Общие сведения о свайных фундаментах

Сваями называют погружаемые или сформированные в грунте в вертикальном или наклонном положении относительно длинные элементы, передающие нагрузки на нижележащие слои грунта основания. Фундаменты из свай часто применяют при наличии в верхней зоне грунтов основания слабых грунтов, когда возникает необходимость передачи нагрузки от сооружения на более плотные грунты, залегающие в данном случае на некоторой, иногда значительной глубине.

В условиях современного строительства свайные фундаменты используют очень широко. Большинство жилых и общественных зданий с количеством этажей более девяти возводят на свайных фундаментах. Это объясняется повышенной несущей способностью свайных фундаментов по сравнению с фундаментами, возводимыми в открытых котлованах, а также сравнительно меньшей трудоемкостью земляных работ.

Свайным фундаментом считают группу свай, объединенных сверху специальной конструкцией в виде плит или балок, называемых ростверками, которые предназначены для передачи и равномерного распределения нагрузки на сваи. Ростверки, являясь несущими конструкциями, служат для опирания надземных конструкций зданий на сваи. Различают свайные фундаменты с низким ростверком, промежуточным и высоким.

Низкий ростверк расположен ниже спланированной поверхности земли. Являясь частью свайного фундамента и взаимодействуя с грунтом основания, он способен передавать часть вертикального давления на основание по своей подошве и воспринимать горизонтальные усилия. При устройстве ростверка в зоне промерзания на него будут действовать нормальные и касательные силы морозного пучения, поэтому низкие ростверки в пучиноопасных грунтах рекомендуется располагать ниже зоны промерзания или использовать мероприятия, направленные на снижение вредного воздействия в результате промерзания.

В свайном фундаменте с низким ростверком в совместной работе участвуют сам ростверк, сваи и грунт, находящийся в межсвайном пространстве, причем сваи работают в основном на сжатие.

Промежуточный ростверк устраивают непосредственно на поверхности грунта без заглубления и используют при устройстве свайных фундаментов на непучинистоопасных грунтах. В связи с тем, что верхние слои грунта, как правило, имеют низкую несущую способность, промежуточные ростверки не могут передавать вертикальное давление по своей подошве.

Высокие ростверки расположены на некотором расстоянии от поверхности земли. Свайный фундамент с таким ростверком применяют под внутренние стены гражданских и жилых зданий с техническими подпольями, мостовые опоры и др. Для увеличения жесткости при действии горизонтальных нагрузок, кроме вертикальных, забивают и наклонные сваи. Такие конструкции рассчитывают как плоские или пространственные рамы, в которых ростверк считается жестким или гибким ригелем, а сваи - вертикальными или наклонными стойками, работающими на изгиб, внецентренное сжатие или растяжение.

В практике строительства применяют следующие типы свайных фундаментов: из одиночных свай, ленточные свайные фундаменты, свайные кусты и сплошные свайные поля. Фундаменты из одиночных свай используют только под легкие, как правило, каркасные здания, когда нагрузку, передаваемую колонной, может воспринять одна свая. В некоторых случаях применяют так называемые сваи-колонны, которые, являясь одновременно и сваями и колоннами здания, приводят к существенному снижению трудоемкости строительно-монтажных работ. Кусты свай используют в основном под отдельные опоры (колонны и столбы).

Количество свай в таком фундаменте должно быть не менее трех. Допускается применение свайного куста и из двух свай, но только в случае, если с помощью проектных и конструктивных мероприятий удается предотвратить развитие изгиба свай в плоскости, перпендикулярной оси, проходящей через обе сваи. Ленточные свайные фундаменты применяют в основном под несущие стены и другие протяженные конструкции. Сваи в фундаменте располагают в один, два или более рядов в линейном или шахматном порядке. При многорядном расположении свай ленточный фундамент, имея большую жесткость, способен воспринимать внецентренно приложенную нагрузку без изгиба свай, в то время как при однорядном расположении сваи будут работать на изгиб.

Сплошные свайные поля применяют под тяжелые многоэтажные и башенные сооружения, имеющие небольшие габариты в плане. Свайным полем часто называют также систему свай, размещенных на строительной площадке под строящееся сооружение. Поля могут состоять из одиночных свай, кустов или системы свай под ленточные фундаменты.

Широкое применение в строительстве свайных фундаментов обусловлено возрастанием нагрузки от возводимых зданий и сооружений, увеличением объемов строительства на площадках с неудовлетворительными грунтовыми условиями, а в некоторых случаях - возможностью получения более простых и экономически выгодных решений конструкций подземных частей зданий.

Сваи различают по условиям изготовления и погружения, материалу, из которого они изготовляются, по способу передачи нагрузки на грунты оснований, а также по размерам и формам поперечного и продольного сечений. Проектирование свайных фундаментов включает в себя решение следующих вопросов: выбор глубины заложения ростверка, типа конструкции свай; определение несущей способности свай, назначение требуемого количества свай в фундаменте; конструирование фундамента; расчет ростверка; определение усилий, действующих на наиболее нагруженные сваи, и их сравнение с предельно допустимыми по грунту и материалу; расчет деформаций фундаментов и их сравнение с предельно допустимыми.

Проработка этих вопросов, исходя из наиболее экономного и рационального решения, является весьма сложной, трудоемкой задачей, которая в настоящее время решается на основе вариантного, оптимизационного проектирования с применением различных компьютерных программ.

Глубину заложения подошвы ростверка назначают в соответствии с конструктивными и эксплуатационными особенностями зданий и сооружений и климатическими условиями района строительства. Как правило, подошву ростверка закладывают на глубине большей, чем глубина подвалов, приямков и коммуникаций, а также ниже глубины сезонного промерзания в пучинистоопасных грунтах. В некоторых случаях ростверк располагают в пределах зоны пучения, при этом между ростверком и грунтом создают воздушный зазор, исключая тем самым воздействие нормальных сил морозного пучения на подошву ростверка. Однако в данном случае следует учитывать касательные силы морозного пучения, действующие на ростверк и сваи. Для получения наиболее экономичного решения подошву ростверка необходимо располагать как можно выше, сводя к минимуму объем земляных работ.

Тип и конструкцию свай назначают исходя из особенностей инженерно геологических данных грунтов основания на строительной площадке, а также применяемого оборудования при устройстве фундаментов. В условиях современного строительства наиболее целесообразное решение удается получить при использовании забивных свай. Однако в некоторых случаях при необходимости применения свай повышенной несущей способности устраивают фундаменты из набивных свай, в том числе и с уширенной пятой.