ФУНДАМЕНТ НА ПАЛЯХ

Гвинтові палі є ефективним рішенням для швидкого зведення фундаментів на слабких ґрунтах або в умовах, де небажані значні земляні роботи. Їхня конструкція складається зі сталевої труби з однією або кількома лопатями на нижньому кінці, що дозволяє вкручувати палю в ґрунт з мінімальним пошкодженням його структури. Основні характеристики гвинтових паль, такі як діаметр ствола (від 57 мм до 325 мм і більше) та діаметр лопаті, а також крок і кут нахилу лопатей, визначають їхню несучу здатність. Процес монтажу включає закручування палі в ґрунт вручну або за допомогою механізованого обладнання (міні-екскаваторів, гідравлічних обертачів) до досягнення проєктного опору ґрунту, який контролюється крутним моментом. Після закручування порожнина палі часто заповнюється бетоном марки не нижче B15 (M200) для підвищення корозійної стійкості та несучої здатності, а всередину може бути встановлена арматурна сітка або каркас. Несуча здатність гвинтових паль залежить від типу ґрунту, глибини занурення та геометричних параметрів лопатей. За розрахунками, одна гвинтова паля діаметром 108 мм з лопатями 300 мм може нести навантаження до 3-5 тонн у піщаних та супіщаних ґрунтах, тоді як на глинистих може бути дещо менше. Згідно з ДБН В.2.1-10:2018 ‘Основи та фундаменти споруд’, розрахунок несучої здатності слід проводити з урахуванням місцевих геологічних умов та коефіцієнтів надійності. До переваг належить висока швидкість монтажу, можливість роботи в обмеженому просторі та мінімальне порушення ландшафту.

Для забезпечення оптимального дизайну та інтеграції таких рішень, важливо враховувати послуги кваліфікованих архітекторів, які можуть створити проєкт, що ідеально відповідає всім технічним вимогам та естетичним уподобанням.

Загальна довжина гвинтових паль варіюється від 1,5 до 12 метрів, що дозволяє ефективно працювати з різними глибинами промерзання та несучими шарами ґрунту. Міцність сталевої труби палі, як правило, відповідає сталі марок С235 або С255, а антикорозійний захист забезпечується багатошаровим полімерним або цинковим покриттям, що дозволяє збільшити термін служби фундаменту до 100 років і більше. При проєктуванні необхідно також враховувати ефекти вібрації та динамічних навантажень, які можуть впливати на палі та ґрунт навколо них. Досвідчені будівельні компанії, такі як KOLEO, забезпечують якісний монтаж та дотримання всіх норм.

Буронабивні палі є одним з найбільш універсальних типів пальових фундаментів, що дозволяє зводити будівлі на ґрунтах з низькою несучою здатністю або в умовах, де використання забивних паль є неможливим через високий рівень шуму та вібрації. Технологія влаштування буронабивних паль передбачає буріння свердловини заданого діаметра (від 300 мм до 1500 мм і більше) та глибини (до 30 метрів і більше), встановлення арматурного каркаса і подальше бетонування свердловини. Для стабілізації стінок свердловини в нестійких ґрунтах застосовують обсадні труби або глинистий розчин (суспензію бентонітової глини).

Розрахунок несучої здатності буронабивних паль є складною інженерною задачею, що враховує опір ґрунту під нижнім кінцем палі та опір ґрунту по бічній поверхні. Згідно з ДБН В.2.1-10:2018, несуча здатність одиночної палі визначається як сума цих опорів, з урахуванням властивостей ґрунтів за результатами інженерно-геологічних вишукувань та параметрів палі (діаметра, довжини, класу бетону – не нижче B20 (M250)). Наприклад, паля діаметром 600 мм і довжиною 15 м у щільних суглинках може мати несучу здатність 80-120 тонн. Арматурний каркас розраховується на сприйняття згинальних моментів та поперечних сил, що виникають у палі. Для буронабивних паль у Києві та області часто використовують бетон класу С16/20 або С20/25 з водонепроникністю W6 та морозостійкістю F150. Важливою умовою є безперервне бетонування методом ВТП (вертикально-транспортної подачі), що дозволяє уникнути розшарування бетонної суміші та утворення порожнин. Це забезпечує монолітність та структурну цілісність палі.

