Как выбрать правильно винтовые сваи для фундамента

Сваи, их длина и применение в строительстве

Длина свай, применяемых в строительстве различна. Выбор сваи необходимой длины зависит от геологического состояния грунтов на участке и обязательно оговаривается в проекте фундамента (строения) на основании соответствующих исследований и проектной нагрузки.

В некоторых случаях необходимую глубину погружения и, соответственно, длину свай определяют пробной забивкой, так же проведением и статического и динамического испытания свай.

Наша компания проводит такие испытания, причем цены на них не низкие, но данные работы себя полностью оправдывают.

Виды фундаментов с ростверком

Ростверк представляет собой верхнюю часть фундамента, с помощью которой объединяются в одно целое оголовки свай, и именно ростверк представляет собой опору для будущего здания. Объединение ростверка и свай осуществляется при помощи специализированной сварки или же путем стандартной заливки бетоном.

По способу монтажа ростверки могут подразделяться на несколько категорий:

• Ленточные – объединяются только соседние сваи;
• Плиточные – связывается каждый отдельный оголовок.

По типу материалов:

• Из бетона с арматурой. Под несущие стены осуществляется монтаж свай, а на глубину и ширину ростверка прорываются траншеи небольшой глубины;
• Подвесной бетонный. Является аналогичным предыдущему варианту, однако особенностью такого фундамента является то, что бетонная лента не соприкасается с грунтом, а устройство компенсационного зазора при этом предоставляет возможность предотвратить разрыв опор при возникновении значительного колебания грунта;
• Железобетонные. Изготовление такого фундамента предусматривает использование двутавра или же широкого металлического швеллера, при этом под несущие стены монтируется швеллер 30, в то время как остальные опоры связываются при помощи швеллера 15-20;
• Из дерева. Крайне редкий вариант, который в последнее время практически не используется;
• Комбинированный. Здесь используются не только металлические несущие элементы, но и бетон.

Этапы расчета

Фундамент рассчитывают за несколько шагов:

• Определение веса дома без учета фундамента.
• Определение снеговой и ветровой нагрузок.
• Определение несущей способности грунта.
• Подбор оптимального типа фундамента.
• Расчет площади подошвы фундамента.

ГдеМатериал рассказал, как армировать фундамент и какую арматуру для этого использовать.

Вес дома без учета фундамента

Если у вас есть смета, то вам повезло: для расчета веса дома достаточно узнать вес всех материалов. Если же нет, то вам придется ее составить. Далее рассчитываем объем каждого материала в смете, считаем вес и складываем. Так получаем суммарное давление на фундамент дома.

Мы не будем приводить здесь массу всевозможных материалов, потому что их выбор огромен. Эти характеристики вместе со всеми необходимыми материалами можно легко найти в каталоге ГдеМатериал.  Перечислим только основные элементы строения, необходимые для расчета фундамента:

• Вес стен зависит от строительного материала из которого они сделаны.
• Давление от элементов крыши. В конструкцию крыши входят — стропила, обрешетка, кровля, утеплитель.
• Вес межэтажных перекрытий определяется материалом самих перекрытий и плотностью используемого утеплителя.
• Эксплуатационная или полезная нагрузка. Сюда входит вес мебели, одежды, различной домашней техники — всего, что не является частью строительных конструкций. Эта нагрузка распределяется равномерно по всей площади перекрытий. В среднем для цокольного и межэтажного перекрытия жилых домов она составляет 210 кг/м2, для чердачного перекрытия 105 кг/м2.

Снеговая  нагрузка

Отлична в каждом районе. Вес снегового покрова в вашей местности прописан в «СНиП * НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ». В этом СНиП в приложении 5 есть карта, по которой можно определить эти данные. Вот некоторые из них:

Все значения приведены для горизонтальной проекции крыши — снежный покров давит на нее только сверху вниз. Поэтому при расчете необходимо брать не площадь крыши, а только площадь ее горизонтальной проекции.

Ветровая нагрузка

Рассчитать давление от ветра достаточно сложно. Оно зависит от многих факторов: расположение относительно направления ветра, материал стен и крыши, от форма сооружения и т.д.

Но его можно посчитать по упрощенной формуле:

Ветровая нагрузка = (15 * h + 40)*S,

где h – высота от уровня земли до верхней точки строения, S – площадь здания.

Несущая способность грунта

На каждом строительном участке грунт может быть абсолютно разным. Даже если у соседа один вид грунта, то на вашем участке он может быть совершенно другой.

