков и опорных частей.
• Обычный жидкий товарный бетон. Такие сваи армируются всего лишь в зонах оголовков для того, чтобы быть жестко связанными с лежащей на них плоской железобетонной рамой (ростверком);
• Бутобетон, сваи из которого изготавливаются послойным заполнением скважины обломками бутового камня (до 30% от всего объема) и последующем скреплением, а также заполнением пустот цементно-песчаным раствором. Каждый слой тщательно трамбуется и проливается водой.
• Металл (сталь), используется в виде труб круглого или прямоугольного сечения, очень часто пустые полости таких свай заполняют жидким бетоном.

Решение о том, какой вариант свай выбрать, во многом зависит от предпочтений авторов проекта, на на инженерно-геологические изыскания строительной площадки. Также принимаются во внимание такие факторы:

• конструктивные особенности сооружения;
• несущая способность единичной или группы («куста») свай;
• физических свойств грунтового основания;
• режима работы и характеристики строительной площадки, где должно будет осуществляться устройство свайного фундамента.

В бурно развивающейся современном частном строительстве могут быть использованы любые варианты установки свай. Однако проектировщики обычно выбирают тот, который будет наиболее благоприятен для заказчика по соотношению цена / эффективность.