Забивні палі є одним з найстаріших та найбільш надійних видів пальових фундаментів, які відрізняються високою несучою здатністю та довговічністю. Цей тип паль передбачає занурення готових залізобетонних або металевих паль у ґрунт за допомогою ударного (молот, вібромолот) або вдавлюючого (гідравлічний копер) обладнання. Процес забивання ущільнює ґрунт навколо палі, що значно підвищує її несучу здатність, особливо у піщаних та супіщаних ґрунтах. Стандартні перерізи залізобетонних паль – 300×300 мм, 350×350 мм, 400×400 мм, а довжина може досягати 20-25 метрів.

Принцип роботи забивних паль базується на передачі навантаження від споруди на глибинні, більш щільні шари ґрунту. Несуча здатність забивних паль розраховується з урахуванням динамічного та статичного зондування ґрунтів, а також формул, що враховують енергію удару молота та кількість ударів на метр занурення (відкази палі). Згідно з ДБН В.2.1-10:2018, контроль несучої здатності забивних паль здійснюється шляхом пробного навантаження, яке є найбільш точним методом. Перевагами забивних паль є висока швидкість монтажу (при наявності відповідного обладнання), надійність, можливість використання в широкому діапазоні ґрунтових умов. Однак, технологія забивання паль супроводжується значними вібраціями та шумом, що обмежує її застосування в умовах щільної міської забудови. Клас бетону для забивних паль, як правило, починається від B25 (M350), з високими показниками морозостійкості та водонепроникності для забезпечення експлуатації в агресивних середовищах.

Плануючи будівництво, не забувайте про важливість ретельного проєктування та вибору надійних матеріалів, таких як бетон високої якості, про який ви можете дізнатися більше на KOLEO. Це забезпечить довговічність та міцність вашої споруди.

Несуча здатність фундаментів на палях є основним параметром, що визначає можливість їхнього застосування для конкретної споруди. Цей показник прямо залежить від фізико-механічних властивостей ґрунтів на ділянці, де проводиться будівництво, а також від геометрії та матеріалу самої палі. Інженерно-геологічні вишукування, включаючи статичне та динамічне зондування, є обов’язковими для точного визначення характеристик ґрунту (питомий опір, кут внутрішнього тертя, зчеплення, модуль деформації). Залежно від типу ґрунту, палі працюють по-різному. У піщаних та супіщаних ґрунтах значну роль відіграє опір ґрунту під нижнім кінцем палі, а також тертя по бічній поверхні, яке зростає з глибиною. У глинистих ґрунтах, особливо м’якопластичних, важливим є опір зсуву та ефект ущільнення ґрунту навколо палі під час її занурення.

Згідно з ДБН В.2.1-10:2018, розрахункова несуча здатність палі R визначається за формулою: R = (γc * R_p * A_p + Σ(γc * f_i * U * l_i)) / γ_n, де R_p – питомий опір ґрунту під нижнім кінцем палі, A_p – площа нижнього кінця палі, f_i – питомий опір ґрунту на бічній поверхні i-го шару, U – периметр поперечного перерізу палі, l_i – товщина i-го шару ґрунту, γc – коефіцієнт умов роботи, γn – коефіцієнт надійності. Для гвинтових паль несуча здатність також залежить від площі лопатей і їхньої взаємодії з ґрунтом. Наприклад, у щільних глинах гвинтові палі можуть демонструвати високу несучу здатність, тоді як у пісках її ефективність може бути дещо меншою. Високий рівень ґрунтових вод також впливає на несучу здатність, знижуючи її для більшості ґрунтів, крім щільних пісків. Тому, проєктуючи фундамент, необхідно враховувати сезонні коливання рівня ґрунтових вод та можливі гідрологічні зміни.

Для оптимізації проєктів та розуміння всіх нюансів будівництва корисно вивчати приклади готових проєктів, таких як проекти будинків, які демонструють різні підходи до фундаментів та конструкцій.

Технологія монтажу пальових фундаментів має свої унікальні особливості для кожного типу паль і вимагає суворого дотримання проєктної документації та будівельних норм. Для гвинтових паль ключовим аспектом є контроль крутного моменту під час закручування. Перевищення допустимого крутного моменту може призвести до руйнування лопатей або ствола палі, тоді як недостатнє закручування не забезпечить необхідної несучої здатності. Оптимальний крутний момент для палі діаметром 108 мм становить 3500-4500 Нм залежно від типу ґрунту.