В зависимости от того, какие виды грунтов залегают на участке, меняется несущая способность основания. Для расчетов чаще всего необходимо значение, которое показывает максимальную нагрузку в кг на 1 см2 площади. Классификация грунтов по прочности:

Теперь можно подбирать оптимальный тип фундамента и рассчитывать его. Сделаем это на примере.

Расчет необходимого количества бетона

Поскольку большинство создаваемых бетонных конструкций имеют сложную геометрическую форму, расчет их объема можно облегчить, применяя разбивку всей конструкции на более простые детали. Такой способ обеспечивает быстроту проведения расчета. При наличии армирующих элементов, которые обычно составляют 5 — 10% общего объема заливки, эту погрешность можно не учитывать и отнести к монтажным потерям.

Как рассчитать объем бетона на сваи

Столбчатый фундамент представляет собой сваи, погруженные в почву, или заливки армированного бетона в заранее пробуренные скважины. Такой вид фундамента применяется для возведения легких строений на вспучивающихся грунтах или при глубоком залегании несущего слоя и является популярной конструкцией, благодаря простоте изготовления и достаточно большой экономии строительных материалов. При круглом сечении фундаментов столбиков расчет проводится, исходя из площади поперечного сечения по формуле:

S = х R2где

R – радиус столбика;

Результат необходимо умножить на высоту (Н) и количество столбиков.

Так, при диаметре столика 0,2 м имеем поперечное сечение 3,14 х (0,1 м)2 = 0,0314 м2 , при его высоте 2 м требуемый объем бетона для одного изделия составляет 0,0628 м3. По этой методике можно рассчитать объем бетона для свай любого размера.

Для свай квадратного сечения расчет проводится аналогично.

Как рассчитать объем бетона для ленточного фундамента

Ленточный фундамент получил широкую популярность при дачном и малоэтажном строительстве, поскольку обладает хорошими прочностными характеристиками и отличается простотой укладки. Объем любого ленточного фундамента можно рассчитать, зная ширину и высоту его ленты. Поскольку лента фундамента имеет прямоугольное сечение, то для определения его площади достаточно перемножить эти показатели. Для определения полного объема фундамента площадь сечения умножается на длину фундаментной ленты.

Знать, как проверить качество бетона — один из ключевых моментов при постройке крепких сооружений.

Подробная и наглядная статья про бетонирование пола в гараже.

Щебень — один из наиболее популярных наполнителей для тяжёлых бетонов. Вам нужен щебень? Посмотрите в нашем каталоге.

Итак, полный объем фундамента складывается из суммы объемов его частей с различной геометрией, каждая из которых определяется по формуле:

V = S x Lгде:

S — площадь поперечного сечения фундаментной ленты (в метрах),

L – общая длина ленты фундамента (в метрах).

Например, при однородном сечении ленты фундамента по всей длине объем необходимого бетона при длине ленты 28 м и ее сечении 0,16 м2 составит:

V = 28 х 0,16 = 4,48 м3

Если сечение фундаментной ленты различно: 0,2 м2 на длине 8 м; 0,16 м2 на длине 12 м и 0,25 м2 на длине 8 м, то расход бетона составит

V = 12 х 0,16 + 8 х 0,2 + 8 х 0,25 = 5,52 м3.

Как рассчитать объем бетона для плитного фундамента

Плитный фундамент представляет собой железобетонный монолит, располагающийся под всей площадью строения. Этот вид фундамента используется:

на сложных (плавающих грунтах);

при отсутствии в проектируемом помещении подвала;

при использовании плиты в качестве основания для пола здания.

Фундамент такого типа оказывает очень небольшое (до 0,1 кг/см2) давление на грунт и обладает высокой жесткостью, которая позволяет ему выдерживать разнонаправленные нагрузки без разрушения и образования трещин. Обычно при формировании плитного фундамента используют ребра жесткости, объем которых необходимо учитывать при расчете количества требуемого бетона.

Объем плитного фундамента для объекта простой конфигурации определяется по формуле:

V = S x Hгде:

S – площадь плиты;

H – толщина плиты.

Так, при длине плиты 10 м, ширине 5 м и высоте 0,15 м объем необходимого бетона будет составлять

V = 10 х 5 х 0,15=7,5 м3.

При наличии ребер жесткости отдельно вычисляется их объем.

Например:

V1 =0,12;V3=0,15; V2=0,12; V4= 0,15 м3.

