Инструкция по расчету количества свай для свайно-винтового фундамента

Содержание:

Способы расчета
Какие параметры нужно рассчитать для правильного выбора свайного фундамента
Расчет свайного фундамента
- Калькулятор расчета суммарной нагрузки, оказываемой на свайно-винтовой фундамент
Расчет фундамента на винтовых сваях – последовательность действий
6.3 Расчет буронабивных свай
Критерии выбора винтовых свай
Учет характеристик грунта
Расчет и проектирование свайно-винтового фундамента
Способы вычисления несущей способности по различным параметрам
Заключение
Заключение

Способы расчета

Основными элементами данного типа основы являются винтовые сваи из металла, длина и диаметр которых могут отличаться в зависимости от технологических требований и предполагаемой нагрузки, которую они должны будут выдержать. В специализированных компаниях и проектных бюро можно заказать профессиональный сложный расчет свайно-винтовой основы, в который будут внесены различные параметры и особенности конструкции, а также учтена несущая способность почвы на участке, отведенном под постройку будущего дома. Мы же предлагаем воспользоваться упрощенным вариантом и провести расчет винтовых свай, опираясь на практический опыт устройства подобных сооружений.

Варианты ростверков для винтовых свай

Какие параметры нужно рассчитать для правильного выбора свайного фундамента

Пошаговая инструкция по установке свайно-винтового фундамента своими руками + технология обвязки свай ростверком

Параметры, необходимые для обоснованного выбора свайного фундамента, можно разделить на две группы:

Измеряемые.
Расчетные.

К измеряемым могут быть причислены все свойства грунта на данном участке:

Состав слоев.
Уровень залегания грунтовых вод.
Особенности гидрогеологии, возможность сезонного подтопления, подъемы и понижения водоносных горизонтов.
Глубина залегания и состав плотных слоев.

К расчетным параметрам относятся:

Величина нагрузки на основание.
Несущая способность опоры.
Схема расположения стволов.
Параметры свай и ростверка.

Указаны только самые общие параметры, в ходе создания проекта нередко приходится рассчитывать большое количество дополнительных позиций.

ВАЖНО!
Расчет фундамента — ответственная и очень сложная задача. Ее решение можно поручить только грамотному и опытному специалисту, имеющему соответствующую профессиональную подготовку и квалификацию

Кроме того, заказ на выполнение расчета должен быть оформлен официальным порядком, чтобы проектировщик нес полную ответственность за результат своих действий. Проект, составленный неформальным порядком, может стать приговором как самой постройке, так и людям, проживающим в ней.

Расчет свайного фундамента

Разбираем плюсы и минусы свайно-винтового фундамента

Выяснить, сколько именно нужно винтовых свай для фундамента, можно только после суммирования будущих нагрузок. Ниже приведено подробное руководство. Но следует знать, что учитывать надо не только основные строительные конструкции, но и отделочные материалы. Значительным весом обладают дверные и оконные блоки, инженерные коммуникации. Надо добавить вес мебели, крупной бытовой техники, котельного и другого оборудования.

Итоговый результат зависит от типа покрытия кровли, дополнительного оборудования

Калькулятор расчета суммарной нагрузки, оказываемой на свайно-винтовой фундамент

Далее приведены примечания к программе расчета:

Площадь перегородок и внешних стен можно подсчитать лично. Для этого используют имеющиеся чертежи. Более точными получатся данные, если вычесть площадь дверных и оконных блоков. Если этого не делать, прочность фундамента будет создана с запасом. На этом этапе в соответствующей графе калькулятора выбирают основной материал строительных конструкций.
Сведения о площади этажей пригодятся для расчета массы перекрытий. Здесь также указывают материал с учетом армирования, других важных деталей из открывающегося в соответствующем пункте списка. Следует вычесть пустые участки для монтажа лестничных маршей.
Далее выбирают тип кровельного покрытия. Если нет определенного варианта, отмечают материалы, близкие по весу. Так, например, покрытие рубероидом будет примерно равно по весу мягкой битумной кровле при одинаковом количестве слоев. Вес стропильной системы добавляется программой автоматически с учетом сделанного выбора.
В холодную пору года значительный вес способна создать снеговая нагрузка. Для точности необходимо отметить угол наклона скатов по отношению к горизонтали.

