Устройство свайных фундаментов в вечномерзлых грунтах

Обновлено: 02.05.2024

1.1.Требования настоящей Инструкции должны выполняться при проектировании иустройстве фундаментов из буронабивных свай-стоек в вечномерзлых грунтах сучетом их последующего оттаивания для зданий и сооружений, возводимых в районеНорильска.

1.2.При проектировании и устройстве буронабивных свай-стоек в вечномерзлых грунтахследует руководствоваться, кроме настоящей Инструкции, соответствующими главамиСНиП.

1.3. Буронабивныесваи-стойки, в зависимости от своего конструктивного исполнения, подразделяютсяна:

а)буронабивные железобетонные, выполняемые из монолитного бетона враспор сгрунтом без обсадных труб или с обсадными трубами, извлекаемыми в процессебетонирования свай;

в) трубобетонные,выполняемые из монолитного бетона в отельной обойме из неизвлекаемых обсадныхтруб, учитываемых в расчете несущей способности свай-стоек.

1.4.Исходя из условия экономии металла и обеспечения наибольшей долговечностисвайных фундаментов, эксплуатируемых в агрессивной среде, при прочих одинаковыхусловиях (требуемая длина свай, расчетная нагрузка на сваю и т.п.), следуетотдавать предпочтение варианту буронабивных свай, предусмотренному в подпункте"а" п. 1 настоящейИнструкции.

2.1. Изыскания должны обеспечивать получение полныхисходных данных по инженерно-геологическим, гидрогеологическим и мерзлотнымусловиям площадки проектируемых зданий и сооружений, возводимых на буронабивныхсваях-стойках с учетом возможного последующего оттаивания вечномерзлых грунтовсогласно главе СНиП по инженерным изысканиям для строительства.

2.2. Для опальных грунтов, принимаемых в качествеоснования свай-стоек, должны быть определены следующие характеристики:

а) глубина залегания его верхней границы (кровли);

б) степень выветрелости, размокаемости,растворимости в воде и другие данные, необходимые для определения глубинызаделки свай в этот слой;

в) временное сопротивление одноосному сжатию вводонасыщенном состоянии;

г) температурный режим в природном состоянии;

д) изменение механических свойств при переходе измерзлого в талое и увлажненное состояние.

2.3. Для нескальных грунтов, прорезаемыхсваями-стойками, при изысканиях должны быть определены их физико-механическиехарактеристики (том числе: номенклатурные наименования, влажность, льдистость,заторфованность, засоленность, криогенная текстура, просадочность приоттаивании и др.), на основе которых могут быть определены требуемые длярасчета параметры, включая продольный изгиб свай-стоек и величиныотрицательного трения оттаивающего грунта по боковой поверхности свай-стоек.

2.4. Разведочные скважины для свай-стоек размещаютсяпо сетке со стороной квадрата от 30 до 40 м в пределах габаритов в планепроектируемых зданий и сооружений, уширенных в каждую сторону на 3 м. Принеоднородном грунтовом основании или меняющейся глубине его залегания шаграсположений разведочных скважин следует уменьшить.

2.5. Разведочные скважины необходимо заглублять внесущий пласт ниже проецируемого основания сваи не менее, чем на 3 м в невыветрелые (монолитные) ислабовыветрелые (трещиноватые) скальные грунты и не менее 5 м в грунты свременным сопротивлением одноосному сжатию менее 50 кгс/см 2 .

2.6.При изысканиях должна определяться и, соответственно, отражаться влитологических колонках температура грунта в различных условиях. Температурныеизмерения проводятся не ранее 4 суток после окончания ручного бурения скважин ине ранее 8 суток по окончании механического бурения. При этом следует:

а)скважины, предназначенные для измерения температуры, обсаживать стальнымитрубками, оборудованными колпачками, исключающими попадание в них воды;

б) накаждом сооружении или здании сохранять до его сдачи в эксплуатацию 2-4температурные скважины (в зависимости от его размера в плане), располагаемые в наиболее характерных и доступных дляизмерения местах.

2.7.При наличии грунтовых вод следует определять:

а)глубину их появления в скважине;

г)степень химической агрессивности воды по отношению к металлу и бетону.

2.8.Для сооружений, располагаемых в зоне действующих электролизных цехов и другихобъектов, использующих постоянный ток, следует устанавливать наличие иплотность блуждающих токов в грунте.

2.9. Нановых строительных площадках со сложными инженерно-геологическими условияминеобходимо провести статические испытания предельными нагрузками не менее двухопытных буронабивных свай-стоек; результаты испытаний должны учитываться припроектировании оснований и фундаментов.

2.10.Испытания свай должны проводиться применительно к методам, установленным ГОСТ 5686-69"Сваи и сваи-оболочки. Методы полевых испытаний", при этом необходимоисключить влияние на несущую способность свай сил смерзания их с прилегающиммерзлым грунтом, что достигается путем его предварительного электропрогрева.

3.1.Буронабивные сваи-стойки (п. 1.3."а" настоящей Инструкции) применяются:

а) припрорезании сваями твердомерзлых неосыпающихся наносных грунтов;

б) приневозможности изготовления в районе строительства железобетонных свай исложности их доставки из отдаленных баз стройиндустрии;

в) приотсутствии строительных кранов с грузоподъемностью, необходимой для установкибуроопускных свай расчетной длины.

3.2.Буронабивные сваи-стойки следует выполнять как железобетонные с армированием навсю их длину. Частичное армирование буронабивных свай-стоек (в зоне влиянияизгибающих усилий) допустимо только при расчетных нагрузках на сваю до 100 тс иглубине их заложения не более 10 м.

