Свайный фундамент: расчет количества свай, несущей способности и нагрузки

0
217

Если имеются сложности с надежной опорой на земельном участке, выбирают свайную конструкцию фундамента. Применение альтернативных технологий в подобных ситуациях сопровождается значительным увеличением трудовых и финансовых затрат. Впрочем, в любом варианте необходим предварительный точный расчет. С помощью материалов данной статьи любой человек сможет подготовить проект самостоятельно без ошибок. О том, что из себя представляет свайный фундамент, расчет количества свай и допустимых нагрузок — читайте далее.

Свайный фундамент: расчет
Винтовой свайный фундамент подходит для быстрой и надежной установки здания на крутом склоне

Технология винтовых свайных фундаментов

Выше приведен только один пример, иллюстрирующий возможные неприятности:

  • Проблемы создает постоянный и сезонный высокий уровень грунтовых вод. При их наличии даже надежный цельный фундамент для дома не способен обеспечить сохранение устойчивого положения.
  • Аналогичные задачи необходимо решать на «слабых» почвах.
  • При большой глубине промерзания не исключено пучение грунта, поэтому приходится устанавливать длинные сваи.

Свайно-винтовой фундамент не применяют в ходе возведения автодорожных мостов, где нагрузки чрезмерны. Но именно он хорошо подходит для бани из дерева и дома из достаточно легких пеноблоков, для металлических эстакад, гаража, навеса для машины.

Монтажная схема опор для откатных ворот
Монтажная схема опор для откатных ворот
Если использовать такое решение для забора, можно сверху установить массивные столбы из кирпича    
Если использовать такое решение для забора, можно сверху установить массивные столбы из кирпича
Прочное основание под печь можно установить в процессе начальной стадии строительства
Прочное основание под печь можно установить в процессе начальной стадии строительства
Надежные опоры для беседки из бревен
Надежные опоры для беседки из бревен

Важно! Даже для теплицы, или другой относительно легкой конструкции необходимо сделать расчет. Он поможет уточнить количество и технические параметры комплектующих деталей.

Разновидности ростверков

По статическому зондированию, либо с применением иной методики, можно выяснить параметры грунта на определенном земельном участке. Если они недостаточны для предполагаемых нагрузок, надо выбрать подходящую технологию для формирования опорных стержней. Именно они помогут стабилизировать конструкцию.

Буронабивная методика
Буронабивная методика

Из этой схемы понятны основные недостатки:

  • требуется применение специальной техники;
  • процесс получается сложный и длительный;
  • необходимо застывание раствора, поэтому будут ограничения по выполнения работ при низкой температуре.

Для корректного сравнения с винтовыми изделиями больше подходят висячие сваи в просадочных грунтах.

Эти железобетонные столбы забивают с применением копера 
Эти железобетонные столбы забивают с применением копера

При погружении наконечник уплотняет грунт, что помогает создать в нижней части опорную область. Для увеличения опорных нагрузок этого не всегда достаточно. Приходится увеличивать размеры всего столба, делать утолщения нижней части. Применяют различные варианты объединения с буронабивной технологией. Например, высверливают широкую скважину. Ее заполняют строительной смесью, в которую погружают железобетонный столб. Но в данном случае придется считаться с упомянутыми выше трудностями, которые сопряжены с применением «мокрых» процессов.

Перечисленные недостатки устранятся при выборе свайно винтового метода. Здесь применяют изделия фабричного производства с известными техническими параметрами. Это исключает возможные ошибки при создании строительной смеси.

Для продолжения монтажа строительных конструкций нужно ждать пока бетонный раствор застынет
Для продолжения монтажа строительных конструкций нужно ждать пока бетонный раствор застынет

Соответствующий срок существенно зависит от температуры, размеров фундамента, его состава. Внутренние полости устраняют вибрационными машинами. При морозе используют специальные добавки. Соединение элементов металлического каркаса также потребует определенных затрат.

Готовые железобетонные столбы весят много
Готовые железобетонные столбы весят много

Качественные изделия такого типа стоят много. Их трудно перевозить, перемещать, забивать в грунт. Не сложно понять, что для работы понадобиться помощь специалистов, мощная техника.