Карта осадков, определяющая вес снегового покрова

Указанные на рисунке данные (нагрузки в кг на м. кв.) заносить в калькулятор не надо. Достаточно указать зону, в которой будет построен объект недвижимости.
Масса ростверка из дерева незначительна, поэтому ее учитываю при расчетах, увеличивая размеры соответствующих стен. Если для обвязки свайного фундамента применяют металлический швеллер, иные тяжелые материалы, требуется отдельное вычисление.

После проверки данных нажимают виртуальную клавишу подтверждения. Расчет выполняется быстро, без дополнительного вмешательства со стороны пользователя. Чтобы узнать, хватит ли прочности опор, полученное значение делят на несущую способность единичной детали (НС), которая вычислена заранее.

Допустим, что для каркасного дома получилось количество свай, равное 17. Это еще не итоговый результат. С помощью чертежа с контуром здания и стенами выполняют распределение опорных точек. Их устанавливают в местах сопряжения ограждающих конструкций, в углах. На прямых отрезках строительных конструкций устанавливают сваи с шагом не более 300 см.

Если расчет сделать с запасом, не понадобится усиление буроинъекционными технологиями «слабого» фундамента

Приведенный выше расчет используют для проектирования капитальных строений. Небольшие пристройки, заборы и другие легкие сооружения можно возводить на менее прочных основаниях. Но надо помнить, что понадобятся отдельные опоры под тяжелое технологическое оборудование. Аналогичное дополнительное укрепление устанавливают под колонну, удерживающую большой вес, другие ответственные элементы силового каркаса.

При сложном рельефе местности и на крутых склонах перепад высот может быть слишком большой. В некоторых случаях понадобятся сваи разной длины. Их ввинчивают так, чтобы остался запас от расчетной высоты от 30 до 60 см. Излишки помечают с применением нивелира, обрезают по одному уровню. Далее закрепляют оголовки, устанавливают ростверк в соответствии с выбранным вариантом.

Загородный дом на винтовых сваях

Watch this video on YouTube

Расчет фундамента на винтовых сваях – последовательность действий

Обвязка свайно-винтового фундамента: правила, возможные ошибки и технологические хитрости

Привлекательность спиральных опор для обустройства фундамента индивидуальной постройки связана с их невысокой стоимостью и возможностью ускоренной установки. Застройщики часто желают быстро возвести свайную основу на винтовых опорах. При этом они не всегда выполняют расчет количества винтовых свай с учетом особенностей грунта и несущей способности. Это может привести к нарушению устойчивости возводимого строения.

Выполнение предварительных расчетов до начала монтажных мероприятий позволяет избежать непредвиденных ситуаций.

Расчет свайно-винтового фундамента предусматривает следующие этапы:

геодезические изыскания, связанные с определением характеристик грунта;
определение фактических нагрузок, которые будут воспринимать опоры;
подбор диаметра спиральной части с учетом особенностей и массы строения;
вычисление рабочей длины свай для конкретных условий;
расчет количества винтовых свай, обеспечивающих устойчивость постройки;
проектирование документации, содержащей координаты размещения опорных точек;
составление сметы на фундамент из винтовых свай, расчет затрат.

Как правило, специалисты начинают проектирование свайно-винтового фундамента из расчета количества свай, выбора их параметров и размещения на схеме

Соблюдение указанного алгоритма и выполнение каждого из этапов является обязательным. Попытка исключить из перечня любой пункт может вызвать снижение нагрузочной способности, а также повышенные затраты, связанные с перерасходом стройматериалов.

6.3 Расчет буронабивных свай

6.3.1 Расчеты свайных фундаментов и их элементов выполняются в соответствии с общими положениями СП 24.13330.2011, МГСН 2.07-01 [], МГСН 5.02-99 [].

6.3.2 При расчете буронабивных свай из виброштампованного бетона по прочности материала расчетное сопротивление бетона следует принимать с учетом коэффициента условий работы γ_cb= 1 и коэффициента условий работы, учитывающего влияние способа производства работ при наличии в скважине воды и извлекаемых обсадных труб, γ’_cb= 0,9.

