Бурение буронабивных свай стало популярным благодаря быстроте и удобству их применения.
Буронабивные железобетонные трубы отличаются параметрами: от 0.5 до 1.5 м — в диаметре и до 40 м – в длину. Они эффективны при больших нагрузках.
Технология обустройства свайного фундамента
Перед тем, как рассмотреть пример исчисления буронабивных опор, необходимо познакомиться с технологией обустройства свайного основания. Для начала необходимо выполнить бурение скважины, а затем заполнить ее бетонным раствором.
Если строительство ведется на плотных грунтах, тогда можно обойтись без обустройства опалубки. Во всех оставшихся случаях опалубка обязательна. Она может быть сделана из рубероида или трубы из асбестоцемента.
Так как опора подвергается нагрузке на разрыв со стороны почвы, ее полость должна армироваться . С этой целью применяют прутки стальной арматуры. Их необходимо установить вертикально, а затем соединить по горизонтали более узкими стержнями.
Для установки вертикальных стержней используются прутки 10-12 мм. Чтобы сделать железобетонные трубы жесткими, применяется горизонтальное крепление гладкой арматурой 6-8 мм. Шаг между ними должен составлять около 1 метра.
Если планируется обустройство ростверка, необходимо оставить припуск прутьев, чтобы они торчали из опор. Выступающие элементы потом выступят в качестве связки свай с опорами.
При строительстве дома монтаж буронабивных свай происходит рядами под всеми несущими стенами, обязательно под углами сооружения, в местах пресечения стен и между ними. Чтобы выполнить расчет буронабивного фундамента, определить количество и диаметр опор, а также расстояние между ними, необходимо учесть вес дома.
Чем дом массивнее, тем больше свай потребуется с меньшим шагом.
Существуют правила минимальных показателей схемы монтажа опор. Например, они не должны устанавливаться чаще, чем через три значения собственного диаметра. Слишком густое расположение опор снижает показатели несущей способности.
К примеру, при диаметре опорных элементов в 40 см, наименьший шаг между опорами должен быть равен 120 см.
С чего начать расчет?
Решив использовать при строительстве собственного дома буронабивную технологию, необходимо выполнить следующие аналитические манипуляции:
- оценить структуру почвы;
- рассчитать нагрузку будущей постройки;
- вычислить площадь подошвы основания;
- рассчитать размер буронабивных свай и их количество;
- рассчитать расстояние между буронабивными сваями под бурение трубы.
Что касается грунта, то, как указывает таблица, наилучшими показателями несущей способности отличается скальная и полускальная почва. Остальные типы грунта (глинистый, песчаный, супесь, суглинок и т.д.) характеризуются высокой степенью пучения, то есть способностью выталкивать фундамент во время промерзания почвы.
Для расчета нагрузки, которую будет давать будущая постройка на грунт и фундамент, необходимо просуммировать количество стройматериалов , которые будут использованы в строительстве здания. С этой целью применяется таблица их среднего удельного веса.
Для начала вычисляется квадратура каждого строительного элемента. Затем нужно посмотреть вес каждого стройматериала и умножить на квадратуру.
Например, крыша из листовой стали весит 20-30 кг/м 2 . При квадратуре кровли 100 м 2 получится, что ее общий вес составляет 2000—3000 кг.
Чтобы выполнить расчет буронабивных свай, их количества и параметров необходимо учесть площадь их подошвы. Возьмем следующий пример: диаметр трубы равен 300 мм, ее подошва с расширением имеет размер 500 мм.
Площадь сваи S = pi х D2/4= 3,14×50×50/4=1960 см 2 . Если давление на фундамент F равна 100000 кг, R = 4, тогда согласно формуле R=F/(S×n), где n – количество опор, получится общее количество свай 13 шт.
Для каждого типа грунта значение несущей способности свайной трубы будет разным. Для быстрого и точного вычисления параметров применяется специальная таблица . В ней указано соотношение расчетного сопротивления почвы, диаметр сваи и примерные показатели ее несущей способности.
Например, параметры для опоры диаметром 400 мм на гравелистых грунтах плотностью 4.5 кг/см 2 составляет 5600 кг.
Расчет несущей способности сваи
Расчет несущей способности, которую демонстрируют забивные сваи, базируется не только на ее диаметре и площади подошвы, но также и марке бетона. Возьмем такой пример: сечение буронабивной трубы равно 20×20 см, а площадь поперечного сечения — 400 см 2 . При использовании бетона марки М100, такая опора сможет выдержать 100 кг/см 2 . Это означает, что допустимый вес на одну опору составляет 40 т.
