Типы фундаментов: столбчатый, ленточный, плитный, свайный, из винтовых свай
Чтобы понять, какой фундамент лучше, нужно знать, как он взаимодействует с грунтами основания.
Выбор типа фундамента на основании
данных о грунтах
Разные типы фундаментных конструкций по-разному взаимодействуют с грунтами. Но всегда их способность к восприятию проектных нагрузок определяется прежде всего несущей способностью грунтов, а уже потом – конструктивными параметрами самого фундамента, которые также назначаются с учетом информации о грунтовых условиях в пятне застройки, а также данных о нагрузках (подробнее). Следовательно, без изучения грунтовых условий на участке невозможно сделать выводы о способности конструкции к восприятию проектных нагрузок. То же касается и срока службы.
Но какая информация о грунтах позволит сделать выбор? Принципиальное значение имеют две группы свойств грунтов – физико-механические и химические.
Физико-механические свойства грунтов характеризуют их физическое состояние, а также способность деформироваться и не разрушаться под действием внешних нагрузок. Учитываются при определении способности фундамента к восприятию проектных нагрузок.
Химические свойства грунтов обусловлены происходящими в них химическими изменениями и характеризуют их способность участвовать в химических взаимодействиях с веществами. Непосредственно влияют на срок службы.
Для определения указанных свойств ГК «ГлавФундамент» разработала специальные процедуры – геотехнические и геолого-литологические исследования, а также измерения коррозионной агрессивности грунтов (КАГ). Все они адаптированы к ИЖС как по объему получаемых данных, так и по цене.
В рамках геотехнических исследований (ГТИ) выполняется динамическое зондирование грунтов, которое позволяет определить физико-механические характеристики основания, используемые непосредственно в расчетах оснований конкретных зданий/сооружений, спрогнозировать поведение грунтов в основании при различных воздействиях и т.д.
В части проведения полевых исследований динамическое зондирование ГК «ГлавФундамент» соответствует ГОСТ 19912 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием». Полученные данные интерпретируются согласно собственной методике, разработанной отделом НИОКР.
Также в рамках ГТИ для идентификации литологических типов грунтов (глина, песок, гравийные отложения), выяснения характера их напластования (установления литологического разреза), уровня подземных вод, выявления грунтов со специфическими свойствами (просадочные, пучинистые, слабые) выполняется оценка геолого-литологического строения площадки строительства.
Данные, полученные в ходе измерений КАГ, позволяют назначить марку стали, толщину стенки ствола и лопасти(-ей), обеспечивающие соответствие срока службы фундамента требованиям заказчика или ГОСТ 27751 «Надежность строительных конструкций и оснований». Для уточнения правильности подбора, после выполнения расчета срока службы остаточная толщина стенки ствола сваи проверяется на соответствие проектным нагрузкам. Все расчеты выполняются без учета покрытия – дополнительной защиты от коррозии.
Бетон или винтовые сваи?
Большинство фундаментных конструкций, применяемых в малоэтажном строительстве, – бетонные или железобетонные (столбчатые, ленточные, плитные, свайные).
Причина такой популярности бетона – приписываемые ему свойства: надежность, способность лучше сохранять тепло, а значит возможность отказаться от утепления цоколя, пола, коммуникаций.
Хотя такая точка зрения распространена широко, не стоит слепо доверять мифам о бетоне, ведь, как любой строительный материал, он имеет как преимущества, так и недостатки.
Классификация бетонных фундаментов
Столбчатый
Ленточный
- необходимо заглублять ленту за глубину промерзания грунта (более 2 м) – дополнительное увеличение расходов;
- сложность организации надлежащего контроля качества выполненных работ (бетон низкого качества, недостаток арматуры);
- много времени тратится на набор прочности;
- высокая цена конструкций, выполненных «по правилам».
Плитный (сплошный)
Используется в слабых грунтах. Обеспечивает более равномерную осадку здания, защищает подвальные помещения от подпора грунтовых вод. Его проектируют в виде плоской или ребристой плиты с расположением ребер под несущими стенами или колоннами.
Главный плюс – высокая несущая способность за счет большой площади, которая снижает давление на основание, позволяет проводить работы в сложных грунтовых условиях, а также не ограничивает планировку благодаря более равномерному распределению нагрузок.