Складывая полученные результаты с объемом основной плиты, получаем полный объем необходимого бетона:

V =7,5+0,15+0,15+0,12+0,12=8,04 м3.

Как рассчитать объем бетона для заливки пола

Стяжка пола формируется для выравнивания покрытия при дальнейшем декорировании. В зависимости от состава бетона и решаемых задач толщина стяжки может составлять 40 – 100 мм, поскольку более тонкая стяжка подвержена преждевременному разрушению и растрескиванию. Заливку стяжки следует осуществлять за один раз, образуя монолит, при этом недостаток материала может пагубно повлиять на качество конструкции, поэтому к расчету объема необходимых материалов нужно подойти очень ответственно. В случае, если стяжка укладывается на горизонтальную поверхность, объем необходимого материала рассчитать очень просто. Он производится по формуле:

V = S x Hгде:

S – площадь поверхности стяжки;

H – толщина стяжки.

Так, при площади помещения S = 20 м2 и толщине стяжки H = 0,07 м необходимый объем смеси будет составлять

V = 20 х 0,07 = 1,4 м3.

Сложнее дело обстоит, если базовая поверхность не горизонтальна, и стяжка имеет неодинаковую толщину на всей площади. В этом случае приходится оперировать средними величинами толщины стяжки, что приводит к неточности.

Исходные данные

Перед проектированием любого типа фундамента необходимо провести геологические изыскания почвы на участке.

Сведения, которые понадобятся при вычислении параметров основания:

• тип грунта;
• физико-механические свойства почвы;
• наличие слоев в грунте, склонных к плывучести, карманов выветривания;
• глубина сезонного промерзания;
• уровень грунтовых вод;
• возможность размыва пластов около фундамента и т.д.

Результаты исследования позволят судить о несущей способности участка и, как следствие, подобрать количество опорных элементов, а также опорную площадь фундамента.

На значение параметров также оказывают влияние суммарные нагрузки в результате давления проектного сооружения на грунт. При этом учитывают вес стен, перекрытий, кровли, а также полезную и снеговую нагрузку.

Требования к проведению вычислений изложены в нормативной документации для строительства свайно-ростверковых оснований:

Сваи: длина промышленных свай

Выпускаются готовые забивные сваи, длина которых колеблется от 3-х до 16-ти метров . В отдельных случаях, возможно изготовление и более длинных свай. Однако если есть необходимость осуществить глубокое погружения свай – чаще применяют составные сваи.

По способу взаимодействия с грунтом, сваи разделяют на:

• Сваи-стойки, которые опираются на плотный грунт или скальное основание, достигая проектной глубины.

• Висячие сваи – те, которые способны нести проектную нагрузку за счет сил бокового трения.

Также сваи могут отличаться по способу погружения в грунт:

• Забивка – наиболее распространенный и технологически отработанный способ погружения свай.
• Вдавливание – наиболее безопасный для соседних построек, но и весьма дорогой способ погружения, связанный с применением дорогостоящей техники.
• Вибропогружение – также требует специфического и часто дорогого оборудования – вибропогружателей.
• Завинчивание – применим только для винтовых свай.
• Комбинированные — сочетающие разные способы из перечисленных выше.

Смотрите так же:

Забивные сваи: длина и материал

Изготавливают сваи их различных материалов:

• Железобетонные сваи – самый распространенный вид свай.

• Стальные сваи – как правило, винтовые.

• Бетонные сваи

• Деревянные – многие свайные сооружения в Санкт-Петербурге еще со времен Петра до сих пор стоят на деревянных сваях.

• Грунтовые и комбинированные сваи встречаются редко.

Сваи, погружаемые забивным способом, как правило, не превышают 16 метров. Забивные сваи, длина которых больше – чаще всего погружаются с использованием комплексных методов и в большинстве случаев – составные.

Консультации по сваям

Наши специалисты всегда готовы дать квалифицированную консультацию по сваям: их длине, способам погружения, особенностям свай из различных материалов и их стоимости.

В ряде случаев мы готовы выехать для таких консультаций на Ваш участок.

Обращайтесь – мы решаем любые вопросы, связанные с применением свай в строительстве Вашего объекта.

Полезные материалы

Буроопускные сваи

Буроопускные сваи погружаются в скважину, диаметр которой превышает идентичные параметры самой конструкции, а оставшийся зазор заполняется раствором.