6.3.3 Сваю в составе фундамента и одиночную по несущей способности грунта основания следует рассчитывать исходя из условия

(1)

где N — расчетная вертикальная нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

F_d — несущая способность (предельное сопротивление) грунта основания одиночной сваи, кН, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;

γ, γ_n, γ_k — коэффициенты, принимаемые согласно п. 7.1.11 СП 24.13330.2011.

6.3.4 Несущую способность F_d буронабивной сваи, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять по формулам:

а) при объемном виброштамповании укладываемой бетонной смеси

F_d = γ_c(γ_cRRA + UΣγ_cff_ih_i), (2)

где γ_с — коэффициент условий работы сваи, γ_c = 1;

γ_cR — коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи (для песков и супесей γ_cR = 1,1; для глин и суглинков γ_cR = 1; в остальных случаях, согласно п. 7.2.6 СП 24.13330.2011);

R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое, согласно п. 7.2.7 СП 24.13330.2011;

А — площадь опирания сваи, м2, принимаемая равной:

— для буронабивных свай без уширения — площади поперечного сечения ствола сваи в уровне подошвы;

— для буронабивных свай с уширением — площади поперечного сечения уширения в месте наибольшего его диаметра;

U — периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

γ_cf — коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи (для любого типа грунта γ_cf = 0,9);

f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице приложения ;

h_i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

б) при вибровтрамбовывании щебня в грунт ниже забоя скважины или сваи-оболочки, погружаемой с выемкой грунта

F_d = γ_c(γ_cR₁RA + UΣγ_cff_ih_i), (3)

где γ_с — коэффициент условий работы сваи, γ_с = 1;

γ_cR₁ — коэффициент условий работы, учитывающий особенности совместной работы щебеночного «ядра» в основании сваи и окружающего уплотненного грунта, принимаемый по таблице ;

R — расчетное сопротивление уплотненного грунта под подошвой буронабивных свай, сооружаемых с вибровтрамбовыванием жесткого материала в забой, кПа, принимаемое по таблице приложения ;

А — площадь опирания сваи, м2, принимаемая равной:

— для буронабивных свай без уширения — площади поперечного сечения ствола сваи в уровне подошвы;

— для свай-оболочек, заполняемых бетоном, — площади поперечного сечения оболочки брутто;

U — периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

γ_cf — коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, принимаемый:

— при объемном виброштамповании укладываемой бетонной смеси (для любого типа грунта γ_с_f = 0,9);

— в остальных случаях, согласно п. 7.2.6 СП 24.13330.2011 в зависимости от способа образования скважины и условий бетонирования;

h_i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Таблица 1 — Значения коэффициента γ_cR₁

	Значение коэффициента для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L
0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
для песчаных грунтов
гравелистых	крупных	—	средней крупности	мелких	пылеватых	—
Пески средней плотности	—	—	—	0,8	1,0	1,1	—
Супеси, суглинки и глины	—	—	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2

Примечания

1 Для промежуточных значений I_L значения коэффициента γ_cR₁ определяются интерполяцией.

2 Для гравелистых, крупных песчаных и пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L < 0,2 определение сопротивлений производится по результатам опытных работ. Для предварительной оценки сопротивления основания под нижним концом сваи по формуле () допускаются принимать γ_cR₁ = 0,5.

6.3.5 При определении несущей способности буросекущихся и бурокасательных свай, воспринимающих сжимающую нагрузку в составе конструкций типа «стена в грунте», следует учитывать уменьшение трения грунта на боковой поверхности сваи, вызванное объединением сечений соседних свай в ряду.