Недостатки:
- высокая цена;
- необходимость качественной гидроизоляции;
- сложность организации контроля качества выполненных работ;
- требуется много времени на набор прочности.
Свайный
Свайный фундамент подходит для оснований, сложенных большой мощностью слабых грунтов в верхней зоне, или для местности с высоким уровнем подземных вод. Сваи переносят нагрузку с верхних слоев грунта, на более глубокие с большей несущей способностью.
Преимущества – значительно меньший уровень осадок, сравнительно невысокая цена. Но строительство такой конструкции – комплекс работ, проконтролировать качество которых трудно.
Главный недостаток – невозможность устройства свай без спецтехники. Этот фактор можно исключить, если использовать фундамент из винтовых свай.
Фундамент из винтовых свай
Неизбежно, если при разработке проекта не учтены степень коррозионной агрессивности грунтов на участке строительства, а также наличие блуждающих токов.
Только подобрав толщину стенки ствола и лопасти, марку стали, определив порядок действий для снижения коррозии (водоотведение, использование цинковых колец (анодов) можно обеспечить нормативный срок службы фундаментный конструкции.
Свайно-винтовые конструкции рассчитываются по формулам, заложенным в СП 24.13330 «Свайные фундаменты». Эти формулы разработаны еще в 60-е годы 20 века и базируются на упрощенных моделях взаимодействия (например, модель Мариупольского для анкеров), они не учитывают многие особенности совместной работы свай с грунтами.
Поэтому при расчете несущей способности винтового основания необходимо учитывать результаты полевых испытаний грунтов (ГОСТ 5686 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями»).
Из-за недостаточности диаметра ствола эти разновидности не обеспечивают достаточное сопротивление горизонтальным нагрузкам без дополнительных мер.
Чтобы отказаться от бетонирования основания колонны или жесткого сопряжения, достаточно использовать элемент сопротивления боковым нагрузкам (ЭСБН).
Такие ситуации возникают, когда в расчетах учитывается только диаметр лопасти, но не ее конфигурация.
Конфигурация лопасти винтовой сваи, подобранная под конкретные грунтовые условия, минимизирует нарушения структуры грунта при погружении, обеспечивая надлежащее восприятие проектных нагрузок.
Причина - неправильное (часто просто бездумное) расположении второй и последующих лопастей на стволе.
Чтобы многолопастные сваи надлежащим образом воспринимали проектные нагрузки, расстояние между лопастями, шаг, угол наклона должны быть рассчитаны с учетом данных о грунтовых условиях площадки строительства и данных о нагрузках от строения.
- Практически не подвержен воздействию сил морозного пучения, в отличие от других конструкций, особенно – забивных свай (подробнее).
- Может использоваться на заболоченных участках, на территориях с высоким уровнем грунтовых вод без потерь в сроке службы. Чтобы это стало возможным, нужно провести в пятне застройки измерения степени коррозионной агрессивности грунтов и использовать полученные данные при расчете толщины стенки ствола и лопасти, диаметра ствола, выборе марки стали.
- Можно построить быстро (сокращение времени строительства на 15-30 % относительно бетонного).
- Обходится не менее чем на 30 % дешевле бетонного основания, выполненного в соответствии с СП 63.13330 «Бетонные и железобетонные конструкции» (подробнее).
- Позволяет полностью отказаться от любых земляных работ, в том числе по выравниванию участка в случае наличия перепада высот.
- СМР можно проводить даже в условиях стесненной застройки или близости подземных коммуникаций, так как при погружении не возникают вибрации.
- Не требует времени на «набор прочности». Сразу готов к восприятию нагрузок, предусмотренных проектом.
- Можно строить в любое время года.
- Можно использовать повторно, что имеет принципиальное значение при строительстве временных сооружений.
- Ремонтопригоден, чего не скажешь о забивных сваях и некоторых других типах оснований.
- Можно устанавливать без привлечения специальной техники, конечно, если речь идет о модификациях малых длин и диаметров.
- Позволяет монтировать инженерные коммуникации одновременно с работами по установке. Трубы проходят между сваями (на установленном расстоянии) и не связаны с ростверком, поэтому не перемещаются вместе со зданием вниз, как это происходит в случае с бетонными конструкциями. Не происходит уменьшения уклона, возникновения контруклонов, а также нарушения герметичности в стыках.
