Расчет количества винтовых свай — особенности метода

Конструктивные особенности свайного фундамента

Винтовой фундамент состоит из двух конструктивных элементов — свайных опор и их обвязки (ростверка). Опоры передают нагрузку, исходящую от здания, на грунт, минуя поверхностные низкоплотные пласты земли и перенося вес дома на глубинную, уплотненную почву.

В зависимости от схемы размещения свай, выделяют два типа винтовых фундаментов:

• с последовательным расположением опор — сваи размещаются на равноудаленном расстоянии друг от друга по периметру внешних и внутренних стен дома;
• с расположением в виде свайного поля — опоры равномерно распределены по всей площади здания.

Исходя из схемы расположения свай выбирается способ их обвязки. Для последовательных свай применяются ленточные ростверки, тогда как сваное поле обвязывается сплошным, плитным ростверком.

Ростверк винтового фундамента выполняет три функции:

• равномерно распределяет между опорами вес дома;
• выступает в качестве опорной поверхности для цокольного перекрытия;
• увеличивает устойчивость свай в грунте.

Устойчивость опор достигается за счет того, что сваи соединяются между собой и начинают работать как единая конструкция, что дает повышенное сопротивление к опрокидывающим нагрузкам и защищает опору от крена, который может произойти с одиночной сваей.

В зависимости от материала, ростверк на сваях может быть монолитным (железобетон) из бруса либо швеллера. Для строительстве тяжелых домов предпочтительна железобетонная обвязка винтового фундамента, для легких домов — брусовая.

к оглавлению ↑

Типы используемых свай

Используемые в фундаментном строительстве винтовые сваи отличаются типом лопастей и диаметром:

• сваи ∅ 57 мм — применяются для возведения легких заборов и навесов;
• сваи ∅ 57 мм — пригодны для возведения легких вспомогательных помещений (сараев, беседок) и тяжелых заборов;
• сваи ∅ 89 мм — используются для каркасных домов, гаражей и одноэтажных построек из легких материалов;
• сваи ∅ 108 мм — имеют высокую несущую способность по материалу (до 6 тонн), позволяют строить дома высотой 1-2 этажа из бруса, сруба, пенобетона.

В малоэтажном строительстве применяются широколопастные сваи, соотношение диаметра ствола и лопастей в которых превышает 1,5.

к оглавлению ↑

Применение фундамента на винтовых сваях

Свайно-винтовой фундамент (СВФ) нетребователен к характеристикам грунта и особенностям ландшафта. Он идеально подходит для установки на местности, где плотные несущие грунтовые слои находятся гораздо ниже отметки поверхности.

Также винтовые сваи выбираются при строительстве зданий на:

• склонах;
• сильно обводненных почвах;
• торфяных грунтах;
• местности, постоянно заливаемой паводком;
• пучинистых почвах;
• подвижных и плавающих грунтах.

Свайные основания сооружаются даже вблизи пролегания разнообразных инфраструктурных коммуникаций и возле деревьев с густой корневой системой, поскольку они не являются преградой для их установки.

Осадка свайного фундамента

Избежать осадки основания на сваях, как и любого другого фундамента, крайне сложно. Это естественный процесс, связанный с продольными сжатиями почвы, а также горизонтальными сдвигами грунтов.

Если при строительстве были допущены оплошности и степень осадки больше допустимой, капитального ремонта основания просто не избежать.

Факторы, которые влияют на осадку фундамента, – это конструкция самой постройки и состав самой почвы. Хотя свайные основания отличаются повышенной стабильностью в любых грунтах, при повышенном содержании глины в них они становятся более пластичными и подвижными. Поэтому в этом случае необходимо тщательно рассчитывать длину свай.

На осадку фундамента влияет масса и размеры несущих стен и внутренних перегородок, наличие арок и т. д. Поэтому она может быть неравномерной с различных сторон строения, но тщательный подбор винтовых свай в соответствии с необходимой в каждом случае несущей способностью позволит избежать проседания конструкции.

