Свайный фундамент как сделать: Свайный фундамент своими руками: использование и строительство

Содержание

Свайный фундамент своими руками: использование и строительство

Однажды, готовя под фундамент котлован, вы обнаружили, что грунт становится слабее по мере заглубления вместо того, чтобы с глубиной уплотняться все больше. Если, в конце концов, вы достигли твёрдого основания, то наименее дорогостоящим и самым простым является решение размещения ленточного фундамента. Но в случае, когда слабый грунт расположен ниже разумных пределов, то целесообразнее устроить другие типы конструкции, одним из которых выступает свайный фундамент.

Оглавление:

  1. Понятие свайного фундамента
  2. Причины выбора свайных фундаментов
  3. Конструкции свайного фундамента
  4. Расположение и материалы свай
  5. Технология строительства свайного фундамента.
  6. Бурение скважины
  7. Бетонирование и армирование свай
  8. Устройство ростверка
  9. Ограничения в использовании свайного фундамента

 

Понятие свайного фундамента

С давних пор на территории, которая часто подвергалась затоплению, люди возводили дома на сваях, вбитых в землю.

Сваи изготавливали из бревен и загонялись вручную в почву – подобный процесс хоть и отнимал у застройщиков много сил и времени, но позволял, тем не менее, приподнять на метр-два дом и спасти от воды имущество.

Свайный фундамент до сих пор пользуется большой популярностью, когда приходится сооружать постройку на слабом грунте, малопрочном или сильносжимаемом, то есть на такой почве, что не подходит для обычного мелкозаглубленного фундамента.

Свайный фундамент характеризуется множеством преимуществ и среди строителей слыл одним из самых надежных конструкций. Если сравнивать свайный и столбчатый фундамент, технология свайного фундамента является намного проще, потому что отпадает необходимость вырывать ямы, засыпать пазухи и делать опалубку.

При возведении свайного фундамента иногда получается обойтись без земляных работ – сваи принято вгонять специальной техникой в грунт, а скважины для буронабивных свай можно пробурить с помощью ручного строительного бура.

Свайный фундамент широчайшее применение нашел в гражданском и промышленном строительстве. Использование свайного фундамента способствует сокращению работы по сооружению подвала зданий, или вообще исключает подобное из строительных работ. С большим успехом свайные фундаменты используются в строительстве коттеджей, загородных жилых и дачных домов.

Причины выбора свайных фундаментов

Чем же может быть обусловлено устройство свайного фундамента при строительстве загородного дома? Главной причиной выступает слабый верхний слой почвы. К слабому грунту причисляют растительные грунты с торфом или перегноем, лессовидные грунты, которые теряют устойчивость при наличии воды, песчано-глинистые грунты плывуны, что сильно насыщены водой, суглинки и глинистые почвы в текущем и пластичном состоянии.

В выше описанных ситуациях есть необходимость нагрузку перенести от здания к более плотной почве, которая располагается на глубине. Свайный фундамент также позволяет справиться с пучинисностыми грунтами.

Ещё одной причиной с другой стороны является строительство в плотных грунтах. Свайные фундаменты могут использоваться для уменьшения объема земельной работы и затрат, которые могут спровоцировать такие работы – вывоз грунта после рытья котлована, засыпка и дальнейшее бетонирование.

Если вы решили с малыми трудозатратами и быстро возвести фундамент, то возведение свайного фундамента своими руками для этих целей подойдет как нельзя кстати. Чтобы установить сваю, который имеет длину 3 метра и диаметр 30 сантиметров, вам нужно вырыть 0,2 метров кубических земли. В случае с выбором ленточного фундамента, объемы земельных работ будут существенно больше.

Если вы выбираете фундамент исходя из разновидности несущего остова, к примеру, если применяется каркасный остов на слабом грунте, то рациональнее устроить не ленточный фундамент, а свайные «кусты» под колонны.

Конструкции свайного фундамента

Существует много разновидностей свайных фундаментов, зависящих от вида используемых свай и методики их изготовления, расположения свай под сооружением, уровня погружения свай в почву и конструкции ростверков. Заострить свое внимание стоит исключительно на тех конструкциях свайного фундамента, которые под силу застройщику создавать своими руками.

Сваи представляют собой длинные стержни, которые погружаются в почву в готовом виде или изготавливаются непосредственно в грунте. С одной стороны готовые сваи имеют заостренный конец, что принято заострять и защищать стальным наконечником от различных повреждений при погружении в почву. На верхний конец надевают стальное кольцо, чтобы свая не раскололась от ударов молота. По поводу изготавливаемых свай, то подобная методика подразумевает бурение скважин с армированием и следующей заливкой бетонной массы.

По способу погружения в землю сваи подразделяются на:

  • забивные, которые погружаются с помощью вибропогружателей и подобных вдавливающих механизмов;
  • буровые железобетонные сваи, которые устанавливаются в пробуренных скважинах;
  • набивные бетонные сваи и сваи из железобетона, которые создаются посредством бурения скважины и заливки бетона;
  • винтовые сваи, что устанавливаются путем закручивания в почвы сваи в форме сверла.

 

По методу воздействия сваи бывают:

  • висячие сваи, которые передают нагрузку путем трение земли о стенки свай;
  • стойки, что передают нагрузку на прочный грунт, который находится под толщей слабой почвы. Данный фундамент почти не дает осадки.

 

По принципу расположения бывают сваи:

  • одиночные, которые выполняют роль отдельно стоящей опоры;
  • объединенные в свайные ленты, что располагаются по периметру стен и распределяют нагрузку равномерно;
  • объединенные в свайные кусты, что размещаются под колоннами несущих основ зданий.

 

Расположение и материалы свай

По поводу чертежа свайного фундамента и расположения свай, то они, как правило, размещаются строго вертикально, но существуют и варианты наклонного расположения свай. Такие решения используются обычно в почве с горизонтальными силами, к примеру, на площадке под воздействием долговременных осадков или весеннего таяния могут возникнуть силы, что вызывают подвижки грунтов.

Материалы, которые используются для изготовления свай:

  1. Дерево. Сваями из древесины выступают очищенные ровные столбы, что имеют диаметр до 34 сантиметров и длину до 8,5 м. Для изделий используют твердые хвойные породы дерева (лиственницу, сосну, ель и пихту). Деревянные сваи считают самым дешевым способом, однако практикуют его редко. Это объясняется подверженностью древесины быстрому гниению. Однако используя доступные сегодня на рынке препараты для обработки дерева, подобная методика имеет право на жизнь.
  2. Сталь. Недостатков у подобных свай много. Во-первых, требуется крановое оборудование, если диаметр труб составляет больше 10 сантиметров и длина более 3 метров. Также необходимо обработать металл самым тщательным образом с помощью антикоррозийного покрытия. К тому же такой способ предполагает большие затраты металла.
  3. Железобетон. Достоинством этих свай выступает возможность их выполнения непосредственно на месте, если в наличии есть соответствующая техника. Для изготовления подобных свай используют бетон не ниже маркировки М200. Срок полезной службы железобетонных свай составляет больше 100 лет.

 

Наилучшими вариантами для частного загородного строительства выступают железобетонные изделия сплошного сечения, винтовые стальные и набивные бетонные сваи. Наиболее предпочтительным решением заглубления называют буронабивной способ.

Технология строительства свайного фундамента

Если сравнивать методику возведения столбчатого фундамента, требующую рытье ям с откосами, создание опалубки и засыпание пазух, то технология строительства свайного фундамента является более технологичной. Фундамент в общем виде подразумевает бурение скважины определенного диаметра, установку в нее арматуры и заливку в созданную яму бетона. Большой плюс подобного варианта кроется в том, что можно выполнять бурение скважины ручным строительным буром.

Бурение скважины

Количество буронабивных свай, что будут располагаться по периметру здания и зафиксируются в плане свайного фундамента, следует определять, исходя из веса будущего жилого дома вместе с эксплуатационными нагрузками. Параметры внутренних свай получится определить, учитывая нагрузки, которые создаются полом, кровлей, перегородками и эксплуатационными нагрузками.

При подсчетах необходимо не забывать, что максимально возможное значение диаметра ручного бура, который можно использовать вручную, должно достигать 300 миллиметров, подобные буры в свободной продаже имеются в большом ассортименте. Можно регулировать длину штанги буров, а это позволяет в свою очередь выполнять скважины глубиной до 5 метров и больше.

Режущие лопасти бура располагаются таким способом, чтобы прикладываемые усилия при бурении были минимальными. Сейчас выпускаются строительные аппараты для ручного бурения, что позволяют устраивать значительное уширение нижней части скважины. Вместе с этим получается опорная пята для сваи, позволяющая эффектно сократить количество свай и сэкономить бетон.

Если вам нужно бурить скважину диаметром 500-600 миллиметров, то для работы принято использовать моторизированные и электрические буры. К примеру, электрический ям-бур, что применяется для бурения скважины под установку высоковольтных линий и помогает получить скважину диаметром до одного и глубиной до четырех метров.

Бетонирование и армирование свай

После того, как были пробурены скважины, необходимо посмотреть руководство о свайном фундаменте и изготовить трубы из рубероида по диаметру скважины, которые имеют длину на 200-300 миллиметров больше, чем глубина ямы. Верхнюю часть «трубы» нужно делать из двух-трех слоёв рубероида, затем стянуть их с помощью мягкой стальной проволоки. Эта часть станет опалубкой. Затем аккуратно вставьте трубу в скважину.

Если на дне в скважине имеется в небольшом количестве вода, то не нужно на это обращать внимание. Однако если воды больше 1/4 глубины ямы, то перед заливкой бетона её следует откачать.

Если не использовать так называемую «трубу», то это спровоцирует отрицательные результаты, которые влияют на прочность столбов фундамента. Когда бетон схватывается и набирает прочность, большое значение остается за наличием в бетонной массе «цементного молочка», а оно с легкостью может уйти в почву, и в итоге не получиться проектной прочности.

Силы морозного пучения при промерзании грунта будут действовать намного сильней на шероховатые стенки сваи, что получены при заливке бетона в яму без обустройства трубы, чем более гладкие с использованием «трубы».

Когда скважина сделана, для увеличения прочности столбов нужно сделать пространственный арматурный каркас. Хватит трех вертикальных прутков из арматуры диаметров 6 миллиметров, которые скреплены между собой через каждые 500-600 миллиметров поперечинами.

Вертикальные стержни для соединения столбов и ростверка нужно выводить выше заливаемых изделий на высоту, что равняется высоте ростверка минус два-три сантиметра. После установки в скважину каркаса подается бетон (40 – 60 сантиметров), при этом производят его уплотнение с использованием вибраторов.

Устройство ростверка

Ростверком фундамента свайного типа выступает конструкция, что объединяет сваи и обеспечивает равномерное распределение нагрузок на грунт и сваи. Ростверки бывают сборными, монолитными и сборно-монолитными, а также высокими и низкими. Низкие ростверки размещаются заглубленными в грунт, и часть вертикальных нагрузок передается на почву. По поводу высоких ростверков, то их нагрузка полностью передается на сваи.

По сваям ростверк выполняют монолитным или из сборных железобетонных балок. Для легких домов рекомендуемые параметры ростверков такие:

  • высота — не меньше 300 миллиметров;
  • при однорядном размещении свай ширину принимают равной ширине цоколя, если цоколь отсутствует — толщине стены первого этажа, но не меньше 400 миллиметров.

 

Не допускается разрезание или пересечение ростверка санитарно-техническими трубопроводами. Отклонение от вертикального положения центров свай после бетонирования или погружения не должно составлять больше 5 сантиметров.

При монтаже сборных элементов следует обязательно посмотреть видео о свайном фундаменте своими руками и уделять особое внимание закреплению на оголовке свай. В процессе заполнения бетонной смесью полости набивной сваи бетонируют Т-образный арматурный стержень вертикально. На оголовок сваи необходимо укладывать горизонтально следующий арматурный стержень.

Длина такого стержня должна быть равной ширине сваи с пластинками-ограничителями, что приварены с обеих сторон. Их высоты должно хватить для захвата сваи и элемента ростверка, что монтируется. Затем монтажный стык принято бетонировать, а коротыши вертикальных стержней — приваривать к монтажным петлям ростверка с использованием арматурных стержней желаемой длины.

При замене сборной балки ростверка на железобетонные несущие перемычки их рекомендуется закреплять между собой сваркой путем арматурных стержней или связывать проволочной скруткой. После того, как ростверк устроен, все швы и стыки нужно заполнить цементным раствором или мелкозернистым бетоном.

Перед возведением стен жилого дома нужно проверить отметки верхней плоскости ростверка и выровнять при необходимости цементным раствором под монтажный горизонт. Для этого можно воспользоваться нивелиром или водяным уровнем. Проверку размеров ростверка и прямоугольности плана окончательно измеряют его диагонали и стороны.

Ограничения в использовании свайного фундамента

Не смотря на все достоинства и стоимость свайного фундамента, эти конструкции имеют и свои недостатки, а если быть точнее — ограничения, которые препятствуют их применению, а конкретно:

  • Свайный фундамент плох в горизонтально-подвижной почве, к которой относят просадочные и набухающие грунты. Характерность земли можно определить только посредством лабораторных исследований, в рамках которых понадобится проведение детального геологического исследования из-за недостаточного уровня устойчивости к опрокидыванию.
  • При устройстве свайного фундамента возникают сложности со строительством цоколя. Пространство между сваями нужно заполнить (выполнить забирку) как и в конструкции столбчатых фундаментов. А это дополнительные расходы денег и затраты сил.

 

Таким образом, вы знаете, в каких случаях стоит устраивать свайный фундамент на своем земельном участке, и как сделать свайный фундамент. Выбирая фундамент для собственного жилого дома, необходимо хорошо обдумать все возможные минусы и плюсы, чтобы принять окончательное решение. Если вы не разберетесь во всем, свайный фундамент может не только оказаться идеальным решением в строительстве, но и стать самой большой ошибкой.
 

Свайный фундамент своими руками: как сделать, инструкция, советы

Наверное, многие из нас видели в деревне или на дачных участках дома, которые не соприкасаются с землей. Они как будто слегка приподняты и парят в воздухе, опираясь на нечто незримое, и в то же время прочное. Это и есть свайный фундамент, состоящий из множества отдельных стержней, заглубленных в землю. Как же могут эти сравнительно небольшие элементы выдержать вес дома? Можно ли строить любой дом на таком фундаменте и какие разновидности свайного фундамента существуют сегодня? Давайте разбираться.

Содержание статьи

Особенности свайного фундамента


Данный тип основания здания популярен в местности, где преобладают слабые, плавучие или подтопленные грунты, и где залегание плотных, твердых грунтов находится достаточно глубоко. Также его несомненным преимуществом считается высокая скорость возведения и экономичность по сравнению с малозаглубленными фундаментами, ведь для них не нужно рыть котлован. Особенно это касается небольших частных строений, вес которых вполне позволяет применять такую технологию.

Главный элемент данного типа фундамента – заглубляемые в основании здания или непосредственно в грунт стержни, которые и называются сваями. Их основное назначение – равномерное распределение всего комплекса нагрузок на грунт. Характерным отличием является и ростверк – балка, ленточный фундамент или плита, призванные увеличить показатели расчетных нагрузок на фундамент из свай.

Для чего необходим ростверк


Так как одиночные сваи могут принять на себя небольшую нагрузку, для большинства фундаментов из свай устраивают ростверк. Это некая плита, лента или балка, которая объединяет сваи между собой в единый элемент. От этого несущая способность фундамента значительно увеличивается.

Монолитные ростверки в виде плиты, ленты обязательно армируются, причем в соответствии с инженерным расчетом, определяющим допустимые нагрузки на прогиб и растяжение. Их заглубление в грунт, в зависимости от типа свай и характера нагрузок, может быть поверхностным или малозаглубленным.

Существует три различных типа свайных ростверков:

  • Низкий – такой тип ростверковой конструкции устраивают ниже уровня грунтовой поверхности. Обычно у данного ростверка широкая подошва, способствующая тому, чтобы вертикальные нагрузки частично передавались на основание даже после полной засыпки. Стоит отметить, что в период сезонного промерзания на низкий ростверк могут действовать касательные силы грунтового пучения. Самые напряженные его части – боковые стенки и подошва;
  • Повышенный – этот тип ростверка представляет собой не заглубленную конструкцию, расположенную на самой поверхности грунта. У него также имеется более широкая подошва и зауженная стенка. В условиях отсутствия пучения при промерзании грунта, такие ростверки вполне обоснованы и экономичны. Для их устройства не требуется наличие нижней опалубки, а значит и разработки траншеи для нее. Однако, из-за низкой плотности поверхностных слоев грунта, он не в состоянии передавать большие показатели нагрузок;
  • Высокий – расположен выше уровня поверхности основания. При этом успешно выдерживаются вертикальные нагрузки. Что касается поперечного изгиба от горизонтальных нагрузок, во избежание деформации основных свай устраивают дополнительные с наклоном, располагаемые по трем-четырем направлениям. Такие ростверки подходят не только для устройства домов с техническим подпольями, но и в возведении мостов, различных гидротехнических сооружений.