Приагрессивной к бетону грунтовой среде буронабивные сваи следует выполнять изсульфатостойкого цемента.

3.3.Трубобетонные сваи-стойки следует применять:

а) вовсех случаях, когда прорезаемые сваями наносные грунты (пластично-мерзлые,сыпуче мерзлые, водонасыщенные промышленными сбросами и т.п.) при бурениитребуют обсадки скважин трубами, последующее извлечение которых непредставляется возможным;

б) приглубине залегания грунта, используемого в качестве основания, превышающей длинуизготавливаемых предприятиями железобетонных свай, либо предельную длинувозможного погружения буроопускных свай, стыкуемых по длине;

в) счастичным армированием бетонного ствола - только для сопряжения с ростверкомпри диаметре свай-стоек не менее 700 мм и расчетных нагрузках не более 400 тс.С армированием всего бетонного отвода для фундаментов ответственных сооруженийили при расчетных нагрузках на сваю-стойку, превышающих 400 тс.

1. Коррозия трубобетонныхсвай-стоек при неагрессивной и слабо агрессивной к стали грунтовой среде должнаучитываться расчетом при проектировании (п. 3.18настоящей Инструкции)

2. При средней и сильноагрессивной к стали грунтовой среде применение трубобетонных свай-стоек недопускается.

3. При наличии в грунте блуждающихэлектротоков в проекте следует предусматривать средства защиты свай-стоек отэлектрокоррозии согласно "Инструкции по защите железобетонных конструкцийот коррозии, вызываемой блуждающими токами" (СН 65-67).

3.4.При гибкости свай-стоек ℓ ₀ /Д≤ 8,5и расчетном эксцентрицитете относительно центра тяжести сечения (п. 3.14 настоящей Инструкции) ℓ₀≤Д/20 (где ℓ₀ - расчетнаядлина сваи, определяемая по п. 3.20настоящей Инструкции, и Д - диаметрполного сечения сваи) поперечное армирование буронабивных свай-стоекдопускается выполнять с применением расчетной спиральной арматуры, повышающейих несущую способность.

3.5.Для армирования свай-стоек следует применять сборные каркасы. Примеры конструкциисекций арматурных каркасов дня буронабивных свай-стоек с диаметром от 800 до1000 мм даны в приложении 1 .

3.6.Диаметр буронабивных и трубобетонных свай-стоек по технологическим итеплофизическим условиям должен быть не менее:

придлине до 10 м - 500 мм

то жеболее 10 до 30 м - 700 мм

то жеболее 30 до 45 м - 800 мм

то жеболее 45 до 60 м - 1000 мм

3.7.Величины нагрузок и воздействий, значения коэффициентов перегрузок икоэффициентов сочетаний нагрузок, а также подразделение нагрузок на постоянныеи временные - длительные, кратковременные и особые должны приниматься всоответствии с требованиями главы СНиП по проектированию нагрузок ивоздействий.

Крометого, при расчете несущей способности свай-стоек согласно требованиям п. 3.8настоящей Инструкции в качестве внешней продольной нагрузки необходимоучитывать усилие Р_от передаваемое оттаивающим грунтом на сваю-стойку (отрицательное трение),которое определяется по формуле:

где P _от - величина отрицательного тренияоттаивающего грунта;

R_cg = 0,1 кгс/см 2 - удельноезначение отрицательного трения грунта по боковой поверхности сваи-стойки;

R_cg- площадь боковой поверхностисваи-стойки в пределах слоя наносных грунтов.

3.8.Несущую способность свай-стоек Рследует определять как наименьшее из значений, полученных при расчете по двумусловиям:

посопротивлению грунта основания сжатию (пп. 3.9 и 3.10 настоящей Инструкции);

посопротивлению материала свай-стоек (пп. 3.15-3.19 настоящей Инструкции).

Несущаяспособность свай-стоек Ррассчитывается из условия:

где N - расчетная продольная нагрузка наодну сваю-стойку (первая группа предельных состояний) с учетом воздействияоттаивающего грунта (п. 3.7 настоящейИнструкции).

3.9.Несущая способность сваи-стойки по грунту P определяетсяпо формуле:

где F _ст- площадь опирания сваи-стойки на скальныйгрунт в пробуреннойскважине;

K _н= 1,4 - коэффициент надежности;

R ₀ - расчетное сопротивление скального грунта под торцомсваи-стойки, определяемое по формуле:

здесь m и K _г- соответственно коэффициенты условий работы и безопасности по грунту,отношение которых принимается m / K _г = 0,7;

R _сж - среднеарифметическое значение временногосопротивления скального грунта одноосному сжатию в водонасыщенном состоянии,определяемое по данным инженерно-геологических изысканий;

h _з - расчетная глубина заделки сваи-стойки в скальный грунт;

Д _з - диаметр сваи-стойки, заделанной в опорный грунтовый пласт.

Сваи-стойкиследует считать защемленными в основании при их заглублении в скальныеневыветрелые (монолитные) или слабовыветрелые (трещиноватые) грунты не менее,чем на два диаметра сваи. Если сваи-стойки не удовлетворяют этому требованию,расчетное, сопротивление грунта основания сжатию следует определять по формуле(4), принимая выражение:

3.10. При размягченных или сильновыветрелых скальных грунтах (рухляк),в основании свай-стоек, либо скальных грунтах с прослойками нескальныхвозможность их использования в качестве оснований свай-стоек и назначениевеличины расчетных сопротивлений грунта должна решаться по результатамисследований, в том числе статических испытаний свай осевыми нагрузками.