Винтовая свая заворачивается в грунт с применением двух рычагов
Винтовая свая заворачивается в грунт с применением двух рычагов
Для ускорения рабочих операций применяют менее мощную, чем в предыдущем примере, технику
Для ускорения рабочих операций применяют менее мощную, чем в предыдущем примере, технику

При необходимости – эту технологию используют в зимний период.

При выборе сваи достаточной длины ее наконечник погрузится в область плотного грунта
При выборе сваи достаточной длины ее наконечник погрузится в область плотного грунта

Такие опоры можно использовать на заболоченных и других сложных участках. Главное, чтобы часть с лопастями после завершения монтажа оказалась ниже максимального уровня промерзания для данной местности. Это поможет предотвратить выдавливание конструкции силами вспучивания.

Винтовые сваи применяют на склонах, при возведении зданий на сложных по рельефу земельных участках. Для выравнивания по высоте используют нивелир
Винтовые сваи применяют на склонах, при возведении зданий на сложных по рельефу земельных участках. Для выравнивания по высоте используют нивелир

Чтобы исследование было объективным, необходимо отметить не только преимущества, но и недостатки, особенности выбора, монтажа и эксплуатации винтовых фундаментов:

  • Металл подвержен разрушительному воздействию коррозийных процессов. Их интенсивность увеличивается при определенном составе грунтов. Негативное влияние оказывают блуждающие токи. Их образуют сильные электромагнитные поля, присутствующие вблизи ЛЭП, трансформаторных подстанций, вышек радиорелейной и сотовой связи.
  • Ввинчивать сваи вручную вблизи стен невозможно, так как усилия должны одновременно прилагаться с двух сторон. В этом случае не обойтись без специализированного технологического оборудования.
  • Современные изделия этого класса выполнят свои функции в полном объеме на протяжении 50 лет и более того. Но такие показатели обеспечиваются не только правильной установкой. Пригодится качественная антикоррозийная защита поверхностей, отсутствие сварных соединений. Все это увеличивает стоимость.
  • Способность металлических свай удерживать нагрузки не велика по сравнению с железобетонными столбами. Но для решения многих задач бытового строительства ее вполне достаточно.
  • Применение такой технологии затрудняет, либо делает полностью невозможным создание цокольного этажа, подвальных помещений.
Подвальные помещения в этом свайно-плитном железобетонном фундаменте также не предусмотрены
Подвальные помещения в этом свайно-плитном железобетонном фундаменте также не предусмотрены

Важно! Металлический стержень, установленный на достаточную глубину – типичный способ установки заземления. Если для этого подсоединить соответствующий электрический контур к винтовой свае, будет совершена ошибка. Такое подключение ускоряет коррозию.

Плитно-свайные конструкции с применением винтовых опор возводят редко, что объясняется ограничениями по нагрузкам. Чаще всего используют следующую технологию:

  • После изучения геологии и расчетов выбирают подходящие по техническим параметрам изделия.
  • Их вкручивают на глубину, определенную расчетом. Применение винтовых частей упрощает данный процесс. Они являются дополнительными опорами, которые обеспечивают надежную фиксацию в слабых грунтах. Их наличие предотвращает выдавливание столбов силами пучения при заморозках.
  • Выступающие из земли части с применением соответствующего электроинструмента обрезают по необходимому уровню.
  • Для упрочнения полость заполняют цементно-песчаной смесью. Армирование внутри не создают.
  • К верхней кромке с помощью сварочного аппарата прикрепляют прямоугольные площадки. Также для подсоединения иных частей здания применяют металлические закладные, погруженные в бетон при заливке.
Разные виды свайно-ростверкового фундамента
Разные виды свайно-ростверкового фундамента
Тип ростверка Изображение Особенности технологического процесса Типичное применение
Металлическая балка (двутавровая) Для упрочнения основания полость трубы заливают бетоном. Балку приваривают к закладной. Также моно применять винтовое соединение, устанавливать сверху прямоугольную площадку под опору ростверка. Такой фундамент хорошо стыкуется со сборными конструкциями (сэндвич-панели). Обеспечивается высокая скорость монтажных операций, качественные соединения.
Металлический швеллер Узел соединения создается с применением технологий, указанных в предыдущем варианте. Это основания способно выдержать значительные нагрузки. Помимо каркасных конструкций, на них устанавливают кирпичные и деревянные здания. В любом случае необходима хорошая защита металлических частей от коррозии.
Деревянный брус В торцевых частях балок делают отверстия. К опорной площадке винтовой сваи приваривают металлический штырь. Этот узел собирается быстро. С его помощью быстро создают надежное соединение. Такой ростверк отличается легкостью, поэтому он не создает лишние нагрузки на фундамент. Но надо помнить, что подобное решение рассчитано на небольшие нагрузки. Его использую при возведении беседок, бань, пристроек, иных легких строений.
Монолитный бетон Конструкцию заливают, как обычный фундамент соответствующего типа. Используют съемную, или стационарную опалубку, армирование. Предварительно устанавливают закладную в наполнителе полости сваи. Это решение применяют для строительства тяжелых сооружений. Вместо монолита можно применять свайно-ленточные конструкции, устанавливать железобетонные плиты.

