Винтовой свайный фундамент при высоких грунтовых водах

Варианты строительства фундамента на глинистых грунтах с высоким уровнем грунтовых вод

Основной проблемой при возведении фундаментов становятся неудовлетворительные характеристики грунта. Фундамент на пучинистых грунтах — распространенное явление на всей территории России. Пучение крайне опасное явление, которое может привести к значительным повреждениям несущих конструкций здания. Пред постройкой необходимо разобраться, что такое морозное пучение, и что нужно сделать, чтобы предотвратить его появление в почве.

Что такое пучение грунта и как оно возникает

Морозное пучение грунта — это изменение его структуры. Возникает явление при одновременном воздействии на почву воды и минусовых температур. Если описывать проблему в физическом смысле, то нужно обязательно упомянуть об уникальном свойстве самой распространенной на земле жидкости, которое в этом случае играет против фундамента дома.

Схематичное изображение действия сил морозного пучения.

Вода — единственное вещество на планете, которое при замерзании не уменьшается в объеме, напротив, лед имеет больший объем, чем жидкость при той же массе. При высоком расположении грунтовых вод в зимний период в почве происходит процесс замерзания, при этом грунт увеличивается в объеме, приподнимая подошву фундамента и оказывая дополнительное давление на стенки.

Какие грунты представляют опасность

Классификация оснований приведена в ГОСТ 28622-2012. По таблице 1 этого нормативного документа выделяют пять групп почв в зависимости от степени склонности к появлению пучения:

• не склонные к пучению;
• слабо пучинистые;
• средне пучинистые;
• сильно пучинистые;
• чрезмерно пучинистые.

Главным критерием при разделении является относительная деформация образца для испытаний при морозном пучении. Чтобы понять, какие типы грунтов могут вызвать проблемы, рекомендуется ознакомиться с таблицей.

Категория грунта	Типы грунта
непучинистые (условно)	пески (гравелистые, крупные средние) крупнообломочные и скальные с содержанием заполнителя менее 10 % глины при показателе текучести меньшем или равном 0
слабо пучинистые	крупнообломочные с количеством мелкого или пылеватого заполнителя от 10% до 30% по массе глины при показателе текучести от 0 до 0,25
средне пучинистые	глины, суглинки, супеси при показателе текучести от 0,25 до 0,5 крупнообломочные с содержанием заполнителя более 30%
сильно пучинистые	пески (пылеватые и мелкие) глины при показателе текучести более 0,5
чрезмерно пучинистые

Важно! Деление грунтов на пучинистые и непучинистые носит условный характер, т.к. при насыщении водой любой грунт будет пучинистым, потому что при замерзании расширяется именно вода, а не сам грунт. Но разные грунты по разному склонны к накоплению и капиллярному подсосу влаги. Например глина способна подтягивать воду вверх до 2-х метров, поэтому при уровне грунтовых вод (УГВ) ниже подошвы фундамента менее чем 2 м, грунт около фундамента может быть очень влажным.

Песок же подтягивает влагу значительно хуже глины (20-30 см) поэтому его часто используют для подушки и обратной засыпки, но тут таится другая опасность. Если делать подушку и обратную подсыпку в глинистом грунте, то при попадании воды в песок она будет скапливаться в нем как в ванной, т.к. глина медленно пропускает влагу. Вода может попасть в песок либо при плохой отмостке и отсутствии ливневки, либо при внезапном поднятии УГВ весной или осенью. Чтобы этого избежать необходимо делать качественную систему водоотведения – ливневку и дренаж.

Перед строительством потребуется провести геологические исследования и определить тип почвы на участке. Для этого работу выполняют способом отрывки шурфов или ручного бурения в условиях возведения фундамента. Признаки грунтов различных типов приведены в ГОСТ «Грунты. Классификация». При этом также определят водонасыщенность грунта.

Пучинистость грунтов совместно с высоким уровнем грунтовых вод диктуют условия по глубине заложения фундамента. Глубина заложения определяется по нормативным документам для каждого отдельного региона. В последней редакции СП «Основания зданий и сооружений» вычисляется по формуле в зависимости от многих показателей.

Совет! Если нет желания разбираться в расчетах, можно воспользоваться СНиП «Строительная климатология и геофизика», в приложении которого есть карты для определения глубина промерзания. Этот документ на данный момент не действует, но для частного строительства можно пользоваться им в качестве рекомендаций.