В таком случае, забивные сваи демонстрируют показатели несущей способности гораздо больше, чем несущая способность почвы. По этой причине, рассчитывая количество опор и несущей способности фундамента, стоит учитывать плотность почвы. В среднем она составляет 6 кг/см 2 , при условии заложения свай на глубину ниже уровня замерзания грунта (от 2 м) и при условии сухого состояния почвы.
Диаметр сваи влияет на опорную площадь основания и показатели ее несущей способности.
Для расчета буронабивных свай с учетом упомянутых критериев, используется таблица, в которой показано соотношение плотности бетона, диаметра опоры, ее площади, несущей способности. Например таблица указывает, что при диаметре сваи 15 см, площади опоры 177 см 2 и объеме бетона 0.0354 м 2 , несущая способность опоры будет равна 1062 кг.
Технологическая карта методики «CFA»
Технологическая модель применения буронабивных свай, как альтернативу традиционному бурению предлагает технологию «CFA», которая не требует обсадные трубы. Бурение способом «CFA» оправдано на территориях с плотной застройкой, где обычное бурение может привести к конструктивным изменениям в фундаментах соседних зданий.
Метод «CFA» носит второе название – метод полого шнека . Технологическая карта метода «CFA» предусматривает бурение без извлечения почвы.
Бурение почвы по «CFA» происходит постепенно. После достижения проектных показателей, технологическая карта указывает, что скважина заливается через полный шнек с применением бетононасоса. Одновременно с этим осуществляется процесс извлечения шнека из выемки.
Технологическая карта предусматривает, что после заливки монтируются армокаркасы для придания конструкции жесткости.
Использование метода «CFA» при строительстве зданий исключает вибрацию грунта, а подачу бетона наносом под высоким давлением делает забивные сваи более крепкими за счет усиления стенок конструкции. Особые требования выставляются к армированному каркасу по методу «CFA». Среди них:
- монтаж каркаса должен проводиться так, как указывает технологическая карта и проектная документация;
- внешний диаметр конструкции должен быть меньше шнека;
- по всей длине каркаса необходим монтаж пластиковых центраторов;
- как показывает технологическая модель, нижняя часть каркаса должна иметь форму конуса. Для этого требуется монтаж последнего кольца диаметром меньше предыдущих.
Бурение методом «CFA» имеет несколько преимуществ, среди которых возможность проведения работ, не используя обсадные трубы . Это значительно уменьшает затраты на строительство.
Обустройство свайного фундамента (видео)
Пример расчета буронабивных свай
Перед тем, как выполнить бурение скважин под сваи, необходимо выполнить их расчет. Как это сделать, показано в примере.
Исходные размеры:
- диаметр опоры (d) – 5 м;
- длина – 0 м;
- нагрузка на одну опору – х м умножить на 5.5 тонн (давление на 1 метр длины фундамента);
Несущая способность опоры вычисляется по формуле:
P = 0.7 х RH x F + u x 0.8 x fiн x li, где
- Р – несущая способность опоры;
- Rн – нормативное сопротивление грунта;
- F – площадь подошвы сваи;
- u – периметр сваи;
- 8 – коэффициент условий работы;
- 7 – коэффициент однородности почвы;
- Fін – сопротивление грунта по внешней стороне опоры;
- li – толщина слоя грунта, которая соприкасается с опорой.
Несущая способность влажного грунта, как показывает соответствующая таблица, равна 70 т/м 2 (Rн). Площадь сечения опоры (S) = 3.14 D 2 /4 = 3,14 х 0,25 / 4 = 0,785/4 = 0,196 м2. Периметр опоры (u) = 3,14 D = 3,14 x 0,5 = 1,57 м.
Коэффициент условий работы, как показывает соответствующая таблица, 0.8.
Несущая способность опоры равна Р = 0,7 х 1 = 15,4 т.
Минимальное расстояние между опорами составляет 15,4 тонны / 5,5 тонн/м =2,8 метра.
Любой человек, кто хоть раз приложил свои силы к строительству дома, знает, что основой долговечности и надежности здания является его фундамент. Однако создание надежного фундамента не такая легкая задача, как может показаться изначально.
Фундамент из буронабивных свай дешевле ленточного, и при этом надежней за счет расположения его ниже глубины промерзания грунта.
Закладка любого основания дома, в зависимости от типа фундамента, требует тщательного расчета.
К подобным расчетам относится, к примеру, или несущая способность буронабивной сваи.