Винтовые сваи и расчет допустимых нагрузок

Для правильного выбора изделий следует ознакомиться с актуальным ассортиментом производителей. Необходимо рассчитать нагрузки, которые они способны выдержать и сравнить полученные данные с реальными условиями будущей эксплуатации. Обязательно принимают во внимание плановый срок службы. После комплексного анализа этих факторов можно сделать точные выводы.

Винтовые сваи: типоразмеры

Чтобы купить комплектующие детали для определенного проекта без ошибок, требуется точный расчет. Но предварительно нужно изучить ассортимент современных магазинов. Эта информация поможет уточнить личные требования.

Сваи СВС-108
Сваи СВС-108

В следующей таблице приведены особенности производственной линейки «СВС». Эти изделия созданы с применением сварных соединений.

Наименование (диаметр трубы в мм) Номинальная масса нагрузки в тоннах Цена сваи (250 см)/оголовка в руб. Примечания
57 0,7-0,9 1250-1400/250-280 Эти сваи предназначены для монтажа легких конструкций. В частности, из них делают опоры для ограждений из металлической (полимерной) сетки. Такие заборы не подвергаются большим ветровым нагрузкам. Выбирают длину, достаточную для подземной и верхней части конструкции. В таком варианте вместо типового оголовка применяют заглушку.
76 2,8-3,5 1400-1500/280-360 Такие изделия способны выдержать значительные нагрузки. Из них делают надежные опоры для непрозрачных заборов из профилированных листов. Для дополнительного укрепления конструкции применяют поперечные ребра, устанавливают фундамент ленточного типа.
89 3,8-5 1490-1600/290-370 Этот диаметр трубы подходит для создания опор под объектами «малых архитектурных форм». На таких сваях устанавливают стационарные навесы, беседки, хозяйственные и бытовые пристройки к основному зданию. Они подходят, например, для монтажа камина, печи, крупного котла, другого тяжелого технологического оборудования.
108 5-9,5 1680-1750/300-340 Данный типоразмер является универсальным. Его применят при возведении массивных заборов из кирпича, деревянных и сборных домов. При правильном проектировании и выполнении монтажных технологий постройка будет сохранять устойчивость даже на слабых грунтах.
133 9,5-14 2200-2300/340-400 Эти крупные сваи применяют при строительстве тяжелых сооружений. Именно они подходят для использования наиболее массивных железобетонных связующих элементов (ростверков). Их комбинируют при необходимости с плитными фундаментами.

К сведению! В таблице приведены стоимости стандартных размеров. При увеличении длины, каждые дополнительные 10 см оценивают от 25 до 30 руб., в зависимости от диаметра.

