Фундамент с винтом: монтаж ростверка

После того, как были вкручены и обрезаны на одном уровне все сваи, наступило время заливки ростверка, который должен связать все сваи фундамента в единое целое, обеспечивая необходимую жёсткость и прочность.

Бригада строителей оценив состояние дел и свои возможности, назначила время «Ч» — начало заливки ростверка: на это время я заказал миксер с 11 м³ бетона. И пошёл обратный отсчёт времени.

Первым делом сколачивались щиты для опалубки: на них ушёл не только кубометр доски «шалёвки» (купленный, кстати, с запасом), но в срочном порядке пришлось докупать ещё полкуба.

Параллельно заготавливались арматурные сетки: продольные арматурные нити перевязывались с поперечными кольцами.

Основные балки (∅12) были изначально нарезаны на куски по 4 м (кстати, не в очень точный размер) для удобства транспортировки. Для каждой стороны дома и центральной стены использовались по три секции с шестью балками в каждой, то есть 90 четырёхметровых прутьев и ещё 18 доборных отрезков длиной по одному метру (итого 378 м, 336 кг). А ещё 12 метров я использовал для армирования фундаментных столбиков для сарая (11 кг).

Читать дальше...

Поперечные связи арматурной сетки («кольца») изготавливались из проволоки ∅6,5, по четыре кольца на каждую четырёхметровую секцию (на расстоянии 80 см друг от друга): кольца размером 300×200 мм для внешних стен изгибаются из прутка длиной 1 м, а для внутренней стены — 400×200 (длина 1,2 м). Несложно посчитать, что на арматурную сетку ушло 62,4 м проволоки (бригада ошибочно заготовила десять лишних колец, то есть испортила 10 м). Этой же проволокой перед заполнением бетоном армированы внутренние полости трубчатых свай — по 3 м на каждую из 26 свай и по 2 метровых прутка на каждый свайный приямок (130 м). Всего израсходовано около 210 м (55 кг).

Определить количество израсходованной вязальной проволоки ∅1,2 мм достаточно сложно, но «на глаз» — менее половины, то есть никак не больше 5 кг.

На верхних фотографиях слева направо изображены: процесс изготовления колец, подготовленные кольца, сборка и обвязка арматурной сетки.

На нижних фотографиях: готовые арматурные сетки и начало установки опалубки.

Потом под ростверк был уложен пенопласт и на него — заранее заготовленные арматурные сетки:

Арматурные сетки связаны между собой и с арматурой внутри свай для жёсткости:

Здесь самое время сделать небольшое «лирическое» отступление. Напомню, что в предыдущей статье объясняется почему винтовые сваи, которые рассчитывались на глубину 2,5 м оказались закрученными на 1,1–1,3 м. А ещё напомню, что сваи вкручивались в лунки, то есть реальная глубина заглубленной в грунт трубы ещё меньше, и это тревожит.

На деле ситуация выглядит так: вместо длинной сваи (на правом рисунке обозначена А), имеем короткую (обозначена Б), да ещё приямок в придачу. Хоть каждая короткая свая коротка по–своему, а каждая лунка по–своему глубока, на картинке их сравнительные размеры примерно отражают реальное состояние.

Я решил дополнительно укрепить сваи путём их заливки бетоном изнутри (это, кроме всего, защитит от коррозии их внутренние полости) и снаружи — бетонный монолит в приямке вокруг сваи и ограничит перемещение верхней части сваи в горизонтальном направлении, и создаст дополнительную опору для ростверка. Получается вынужденная комбинация сваи и мелкозаглубленного столбчатого фундамента — два в одном. Не исключаю, что трудно будет найти аналоги такому решению в практике строительства фундаментов и не уверен, что можно рассчитать несущую способность такой конструкции, но другого выхода у меня нет. Заливка лунок будет проводиться одновременно с заполнением опалубки ростверка — бетон провалится в трубу сваи и лунку через промежутки в слоях пенопласта.

.Наконец, настало время «Ч» — бетон начал заполнение опалубки, формируя ростверк моего дома.

Теперь остаётся ждать пока бетон наберёт нужную прочность и уповать на то, что принятые под давлением обстоятельств инженерные решения были правильными.

Фундамент с винтом: вкручивание свай

В пятницу, 27 июля, началось наступление по всему фронту моего участка: бригада прибыла на место, доставив заодно сваи и арматуру. Вскоре подвезли доски, брусья, гвозди, полиэтиленовая плёнка и пенопласт — всё как планировалось.

В первую очередь, строители произвели разметку мест установки свай: сначала долго колдовали с натянутыми разноцветными нитками внешнего и внутреннего контуров ростверка (выверялись размеры и диагонали), затем обозначили места установки свай и к концу для закрутили первые две сваи. Вернее, не закрутили, а попытались закрутить: сваи зашли в грунт на 1,1–1,3 метра и дальше не шли ни в какую.

Читать дальше...

Впрочем, обо всём по порядку:

Так выглядит разметка фронтальной стены дома: красная нить — параллель лицевой линии участка, а зелёная обозначает внешнюю линию дома. Получилось, что дом будет параллелен боковой линии участка и немного непараллелен дороге (на пару градусов).