Железобетонные сваи, виды

В строительстве используются различные конструкции из бетона: плиты, балки и многое другое, но особого внимания заслуживают различные разновидности железобетонных свай.

Грунтоцементные сваи, технология

Технология грунтоцементных свай представляет собой создание мощных подземных колонн путем смешивания цементного молока и грунта в месте расположения будущей сваи.

Расчет шага свай

Надежность фундамента напрямую зависит от шага монтажа винтовых свай. На опоры переносится вес постройки, а они передают нагрузки на грунт. Дистанция между фундаментными сваями зависит от общего веса строения и характеристик грунта.

Полезную нагрузку определяют по ТУ или СНиП. Так, жилой одноэтажный дом создает нагрузку около 150 кг на 1 м² площади. Нагрузки, создаваемые ветром и снегом, берут из справочников, исходя из региона строительства. Коэффициент запаса принимают 1,1-1,25.

Сваи под дом из бруса или каркасный монтируют на максимальном расстоянии друг от друга 3 м. Часто дистанцию сокращают вплоть до 1 м. Точное расстояние можно определить только путем расчета. В случае строительства неответственных и временных зданий такой расчет допускается не делать.

При подсчете шага учитывают протяженность ростверковых балок, опорными точками для обоих концов которых является оголовок сваи. Это правило распространяется как на брусовый, так и на каркасный дом. Если предусмотрен бетонный ростверк, то оно не действует.

Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы

При расчете ленточного фундамента необходимо будет определить два его параметра:

• глубина заложения + высота цоколя = высота;
• ширина ленты;

Третий — длина — известен. Это сумма длин всех стен, под которыми будет закладываться фундамент.

Глубина заложения во многом определяется в зависимости от типа находящихся под подошвой грунтов. Общие рекомендации можно найти в таблице, а описание определения глубины заложения  читайте в статье «Какой глубины должен быть фундамент».

Таблица с рекомендуемой глубиной заложения фундамента в зависимости от типа грунта и уровня подземных вод (для увеличения размеров картинки щелкните по ней правой клавишей мыши)

Пусть мы примем, что глубина залегания фундамента для наших условий — ниже уровня промерзания грунта, высота цоколя — 20 см. Грунт промерзает в нашем регионе на 1,4 м. По рекомендациям фундамент должен находится на 15 см ниже уровня промерзания. Получаем общую высоту: 1,4 м + 0,2 м + 0,15 м = 1,75 м.

Теперь нужно рассчитать ширину ленточного фундамента. Она зависит от расстояния, на котором находятся стены и материала, из которого будем его строить. Рекомендованные значения  приведены в таблице.

Выбираете ширину фундамента в зависимости от материала и расстояния между стенами (для увеличения размеров картинки щелкните по ней правой клавишей мыши)

Расчет нагрузки на фундамент

Теперь нужно найти, с какой силой будет давить дом на фундамент. Для этого общую массу дома (масса всех элементов + полезная нагрузка + снеговая) делим на площадь фундамента.

Площадь ленточного фундамента находим умножив ее длину на выбранную в предыдущем пункте ширину. Потом общую нагрузку от дома делим на площадь фундамента в квадратных сантиметрах. Получаем удельную нагрузку на каждый квадратный сантиметр ленточного фундамента.

Пример. Пусть нагрузка от дома 408000 кг, площадь ленточного фундамента (длинна 4400 см, ширина 30 см)  — 132000 см2. Разделив эти значения, получаем: на каждый сантиметр давит 3,09 кг.

Теперь необходимо узнать, выдержат ли грунты под подошвой фундамента это значение. Любой грунт в состоянии выдержать какое-то давление. Эти значения просчитаны и занесены в таблицу. Находим тип грунта под подошвой фундамента (определяется геологическими исследованиями) и смотрим его удельную несущую способность.

Несущая способность грунтов — сравниваем найденную нагрузку от дома с нормативной для вашего грунта

Если несущая способность грунта больше чем нагрузка от дома, все выбрано правильно. Если нет, необходимо вносить корректировки.

Преимущества забивных железобетонных свай

Несколько слов о преимуществах и недостатках забивных опор:

Винтовые металлические или забивные ж/б сваи — что выбрать?

Этот вопрос появляется у многих, кто выбрал основание для дома — сваи, но ещё не определился с их видом. Начнём сравнение с винтовых свай (назовём их ВС).