Если подстилающие грунты не доставляют особых проблем, то практически любой дом может обойтись обычным ленточным фундаментом. Другое дело, если грунты под местом строительства проблемные: торфяники, болотистые или сильнопучинистые. Строить дома на таких подвижных грунтах необходимо с осторожностью, соблюдая технологию. По мнению опытных строителей, оптимальной на проблемных грунтах является использование буронабивных свай, которые объединяются по верху ленточным монолитным фундаментом или ростверком.
В чем преимущество буронабивных свай?
Свайный фундамент обходится гораздо дешевле, чем ленточный (до 20-50%) или плитный (до 2-4 раз). При этом буронабивные сваи опираются на устойчивую материнскую породу, расположенную ниже глубины промерзания, что исключает их движение в вертикальной плоскости при пучении почв. Исключение составляют такие почвы, материнские породы которых расположены глубже 8-10 м. На них в качестве фундамента целесообразнее использовать монолитную плиту, которая будет «плавать» вместе с подстилающими грунтами.
Набирающие в последнее время популярность винтовые столбы также опираются своим основанием на материнскую породу, однако они зачастую подвержены коррозии, так как цинковый или лакокрасочный слой на их поверхности истирается при вкручивании в землю. Для сравнения, срок службы винтового фундамента специалистами оценивается в 40-50 лет, тогда как способен служить гораздо больший срок. Свайно-винтовой фундамент может быть столь же долговечным, если металлические трубы заполнить изнутри бетоном, однако это резко повышает его стоимость и целесообразность.
Вернуться к оглавлению
Технология использования буронабивных свай
Главной особенностью использования буронабивных свай является их заливка непосредственно на месте строительства. Единственной сложностью является бурение скважин для заливки, так как это тяжелый ручной труд (тяжелая техника для бурения скважин не всегда может проехать до участка строительства при проблемных грунтах). Однако технологии не стоят на месте и строительный рынок предлагает множество решений для бурения скважин: от бензиновых до электрических непромышленных буров и бурильных установок. Особой надежностью обладают опоры с расширенной нижней частью, однако они более сложны в изготовлении.
Закладка фундамента такого типа представляет собой процесс бурения скважины необходимой глубины, в которую помещают каркас из арматуры. Армирование придаст свае прочность на изгиб или излом в горизонтальной плоскости. После расположения арматуры скважина заливается бетоном вровень с уровнем грунта или при необходимости выше него, но с сооружением соответствующей опалубки. Опалубку делают из подручных материалов (рубероида, асбестовой трубы или досок) на необходимую по проекту высоту.
Оголовок должен быть доступен для соединения с ростверком. Чаще всего над поверхностью оставляют окончание армокаркаса, который свяжет готовые опоры с ростверком.
Вернуться к оглавлению
Расчет основных характеристик буронабивных свай
Вернуться к оглавлению
Несущая способность – главная характеристика буронабивной сваи
При создании свайного фундамента нельзя не учитывать такой параметр, как несущая способность каждой опоры, так как от этого зависит как расход материалов для их создания, так и количество самих столбов для надежной опоры здания.
Несущая способность напрямую зависит от размеров столба. К примеру, буронабивная свая диаметром 300 мм способна выдержать нагрузку в 1,7 т, тогда как свая с диаметром 500 мм выдерживает уже 5 т. При незначительной разнице в размерах нагрузка отличается в разы.
Исходя из этого, правильный расчет опор обеспечивает надежный фундамент дома. Кроме того, от напрямую зависит их количество и количество необходимого материала для их изготовления. Потому расчет количества буронабивных свай и оптимального расстояния между ними (еще один важный параметр свайного фундамента) является компонентом общего для строительства дома.
Вернуться к оглавлению
Материал изготовления
Как уже сказано ранее, показатель несущей способности буронабивной сваи зависит от ее размеров. Однако это не единственный критерий, применяемый для расчета несущей способности свайного фундамента. Не менее важно учитывать материал, из которого он изготовлен. Марка бетона, применяемого для заливки конструкции, напрямую влияет на прочность фундамента и выдерживаемые нагрузки.
К примеру, свая, залитая бетоном М 100, теоретически способна выдерживать нагрузку в 100 кг на 1 см² площади ее опоры. Этот показатель является достаточно высоким, так как свая квадратного сечения со стороной основания равной 20 см и площадью 400 см² должна выдерживать нагрузку в 40 т. Расчет показал, что несущая способность напрямую зависит от материала, из которого изготовлен фундамент.