Монтаж буронабивних паль є більш складним і вимагає чіткого контролю за процесом буріння, армування та бетонування. Глибина та діаметр свердловини повинні точно відповідати проєкту, а арматурний каркас повинен бути встановлений центрально та закріплений, щоб запобігти його зміщенню під час бетонування. Бетонування методом ВТП передбачає подачу бетонної суміші через бетонолітну трубу, нижній кінець якої постійно знаходиться в бетонній суміші. Це запобігає розшаруванню бетону та потраплянню ґрунту. Важливою є також якість бетонної суміші, яка повинна мати оптимальну рухливість (П4-П5) та водоцементне співвідношення для легкого укладання та досягнення проєктної міцності. Згідно з ДБН В.2.1-10:2018, відхилення осі паль від проєктного положення не повинно перевищувати 0,25 м. Це стосується і забивних паль, де контроль забивання є критичним.

При забиванні паль необхідно постійно контролювати відказ палі – глибину занурення від одного удару молота або за певну кількість ударів. Це дозволяє визначити досягнення проєктної несучої здатності. Надмірне забивання може пошкодити палю, тоді як недостатнє – не забезпечить надійності. Вибір обладнання для забивання (гідравлічний, дизельний або вібромолот) залежить від типу ґрунту, розміру паль та близькості до інших будівель. Сучасні вібромолоти дозволяють зменшити динамічний вплив на оточуючі конструкції, але вимагають ретельного моніторингу вібрацій.

Детальніше про комплексні проєкти, що включають різні типи фундаментів та конструкцій, можна дізнатися на сторінці Проєкт будинку Дивиш, де представлені реалізовані рішення.

Забезпечення структурної цілісності та довговічності пальових фундаментів є пріоритетом у будівництві. Це досягається за рахунок правильного проєктування, вибору матеріалів та контролю якості монтажних робіт. Кожен тип палі має свої особливості, що впливають на її експлуатаційні характеристики. Для гвинтових паль критичним є антикорозійний захист сталевого ствола та лопатей. Застосування гарячого цинкування або багатошарових полімерних покриттів з товщиною не менше 200 мкм забезпечує захист від корозії в агресивних ґрунтах на термін до 100 років. Також важливим є правильне заповнення порожнини палі бетоном для запобігання внутрішній корозії та збільшення жорсткості.

Буронабивні та забивні залізобетонні палі повинні виготовлятися з бетону високого класу міцності (не менше B20 для буронабивних та B25 для забивних) з відповідними показниками морозостійкості (F150-F200) та водонепроникності (W6-W8), що особливо важливо в умовах України з її кліматичними коливаннями. Армування паль розраховується відповідно до ДБН В.2.1-10:2018 та ДСТУ Б В.2.6-145:2010 ‘Залізобетонні конструкції. Норми проєктування’. Захисний шар бетону для арматури повинен бути не менше 40-50 мм. Довговічність пальових фундаментів залежить також від якості оголовків паль та ростверків, які з’єднують палі в єдину систему та розподіляють навантаження від надземної частини будівлі. Ростверки повинні бути армовані та забетоновані з дотриманням всіх технологічних вимог, забезпечуючи надійне з’єднання з палями.

Додатково, для підвищення енергоефективності фундаментів, застосовують теплоізоляційні рішення, що зменшують тепловтрати через ґрунт, що важливо для сучасних будівель. Це сприяє не тільки зниженню експлуатаційних витрат, але й підвищенню загального комфорту в приміщенні. Для більш глибокого розуміння цих аспектів, рекомендуємо звернутися до фахівців з будівельної інженерії.

Застосування пальових фундаментів на території України регулюється низкою державних будівельних норм (ДБН), які встановлюють вимоги до проєктування, будівництва та експлуатації. Основним документом є ДБН В.2.1-10:2018 ‘Основи та фундаменти споруд. Основні положення’, який визначає методи розрахунку несучої здатності паль, правила проєктування пальових полів, контроль якості та інші технічні аспекти. Додатково використовуються ДСТУ Б В.2.6-145:2010 ‘Залізобетонні конструкції. Норми проєктування’ для розрахунку армованих паль та ДБН В.2.1-11:2018 ‘Проектування і будівництво фундаментів будівель і споруд в особливих ґрунтових умовах’, що охоплює специфічні випадки, такі як пучиністі, просадкові, насипні ґрунти.