• На них можно ставить любые деревянные дома — из крупного бревна, каркасно-бревенчатые, брусовые и др. Разница заключается в несущей способности. У металлических опор она в 2 раза ниже. При этом, сэкономить на количестве не получится — шаг при проектировании одинаковый. ВС больше подходят для лёгких конструкций: хозяйственных построек, бань, гаражей. Что касается материала, то ВС подвержены коррозии, следовательно, прослужат меньше забивных.
• Когда речь идёт о строительстве большого бревенчатого коттеджа, рекомендуем остановиться на забивных ж/б опорах. Каждая из них выдерживает от 9 до 60 тонн в зависимости от сечения, в то время как винтовая не больше 10 тонн.
• Установка ВС при сильно кислой почве может быть опасной из-за быстрой коррозии. Зато при обводненной и почве с резким перепадом высоты предпочтительнее именно этот вариант, так как ж/б конструкции могут просесть глубже из-за узкого основания.
• Разница в монтаже следующая: для забивных нужно обязательно использовать спецтехнику, в том числе и для доставки. ВС можно устанавливать ручным и электромеханическим способом, иногда ямобуром. Это единственный доступный вариант, если к участку нет проезда или доступ крупной техники затруднён.

Компания «Изба» изготовит для вас любой вид свайного фундамента, в зависимости от веса сруба, типа грунта и личных предпочтений. Мы предоставляем гарантию не только на сруб, но и на фундамент, поэтому работать с нами надёжно.

Особенности расчета

Определяясь с шагом винтовых свай, следует соблюдать разумные доводы. Слишком большое расстояние между опорами приведет к просадке дома, а маленькое – к перерасходу материальных средств. В связи с этим, специалисты рекомендуют выполнять расчет, учитывающий:

• фактическую массу надземных конструкций и отделочных материалов;
• примерный вес мебели и оборудования, включая коммуникационные системы;
• снеговые и ветровые нагрузки;
• несущую способность грунта (точное значение принимается по расчету);
• технические характеристики винтовых свай;
• коэффициент запаса.

Полезная нагрузка при расчете шага установки свай определяется по соответствующим СНиП или техническим условиям. К примеру, для одноэтажного жилого дома она составляет около 150кг, приходящихся на квадратный метр площади. Показатели снеговых и ветровых нагрузок принимаются по справочникам, в зависимости от региона строительства объекта. А коэффициент запаса, как правило, составляет 1,1-1,25.

Несущая способность свай прямо пропорциональна диаметру металлической трубы, числу, форме и размеру лопастей.

Сам расчет требуемого для фундамента количества винтовых опор достаточно прост. Их число и линейные размеры несущих стен в плане оказывают влияние на шаг установки свай. Суммарная нагрузка делится на несущую способность одной металлической опоры. В результате получается требуемое число свай, которые с равным шагом распределяются по периметру ограждающих конструкций дома.

Другой вариант расчета сводится к определению усилий, воздействующих на один погонный метр ростверка. Для этого общая нагрузка делится на длину всех несущих стен, после чего полученный результат еще раз делится на несущую способность выбранных винтовых свай. В итоге получается число опор, требуемых для поддержания одного метра обвязки, находящейся под нагрузкой. Дальнейший расчет сводится к тому, чтобы узнать, с каким шагом следует устанавливать сваи, чтобы фундамент смог выдержать расчетные усилия. Такой способ предназначается для массивных строений.

Несущая способность металлических винтовых свай указывается производителем в технической документации. С приблизительными параметрами можно ознакомиться по таблице.

Следующим после расчета этапом является схематичная расстановка винтовых свай в плане фундамента. Как отмечалось ранее, они в обязательном порядке должны присутствовать в углах, под колоннами и в местах сопряжения несущих стен. Остальные сваи распределяются равномерно между основными опорами. Таким образом выясняется точный шаг между винтовыми сваями.

Наглядные вычисления

Для примера можно взять расчет одноэтажного дома из бруса размером 6*6 метров. Объем древесины вычисляется в зависимости от толщины стен и высоты строения, с учетом крыши. Допустим, что он составляет 20 тыс. кубометров. Число умножаем на вес одного куба древесины (в нашем случае – 800кг). В итоге получаем общую нагрузку 16 тонн. Сюда прибавляем вес кровельных и отделочных материалов (допустим, 2 тонны).

• полезную нагрузку – 36м2*150кг/м2, что составляет 5,4 тонны;
• снеговую нагрузку – 36м2*120кг/м2, что составляет 4,32 тонны.