Материалы для изготовления свай под фундамент


В зависимости от величин этих самых нагрузок и назначения здания, сваи производят из следующих материалов:

  • Металл – этот материал обязан своей популярностью в производстве свай появлением различного профилированного металлопроката, который позволил изготавливать рациональные формы. Процесс сращивания деталей посредством сварки также облегчил эти задачи. Металлические сваи производят преимущественно из стали, и используют там, где крайне затруднительно заглубление железобетонных свай, например, в условиях плотных вечномерзлых грунтов. Используя возможность их наращивания, ими также укрепляют ослабленные фундаменты. Преимущества: легкость, компактность, простота в изготовлении и транспортировке. Недостатки: подвержены коррозии;
  • Железобетон – преимущество армированного бетона в изготовлении свай определяется наибольшим количеством нагрузок, которые он способен выдержать по отношению к другим материалам. Железобетону подвластны любые типы нагрузок – вертикальные, горизонтальные, боковые. Сваи из железобетона могут иметь квадратную или круглую форму сплошного и полого сечения с заостренным концом, облегчающим вход в грунт. Полые или трубчатые сваи изготавливают диаметром до 1м, что значительно облегчает их вес и транспортировку. Забивают железобетонные сваи копрами, вибромолотами или методом вдавливания. Преимущества: прочность, надежность, долговечность. Недостатки: большой вес, транспортировка и заглубление невозможны без спецтехники;
  • Древесина – деревянные сваи применяются в случае, если нагрузки от здания не велики, например, при строительстве легких хозпостроек или деревянных домов. В качестве материала в основном используют длинномерную сосну, ель и реже лиственницу или дуб. Диаметр деревянных свай – от 18-40см, длина – 4-16м. Чтобы легче было их забивать, имеют защищенный листовым металлом заостренный конец-башмак, погружаемый в грунт. В верхней части располагают защитное кольцо-бугель, дабы оголовок при забивании не потрескался. Деревянные сваи сложно входят в крупнозернистые и гравелистые пески. А в гравий или гальку их практически нельзя забить. Для погружения в грунт используют механические или вибромолоты молоты. Преимущества: легкость, прочность. Недостатки: подвержены гниению и растрескиванию.

На выбор материала для свай влияет также и доступность той или иной технологии, геологические особенности региона застройки, характер и особенности строящегося здания. На основании всех собранных изысканий и анализов создается проект свайного фундамента.

Какие бывают сваи


Классификация советской системы строительства насчитывала около 150 разновидностей свай. Типология их также довольно обширная, а сегодня к ним добавились еще и современные технологии. Рассмотрим самые востребованные из них.

По характеру размещения фундаменты из свай разделяют на следующие типы:

  • Одиночные сваи – стойки, расположенные отдельно и размещаемые под колонны или под стыки панелей, ферм. Чаще всего им же и отводится роль этих самых колонн;
  • Ленточные свайные фундаменты – размещаются под стенами строений, а также и под остальными линейными конструкциями. В этом случае стойки объединены единым монолитными ростверком, упрочняющим фундамент и увеличивающим не только допустимые вертикальные нагрузки, но и изгибающий момент. Существует несколько разновидностей этого типа свайного фундамента – однорядный (сваи и лента расположены в один ряд) и многорядный (сваи и лента располагаются перпендикулярно или под различными углами). Когда фундамент размещается под стенами здания, он воспринимает исключительно вертикальные нагрузки, а сами стены здания не дают ему прогнуться. Это условие соблюдается при пространственной жесткости каркаса строения. Но если на свайный фундамент однорядного типа приложена внецентренная нагрузка, тогда принимается во внимание изгибающий момент, поскольку сваи могут быть подвержены изгибу;
  • Свайный куст – фундамент, состоящий из некоторого количества свай, образующих группу и располагаемых под отдельными конструктивными элементами, например, под колоннами. Устраивается при наличии больших вертикальных нагрузок и повышения устойчивости элемента здания. Минимальное количество свай в такой группе – 3;
  • Свайное поле – в случае объединения множества стоек под одной плитой или монолитной платформой, такой свайное поле называют сплошным. Это могут быть не только одиночные сваи, но и куст или свайные ленты. Объединение общей монолитной плитой увеличивает площадь соприкосновения здания с основанием, а значит и уровень допустимых нагрузок на фундамент.

По типу заглубления существуют следующие разновидности свай:

  • Винтовые – тип стоек, производимый чаще всего из стали, и рассчитанный на вкручивание их в грунт. Для заглубления предназначаются различные механизмы, типа кабестана. Современные металлические винтовые сваи имеют в самом стержне отверстия. С помощью вспомогателей типа лома или трубы стойка вкручивается в грунт. Этому также способствует острый наконечник стойки и нарезной винт, выводящий грунт наружу. В верхней части стойки располагается металлическая платформа с отверстиями для закрепления ростверка или нижней части здания;
  • Забивные – заглубление такого типа свай происходит с помощью забивания в грунт, чаще всего без его предварительной выемки. Считается одним из традиционных способов устройства свайного фундамента. Методы заглубления забивных свай следующие:
  1. Ударный метод – для него применяют ударные молоты. Их закрепляют на конце стрелы экскаватора или копра;
  2. Вибрационный метод – в этом случае применяют специальные механизмы – вибропогружатели. В основе их работы лежит принцип поступательных механических колебаний, осуществляемых с помощью двигателя со смещенным центром тяжести. Эти механизмы закрепляют на стреле экскаватора или автокрана, что позволяет заглубить сваю на выверенном месте;
  3. Метод вдавливания – суть этой технологии в непосредственном вдавливании сваи в грунт за счет большого веса механизма. Установка для заглубления свай представляет собой металлическую платформу с установленными на ней бетонными блоками. За один заход она может заглублять сразу целую партию свай. Этот метод достаточно затратный и громоздкий, но бывают ситуации, когда без него не обойтись. Когда речь идет о реконструкции или близком расположении других построек, это единственно возможное решение устройства свайного фундамента;
  4. Метод лидерного бурения – применяется данный метод при наличии плотных, вечномерзлых грунтов или в холодный период года. В основе технологии положено предварительное бурение скважины под сваю с меньшим размером и глубиной. Забивание сваи происходит с помощью копра.
  • Буровые – заглубление свай такого типа производят посредством погружения их в скважины, пробуренные в грунте. Их заполняют бетонной смесью, или же погружают туда готовые элементы из железобетона.
  • Набивные – погружение этого типа свай несколькими способами:
  • Метод погружения металлических труб – производится с дальнейшим их изъятием из скважины после заполнения раствором. Их еще называют инвентарными;
  • Метод виброштампования в скважинах – готовые, заранее пробитые скважины, производят заполнение бетонным раствором с одновременным его трамбованием с помощью виброштампа;

Метод выштамповки – данный способ предусматривает выштамповывание скважин непосредственно в грунте. Форма их соответствует сечению сваи, и бывает пирамидальной или конической. Далее их заполняют бетонной смесью.

Порядок расчета свайных фундаментов


После того, как произведен геологический анализ грунтов на площадке застройки, приступают к инженерным расчетам фундаментов. Этот процесс предполагает принятие за предварительную основу какого-либо типа фундамента, его расчет и вычисление характеристик альтернативного типа фундамента. Делается это для того, чтобы точно выверить рациональность принятого проектировочного решения, а также его экономическое обоснование.

Свайные фундаменты рассчитываются в соответствии с положениями следующих документов:

  • СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты»;
  • СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов».

Проект свайных фундаментов составляется на основании геологических изысканий, сведений о сооружении и комплексных нагрузках. Он состоит из следующих пунктов:

  • План расположения свай. На нем отображается их привязка к осям фундамента;
  • Схема геологического разреза с послойным указанием размещения того или иного типа грунта. Также на ней отображается положение свай, их отметки и привязки;
  • План монтажа ростверка или рандбалок, на котором отмечено положение свай;
  • Опалубочные и армировочные чертежи ростверков, с указанием нагрузок на них;
  • Экспликация свай, отображающая их типоразмеры;
  • Технологическая спецификация – тип молота, принятая нагрузка на сваю и допуски при ее забивании.

На первой стадии инженерного расчета, для свайного фундамента выбирают тип сваи, а также ее конструкцию, которая включает в себя материал, форму сечения, а также и длину сваи.

По характеру работы или взаимодействия с грунтом все типы свай разделяют на две основные группы:

  • Сваи-стойки – когда стержень сваи опирается на плотный грунт своей нижней частью или острием, он считается стойкой. При расчете такого типа фундамента боковые нагрузки от грунта не учитываются, а стойка работает как равномерно сжатая;
  • Висячие сваи – принцип действия этих свай основывается на боковом трении о грунт, без учета опирания на легко сжимаемые грунты.

Длина сваи зависит о глубины залегания пригодных грунтов, в которые она заглубляется. Слабые грунты – торф, ил, насыпные, текучие – необходимо разрезать и достать до плотных. При этом учитывается и отметка залегания ростверка. При центральной сжимающей нагрузке минимальная дина свай – 2,5м, при дополнительной горизонтальной и момента – 4,5м. Необходимо рассчитать сваю по длине так, чтобы ее конец зашел в несущий грунт на 1-2м. В грунтах повышенной плотности применяются сваи, у которых нижний конец открытый, в слабых – закрытый.

Прочность материала и грунта определяют такой параметр, как несущая способность сваи. Ее сопротивление определяется исходя из материала ее изготовления. Для висячих свай этот расчет обычно не делают, так как этот параметр обычно выше чем по грунту.

Сопротивление сваи по грунту рассчитывается следующими методами:

  • С помощью таблиц и формул из СНиПа;
  • Посредством испытания сваи статической нагрузкой;
  • Посредством испытания сваи динамической нагрузкой.

Существуют также частные случаи, в которых определение несущей способности не подходит под общие правила. Для них отведены отдельные методы расчета с указанием расчетных формул и табличных значений. Это касается свай, располагаемых на торфянистых, иловых и просадочных грунтах, и свай, которые работают на выдергивание.

Ростверки, в особенности монолитные, рассчитываются отдельно на продавливание наклонным плоскостям, разрушение по косым трещинам, и на изгиб. Различают два основных порядка расчета ростверков: под стены и под колонны.

Помимо равномерно-нагруженных фундаментов из свай существуют еще и внецентренно-нагруженные. Это такие конструкции фундаментов, нагрузка на которые не проходит через центр тяжести площади поперечного сечения свай, проходящей через плоскость верхних концов, приходящихся на низ ростверка. При расчете таких нагрузок увеличивают количество свай на крайних рядах, и стремятся таким образом уровнять давление на грунт.

Пошаговая инструкция по устройству свайного фундамента


Для загородных домов и коттеджей часто применяют такой тип фундамента, как свайно-ленточный. Его строительство мы и разберем по порядку.

  1. Разбивка участка – подразумевает нивелирование местности, и снятие лишнего грунта для выравнивания площадки под застройку. В ходе этих работ деревянными колышками и строительным шнурком отмечается наружный периметр здания, а также размеры траншеи под ростверк;
  2. Выкапывание траншеи под ленту – производят с помощью спецтехники или вручную. Заглубление и ширина траншеи определяется инженерным расчетом, с учетом опалубки и обратной засыпки грунта. На этом этапе определяется наличие и глубина котлована под подвал или технические сооружения;
  3. Бурение скважин под сваи – в зависимости от выбранного типа свай производят отверстия в грунте. В некоторых случаях оно требует уплотнения на самом ее дне, а иногда и наоборот, меньшего размера, как в случае с забивными сваями. Интервал принимается согласно принятому расчету на нагрузки;
  4. Заглубление свай – производят вручную или с помощью спецтехники. На этом этапе учитывают наличие подвальных и технических помещений, расположенных ниже отметки нулевого пола здания. Если в качестве материала для свай выбраны трубы, их наружные стенки гидроизолируют битумной мастикой или рубероидом, а внутреннюю полость армируют и заливают бетонным раствором;
  5. Установка армированного каркаса для ростверка – для лучшего закрепления его сопрягают с арматурой, выходящей из стоек. Каркас надежно устанавливают в траншее, используя мягкую вязальную проволоку. Он не должен касаться дна траншеи, а также выходить за ее пределы с наружной стороны;
  6. Монтаж опалубки для ростверка – осуществляют по аналогии с ленточным фундаментом, закрепляя опалубочные щиты по краям траншеи. Высота щитов должна быть выбрана с запасом так, чтобы грунт не попал во внутрь опалубки при бетонировании ленты. Стенки деревянных щитов прокладывают полиэтиленовой лентой, чтобы продлить срок службы опалубки;
  7. Бетонирование – заливают бетон на конечном этапе после всех необходимых приготовлений. Лучше всего использовать бетон, приготовленный на специализированных заводах строго пропорционально, и доставляемый на объект автомиксерами. С помощью специальных рукавов или желобов ленту заливают за один подход. При этом производят трамбовку бетона вибраторами;
  8. Демонтаж опалубки, обратная засыпка – опалубку снимают через несколько дней, изымая щиты из траншеи. Последним этапом фундаментных работ производят обратную засыпку грунтом.
Применяют для засыпки изъятый из траншеи грунт или песчано-гравийную смесь, дополнительно трамбуя ее. На этом этапе производят утепление фундаментной ленты. Для этого используют листы пенополистирола, закрепляя его на клей.

Типология свайных фундаментов обширна и многообразна. Еще недавно их невозможно было сделать без помощи тяжелой спецтехники, для использования которой требовались немалые средства. К тому же, саму площадку под строительство надо было подготовить для столь обширного мероприятия. Современные свайные фундаменты для малоэтажного строительства компактны, экономичны и относятся к легковозводимым конструкциям.

О том какие еще бывают фундаменты вы можете прочитать тут.

На устройство такой системы может уйти всего несколько дней. И это при том, что на ней будет держаться полноценное жилое строение. Все что остается, это сделать анализ грунта, подобрать подходящий тип свай и ростверка к ним, и взяться за работу!

Видеоролик посвящен современной технологии свайных фундаментов на основе металлических винтовых свай, объединенных обвариваемым ростверком из швеллера. Обсуждается достоинства такого метода устройства фундамента, его наглядное применение в домостроении, а также ошибки строителей и возможные причины их возникновения.

Похожие статьи

Как сделать свайный фундамент под дом своими руками

Часто бывает так, что условия строительства не удовлетворяют даже минимальным требованиям норм по причине неподходящего состояния грунта. При рыхлых почвах, торфяниках и прочих проблемных участках на помощь приходит свайный фундамент под дом, которые почти не зависит от верхних слоев почвы, поскольку опирается на глубинные породы.

На сегодняшний день свайные основания уже не новшество, а хорошо отработанная технология и некоторые виды можно монтировать самостоятельно.

Что такое свайный фундамент под дом

Свайный фундамент под дом – это система точечных опор, погруженных в почву на глубину до твердых слоев. В зависимости от глубины залегания устойчивых грунтов, длина вертикальных элементов может превышать высоту надземной части дома. Верх опор соединяется в жесткую единую систему. Такая конструкция позволяет равномерно распределять нагрузку по всем сваям.

Пример свайного фундамента под дом

Свайный фундамент под дом и его виды

Свайный фундамент под дом подразделяется на несколько видов в зависимости от материала, способа передачи нагрузки и конструкции.

По материалу:

  • Деревянные. Для опор используются бревна. Данный вид свай в настоящее время встречается редко. На их замену пришли более прочные материалы.
  • Металлические. Бывают двух видов – забивные и винтовые. Винтовые сваи внешне похожи на шурупы, которые вкручивают в грунт. Забивные представляют из себя отрезки различных видов металлопроката. Например, рельса или швеллера. Они обладают следующими преимуществами: высокая прочность, способность пластично изгибаться, сохраняя при этом несущие способности. Существенный недостаток – это склонность к коррозии, что сокращает их срок службы.
  • Железобетонные. Подразделяются на забивные и набивные. Первые изготавливают на производстве, обладают устойчивостью ко всем нагрузкам. Вторые производятся на площадке путем заполнения опалубки, помещенной в скважину, бетоном плотных марок.

По способу передачи нагрузки:

  • Сваи-стойки. Это опоры, которые находятся в контакте с твердыми слоями грунта. Углубляются до плотных слоев грунта.
  • Висячие сваи. Без опоры в нижней части ствола, используют частичную опору на грунт.

По конструкции:

  • Забивные. Стержень с заостренным наконечником, забиваются в грунт до твердых пород.
  • Набивные. Изготавливаются самостоятельно, но имеют меньшую несущую способность. Бетонная отливка в скважину.
  • Винтовые. Представляет из себя трубу с острым концом и спиралеобразными лопастями. В основном используются для вспомогательных сооружений.

Важно!!!

Все виды свай эффективно работают на проблемных грунтах.

Виды свай

Свайный фундамент под дом и его устройство

Основная работа по созданию свайного фундамента – это погружение стволов в грунт. От этого этапа зависит устойчивость и прочность всей конструкции.

При установке важно следить, чтобы не происходило срывов или других проблем, в противном случае это ставит под угрозу прочность всей конструкции. Любые отклонения в ходе работ означают несоблюдение технологий, недостаточное или некачественное геологическое обследование земли, а возможно и низкое качество свай.

Следующий этап – это создание ростверка. Он также должен отвечать всем требованиям. В зависимости от материала изготовления и характеристик будущего дома будет зависть технология создания ростверка. Для небольших и легких построек ростверк изготавливается из древесины. Если же в создании конструкции используют металлические сваи, то и ростверк создают из металла. Для железобетонных свай ростверк отливают из бетона, похожая технология используется при изготовлении ленточного фундамента.

Важно!

Эти два этапа возведения свайного фундамента должны выполняться под присмотром грамотного специалиста, или в идеале опытными строителями. Есть риск возникновения нарушений технологии или отклонения от расчетных параметров, что должно быть вовремя замечено и исправлено для избежания проблем в дальнейшем. А не подготовленный человек не всегда это может заметить.