Кроме того, важно учитывать не только ту нагрузку, которую может выдержать каждая свая, но и несущую способность самих подстилающих грунтов. Соответственно, при недостаточном количестве столбов и повышенной нагрузке на грунт фундамент может разрушиться из-за того, что отдельные сваи уйдут дальше на глубину.
Чем прочнее подстилающие грунты, тем меньшее количество опор необходимо для сооружения качественного фундамента дома. Кроме того, необходимо учитывать глубину промерзания почв на данном участке, уровень грунтовых вод, непосредственную длину конструкций, прочность арматуры и так далее.
Вернуться к оглавлению
Стоимость свайного фундамента
Все вышеперечисленные параметры влияют на количество и качество столбов, от которых зависит общая стоимость свайного фундамента. : для диаметром 15 мм, заложенной на глубину 2 м, необходимо 0,035 м³ бетона, 3 арматурных прута длиной 2 м с диаметром 12 мм и некоторое количество гладкой арматуры для их обвязки. С учетом того, что все эти материалы необходимо будет доставить до участка строительства, выходит, что стоимость каждой опоры (без учета работ по их бурению и заливке принимается условие, что все эти работы производились лично вами) равняется 180-200 руб., а общая стоимость фундамента будет равна результату от умножения этой цифры на общее количество опор.
Полученная цифра может быть скорректирована. К примеру, как уже говорилось, в строительстве применяются буронабивные сваи с расширенным основанием. Такое основание производится с помощью специального приспособления (плуга), которое надевается на наконечник бура. Плуг опускается в уже готовую скважину и вращением расширяет ее основание. Что же дает такой шаг? Обычная свая диаметром 200 мм выдерживает нагрузку в 1 т. Если же расширить ее основание до 300 мм, оставляя остальную скважину неизменной, то несущая способность увеличится до 2 т. То есть незначительное увеличение расхода бетона и специальное приспособление позволяет значительно сократить общее , что значительно снизит стоимость готового фундамента.
После того как будет известна нагрузка на фундамент, вычислена несущая способность с учетом грунтов и материалов и подсчитано необходимое их количество, определяется оптимальное расстояние между ними. Главным условием остается то, что они обязательно должны быть расположены по углам будущего здания и в местах перемычек внешних и внутренних стен.
На стоимость фундамента влияет и конструкция фундамента. Так, фундамент с ростверком будет дороже, чем без него, однако и прочностью обладать гораздо большей. При обвязке ростверком можно не опасаться того, что одна из свай поднимется или опустится под действием сил пучения, разрушая при этом целостность дома.
Если же грунты достаточно надежны, а глубина закладки позволяет не бояться пучения грунтов, то ростверк создавать необязательно.
Буронабивным называется фундамент, предающий нагрузку от здания на грунт посредством отдельных бетонных свай, которые перекрываются в последствии плитой из железобетона. Сваи для этого вида фундаментов изготавливаются в специально пробуренных каналах, прямо на стройплощадке.
Буронабивной фундамент: бетон, гидроизоляция,арматура.
Целесообразность выбора буронабивного фундамента чаще всего оправдывается на мягких, слабых или пучинистых грунтах, несжимаемый слой которых, способный воспринимать нагрузки от здания, находится очень глубоко, и все другие виды фундаментов не способны передать на них нагрузки от веса здания. Такие грунты присутствуют в заболоченной местности, в оврагах, на торфяных почвах, на склонах холмов и пр.
Расчет конструкции
Каркас буронабивного фундамента регламентируется ГОСТом.
Чтобы выполнить расчет, необходимо учитывать несущую способность каждой отдельной сваи и их количество. Понятно, что несущая способность напрямую зависит от ее габаритов. Причем, как мы увидим при расчете, совсем небольшая разница в диаметре сваи значительно увеличивает ее несущую способность. Например, при d=300 мм она выдержит нагрузку в 1700 кг, а если увеличить ее диаметр на 200 мм, то ее несущая способность резко возрастет и она уже сможет выдерживать вес до 5000 кг.
При возведении буронабивного фундамент собственными силами очень трудно понять, достигнут ли при бурении уровень несжимаемости грунта. Поэтому специалисты советуют даже после расчетов бурить на глубину от полутора до двух метров для подстраховки. Эта глубина гарантирует то, что глубина промерзания остается значительно выше, уровень грунтовых вод уже пройден, а несущая способность грунта на такой глубине достаточно велика и, наверняка будет больше расчетной с большим запасом (приблизительно 6 кг/см2)
Еще один момент, имеющий прямое отношение к расчетам, это выбор размера бура. Современное оборудование позволяет бурить очень глубокие скважины разного диаметра от 15 до 40 см. А так называемые фундаментные буры позволяют при очень небольшом диаметре бурения, например в 20 мм, достигнув дна, расширять диаметр основания вдвое или даже втрое. Это расширение обеспечивает опорную площадь сваи и увеличивает ее способность сопротивляться выпучиванию.