После разметки мест установки свай строители начали выкапывать под будущие сваи приямки — лунки, диаметром чуть большим лопасти сваи. Мои возражения на этот счёт были решительно отвергнуты: без этих лунок, якобы, невозможно обеспечить вертикальность свай. Я вынужден был уступить (зря, конечно) и, забегая вперёд, должен заметить, что приямки не обеспечили безусловной вертикальности всех свай.

На верхнюю часть сваи одевается и крепится шплинтом оголовок — тяжеленная штукенция (поднимается вдвоём), которая и вертикальную нагрузку добавляет, и служит устройством для зацепления с рычагами, с помощью которых закручивается свая. В верхнем левом углу показан оголовок крупным планом.

Свая установлена в лунке.

Пока усилие закручивания не слишком велико, вращать сваю можно вдвоём, без особого напряжения.

Финальная фаза закручивания требует участия трёх человек — слишком велико сопротивление.

Когда первая, а затем и контрольная вторая свая зашла на глубину чуть больше метра и резко остановила свой победный ход, строители–монтажники растерялись: такого явления в их практике раньше не было. Дело было вечером, делать было больше нечего.

Первая половина следующего дня была посвящена решению извечного вопроса: что делать? Честно говоря, у меня зрело желание вообще отказаться от винтовых свай и устроить фундамент каким–нибудь другим способом. От этих мыслей по спине пробегал нехороший холодок: мало того, что результат полугодовых усилий улетал в трубу, разработка нового варианта могла затянуться до белых мух и это «зело усугубляло печали«.

По данным геологических изысканий на участке (какой же я молодец, что всё–таки их провёл!), именно на глубине 1,1–1,3 м происходит переход от слоя мелкого рыхлого песка малой степени водонасыщения к мелкому песку средней плотности насыщенному водой. Строители мне не верили, несмотря на предоставленный документ — официальный технический отчёт. Они всерьёз утверждали, что на этой глубине, скорее всего, находится монолитная гранитная плита.

Многое прояснил звонок геологу. Он подтвердил, что при проходе грунта без выемки (как в моём случае, с уплотнением под винтовой лопастью) песок насыщенный водой оказывает чрезвычайно большое сопротивление. По его словам, с таким сопротивлением не справляется даже мощная буровая техника — двигатели глохнут, не выдерживая нагрузки. Более того, он добавил, что если каким–то чудом нам и удастся пройти границу раздела слоёв, то потом (глубже) будет ещё хуже.

Для интереса решили выкрутить одну из уже установленных свай. Пред очами предстала странная картина: лопасть выгнута неведомой силой, причём в каком–то «неправильном» направлении — вниз, а не вверх. Вразумительного объяснения этому явлению я придумать не смог. Исправить дефект оказалось невозможным: неистовая рихтовка кувалдой не изменила форму прогиба ни на миллиметр. Хорошо, что была запасная свая.

Долгие размышления и колебания, наконец, привели к окончательному решению: продолжить вкручивание свай до упора, а затем принять дополнительные меры по упрочнению фундамента. Действительно, если свая никак не заходит глубже, то вряд ли она потом начнёт движение, то есть её несущая способность, рассчитанная для 2,5 метров, в сложившейся ситуации обеспечится и одним метром (сомнения, правда, всё равно остаются…)

И работа закипела с новой силой. Сваи методично вкручивались пока хватало сил и пока не начинали заламываться рычаги, сделанные из стальных труб ∅60×3. Потом сваи обрезались, оставляя над поверхностью земли 300 мм трубы.

Фундамент с винтом: подготовка монтажа

Реализация моего проекта свайно–ростверкового фундамента на винтовых сваях началась с закупки необходимых материалов.

Самое главное — сваи. Первоначальное жгучее желание добиться максимального качества и заказать сваи из цельнотянутой трубы разбились об экономические реалии повседневности. Такая труба оказалась немного толще, но существенно дороже: речь идёт о дополнительных 15000 грн, что составляет более половины стоимости 26 свай из сварной трубы (или около трети стоимости всего фундамента с ростверком).

После непродолжительной медитации над своим кошельком, мне открылась истина: сварная труба труба варится машинным способом в заводских условиях, то есть практически полностью исключён человеческий фактор в виде трясущихся с похмела́ рук сварщика Арчибальда Петровича. А с учётом последующего заполнения сваи бетоном, после вкручивания на участке, и армирования, вопросы к её прочности и долговечности отпадают без внешних усилий. Кроме того, толщина стенки трубы никак не влияет на несущую способность сваи (важны только диаметр трубы, диаметр лопасти винта и глубина погружения в грунт).

Читать дальше...

Все эти раздумья происходили в компании «Метпостач 2005», которую я выбрал для реализации своего проекта свайно–ростверкового фундамента. Мои последователи и приверженцы смогут найти её на территории «Электромеханического завода» по ул.Будиндустрии, 6: на нижних фото красной стрелкой отмечена проходная завода (слева — вид снаружи, с улицы, а справа — изнутри), компанию же следует искать на втором этаже «здания у лужи» (вход через голубую дверь).