Также надо обращать внимание на следующие нюансы:

  • Качественное производство отличается четкой организацией, применением нормативов (СНиП, ТУ). Соответствие продукции подтверждается официальными сертификатами.
  • Контролируют: отклонение сваи от вертикали, отсутствие дефектов сварных соединений, форму заготовок труб.
  • Производители указывают допустимое усилие, которое не следует превышать в процессе завинчивания.
  • Для упрочнения конструкции толщину лопастей и оголовка делают больше по сравнению со стенками трубы.
  • Увеличивают антикоррозийную стойкость с применением фосфатирования, нанесением краски (толщина слоя от 150 мкм и более). Некоторые производители рекомендуют применять ленту из полимерного материала, которой обматывают трубу на переходе от грунта к воздуху (ширина 20-30 см).
Литой наконечник
Литой наконечник

Отдельно следует изучить эту часть конструкции сваи. Именно она испытывает наибольшие нагрузки в процессе завинчивания, при прохождении через плотные слои грунта. Она же подвергается значительным механическим воздействиям в ходе эксплуатации. Оголовок можно починить при возникновении такой необходимости. Если же оторвется лопасть – ремонт будет затруднен, а соответствующий участок фундамента может разрушиться.

Литые наконечники дороже, чем приведенные выше примеры примерно на 25%-35%. Но их применение позволяет создавать более надежные конструкции. Отсутствие сварных швов обеспечивает повышенную устойчивость к процессам коррозии. Такое основание способно выполнять свои функции 80 лет и более. Поэтому можно получить хорошие экономические результаты. Но в любом случае необходимо применять качественные технологии монтажных операций, учитывать химический состав грунтов, наличие блуждающих токов.

Создание винтовых свай
Создание винтовых свай

При выборе следует отдать предпочтение продукции ответственного производителя. Эти достаточно простые изделия выпускают не только солидные предприятия, но и многочисленные мастерские. Применение кустарных методик не позволяет обеспечить идеальное качество обработки металла, создание надежных соединений.  Известны случаи, когда сварные наконечники после специальной шлифовки поверхности и окраски выдавали за более дорогие, литые модификации.

Предотвратить проблемы поможет тщательная проверка. В магазине следует выяснить происхождение товара, просмотреть подтверждающую сопроводительную документацию, сертификаты.

На качественных изделиях нет потеков краски, следов ржавчины, иных видимых дефектов. Лучше приобретать основные части и оголовки, изготовленные одним производителем
На качественных изделиях нет потеков краски, следов ржавчины, иных видимых дефектов. Лучше приобретать основные части и оголовки, изготовленные одним производителем
Разные виды опор
Разные виды опор

Для решения отдельных инженерных задач используют следующие решения:

  1. Этот вариант предназначен для возведения построек в районах Крайнего Севера, либо при выполнении работ в сильные морозы. Зубчатый наконечник, легче, чем стандартный, погружается в мерзлый грунт. Ширину лопастей уменьшают, до значений, приведенных на рисунке. Толщину стенок увеличивают вплоть до 16 мм.
  2. Такая конструкция подходит для установки столбчатого фундамента в обводненных почвах.
  3. Чтобы при больших морозах силы пучения не вытолкнули сваю, диаметр лопастей увеличивают до 800-850 мм.
Дополнительную лопасть устанавливают для предотвращения перекосов в процессе монтажа. Она увеличивает нагрузочные способности опоры, повышает устойчивость при подвижках грунтов в горизонтальном направлении
Дополнительную лопасть устанавливают для предотвращения перекосов в процессе монтажа. Она увеличивает нагрузочные способности опоры, повышает устойчивость при подвижках грунтов в горизонтальном направлении
При работе с промерзшим грунтом и для вворачивания модифицированных свай ручных усилий может быть недостаточно. Приходится применять специальную технику
При работе с промерзшим грунтом и для вворачивания модифицированных свай ручных усилий может быть недостаточно. Приходится применять специальную технику

Статья по теме:

Фундамент на винтовых сваях своими руками. Эта технология применяется для ускорения строительства не слишком тяжелых зданий, иных архитектурных конструкций. В статье вы найдете пошаговую инструкцию возведения конструкции и полезные советы специалистов.

Допустимые нагрузки на винтовые сваи

Проектирование фундамента начинают с расчета несущей способности сваи. Полученный результат поможет выяснить, какое строение можно будет установить на соответствующие опоры. Следует не забывать, что существенное значение имеет не только прочность конструкции, но и геологические характеристики грунта определенного земельного участка.