Критерии выбора винтовых свай

Какие винтовые сваи выбрать для строительства каркасного дома? При покупке этого элемента нужно обратить внимание на несколько следующих нюансов: предназначение строения, и какой будет нагрузка на фундамент. В целом, при выборе нужно обращать внимание только на диаметр изделия

Винтовые сваи разделяются на несколько разновидностей:

Изделие с диаметром трубы 57 мм. Этот вариант используется только для ограждений маленькой массы;
Второй вариант — 76 мм в диаметре. На них можно возводить легкие строения бытового назначения. Общая нагрузка на фундамент из таких свай может достигать максимум 3 тонн;
Более прочный вариант — 89 мм. Такой фундамент способен выдерживать нагрузку 3-5 тонн. Их используют только для одноэтажных зданий, или пристройки к основному зданию;
Самый надежный вариант свай для фундамента, изделия с диаметром 108 мм. Они рассчитаны на нагрузку от 5 до 7 тонн. На них можно возводить многоэтажные каркасные, деревянные или даже каменные дома.

Важно! Иногда, если длина купленных свай кажется недостаточной, приходится их удлинять методом сварки. В этом процессе важно сохранить все качества изделия, поэтому в месте соединения двух отрезков обязательно используется металлическая муфта

Также винтовые сваи можно разделить еще на две разновидности, что тоже важно при покупке изделия:

Изделия со сварным наконечником. Лопасти привариваются к нижней части свай. Для этого используется специальный способ варки, с помощью электросварки и плазменной резки. Толщина лопастей – 3-5 мм. Для предотвращения коррозии изделие покрывается оцинкованным покрытием, которое наносится холодным и горячим способом;

Изделия с литым наконечником. Они служат минимум 100 лет. Они изготавливаются специальной методикой точного литья с холодной теплообработкой (это предназначено для повышения прочности), а в качестве сырья используется сталь высшего качества. Для предотвращения ржавчины готовое изделие покрывается эпоксидной смолой, либо эмалью.

В этом случае разница между сваями, сварными и литыми, заключается в их долговечности и стоимости. В целом, оба варианта считаются хорошими, все зависит от предполагаемого эксплуатационного срока жилища.

Учет характеристик грунта

Характеристики грунта с точки зрения установки фундамента определяют в первую очередь его несущую способность, то есть устойчивость к нагрузкам со стороны установленных на нем конструкций без проседания. Она измеряется в тн/м2 или кгс/см2. Наиболее значимыми для несущей способности грунта являются

Тип грунта
Степень уплотнения
Влажность

Для изучения параметров грунта в общем случае необходимо проводить геологические изыскания. Однако стоимость их достаточно высока, и на практике строители пользуются наработанными опытом обобщенными параметрами для тех или иных грунтов, а также пользуются упрощенными методами определения свойств грунта.

Во-первых, существуют определенные известные характеристики для основных видов грунта, на котором планируется постройка – песчаных или глинистых.

Во-вторых, проводится пробное вкручивание свай.

Для самостоятельного определения типа грунта можно использовать известный способ —

скатать шарик из земли и растереть ладонями. При этом можно увидеть, что:

Шар из песка практически не скатывается, и при растирании чувствуются отдельные песчинки
Шар из песчаного грунта (до 90% состава) формируется, но разрушается при самых небольших нагрузках
Шар из суглинка (до 30% глины) держит форму, но при воздействии нагрузками трескается по краям
Шар из глины отлично формируется и при надавливании не дает трещин

Плотность различных типов грунтов и их несущая способность определена практикой и приводится в таблицах. Приведем некоторые параметры для наиболее употребимых грунтов:

Крупнозернистый песок – 5-6 т/м2
Средний песок – 4-5 т/м2
Мелкозернистый зернистый песок – 3-4 т/м2
Мелкозернистый влажны песок – 2-3 т/м2
Супесь – 2,5-3 т/м2
Увлажненная супесь– 2-2,5 т/м2
Крупнозернистый песок – 5-6 т/м2
Суглинок – 2-3 т/м2
Глина – 2,5-6 т/м2
Влажная глина – 1-4 т/м2

Насыщенность влагой тоже можно определить простым проверенным способом. Отрыть небольшую (до полуметра глубиной) ямку: если через некоторое время в ней будет скапливаться вода, то грунт можно считать влажным. В противном случае – сухим.

Обобщая сказанное, можно с уверенностью сказать, что для самостоятельного расчета фундамента можно смело использовать данные, приведенные выше. Как правило, тип грунта в данной местности известен.

Пробное вкручивание поможет выявить, насколько общий тип грунта, характерный для близлежащих участков может локально отличаться от среднего.