Должен заметить, что серьёзных предложений на рынке винтосвайного фундаментостроения не так уж и много (самодельщики–одиночники не в счёт), и именно эта компания победила в моём маркетинговом исследовании: приемлемые цены (один из конкурентов, предлагал по той же цене сваи на два порядка слабее) и широкий ассортимент типоразмеров свай (другой конкурент предлагал только двухметровые сваи одного диаметра). Вместе с тем, я ни в коей мере не намерен всем рекомендовать эту компанию: может быть, мои поиски лучшего исполнителя проекта были недостаточно качественными и вы найдёте более достойных специалистов.

Около часа мы с директором компании потратили на согласование договора (ассортимент и количество материалов, объёмы работ, этапы оплаты). В конечном итоге, согласован такая схема действий:

1. Я вношу предоплату в размере 50% стоимости 26 свай, арматуры (500 кг ∅12 и 150 кг ∅6,5) и вязальной проволоки (10 кг ∅1,2).
2. Через 4 дня, которые требуются для изготовления свай из труб, компания доставляет на мой участок всё перечисленное выше.
3. Я полностью рассчитываюсь за материалы и вношу предоплату в размере 30% стоимости работ по монтажу фундамента.
4. Компания проводит геодезическую разметку свайного поля и вкручивает ручным способом все сваи за 2 дня.
5. Я оплачиваю ещё 30% стоимости работ.
6. Я обеспечиваю доставку на участок 100 листов пенопласта (100×500×1000), пиломатериалов (0,75 м³ доски 25 и 200 м бруса 50×50), гвоздей (2 кг длиной 70 и 2 кг длиной 100) и укрывной плёнки (3×17 м).
7. Из пенопласта, пиломатериалов, плёнки и гвоздей компания формирует опалубку для заливки ростверка, устанавливает и обвязывает арматуру (1–2 дня).
8. Я обеспечиваю доставку на объект бетона П3 В20 (9 м³).
9. Компания укладывает бетон в опалубку.
10. Я произвожу окончательный расчёт за выполненные работы.
11. Через пару недель бригада снимает опалубку с ростверка.

Подъехавший в офис компании бригадир, который будет ваять мой фундамент, уточнил перечень необходимых материалов (по п.6) и некоторые организационные вопросы.

Внимательный читатель наверняка понял, что расходы по п.п. 6 и 8 не входят в смету, согласованную с компанией и ложатся на мои плечи (точнее, на мой кошелёк) дополнительным грузом.

После вброса предусмотренной договором первичной денежной массы, работа в компании закипела. Я тоже взялся за выполнение своего «домашнего задания».

Перво–наперво, я бросился в бескрайние просторы Интернета, где пару месяцев тому назад присмотрел неплохой спасательный круг — форум украинских самостройщиков. Раздел форума, отведенный под рекламные объявления, изобиловал предложениями по всей номенклатуре потребных мне материалов. В другом разделе можно было найти положительные отзывы о наиболее выдающихся продавцах и производителях работ. Конечно же, я решил иметь дело с проверенными и надёжными исполнителями, которым рукоплещет форум. Конечно же, в первую очередь я обратил свой взор в сторону тех, кто предоставляет форумчанам приятноудивительные скидки.

Разочаровали они меня: некоторые вообще не ответили на мои призывы и мольбы, остальные выставили цены на товар и стоимость доставки на 5–10% больше, чем я потом нашёл «на воле». Похоже, писа́вшие хвалебные отзывы этим, популярным на форуме, торговцам даже не пытались изучить ситуацию с материалами на рынке.

Я нашёл бетон «от Ковальской» у официального дилера по 670 грн/м³ (с доставкой), в то время, как щедрый на скидки форумский благодетель предложил его же за 720 грн. И пенопласт я нашёл в интернет–магазине дешевле, и за доставку насчитали поменьше.

С пиломатериалами тоже не сразу всё получилось: по объявлению на столбе возле моего участка не оказалось бруса 50×50×4500, вернее, лесопилка ремонтировалась и были сомнения в возможности его нарезки в срок (да и оценивался он по погонажной схеме — 4 грн/м, итого 810 грн). По другому объявлению (обнаружено на Slando), тот же брус считался по кубатуре (0,51 м³) и оказался на 20% дешевле (из расчёта 1300 грн/м³).

В общем, теперь это всё нужно свести воедино и постараться, чтобы это всё сработало.

Фундамент с винтом: проекты–расчёты

Наконец, я добрался до эпохального этапа в своих раздумьях и фантазиях по поводу конструкции дома — проектирования фундамента.

Рекомендации по результатам геологических исследований предоставили широкое, даже излишне широкое, поле деятельности: можно устроить и мелкозаглубленную плиту под всем зданием, и мелкозаглубленную ленту под несущими стенами, и свайный… Требование мелкозаглубленности вытекает из достаточно высокого уровня грунтовых вод по крайней мере во влажные сезоны. И если плитный фундамент на глубине 50–60 см представляется довольно надёжной, хотя и достаточно дорогой конструкцией, то ленточный фундамент такого же заглубления душа не приемлет категорически — уж очень хлипкая система. Дело в том, что верхний слой грунта (мелкий рыхлый песок), хоть и является непросадочным и непучинистым (малонасыщен водой), сам факт его пористости (рыхлости) рисует в воображении апокалиптические картины дома, дрейфующего на плите по бескрайним просторам моих десяти соток. А ещё хуже, если дрейфовать начнут отдельные части ленточного фундамента, и хрупкому газобетону придёт надёжный украинский капец.