После суммирования получаем цифру – 27,72 тонны, которую умножаем на коэффициент запаса – 1,1. В результате, при расчете количества винтовых свай используем показатель нагрузки – 27,72*1,1=30,492т. Приняв за основу сваи диаметром 89мм с расчетной нагрузкой 2 тонны, получаем минимальное число свай – 30,492/2=16 штук, которые равномерно распределяем по внешнему периметру дома. Дополнительные опоры могут устанавливаться, к примеру, для половых лаг.

Для двухэтажного дома полезная нагрузка увеличивается вдвое.

Приведенный расчет не является точным. В каждом конкретном случае возникают дополнительные усилия, появляются внутренние несущие конструкции, столбы, оборудование и т.д. Нередко отделочные материалы значительно увеличивают массу дома. Все нюансы должны учитываться в индивидуальном проекте, устанавливающем шаг фундаментных опор.

Расстояние между сваями для каркасного дома

Строительство свайным методом – экономичный и надежный способ. При его использовании учитывают:

• расстояние между винтовыми сваями для каркасного дома;Чертеж с размерами расстояний между сваями в основании здания
• порядок размещения свай;
• расстояние между стойками в каркасном доме;
• способы углубления опор.

Рассчитать расстояние между стойками каркасного дома можно самостоятельно. На основании этого составить смету, список материалов.

Как рассчитать шаг установки винтовых свай

Просчитав предполагаемую нагрузку, можно определить, сколько нужно опор и вычислить необходимые промежутки между ними. От правильных расчетов зависит время эксплуатации здания.

Шаг установки винтовых свай под одноэтажное здание с мансардой

Для определения количества:

• проводят анализ грунта на участке под застройку;
• определяют площадь дома;
• вычисляют предполагаемую нагрузку на грунт;
• делают расчет по формуле: Площадь основания сваи умножить на сопротивление и общую массу нагрузки разделить на полученный результат.

Нагрузку можно определить по СНиП или техническим условиям. Результат вычисления – нужное количество опор. Длину здания по периметру делим на количество свай. Полученный результат необходимо откорректировать в зависимости от материала опоры:

• для деревянных минимально допустимый шаг не больше семидесяти сантиметров;
• для железобетонных – не больше 90.

Максимальный шаг зависит от установки: один ряд – 1,33 м, два ряда – 2,67 метра. Смотрите видео о расстоянии между сваями фундамента.

Порядок размещения свай

По тому, какое распределение выбрано, подразделяют несколько видов размещения:

1. Одиночное – опоры ставят по углам фундамента. А также по отдельным стенам и по центру.
2. Ленточное – сваи идут по линии одной стены по периметру фундамента и под перегородками.
3. Сплошное – свайное поле с рядным расположением или в шахматном порядке.

   Существующие варианты размещения свай под домом

4. Кустовое – группа из нескольких опор устанавливается в местах предполагаемой максимальной нагрузки.

Последний вид широко применяют при строительстве высотных зданий с массивными колоннами.

Какую информацию нужно предварительно собрать?

Выбор свай фундамента по отношению к влияющим факторам

1. Получить подробную информацию о состоянии почв, высоте водных горизонтов и степени подвижности отдельных слоев.
2. Разработайте дизайн будущего дома, учитывая используемые строительные материалы, также предусмотрите погрешность для мебели и других материалов.
3. Рассчитайте, сколько по весу всех строительных материалов вам нужно для постройки дома.
4. Уточните глубину слоев твердых пород и степень их заморозки.
5. Выберите оптимальный тип должности и ее характеристики.
6. Рассчитать допустимую нагрузку на единицу площади грунта, а также допустимое количество опорных конструкций.

Как правило, при проектировании таких фундаментов необходимо собрать всю информацию о будущем здании и строительной площадке. Это сложные инженерные расчеты, которые должен выполнять профессиональный строитель с опытом работы в этой области.

Кроме того, учитывая открытое пространство между домом и землей, деформация конструкции под воздействием ветра неизбежна и должна обязательно учитываться.

При расчете таких фундаментов иногда учитывается также, сколько и какого типа гидроизоляционных материалов необходимо для защиты фундамента. Проектирование и расчет таких фундаментов состоит из нескольких ключевых этапов:

• Выбор оптимального диаметра используемых полюсов;
• расчет максимально допустимой длины конструкции;
• расчет минимального количества материала, на котором будут размещены стойки;
• Расчет несущей способности буронабивных свай как альтернатива сборным сваям;
• расчет и выбор леса.