При расчете руководствуемся нормативным документом – Свод правил СП 24.13330.2011 Свайный фундамент. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85.
Формулы расчета
Чтобы выполнить расчет количества свай в фундаменте, необходимы два параметра – общий вес здания и несущая способность каждой в отдельности .
Расчет производится с использованием формулы.
Φ = m R F, где
R – расчетное сопротивление грунта, принимаемое.
F – площадь опирания.
m – коэффициент условий работы сваи в грунте (принимаем m=1).
Расчетное сопротивление грунта принимается для песков с любым уровнем влажности 3-4,5 кгс/см2, 1-6 кгс/см2, 5-6 кгс/см2.
На практике расчет прочности сваи определяется от марки бетона, который применялся при ее изготовлении. Цифра в марке бетона показывает, какую нагрузку способна выдержать свая на квадратный см ее веса. Например, свая из бетона М100, поперечного сечения 200х200 мм=400 см2 выдержит нагрузку в 40 000 тонн.
Сводные данные
Для удобства сведем данные в общий список:
Армирование буронабивного фундамента: арматурные стержни.
- При диаметре опирания в 150 мм, площадь опирания будет равна 177 см2, несущая способность сваи принимается равной 1062 кг.
- При диаметре опирания в 200 мм, площадь опирания будет равна 314 см2, несущая способность сваи принимается равной 1884 кг.
- При диаметре опирания в 250 мм, площадь опирания будет равна 491 см2, несущая способность сваи принимается равной 2946 кг.
- При диаметре опирания в 300 мм, площадь опирания будет равна 707 см2, несущая способность сваи принимается равной 4242 кг.
- При диаметре опирания в 400 мм, площадь опирания будет равна 1256 см2, несущая способность сваи принимается равной 7536 кг.
- При диаметре опирания в 500 мм, площадь опирания будет равна 1963 см2, несущая способность сваи принимается равной 11775 кг.
Данные по диаметру арматуры свай даны в разделе “Краткие сведения по технологии возведения буронабивного фундамента”.
- Свая 150 мм – каркас из 3 прутов, при расходе арматуры ребристого профиля 6 м, гладкого – 0,75 м.
- 200 мм – каркас из 4 прутов, при расходе арматуры ребристого профиля 8 м, гладкого – 1м.
- 250 мм – каркас из 4 прутов, при расходе арматуры ребристого профиля 8 м, гладкого – 1.26 м.
- 300 мм – каркас из 6 прутов, при расходе арматуры ребристого профиля 12 м, гладкого – 1.51 м.
- 400 мм – каркас из 8 прутов, при расходе арматуры ребристого профиля 16 м, гладкого – 2.01 м.
- С 500 мм – каркас из 10 прутов, при расходе арматуры ребристого профиля 20 м, гладкого – 2.05 м.
Расчет общего количества свай фундамента
Расчет свай: количество свай, размеры.
Учитывая общий вес дома и его нагрузку на буронабивной фундамент, производится расчет необходимого количества свай. Оно пропорционально весу дома, который зависит от того, из какого материала он будет изготовлен. Если это газобетон – давление будет легче, если кирпич, то его вес будет значительно выше. Чем вес дома больше, тем больше нагрузка на фундамент, тем больше свай будет необходимо установить. Соответственно свайный шаг установки будет уменьшаться. Тут стоит запомнить один немаловажный момент, который поможет избежать ошибок при расчете. Существует ограничение по минимальному расстоянию между осями свай. Оно не должно превышать трех диаметров сваи. Несоблюдение этого расстояния принесет обратный результат – снизит их несущую способность, тет самым фундамент дома будет ослаблен.
Например, при диаметре сваи в 500 мм, которые чаще всего применяют при возведении кирпичного дома, имеющего буронабивной фундамент, минимальное расстояние между осями должно составлять более 150 см.
Вот таким способом и с применением данных рекомендаций можно самостоятельно рассчитать буронабивной фундамент для своего кирпичного дома. Однако, если есть сомнения в том, тот ли вы выбрали фундамент, или в правильности расчета, то стоит обратиться к специалистам, которые смогут более точно определить тип грунта и его характеристики, а также проверят ваши расчеты.
Не нашли ответа в статье? Больше информации