Несомненно, квалифицированно и тщательно спроектированный и смонтированный плитный или ленточный фундамент позволит избежать большинства проблем, но кто в этой стране может поручиться за качество работы стороннего исполнителя за разумную (впрочем, даже и за неразумную) цену?

Пришлось искать альтернативное решение: простое, надёжное и дешёвое.

Читать дальше...

Собственно, идея свайно–ростверкового фундамента вынашивалась более полугода, просто сейчас она оформилась окончательно и бесповороно — никаких других вариантов не осталось и нужно двигаться только по пути воплощения в жизнь этой идеи.

Задачка, вроде бы, и не сложная: вычислить суммарный вес дома (конструкции, оборудование, другие нагрузки), подобрать сваи нужных размеров, определить несущую способность такой сваи и, разделив суммарный вес дома на несущую способность одной сваи, получить требуемое количество свай.

Ради определения суммарной нагрузки на фундамент были затеяны все конструкторско–проектировочные рассуждения, основная часть которых собрана на странице «Проект». В результате, шаг за шагом, в тяжёлой и изнурительной интеллектуальной и инженерной борьбе с цифрами определились веса перекрытий (цокольного, то есть первого этажа, междуэтажного и чердачного), стен первого и второго этажа, внутренних стен–перегородок, полов, крыши, окон, двери, компоненты системы жизнеобеспечения — батареи отопления (если не решу сделать воздушное отопление дома), коллекторы и циркуляционные насосы, расходный бак холодной воды (как–никак около одной тонны весом!), бойлер горячей воды (200 л воды), сантехника (включая ванну с 200 л воды), газовый котёл, газовая плита, стиральная машина, холодильник.

Получилась 81 тонна. К этому числу добавляется климатическая нагрузка на крышу (снег и ветер) 20,6 т (подробнее здесь) и эксплуатационная нагрузка (мебель, запас продуктов на неделю, а некоторых, например, картошки — на полгода, смены белья, верхней одежды и обуви на разные случаи жизни, жильцы дома и их гости после сытного обеда, библиотека, хрусталь, тарелки, фужеры и прочая посуда, статуэтки, вазы всякие–разные безделушки, которые жалко не только выбросить, но даже вынести в сарай). Эксплуатационную нагрузку можно оценить только очень приблизительно и по нормативам получается по 17 тонн на перекрытия первого и второго этажа, а также около 9 тонн — на чердачное. Боюсь, что даже самое воспалённое воображение не сможет себе представить общую эксплуатационную нагрузку в размере 43 тонны (около 600 человек). Готов признать за своим собственным воображением половинную «воспалённость» и назначить эксплуатационную нагрузку в 20 тонн (всё–равно многовато!). В общем, получается 121,6 тонны.

Но это ещё не вся нагрузка на фундамент: необходимо рассчитать вес ростверка, на котором всё это громадьё будет располагаться. Ростверк уже упоминался в моих предыдущих статьях (правда, в весьма общих, расплывчатых и туманных чертах), и сейчас настало время, наконец, познакомиться поближе с этим таинственным героем.

Особо не вдаваясь в тонкости расчёта геометрических характеристик ростверка (кроме габаритных размеров — они зависят только от размеров дома; см. рисунок слева), для моего дома (9×11 метров и весом 121,6 тонны) выбрана железобетонная лента высотой 300 мм и шириной 500 мм по периметру дома и 600 мм — под внутреннюю несущую стену. Если же вас интересуют именно тонкости расчёта, то их просто нет: мне не удалось найти такой методики, поэтому размеры были приняты после консультаций со строителями (заслуживающими доверия), руководствуясь здравым смыслом, практикой, традицией и достаточной целесообразностью. Разочарованы? Я тоже, но не сильно.

Конструкция ростверка тоже не стала поводом для долгой череды бессонных ночей, проведенных в муках творчества и калькуляций. Опять же, всё просто и традиционно. На спланированную поверхность участка, между и вокруг свай укладывается два слоя пенопласта ПСБ-С-25 100×500×1000 — и нижняя поверхность опалубки, и утепление будущего подвесного ростверка (см. рисунок справа). По бокам пенопластового слоя устанавливается деревянная опалубка, образовавшаяся полость выкладывается полиэтиленовой строительной плёнкой, монтируется арматура (шесть продольных стальных плетей ∅12, три по верхней и три по нижней поверхности, перевязанные через каждые 200 мм с поперечными проволочными рамками ∅6 и подкреплённые центральными вертикальными стойками ∅12).