Для вычислений используют простую формулу НС=РНС/К, где:

  • НС – искомая величина, несущая способность одного изделия;
  • РНС – расчетная несущая способность эталонной сваи, которую вычисляют, исходя из «идеальных» размеров, прочности почвы;
  • К – поправочный коэффициент, учитывающий возможные изменения значимых параметров.

Расчетную величину выяснить не сложно по формуле РНС=П*СГ, где:

  • П – это площадь винтовой части сваи (берут соответствующие размеры вертикальной проекции узла вместе с центральной частью);
  • СГ – величина сопротивления грунта на земельном участке (таблица с некоторыми значениями приведена ниже).

К сведению! При проведении изысканий надо учитывать, что имеют значение характеристики грунта, который расположен на том же уровне, что и лопасти установленной сваи.

Тип грунта Разновидность СГ в кг эксплуатационной нагрузки на см. кв. на уровне от 150 см и глубже
Песок Размеры фракций 1 мм и меньше 5
1-1,5 мм 8
1,5-2,5 мм 15
2,5-5 мм 15
Суглинки, супеси Мягкие пластичные 3,5
Пластичные тугие 4,5
Полутвердые 5,5
Глина Мягкая пластичная 4
Пластичная тугая 5
Полутвердая 6
Лесс Мягкий пластичный 1

Для вычислений следует учитывать характеристики грунта по предельным состояниям, поэтому нужна высокая точность изыскательских работ. Если заказать комплексный анализ в специализированном предприятии, необходимые данные будут получены.

Для этого в нескольких местах участка выполняется пробное бурение
Для этого в нескольких местах участка выполняется пробное бурение

Образцы грунта проверяют с применением профессиональных методик. Этот вариант дороже, но полученные данные можно будет использовать с минимальным поправочным коэффициентом К (от 1,1 до 1,2) в формуле расчета несущей способности.

Менее точное значение получится при пробном бурении с инструментальным измерением усилий, которые приходится прикладывать к оголовку. Здесь также потребуется привлечение профильных специалистов. Эта методика дешевле и быстрее по сравнению с предыдущим вариантом. Поправочный коэффициент можно устанавливать от 1,2 до 1,25.

Можно самостоятельно вырыть несколько шурфов, проверить распределение и состав грунтов до нужной глубины
Можно самостоятельно вырыть несколько шурфов, проверить распределение и состав грунтов до нужной глубины

Несмотря на повышенную трудоемкость процесса, сложно без профессиональных навыков обеспечить точность полученных результатов. При выборе такой технологии эксперты рекомендуют использовать при расчетах поправочный коэффициент не менее 1,4.

К сведению! На горизонтальную нагрузку приведенные выше расчеты не распространяются.

Калькулятор расчета несущей способности винтовой сваи

В SCAD 21, на специализированном строительном форуме forumhouse, в Лире – не составит труда найти соответствующие блоки. Некоторые инструменты можно использовать в режиме онлайн.

Для расчета несущей способности грунта по СНиП и СП пригодится проектирование с помощью соответствующего программного обеспечения
Для расчета несущей способности грунта по СНиП и СП пригодится проектирование с помощью соответствующего программного обеспечения

В СКАДе или в нашей упрощенной программе в стандартном алгоритме надо выполнить следующие действия:

  • Указывают типоразмер изделия.
  • Отмечают, какой вид грунта преобладает на расчетной глубине установки лопастей опорной конструкции.
  • В отдельной графе делают отметку о методе, который был использован для проверки нагрузочных способностей грунтов. Это необходимо для автоматического определения поправочного коэффициента.

В примере не приведен расчет стоимости. Его делают после уточнений, которые рассмотрены далее.

Расчет свайного 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
Итоговый результат зависит от типа покрытия кровли, дополнительного оборудования

К сведению! В следующем разделе статьи приведено пособие. С его помощью можно узнать, как рассчитать правильно количество свай под фундамент. Необходимо добавить вес постоянных жильцов, гостей. Пригодится небольшой запас по нагрузкам даже при тщательном учете мельчайших деталей. Он предотвратит возникновение опасных и аварийных ситуаций в процессе эксплуатации.

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
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
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
Загородный дом на винтовых сваях

ОТВЕТИТЬ