Пример как выглядит устройство фундамента

Как производить расчёт глубины погружения

Исходя из типа свай, определяется их глубина погружения:

  • Глубина погружения свай-стоек происходит до залегания плотных грунтов. Здесь все происходит без расчетов, бурим до твердых пород.
  • У висячих свай несущая способность, которая изменяется исходя из свойств грунта и длины боковых поверхностей. При увеличении нагрузки, соответственно, увеличивается их длина и глубина погружения.
  • Опорой для буронабивных свай служит широкая площадка – подушка. Ее площадь будет зависеть от величины вертикальной нагрузки и сопротивления грунта.
  • В зависимости от уровня промерзания грунта будет изменяться глубина погружения винтовых свай. Этот параметр важен для всех типов свай, но остальные и так всегда погружаются гораздо глубже.

Инженерный расчет глубины погружения является сложной задачей и не все специалисты готовы его выполнить. Поэтому рекомендую, как минимум воспользоваться онлайн-калькулятором, а лучше обратиться в специализированную проектную организацию.

Расчет глубины погружения свай в зависимости от их вида

Расчет высоты над землей

Высота верхней линии ростверка определяет высоту свайного фундамента над уровнем земли. Выбор правильной высоты зависит от нескольких факторов:

  • величина снежного покрова в зимнее время;
  • уровень воды в весеннее время;
  • глубина залегания грунтовых вод;
  • температурные условия.

В зависимости от этих параметров и делают выбор оптимальной высоты подъема ростверка. В среднем оптимальная высота 30-40 см для обычных оснований и 1,5-1,7 метра при наличии цокольного помещения.

Расчет высоты фундамента над землей

Монтаж своими руками. Пошаговая инструкция

При создании свайно-винтового фундамента под дом последовательность работ имеет строгую очередность.

Свайный фундамент под дом, подготовка

Свайно-винтовой фундамент может быть создан на неровном рельефе, не требующем предварительного выравнивания. Его можно использовать при строительстве на склонах.
Подготовительные работы сводятся к очистке участка от кустарников, растений и иных мешающих предметов.

Производим разметку, отмечая места установки свай колышками. На точках установки делаются углубления до 30 см, для облегчения входа лопастей в грунт.

Рекомендую плодородный слой удалять, так как он создает сильное сопротивление из-за наличия корней и прочих препятствий.

Подготовка земли под свайный фундамент

Погружение свай

При наличии мягкого грунта возможен ручной монтаж, в ином случае механическим способом. При ручном погружении максимальный диаметр стволов 8,7 см. Самые часто используемые сваи с диаметром 10,8 см. При машинном способе получается более качественный монтаж свай, сохраняя определенный угол, усилие завинчивания и глубину. Механический способ позволяет работать со сваями до 15,9 см. данного размера хватает для постройки дома достаточно большого размера.

Погружение свай осуществляется на заданную глубину. При достижении нужной величины сцепления с грунтом свая начинает вращаться с большим усилием, или вовсе прекращает вращаться. В таком случае останавливаем вращение, иначе сварка может не выдержать, лопасти отвалятся, и свая не будет выполнять свою задачу.

Внимание!!!

При работе с винтовыми сваями запрещается делать реверс (выкрутить ствол назад). Это приведет к ослаблению сцепления лопастей с грунтом и исключает возможность повторного погружения свае в этом же месте.

Свайный фундамент под дом, обвязка

Итак, установили все сваи, что же дальше? Теперь начинаем процесс подрезки. Подгоняем высоту торчащих свай к одному уровню, образуя ровную горизонтальную поверхность. Для этого используем лазерный уровень с функцией построения плоскостей на нужной высоте и обрезаем трубы.

После процесса подрезки сваи заполняют бетоном, тем самым повышая их прочность.

Дальше производим монтаж ростверка (обвязки) – пояса, который соединяет все сваи в одну систему. Обрезанные сваи накрываем оголовками с горизонтальными площадками, на которые устанавливаются деревянные или металлические балки.

Для фиксации на площадках имеются технологические отверстия под болтовые соединения.

Важно!

Бывают случаи, когда ростверк и обвязка не одно и тоже. Обвязку выполняем ниже уровня монтажа ростверка и соединяем между собой все сваи, получается система схожая на решетку. Используем металлические отрезки швеллера, приваренные к стенкам стволов.

Обвязка

Схема создания буронабивного основания

Строительство буронабивного фундамента также происходит в строгой последовательности, но является более трудоемким процессом.

Разметка участка

Здесь очищаем площадку от лишних предметов и растительности, при необходимости удаляем верхний слой почвы. Используя колышки, отмечаем точки создания буронабивных свай. Все расстояния тщательно отмечаем согласно проектным данным. При обнаружении любых несоответствий, сразу же исправляем ошибки.

Разметка участка для бурения

Бурение скважин

Следующим действием после разметки идет бурение скважин. Глубину бурения делаем согласно данным в проекте. Можно использовать как ручной бур, так и привлекать спецтехнику.

Армирование

В пробуренную скважину опускают опалубку, используя отрезок пластиковой трубы или трубу, свернутую из рубероида, подходящую по длине и диаметру. Она останется в скважине, выполняя функцию гидроизоляции.

Теперь собираем арматурный каркас. Можно использовать решетку из 4-х вертикальных стержней, соединенных поперечными отрезками гладкой арматуры.

Размеры каркаса должны позволять легко опустить его в скважину, однако не позволять ему там свободно болтаться. Оптимальным расстоянием стержней до стенок скважины считается 3-5 см.

Процесс армирования

Заливка бетона

Используем марки бетона от М200 и выше. Можем использовать как готовый материал, так и приготовить его на месте.

Бетоном заполняем всю скважину и делаем штыкование (длинным стержнем протыкаем бетон, удаляя пузыри воздуха).

Теперь ожидаем, пока бетон наберет конструкционную прочность, обычно это от 20 до 30 дней.

Виды бетона

Обвязка

Обвязка таких скважин представляет из себя ростверк – ж/б ленты. Методика изготовления бетонного ростверка похожа на технологию отливки ленты.

Разница будет только в отсутствии опоры на грунт, поэтому опалубку строим в форме желоба с прочным днищем.

По итогу получается прочный бетонный пояс, находящийся под всеми несущими стенами и соединяющий буронабивные сваи в единую опорную систему.

Пример обвязки

Технология устройства ростверка

Монтаж ростверка – это создание несущего пояса для стен. Порядок действий при создании следующий:

  1. Строим опалубку. Устанавливаем крепкий желоб из дощатых щитов.
  2. Для исключения утечек бетона при заливке, внутреннюю поверхность опалубки застилаем слоем рубероида или полиэтилена.
  3. Собираем арматурный каркас и размещаем внутри опалубки. Для образования единого каркаса свариваем его с армпоясом скважин.
  4. Делаем заливку бетоном с разных точек, равномерно распределяя его по всей опалубке. Этот процесс необходимо выполнить за один раз, без каких-либо перерывов.
  5. После заливки ленту накрываем мешковиной и выдерживаем 20-30 дней. Опалубку можно снять раньше, примерно через 10 дней.
  6. Готовый ростверк гидроизолируем и переходим к дальнейшему строительству.
Устройство ростверка

Свайный фундамент под дом, заключение

Для самостоятельного создания свайного фундамента необходимы базовая подготовка и опыт. А лучше привлечь специалиста для наблюдения, чтобы в случае ошибок он мог вмешаться и все вовремя исправить.

Тщательное соблюдение всех технических требований позволит исключить риск деформации и разрушения элементов опорной системы и обеспечит максимально длительную эксплуатацию.

Удачи вам друзья, надеюсь, статья была полезной. Приходите на сайт за решениями и свежими идеями. До встречи!

Подборка для Вас

Как сделать свайный фундамент своими руками: пошаговая инструкция

Фундамент свайного типа – это основание, которое состоит из установленных вертикально в грунте элементов. Причем эти элементы связаны друг с другом. Далее вы узнаете, как сделать свайный фундамент самостоятельно. На территории РФ такие основания используются не очень давно – около 20 последних лет. Именно тогда появились первые легкие каркасные дома. На сегодняшний день, если верить статистике, каждый десятый дом в Средней полосе РФ возводится на основании свайного типа. А вот в южных и северных регионах таких строений уже около половины от общего числа.

Где используются свайные фундаменты

Целесообразно использовать свайные основания в следующих случаях:

  1. Если качество и характеристики грунта на участке не позволяют сделать фундамент мелкозаглубленного или наземного типа. Например, идеально подойдет свайный фундамент для почв болотистого типа. Также можно использовать его на нестабильных суглинках, лесовидных и набухающих грунтах, плывунах.
  2. Если грунтовые воды находятся слишком высоко.
  3. При строительстве в сейсмически неблагоприятном районе.
  4. В условиях вечной мерзлоты – если промерзает грунт более чем на 2 м.
  5. Если перепад высот на вашем участке очень большой.

Если у грунта характеристики средние, то есть допускается строительство как свайного, так и наземного типов фундаментов, то первые позволяют существенно сэкономить.

Во-первых, значительно уменьшается объем земляных работ, а это самое сложное. Во-вторых, снижается себестоимость – бетона потребуется намного меньше, нежели при строительстве ленточного основания. Сваи идеально подходят для строительства каркасных, брусовых, деревянных строений. Также можно возводить дома из керамзито- и шлакобетона, пеноблоков и аналогичных материалов.

Достоинства и недостатки фундамента

Среди достоинств можно выделить следующие моменты:

  1. Опоры универсальны, могут использоваться практически на любых грунтах.
  2. При строительстве вы много экономите на бетонных и земляных работах.
  3. Можно использовать на неровных участках.
  4. Все этапы строительства можно сделать самостоятельно – уровень механизации крайне низкий.
  5. Несущая способность очень высокая, равно как и надежность.
  6. Возводить основание можно в любое время года.
  7. Низкая стоимость, если сравнивать с любыми другими видами фундамента.

Но есть и недостатки, среди которых нужно выделить такие:

  1. Крайне важно провести расчеты.
  2. Если неверно осуществить расчет, то возможна деформация основания и его усадка.
  3. Невозможно оборудовать подвальный этаж.
  4. Нельзя возводить на плотных и скальных типах грунта.
  5. Важно проводить утепление и гидроизоляционные работы.
  6. Возникают сложности при изготовлении обвязки (соединение всех свай в одну конструкцию).

Но все недостатки можно достаточно быстро устранить. Для этого потребуется подойти к проектированию, расчету и возведению максимально ответственно. Чтобы это сделать, потребуется изучить большое количество ГОСТов и СНиПов.

Разновидности свайных оснований

Для многих это может быть открытием, но на практике применяется больше 30 видов фундаментов свайного типа. Причем большая часть из них комбинированные, они имеют как подземную, так и наземную части. У последней такие функции:

  1. Позволяет соединить опоры в одну конструкцию.
  2. Принимает почти половину всей нагрузки от здания.

При строительстве обычно используют такие виды:

  1. Свайно-плитное основание. Наземная часть – это бетонная монолитная плита. Внутри нее — армирование, поэтому основание подходит идеально для домов из тяжелых материалов. Строить можно только на плотном грунте. Достоинство – это очень высокая несущая способность. Но расчеты проводить сложно, стоимость высокая. Объем земляных и бетонных работ очень большой. Применяется такой тип основания редко, так как плита имеет большую массу. Поэтому приходится использовать сваи с большим диаметром. Их самостоятельно возвести сложно, приходится применять специальную технику.
  2. Фундамент свайно-ростверкового типа. Применяются и винтовые сваи, и буронабивные. Наземные части элементов соединяют при помощи ростверка – его делают из металла, дерева, железобетона. Основание подходит для строительства легких сооружений. Среди достоинств можно отметить простоту монтажа, минимальное количество расчетов и низкую стоимость. Но вот недостаток всего один – крайне низкая несущая способность. Построить большой дом на свайном фундаменте такого типа достаточно сложно. Технология и стоимость зависят от материала ростверка и типа свай. Как правило, ростверк не только выполняет функции обвязки, но и способен взять на себя большую часть нагрузки.
  3. Фундамент свайно-ленточного типа. Сверху ставится сборная лента или монолитная. Она располагается по всему периметру сооружения. Этот вариант является оптимальным, так как у него относительно хорошая несущая способность, низкая стоимость. Применяется при строительстве домов из относительно легких материалов. Монтаж основания быстрый и простой, небольшое количество земляных и бетонных работ, стоимость низкая. Но есть недостаток – основание не подойдет для массивных сооружений.

Расчет и проектирование свайного фундамента

Перед началом проведения расчета и проектирования делается гидрогеологическое изыскание. Его целью является определение характеристик и типа грунта на участке, выделенном под строительство. А самое главное, вы узнаете, на какой глубине залегают грунтовые воды, а также промерзание. При расчете можно вычислить такие данные:

  1. Параметры поля, на котором монтируется фундамент. При этом важно определить расстояние между соседними сваями, количество опор и их диаметр. Если основание винтового типа, то важно определить размер элементов. Для оснований буронабивного типа необходимо провести расчет армирования.
  2. Глубину заложения наземной конструкции. Ленты и монолитные плиты могут быть глубоко- и мелкозаглубленными. Основания могут быть повышенными и висячими. Методика расчета отличается от того, насколько заглублен фундамент. Как правило, при строительстве частных домов применяется мелкозаглубленный тип основания. Перед тем как сделать свайный малозаглубленный фундамент, нужно определить вес сооружения. Этот параметр влияет на тип конструкции фундамента.
  3. Габаритные размеры основания. Высота и ширина ростверка или ленты определяется исходя из нагрузок, действующих на основание. Причем учитывать нужно как постоянные нагрузки, так и временные, а также особенности грунта.
  4. Конечную осадку сооружения. Этот расчет провести, конечно, очень сложно, а самостоятельно и вовсе не возможно. Но можно отметить одну особенность – если сваи двухэтажного дома опираются на плотный грунт с нормальными характеристиками, то усадка будет максимум 1,5 %. В этом случае усадкой можно пренебречь.

При завершении проектирования и расчета у вас должен получиться полный проект со схемами и чертежами, с точным указанием места расположения опор. Обязательно нужно учитывать шаг, параметры непосредственно свай и ростверка, ленты или плиты.

Технология устройства свайного фундамента

О том, как правильно сделать свайный фундамент под баню или небольшой дом, расскажем далее. Технология изготовления фундамента свайного типа не зависит от типа конструкции. И выглядит она следующим образом:

  1. Сначала производится монтаж опор.
  2. Затем обвязываются оголовки свай и обустраивается наземная часть.
  3. Проводится гидроизоляция и утепление.
  4. Производится отделка цоколя, обустраивается отмостка и дренаж.

Независимо от того, какой вид фундамента выбран, первый этап работ – расчистка участка и планировка. Если есть необходимость, то делаете котлован или траншею для мелкозаглубленного основания. Обязательно делается подушка.

Какие опоры лучше использовать?

При строительстве частного дома, бани или сарая лучше всего готовить такие типы фундамента:

  1. Винтовые сваи – они производятся на заводах, существует большое количество видов и типоразмеров. Винтовые опоры могут иметь различные характеристики. Самые надежные и долговечные – это оцинкованные. Но у них достаточно высокая стоимость. Монтаж опор очень простой – сваи ввинчиваются в землю, словно саморезы. Скважину при этом делать не потребуется. Сверху на сваи крепятся оголовки. Вот как правильно сделать свайный фундамент своими руками.
  2. Сваи буронабивного типа монтируются на строительной площадке в заранее подготовленные скважины. У такого типа свай высокая несущая способность, низкая себестоимость, а главное, они долговечны. Самостоятельно возвести такое основание можно без привлечения специальной техники. Достаточно сделать скважины, на их дно насыпается песок и трамбуется. Затем монтируется опалубка и армирование, после чего заливаете бетон внутрь.

В любом случае после окончания монтажных работ необходимо все оголовки выровнять и соединить с помощью обвязки в единую конструкцию.

Немного про обвязку

Мы определились, как самому сделать свайный фундамент. Теперь перейдем к обвязке. Чтобы выполнить ее, можно использовать металлические изделия, брусья, а также железобетонный ростверк.

Выбирать материал нужно исходя из того, какая масса у дома, а также материала, из которого он построен:

  1. Для каркасных и деревянных сооружений можно использовать обвязку из бруса. Оголовки должны быть выполнены из металла, это позволит максимально прочно соединить их с брусом. Очень легко выполняется такая обвязка, если используются винтовые опоры. Перед тем как сделать свайный фундамент для дома, нужно определиться с типом обвязки. Это важный момент при проектировании.
  2. Нередко можно встретить обвязку, которая выполняется швеллером. Его нужно приварить к оголовкам свай, чтобы создать максимально жесткую конструкцию. В итоге вы получите прочное и устойчивое основание с минимальными вложениями.
  3. Даже профильные трубы можно использовать в качестве материала обвязки. Но такой вариант допустим только при строительстве небольших сараев, бань, бытовок. Но как правильно сделать свайный фундамент? Крайне важно учитывать все нюансы.

Есть еще один вариант обвязки – он применяется для того, чтобы соединить буронабивные сваи и монолитную наземную часть. Обе части конструкции соединяются с помощью арматуры. Все стержни необходимо связать при помощи проволоки по заранее выбранной схеме.

Как залить наземную часть фундамента

О том, как своими руками сделать свайный фундамент, было рассказано выше, теперь перейдем к наземной части. Сверху может находиться лента, плита или же ростверк. Могут использоваться как монолитные, так и сборные элементы. Последние используют реже, так как их стоимость очень высокая. К тому же их сложно транспортировать и монтировать. Придется использовать специальную технику.