После заливки товарным (заводским) бетоном БСГ В25 П3 F200 W6 (не могу допустить, чтобы случайные арбайтеры калапуцали в старом корыте сапкой компоненты на свой выпуклый глаз) и снятия деревянной опалубки получаем утеплённый снизу подвесной ростверк, на который через три недели можно укладывать газоблок стен первого этажа.

Воспользовавшись строительным калькулятором, получил расчётные данные по количеству материалов, необходимых для ростверка: 7,39 м³ бетона (17700 кг), 380 м арматуры ∅12 (350 кг), 300 м арматурной проволоки ∅6 (67 кг), 420 м вязальной проволоки ∅1,2 (3,7 кг) — итого 18120 кг. Таким образом, суммарный вес дома с фундаментом, то есть вес, который придётся держать сваям, составляет 139,72 тонны. На всякий случай, сделаю–ка я запас (бережёного Бог бережёт!) процентов в 30… Итак, расчётный вес дома принимается равным 180 тонн.

Что касается свай, то изначально взгляд землевладельца–застройщика (то есть мой) был устремлён к наиболее технологичному и простому (но не факт, что к самому дешёвому) варианту — винтовым сваям.

Предварительные переговоры с киевской компанией, производящей и устанавливающей винтовые сваи, позволил довольно быстро определиться с типоразмером подходящих для моего случая свай: стальная цельнотянутая труба ∅127×3,5 длиной 3 м. Усреднённая несущая способность такой винтовой сваи (основанная на статистических данных для различных грунтов), по данным компании, составляет 7 тонн, поэтому мой ростверк и растущий на нём дом будет покоиться на 26 сваях (схему уточнённого свайного поля см. слева).

Расстояния между центрами свай по фронтальной (северной) и тыльной (южной) сторонам равняются 2090 мм, по боковым — 1727 мм, а по центральной — 1480 мм. К четырём сваям южной стороны крепятся закладные детали основания веранды (швеллер или уголок), на которые впоследствии будут опираться одним краем внешняя конструкция.

Если полный расчёт характеристик ростверка не показался мне крайне необходимым (и так получилось достаточно прочное и мощное сооружение), то проверка прочности самого критического его фрагмента, который выявился только после расстановки свай на пятне дома выглядит не таким уж сложным делом (по крайней мере тем, кто знаком с сопроматом). Грех было не проверить, и мой ростверк эту проверку прошёл с честью.

Несомненно, что самым проблемным участком ростверка может стать его фрагмент между двумя сваями по короткой стороне дома, то есть там, где расстояние между сваями составляет 209 см — самый длинный пролёт. Из общей нагрузки на фундамент, часть, приходящаяся на короткую стену составит максимально 15%, то есть 27 тонн. Арифметика простая: периметр дома составляет 40 м, протяжённость внутренней стены — 10 м. Предполагается, что на внутреннюю несущую стену приходится двойная нагрузка. Другими словами, если каждому метру внешней стены присвоить по одному балу за его вклад в борьбу с общим весом дома, то каждый метр внутренней стены получит 2 бала. Всего получается 60 баллов и 3 тс на балл (метр).

Расчёт производится по очень упрощённой схеме, не вдаваясь в тонкости строительной механики и сопромата.

Итак, бетон P3 B20 F200 W6 имеет нормативные значения сопротивления при осевом сжатии Rb,n = 15,0 МПа, при растяжении Rbt,n = 1,35 МПа; расчётные значения сопротивления принимаются при осевом сжатии Rb = 11,5 МПа, при растяжении Rbt = 0,9 МПа.

Для арматуры класса А500, то расчётные значения по продольному растяжению Ra = 680 МПа.

Расчётный коэффициент А0 = 0,399 (вычислен исходя из геометрии поперечного сечения ростверка как балки на свободных опорах и величины изгибающего момента посреди пролёта) определяет требуемую площадь сечения нижнего слоя арматуры в 1,27 см². Это меньше, чем один пруток ∅12 (площадь его сечения составляет 2,026 см²). Получается, что по арматуре у меня наблюдается пятикратный запас прочности.

Что касается несущей способности сваи, то сомнения у меня возникли сразу: никак нельзя полагаться на усреднённые значения, без привязки к геологическим характеристикам грунтов. В общем, решил я сам посчитать эту самую несущую способность. По мере углубления в проблему, открылось довольно много интересного и, если вас интересуют (или, хотя бы, не пугают) очередные сопроматские эксерсизы, то можно ознакомиться с результатами моих изысканий и вычислений.

Как и положено, в первую очередь необходимо обратиться к действующим в Украине СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». В редакции 1995 года эти нормы и правила содержат блок «Винтовые сваи» (раздел 4 «Расчет несущей способности свай»). Интересно, что более свежие российские правила (они уже называются не СНиП, а «свод правил» — СП) СП 24.13330.2011, который позиционируется как актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85, даже упоминаний о винтовых связях не содержит (зато в них есть раздел 15 «Особенности проектирования свайных фундаментов малоэтажных зданий», но это уже другая история).