3.11.Расчет буронабивных и трубобетонных свай-стоек из условия сопротивленияматериала следует производить в соответствии с требованиями главы СНиП попроектированию бетонных и железобетонных конструкций с учетом дополнительныхтребований, приведенных в настоящей Инструкции. Для наиболее частовстречающихся случаев свай-стоек, указанных в п.3.15, расчет несущей способности (прочности) допускается по формулам,приведенным в пп. 3.16-3.19 настоящей Инструкции.

3.12.При проектировании буронабивных и трубобетонных свай-стоек должны применяться:

а)батон по прочности на осевое сжатие не ниже М 300 и по морозостойкости для зданий и сооружений классов I и II не нижеМрз 300; в остальных случаях не ниже Мрз 200 с противоморозными и пластифицирующимихимическими добавками, приведенными в п.4.27 ( табл.6 ) настоящей Инструкции;

б) дляпоперечного армирования - арматурная сталь класса A - I марокСт3сп3, ВСт3сп2 и ВСт3Гпс2, а для продольных стержней каркасов - арматурнаясталь класса А- III марки25Г2С;

в) для обсадных труб, а также для промежуточных иконцевых колец арматурных каркасов:

свай-стоек, полностью заглубленных в грунт, - стальмарок ВСт3сп5 или ВСт3пс5;

свай-стоек, выступающих из грунта (выше отметкипланировки), - сталь марок 09Г2-6 или 10Г2С I -6.

1.Указания настоящего пункт распространяются на районы с расчетной температуройвоздуха не ниже минус 50°С.

2.Забивка обсадных труб трубобетонных свай-стоек при температуре ниже минус 40°Сне допускается.

3.13. Расчетные сопротивления бетона и арматуры, атакже коэффициенты условий работы следует принимать в соответствии стребованиями главы СНиП по проектированию бетонных и железобетонныхконструкций. Расчетное сопротивление стали труб (при трубобетонных сваях)следует принимать в соответствии с главой СНиП по проектированию стальныхконструкций. Кроме того, дополнительно необходимо вводить в расчет следующиекоэффициенты условий работы бетона и обсадных труб трубобетонных свай:

m _бн1 = 0,75,учитывающий замедленное твердение бетона, в контакте с вечномерзлым грунтом;

m _бн2 = 0, 6,учитывающий условия бетонирования конструкций глубокого заложения иотносительно малого поперечного сечения;

m _т = 0,8,учитывающий условия забивки труб в скважины.

3.14. При расчете несущей способности (прочности)свай-стоек на воздействие сжимающей продольной силы должен приниматься вовнимание случайный эксцентрицитет е _о сл ,обусловленный неучтенными в расчете факторами. Эксцентрицитет е _о сл в любомслучае принимается в одном из следующих значений:

1/600 всей длины сваи или длины ее части,учитываемой в расчете (п. 3.20 настоящейИнструкции);

1/30 диаметра всего сечения сваи-стойки.

Расчетная величина эксцентрицитета продольной силыотносительно центра тяжести сечения - e _o принимается равнойэксцентрицитету, полученномуиз статического расчета конструкции, но не менее е _о сл .

3.15.Несущую способность (прочность) свай-стоек из бетона марок М 300 и М 400, длякоторых величина расчетного эксцентрицитета е _о , определенная в соответствии с п. 3.14, не превышает Д /10 , допускается рассчитывать в соответствии с требованиями пп. 3.16-3.19настоящей Инструкции. В этих случаях следует расчетные сопротивления бетона дляпредельных состояний первой группы умножать на произведение соответствующихчастных коэффициентов условий работы бетона, которое принимается равным m _бс = 0,36.

3.16.Несущая способность (прочность) буронабивных свай-стоек Р определяется по формулам:

а) припоперечном армировании, не учитываемом в расчете,

б) припоперечной армировании, учитываемом в расчете (косвенное армирование в видеспирали),

Вформулах (5) и (6):

φ - коэффициент продольного изгиба,определяемый по п. 3.19, и с учетомуказаний п. 3.20 настоящей Инструкции;

F - площадь бетона впоперечном сечении сваи;

F _я - то же, ограниченная осью стержня спиральной арматуры (ядросечения);

F _a - площадь сечения всей продольнойарматуры;

R _ac - расчетное сопротивление арматурысжатию;

- приведеннаяпризменная прочность бетона, определяемая по формуле:

здесь R _пр - расчетная признанная прочность бетона;

- расчетноесопротивление растяжению арматуры спирали;

e _o - расчетный эксцентрицитет;

Д _я - диаметр ядра бетонного сечения;

- коэффициентпоперечного армирования, равный:

здесь f _сп - площадь поперечного сечения стержняспиральной арматуры;

S - шаг навивки спирали.

1.Косвенное армирование учитывается в расчете при условии, что несущаяспособность сваи-стойки, определенная по формуле (6), превышает ее несущую способность, определенную пополному сечению - по формуле (5).

2.Косвенное армирование должно удовлетворять конструктивным требованиям п. 3.22 настоящей Инструкции.