Расчет и проектирование свайно-винтового фундамента

Точный расчет винтового фундамента выполняет конструкторское бюро. Этот этап входит в список обязательных работ при подготовке проектно-технической документации на возведение здания. При этом учитываются несколько показателей:

определяют тип почвы — эта характеристика влияет на выбор свай и прочность фундамента;
глубина промерзания — к этому показателю добавляют 20-25 см;
глубина пролегания грунтовых вод;
проводится расчет несущей способности 1 сваи;
определяют вес готового здания с учетом строительных материалов.

Расчет и проектирование фундамента выполняет конструкторское бюро.

Оценка несущей способности

Для каждой сваи указывается ее несущая способность. Так, для опоры диаметром 108 мм этот показатель достигает 5-9 т. Ориентироваться только на эти характеристики не следует, т. к. диапазон составляет 4 т.

На это значение влияет и несущая способность почвы, которая изменяется в зависимости от ее типа. Определить вид грунта для дальнейших подсчетов можно 3 способами:

Геологическими изыскательскими работами. В ходе их проведения эксперты пробуривают на участке скважину, берут образцы земли и изучают их. Этот способ дает максимально точные результаты и имеет минимальный поправочный коэффициент — 1,2. Минусом этого варианта является высокая стоимость.
Вкручиванием пробной сваи. Во время установки опоры проверяют крутящий момент. Поправочный коэффициент в этом случае немного выше — 1,25. Недостаток этого метода заключается в необходимости привлечения специалистов.
Бурением скважины своими силами. После достижения нужной глубины из отверстия извлекают грунт и классифицируют его. Поправочный коэффициент достигает 1,6-1,7, однако финансовые затраты минимальные.

Оценка нагрузок

Под нагрузкой принято понимать вес готового строения вместе с мебелью и снежным покровом на крыше в зимнее время. Расчет лучше поручить опытным специалистам, однако приблизительные данные можно вычислить самостоятельно.

Для расчета потребуется несколько показателей:

Площадь стен (внешних и внутренних) и материал.
Площадь междуэтажных перекрытий и материал, из которого они изготовлены.
Площадь крыши и разновидность кровельного материала.
Вес ростверка. Его рекомендуют учитывать только в том случае, если сваи обвязываются железобетонной конструкцией. При использовании деревянного бруса такой ростверк можно не учитывать.

Число свай

Чтобы рассчитать количество опор, суммарное значение нагрузки при строительстве делят на возможную нагрузку 1 сваи. Если полученное число дробное, то его округляют в большую сторону. Например, результат 14,7 будет округлен до 15. Количество опор, полученное в результате расчета по формуле, является минимальным, но не окончательным. Некоторые корректировки вносят с учетом проекта здания

При этом важно учитывать план постройки и материал, используемый для строительства:

Шаг 3000 мм при установке опор применяют, если дом будет из бруса, бревен или построен по каркасной технологии.
Шаг 2000 мм рекомендуется для более тяжелых конструкций, например, дома из шлако-, газо- или пенобетона.
Шаг 3000-3500 используют при возведении легких ограждений.

При расстановке свай важно соблюдать несколько требований:

Опоры должны быть по углам дома и в местах, где несущие стены примыкают к внешним или пересекаются между собой.
В местах прохождения капитальных и наружных стен опоры должны располагаться на равном друг от друга расстоянии. Шаг рассчитывают с учетом строительных материалов.
Пристройки к дому должны иметь отдельный фундамент, не связанный с опорой дома. В целях экономии можно использовать сваи меньшего диаметра.
Если в доме будет камин, печь или котел, то в этом месте устанавливают 2 дополнительные опоры.

Чтобы рассчитать количество опор, вычисляют нагрузку на одну сваю.

Способы вычисления несущей способности по различным параметрам

Несущая способность сваи зависит от целого ряда параметров. Главные из них – материал опоры и виды грунта, с которыми она контактирует при заглублении. Опираясь на данные характеристики можно легко рассчитать необходимое количество элементов свайного фундамента и их геометрические параметры.