Итак, СНиП 2.02.03-85 предлагает считать несущую способность по формуле:

F_d = γ_c [(a₁c₁ + a₂γ₁ h₁)A + uf_i(h - d)]

Физический смысл, описания и таблицы для выбора значений всех загадочных обозначений, входящих в формулу, приводятся в том же СНиПе — были бы только результаты качественных геологических исследований участка: нужны плотности грунтов, их удельное сцепление, коэффициент пористости, показатель текучести, угол внутреннего трения и др. Кстати, если захотите провести расчёт самостоятельно, особенно внимательно отнеситесь к входящему в формулу удельному весу: я поначалу подставлял плотность (кг/м³) и получал значения в три раза меньшие усреднённых. Только через некоторое время разобрался, что плотность необходимо перевести в удельный вес с размерностью кН/м³.

Значение оказалось прогнозируемо меньшим (на 40%) усреднённого (7 т), на основании которого рассчитывалось потребное количество свай для моего дома. Наверное, именно по причине слишком большого запаса, заложенного в СНиПовские расчёты, в 1988 году Минэнерго СССР утвердило малоизвестный сегодня типовой проект под названием «Типовые конструкции, изделия, узлы зданий и сооружений. Серия 3.407.9–158. Унифицированные конструкции для закрепления опор ВЛ и ОРУ подстанций. Выпуск 2. Винтовые анкеры и сваи. Стадия КМ». С советских времён винтовые сваи для опор энергетических конструкций рассчитываются по рекомендованной в типовом проекте формуле:

F_d = γ_c [1,2(a₁c₁ + a₂γ₁ h₁)Aη + uf_i(h - d)]

Формулы очень похожи: различия выделены жирным шрифтом. Именно эти махонькие различия дают величину несущей способности моей сваи 9,8 т (на 40% больше, чем усреднённое). Значение коэффициента η выбирается по графику (вертикальная шкала на рисунке справа) в зависимости от типа грунта (песок, супесь, суглинок или глина — линии соответствующего цвета) и величины угла его внутреннего трения φ (нижняя шкала).

Говорят, что вторая формула показывает более реальные результаты. Скорее всего, решающую роль в этом соревновании формул сыграл человеческий фактор. Дело в том, что типовой проект разрабатывался под руководством д.т.н. В.Н.Железкова, «отца» советской винтовой сваи, который серьёзно занимался предметом с 1965 года, причём, главным образом, для нужд энергетиков и военных строителей. А упомянутые ранее СНиП и его российский наследник СП создавались гражданскими строительными институтами, причём последний — уже после смерти Железкова (умер в ноябре 2010 года).

Поскольку нет пророков в своём отечестве, я воспользовался ещё онлайн–калькулятором на сайте Юнион колледжа (Нью–Йорк, США), созданным на основе расчётной методики профессора Ашрафа М.Гхали (у него, кстати, есть ещё и другие полезные строительные калькуляторы). Первый раз мне пришлось с неистовством прорубаться через американскую мешанину из фунтов, футов и дюймов, но я их победил и получил расчётную несущую способность более 8 тонн. Потом я нашёл вариант этого же калькулятора в метрических единицах, но он не выдавал результата — видимо в программу расчёта закралась ошибка.

Попались мне также данные испытаний свай длиной 2–3 метра и диаметром винтовой поверхности 300 мм: для глин величина несущей способности составляет 4–7 тонн, для супеси — 6–9 тонн, для песка — 9–13 тонн, то есть и по этим данным у меня «всё в шоколаде».

Существует ещё методика В.Н.Железкова определения несущей способности сваи по величине усилия (крутящего момента), прилагаемого к ней во время закручивания. Впрочем, эта методика может дать результаты только по факту проведённой работы (то есть после закручивания) и то, если закручивание будет производиться с применением специального устройства, позволяющего измерять это усилие в ходе закручивания. Интересно, все бригады сваекрутильщиков знают о существовании таких устройств?

Всем остальным сообщаю, что несущая способность свай оказалась вполне достаточной и я, «с чувством глубокого морального удовлетворения» (© Л.И.Брежнев), перешёл к практической реализации своего «фундаментального» плана.

Процесс воплощения проекта в жизнь лучше всего мониторить на странице «Стройка».

Землеописание, земледеление, землеизучение: геология

Когда земледеление–геодезия, в конце концов, прекращает своё господство на участке, и уже почти разгаданы местные тайны землеописания–географии (мелкие странности не в счёт: наша Земля — загадочная планета), наступает время суровых и мужественных специалистов по землеизучению — геологов.

Думаю, мне, всё–таки, повезло: суровых и мужественных не нашлось, зато попались нормальные, общительные и доброжелательные ребята, которые взялись выяснить, что находится под поверхностью земли в том месте, где будет строиться мой дом. Называется это «инженерно-геологические изыскания» и этим мы занялись утречком 11 июля.

Читать дальше...

Честно говоря, я достаточно долго колебался с принятием решения «делать геологию« или нет. С одной стороны, соседи и работники сельсовета своими сопранами, баритонами и басами рассказывали леденящие кровь подробности о глинах и торфах: «ай–яй–яй, как же вы лоханулись с покупкой этого участка!» — то есть, немедленно вешайся без суда и следствия. С другой стороны, богатый жизненный опыт обнажил некоторые сомнительные аспекты в этих убедительных, на первый взгляд, рассказах. Масла подлил тот факт, что никто из моих информаторов не располагал сведениями о геологических исследованиях. В общем, окончательное решение вызрело само собой и больше не вызывало сомнений, равно как и не побуждало к колебаниями.