При определении осадки считается, что нагрузка равномерно распределена по всему периметру основания, который считают монолитным блоком. Верхняя граница такого условного монолита проходит по оголовкам свайных изделий, нижняя – сквозь их наконечники, а боковые – по крайним рядам винтовых свай. Составленный таким образом разрез фундамента позволяет начертить график уплотняющих напряжений, которые способны выдержать слои грунта.

Допустимые осадки свайно-винтового фундамента приводятся в СНиП    и они определяются типом постройки:

• для панельных и блочных бескаркасных домов осадка максимальная осадка не должна превышать 10 см;
• для сооружений со стальным каркасом допускается максимальная осадка 12 см;
• для зданий из железобетона значение предельно допустимой осадки равно 8 см и т.д.

Расчет осадки методом послойного суммирования

Чаще всего осадку фундамента рассчитывают методом послойного суммирования. Он предполагает определение осадки отдельных слоев грунта, на которые давит фундамент.

Для этого используют формулу Si = h*m*P, где h – толщина слоя почвы, m – коэффициент сжимаемости почвы, который определяют в результате компрессионных экспериментов, P – среднестатистическое уплотняющее давление для каждого слоя. Затем полученные величины для каждого слоя Si складывают и получают общее значение осадки.

Более подробный алгоритм расчета по методу послойного суммирования выглядит таким образом (рисунок ):

1. Строят эпюру (график) Pzp, на которую наносят дополнительные напряжения (уплотняющие давления) на фундамент.
2. Строят график природных давлений Pϫz, предварительно разделив чертеж графика на слои, при этом hi должно быть меньше 0,4b.
3. Определяют осадку Si отдельных слоев почвы, складывают эти величины и получают окончательную осадку фундамента по формулам:

Si = hi*mvi*Pzi, S = ΣSi.

Величина mvi вычисляется в соответствии с данными компрессионных испытаний, а Pzi – по соответствующей эпюре как среднестатистическое дополнительное давление в i-м слое почвы.

Если мы знаем модуль общей деформации каждого слоя почвы E0i, то осадку можно рассчитать по формуле S = Σhi*β/ E0i*Pzi, где коэффициент β согласно СНиП равен 0,8.

При использовании этого метода предусмотрена линейная зависимость между деформациями и напряжениями. Слои рассматривают непосредственно под центром фундамента, исходя из графика максимальных уплотняющих давлений. При построении зависимости Pzp не учитывается слоистость напластований, боковые расширения почвы, а напряжения принимаются во внимание только по вертикали. Выбираем уровень глубины, ниже которого деформации грунта по нашему предположению отсутствуют, исходя из соотношения Pzp меньше или равно 0,2Pϫz (при E0i больше 5 МПа). При этой характеристике меньше 5 МПа Pzp меньше или равно 0,1Pϫz.

Пример расчета свайного поля

Чтобы правильно рассчитать количество необходимых свай для строительства двухэтажного дома размером 6х12 из бруса размером 200х200, необходимо провести следующие расчеты:

1. Если для строительства необходимо 51,9 м3 бруса, масса одного кубометра которого составляет 800 кг, получаем общий вес бруса: 51,9*800 = 41520 кг.
2. Нагрузка, которая приходится от одного этажа строения на фундамент (при расчетной полезной нагрузке, зависящей от количества проживающих в доме людей, составляет по нормативам 150 кг/м2), составляет: 6*12*150 = 10800 кг. В случае двухэтажного дома эту нагрузку увеличивают вдвое и получают 21600 кг.
3. Примерная снеговая нагрузка (при значении норматива 180 кг/м2) составит 6*12*180 = 12960 кг.
4. Складываем все массы: 41520 + 21600 + 12960 = 83 680 кг.
5. Если предельная допустимая нагрузка на сваю составляет 2500 кг, делим 83680 кг на 2500 кг и получаем необходимое количество свай – 34 штуки.

Расчет нагрузки и осадки свайно-винтового фундамента не требует специализированных инженерных знаний и доступен любому владельцу дома, который хочет сэкономить на услугах специализированных проектировочных фирм.