3.17.При расчете свай-стоек с косвенным армированием (формула (6)) должно соблюдаться условие, обеспечивающеетрещиностойкость защитного бетонного слоя:

P = φ ·1,8 m _бс · R _пр · F _п ,

гдеφ - коэффициент, определяемый по указаниям п. 3.19 настоящей Инструкции;

F _п - площадь полного приведенного сечения сваи-стойки,определяемая по формуле:

3.18.Несущая способность (прочность) трубобетонных свай-стоек в общем случае (приналичии наряду со стальной трубой арматурного каркаса) определяется по формуле:

гдеφ - коэффициент продольного изгиба, определяемый по п. 3.19;

R- расчетное сопротивление сжатию стали обсадной трубы;

- приведеннаяпризменная прочность, определяемая по формуле (7), при:

но не более 0,06;

здесьF_я - площадь сечения бетонного отвода;

F_тр - площадь сечения трубы,определяемая с учетом многолетней коррозии по формуле:

F _тр =πД(δ– nη );

здесьД и δ - соответственно диаметр и толщина стенки трубы;

n- расчетное число десятилетней эксплуатации свайного фундамента;

η= 0,02 см - глубина коррозии стенки трубы в течение десятилетия.

Примечание . При применениитрубобетонных свай-стоек без арматурного каркаса слагаемое R _ас· F _а в формуле (11) принимается равным нулю.

3.19. Значения коэффициента продольного изгиба φ при расчете по прочности свай-стоекв соответствии с пп. 3.15-3.18 настоящей Инструкции определяются:

а) для буронабивных свай-стоек

при поперечном армировании, не учитываемом в расчете(формула (5)), по зависимости:

φ = φ _мин +( φ _макс - φ _мин )·50μ_а,

ноне более φ_макс,

гдеφ_мин и φ_макс - минимальные имаксимальные значения φ определяемые по табл. 1.

μа- коэффициент продольного армирования:

Таблица 1

Расчетный эксцентрицитет e _о

коэффициенты продольного изгиба φ _мин и φ _макс для расчета по формуле (5) при ℓ ₀ /Д равном

Люди селятся не только в южных районах и средней полосе, огромная часть населения нашей страны проживает в суровых районах Крайнего Севера, где очень сложные климатические условия. Но даже в таких районах жизнь не останавливается – растут города и поселки, где больше половины жилья возводится частным образом. В этом случае очень актуальным становится возведение фундаментных оснований, способных выдержать сложные условия. Тема этой статьи – фундаменты на вечномерзлых грунтах, их устройство и технология работ.

Вечномерзлые грунты: характеристики, свойства

Вечномерзлыми считаются такие грунты, которые находятся в мерзлом состоянии 3-х и более лет, они имеют неустойчивую структуру, при оттаивании подвергаются значительной просадке в результате нарушений природного структурного состояния.

Срез вечномерзлого грунта

Вечномерзлый слой разделяется на две части по вертикали:

Деятельный слой – поверхностный слой мерзлого грунта подвергается частичному оттаиванию во время летнего сезона и снова замерзает с наступлением зимы. Интенсивные процессы оттаивания и замерзания почвы вызывают пучение, что негативно сказывается на устойчивости и прочности зданий, построенных на этом грунтовом основании.

Мощность деятельного слоя зависит от климата местности и геологического состава залегающего грунта, может составлять от 0,3 до 4,0 метров, при этом при продвижении к югу, толщина деятельного слоя значительно возрастает. Наибольшей толщины поверхностный слой достигает в почвах, сложенных их песка и осколочных скальных пород, имеющих открытые поры.

Различают два типа деятельных грунтов:

Сливающиеся – в условиях зимних холодов почва деятельного слоя промерзает на всю толщину, и смерзается с вечной мерзлотой основания, на которое опирается.
Несливающиеся грунты – между деятельным грунтовым слоем и вечномерзлым материковым, существует незамерзающая перемычка.

Вечномерзлая толща – этот грунтовый слой принято подразделять на два вида:

Непрерывная мерзлая толща – состоит из сплошного однородного слоя мерзлого грунта.
Толща слоистая – представлена прослойками из смерзшихся почв, льдистых включений или слоев, которые размываются подпочвенными водами.

Вечная мерзлота может быть сложена из грунтов любого типа, среди которых наиболее широко представлены основные группы почв. Самый наименьший процент в мерзлотных почвах составляют скальные породы.

Твердомерзлый грунт

По состоянию вечномерзлые грунты принято подразделять на следующие виды:

Твердомерзлые – этот вид представлен смерзшимся песком, который в замерзшем состоянии приобретает все свойства и характеристики скального грунта.
Пластичномерзлые – состоят из глинистых пород, которые в результате глубокого промерзания, содержат замерзшую воду, и могут сжиматься при воздействии определенных нагрузок.
Грунты сыпучемерзлые – эту группу составляют песчаные и гравийные грунты, которые даже в замерзшем состоянии не скованы льдом, находятся в достаточно рыхлом состоянии.

Особенности фундаментов на вечной мерзлоте

Фундаменты на вечномерзлых грунтах требуют особого подхода, для их возведения применяется специальная технология. Уже в момент проектирования опорного основания в условиях вечной мерзлоты, следует предусмотреть ряд аспектов:

Разработка мероприятий по уменьшению возможных деформаций постройки.
Тщательный расчет глубины заложения фундамента.
Выбор вида фундаментного основания с учетом местных условий.
Технология возведения опоры здания, разработанная для строительства оснований здания в вечной мерзлоте (способ погружения опор).

Строительство дома в любых условиях – ответственный процесс, требующий тщательного выполнения строительных норм и правил, с особой тщательностью следует выполнять технологию работ. В условиях вечной мерзлоты к строительству зданий следует подходить еще более ответственно, выбирая подходящее основание для опоры постройки.