Итак:

9 часов 25 минут 11 июля 2012 года — начало геологических изысканий (фото слева — здесь и далее все изображения можно увеличить, кликнув по ним мышкой).

Как называется штукенция на фотографиях внизу я не знаю, но именно таким полым «стаканом» со штангой геологи начали работать — выбирали верхние слои грунта (второе фото). Содержимое этого снаряда (возможно, он называется буром), добытое из неглубоких недр извлекается с помощью деревянной колотушки (процесс зафиксирован на крайнем правом фото).

Таким образом, формируется скважина диаметром около 90 мм (внизу слева), а извлечённый грунт (внизу в центре) даёт пищу для отбора первого сыпучего образца. Чуть глубже — и песок стал плотнее (на правом фото внизу — фрагмент спресованного грунта).

На следующем этапе в дело вступил шнек (первое фото внизу: спиральный стержень, что лежит между буром и колотушкой), который сдвоенными усилиями вкручивался в скважину (фото справа).

После того, как с помощью шнека пройдены плотные слои, для забора более глубоких проб использовалась полутораметровая (или около того) труба с боковым вырезом — она заталкивается на максимальную глубину (пока хватает длины штанг) и наполняется содержимым нижних слоёв скважины (предшествующие грунты выдавливаются через расположенный вверху боковой вырез). Справа внизу — отбор образца грунта из полой трубы через боковой вырез (труба перевёрнута «вверх ногами», на торце трубы видна резьба для крепления штанги).

Каждый образец грунта помещается в отдельный пакет и снабжается бумажной биркой. Все процедуры повторяются на каждой скважине (у меня их было три, по диагонали пятна дома) ради коллекции образцов для последующего лабораторного изучения и исследования, на которое уходит одна неделя.

Кроме того, с помощью грузика–гирьки на бечёвке (ни дать, ни взять — строительный отвес) был замерен уровень грунтовых вод в каждой скважине 170—180 мм (при определённом ракурсе даже можно было увидеть, как в глубине поблёскивало водяное зеркальце). Эта информация меня немного удивила и существенно обрадовала: я, со светлой грустью, ожидал гораздо более высокого уровня — ведь совсем рядом находится водоём и уровень его поверхности является довольно точным отражением уровня грунтовых вод близлежащих земель.

Впрочем, нельзя сбрасывать со счетов, что скважины бурились в знойном июле: температура уже месяц держится около 30° и о дождях мы уже забыли. Геологи осмотрели берега примыкающего к участку канала и, по видимым только им признакам, определили, что в периоды весенних таяний и осенних дождей уровень воды может подниматься на 1 м. Я тоже осмотрел ровчак, но сколько не вглядывался в берега, кроме красоты заросшего ряской пруда ничего не увидел. Предоставляю и вам возможность полюбоваться княжицкими красотами (фото справа, enjoy!).

В 11 часов 30 минут полевые работы были завершены.

Как мы и договаривались, через неделю (даже через шесть дней), я получил от геологов «Технический отчёт по результатам инженерно–геологических изысканий» — твёрдую (брошюра) и электронную (диск) копии.

Документ состоит из следующих частей:

Пояснительная записка

На девяти листах изложены сведения об участке, физико–географические условия (характеристики климата, средние температуры сезонов, превалирующие направления ветра, глубина промерзания почвы и т.п.), геологическое строение и гидрогеология, описание и характеристики грунтов, включая их физико–механические свойства, неблагоприятные явления для строительства и эксплуатации строений, общие рекомендации по устройству фундаментов различного типа. Приведен также перечень домостроительных норм (ДБН) и госстандартов (ДСТУ), в соответствии с которыми проводились изыскания, обрабатывались и анализировались полученные образцы, делались выводы и рекомендации.

Текстовые приложения

Имеется копия лицензии компании на «хозяйственную деятельность в строительстве, связанную с созданием объектов архитектуры (по перечню работ в соответствии с приложением)». Ещё на двух листах приведены таблицы по каждой скважине, которые называются «колонки геологических выработок» (вертикальное строение скважин с отметками уровней расположения различных грунтов и местами отбора проб). Последний документ и, пожалуй, самый интересный — ведомость лабораторных испытаний грунтов: распределение частиц песка по фракциям, данные о пластичности и текучести супеси и т.п.

Графические приложения

Чертежи, эскизы и рисунки представлены простенькой схемой (М1:250) расположения скважин на участке и инженерно–геологическим паспортом (ещё один паспорт — у меня уже есть строительный паспорт). Паспорт содержит таблицу нормативных и расчётных характеристик физико–механических свойств грунтов и схему геологического разреза, проходящего через все три скважины (М1:100) со всеми отметками высот и расстояний. Похоже, именно этот паспорт является самым вожделенным документом для проектировщика фундамента

Я потратил пару часов на совместное изучение ДСТУ Б В.2.1-2-96 (ГОСТ 25100-95) «Грунты. Классификация.» и двух таблиц отчёта (ведомости лабораторных исследований и физико–механических свойств грунтов) и узнал кое–что такое , что явно не отражено в отчёте.