ВконтактеFacebookTwitterLiveJournalОдноклассникиМой мир(1 оценок, среднее: 5,00 из 5)

Определение несущей характеристики

Если в строительстве фундамента используются винтовые сваи, расчет несущей способности просто необходим. От этого зависит множество факторов, в том числе и срок службы всего здания в целом. Для того чтобы провести расчетные работы, следует знать значение сопротивления почвы, а также площадь лопасти, которая расположена на концах винтовой опоры. Но этих значений не хватит, необходимо дополнительно подсчитать число опор, которые будут устанавливаться под здание.

Чтобы получился более верный расчет, следует поделить несущий коэффициент на показатель надежности. Все расчеты и испытания на прочность вписываются в проектную документацию. В соответствии с составленным планом строения, заранее рассчитанное количество свай равномерно расставляют по периметру всего фундамента.

Несущая способность грунта

Несущая способность железобетонной сваи по грунту — один из главных показателей, учитываемых при проектировании основания. Он отражает допустимую внешнюю нагрузку на единицу площади и выражается в кг/см2 или тонн/м2. На несущую способность влияют плотность почвы, её тип и насыщенность влагой. Чрезмерно увлажнённые грунты относятся к проблемным, так как обладают пониженной несущей способностью.

Показатель определяют путём геологических изысканий: бурят скважину и берут несколько проб на разных уровнях. Образцы исследуют в лаборатории. Несущая способность разных видов почвы в кг/см2 представлена в таблице:

Методы показывают различную достоверность для висячих свай и стоек. Чтобы получить более точные результаты, необходимо проводить несколько испытаний и учитывать расположение (кустовое или одиночное), материал столба, уровень грунтовых вод, пучинистость и глубину промерзания.

Фундамент ТИСЭ: строим самостоятельно

Одним из видов свайного или свайно-ростверкового фундамента является фундамент ТИСЭ. Основное отличие его в том, что на конце сваи есть полусферическое (куполообразное) утолщение. Такая форма позволяет использовать свайные фундаменты на пучнистых грунтах, при этом объем земельных работ остается очень небольшим.

Основной недостаток классического свайного фундамента состоит в том, что при сильном пучении опору может просто вытолкнуть. Но так как сама идея очень привлекательна — строится быстро при минимуме затрат — на сложных грунтах стали делать внизу сваи подошву — прямоугольную армированную пластину. Но при таком варианте сразу в разы возрастал объем земельных работ: под каждую сваю необходимо копать котлован размерами больше планируемой подошвы. Зато здание стоит нормально даже на грунтах с сильным морозным пучением.

Свайный фундамент по технологии ТИСЭ имеет куполообразное утолщение в основании каждой опоры

Под сваи, сделанные по технологии ТИСЭ создают похожее утолщение. Но рыть котлованы не нужно. Это расширение формируется при помощи специального ножа, который крепится к фирменному буру. Этот нож и формирует расширенный купол. Далее вся технология почти в точности повторяет процесс возведения свайного или свайно-ростверкового фундамента.

Ранее расширения тоже практиковались, но делать их пытались при помощи микровзрывов или поковыряв лезвием на длинном шесте. Основное новшество в технологии ТИСЭ — это бур с открывающимся регулируемым лезвием. С его помощью сделать расширение подошвы намного легче.

Как работать буром ТИСЭ

Достоинства и недостатки

Фундаменты ТИСЭ быстро набирают популярность: при минимальных дополнительных затратах получается более надежный фундамент. Итак, его достоинства:

• повышенная сопротивляемость силам пучения;
• нагрузка от дома передается на большую площадь, что уменьшает возможность возникновения неравномерных просадок;
• невысокая себестоимость при хороших характеристиках;
• может быть спроектирован для домов из разных материалов, до 3-х этажей в высоту;
• малый объем земельных работ.

Порядок изготовления сваи ТИСЭ

Если для вашего дома рекомендован свайный или свайно-ростверковый фундамент, есть смысл сделать сваи ТИСЭ. При небольшом увеличении объема работ вы получаете значительное повышение надежности. Ведь свайные фундаменты не любят проектировщики за то, что узнать, что за грунт находится под каждой опорой невозможно. Потому и спрогнозировать, насколько надежным и стабильным будет фундамент, не получится. А фундамент ТИСЭ имеет более широкую опору, что снижает риски. Предсказать по прежнему ничего нельзя, но большая площадь распределения нагрузки — это всегда хорошо.

