Свайные фундаменты: какие бывают, почему нет лучших, но есть идеальные для конкретной ситуации

Начальная теория. Какие бывают сваи и свайные фундаменты

Сваей называют погруженный в готовом виде или изготовленный в грунте стержень, предназначенный для передачи нагрузки от сооружения на грунт основания. Существует более 170 типов и конструктивных видов свай. Они различаются:

• по материалу – деревянные, металлические, бетонные или железобетонные, комбинированные;
• по условиям изготовления – сделанные предварительно и на месте;
• по характеру передачи нагрузки на грунт – сваи-стойки и висячие.

Свая-стойка прорезает толщу слабых грунтов и опирается на практически несжимаемые скальные или мало сжимаемые грунты, и вся нагрузка приходится на ее нижний конец. Висячая свая размещается в сжимаемых грунтах, и нагрузка на основание передается как боковой поверхностью сваи, так и ее нижним концом.

Плита или балка, которая объединяет сваи сверху и распределяет между ними нагрузку от здания, – это ростверк. Группа свай вместе с ростверком – свайный фундамент.

В зависимости от количества и расположения свай готовый свайный фундамент будет называться ленточным фундаментом, свайным кустом или сплошным свайным полем.

Свайный куст состоит из трех и более свай. Две – тоже имеют право на существование, и даже одна – свая-колонна, используемая для легких наземных конструкций.

Ленточный фундамент – это сваи в один или несколько рядов. Почти все современные высотные здания располагаются на большом количество опор – сплошном свайном поле.

Предварительно изготовленные сваи бывают деревянные, железобетонные, стальные и комбинированные.

Все старые здания в Санкт-Петербурге стоят на деревянных сваях из хвойных пород, 20-40 мм в диаметре и 8-10 м в длину. В современном строительстве такие сваи не используются.

«Деревянные сваи, сделанные 100 и более лет, способны служить долго, если располагаются ниже уровня подземных вод. Когда этот уровень искусственно понижается, они начинают быстро гнить в местах колебания уровня подземных вод», - подчеркнул Юрий Харин в своем выступлении.     

К чему приводит экономия на изысканиях

В современном строительстве наиболее распространены железобетонные сваи. Они классифицируются:

• по форме поперечного сечения – круглые, квадратные и прямоугольные,
• по форме продольного сечения – призматические, цилиндрические, с наклонными гранями, с уширенной пятой,
• по геометрии пяты – тупые и заостренные,
• по конструктивным особенностям – цельные и составные,
• по способу армирования – с продольной и поперечной арматурой, ненапрягаемой и напряженной.

Если нужно нарастить длину, отдельные звенья соединяют, сваривают. Есть примеры, когда сваи погружали до 100 метров. 

Сваи погружают в грунт одним из способов: забивка, вибропогружение, вдавливание, ввинчивание.

Вибропогружение свай наиболее эффективно при насыщенных водой песках.

Вдавливание – щадящий метод, но используется редко из-за массивного оборудования. Этот способ предпочтительный, когда необходимо усилить существующие фундаменты, а использовать забивку или вибропогружение нельзя.

Щадящим методом считаются и ввинчивающие стальные сваи трубчатого сечения, с приваренной на них по спирали гладкой арматурой. Нижний конец у них острый, ввинчивается в грунт, как шуруп, без вреда для соседних строений. Ими часто обустраивают ограждения вертикальных откосов котлованов рядом с существующими зданиями.

Современные технологии позволяют спроектировать практически любое сооружение на практически любых грунтах. Выбор того или иного способа изготовления и погружения свай должен быть сделан на стадии инженерно-геологических изысканий.

«Застройщики порой экономят на инженерно-геологических изысканиях, а также на испытаниях свай, для них это дополнительные затраты. Нормальная проектная организация должна сама изначально давать задание на проведение изыскательских работ и на сбор полной информации обследуемого строительного участка. Опытный проектировщик принимает необходимые решение только на базе актуальных изысканий. Экономить на инженерно-геологических изысканиях нельзя», - констатировал Юрий Харин.

80% всех аварий на стройплощадках или при эксплуатации зданий связаны с повреждениями оснований и фундаментов. Если в 1980-90 годах только 3% происшествий происходили из-за ошибок проектировщиков, то сейчас этот показатель достигает 15%.  

Что говорят о сваях РИТ сторонники, противники и мошенники

В течение всего мероприятия спикер неоднократно возвращался к буроинъекционным сваям РИТ, выполняемым по разрядно-импульсной технологии. Этот способ советский, российский, популярный у нас и не нашедший почитателей за рубежом.

В начале 40-х годов советский специалист по свайным фундаментам Александр Луга предложил новую конструкцию камуфлетных свай. В грунт погружают до требуемой глубины металлическую оболочку, закрытую конусным наконеч­ником. Благодаря этому вода и грунт не могут попасть в сква­жину. В оболочку опускают заряд ВВ с электродетонатором, за­ливают бетон и с помощью подрывной машинки производят взрыв. Когда нижняя часть трубы разрывается и в грунте обра­зуется камуфлетная полость, заполненная опустившимся бетоном, в верхнюю часть скважины устанавливают арматурный кар­кас, предназначенный для связи сваи с ростверком, и заканчи­вают бетонирование ствола. Диаметр камуфлетного уширения обычно принимают равным 2,5-3 диаметрам ствола сваи. Несущая способность – в 1,5-2,5 раза больше, чем у свай без уширения.

В последующие годы эта технология использовалась часто, когда нужно было восстанавливать разрушенную войной страну, строить быстро и много.

В 1956 году советский ученый Лев Юткин экспериментировал с электровзрывами в воде. Из-за низкого КПД преобразования электрической энергии в те полезные виды энергии, которые можно использовать, такое преобразование энергии было признано технически бесперспективным. В шестидесятые годы идея перестала развиваться, а в девяностых о ней снова вспомнили.