А вот монолитные конструкции можно без особого труда сделать самостоятельно. При изготовлении ростверка, плиты или ленты нужно выполнить одинаковые манипуляции:

  1. Производится установка опалубки – щиты из досок, фанеры, плит ОСБ. Опалубка может быть как съемной, так и несъемной. Главное, чтобы конструкция была очень прочной.
  2. Далее нужно сделать армирование. Внутри опалубки собирается каркас из арматуры. Конфигурация напрямую зависит от вида основания. Например, для свайно-ленточного фундамента и ростверка армирование заключается в монтаже продольных прутков арматуры. Они обязательно соединяются поперечными элементами. При изготовлении плиты разумнее использовать в качестве армирования сетку.
  3. Выполняется заливка бетона. Внутрь опалубки за один раз нужно залить бетонный раствор. Именно так делается свайный фундамент своими руками.

Только после окончательного затвердевания можно приступать к дальнейшим работам.

Как усилить фундамент

Теперь вы знаете, как сделать сваи для фундамента своими руками. Но что делать, если они оказались слабыми? Довольно часто такое основание нуждается в усилении. Выполняется оно следующим образом:

  1. Сами свайные опоры можно усилить за счет монтажа подошв из железобетона.
  2. Ростверк можно усилить при помощи швеллеров или уголков. Они привариваются к углам сооружения.
  3. Вся конструкция фундамента также может быть усилена, но сделать это довольно сложно и дорого. Проблема в том, что если понадобилось усиление всей конструкции, значит, на начальном этапе расчеты были неверно проведены.
  4. Также можно усилить грунт вокруг наземной части и свай. Необходимо производить подсыпку, если верхний слабый слой не более 50 см. В случае если толщина будет больше, то разумнее всего окажется поднять над землей наземную часть фундамента.

Как видите, свайный фундамент своими руками сделать несложно. Усилить его тоже не очень сложно.

Утепление и гидроизоляция

Для любой разновидности свайного фундамента обязательно нужно выполнять гидроизоляцию. Применение и выбор напрямую зависят от того, какая у основания конструкция. В случае свайно-ростверкового основания и обвязки из металла или бруса разумнее применять гидроизоляционные материалы обмазочного типа. Рулонную гидроизоляцию лучшее всего использовать в случае с ленточной или плитной наземной частью либо ростверком.

Также стоит учитывать, что независимо от расположения фундамента из железобетона вся конструкция будет тянуть тепло от дома. По этой причине свайное основание нуждается в проведении теплоизоляционных работ. Обратите внимание на то, что утеплять нужно только наземную часть. Самый оптимальный вариант – это плиты «Пеноплекс». Существуют специальные материалы, которые предназначены для утепления фундамента. Плиты нужно закреплять снаружи, по бокам и внутри.

Перед тем как сделать сваи для фундамента своими руками, нужно тщательно провести расчеты. И особенности проведения утепления и гидроизоляции обязательно учитывайте на начальном этапе.

Свайный фундамент под ключ в Челябинске

Такие основания стали применяться еще в начале прошлого века, но тогда с их помощью возводили только легкие строения (сараи, гаражи) из-за недостаточного развития оборудования и технологий. 

Современные материалы и инструменты дают возможность применять свайно-винтовые фундаменты более широко. Сегодня основные сферы их использования – это малоэтажное жилищное строительство, возведение бань, малых архитектурных форм и т. д.

Особенности устройства фундамента на сваях


Устройством свайного фундамента должны заниматься профессионалы, которые смогут грамотно рассчитать необходимое количество свай, их заглубление и т. д. Наши специалисты выполняют необходимые расчеты с учетом:

Характеристик будущего строения (его расчетного веса, высоты цоколя, наличия или отсутствия инженерных коммуникаций

Климатических особенностей местности (высоты снежного покрова в зимнее время, глубины промерзания грунта)

Характеристик грунта, включая тип грунтового покрытия (глина, торфяник, суглинок и т. д.)

Рельефа строительной площадки, глубины залегания грунтовых вод

После выполнения расчетов начинается непосредственно строительство свайно-монолитного фундамента ручным или механическим способом. Первый метод подходит для небольших участков, где нет возможности применить ямобурную установку. Там, где нет проблем с пространством, работы ведутся механическим способом, который позволяет намного сократить сроки строительства.

Преимущества фундамента на сваях


Если сравнивать свайно-винтовой фундамент с ленточным или с бетонными сваями, он имеет преимущества в виде:

01

Возможности применения для любых типов строений, начиная от легких каркасно-щитовых дачных домиков и заканчивая капитальными домами, возводимыми из бревен и бруса до 240 мм

02

Коротких сроков строительства — фундамент готов за 1-2 дня, при этом можно начинать сборку сруба, не дожидаясь усадки фундамента

03

Возможности применения на участках с плотной застройкой или наличием большого количества зеленых насаждений

04

Хорошей вентиляции, предотвращающей гниение древесины и способствующей продлению срока службы дома

05

Возможности применения на грунтах любого типа, кроме скальных пород, и на любом рельефе местности

06

Длительным сроком службы (до 80-100 лет)

Наша компания «Каркас» имеет большой опыт устройства свайно-ростверковых фундаментов под ключ. Наши специалисты могут возвести фундамент с ленточными или столбчатыми ростверками для загородного дома с круглогодичным проживанием, летнего дачного домика, гаража, бани и других конструкций.

Как сделать заказ на фундамент


Если вы хотите заказать устройство свайного фундамента в Челябинске по выгодной цене, обращайтесь в нашу компанию «Каркас»! Чтобы сделать заказ, напишите нам по электронной почте или заполните на сайте форму обратной связи с указанием своих контактных данных. После получения вашей заявки наши специалисты свяжутся с вами для уточнения деталей заказа. 

Если вам нужна профессиональная консультация или вы хотите уточнить стоимость строительства свайного фундамента с ростверком, звоните нам по телефонам из раздела «Контакты», и мы ответим на все ваши вопросы!

пошаговая инструкция по монтажу своими руками на винтовых сваях

Низкая несущая способность, обводненность или возможность сезонных подтоплений, чрезмерная рыхлость грунта — все эти условия делают нецелесообразным использование традиционных ленточных оснований.

В таких ситуациях практически единственным эффективным решением проблемы становится свайный фундамент, который использует в качестве опоры глубинные, твердые пласты грунта, проходя сквозь поверхностные ненадежные слои до появления полного контакта с надежной опорой.

Подобные условия являются типичными для многих регионов России, что сделало свайные виды опорных конструкций вполне обыденным и распространенным видом.

Отдельным вопросом становится возможность использования свай для строительства хозяйственных или вспомогательных построек.

Рассмотрим использование свайного основания для строительства бани.

Содержание статьи

Подходит ли свайный фундамент под баню?

Баня — полностью закрытое и отапливаемое сооружение, в котором имеется собственная печь и активно используется вода. Условия эксплуатации предусматривают значительные перепады температуры и влажности.

Все эти особенности требуют для постройки наличия надежного и устойчивого ко всем нагрузкам основания, способного без потерь выдерживать существующие нагрузки. Свайный фундамент вполне способен обеспечить такую опору, а в регионах с проблемными грунтами он превращается в единственно возможный вариант.

Мало того, существуют виды свай, позволяющие получить надежную опорную систему намного быстрее и дешевле, чем при создании традиционного ленточного основания. Поэтому возможность использования свай для постройки бани есть, и она не является неким исключением или компромиссным вариантом.

Сваи хороши для любой постройки, независимо от назначения. Главным критерием выбора служит состояние и особенности грунта.

Плюсы и минусы

К положительным сторонам свайного основания под баню следует причислить:

  • Независимость от свойств грунта или гидрогеологической обстановки.
  • Значительное снижение стоимости строительства, особенно, если сравнивать с заглубленным ленточным фундаментом.
  • Высокая скорость строительства основания.

Недостатками свай являются:

  • Относительная сложность работ, необходимость обследования и анализа грунтов на участке.
  • Приходится отказываться от традиционной бани с проливными полами и создавать качественную систему водоотведения.
  • В ряде случаев требуется привлечение строительной техники, что в условиях благоустроенного участка не всегда возможно.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Выбирая тип основания, необходимо учитывать как плюсы, так и минусы, чтобы впоследствии не оказаться в сложной ситуации.

Виды

Для создания опорной конструкции бани могут быть использованы следующие виды свай:

  • Забивные. Для погружения в грунт привлекается спецтехника, которая устанавливает опоры путем вбивания их в грунт. Работ вблизи используемых построек способна вызвать нежелательные изменения в состоянии фундамента, стать причиной оседаний или подвижек основания. Используются готовые сваи, скорость работ обычно высокая, процесс занимает один день.
  • Буронабивные. Изготавливаются прямо на стройплощадке путем заливки бетона в армированную скважину. Есть возможность все сделать своими руками. При этом, сложные грунты могут не удержать скважину из-за осыпания стенок или заполнения полости водой. Кроме того, необходимо ждать около месяца, пока бетон наберет конструкционную прочность, в течение которого никакие работы производить нельзя.
  • Винтовые. Приобретаются в готовом виде и погружаются в грунт как при помощи спецтехники, так и вручную. Не создают угрозы для построек, расположенных поблизости и могут устанавливаться вплотную к ним. Позволяют строить баню на склонах, складках фундамента без предварительной подготовки площадки. Недостатками винтовых свай считают неизбежную коррозию металла в грунте и множество кустарным образом изготовленных опор, не соответствующих существующим требованиям.

ВАЖНО!

Существуют также столбчатые опоры, которые многие пытаются отнести к свайным фундаментам. Они не погружаются в грунт, поэтому являются просто бюджетным и быстрым решением вопроса для строительства вспомогательных построек. На сложных грунтах они используются редко, так как не обеспечивают устойчивости при появлении сезонных подвижек или подтоплений.

Почему для самостоятельного монтажа стоит выбрать винтовые сваи?

Выбор винтовых свай обусловлен их безопасностью для окружающих строений.

Кроме того, винтовые сваи могут быть погружены в грунт самостоятельно, что позволяет работать в удобное для себя время и существенно сэкономить на найме специальной бригады.

Технология установки предельно проста и не требует предварительной планировки участка, что является большим плюсом. Земляные работы отнимают время и требуют впоследствии больших трудозатрат по благоустройству участка, поэтому возможность пропустить этот этап весьма привлекательна для любого владельца.

Типы свай и какие лучше выбрать

Существуют разные виды винтовых свай:

  • Одно- или многолопастные.
  • С литым или сварным наконечником.
  • С защитным цинковым покрытием или без него.

Кроме того, они различаются по диаметру и длине ствола и виду лопасти. Выбор винтовых свай производится исходя из свойств грунта и веса постройки.

Для обычной семейной бани, размером 6 : 4 м, изготовленной из оцилиндрованного бревна или бруса, вес которой составляет около 5-7 т, вполне подойдут однолопастные винтовые сваи диаметром 57 или 76 мм.

Допустимая нагрузка на единицу у них достигает соответственно 1 и 2 т, что вполне приемлемо для такой постройки.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Чем меньше диаметр ствола, тем легче погружать его в грунт своими руками.

Как рассчитать глубину погружения

Глубина погружения винтовых свай определяется глубиной залегания плотных слоев грунта. Попытки использования «висячих» винтовых свай обычно заканчиваются постепенными оседаниями или деформациями ростверка, ведущими к разрушению наружных стен.

Обычный расчет несущей способности грунта дает вполне точные данные, но они показывают только текущую обстановку на участке. При изменении ситуации — подъеме уровня грунтовых вод, сезонных подвижках, возникновении нагрузок морозного пучения — расчетные данные становятся неактуальными.

Поэтому единственно правильный и эффективный вариант решения вопроса — пробное бурение или, как минимум, погружение пробной сваи. Глубина, на которой возникает контакт с твердыми слоями, и есть искомая величина.

Расчет высоты над землей

Высота подъема свай зависит от нескольких условий:

  • Величина снежного покрова в зимнее время.
  • Уровень воды при подтоплениях или паводках.
  • Глубина залегания грунтовых вод.

Некоторые величины можно отыскать в приложениях СНиП, другие значения можно получить в местных геологоразведочных или метеорологических организациях.

Основная задача — обеспечить такой подъем над уровнем грунта, чтобы минимизировать последствия от различных воздействий природного характера.

В большинстве случаев высоту бани над уровнем грунта принимают в пределах 40-60 см. Для отсечки стен от контакта со снеговыми массами этого обычно хватает, как и при подтоплениях.

Предугадать критические ситуации никто не может, а строить слишком высокую баню нецелесообразно.

Это не относится к постройкам на склонах или неровностях рельефа, где высота определяется по наименьшему значению.

Пошаговая инструкция по монтажу

Рассмотрим порядок действий при монтаже свайно-винтового фундамента для бани. Процесс проектирования и расчетов опустим, перейдем сразу к практическим действиям.

Работа ведется поэтапно, выполняются следующие операции:

Подготовка

Участок освобождают от лишних предметов, растений и прочих помех. Необходимо обеспечить пути подхода для техники, если планируется механическая установка свай. Приобретение и доставка на участок необходимого количества стволов нужного размера.

Понадобятся следующие материалы и инструменты:

  • Лопата.
  • Рулетка.
  • Металлический лом и два отрезка трубы по 1,5-2 м, внутрь которой этот лом входит свободно, но без лишнего люфта.
  • Болгарка с отрезным кругом.
  • Сварочный аппарат с электродами.
  • Оголовки для используемого размера свай.
  • Цемент и песок для изготовления бетона.
  • Колышки для разметки.
  • Лазерный уровень.
  • Покрытие для металлических деталей, защита сварных швов.
  • Швеллер, двутавр, рельс для обвязки.

Разметка

С помощью колышков отмечаются места установки свай согласно проектных данных. Начинать разметку следует с углов, сразу же проверяя равенство диагоналей. Пока они не будут выровнены, продолжать разметку нельзя.

Точки монтажа свай отмечаются колышками. После отметки углов переходят к промежуточным сваям и размечают их положение. Затем с помощью лопаты и личной бодрости в этих точках выкапывают небольшие углубления глубиной до 30 см и шириной, равной диаметру лопастей.

Это позволит сваям легче входить в грунт и обеспечить меньшее отклонение от вертикали.

Погружение

Завинчивание свай производится по определенной схеме. Это делается для того, чтобы уже установленные стволы не стали помехой для других опор. В особенности это важно при монтаже машинным способом, где техника должна подойти вплотную к точке погружения.

Обычно начинают с центра и движутся последовательно к краям по спирали или змейкой.

При погружении свай необходимо постоянно контролировать вертикаль. В особенности важно делать это на начальном этапе, когда ствол достаточно свободно раскачивается и может быть установлен с перекосом.

Выкручивать сваю назад для выравнивания нельзя, второй раз в эту точку ее устанавливать запрещается из-за нарушения прочности грунта после контакта с лопастями. Все исправления делаются на первых порах, когда ствол погружен на незначительную глубину.

Обрезка, обвязка, заливка бетоном

После установки всех свай производится обрезка. Устанавливается лазерный уровень, отмечающий горизонтальную плоскость на нужной высоте, на поверхности свай мелом или белым маркером отмечаются линии реза.

Болгаркой с отрезным кругом отрезают лишние куски трубы.

После этого выполняют обвязку. Все сваи соединяются между собой в продольном и поперечном направлении при помощи сварки. Используются отрезанные по размеру куски швеллера, двутавра или иного вида металлопроката.

После соединения свай в единую систему следует сразу же покрасить все участки сварки защитным слоем краски, кузбасслака или иного материала.

Затем внутреннюю полость свай заливают бетоном. Это дает стволам дополнительную жесткость и устойчивость к боковым нагрузкам пучения. Необходимо пользоваться плотными марками, начиная от М200 и выше.

На заполненные сваи устанавливаются и фиксируются оголовки, образующие площадки для установки ростверка и промежуточных (внутренних) опор.

Ростверк

Для бани обычно используют деревянный брус сечением 150 : 200 или 200 : 200 мм. Балки укладывают на площадки оголовков, предварительно подложив на металл двойной слой рубероида. Углы соединяют вполдерева.

Тщательно проверяют равенство диагоналей, выравнивают балки по осям, после чего закрепляют их на оголовках, используя специально созданные монтажные отверстия. Деревянные балки сразу же следует покрыть гидроизоляционным материалом для защиты от влаги.

Полы в бане

Обычные проливные полы, использующиеся в традиционной русской бане, в данном случае не годятся:

  • Вода, протекая между досками пола, проникает в грунт и понемногу разрушает металл свай и ослабляет прочность их сцепления с грунтом.
  • Возникает сложность поддержания температуры в бане из-за большой высоты над землей. Наличие неутепленного пространства потребует излишнего расхода топлива или электроэнергии.

Оптимальным вариантом становится создание утепленного пола, с надежным гидроизоляционным покрытием. На поверхность заливается слой стяжки с заранее установленными воронками для отвода воды, которые подключаются к канализационной системе.

На стяжку укладывают напольную керамическую плитку, а для большего комфорта рекомендуется укладывать деревянные помосты с широкими планками (8-10 см) и зазорами между ними для свободного стока воды.

Полезное видео

В данном видео вы узнаете, как произвести монтаж свайного фундамента под баню:

Заключение

Свайный фундамент для бани используется не реже, чем традиционные виды оснований.

Учитывая высокую скорость и большую экономию денег, фундамент на винтовых сваях становится даже более предпочтительным и эффективным вариантом, чем лента.

Работы могут выполняться самостоятельно, что является дополнительным бонусом и дает владельцам участков возможность использовать свои навыки и умения на практике.