Свайные фундаменты

Оголовки свай для мерзлых грунтов

По сравнению с другими типами оснований, фундамент на вечной мерзлоте (свайный), имеет значительные преимущества:

Исключается необходимость разработки природного грунта в котловане, что достаточно тяжело выполнить в силу природных условий местности.
Свайные фундаменты в мерзлоте допускается возводить при любых погодных условиях, в любое время года.
Технология устройства свайных фундаментов (способ погружения) отличается простотой, доступностью.
Свайные основания в условиях мерзлоты обычно заглубляют на большую глубину, поэтому исключается опасность неравномерной осадки здания и опрокидывания конструкций.

Необходимо выполнять тщательные расчеты величины заглубления свайных опор, учитывая весь комплекс действующих факторов по геологическим и гидрогеологическим показателям, в том числе – глубины сезонного промерзания и оттаивания грунта.

Особое внимание следует уделять морозному пучению почв, которые возникают в пылеватых и глинистых почвах. Выпучивание замерзшей почвы чревато неравномерной осадкой при сезонном оттаивании верхних слоев мерзлой породы.

Свайные опоры в большей мере, чем другие виды фундаментных оснований, способны сопротивляться силам морозного пучения. Устройство основания из свай под здания в условиях вечной мерзлоты, соблюдая необходимую технологию, гарантирует зданию устойчивость, прочность и долговечность.

В настоящей статье рассмотрим подробно технологию возведения свайных фундаментов в районах вечной мерзлоты.

Буроопускные сваи

Каркас буроопускной сваи

Технология устройства фундаментов из буроопускных свай разработана специально для районов с вечномерзлыми грунтами.

Способ погружения опор включает выполнение основных технологических операций:

Погружение свай квадратного сечения в заранее приготовленную скважину, превышающую по размерам погружаемую опору.
Заполнение зазора между свайной опорой и стенками скважины бетонным раствором.

Свайные опоры, принимая нагрузку от веса здания и прочих воздействий, перераспределают ее на нижние слои почвы, а также на боковые поверхности, сжимаемые грунтом.

Промышленность выпускает прямоугольные буроопускные опоры из металла. Внизу ствола имеется уширение с закрепленным опорным элементом и ребрами жесткости. Между телом сваи и наконечником устанавливается специальная цилиндрическая вставка, которая определяет несущую способность всей опорной конструкции.

Допускается применять для устройства фундаментного основания сваи квадратного сечения и сваи-оболочки. Для повышения прочности последних опор, требуется выполнить бетонирование внутренней полости после завершения монтажных работ.

Габариты свайных опор принимаются согласно проектным расчетам. Для обеспечения повышенной прочности могут быть применены составные опоры, при условии их обязательного опирания на твердое основание.

Рекомендуем посмотреть видео, рассказывающее о процессе монтажа опор в мерзлых почвах.

Технология и способы погружения свай

Способ погружения свайных опор в мерзлые грунты при использовании технологии строительства оснований из буроопускных свай, включает следующие операции:

Предварительное бурение скважин в вечномерзлом грунте.
Устройство амортизационной песчано-гравийной подушки – в скважину послойно засыпается крупный песок с проведением тщательного уплотнения слоев. Второй слой подушки выполняется из мелкого гравия или щебня мелкой фракции. Устройство песчано-гравийной подушки предполагает выполнение тщательного уплотнения слоев песка и щебня.

Способ уплотнения подушки состоит в следующем: с большой высоты в скважину опускается фундаментная опора квадратного сечения, которая уплотняет слой песка или щебня.

Погружение металлической сваи в подготовленную скважину (существует специальная технология).
Заполнение пазух свайного фундамента грунтом или раствором – устройство основания под здание в вечномерзлых грунтах предполагает заполнение пространства вокруг наружных поверхностей свайной опоры мерзлым материковым грунтом; цементно-песчаным или цементно-глинистым раствором.

При заполнении пустого пространства раствором, важно помнить, что состав должен заполнить скважине не более 1/3 от ее глубины.

Посмотрите видео, как производится установка буроопускных опор.

Способ погружения свайных опор в мерзлые грунты выбирается в зависимости от комплекса условий, которые включают состояние мерзлых грунтов. В зависимости от ситуации, могут применяться следующие варианты погружения опор:

Механизированная установка опор – при этом варианте буроопускные опоры монтируются в скважины при помощи специальных механизмов. Способ монтажа опор нельзя назвать экономичным, так как привлекается дорогая грузоподъемная техника.
Устройство фундаментного основания методом погружения свай в предварительно оттаянный грунт (оттаивание проводится специальными иглами с помощью пара или электричества). Этот способ отличается сложностью и сопряжен с высокими затратами.
Монтаж свай в скважины заведомо меньшего диаметра (бурозабивной способ).
Забивка свайных опор в вечномерзлые грунты без проведения предварительной подготовки.

Два первых способа применяются в твердомерзлых грунтах, технология забивного погружения свай применяется обычно в мерзлых пластичных грунтах. Каждый способ имеет свои особенности, преимущества и недостатки, выбирая технологию погружения свай, следует всесторонне оценить существующие условия строительства.

Установка буроопускной сваи в скважину

В последнее время активно ведется жилищное и гражданское строительство в северных районах нашей страны. Для устройства фундаментов зданий и сооружений, возводимых в условиях вечной мерзлоты или других специфических условиях, лучше всего подходят буроопускные сваи. Любые фундаменты возводятся с учетом строгого последовательного исполнения всех звеньев технологической цепочки и соблюдением строительных норм и правил, а в северных климатических условиях при наличии постоянного промерзания грунтов к подбору и устройству свайных фундаментов нужно отнестись более ответственно.