После развала СССР многие специалисты из космической отрасли остались не у дел. Скооперировавшись со строителями, они придумали генераторы импульсного тока и запатентовали изобретение.

С 1990 года в геотехнике применяется новый вид свай с высокой несущей способностью по грунту – сваи РИТ. Отличительная особенность изготовления этих свай состоит в динамическом уплотнении около свайного грунта электрическими разрядами импульсного тока в бетонной смеси. 

У свай РИТ есть как сторонники, так и противники. Противники говорят, что с забивными бетонными сваями работать проще, что РИТ-сваи – это слишком высокие технологии и дополнительные сложности с высоковольтной аппаратурой.

Сторонники заявляют, что сваи-РИТ экономичнее, их несущая способность в два-три раза больше, чем у других свай. Для наглядности, 1м³ бетона, залитый в сваю РИТ, несет порядка 100 тонн, а 1 м³ бетона в буронабивных сваях больших размеров, несет всего 10-20 тонн.

Еще встречаются фальсификаторы. Говорят, что работают по технологии РИТ, а на самом деле подают в место взрыва обычное напряжение 380 вольт. Они не желают сотрудничать с головной организацией, держателем патента.   

Почему ускорение приводит к замедлению

Сейчас модно ускоряться, упрощать, передавать рутину искусственному интеллекту. В реальности спешка, особенно в строительстве, заканчивается необходимостью все переделывать.

Например, хочется кому-то побыстрее бурить. Так и поступает оператор буровой машины, если он неумелый, или кто-то стоит у него над душой и требует ускорения. Вместо 40 см в единицу времени бурят 50 см. Шнек становится гибким, начинает болтаться вокруг оси, увеличивается диаметр скважины и как следствие – увеличивается пористость грунта, снижается качество работ.

Или вот еще пример – проектировщик, которому не хочется себя утруждать. Чтобы поскорее оценить несущую способность сваи, он делит грунт, соприкасающийся с ее боковой поверхностью, на слои толще двух метров, и расчеты получаются не точными.  

Не терпит спешки и процесс взаимодействия свай с окружающим грунтом. При забивке сваи в песок под нижним его концом образуется переуплотненная упругая зона, препятствующая погружению. Если забивать сваю дальше, то ее ствол может разрушиться. Если сделать перерыв на несколько дней, погружение можно возобновить. Эти явление назвали даже отдыхом сваи, когда происходит релаксация напряжений в грунте.

Суета не совместима с испытаниями свай вертикальной статической нагрузкой. Иногда застройщики пренебрегают испытаниями, мол, это затратное по времени, усилиям и деньгам мероприятие. На самом деле все затраты окупаются точным пониманием, какова мощь свай в данных геологических и гидрогеологических условиях на строительной площадке.

Почему объем изысканий должен быть больше

По мнению Юрия Харина, инженерно-геологические изыскания в том объеме, в каком они ведутся на современных стройплощадках, недостаточны. Специалисты иногда берут на испытания очень мало проб грунта, относительно основания будущего здания.

Раньше проектирование выполнялось поэтапно: ТЭО, проект, рабочий проект. Объем инженерно-геологических изысканий последующего этапа определялся по результатам предыдущего.

Ныне проектирование одноэтапное – только рабочий проект. Изыскания так же делаются в один этап. Чтобы выдать отчет, изыскатели вынуждены домысливать, результаты получаются субъективными.

Строители и проектировщики компенсируют нехватку изыскательской информации увеличением запасов надежности проектируемых конструкций, то есть берут худший показатель и работают с ним. В итоге объект выходит дороже, что не всегда оправдано.

А ведь даже в серии европейских стандартов в стандарте «Еврокод 7: геотехническое проектирование» указывается, что знание грунтовых условий зависит от объема и качества геотехнических изысканий. Эти сведения значат больше, чем точность расчетных моделей и частных коэффициентов.

Выводы. Почему нужен широкий кругозор

Пока шел вебинар, слушатели писали в Telegram-чате Университета Минстроя: «Очень полная информация». Им отвечали, что это глава из учебника. Далее следовали признания, что широты знаний не хватает, и хотелось бы иметь больше компетенций.

Возможно, незнание – иногда главное объяснение, почему специалист на строительной площадке считает технологию, которая ему хорошо знакома, лучшей и правильной.

Для ликвидации информационных пробелов редакция «ГеоИнфо» рекомендует:

• читать деловые и отраслевые издания,
• участвовать в профессиональных мероприятиях,
• вступить в чат мероприятия и не выходить из него, чтобы всегда можно было задать вопрос коллегам. 

Для лучшего запоминания полезно делать записи. Информация сослужит добрую службу и на работе, и в каком-нибудь разговоре, когда надо блеснуть знаниями.

Например, из данного вебинара по свайным фундаментам, несложно запомнить несколько цифр. На практике используется:

• 170 типов и конструктивных видов свай,
• четыре вида свай, в зависимости от материала, - деревянные, железобетонные, стальные и комбинированные,
• четыре способа погружения свай в грунт - забивка, вибропогружение, вдавливание, ввинчивание.

Деревянные сваи способны служить веками при правильной эксплуатации. Сваи РИТ – отечественное изобретение. Чтобы не нарваться на мошенников, нужно узнать, сотрудничает ли компания с организацией-патентодержателем. 

Причинами аварий при строительстве и эксплуатации объектов могут быть ошибки проектировщиков и нехватка инженерно-геологической информации. Сейчас повсеместно изыскания проводятся в недостаточном объеме и в один этап. Заказчики экономят на исследованиях грунтов, а на самом деле изыскания гораздо дешевле, чем иные пути, которые выбирают строительные компании.