Вконтакте

Facebook

Twitter

Google+

Одноклассники

Свайный фундамент своими руками: технология устройства с нуля

Рассмотрим более детально, как сделать свайный фундамент своими руками, его конструктивные особенности и технологию устройства.

Свайный фундамент в общем виде представляет собой конструкцию из заглубленных в грунт свай, скрепленных между собой железобетонными балками или ростверком. Данный тип фундамента очень распространен и в гражданском и промышленном строительстве, применяется, в основном, в местах с неплотным грунтом.

Устройство свайного фундамента с ростверком

Свайные фундаменты друг от друга отличаются широким разнообразием конструкций и различаются:

  • видом свай;
  • способом изготовления и заглубления в грунт;
  • расположением свай под  строящимся зданием;
  • характером работы в грунте;
  • видом ростверков.

Свая – это стержень, прямоугольного либо круглого сечения, частично или полностью погружаемый в грунт с целью передачи нагрузки здания на основание, обычно затачивается с одного конца, чтобы легче внедриться сквозь подвижные слои грунта к твердому слою.

Если сваи изготавливаются прямо в земле, необходимо, чтобы  скважины были пробурены заранее, затем их армируют и бетонируют. В этом случае  необходимо, чтобы её длина была рассчитана проектировщиком, перед началом работ.

Способы заглубления в грунт

  1. Забивные сваи заглубляют в грунт, используя специальные механизмы. Как правило, это вибровдавливающие и вдалбливающие устройства или вибропогружатели.
  2. Чтобы установить набивную железобетонную или бетонную сваю, следует залить в пробуренные скважины бетонную смесь.
  3. Буровые железобетонные сваи устраивают при помощи железобетонных элементов, помещаемых в скважину.
  4. Свайно-винтовой фундамент является самым популярным в гражданском строительстве. Винтовые сваи имеют форму сверла, их вкручивают в землю, используя специальные механизмы.

Размещение в фундаменте

  1. Для стоящих отдельно опор предназначены одиночные сваи.
  2. Свайные ленты располагают под стенами зданий. Причем, сваи располагают в один, или несколько рядов, чтобы  равномерно распределить нагрузку на фундамент по длине.
  3. Свайно–ленточный фундамент похож на свайный, его  устанавливают, как правило, на участках, имеющих большой уклон.
  4. В случае, когда каркасный остов строения является несущим, под колонны используют свайные кусты.

Характер работы в грунте

  1. Свая-стойка, устройство перенаправляющее давление, которое идет от здания, на прочный грунт, находящийся непосредственно за пластом слабого грунта.
  2. Висячая свая, её несущая способность определяется  в основном трением грунта о её боковые стенки.

Виды ростверков

Строительная конструкция, объединяющая между собой все сваи,  предназначенная для того, чтобы равномерно передавать на них вес сооружения называется ростверком. Различают следующие виды ростверков:

  • монолитные;
  • сборные;
  • сборно-монолитные.

В зависимости от длины, ростверки бывают низкие и высокие.

В каких случаях целесообразно использовать свайный фундамент

Если верхняя часть основания возводимого здания находится на относительно слабом грунте, желательно применить фундамент на сваях. К слабым грунтам относят: лёссовидные, глины, суглинки, песчано-глинистые, заторфованные и растительные  грунты.

Данный вид фундамента, по сравнению с остальными, обладает явным преимуществом, благодаря возможности выдерживать очень большие нагрузки. Особенно он эффективно работает в пучинистых грунтах при промерзании его на глубину более 1,5 м. При таких условиях свайный фундамент намного надёжней, чем столбчатый и уж, тем более ленточный.

Также, фундамент на сваях не требует большого объема земляных работ, в результате чего происходит снижение трудоемкости и стоимости строительства. Использование  его возможно, и при наличии довольно плотного грунта.

P.S. А на десерт предлагаю посмотреть видео-ролик: Свайный фундамент своими руками видео руководство

Как построить буронабивной свайный фундамент?

🕑 Время чтения: 1 минута

Буронабивной свайный фундамент или фундамент с просверленным валом — это обычно используемый фундамент для выдерживания больших вертикальных нагрузок. Он с достаточной несущей способностью передает нагрузку на грунт или слои горной породы и снижает осадку конструкции.

Строительство буронабивной сваи делится на два этапа: этап бурения и этап строительства. На этапе бурения грунт удаляется, образуя отверстие необходимого диаметра и глубины, а на этапе строительства железобетон заливается на месте.Поэтому буронабивные сваи еще называют сменными.

Буронабивные сваи популярны в городских районах, где минимальная вибрация является обязательным условием при строительстве. Более того, он используется там, где высота над головой ограничена, глубина свай остается прежней и отсутствует риск вспучивания.

В этой статье объясняется процесс строительства, проблемы и преимущества буронабивного свайного фундамента.

Процесс строительства буронабивной сваи

Процесс буронабивной сваи включает следующие этапы:

  1. Строительство начинается с просверливания вертикального отверстия в почве с помощью буронабивной машины.Машина оснащена аксессуарами, такими как буровые инструменты, ковши и грейферы, которые помогают удалять почву и камни во время процесса бурения.
  2. Пробуренные сваи могут подниматься на глубину до 60 м и диаметром до 2,4 м.
  3. Временный стальной цилиндр или гильза вставляется в просверленное отверстие до тех пор, пока свая не будет залита.
  4. После этого в отверстие вставляется арматурный каркас для сваи, который затем заливается бетоном.
  5. Верхняя часть сваи закрывается либо опорой, либо заглушкой около уровня земли, чтобы можно было построить вышеупомянутую конструкцию.
Этапы строительства буронабивных свай

Буронабивные работы — это специализированная операция, требующая обширных знаний и опыта в области строительства буронабивных свай, условий грунта и площадки и т. Д. Следовательно, рекомендуется, чтобы эти работы выполнял подрядчик по установке буронабивных свай.

Проблемы строительства буронабивных свай

Основными проблемами при строительстве буронабивных свай являются:

  1. Подрядчик должен провести тщательное исследование почвы для изучения ее свойств.Тип почвы определяет метод бурения, который будет использоваться для строительства.
  2. Иногда подрядчик по укладке свай полностью полагается на прошлые отчеты и отчеты об исследовании почвы, чтобы выбрать метод, который вызывает меньше нарушений в почве поблизости.
  3. Когда пробуренная скважина выходит за пределы уровня грунтовых вод, необходимо обеспечить дополнительную опору с помощью стальных сепараторов или стабилизирующего раствора. Это основная проблема, с которой сталкиваются несвязные почвы, такие как песок, гравий и ил.
  4. Бурение ямы и сваи на несвязном грунте является сложным и вызывает беспорядок.

Преимущества строительства буронабивных свай

Основные преимущества буронабивных свай указаны ниже:

  1. Буронабивные сваи позволяют легко перемещать сваи на переменную глубину независимо от типа почвы. Он расширяет сваю до подхода к несущему пласту.
  2. Буронабивная свая лучше всего работает в мягких, сжимаемых и набухающих почвах.
  3. Буронабивной свайный фундамент может быть расширен до глубины ниже сезонных колебаний влажности или промерзания.
  4. Буронабивной свайный фундамент исключает необходимость проведения больших земляных работ и последующей засыпки.
  5. Буронабивной свайный фундамент не разрушает прилегающий грунт кардинально.
  6. Вибрация и связанные с ней возмущения, возникающие при строительстве буронабивного свайного фундамента, относительно низкие по сравнению с традиционными методами фундамента.
  7. Фундамент на буронабивных сваях имеет более высокую несущую способность по сравнению с другими забивными сваями.

Часто задаваемые вопросы

Как сооружается буронабивная свая?

Строительство буронабивной сваи разделено на два этапа: этап бурения и этап строительства.На этапе бурения грунт удаляется, образуя отверстие необходимого диаметра и глубины, а на этапе строительства железобетон заливается на месте. Поэтому буронабивные сваи еще называют сменными.

Какие проблемы возникают при бурении свай?

Основные проблемы, с которыми приходится сталкиваться при строительстве буронабивных свай:
1. Подрядчик должен провести тщательное исследование грунта для изучения его свойств. Тип почвы определяет метод бурения, который будет использоваться для строительства.
2. Иногда подрядчик по укладке свай полностью полагается на прошлые отчеты и отчеты по исследованию почвы, чтобы выбрать метод, который вызывает меньше нарушений в почве поблизости.
3. Когда пробуренная скважина выходит за пределы уровня грунтовых вод, необходимо обеспечить дополнительную опору с помощью стальных сепараторов или стабилизирующего раствора. Это основная проблема, с которой сталкиваются несвязные почвы, такие как песок, гравий и ил.
4. Бурение ямы и конструкции сваи на несвязном грунте является сложной задачей и вызывает беспорядок.

В чем преимущества буронабивного свайного фундамента?

Основные преимущества буронабивных свай перечислены ниже:
1. Буронабивные сваи облегчают перемещение свай на переменную глубину независимо от типа грунта. Он расширяет сваю до подхода к несущему пласту.
2. Буронабивная свая лучше всего работает в мягких, сжимаемых и набухающих почвах. №
3. Буронабивной свайный фундамент можно расширить до глубины ниже сезонных колебаний влажности или промерзания.
4. Буронабивной свайный фундамент исключает необходимость проведения больших земляных работ и последующей засыпки.
5. Буронабивной свайный фундамент не разрушает прилегающий грунт кардинально.
6. Вибрация и связанные с ней возмущения, возникающие при строительстве свайного фундамента, относительно низкие по сравнению с традиционными методами фундамента.
7. Буронабивной свайный фундамент имеет более высокую несущую способность по сравнению с другими забивными сваями.

Подробнее

Буронабивная бетонная свая, ее конструкция и применение

Как выбрать тип свайного фундамента для строительства?

Меры предосторожности при строительстве и обследовании буронабивных свай

свайный фундамент и геодезия — наша сильная сторона | компанией Ground Engineering Ltd.

Свайный фундамент — это процесс, при котором некоторые сваи вставляются в почву, чтобы укрепить ее, чтобы почва могла выдержать нагрузку здания на нее. Иногда у почвы нет такой прочности, чтобы поддерживать здание. Причин слабости почвы может быть много. Это может быть эрозия почвы, избыток влаги в почве или ее плотность, или любая искусственная работа, которая ослабляет почву. Если кто-то хочет построить конструкцию на этом типе почвы, потребуется укладка свай, потому что почва не способна удерживать конструкцию в течение более длительного времени.Укладка свай увеличивает прочность почвы и может выдерживать постройку в течение более длительного периода времени.

Сваи могут быть деревянными или бетонными и соответственно различаются по весу, качеству и прочности. Каким бы ни был материал сваи, свайный фундамент придает грунту дополнительную прочность, чтобы выдержать нагрузку. Строительные работы, помимо свайных работ, требуют еще и геодезию. Тем более, что строительство любого гражданского сооружения требует надлежащего землеустройства. Строительство, несомненно, является признаком развития и всегда лучше из-за удобства, которое оно дает, но в то же время меняет географию местоположения.Меняется топография, иногда даже растительность.

Чем занимается компания:

Перед обследованием участка мы не можем сказать ничего точного или точного о конкретной земле. Поэтому земельная съемка необходима, чтобы определить точный статус. Компания сообщает точный статус земли в заранее определенном диапазоне. Наше землеустройство также говорит о том, какие будут изменения на земле после завершения строительных работ. Поэтому укладка свай и землеустройство — наши основные услуги, которые мы оказываем при любых строительных работах.Поэтому компания предоставляет вам лучший свайный фундамент для вашего проекта или любого гражданского строительства.

Компания оказывает эти услуги давно и имеет длинный список клиентов. Благодаря качественным услугам компания приобрела известное имя на рынке, а также имеет честь иметь крупнейшую лабораторию, утвержденную правительством, где вы можете провести испытания почвы на своей земле и посмотреть, подходит ли земля для вашего проекта или нет. Компания предлагает вам лучший Land Surveying и позаботится о том, чтобы у вас был долгосрочный проект и ваше здание выдержало более длительный срок.

Винтовые сваи — типы фундаментов

Как любая отличная команда, бизнес или отношения, прочный фундамент является ключом к долгосрочному успеху любого здания. Для подрядчиков, архитекторов и инженеров понимание того, какой фундамент лучше всего подходит для вашего здания, является важной частью ваших проектных и строительных работ. Как ведущий производитель систем винтовых свайных фундаментов, IDEAL Foundation Systems изучит некоторые из наиболее распространенных форм фундаментов.

Фундаменты глубокого и мелкого заложения

Большинство зданий опираются на один из двух типов фундаментов: мелкий или глубокий.Отличительной чертой этих двух фундаментов является, конечно же, глубина заливки или укладки фундамента. Неглубокие фундаменты, также называемые раздельными или открытыми опорами, могут быть созданы на глубине до трех футов. И наоборот, фундамент необходимо делать на глубине 60-200 футов. Два фундамента используются в зависимости от предполагаемых размеров, высоты и веса здания. Неглубокие фундаменты, естественно, используются для небольших и легких зданий, в то время как глубокие фундаменты требуются для более тяжелых, высоких и больших зданий.В рамках этих типов оснований существует множество конкретных типов фундаментальных систем.

Индивидуальные опоры

Пожалуй, один из самых простых фундаментов, индивидуальные опоры также являются одними из самых распространенных. Этот фундамент образует серию колонн, которые заканчиваются у основания, сделанного из прямоугольного бетонного блока. Инженеры должны определить размер опоры, глядя на оценку общей нагрузки на колонну, и разделить ее на безопасную несущую способность почвы.Это говорит инженеру, какого размера должна быть стопа и какой глубины она должна быть.

Фундаменты на плотах

Плотные фундаменты, обычно называемые матовыми фундаментами, используются, когда зданию требуется подвал. Весь цокольный этаж служит фундаментом здания. Это позволяет распределить вес здания по всей площади здания, обеспечивая равномерное распределение веса и предотвращая смещение и неисправности. Он получил свое название, потому что бетонный плот, казалось бы, плавает на дне земли.Фундаменты на плотах идеально подходят для зданий, размещенных на рыхлом или слабом грунте, потому что плот помогает распределить вес.

Фундамент с резьбой

Своеобразная система глубокого фундамента, винтовая свая, по сути, использует гигантский винт, который просверливает землю и укореняется в слое более прочной, плотно утрамбованной почвы. Часто эти винтовые сваи укрепляются оболочкой из цементного раствора или бетона, чтобы гарантировать, что они не сдвигаются в почве. Поскольку они так глубоко врезаются в землю, они могут выдерживать огромные веса на относительно небольших платформах.Винтовые сваи являются предпочтительной системой фундамента, когда строительная площадка имеет слой слабого грунта на поверхности. Эти рыхлые, слабые слои не могут выдержать вес здания, поэтому винтовая шпора встраивается в более прочный слой. Винтовые сваи могут выдерживать гораздо более тяжелые нагрузки, чем отдельные опоры.

Система STELCOR® от IDEAL Foundation Systems

Мы создали систему фундаментов STELCOR®, чтобы быстро и легко добавить прочный и адаптируемый фундамент к вашему следующему строительному проекту.Эта система не удаляет почву, может быть установлена ​​в зонах с высоким уровнем грунтовых вод, использует раствор для фиксации сваи на месте и является значительно более рентабельной, чем другие свайные системы. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о винтовой системе STELCOR.

Введение | Diamond Pier

Soils

Pin Foundations, Inc. (PFI) занимается проектированием и производством фундаментов более 25 лет. Одно всегда двигало нашим мышлением: Земля — ​​это реальный фундамент, а почвы в их естественном нетронутом состоянии обладают прочностью и структурой, чтобы выполнять эту работу.

Искусственные фундаменты выполняют две основные функции: должным образом передавать нагрузки на структуру почвы и обеспечивать связь с построенной выше структурой. Есть два основных типа искусственных оснований: глубокие вертикальные сваи (вбитые) и неглубокие раскидистые основания (врытые и заглубленные). Сваи сохраняют существующую прочность и структуру почвы Земли в неприкосновенности, и их легко установить, если не нужно заходить слишком глубоко. Опоры более широко распределяют нагрузки, но копка разрывает почву, ослабляя ее и блокируя или преувеличивая поток воды.

Технология шпунтовых свай

Технология шпунтовых свай сочетает в себе лучшие характеристики обоих типов искусственных фундаментов. Сгруппировав короткие жесткие сваи (опорные штифты), которые можно легко забить в неповрежденные проницаемые грунты, и установив их под углом, чтобы они работали больше как неглубокий фундамент, можно построить прочный фундамент, который не требует выемки грунта. Группа булавочных свай имитирует дизайн природы, напоминая корни дерева, обеспечивая несущую, подъемную и поперечную способность. В последние десятилетия сгруппированные шпунтовые сваи стали надежной технологией для сложных, тяжелых коммерческих применений, выполняя превосходную работу по передаче нагрузок на неповрежденные ненарушенные почвы.

Система фундамента Diamond Pier

Инновация PFI заключается в том, чтобы обеспечить широкое использование технологии шпунтовых свай с помощью превосходного соединителя — бетонной головки Diamond Pier. Этот высокопрочный сборный компонент представляет собой направляющую, фиксатор шпилек и структурное соединение — все в одном. В качестве ориентира для вождения головка поддерживает углы штифтов, так что их мощность является определяемой и постоянной. Как замок, головка предназначена для увеличения сцепления с блоком штифтов при нагрузке вверх, вниз или вбок, становясь сильнее и туже по мере увеличения нагрузки.А в качестве соединения встроенный анкерный болт и сборная форма после согласования делают его простым и пропорциональным дополнением к поддерживаемой конструкции.