Конструкция буроопускной сваи

Буроопускная металлическая свая представляет собой стальную трубу с толщиной стенок 4-12 мм длиной 4-36 м с различными наконечниками:

Плоским, с отверстием для отвода воздуха.
Тупым литым с отверстием.
Эллиптическим.
Без наконечника.

Выбирать конструкцию сваи с тем или иным наконечником рекомендуется в зависимости от условий погружения и особенностей возводимого строения. Металлические конструкции обязательно обрабатываются антикоррозийными составами.

Наряду с металлическими сваями широко применяются железобетонные конструкции цилиндрического или квадратного сечения, которые могут быть длинномерные или состоять из нескольких секций. Маркируются железобетонные конструкции буквами «С» (квадратное сечение) или буквами» «СО», что означает свая – оболочка. Наиболее часто применяют железобетонные сваи с рабочим сечением 250 х 250 мм или 400 х 400 мм и длиной до 16 метров.

Буроопускные сваи могут быть полыми или сплошными.

Схема конструкции буроопускной сваи

Пример маркировки металлической сваи

Для упрощения подбора свайных конструкций изделия обязательно маркируются. В качестве примера можно рассмотреть следующую маркировку, например, SM-426/10/8/Э/Т/У/09Г2С-4/БП. Это означает, что конструкция сваи металлическая с диаметром стволовой части в 426 мм с толщиной стенок 10 мм, длина составляет 8 метров, буква «Э» означает применение электросварной трубы по ГОСТУ10704-91,буква «Т» вид наконечника (тупой), буква «У» обозначает тип хвостовой части сваи (усиленный), «БП» означает, что данная свая выпускается без покрытия.

Преимущество свайного буроопускного фундамента

Буроопускные свайные фундаменты имеют ряд преимуществ:

Отсутствие земляных работ. Обычно перед началом работ по устройству фундаментов выполняются земляные работы по снятию растительного слоя и разработке котлованов или траншей для последующего монтажа несущих конструкций. Буроопускные сваи в качестве несущего основания не требуют разработки земляных котлованов, которые в условиях постоянного промерзания грунтов технологически тяжело выполнить.
Отсутствие сезонности выполнения работ. Производство работ по устройству свайного фундамента в вечномерзлых грунтах допускается в любые погодные условия и независимо от времени года, что крайне важно в таких специфических северных условиях.
Доступная и простая технология. В названии «буроопускные сваи» буквально в двух этих словах заключается вся технология устройства подобного несущего основания дома или сооружения.

Недостатки свайного буроопускного фундамента

К недостаткам этого вида свайного фундамента можно отнести следующее:

В процессе производства работ по заполнению скважины цементно-песчаным раствором появляется избыточное тепло, что значительно увеличивает длительность вмораживания свайной конструкции, следовательно, увеличивается сроки строительства.
Необходимость применения специальных авторастворовозов для изготовления и подогрева цементных смесей, что приводит к удорожанию строительства.
Невозможность контролирования качества заполнения цементным раствором зазоров между стенками пробуренной скважины и телом сваи.

Некоторые недостатки вполне возможно устранить непосредственно на строительной площадке: например, для защиты от появления избыточной теплоотдачи строительных цементных растворов в полость металлической конструкции сваи заливают хладагент или охлаждающую жидкость.

Требования к свайным фундаментам в условиях мерзлоты

В северных климатических районах с постоянным промерзанием земляного основания возможно явление морозного пучения грунтов, которое свойственно глинистым и пылеватым почвам. Такое явление выпучивания замерзшего грунта может вызвать неравномерную осадку во время сезонного оттаивания верхнего слоя мерзлой почвы.

Чтобы исключить опасность неравномерной просадки здания, а, следовательно, возможного перекоса и опрокидывания несущих конструкций постройки, свайные фундаменты на мерзлых грунтах опускают на большую глубину. Поэтому так важно на стадии проектирования выполнить тщательный расчет величины опускания буроопускных свайных конструкций, учесть весь комплекс действующих геологических и гидрогеологических условий во время сезонного промерзания и оттаивания грунтов основания.

Буроопускные сваи обладают значительной способностью сопротивляться силе морозного пучения грунтов в условиях вечной мерзлоты. Правильное устройство свайного фундамента гарантирует устойчивость, прочность и долговечность всего здания или постройки.

Технология устройства буроопускных свай

Свайная технология применения буроопускных конструкций в качестве фундаментов разработана исключительно для сложных климатических условий вечномёрзлых скальных, твердомерзлых грунтов. Погружение свайных конструкций происходит в несколько этапов:

Устройство скважины в грунте диаметром большим по размеру на 50 или 100 мм, чем диаметр конструкции сваи.
Опускание опоры с квадратным поперечным сечением в полость подготовленной скважины на проектную глубину.
Заполнение бетонной смесью марки не менее М 300 с морозостойкими добавками зазоров между телом сваи и боковыми стенками скважины.
Демонтаж обсадных труб.

Когда буроопускная конструкция установлена, нужно подождать некоторое время для ее смерзания с окружающим грунтом, и лишь после этого свая готова к эксплуатации.

После завершения технологического процесса свайная буроопускная конструкция принимает нагрузку от веса дома или постройки и других факторов, и передает ее на нижние более крепкие грунтовые основания.

Обсадные трубы

Бурение обсадных скважин

Устройство свайных фундаментов буроопускным способом выполняется под защитой металлических инвентарных обсадных труб. Для предотвращения попадания земляной массы и грунтовой влаги, в пространство между телом сваи и скважины размещаются конструкции труб обсадки. После завершения процесса монтажа обсадные конструкции извлекаются.