Тем не менее, есть и недостатки. Главный: пятку сваи ТИСЭ нельзя хорошо армировать. Можно опустить арматурный каркас до самого низа, но расширение армированию не поддается. Потому остается возможность того, что это утолщение разрушится.

Сваи ТИСЭ — основа свайно-ростверкового фундамента ТИСЭ

Есть еще один недостаток, но уже из практики применения бура: им работать нелегко. Сама конструкция интересна. Это не лопасть, обернутая вокруг стержня, а некоторая емкость, с составным дном. На пластинах, которые формируют дно, приварены четыре лезвия, поставленные под углом. Когда вы вращаете бур, они взрыхляют землю. Так как дно не сплошное, грунт попадает в корпус, откуда его нужно вынимать.

Участки с перепадом высот

Нужная длина свай зависит не только от того, насколько плотный грунт будет под фундаментом, но и от разницы высот рельефа участка. Если под строительство выбрано место, где наблюдается разница высот, то на низкие места нужно выбрать сваи большей длины, чем те, который будут стоять на верхних точках. Разница в высоте легко определяется с помощью таких инструментов, как отвес, рулетка, нивелир или водяной уровень.

Если разница составляет полметра и больше, к каждой длине изделия следует прибавить примерно 0,5 м. Совет продиктован практикой: часто в процессе устройства фундамента выясняется, что в низинах сваям не хватает нескольких сантиметров.

Несущая способность сваи по сопротивлению материала ствола

Проверка несущей способности сваи по сопротивлению материала ствола выполняется с учетом требований пунктов 3.7 и 3.8 СНиП (пп. 7.1.8, 7.1.9 СП 50-102-2003 или СП ). При этом по п. 3.7 учитывается только первый абзац и длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта принята равной нулю (l0=0).

Проверка прочности материала сваи выполняется в режиме Сопротивление ж/б сечений программы АРБАТ. Из программы ЗАПРОС в АРБАТ передаются тип сечения и размеры сваи, а также расчетная длина и характеристики тяжелого бетона с учетом коэффициента условий работы, учитывающего влияние способа производства свайных работ.

В этом режиме рекомендуется следующий порядок выполнения операций:

• инициализировать в программе ЗАПРОС режим Несущая способность сваи;
• задать исходные данные и выполнить расчет
• на странице Результаты нажать кнопку — Сохранить данные для анализа несущей способности по материалу в программе АРБАТ;
• в появившемся диалоговом окне Дополнительные данные указать способ производства свайных работ и нажать кнопку ОК;
• в диалоговом окне указать директорию и имя файла (с расширением .sav), в котором сохраняются данные, необходимые для проверки несущей способности;
• загрузить программу АРБАТ и инициализировать режим Сопротивление ж/б сечений;
• в разделе меню Файл выбрать операцию Открыть и загрузить ранее указанный файл, сформированный программой ЗАПРОС;
• дополнить недостающие данные, необходимые для проверки сечения сваи (класс продольной и поперечной арматуры, величину защитного слоя, положение, диаметр и количество стержней продольной арматуры, диаметр, шаг, и количество стержней поперечной арматуры);
• выполнить анализ кривых взаимодействия.

Проверка сваи по материалу ствола выполняется как для железобетонного элемента, согласно требований СНиП или СП, регламентирующих расчет железобетонных конструкций (см. п.3.6 СНиП , п. 7.1.7 СП 50-102-2003 или СП ).

Подготовка к расчетам

Данные, которые будут использоваться для подсчета несущей способности свай, получают после проведения геологических процедур и расчета планируемого давления на постройку. Сбор этих данных крайне важная работа, так как именно от них зависит правильность результата подсчетов.

Таблица, которая позволяет определить разновидность грунта по характеристикам.