На этапе проектирования необходимо сразу определить, какой тип конструкции будет использоваться. Ведь от их характеристик зависит максимально возможное количество конструкций, их допустимый диаметр и технология строительства.

Выбор оптимального диаметра конструкции

Способы применения свай для фундамента различного диаметра

Понятно, что каждый тип рассчитан на свою допустимую нагрузку, поэтому в некоторых случаях профессионалы считают диаметр самостоятельно и подгоняют под заводские нормы. Итак, сейчас на рынке строительных материалов можно заказать конструкции с диаметром 57, 76, 89 и 108 мм. Подбираются они по некоторым правилам:

1. Диаметр 57 мм рассчитан на небольшую нагрузку, поэтому часто используется для возведения фундаментов для заборов, сараев, других хозяйственных построек небольшой массы.
2. Диаметр 76 мм рассчитан на максимальную нагрузку до 3 тонн, поэтому используется для строительства легких хозяйственных построек.
3. Диаметр 89 мм уже отличается большей несущей способностью, выдерживает нагрузку до 5 тонн на единицу, поэтому оптимален для возведения жилых одноэтажных каркасных зданий.

А вот диаметр 108 мм уже способен нести на себе каркасные жилые здания с несколькими этажами. Только возводить их нужно из относительно легких строительных материалов, ведь допустимая нагрузка на одну сваю составляет до 7 тонн.

Расчет сваи

На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:

• шаг свай;
• длина сваи до края ростверка;
• сечение.

Чаще всего размеры сечения определяют заранее, а остальные показатели подбирают исходя их имеющихся данных. Таким образом, результатом расчета должны стать расстояние между сваями и их длина.

Расположение арматуры

Всю массу здания, полученную на предыдущем этапе, требуется разделить на общую длину ростверка. При этом учитываются как наружные, так и внутренние стены. Результатом деления станет нагрузка на каждый пог.м фундаментов.

Несущую способность одного элемента фундамента можно найти по формуле: P = (0,7 R S) + (u 0,8 fin li), где:

• P — нагрузка, которую без разрушения выдерживает одна свая;
• R — прочность почвы, которую можно найти по таблицам, представленным ниже после изучения состава грунта;
• S — площадь сечения сваи в нижней части, для круглой сваи формула выглядит следующим образом: S = 3,14*r2/2 (здесь r — это радиус окружности);
• u — периметр элемента фундамента, можно найти по формуле периметра окружности для круглого элемента;
• fin — сопротивление почвы по боковым сторонам элемента фундамента, см. таблицу для глинистых грунтов выше;
• li — толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (находят для каждого слоя почвы отдельно);
• 0,7 и 0,8 — это коэффициенты.

Шаг фундаментов рассчитывается по более простой формуле: l = P/Q, где Q—это масса дома на пог.м фундамента, найденная ранее. Чтобы найти расстояние между буронабивными сваями в свету, из найденной величины просто вычитают ширину одного элемента фундамента.

При выполнении расчетов рекомендуется рассмотреть несколько вариантов с разными длинами элементов. После этого будет легко подобрать наиболее экономичный.

Армирование буронабивных свай выполняется в соответствии с нормативными документами. Арматурные каркасы состоят из рабочей арматуры и хомутов. Первая берет на себя изгибающие воздействия, а вторые обеспечивают совместную работу отдельных стержней.

Каркасы для буронабивных свай подбираются в зависимости от нагрузки и размеров сечения. Рабочая арматура устанавливается в вертикальном положении, для нее используют стальные стержни D от 10 до 16 мм. При этом выбирают материал класса А400 (с периодическим профилем). Для изготовления поперечных хомутов потребуется закупить гладкую арматуру класса А240. D = минимум 6-8 мм.

Сортамент стальной арматуры

Каркасы буронабивных свай устанавливаются так, чтобы металл не доходил за край бетона на 2-3 см. Это нужно для обеспечения защитного слоя, который предотвратить появление коррозии (ржавчины на арматуре).

Основные схемы размещения

Существует несколько разновидностей схем расположения свай:

• Свайное поле.
• Свайный куст.
• Свайная полоса.

Свайное поле представляет собой участок с равномерно распределенными по всей площади опорами.

Используется для жилых или вспомогательных построек, обладающих подходящим весом, этажностью и материалом для использования винтовых свай. Свайные кусты применяются для создания опорной конструкции под точечные объекты — вышки электропередач или мобильной связи, колонны, трубы котельных и т.п.