В особых случаях, согласно проекту производства работ, обсадку оставляют в грунтовом массиве. Обсадные трубы могут иметь разные диаметры и для каждого конкретного случая можно подобрать свой размер. Внешнее сечение может быть в пределах от 620 мм до 2500 мм.

В грунт трубы обсадки погружаются с помощью следующих способов:

Методом забивки труб.
С помощью специального оборудования (вибростол).
С применением бурового оборудования.

Процесс бурения грунта может выполняться ударным или вращательным методом.

Пример бурения скважины с обсадной трубой представлен на видео:

Виды буроопускных свай

В настоящее время заводы – изготовители производят металлические прямоугольные буроопускные конструкции с уширением внизу ствола, закрепленным элементом и ребрами жесткости. Несущую способность буроопускной конструкции обеспечивает специальная цилиндрическая вставка, расположенная между наконечником и телом сваи.

Разрешается применять также полые сваи с последующим заполнением бетонной смесью. Размеры буронабивных конструкций подбираются на основании расчетных данных.

Металлические буроопускные сваи

Способы погружения свайных опор

Погружение свайных буроопускных конструкций в промерзшие грунты проводится следующим способом:

Предварительное устройство скважины методом бурения.
Очистка пробуренной скважины от снега, воды и шлама. Разрешается оставлять в полости слой не более 150 мм.
Обязательное устройство песчано-гравийной амортизационной подушки с последующим механическим послойным уплотнением. Вместо мелкого гравия можно использоваться щебень мелкой фракции.
Заполнение скважины цементно-песчаным раствором в пропорции 1: 5 на 1/3 глубины. В процессе погружения свайной опоры раствор будет выдавливаться и равномерно заполнять пространство вокруг опорной конструкции.
Погружение металлической конструкции сваи в грунт с помощью специальной технологии. Обычно свая устанавливает в строго вертикальном положении в течение нескольких часов.
Заполнение зазоров между телом свайной конструкции и скважины цементно-песчаной (глинистой) смесью, которая после замерзания смерзается с грунтом и добавляет дополнительную устойчивость буроопускной конструкции.

При заполнении пазух свайного фундамента следует помнить, что рекомендуется использовать для этих целей мерзлый материковый грунт.

Процесс монтажа буроопускной сваи

Механизированный способ уплотнения амортизационной подушки заключается в ударном опускании фундаментной опорной конструкции квадратного сечения с большой высоты в скважину.

Погружение буроопускных свай

Буроопускной способ погружения свай можно проводить следующими методами:

Механизированный монтаж опор при помощи специальных механизмов. Для этой цели привлекается дорогостоящая грузоподъемная техника.
Метод предварительного оттаивания мерзлого грунта с помощью установки специальных игл (шпунтов). Размораживание происходит под действием пара или электрической энергии. Такой метод энергозатратный, хотя относится к несложным по исполнению. Метод оттаивания мерзлого грунта требует внимания и продолжителен по времени.
Использование при монтаже свай скважины меньшего диаметра. Забивка металлической конструкции сваи в мерзлый грунт проводится без предварительных подготовительных работ по устройству скважины. Такой метод рекомендован в пластичных мерзлых грунтах.

Погружение сваи механизированным способом

Каждый из этих методов погружения следует выбирать в соответствии существующих условий строительства домов и сооружений.

Если мерзлые грунты имеют пластичную структуру, то использование буроопускных свай является достойной альтернативой бурозабивной технологии устройства свайных фундаментов в условиях вечной мерзлоты.

Устройство свайных фундаментов в вечномёрзлых грунтах требует знания технической стороны вопроса. На Крайнем Севере суровый климат и устройство свай в вечномерзлых грунтах, а также строительство свайных фундаментов проводится в соответствии с технологическими требованиями по монтажу буронабивных и буроопускных опор. При проектировании и проведении монтажных работ, учитываются особенности и свойства земли на строительной площадке.

Характеристики пород

К вечномёрзлым относятся породы, находящиеся в мёрзлом состоянии от 3-х и свыше лет. Они характеризуются нестабильной структурой: в период оттаивания значительно оседают из-за нарушения естественной структуры. К деятельной полосе земли относится верхний слой, который оттаивает летом, а и с приходом зимы замерзает. Периоды обильного оттаивания и замерзания приводят к её пучению. Это ухудшает устойчивость, и снижает прочность домов, возведённых на таком покрытии.

На глубину деятельного слоя влияют климатические условия и геологический тип залегающей земли. В зависимости от этих факторов его мощность может колебаться в пределах от 0,3 до 4 метров. По мере продвижения к югу, глубина деятельного слоя увеличивается. Максимальную глубину поверхностного слоя имеет земля с открытыми порами, в структуре которых преобладают куски скальных пород и песок.

Деятельные покрытия делятся на:

Сливающиеся – в период зимних холодов поверхностный грунт промерзает на всю глубину, и смерзается со своим вечномёрзлым основанием;
Не сливающиеся – наличие незамерзающей перемычки между поверхностным слоем и материковым основанием.

Вечномёрзлая толща делится:

Непрерывно мёрзлый грунт – состоит из однородной массы земли;
В состав слоистой толщи входят прослойки из смёрзшихся пород, льда или слоёв, подверженных воздействию подпочвенных вод.

Земля под основание сооружения может состоять из покрытий любого вида, среди которых наибольшее распространение получили основные типы. К редко встречающимся типам мерзлотных покрытий относятся скальные породы.