Проектирование и устройство фундаментов на пучинистом основании выполняется с учетом пункта 6.8 СП «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений». При глинистых или пылеватых грунтах необходимо закладывать подошву ниже глубины промерзания или предусматривать дополнительные мероприятия.

Какие типы фундаментов можно использовать

Для пучинистых грунтов самое важное — глубина заложения и уровень воды. Именно в зависимости от них подбирается фундамент. Можно привести несколько наиболее распространенных вариантов для различных случаев.

Заглубленные и мелкозаглубленные

Если УГВ расположен достаточно глубоко (более 1,5 м) применяют ленточные и столбчатые фундаменты. При этом контролируют, чтобы отметка подошвы находилась на расстоянии не менее 50 см от воды в глинистой почве. Если говорить о водонасыщенных грунтах, то глубина закладки для глин, суглинков, супесей и мелких песков не менее промерзания, а для крупнообломочных — любая (для заглубленных зависит от высоты подвала, для мелкозаглубленных от 0,5 м). Можно также выбрать плитный фундамент мелкого или глубокого заложения.

При этом для предотвращения появления сил морозного пучения и подтопления конструкций необходимо предусмотреть следующие мероприятия для фундамента:

• Подсыпка. Под подошву ленты или отдельных столбов предусматривают слой сыпучего материала. Он станет дренирующим и разравнивающим элементом. В качестве материала для создания применяют щебень, гравий, крупный или средний песок. Иногда строители в целях экономии предлагают использовать в качестве подсыпки шлак. Этот материал характеризуется низкой стоимостью, но может привести к негативным последствиям: усадки, опасность для здоровья человека. Толщина подсыпки зависит от характеристик грунта, в среднем составляет 30-50 см.
• Гидроизоляция фундамента. Для ленточного в обязательном порядке потребуется вертикальная обмазка битумом или обработка другими материалами, укладка рулонной изоляции по обрезу фундамента (например рубероида) и отмостка, которая предотвратит попадание дождевой и талой воды.
• Дренаж. Он устраивается по периметру здания на 30-50 см ниже отметки подошвы фундамента. Труба укладывается не дальше, чем на расстоянии 1 метр от конструкции.

При закладке ниже глубины промерзания опорам не потребуется утепление, для мелкозаглубленных оно необходимо. В качестве наиболее оптимального материала для выполнения работ можно назвать экструдированный пенополистирол.

Незаглубленные (плита и лента)

Если УГВ приближен к поверхности, но глубина расположения более 50 см, используют плитные основания и незаглубленные ленточные фундаменты. Важно помнить, что не зарытая в землю лента может устраиваться только для небольших строений и применять ее требуется с крайней осторожностью. Незаглубленные столбчатые опоры использовать нельзя, ввиду их низкой несущей способности.

При этом важно позаботится об утеплении фундамента, поскольку он не защищен от морозов слоем почвы. Для заливки ленточного фундамента можно применять опалубку из пенополистирола. Этот элемент не снимается после заливки и служит теплоизоляцией. Для утепления фундаментных плит используют экструдированный пенополистирол, который от обычного отличается более высокой прочностью.

Для обеспечения надежности можно заменить часть грунта на участке на грунт с достаточными прочностными характеристиками. Если имеющийся на участке грунт неустойчивый, можно сделать подсыпку. При этом сложно рассчитать, какое количество материала потребуется, его добавляют до тех пор, пока основание не станет устойчивым, не вытиснится лишняя влага, а сыпучий материал не перестанет уходить в почву.

Свайные

Если УГВ расположен ближе, чем на 50 см от поверхности земли, стоит отказаться от незаглубленных фундаментов в пользу свайных элементов. Возможно два варианта, первый из которых наиболее трудоемкий. Заключается метод в том, что на площадке выполняют временное водопонижение и заглубляют ниже глубины промерзания буронабивные сваи. Второй вариант — винтовые сваи. Это более простой способ. Винтовые сваи также применяют для болотистых участков местности, на которых невозможно применение других типов оснований.

Одним из вариантов буронабивных свай могут стать элементы по технологии ТИСЭ. Это сваи с уширенной нижней частью (напоминают гвоздь со шляпкой вниз). Уширение предотвратит выдергивание под действием сил морозного пучения и увеличит несущую способность.