Эта бетонная головка в сочетании с группой опорных штифтов образует систему Diamond Pier — гибрид известных бетонных и стальных материалов. Эта система обеспечивает прочную, стабильную и экономичную основу, которая одновременно захватывает и сохраняет поддерживающую прочность и естественные функции почвы Земли, в которой она задействована, и, в свою очередь, прочно и просто соединяется и защищает постоянные конструкции, расположенные выше.

В данном руководстве представлена ​​информация и инструкции по установке фундаментов с алмазными пирсами в жилых помещениях в нормальных почвенных условиях (см. Раздел «Условия и применение»).

Свайный фундамент (Экспертный курс) | Udemy

Могу я помочь вам освоить новый навык?

С 2015 года я учу таких, как вы, всему, что знаю. В рамках своего бизнеса по онлайн-обучению я создаю курсы, которые научат вас применять полученные знания в практическом мире гражданского строительства.

Не верьте мне на слово

Более тысячи студентов записались на мои курсы и приобрели новые навыки. Я горжусь тем, что создаю качественные курсы по гражданскому строительству. Я всегда стараюсь расширять библиотеку курсов и предоставляю студентам премиальную поддержку, когда они в ней нуждаются.

Наша гарантия счастья

Нет риска записаться на какой-либо из наших курсов. Если вам не нравится, у вас есть 30-дневная гарантия возврата денег.И я всегда совершенствую свои курсы, чтобы они оставались в курсе последних событий и были как можно лучше.

Ознакомьтесь с нашей библиотекой курсов и запишитесь сегодня

Об инструкторе | Випин Джоши | Генеральный директор Консультанты AX.

У меня есть обширный опыт обучения студентов — U.G & P.G (гражданское). Могу выполнять задания механика грунтов и фундаментостроения . Я работал с консультантами из Индии / за рубежом , и помимо этого, я активно занимаюсь исследовательской деятельностью .Я читал лекции по «Механика грунта», «Предварительное проектирование фундаментов», «Армированные грунтовые конструкции», «Стабилизация грунта», «Динамика грунта» и «Подпорные конструкции грунта». У меня есть страсть к обучению и отдыху, вы узнаете, когда пообщаетесь со мной во время раздела вопросов и ответов . Если у вас есть какие-либо вопросы по курсам, задавайте мне вопросы в разделах Q и A . Я был бы рад ответить на ваши вопросы, приложив все усилия с моей стороны.

Краткая информация об инструкторе

Випин Чандра Джоши родился 22 марта 1991 года и проживает в Баралу, округ Питорагарх (U.K), Индия. Он учился в армейской школе, Меерут, Уттар-Прадеш, Индия. Он получил степень бакалавра технологий в области гражданского строительства в Институте инженерии и технологий Бунделькханда, Джханси (США) в июле 2013 года. Он поступил на факультет гражданского строительства в Национальном технологическом институте Хамирпура (Химачал-Прадеш), Индия ( 2013), чтобы получить степень магистра технологий в области геотехники и подземных сооружений . В 2015 году он успешно получил степень магистра в области геотехники и подземных сооружений.В 2015 году он присоединился в качестве доцента и взял на себя обязательство работать с кафедрой гражданского строительства Университета Тиртханкера Махавира, Морадабад в течение 1,5 лет, а затем перешел в Инженерный колледж IMS, Газиабад (2017). и Университет Гаутамы Будды, Большая Нойда (2017). В 2018 году он присоединился к Geo Spar Infra — специализированной индийской геоинженерной компании в качестве инженера-геотехника и Maccaferri Environmental Solution Pvt.Ltd. в качестве старшего инженера по геотехническому проектированию — MNC / итальянская компания , имеющая дочерний концерн и головной офис в Гургаоне. В настоящее время он является доцентом в THDC Институт гидроэнергетики и технологий , Техри Гарвал, Утраханд, Индия. Он является активным профессиональным членом из Института инженерных исследований и публикаций . Он является членом редакционного совета Международного журнала последних достижений науки и технологий .

Он очень увлечен вопросами, задаваемыми студентами по всему миру, и с нетерпением ждет нескольких заданий, поставленных студентами на разных уровнях (UG и PG) по всему миру в области сложностей, возникших при выполнении их заданий в анкете, тезисов и рекомендаций по проектам. , Задания по программному обеспечению, Онлайн-классы, исследовательское предложение и т. Д.

Зарегистрируйтесь и узнайте, почему так много людей посещают эти курсы и рекомендуют их. Я искренне верю, что это лучший продукт на рынке, и если вы не согласны, я с радостью верну вам деньги.

Запишитесь на мои курсы и присоединитесь ко мне в этом удивительном приключении сегодня.

Оптимальное проектирование свайного фундамента путем автоматического группирования генетических алгоритмов

В данной статье исследуется оптимальный концептуальный дизайн свайного фундамента на начальном этапе проектирования. Предлагается модульный метод, при котором фундамент делится на модули, и каждый модуль идентифицируется по своим характеристикам — длине, диаметру, количеству и расположению свай. Модули с одинаковыми характеристиками могут быть упакованы и представлены переменной конструкции.Модель оптимизации с минимальными затратами и множественными конструктивными ограничениями, основанная на китайском коде и ограничении количества элементов, построена для достижения одновременной оптимизации размера и компоновки стопки. Модель решается с помощью улучшенных генетических алгоритмов автоматической группировки для получения плана с оптимальными переменными и оптимальной группировкой переменных. Практический пример демонстрирует эффективность предложенного подхода.

1. Введение

Фундаменты свай, широко используемые в многоэтажных зданиях, часто размещают одинаковые сваи по равномерной сетке с постоянным интервалом между ними.Такой дизайн очень консервативен и неэкономичен. Несколько стратегий проектирования свайных фундаментов [1–3] представлены для достижения экономичного проектирования.

Оптимизация конструкции свай может быть определена как минимальная стоимость фундамента при сохранении удовлетворительных характеристик. По сравнению с широким изучением и применением техники оптимизации в области проектирования конструкций, разработка оптимизации свайных фундаментов происходит относительно поздно из-за трех основных трудностей. Во-первых, точное прогнозирование характеристик свайного фундамента практически невозможно из-за неопределенности параметров грунта, сложности взаимодействия сваи-грунт-плот и неточного основного закона слоистого грунта.Даже при наличии множества имеющихся исследований, основанных на теории упруго-пластической деформации [4–6], нелинейный анализ требует различных упрощений и допущений, которые могут не соответствовать реальной ситуации. Как указал Поулос, «инженерная теория должна изначально основываться на опыте и расширяться или модифицироваться в свете дальнейшего опыта» [7], результаты теоретического анализа свайных фундаментов следует модифицировать в соответствии с опытом практического проектирования. Во-вторых, из-за дискретного характера характеристик сваи (количества, диаметра и длины) оптимизация сваи является дискретной задачей.Кроме того, целевая функция и условия ограничения могут быть прерывистыми, недифференцируемыми или даже трудно выражаемыми математически в терминах проектных переменных [8]. В результате оптимизация сваи должна решаться эффективным методом. В-третьих, сваи практичной конструкции должны быть сгруппированы, потому что конструкции со слишком большим количеством разных свай значительно увеличивают стоимость строительства и управления. Предварительно заданная конфигурация группировки свай, основанная на опыте, приводит к другой проблеме оптимизации с потенциально существенно другим оптимальным решением [9].Следовательно, характеристики свай и группировка свай должны быть оптимизированы одновременно. Оптимизация группирования является дискретной, и ее следует решать с помощью методов дискретной оптимизации.

Некоторые исследователи [10–15] представили концепцию и теорию структурной оптимизации в процессе проектирования свай и использовали градиентные методы с предпосылками дифференцируемости и непрерывности ограничений / целей для решения задачи оптимизации. Кроме того, другие попытки [8, 16] были сделаны на основе генетических алгоритмов (ГА), которые не имеют предпосылок для дифференцируемости и непрерывности.

В данной статье изучается проблема оптимизации свай на начальном этапе проектирования с использованием улучшенного генетического алгоритма автоматической группировки (AGGA). Характеристики сваи (количество, длина и диаметр) и расположение свай учитываются с помощью предлагаемого модульного метода для достижения одновременной оптимизации размера и компоновки свай. Основным вкладом в статью является предложение нового представления для задачи оптимизации конструкции свай на основе модульного метода, а также использование улучшенного AGGA для решения проблемы.Модель оптимизации сваи с минимальными затратами с практическими конструктивными ограничениями и ограничением мощности представлена ​​в разделе 2. Конструктивные ограничения оцениваются китайским стандартом JGJ 94-2008 [17], который объединяет теоретические исследования и инженерный опыт и обеспечивает стандарт для Практическое проектирование свайного фундамента в Китае. В разделе 3 применяется AGGA с улучшением функции штрафа и оператора кроссовера для обработки ограничения мощности, представляющего требование группировки стопок.В разделе 4 представлена ​​подробная схема применения улучшенного AGGA для оптимизации свайного фундамента. Практический пример в разделе 5 демонстрирует эффективность предложенного подхода. В конце обсуждаются некоторые выводы.

2. Формулировка оптимизации свайного фундамента

Оптимизация свайного фундамента может быть сформулирована как при условии Физическое значение (1) — (9) дано в следующих разделах.

2.1. Расчетные параметры

Оптимизация свайного фундамента включает оптимизацию длины, диаметра, количества и компоновки свай. Чтобы рассматривать такие факторы одновременно, в настоящем исследовании вводятся концепции модуля и пакета. Во-первых, свайный фундамент делится на несколько модулей по определенному правилу. Характеристики модуля включают как атрибуты сваи (количество, диаметр и длина), так и расположение свай. Затем, исходя из инженерного опыта, модули с одинаковыми характеристиками могут быть упакованы, и каждая упаковка соответствует переменной конструкции.Например, для свайного фундамента с симметричной надстройкой или симметричными приложенными нагрузками часто используется симметричная конструкция. Затем модули, соответствующие свайному фундаменту, можно укладывать симметрично. Ссылаясь на два шаблона упаковки, предложенные в [14], а именно шаблон изменения строки и шаблон изменения в квадрате, последний используется в этой статье. В качестве иллюстрации рассмотрим свайный фундамент симметричной конструкции каркас-опорная стена на Рисунке 1. Фундамент, содержащий 43 модуля, подвергается только вертикальным нагрузкам.Нагрузки, действующие на фундамент под несущей стенкой, распределяются равномерно, а нагрузки, действующие на фундамент под каждой колонной, отличаются друг от друга. Таким образом, фундамент под несущей стенкой может иметь симметричную конструкцию, и 25 соответствующих модулей по очереди упакованы снаружи внутрь, причем самые крайние 16 модулей принадлежат первому пакету, а 8 модулей во втором внешнем круге назначаются как второй пакет. см. заштрихованную часть рисунка 1, а один самый внутренний модуль — это третий пакет.Каждая колонна рамы на периферии фундамента соответствует модулю, входящему в состав пакета. В результате все 43 модуля закреплены за 21 пакетом.


Поскольку модули в каждом пакете обладают одинаковыми характеристиками, то есть имеют одинаковое количество свай, длину сваи, диаметр сваи и расположение свай, th пакет определяется как th проектной переменной. Здесь не скаляр, а вектор с. , — длина и диаметр ворса в й упаковке. см. номер стопки и расположение в каждом модуле th пакета.Более того, определяется графически. Таким образом, три пакета ниже corewall могут быть представлены тремя проектными переменными, и, соответственно. Другие 18 пакетов под колоннами каркаса представлены проектными переменными -, показанными на Рисунке 1. Для крупномасштабного свайного фундамента многие пакеты, то есть многие проектные переменные, включенные в проект, должны быть дополнительно сгруппированы для экономии затрат на строительство. . Подробное обсуждение метода группировки будет дано в разделе 3.1.

В модуле может быть много стопок, здесь рассматриваются только модули с номерами стопок от 1 до 4.Основываясь на практике, когда сваи часто располагаются в виде правильного треугольника или квадрата, рассматриваются только четыре варианта расположения на Рисунке 2. Ссылаясь на пункты 3.3.3 и 5.5.6 JGJ 94-2008, расстояние между сваями и диаметр сваи должны соответствовать, чтобы уменьшить неблагоприятное влияние взаимодействия сваи на несущую способность свайной группы и обеспечить соответствие аналитическому подходу. Исходя из неравенства, диапазон соответствующих четырех схем размещения свай указан в Таблице 1 для указанной длины модуля.Кроме того, из-за ограниченности оборудования для забивки сваи и условий площадки, длинам и диаметрам сваи можно было присвоить только дискретные значения.

диаметр

Номера свай 1 2 3 4


2.2. Целевая функция

Общая стоимость свайного фундамента включает стоимость установки, стоимость материалов и так далее. Такие факторы, как расположение площадки (вибрация и шум), геотехнические и гидрогеологические характеристики, сейсмическая зона, планы погрузки и имеющееся оборудование, определяют подходящий метод забивки свай. Каждый метод имеет определенную стоимость установки и может иметь глобальные ограничения по длине и / или диаметру сваи. Например, метод непрерывного шнека ограничивает максимальную длину сваи 20 м и диаметр сваи 1.2 м, метод буронабивных свай с использованием стабилизирующих жидкостей и временной или окончательной обсадной колонны ограничивает диаметр сваи ниже 0,5 м, а метод буронабивных свай с безопорной выемкой ограничивает диаметр сваи ниже 1,5 м [18]. Для упрощения в данной статье предполагается, что общая стоимость фундамента выражается как (2) где — общий объем свай сплошного круглого сечения, — количество модулей в th упаковке, — общее количество пакетов. Стоимость единицы объема является функцией длины и диаметра сваи и может включать в себя стоимость забивки свай в почву в дополнение к стоимости материала.может быть определен в дискретной форме на основе местного индекса цен или инженерного опыта. Для удобства изучения в данной статье определяется как константа. Однако более сложная функция даже в дискретной форме может быть легко реализована с помощью настоящего способа.

2.3. Ограничивающие условия

Как было указано в [19], при проектировании свайного фундамента необходимо учитывать пять важных моментов. Для концептуального проектирования на начальном этапе проектирования мы в основном рассматриваем четыре из них, которые включают в себя предельную несущую способность сваи по вертикали (3), вертикальную нагрузку для расчета конструкции сваи (4), а также максимальную и дифференциальную осадки ( 5) и (6).Предел несущей способности сваи по поперечным и моментным нагрузкам, сдвиг и момент для расчета конструкции плота не принимаются во внимание для упрощения анализа. Кроме того, учитывается эксцентриситет между центром тяжести надстройки и центром жесткости свай (7). То же самое и с проверкой более мягких сжимаемых пластов, лежащих под основанием сваи (8), и ограничения мощности (9), которое описывает группировку проектных переменных.

In (3), — вертикальная нагрузка с номинальной комбинацией, применяемой в одной стопке th пакета.Здесь мы предполагаем, что сваи в пакете имеют одинаковую вертикальную нагрузку. — характерное значение предельной несущей способности одиночной сваи в пакете по вертикали. Для свайного фундамента-плота несущая способность плота учитывается в соответствии с пунктом 5.2.5 JGJ 94-2008. Такой вклад является произведением предельной несущей способности плота и понижающего коэффициента, который описывает эффект взаимодействия сваи-грунт-плот.

In (4) — вертикальная нагрузка с основной комбинацией, применяемой в одной стопке th пакета, и стопки внутри пакета имеют одинаковую вертикальную нагрузку.- коэффициент надежности, отражающий влияние способов установки свай на их прочность. — прочность бетона на осевое сжатие, — площадь поперечного сечения одной сваи в пакете.

В (5) — расчет th по пакету и верхняя граница расчета. в (6) — максимальная осадка свайного фундамента. Для конструкции каркас-опорная стена группа свай под основной стенкой несет наибольшие приложенные нагрузки, и максимальная осадка появляется в центре группы свай, что можно оценить следующим образом:

Приведенное выше уравнение отличается от метода эквивалентных опор [7], в котором группа свай заменяется опорой, содержащей сваи и грунт между ними.Вместо того, чтобы рассматривать группу свай как глубокий фундамент для расчета осадки, (10) оценивает осадку на основе уравнения Миндлина [20] и использует эквивалентный коэффициент осадки, который представляет собой коэффициент осадки группы свай на основе Миндлина. уравнение [20] к уравнению, основанному на методе эквивалентного пирса. учитывает влияние взаимодействия сваи-грунт-плот на осадку свайного фундамента. Его значение зависит от количества свай, отношения диаметра сваи к расстоянию между сваями, диаметра сваи к длине сваи и длины плота к ширине плота и может быть напрямую получено JGJ 94-2008 для удобства использования.Чтобы уменьшить ошибку между практической осадкой и расчетной осадкой, основанной на теории упругости, в (10) используется коэффициент опыта, который описывает отношение измеренной осадки к вычисленной осадке по отношению к различным грунтам. Кроме того, — среднее значение дополнительного давления плота при квазипостоянной комбинации нагрузок. Для остальных символов — расстояние от уровня основания сваи до подошвы первого слоя почвы. полученный из JGJ 94-2008, — коэффициент среднего дополнительного напряжения, соответствующий слою почвы.- модуль ограниченного сжатия-го слоя грунта, — общее количество слоев грунта, использованных для оценки осадки. Как и другие методы оценки осадки группы свай, например, метод коэффициента взаимодействия [21] или аналитический подход [22], (10) позволяет анализировать только сваи одинаковой длины. Следовательно, в процессе оптимизации сваи в группе свай должны иметь одинаковую длину.