При подсчетах необходимо учитывать большое количество разнообразных характеристик почвы. Информацию по этим данным можно найти в СНиП, где она разделена по климатическим зонам и представлена в разном виде.

Определение несущей способности свай не может базироваться на данных, собранных на соседних участках.

Даже в пределах одной земельной территории геологические показатели могут довольно сильно варьироваться. Несколько скважин по периметру участка, позволят собрать детальную информацию о качестве грунта. Ошибка в сборе данных может привести к довольно неприятным последствиям.

Вычисление массы постройки проводится с учетом климатического фактора, размещения здания на поверхности относительно направления потоков, количества осадков зимой, веса строительных материалов и оборудования.

Основные схемы размещения на фундаменте

Существуют различные схемы размещения свай:

• Одиночные.
• Свайный куст.
• Свайное поле.
• Свайная лента.

Выбор схемы определяется конфигурацией постройки и порядком распределения нагрузок. Отдельные сваи используются для создания точечных опор под столбы или иные элементы минимальной площади.

Свайные кусты используются при высоких нагрузках не единицу, что бывает при строительстве многоэтажных зданий, крупных ангаров и т.п. Свайное поле применяют для тяжелых построек с равномерным распределением нагрузки по всей площади основания.

Установка опор производится либо продольно-поперечными рядами, либо в шахматном порядке. Ленты необходимы при создании сооружений, имеющих протяженную структуру при малой ширине (набережные, подпорные стенки, ограждения и т.п.).

Необходимо учитывать, что расчетная конфигурация свайного поля не всегда полностью соответствует требованиям СНиП. Нередко возникают ситуации, когда количество опор не соответствует величине нагрузки из-за особенностей размещения.

В таких случаях необходимо увеличить количество свай или несколько скорректировать конфигурацию свайного поля с учетом специфики нагрузок.

От каких факторов зависит шаг?

Минимальным расстоянием между двумя соседними винтовыми сваями является двойной диаметр лопасти.

Максимум ограничивается несущей способностью опор и жесткостью ростверка, испытывающего нагрузку от веса дома.

Каждый пролет между опорами можно рассматривать как балку, жестко закрепленную с двух концов.

Тогда величину нагрузки необходимо рассчитать таким образом, чтобы балка не была деформирована или разрушена, а прогиб в центральной точке не превышал допустимых значений.

На практике обычно поступают проще — на основании многочисленных расчетов и эксплуатационных наблюдений выведено максимальное расстояние между соседними сваями, равное 3 (иногда — 3,5) м.

Эту величину считают критической, если по несущей способности опор получаются пролеты больше 3 м, то добавляют 1 или несколько свай для уменьшения шага.

Онлайн калькулятор фундамента

Чтобы узнать примерную стоимость фундамента типа «ростверк на сваях», воспользуйтесь следующим калькулятором :

Расчет свайного фундамента

Для расчета свайного фундамента , как и любого другого следует вычислить нагрузки на основание F. Для этого складывают вес стен, перекрытий, кровли, снеговую нагрузку и нагрузку на пол. Первые 3 параметра можно вычислить самостоятельно, либо с помощью специальных строительных калькуляторов. Снеговая нагрузка зависит от региона, в котором расположено строение и определяется по СНиП «Нагрузки и воздействия», нагрузка на пол принимается равной 180кг/м2 общей площади сооружения.

Распределение снеговых нагрузок в зависимости от климатических зон Источник

Затем определяется несущая способность сваи по формуле

P= ϒ cr*R0*S+u ϒ cf*fi*hi , где

R0 – нормативное сопротивление грунта под основанием сваи

S – площадь основания

ϒcr – коэффициент условий работы грунтов под основанием

u – периметр сечения

ϒcf – коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности

fi – сопротивление грунта на боковой поверхности

hi – глубина погружения сваи ниже уровня земли.

Площадь основание S круглых свай вычисляется путем перемножения квадрата радиуса сваи на 3,14, периметр – умножением диаметра сечения на 3,14. Диаметр сваи выбирают, исходя из предполагаемого материала опалубки и параметров оборудования, обычно для частного строительства – 200-300 мм.