Свайные полосы служат фундаментом для линейных сооружений — ограждений, заборов, набережных и т.п.

При проектировании схемы расстановки опор учитывается конфигурация, геометрические и функциональные особенности всех элементов сооружения. Нередко используются смешанные, или комбинированные схемы расположения свай, когда совместно со свайным полем наблюдаются участки с кустами и полосами.

Необходимо учитывать, что минимальное расстояние между соседними сваями не должно превышать 2 диаметра, а между соседними рядами — 3 диаметра режущих лопастей. Это важно, так как при погружении грунт теряет свою плотность, на восстановление которой уходит большое количество времени.

Расчет фундамента на изгиб

Многие строители не раз сталкивались с проблемой изгиба несущей конструкции через неверно подобранные материалы или ошибки в расчетах. Соответственно, смета уже никуда не годится, ее нужно оперативно переделывать и проводить новые расчеты. Поэтому в строительных нормах четко указано, что расчет на изгиб проводится только в сечении по грани колонны и по внешнему контуру ростверка.

Есть несколько методик расчетов на изгиб, но подбираются они в каждом конкретном случае индивидуально, исходя от внешних условий. Самый быстрый вариант – это суммирование всех моментов от реакций запроектированных свай, дополнительно учитываются локальные нагрузки.

Схема армированной сваи.

Но такая методика используется, если используются железобетонные сваи. А вот когда используется стальная свайная конструкция, тогда лучше брать методику расчета по сечению колонн. Также таким методом рассчитывается и необходимое количество, и допустимый максимальный диаметр арматуры.

Глубина залегания грунта с достаточной несущей способностью

Чтобы фундамент воспринимал нагрузки от здания и передавал их на основание лопасть сваи должна закрепиться в грунте с достаточной несущей способностью мощностью слоя не менее трех диаметров лопасти. Не менее важно при этом подобрать и правильную конфигурацию лопасти, которая минимально нарушит структуру грунта и позволит избежать снижения его несущей способности (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»).

Грунт с достаточной несущей способностью – имеющий относительно высокие прочностные и деформационные характеристики (подробнее о несущей способности грунта и о том, как она определяется в статье «Несущая способность винтовой сваи»). Он расположен всегда ниже глубины промерзания. Это связано с тем, что в большинстве грунтов в пределах этого слоя происходит действие сил морозного пучения. Что касается регионов с незначительной глубиной промерзания, то здесь необходимо учитывать толщину почвенно-растительного слоя.

Однако интересующий слой может быть расположен на более значительной глубине. Применять в этом случае длинные сваи или другой тип фундамента не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Здесь нужна комплексная оценка грунтовых условий в верхней части геологического разреза. Если знать механические характеристики этого слоя, то можно подобрать такой тип фундамента и конструкцию сваи, которые обеспечат надежность и экономичность решения.

Однако если выполнять весь комплекс инженерно-геологических изысканий, то экономии можно не достичь, так как стоимость таких изысканий довольно велика. Как сказано выше, для принятия правильного решения достаточно получить только механические характеристики, поэтому из всего комплекса изысканий можно выполнить часть работ, что поможет значительно удешевить процедуру.

Определить механические характеристики грунта и уровень залегания слоя с достаточной несущей способностью возможно с помощью экспресс-геологии. Это простая и сравнительно недорогая процедура, включающая все необходимые исследования (подробнее «Экспресс-геология (геолого-литологические и геотехнические исследования площадки строительства) и измерение коррозионной активности грунтов»).

Часто компании, которые строят фундаменты из винтовых свай, предлагают для уточнения условий участка выполнить пробное завинчивание, которое не является методом исследования грунта.

Для применяющих данный метод основным является принцип: «Если свая тяжело крутится на предполагаемой глубине установки, то ее несущая способность является достаточной», который не обеспечивает получение объективной информации о несущей способности. Во-первых, результаты очень сильно зависят от времени года, когда производят завинчивание, из-за влияния большого количества факторов, таких как: глубина промерзания, степень влагонасыщения и др. Во-вторых, процедура пробного завинчивания не дает никакой информации о типе и свойствах грунта под сваей. Поэтому контроль величины крутящего момента (который может быть определен при пробном завинчивании) должен применяться лишь для подтверждения ранее полученной расчетом предельно-допускаемой нагрузки на сваю.