Периферийная рама воспринимает небольшую часть приложенных нагрузок. Осадка свай под колоннами оценивается по формуле (11), которая основана на уравнении Миндлина [20] и используется JGJ 94-2008 для расчета осадки одиночной сваи.В (11) на сваю действует система однородных вертикальных касательных напряжений по периферии и однородных вертикальных напряжений в основании. состоит из трех частей: деформации сжатия грунта под свайным основанием, вызванной давлением плота; деформация сжатия грунта под основанием сваи, вызванная этой сваей и другими сваями в пределах 0,6 длины сваи; деформация сжатия сваи. В (11) дополнительное напряжение, вызванное плотом, и сумма дополнительных напряжений, вызванных активными сваями в середине i-го слоя грунта, соответствуют первой и второй части соответственно.Кроме того, это толщина слоя почвы. « и имеют то же значение, что и (10):

В этой статье мы предполагаем, что осадка модуля под рамой равна максимальной осадке сваи в модуле. Модули, соответствующие группе свай под несущей стенкой, отделены от других модулей под каркасом. Также модули под рамой отделены друг от друга. В результате каждый модуль может иметь независимую осадку, и дифференциальная осадка оценивается, исходя из минимальной осадки периферийных модулей под рамой () и осадки центра группы свай ().В (6) — расстояние между центром периферийного модуля с минимальной осадкой и центром группы свай. — верхняя граница масштабной дифференциальной осадки. Следует отметить, что практическая дифференциальная осадка может быть меньше, чем результат из (6), из-за пренебрежения соединениями модулей и жесткостью надстройки.

В (7),, — центр тяжести надстройки и центр жесткости свай. — верхняя граница эксцентриситета. Это ограничение ограничивает эксцентриситет нагрузки.

Уравнение (8) проверяет несущую способность более мягких сжимаемых слоев под основанием сваи в соответствии с JGJ 94-2008. — это дополнительное напряжение, действующее на верхнюю часть более мягких пластов. , — средний вес и толщина слоев почвы, перекрывающих более мягкие слои. — характерное значение несущей способности более мягких пластов.

Уравнение (9) является ограничением мощности, в котором Ca является верхней границей группировки и может быть определено инженером.Модули в пакетах с одинаковым групповым индексом идентичны, то есть имеют одинаковую длину стопки, диаметр стопки, номер стопки и расположение стопки.

3. Автоматические группирующие генетические алгоритмы (AGGA) и два улучшения

GA — это процедура стохастического поиска, основанная на механике дарвиновской эволюционной теории выживания наиболее приспособленных и естественных генетиков. ГА моделируют эволюционный процесс живых организмов и начинаются с оператора кодирования, который кодирует человека, то есть проектную точку в пространстве поиска, в виде хромосомной строки.Затем определяется функция пригодности, относящаяся к целевой функции, чтобы описать индивидуальное качество, которое является мерой адаптации к окружающей среде. Наконец, генетические операторы (например, воспроизводство, кроссовер и мутация в классических ГА) выполняются для генерации последовательных поколений. Критическими параметрами в ГА являются размеры популяции, длина хромосомных цепочек и вероятностные параметры генетических операторов, см. [23]. В отличие от других методов, работающих из одной точки, GA работают из популяции, где процесс оптимизации одновременно обновляет набор точек.Характеристики отклика из различных частей пространства поиска учитываются в схеме обновления, тем самым повышая вероятность обнаружения глобального оптимума. Кроме того, ГА не ограничены в предположениях о пространстве поиска, таких как непрерывность, выпуклость, существование производных и унимодальность, что делает его надежным для решения дискретных инженерных задач [24].

Чтобы соответствовать ограничению количества элементов (9), группировка может быть предварительно определена на основе опыта инженера. Поскольку качество группировки напрямую влияет на конечные результаты, тривиальная группировка приведет к решению, которое может быть далеко от оптимального.Идеальным решением было бы предоставить проектировщику возможность определить только верхнюю границу группировки Ca и позволить программе оптимизации искать также оптимальную конфигурацию группировки в дополнение к оптимальным значениям проектных переменных. Таким образом, оптимизационная модель (1) — (9) может быть описана как: для данного Ca мы оптимизируем как значения проектных переменных, так и группировку проектных переменных. Эта проблема носит дискретный характер и может быть решена с помощью AGGA [25]. В разделе 3.1 подробно описан метод кодирования AGGA.В разделе 3.2 кратко описывается фитнес-функция. Поскольку стандартное воспроизведение с сохранением элитарности и операторы мутации приняты, см. [23], они здесь не детализируются. Для повышения вычислительной эффективности внесены некоторые улучшения, связанные с адаптивной функцией штрафа в разделе 3.2 и оператором кроссовера в разделе 3.3. Эффективность обоих улучшений проиллюстрирована некоторыми примерами в разделе 3.4.

3.1. Кодировка

Сохраним доступные характеристики модуля в таблице.Для решения задачи оптимизации, описанной в предыдущем абзаце, конструкция свайного фундамента описывается пакетными переменными pack (1: Nm ) и групповыми переменными group (1: Ca), где Nm — это количество упаковок. Обе переменные являются целыми числами и играют роль указателя. Переменная пакета pack ( i ) -го пакета является указателем на одну из групп Ca. Групповая переменная group ( j ) -й группы является указателем на одну характеристику модуля, которую можно выбрать из таблицы доступных характеристик модуля.Таким образом, характеристика модуля для th пакета может быть получена с помощью характеристика ( i ) = таблица ( группа ( pack ( i ))). Следует отметить, что характеристика модуля, включая номер сваи, длину и диаметр, здесь является вектором. В соответствии с групповыми и пакетными переменными, хромосома каждого индивидуума в AGGA состоит из двух частей: групповой и пакетной хромосомы. Поскольку используется двоичный код для групповой хромосомы, длина строки каждой групповой переменной контролируется верхней границей доступных модулей.Для хромосомы пакета длина строки каждой переменной пакета контролируется верхней границей групп. Обе хромосомы участвуют в генетической операции.

Метод кодирования AGGA проиллюстрирован примером свайного фундамента из 21 пакета на рисунке 1. В этом примере доступно 16 модулей, характеристики которых перечислены в таблице 2. Верхняя граница группировки равна 4. Тогда Задача оптимизации имеет 4 групповых переменных и 21 пакетную переменную. На основе 16 доступных модулей каждая групповая переменная кодируется четырехбитовой двоичной строкой, показанной на рисунке 3 как групповая хромосома .Поскольку верхняя граница группировки составляет всего четыре, каждая переменная пакета кодируется двухбитовой двоичной строкой, показанной на рисунке 3 как хромосома пакета .


Рисунок 3 и таблица 2 вместе представляют возможную конструкцию свайного фундамента из 21 пакета, который удовлетворяет ограничению мощности с верхней границей Ca = 4. Переменная двоичного пакета указывает на индекс группы. Точно так же групповая переменная указывает на характеристику модуля в таблице 2. Например, 1-я строка 10 хромосомы пакета на рисунке 3 с декодированным значением 2 принадлежит к 3-й группе, то есть pack (1) = 3 (здесь строка 00 с декодированным значением 0 указывает на 1-ю группу).Кроме того, 3-я строка 1001 групповой хромосомы с декодированным значением 9 указывает на 10-ю доступную характеристику модуля в таблице 2, то есть группа (3) = 10 (здесь строка 00000 с декодированным значением 0 указывает на 1-я доступная характеристика модуля из таблицы 2). По характеристике (1) = стол ( группа ( упаковка (1))) = {2, 15, 1.0}, в 1-м пакете P 1 2 стопки длиной 15 м и диаметром 1.0 м. Аналогично, 2-й пакет P 2 указывает на 2-ю группу и имеет 2 сваи длиной 10 м и диаметром 1.5 м и так далее. В результате на основе одной хромосомы можно декодировать характеристики модуля: P 1, P 7, P 9, P 13, P 16, P 17 и P . 20 имеют модуль с двумя сваями длиной 15 м и диаметром 1,0 м. Модели P 2, P 5, P 8, P 14, P 18 и P 21 имеют модуль с двумя сваями длиной 10 м и диаметром 1,5 м. Модели P 3, P 10, P 11 и P 15 имеют модуль с 1 сваей длиной 10 м и диаметром 1.0 мин. Модели P 4, P 6, P 12 и P 19 имеют модуль с 4 сваями длиной 15 м и диаметром 1,0 м.

3.2. Фитнес-функция и улучшенная адаптивная штрафная функция

Пригодность измеряет качество людей в популяции в GA и обеспечивает основу для операции воспроизводства. Для оптимизации с неограниченной максимизацией функция пригодности часто идентична целевой функции или пропорциональна ей. Для задач оптимизации с ограничениями требуется модификация, чтобы учесть удовлетворительную степень условий ограничения.Модифицированная функция приспособленности задачи оптимизации в (1) — (9) определяется как где, и — функции пригодности, цели и штрафа для th дизайна в популяции, соответственно. является самым большим среди нынешнего населения.

Хотя было предложено много штрафных методов (см. Введение в [26]), [26] разрабатывает адаптивную штрафную функцию где — среднее значение сверх текущего населения, которое определяется как (14).согласно (15) — это нарушение th ограничения в проекте, — нарушение th ограничения, усредненное по текущей совокупности, — коэффициент нарушения th ограничения, который учитывает различные трудности ограничений, которые должны быть удовлетворены в текущей совокупности. поколения, — это размер популяции, и — это количество общих ограничений: Предлагаемая фитнес-функция [26] имеет вид куда Как указано в [26], штраф по (13) имеет три особенности, а именно: возможность адаптивного штрафа; не требует никаких параметров; автоматическое определение различных штрафных коэффициентов, которые изменяются в ходе выполнения в соответствии с обратной связью, полученной от эволюционного процесса для каждого ограничения.Такие функции освобождают пользователя от бремени определения чувствительных параметров при решении каждой новой задачи оптимизации с ограничениями. Численные сравнения в [26] показывают, что (13) равно или более эффективен, чем многие другие методы штрафов.

Здесь мы предлагаем альтернативную функцию штрафа, основанную на наших численных исследованиях, которая также имеет три особенности (13): где представляет процент нарушения ограничения th над текущей совокупностью.По сравнению с (13) уравнение функции штрафа (20) сохраняет эти планы, близкие к оптимальным, с незначительным нарушением ограничений в совокупности и увеличивает вероятность достижения оптимума.

3.3. Кроссовер

Кроссовер является основным генетическим оператором, который позволяет обмениваться характеристиками дизайна между спаривающимися особями для создания новых дизайнов в процессе оптимизации. Стандартный двухточечный оператор кроссовера в [25] включает три шага: во-первых, два родителя, называемые Родитель 1 и Родитель 2, выбираются из пула спаривания случайным образом.Во-вторых, генерируется случайное число от 0 до 1. В-третьих, если случайное число меньше определенной вероятности кроссовера, выполняется кроссовер. Два сайта вдоль хромосомной строки выбираются случайным образом между 1 и длиной строки меньше 1. И две новые строки с именами Child 1 и Child 2 создаются путем обмена символами между двумя выбранными сайтами между родителями, как показано на рисунке 4 (а).

При групповом подходе группа и хромосома пакета, соответствующие группе и переменным пакета, соответственно, играют разные роли.Групповая переменная представляет все пакеты, которые принадлежат к этой группе, и сильно влияет на целевую функцию. Переменная пакета, напротив, представляет только конкретный пакет и имеет относительно небольшое влияние на целевую функцию. В вышеупомянутом операторе двухточечного кроссовера два сайта выбираются случайным образом по всей хромосоме (сумма групповой и пакетной хромосомы), а биты между ними меняются местами. Очевидно, что этот кроссовер не учитывает разницу между групповыми и хромосомными хромосомами и может оставить два сайта либо в сегменте групповой хромосомы (рис. 4 (b)), либо в сегменте хромосомы пакета (рис. 4 (с)).Чтобы устранить такое ограничение, используется оператор кроссовера, позволяющий одновременно скрещиваться и группе, и хромосомам пакета. Сначала выбираются две пары сайтов кроссовера, которые расположены в хромосомах группы и пакета соответственно. Этот процесс отличается от многоточечного кроссовера, поскольку последний выбирает несколько точек по всей хромосоме случайным образом, так что такие точки могут быть расположены только в группе или в хромосоме пакета. Затем спаривающиеся родители меняют биты между каждой парой сайтов, как показано на рисунке 4 (d).Предлагаемый оператор кроссовера управляет как групповыми, так и пакетными переменными, так что эффективность поиска повышается.

Кроме того, разнообразие внутри популяции также важно для эффективности поиска, когда размер популяции фиксирован. Чтобы сохранить разнообразие популяции, мы дополнительно модифицируем оператор кроссовера для получения двух потомков, отличных от обоих родителей и элитарности в их родительской популяции. Эта модификация достигается путем добавления двух шагов, которые представляют собой проверку родительской пары и дочерней пары, ко всей операции кроссовера.

Таким образом, новый оператор кроссовера работает в четыре этапа: сначала два родительских особи в пуле спаривания спариваются случайным образом при условии, что пары разные. Этот шаг гарантирует, что кроссовер исследует новую схему. Во-вторых, генерируется случайное число. В-третьих, если случайное число меньше определенной вероятности кроссовера, выполняется кроссовер. Две пары сайтов кроссовера выбираются случайным образом из групповой и хромосомной хромосомы, соответственно, и оба родительских индивидуума скрещиваются для создания двух дочерних индивидуумов способом, описанным выше.Наконец, проверяются оба вновь созданных потомка, и второй шаг повторяется, если какой-либо из них идентичен элитарности родительского поколения или их родителей.

3.4. Эффективность улучшенного AGGA

Для изучаемых нами задач предложенное уравнение штрафной функции (20) вместе с предложенным оператором кроссовера улучшает численную эффективность AGGA. Для сравнения, три контрольных примера из литературы [27] были протестированы с использованием различных подходов, а другие сравнения контрольных примеров представлены в [28].В подходе 1 используется исходный AGGA с уравнением штрафной функции (13) и стандартный двухточечный оператор кроссовера, который в результатах сравнения упоминается как OAGGA. В подходе 2 или 3 используется AGGA только с улучшением уравнения штрафной функции (20) или в предложенном операторе кроссовера, который упоминается как AGGA-P или AGGA-C. В подходе 4 используется AGGA с улучшением как функции штрафа, так и оператора кроссовера, который называется IAGGA. Все подходы используют одни и те же параметры: размер популяции 100, коэффициент кроссовера 0.7 и частота мутаций 0,002. Используются двоичный код, ранговое воспроизведение с сохранением элитарности и стандартная мутация в [23].

Эти тестовые примеры неоднократно использовались в качестве испытательного стенда в литературе по эволюционным вычислениям. Здесь для каждого случая включено дополнительное ограничение мощности, представленное в таблице 3. Каждая переменная из трех случаев кодируется 20 двоичными битами. OAGGA, AGGA-C, AGGA-P и IAGGA используются с максимальным количеством поколений, установленным на 200 и 500.Каждый подход выполняет 50 независимых прогонов для каждого случая. Результаты прогона расположены в порядке возрастания и показаны на рисунке 5.


Целевая функция Ограничения
















IAGGA возможные решения.Можно отметить, что результаты AGGA-C лучше, чем у OAGGA, особенно при сравнении 200 поколений. Результаты IAGGA лучше, чем у AGGA-C. Для тестового примера и результаты 50 прогонов как OAGGA, так и AGGA-C не представлены на рисунках 5 (b) и 5 ​​(c) из-за множества недопустимых решений в них. Однако все результаты AGGA-P и IAGGA достижимы и показаны на рисунках 5 (b) и 5 ​​(c). Опять же, результаты IAGGA лучше, чем результаты AGGA-P, который не выполняет предложенный оператор кроссовера, особенно при сравнении 200 поколений.

Таким образом, предлагаемая штрафная функция в (20) и оператор кроссовера составляют два эффективных метода для этого набора тестов. Оба метода приводят к лучшим результатам, чем OAGGA, особенно когда число поколений невелико.

4. Улучшенный AGGA для оптимизации проектирования свайных фундаментов

Процедура оптимизации свайных фундаментов для каждого прогона может быть завершена следующим образом: (1) Разделите фундамент на модули. Характеристики модуля включают номер сваи, длину, диаметр и расположение.(2) Упакуйте модули, и каждый пакет соответствует переменной дизайна. (3) Установите значения параметров AGGA, такие как размер популяции, номер поколения, кроссовер и скорость мутаций. (4) Определите набор начальных дизайнов. которые удовлетворяют ограничению мощности. Начальные характеристики модулей могут быть выбраны случайным образом из доступной библиотеки модулей. (5) Выполните расчет конструкции, то есть расчет несущей способности, осадки, дифференциальной осадки, эксцентриситета и более мягких сжимаемых слоев.(6) Оцените приспособленность каждого человека в соответствии с результатом анализа. (7) Выполните генетические операторы: отбор, кроссовер и мутация. (8) Повторяйте — пока не будет удовлетворен критерий сходимости.