В зависимости от состояния, мёрзлые почвы делятся на такие типы:

Твёрдомёрзлая порода – относится смерзшийся песок, который в мёрзлом виде обладает характеристиками скальной подошвы.
Пластичномёрзлые слои. В их состав входят глинистые почвы. Вследствие содержания в них замёрзшей воды, они подвержены сжатию под воздействием определённой нагрузки;
Сыпучемёрзлые покрытия – относится песчаный и гравийный слой. Они даже в мёрзлом виде не скреплены льдом и достаточно рыхлые.

В процессе возведения здания следует учитывать особенности и структуру земли, чтобы построенное здание было надежным и долговечным.

Возведение фундаментов в условиях вечной мерзлоты

Для возведения дома используются специальные технологии. На стадии проектирования конструкций сооружения, необходимо предусмотреть такие моменты:

Разработать меры по снижению износа постройки вследствие деформаций;
Тщательно рассчитать глубину закладки фундамента;
Выбрать тип конструкции, учитывая местные особенности грунта;
Технологический проект по монтажу опор здания, рассчитанный на строительство в сложных природных условиях. Определить метод заглубления деталей.

Независимо от климатических условий, в которых ведётся строительство, в процессе возведения здания требуется соблюдать строительные стандарты и нормы. Особо тщательно контролируется правильность выполнение технологии работ. На вечномёрзлых грунтах строительству домов необходимо уделять еще больше внимания, подбирая соответствующие несущие конструкции постройки.

Фундамент на сваях

При возведении ленточного основания здания на вечной мерзлоте возникает много вопросов: вынуть большой объём грунта, сложность рытья траншеи и другие моменты. В отличие от остальных видов, столбчатая конструкция обладает значительными достоинствами:

Нет необходимости в выемке грунта из котлована. Это экономит средства на дорогостоящих работах в тяжёлых естественных условиях;
Возможность возведения при любой погоде, в любой период года;
Технологически, обустройство свайного фундамента методом погружения столбов, является простым и доступным мероприятием;
В условиях мерзлоты столбы обычно монтируются на значительную глубину. Такой подход исключает риск неравномерного оседания дома и опрокидывания сооружения.

Расчётная величина заглубления деталей учитывает показатели по результатам геологических и гидрологических изысканий, а также сезонные колебания величины толщины грунта, подверженного промерзанию и оттаиванию. С особым вниманием следует отнестись к пучению из-за морозов, которое имеет место на пылеватых и глинистых смесях. При выпучивании замёрзшего грунта нарушается равномерность осадки опор во время сезонного таяния поверхности мёрзлой почвы.

Важно знать

Опоры более приспособлены к сопротивлению силе морозного пучения, чем прочие типы фундаментов. Установка СВФ для дома в замёрзшей земле, гарантирует постройкам долговечность и высокие прочностные характеристики.

Фундамент на буроопускных сваях

Технология обустройства фундамента с помощью буроопускных столбов рассчитана именно на районы с вечномёрзлыми почвами. Метод заглубления свай включает в себя основные технологические этапы:

Заглубление квадратных опор в пробуренную скважину, размеры которой превышают опускаемую сваю;
Наполнение бетонной смесью полостей между столбом и стенами скважины.

Столбы эффективно перераспределяют массу дома на нижние горизонты глины и на боковые стенки, сжатые породой. Выпускаемые заводом буроопускные столбы прямоугольного сечения изготавливаются из металла. Низ ствола оборудуется уширением с прикреплённой опорной деталью и рёбрами жёсткости. Установленный между телом сваи и наконечником специальный технологический элемент, влияет на несущие характеристики всей конструкции.

Важно

Квадратные детали и опоры-оболочки также используются для обустройства свайного основания. Сваи-оболочки необходимо усиливать бетонным раствором, заливаемым в полости после окончания строительных работ.

Размеры элементов принимаются в соответствии с проектными расчётами. Увеличенная прочность свайной конструкции достигается при использовании составных опор. При этом они обязательно должны опираться на твёрдую поверхность.

Технология и методы погружения столбов

Установка свай в вечномёрзлом грунте делится на несколько подготовительных операций. Технология возведения основания из буроопускных конструкций выглядит так:

Подготовительное бурение отверстий;
Создание амортизационного слоя из песчано-гравийного материала – в отверстие закладывается крупнозернистый песок и утрамбовывается. Затем закладывается мелкий гравий с последующим уплотнением;
Опускание металлической сваи в подготовленное отверстие с использованием специальной техники;
Заливка пазух вокруг внешней поверхности опоры раствором цемента с песком или глиной.

Песчано-гравийная смесь утрамбовывается с помощью квадратной детали. Она опускается в отверстие с большой высоты, уплотняя гравийно-песчаную смесь.

На выбор способа погружения деталей в мёрзлую почву влияет комплекс условий, включающий состояние покрытия. В различных ситуациях используются такие способы погружения столбов:

Механизированный монтаж элементов – при этом методе буроопускные сваи устанавливаются в отверстия с помощью подъёмных механизмов. За счёт привлечения дорогостоящей техники этот способ монтажа не дёшев;
Установка столбов в предварительно оттаянную почву. Оттаивание осуществляется с помощью использования источника пара или электричества. Это сложный и дорогостоящий метод;
Установка конструкций в заведомо зауженные предварительно пробуренные скважины бурозабивным методом;
Забивка деталей без подготовительных работ.

Первые два метода нашли своё применение на твёрдомёрзлых почвах. Технология установки основания дома забивкой обычно используется в пластичной породе. При выборе метода заглубления свай необходимо учитывать особенности, плюсы и минусы каждого метода, а также изучить местные условия на строительной площадке.