Кліматичні умови України, що характеризуються значними перепадами температур, від’ємними значеннями в зимовий період та періодами інтенсивних опадів, накладають додаткові вимоги до проєктування пальових фундаментів. Глибина промерзання ґрунту в різних регіонах України варіюється від 0,8 м на півдні до 1,5 м і більше на півночі та в гірських районах. Палі повинні бути заглиблені нижче цієї позначки, щоб уникнути впливу морозного пучіння ґрунтів, яке може призвести до підйому або деформації фундаменту. Крім того, високий рівень ґрунтових вод, характерний для багатьох регіонів, вимагає застосування матеріалів з підвищеною водонепроникністю та агресивностійкістю, а також надійного гідроізоляційного захисту оголовків та ростверків. Для забезпечення довговічності необхідно враховувати клас агресивності ґрунтових вод до бетону та металу. Наприклад, в умовах Київської області з поширеними суглинками та високим рівнем ґрунтових вод, буронабивні палі з бетонною сумішшю W8 та морозостійкістю F200 є оптимальним рішенням, а гвинтові палі повинні мати надійне антикорозійне покриття та бути занурені нижче глибини промерзання.

Це особливо актуально для об’єктів, де вимоги до стабільності та довговічності є надзвичайно високими, наприклад, при зведенні храмів, які потребують надійної основи. Детальніше про це можна дізнатися на сторінці проєкти храмів.

Вибір між гвинтовими, буронабивними та забивними палями є комплексним рішенням, що ґрунтується на аналізі інженерно-геологічних умов ділянки, характеру споруди, бюджетних обмежень та термінів будівництва. Кожен тип має свої сильні та слабкі сторони, які необхідно враховувати на етапі проєктування.

Гвинтові палі відзначаються високою швидкістю монтажу та мінімальними земляними роботами. Вони ідеально підходять для легких споруд (тераси, альтанки, невеликі каркасні будинки), тимчасових конструкцій, а також для будівництва на складних рельєфах або у водонасичених ґрунтах. Їхня несуча здатність, хоч і обмежена порівняно з іншими типами, є достатньою для багатьох проєктів. Основний недолік – це залежність від антикорозійного захисту та менша опірність горизонтальним навантаженням без спеціальних підсилень. Вартість гвинтових паль, як правило, нижча за інші типи за рахунок меншого обсягу робіт та відсутності необхідності у важкій будівельній техніці.

Буронабивні палі є універсальним рішенням для фундаментів середніх та важких будівель, включаючи багатоповерхові об’єкти. Вони дозволяють досягти значної несучої здатності та можуть бути застосовані в умовах щільної міської забудови, оскільки їхній монтаж супроводжується мінімальними вібраціями та шумом. Гнучкість у виборі діаметра та глибини палі дозволяє адаптувати їх до практично будь-яких ґрунтових умов. Проте, технологія вимагає значного часу на буріння та набір міцності бетону (28 діб), а також ретельного контролю якості бетонування. Вартість буронабивних паль є середньою, але може зростати зі збільшенням глибини та складності буріння.

Забивні палі є оптимальним вибором для великих, масивних споруд, де потрібна максимальна несуча здатність та стійкість. Вони відрізняються високою надійністю та довговічністю, а процес забивання ущільнює ґрунт, що позитивно впливає на загальну стабільність фундаменту. Однак, значні вібрації та шум, а також необхідність у спеціалізованій важкій техніці, обмежують їхнє застосування в населених пунктах або поблизу існуючих будівель. Вартість забивних паль може бути вищою через логістику та експлуатацію важкої техніки, проте вони забезпечують найвищу несучу здатність на одиницю палі. Узагальнюючи, вибір визначається балансом між технічними вимогами, економічними можливостями та екологічними обмеженнями ділянки. Для тих, хто планує капітальне будівництво, важливо розуміти, як проєктуються та реалізуються подібні рішення, про що можна дізнатися на сторінці Початок будівництва.