Какой бы тип фундаментов не был выбран все необходимые действия при глинистых грунтах и высоком уровне подземных вод нужно сделать одновременно и в полном объеме. Только комплекс этих мероприятий позволит предотвратить повреждение фундамента, заложенного выше глубины промерзания при пучинистой почве.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Источник

Установка винтовых свай в воде, болоте, торфе, глине

Статья расскажет об особенностях проектирования фундаментов из винтовых свай для последующей установки в воду, болото, торф и глину, а также о специфике погружения в указанных условиях.

Содержание статьи:

Проектируя фундамент из винтовых свай для эксплуатации в воде, болоте, торфе или глине, необходимо понимать, что во всех этих случаях грунты будут характеризоваться высокой степенью влагонасыщения. Даже неводонасыщенная глина довольно хорошо удерживает воду при замачивании. При этом у нее снижаются прочностные и деформационные характеристики.

Это требует учета таких факторов, как недостаточная несущая способность, воздействие сил морозного пучения, высокая коррозионная агрессивность грунта по отношению к металлоконструкциям.

1. Расположение лопасти в грунте с достаточной несущей способностью

Для надлежащего восприятия фундаментной конструкцией проектных нагрузок, лопасть сваи (модификации с двумя и более лопастями, подробнее «Особенности расчета многолопастных винтовых свай») должна закрепиться в грунте с достаточной несущей способностью, а мощность слоя плотного грунта под сваей должна составлять не менее 3 диаметров лопасти.

Так как водонасыщенные грунты, как правило, обладают более низкой несущей способностью, то они менее всего подходят для закрепления в них фундаментной конструкции. Поэтому при назначении длины нужно учесть, что свая должна прорезать слабый грунт и закрепиться в слое с достаточной несущей способностью.

Чтобы минимально нарушить структуру грунта при погружении, также необходимо подобрать конфигурацию лопасти (не путать с диаметром), соответствующую конкретным грунтовым условиям (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»).

Выполнить оценку грунтовых условий площадки можно с помощью адаптированной под нужды малоэтажного строительства услуги – геотехнических исследований. Цена этой процедуры существенно ниже, чем цена инженерно-геологических изысканий для промышленных и крупных гражданских объектов. Для всех объектов, которые строит компания «ГлавФундамент», это исследование обязательно (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»).

2. Воздействие сил морозного пучения на свайно-винтовой фундамент

Перечисленные глинистые грунты подвержены морозному пучению. Это связано с тем, что возникают касательные силы вдоль ствола сваи в пределах промерзающего слоя и стремятся ее выдернуть.

В результате, если оставить нижнюю лопасть в пределах этого слоя, она неизбежно начнет подниматься вместе с основанием. Такие деформации могут быть вообще не заметны невооруженным глазом. Тем не менее, окна и двери таких построек весной будут открываться и закрываться уже хуже, чем осенью. Ситуация будет повторяться из года в год, требуя постоянного вмешательства. В кирпичных зданиях, из-за неравномерной деформации, возникнут трещины в стенах.

Даже если отметка глубины промерзания пройдена, лопасть все равно нужно расположить в слое грунта с достаточной несущей способностью.

Разные типы свай по-разному ведут себя под действием сил морозного пучения (подробнее «Воздействие сил морозного пучения на разные типы винтовых свай»).

3. Коррозионная агрессивность грунтов по отношению к стали

Влажность почвы существенно увеличивает скорость протекания почвенной коррозии, поэтому все перечисленные грунты относятся к группе сильно агрессивных и требуют использования определенных марок стали и толщин металлопроката (подробнее «Коррозия: причины и способы защиты»).

Правильный подбор марки стали, толщины стенки ствола и лопасти обеспечивает соответствие нормативного срока службы строения требованиям ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

Основанием для назначения этих параметров служат данные, полученные в ходе выполнения измерений коррозионной агрессивности на площадке строительства (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»). А для уточнения правильности подбора рекомендуется после выполнения расчета срока службы проверить остаточную толщину стенки на соответствие проектным нагрузкам.

4. Установка винтовых свай в воде

Вообще, вариантов строительства фундамента любого надводного объекта немного. Ленточный тип можно применить только после того, как вода будет отведена со стройплощадки. Деревянные сваи из лиственницы, никто уже не использует. Технологию буронабивных сваи вообще нельзя использовать в этой среде – скважину сразу заполнит вода. Остается только четыре варианта – понтон, стальная труба, забивная железобетонная свая или винтовая.