Свайные фундаменты

Среди получивших наибольшее распространение в частном домостроении можно выделить следующие свайные фундаменты:

На винтовых сваях;
На забивных опорах;
С помощью буронабивных свай.

Каждый вариант хорош в тех или иных случаях и может использоваться при строительстве зданий различной конструкции и этажности.

Расчет фундамента на винтовых сваях

Винтовые сваи представляют собой стальные трубчатые опоры, оснащенные в нижней части лопастями, облегчающими процесс внедрения в грунт. Для строительства домов используют элементы диаметром 133, 108 и 89 мм. Более тонкие сваи можно применять для монтажа легких конструкций типа беседок и террас.

Фундамент на винтовых сваях

Несущая способность сваи с лопастями зависит от следующих параметров опоры:

Диаметра трубы;
Длины трубы, погруженной в почву;
Диаметра лопастей, распределяющих конечную нагрузку на грунт.

Даже трубы самого большого диаметра не позволяют использовать их для строений из таких сравнительно тяжелых строительных материалов, как кирпич и бетонные стеновые блоки. Для соответствия нагрузке дома даже на таких мощных почвах, как глиняные шаг установки винтовых свай может составлять 0,3 метра, что невыгодно с точки зрения технологии и экономики строительства.

Особенности фундамента на забивных сваях

Максимально возможная несущая способность забивной сваи позволяет широко использовать подобный вид фундаментов даже при строительстве многоэтажных жилых домов. Это способствует их распространению при возведении конструкций высотой до 40-60 метров.

Применение специализированной строительной техники позволяет использовать опоры, длина боковой поверхности которой может составлять десятки метров. Забитая свая нижним концом опирается на высокопрочные скальные породы, передавая им нагрузку от конструкции дома. Прочность материала опоры достаточна для сохранения ее целостности под такой высокой нагрузкой.

В частном домостроении фундамент на забивных сваях распространен очень слабо. Связано это с высокой стоимостью аренды пневматического забивного оборудования и его операторов. Только в крайних случаях строительные инженеры склоняются в пользу такого вида фундамента для двухэтажных частных домов.

Буронабивные сваи – оптимальный вариант фундамента

Буронабивные сваи аналогичны забивным, но монтаж тела опор осуществляется непосредственно на месте строительства. Для этого в грунте бурится отверстие, в которое опускается полая цилиндрическая опалубка в виде труб. Внутрь устанавливается стальной усиливающий каркас и полость заполняется бетоном. Для увеличения несущей способности сваи возможно изготовление ее нижнего конца в виде полусферического или конического расширения.

Важный аспект – материал, из которого изготовлена опора и способ ее изготовления. Максимальная величина характерна для железобетонных заводских стоек. Несущая способность сваи по материалу в расчетах характеризуется коэффициентами, величина которых определяется по соответствующим таблицам.

Фундамент на буронабивных сваях

В процессе бурения первого или пробного шурфа на месте строительства необходимо как можно тщательнее изучить имеющиеся слои грунта, ибо каждый из видов почв обладает различной несущей способностью сваи. Конкретные цифры по каждому виду почв легко найти в соответствующем ГОСТе, который называется «Грунты. Классификация». Эти величины учитывают, когда определяется несущая способность сваи по грунту.

Буронабивная свая, как и забивная, благодаря плотной посадке в почву нагрузку от конструкции дома передает не только своим нижним концом, но и по всей боковой поверхности. Это отличает их от свайных опор и служит неоспоримым преимуществом. Для более тщательного изучения технологии расчета несущей способности сваи рассмотрим ее на конкретном примере.

Заключение

Чтобы грамотно провести расчет фундамента, инженеру требуются прикладные навыки и понимание технологии закладки свайного фундамента.

Требования к вычислениям подробно изложены в нормативных документах и отражают, кроме приведенных в статье формул, анализ рисков на осадку и деформации в зависимости от типа почвы и модели основания, а также другие нюансы строительства.

Самостоятельно заниматься инженерными расчетами допускается в том случае, если планируется возведение легковесной постройки, либо сооружения II или III степеней ответственности. В противном случае стоит проектирование свайного фундамента доверить профессиональной компании, которая имеет для этого все лицензии.