Оказалось, что песок, который составляет верхние слои моего участка (5 метров), на 60% состоит из фракции 0,1–0,25 мм и на 25% — из фракции 0,25–0,5 мм: и для грунта, и для строительного песка он считается самым мелким (более 75% составляет фракция 0,1 мм), но не пылеватым (менее 75%). И это хорошо!.

Самые верхние 1–1,3 м относятся к грунтам малой степени водонасыщения (Sr = 0,34 [<0,5]), а всё, что расположено глубже — грунты насыщенные водой (Sr = 0,85–0,95 [0,8–1];категория средней степени водонасыщения у меня не представлена [0,5–0,8]). Очень меня порадовал тот факт, что и по степени водонасыщения и по фракционному составу верхний песчаный слой относится к категории «практически непучинистый», то есть относительная деформация пучения (Efh) менее 0,01. Пучинистость нижележащих слоёв особого интереса не представляет, поскольку нормативная глубина промерзания составляет 1 м (наименьшая — 0,2 м, наибольшая — 1,45 м, средняя — 0,7 м), а уровень грунтовых вод колеблется в пределах 0,9–1,8 м в зависимости от сезона. Впрочем, нижняя кромка верхнего слоя песка (около 1 м от поверхности почвы) может попасть в категорию слабо— или даже среднепучинистого (Efh = 0,01–0,035 в первом, и Efh = 0,035–0,07 во втором случае) при наступлении обоих неблагоприятных факторов: и уровень грунтовых вод окажется минимальным (0,9 м) и глубина промерзания окажется существенной (>1 м). Житейская мудрость, базирующаяся на законах Мёрфи, учит, что если какая–то гадость может произойти, она почти наверняка произойдёт…

С учётом «пограничного» расположения по водонасыщению, можно ожидать относительную деформацию пучения на уровне 0,03. Для оценки практического значения этого показателя, следует иметь ввиду, что относительная деформация пучения равна отношению разности высот замёрзшего и исходного грунта к высоте исходного грунта. В моём, самом неблагоприятном, случае, при в «зону риска» попадает слой толщиной около 20 см, и он может вызвать при замерзании подъём грунта на 6–10 мм.

Дальнейшая «экскурсия» по стандарту и отчёту выявила, что показатель пористости для верхнего слоя песка (1–1,3 м) даёт основание классифицировать его как рыхлый (е = 0,76 [>0,75]), а остальной (вниз до супеси) — средней плотности (е = 0,686 [0,6–0,75]).

На глубине от 4 до 7 метров залегает текучая супесь (IL = 1,23–2,5 [>1]), с максимальной водонасыщенностью, текучестью и пластичностью на глубине 5–6 метров. За слоем супеси — снова водонасыщенный мелкий песок.

Заглянул я и в ДБН В.1.2-14-2009 «Общие принципы обеспечения надёжности и конструктивной безопасности строений, сооружений, строительных конструкций и основ», поскольку на этот документ ссылается абзац пояснительной записки про сейсмическое районирование. Мой участок относится к зоне со средними грунтовыми условиями по интенсивности толчков (один раз в 500 лет возможно превышение силы землетрясения в 5 баллов). В этой связи дом должен соответствовать классу СС2 ответственности по возможным последствиям его «выхода из строя». Однако, какого–либо практического выхода из этой информации я не получил: нормы содержат или описательные сведения (на то они и называются «общие принципы»), или сложные расчётные формулы, уходящие корнями в вероятностные характеристики — где теория вероятности и где мой загородный домишко!

И последнее, хотя очень немаловажное: на рынке геологических услуг Киева и окрестностей цены на проведение исследований колеблются в некотором диапазоне, нижняя граница которого составляет 1000 гривень за одну скважину. Практически стандартом стало бурение трёх скважин в местах закладки фундамента. Впрочем, никто не запрещает владельцу проверять свойства грунта в большем количестве точек. А вот в меньшем — вряд ли удастся: сомневаюсь, что геологи согласятся разводить весь сыр–бор из–за одной–двух скважин, хотя категорически утверждать не берусь (сам не проверял, поскольку не видел в этом никакого смысла).

А ещё частенько приходилось встречать заявления о недопустимости ручного бурения при инженерно–геологических изысканиях. Главный аргумент при этом — нарушение естественной структуры просадочных грунтов (как следствие — получаются недостоверные характеристики возможной просадки) и исследования проводятся на недостаточную глубину (7–8 метров при ручном бурении против 12–16 при машинном). Не могу судить насколько эти замечания верны и критичны, но: а) у меня грунты оказались непросадочными (повезло!) и б) мой дом изначально задумывался как лёгкий — вряд ли его вес будет оказывать давление на слои глубже 8 м (хотя, нормативы для двухэтажного дома требует проведение геологических исследований на глубину до 6 м, и только для трёхэтажного — 8 м).

Впрочем, может быть, я и не прав…