5. Практические примеры

Два примера свайных фундаментов для зданий в Сямыне, Китай, оптимизированы для демонстрации эффективности AGGA при проектировании крупномасштабных практических фундаментов. Первое здание с конструкцией каркас-сердцевина имеет квадратный фундамент в плане и состоит из 3 этажей (14.8 м) подземный и 50 этажей (220 м) надземный. Второй с системой конструкции стен со сдвигом имеет многоугольный план фундамента и включает 3 этажа (9,3 м) под землей и 32 этажа (100 м) над землей. В обоих примерах все структурные нагрузки передаются на фундамент колоннами и стенами. Среди различных комбинаций нагрузок в исследовании рассматривается только доминирующая гравитационная нагрузка. Границы нескольких условий ограничения установлены одинаковыми в обоих примерах, то есть верхние границы максимального оседания и масштабированного дифференциального оседания равны 0.2 м и 0,002 в соответствии с JGJ 94-2008; верхняя граница эксцентрического расстояния 0,5 м. Однако ограничения мощности Ca равны 3 и 2 в первом и втором примерах. В обоих примерах используются одни и те же параметры моделирования: размер популяции 100, коэффициент кроссовера 0,7 и коэффициент мутации 0,002. Итерация завершается, когда число поколений достигает 200. Два оптимизированных проекта получены в 5.1 и 5.2, которые обеспечивают превосходные начальные проекты для инженеров.

5.1. Оптимизация свайного фундамента 50-этажного здания

На Рисунке 6 показаны вертикальные нагрузки, действующие на каждую колонну или стену, а также расположение свай в исходной конструкции. Весь плот площадью 49,2 × 49,2 м 2 имеет толщину 4,5 м под основной стенкой и 3,0 м под периферийной рамой. Под опорной стенкой расположено 68 свай диаметром 1,2 м и длиной 55 м, под каркасом — 60 свай диаметром 1,2 м и длиной 45 м.Грунт под плотом состоит из 7 слоев, показанных в таблице 4. Где — ограниченный модуль сжатия грунта, — предельное трение ствола сваи и предельная несущая способность конца сваи. «Грузоподъемность» представляет собой характеристическое значение несущей способности грунта, то есть максимальное допустимое сжимающее напряжение, действующее на грунт. Согласно таблице 4, все 128 свай исходной конструкции имеют свое основание в 5-м слое грунта, то есть в скале-b.




9030 19307 18,5 19,0 1700

Слой 1 2 3 4 5 6 7 Clay-b Clay-c Rock-a Rock-b Rock-c Rock-d
Толщина (м) 3.5 13,0 15,3 4,9 23,6 8,4 5,8
Вес (кН / м 3 ) 18,3 18,5 24,0
Производительность (кПа) 530 540 580 650 700 800 2000
9030 34 60 95
(кПа) 50 55 60 65 90 140 220
220
1700 1800 3000 13230 41320


900 02 Для выполнения оптимизационного проектирования фундамент сначала разбивается на модули.Принимая во внимание пункт 3.3.3 JGJ 94-2008 о том, что сваи должны располагаться непосредственно под колоннами или стенами, здесь мы располагаем модули, как показано на Рисунке 7. Кроме того, модули под несущей стенкой упакованы в квадрате вариации рисунка, в то время как каждый модуль под столбцом соответствует пакету. Для каждого пакета, который является переменной дизайна, есть две переменные, лежащие в основе corewall, и двадцать переменных, лежащих в основе столбцов. Такие переменные представлены как — и показаны на рисунке 7.


По характеристикам модуля номера свай от 1 до 4 с интервалом 1, длины свай от 20 до 52 м с шагом 1 м, диаметры свай от 1,0 до 2,0 м с интервалом 1 м. интервал 0,1 м. Кроме того, сваи с разными номерами расположены в модуле, как показано на Рисунке 2. Ссылаясь на Таблицу 1, доступно 792 модуля. Сваи под несущей стенкой имеют одинаковую длину в соответствии с требованиями (10). В процессе оптимизации используются размеры рафта оригинальной конструкции.

Для такой задачи оптимизации с дискретными проектными переменными, дискретной доступной секционной библиотекой и ограничением группировки общее количество альтернативных планов, которые можно оценить с помощью классической теории вероятностей, превышает. В каждом прогоне AGGA получает оптимальное решение только на основе оценок функций (200 поколений, с популяцией 100 для каждого поколения), которые занимают меньше места, чем предусмотрено в проекте. Выполняется 30 независимых запусков, и каждый запуск занимает около 30 минут на рабочей станции (процессор четырехъядерного процессора AMD 2.6 ГБ и 4 ГБ ОЗУ).

Оптимальная конструкция из 30 прогонов с тремя разными модулями показана на рисунке 8. 16 модулей под несущей стенкой имеют одинаковые характеристики, то есть каждый из них включает 3 сваи диаметром 1,2 м и длиной 52 м. Однако 20 модулей под рамой классифицируются как два типа: Каркасный модуль 1 и Каркасный модуль 2. Каждый Каркасный модуль 1 имеет четыре сваи диаметром 1,0 м и длиной 37 м, а каждая Каркасный модуль 2 имеет четыре сваи диаметром 1.1 м и длиной 37 м. Эти Рамный модуль 2 в основном расположены на верхней стороне фундамента, чтобы эксцентрическое расстояние (0,46 м) между центром тяжести и центром жесткости было меньше верхней границы 0,5 м. Оптимальная конструкция имеет такое же количество свай — 128, что и исходная, но другая схема свай. По сравнению с исходной конструкцией, оптимальная конструкция предусматривает размещение меньшего количества свай под несущей стеной и больше под каркасом. Все свайные основания расположены в 5-м слое, то есть рок-б.Несущая способность трех различных свай, показанных на Рисунке 8, соответствует ограничениям несущей способности. Максимальный осадок, расположенный в центре несущей стены, составляет 0,111 м, что меньше верхней границы 0,2 м. Минимальная осадка со значением 0,065 м находится в правом верхнем углу фундамента. Максимально масштабируемое дифференциальное оседание 0,0016 также меньше верхней границы 0,002. Общий объем свай оптимальной конструкции составляет 5259 м 3 , что экономит бетон 2021 м 3 , что составляет 27.8% от первоначального проекта (7280 м 3 ).


5.2. Оптимизация свайного фундамента 32-этажного здания

Во втором примере оптимизирован свайный плотный фундамент с многоугольной формой в плане, показанной на рисунке 9. Плот имеет постоянную толщину 3,0 м и подвергается действию вертикальных нагрузок, передаваемых через стену. Грунт под плотом состоит из пяти слоев, представленных в Таблице 5. 30 свай одинакового диаметра 1,2 м и длины 14 м расположены в оригинальной конструкции, как показано на Рисунке 9.Все они имеют свои базовые местоположения в 3-м слое почвы, то есть в скале-а.

Rock-a

Слой 1 2 3 4 5

Rock-b Rock-c
Толщина (м) 3,8 8,4 12.2 33,3 7,3
Масса (кН / м 3 ) 18,8 18,6 19,5 20,5 23,5
400 700 3000
(МПа) 6,5 15 30 70
(кПа) 800
(кПа) 500 1200 1500 4000 10000


9 модулей Оптимизация начинается с дискретного плана.10 затененных модулей, показанных на рисунке 10, назначены 5 пакетам и представлены переменными -, в то время как каждый из других модулей назначен пакету и представлен переменной дизайна. Все 22 модуля рассматриваются как фундамент свайной группы и имеют одинаковую длину свай, чтобы состоять из требований (10). Дифференциальное оседание выбирает максимальное значение, возникающее между центром и любым углом плота. Для характеристик модуля номера свай от 1 до 4 с интервалом 1, длины свай от 10 до 34 м с интервалом 1 м, диаметры свай от 0.От 9 до 1,7 м с интервалом 0,1 м. Расположение свай в модуле с разными номерами соответствует критериям, описанным на Рисунке 2 и Таблице 1. В результате доступно 390 модулей. В процессе оптимизации используются размеры рафта оригинальной конструкции. Выполняется 30 независимых запусков, и каждый запуск занимает около 25 минут на рабочей станции (процессор четырехъядерного процессора AMD 2,6 Гбайт и 4 Гбайт ОЗУ).


Оптимальный проект из 30 прогонов включает два разных модуля и показан на рисунке 11.Пять модулей, обозначенных,, и имеют одинаковые характеристики, то есть каждый включает две сваи диаметром 0,9 м и длиной 13 м. Однако каждый из остальных 17 модулей имеет по одной свае диаметром 0,9 м и длиной 13 м. Общее количество свай уменьшится с 30 в исходном проекте до 27, диаметр сваи с 1,2 м до 0,9 м, длина сваи с 14 м до 13 м. В результате используется всего 223 м 3 бетона и 251,6 м 3 бетона, то есть 53.Сохранено 0% от исходных 474,7 м 3 . Несущая способность сваи, показанная на Рисунке 11, соответствует ограничениям несущей способности. Максимальная осадка, расположенная в центре фундамента, составляет 0,056 м, что меньше верхней границы 0,2 м. Минимальная осадка со значением 0,018 м находится в левом нижнем углу фундамента. Максимальный масштабированный дифференциал осадки 0,00196 также меньше верхней границы 0,002. Оптимальное расположение сваи с центром жесткости при этом равно 0.Расстояние от центра тяжести до 079 м для соответствия ограничениям эксцентрика.


6. Выводы

В статье предложен модульный подход для решения множества проектных переменных при оптимизации свайного фундамента. Улучшенный AGGA используется для решения задачи дискретной оптимизации. На основе модульного метода и усовершенствованного AGGA изучается оптимальное концептуальное проектирование свайных фундаментов на начальном этапе проектирования. Цель состоит в том, чтобы минимизировать стоимость свайного фундамента, а проектные требования к несущей способности, максимальной осадке, дифференциальной осадке, эксцентриситету и более мягким сжимаемым слоям, лежащим в основе свайного основания, учитываются с помощью методов JGJ 94-2008.Кроме того, в предлагаемой модели оптимизации также учтено требование группировки свай. Это исследование является новым для проблемы оптимизации конструкции сваи, потому что комбинация модульного метода и улучшенного AGGA обеспечивает оптимизацию размера сваи, компоновки и группировки. Некоторые выводы, полученные в ходе исследования, резюмируются следующим образом: (1) Модульный подход обрабатывает количество, диаметр, длину и расположение сваи одновременно для достижения одновременной оптимизации размера и компоновки сваи.(2) Методы расчета, указанные в JGJ 94-2008, позволяют избежать больших вычислительных затрат, связанных с численными методами. Следовательно, возможна крупномасштабная практическая оптимизация свайного фундамента. (3) Генетический алгоритм автоматической группировки (AGGA) обеспечивает оптимизацию свайного фундамента и группировку проектных переменных с помощью исключительно эффективного метода поиска. Усовершенствования с функцией кроссовера и штрафов увеличивают эффективность AGGA. (4) Эффективность предлагаемого подхода иллюстрируется двумя практическими проектами, и получены инновационные и экономичные концептуальные конструкции, которые удовлетворяют всем ограничениям и минимизируют затраты.(5) Следует отметить, что в практическом проекте может быть принята функция разумных затрат для учета стоимости строительства.

Благодарность

Это исследование было поддержано Национальным фондом естественных наук Китая (


025).

Типы, применение, преимущества и недостатки

Свайный фундамент — это тип глубокого фундамента, на самом деле тонкая колонна или длинный цилиндр, изготовленный из таких материалов, как бетон или сталь, которые могут быть залиты на месте или забиты в используемом месте для поддержки конструкции и перемещения груза на желаемую глубину за счет торцевого подшипника или поверхностного трения.

Он действует как структурный элемент для передачи нагрузки конструкции на требуемую глубину в глубоком фундаменте, чтобы выдерживать нагрузку, которая может быть вертикальной или боковой, боковой и вертикальной.

Знакомство с свайным фундаментом:

Свайный фундамент состоит из свай, вкопанных в землю, эти фундаменты передают нагрузку здания на несущий грунт с лучшей несущей способностью.

Эти фундаменты полезны в районах с неустойчивым верхним слоем грунта, который может быть плохим для больших зданий.

Если предпочтение отдается свайному фундаменту:

  • Надстройка имеет тяжелый вес, и его распределение неравномерно.
  • Верхний слой почвы имеет плохую несущую способность и сжимаемый или слабый верхний слой почвы.
  • Сооружение находится у русла реки, где есть опасность фильтрации воды.
  • При воздействии поднимающей силы.
  • Поверхность с эрозией почвы.

Типы свайных фундаментов:

Классификация по материалу:

1.Деревянная свая:

В качестве кучи используется свайный фундамент из дерева диаметром около 30 см, ствол должен быть прочным, прочным и прямым.

Верхняя часть сваи закрывается стальным колпаком, чтобы предотвратить рассыпание или растекание древесины в случае, если сваю ударили в землю.

На другом конце имеется железный башмак для облегчения вставки и предотвращения повреждения стопки.

2.Бетонная свая:

Свайный фундамент из бетона обычно используется для глубокого фундамента. Эти сваи представляют собой сборные бетонные сваи или армирующие монолитные сваи.

Сборные железобетонные сваи в большинстве своем имеют круглую или восьмиугольную форму с заостренным краем с одной стороны.

В основном это предварительно напряженные сваи длиной более 10 метров, они могут выдерживать большее слуховое давление, чем груда дерева.

В бетонных сваях просверливается земля необходимого диаметра и глубины, затем в яму опускается арматурный каркас и выполняется бетонирование.

Бетонные сваи могут применяться практически для всех типов фундаментов, подверженных средним и большим нагрузкам.

3. Стальные сваи:

Фундамент из стальных свай представляет собой прокатный стальной профиль, конической формы или шпунт.

Классификация на основе опорных воздействий:

4. Несущая свая:

Когда сваи переносят нагрузку здания через слой мягкого грунта на подходящий несущий слой на большей глубине, это называется несущей сваей.

Свая остается в пласте на большей глубине.

5. Фрикционные сваи:

Когда свайный фундамент перемещает нагрузку только за счет сопротивления кожи без какой-либо концевой опоры, сваи называются фрикционными сваями.

6. Сваи с недоразвёртыванием:

Сваи с недоразвёртыванием обычно используются на черных хлопчатобумажных почвах, которые набухают или сжимаются под воздействием воды или в больших количествах при высыхании.

Это просверливаемая на месте стопка, которая расширяет одну или несколько, снабжена луковицами по всей ее длине, известными как нижние ободки.

Классификация по размеру:

7. Конические сваи:

Свайные фундаменты с профилем ЭМС в нижней части называются ленточными сваями, эти сваи используются для увеличения плотности грунта путем забивания этих свай в рыхлый грунт.

Врезные сваи также называются сборными сваями.

Преимущества свайного фундамента:

  1. Сваи можно предварительно подготовить по длине.
  2. Процесс сборного железобетона сокращает время завершения.
  3. Может быть установлен на очень большой площади и очень большой длине.
  4. Мы можем использовать сваи там, где не требуется бурение.
  5. Сваи очень аккуратные и чистые.

Недостатки свайного фундамента:

  1. Свая быстро повреждается при прохождении через камни и валуны.
  2. Морские бурильщики могут атаковать сваи в соленой воде.
  3. Свая не может быть выше уровня земли.
  4. Очень сложно заранее узнать фактическую требуемую длину.
  5. При забивании свай возникают вибрации, которые влияют на соседние конструкции.
  6. Для работы свай требуется тяжелое оборудование.
  7. Сваи не имеют низкого дренажа.
 Также прочтите: Разница между фундаментом и фундаментом 

Использование глубокого фундамента:

Существуют различные типы глубокого фундамента, и свайный фундамент является одним из них.

Использование свайного фундамента зависит от:

  • Типа используемой сваи.
  • предназначенная функция, для которой используется свая.
  • Нагрузка, которая должна быть приложена к свае

Тип материала, который используется для строительства сваи, следующие области применения свай:

Концевая несущая способность или прочность на сжатие:

Иногда мы используем сваи для достижения требуемой прочности на сжатие в мягком грунте.

Мы используем сваи для передачи нагрузки через мягкий грунт на подходящий несущий слой, используя опорные свойства сваи на конце или на носке.

Глубина размыва:

Чтобы построить сооружение в воде или на водной реке или дне канала, мы должны построить фундамент через русло реки и в пределах глубины размыва.

В таких ситуациях, если мы выбираем неглубокий фундамент, нам, возможно, придется использовать перемычку или какой-либо отвод, что очень нерентабельно.

Растяжение или подъем:

Свайный фундамент обычно используется для переноса сжимающей нагрузки через опорную или концевую опору.

В случае высоких конструкций или башен может возникнуть напряжение, которому должны противостоять сваи.

Для опоры, несущей линии электропередачи большой мощности, т. Е. Ветровая тяга может создавать напряжения, которым должна противостоять система натяжения.

Также включите использование глубокого фундамента или толстого плота, что иногда является неформальным.

V Контроль вибрации:

Турбины и силосы для фундамента зданий, поддерживающие вибрационное оборудование, где вибрации являются важными и вызывают отказы.

Есть два варианта, которые вы можете использовать для крупномасштабных блоков для поглощения вибрации, и массовый блок очень экономичен.

Уплотняющие сваи:

Иногда сваи вдавливаются в ослабленный уровень почвы, чтобы увеличить несущую способность почвы.

Сваи называются сборными сваями, поэтому с помощью сборных свай мы можем увеличить несущую способность грунта.

Быстрое строительство:

Для решения любой проблемы, связанной с почвой, или для укладки глубокого фундамента, особенно свай, это очень хороший вариант, когда график очень жесткий.

Они быстро строятся и не сложны в проектировании.

 Также прочтите: Фундамент ростверка, фундамент пирса и фундамент колодца 

Заключение:

Свайный фундамент обычно используется, когда грунтовые условия недостаточны для выдерживания расчетной нагрузки или когда ожидается не вертикальная нагрузка.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.