Понтон – плавучая платформа, наполняемая воздухом. Принцип установки прост, основа из понтонов может в любой момент быть увеличена или уменьшена. Но есть недостатки: они обладают низкой несущей способностью, а устойчивость может меняться в зависимости от уровня воды, силы ветра и нагрузки, создаваемой водой (течение или волны). Во время ледохода или ледостава требуется демонтаж понтонов. Необходимо регулярное обслуживание модулей-понтонов: их проверка на герметичность, заполнение газом и т.д. Так что этот вариант не универсален.

Казалось бы, железобетонные забивные сваи должны быть надежнее всех видов фундаментов, используемых на воде. Но и здесь есть тонкости.

• Забивные железобетонные сваи целесообразно использовать только под тяжелые надводные объекты – автодорожные и железнодорожные мосты, пристани и т.д. Поэтому применение такого фундамента экономически неоправданно при строительстве небольших надводных объектов (малые нагрузки).
• Сваебойная установка для железобетонных опор достаточно габаритная, тяжелая. Слабый грунт ее вес может не выдержать.
• Бетон в определенных условиях подвержен коррозии, потому рано или поздно потребуется ремонт фундамента. Исходя из этого, в водной среде чаще всего используют бетон на основе дорогого сульфатостойкого цемента.

Между винтовой сваей и забиваемой в ил металлической трубой разницы в плане эксплуатации фактически нет. Отличие только в свойствах и методах установки. Винтовая конструкция, в отличие от трубы, имеет лопасти, которые и берут на себя всю получаемую от сооружения нагрузку. Труба же передает грунту нагрузку только благодаря трению по боковой поверхности. Потому существенно сокращается эффективность опоры. Погружение труб сложнее в технологическом плане – забивная установка должна находиться недалеко от места погружения. Если она сухопутная, для нее нужно возводить временный пандус, делать насыпь для подъезда, и т.д.

Винтовые сваи закрутить проще. Летом можно использовать ямобур с телескопической стрелой, чтобы работать с берега. Зимой завинчивание можно без особых проблем провести вручную через лед, если он достаточно крепкий. Таким образом, винтовые сваи регулярно применяются в строительстве мостов, причалов, пирсов, а также в качестве фундаментов для домов, находящихся на затапливаемых побережьях рек.

5. Установка винтовых свай на болоте, торфе

Ленточный фундамент очень сложно использовать в таких условиях: мощность торфяных отложений может составлять несколько метров, а снимать весь этот слой при разработке котлована или траншеи – дорого и малоэффективно.

Проблемы, связанные с установкой труб и бетонных свай, те же, что и в водных условиях: слабая поверхность, не выдержит крупную строительную технику, и потому предварительно нужна специальная подготовка местности.

Можно привести пример из практики. Объект в Ленинградской области должен был строиться на торфянике, мощность которого составляла 8 м. Для того, чтобы сделать его нулевой цикл, например, с использованием ленточного фундамента, потребовались бы работы на глубине 9 м (8 м торф + 1 метр в подстилающем основании), что заняло бы очень много времени, привело к срыву сроков строительства и его существенному удорожанию.

Подобные технологические сложности решаются завинчиванием винтовых свай как вручную, так и с использованием редуктора или небольшого по весу ямобура. Если нам нужно поставить тяжелое по весу строение, то сваи можно подобрать такой длины, которая обеспечит завинчивание в плотные слои грунта. В таком случае осадка не произойдет, а нагрузка от здания не будет передаваться на слабый слой торфа.

6. Установка винтовых свай в глину и на пучинистых грунтах

Глина бывает разной. Если она твердой консистенции, то на ней можно применять практически любой фундамент, в том числе и на винтовых сваях.

Если глина водонасыщенная и обладает высокой степенью пучинистости, то использование ленточного и плитного фундамента не лучшее решение.

При использовании забивных свай следует помнить, что их необходимо погружать на глубину, в 2 раза превосходящую глубину промерзания, чтобы избежать негативного воздействия сил морозного пучения.

Винтовые же сваи закручиваются таким образом, чтобы лопасть находилась ниже уровня глубины промерзания.

Чтобы определить грунтовые условия участка строительства, запишитесь на выезд геолога.

Источник