Содержание, карта.

Расчет свайного фундамента


Свайный фундамент, расчет количества свай - калькулятор свайного фундамента

Одной из основных задач, возникающих во время проектирования строительства будущего здания, является расчет нагрузки основной конструкции на фундамент. От полученных результатов зависит выбор типа фундамента и его конфигурация. Эта статья посвящена особенностям свайного фундамента дома и его преимуществам. Будут рассмотрены условия, при которых свайная конструкция наиболее предпочтительна, а также продемонстрированы примеры того, как рассчитать количество свай с учетом потенциальных нагрузок на фундамент и характеристик грунта.

Что такое свайный фундамент и из чего он состоит

Основой для этого типа фундамента служат полые стальные сваи, равномерно распределяемые по периметру будущих несущих стен дома. Внешняя поверхность покрывается защитным антикоррозионным слоем на основе цинка или полимерного материала, а внутренняя поверхность защищается бетоном, заливаемой в установленную сваю. Верхняя часть свай для фундамента соединяется посредством сварки с оголовком, который в свою очередь будет поддерживать ростверк – конструкцию, объединяющую отдельные сваи в единую основу. Чаще всего для изготовления ростверка используется бетон, стальные швеллеры и двутавры, реже – деревянный брус.

В отличие от ленточного или монолитного фундамента, также нагруженного по всему периметру здания, для монтажа не потребуется значительный объем земляных работ. Фундамент на сваях рекомендуется использовать в следующих случаях:

  • Грунты, находящиеся под стройплощадкой, характеризуются неустойчивостью, высокой влажностью, усадкой под воздействием сезонных факторов;
  • Застройка проводится на территории со сложным рельефом, на котором крайне сложно или невозможно установить обычные фундаменты;
  • Климатические условия в местности, а также уровень грунтовых вод, согласно действующим правилам СНиП, вынуждают сооружать массивный бетонный фундамент, требующий значительных денежных вложений;
  • При сооружении каркасного здания, как правило, используется именно свайный фундамент.

Виды свай для фундамента

Различают две основные категории, отличающиеся по способу противодействия осадкам свайных фундаментов: стоечные и висячие. Устойчивость висячей сваи обеспечивается за счет силы трения между внешней поверхностью и окружающим ее после погружения грунтом. Стоечные оснащены упором возле своих оснований, который удерживает конструкцию, основываясь на плотных слоях грунта под ним. А также упором служат лопасти винтовых свай, дополнительно трамбующие грунт во время монтажа.

Разделение свай по способу строительства:

По названию понятно, что данные сваи забиваются в грунт с помощью специальных механизмов (строительные пневмомолоты). Их особенностью является тот факт, что при забивании сила, воздействующая на нее, берется из расчета свайного фундамента. Таким образом, она погружается до глубины, на которой находится довольно прочный слой грунта, способный выдержать расчетную массу дома. Данный тип считается очень устойчивым, при забивании грунт вокруг нее и под ней дополнительно уплотняется. Монтаж забивных свай практически не используется при строительстве небольших домиков и частных коттеджей, так как требует применения сложной спецтехники.

Изделия состоят из стальной трубы и приваренных в нижней части лопастей либо это цельнолитая конструкция (что предпочтительнее в плане долговечности). Лопасти способствуют проникновению в грунт при ее закручивании, а после установки они удерживают на себе нагрузку на свайный фундамент и не дают ей проворачиваться. В верхней части изделия находятся специальные отверстия, с помощью которых свая ввинчивается в землю. При этом этот процесс вполне можно осуществить вручную, контролируя вертикальное положение во время работы. Внутренний объем заполняется бетоном для увеличения массы и защиты от коррозии.

Порядок установки буронабивных свай не предусматривает использование готовых металлоконструкций. Роль сваи в данном случае выполняет бетон, залитый в предварительно пробуренную скважину. Если грунт недостаточно плотный также потребуется опалубка. Этот способ достаточно прост в применении и подходит для индивидуального строительства. Единственный нюанс: расчетная нагрузка на сваю может оказаться слишком высокой для избранного в качестве основания слоя грунта.

В дальнейших примерах статьи, иллюстрирующих как точно рассчитать свайный фундамент, будут использоваться параметры предельной нагрузки винтовых свай. В следующей таблице вкратце перечислим наиболее распространенные марки данных изделий.

Подробно о свайном фундаменте с ростверком

С одной стороны, ростверк выполняет функцию связного элемента для отдельных свай, с другой – это основа для остальной конструкции здания. Ростверк и сваи условного фундамента объединяются попарно (ленточный тип связки) либо объединяются все оголовки (плиточный тип). Ростверк для дома может изготавливаться из таких материалов:

  • Армированный бетон. Бетонная лента укладывается на оголовки свай, расположенные на уровне земли. Во время проектирования также указываются места прокладывания неглубоких траншей, проходящих вглубь ростверка.
  • Бетонный ростверк подвесного типа. Аналогичный способ, при котором между грунтом и ростверком оставляется зазор. Этот промежуток позволяет компенсировать возможные колебания грунта (в рамках нормы).
  • Ростверк из железобетона. Основой служит двутавр и швеллер (для монтажа под несущие стены СНиП рекомендует) швеллер 30.
  • Деревянные брусья. В последнее время практически не применяются.

Как рассчитать количество свай для фундамента

Правильный расчет количества используемых свай нуждается в предварительной геодезической разведке. Прежде всего, необходимо рассчитать уровень промерзания грунта в зимний период, учитывая, что данный показатель отличается в разных регионах. Для прочной установки сваи ее нижний конец должен находиться ниже этого уровня.

А также необходимо выяснить степень плотности слоев грунта. Чем выше плотность, тем меньшую глубину сваи следует закладывать на этапе проектирования. К примеру, для полускальных и крупноблочных пород она будет минимальной (но не меньше 0,5 метра), а для песчаных и глинистых грунтов придется углубляться по максимуму.

Чтобы посчитать количество и тип используемых свай необходимо учитывать множество параметров. Для упрощения задачи можно использовать специальный онлайн калькулятор, но для общего понимания процесса лучше пройтись по всем этапам расчета самостоятельно.

1. Вычисление потенциальной предельной нагрузки на сваи

Перед началом расчета количества свай для фундамента следует выяснить несущую способность отдельной сваи. Общий вид формулы выглядит следующим образом:

В этом случае W является искомой фактической несущей силой, Q – расчетное значение несущей силы, рассчитанное для отдельной сваи по материалу, размерам и характеристикам грунта; k – дополнительный «коэффициент надежности», расширяющий эксплуатационный запас фундамента.

2. Вычисление расчетной нагрузки на сваи

Далее нам необходимо найти параметр Q, без которого расчет свайного фундамента невозможен. Расчетная нагрузка определяется по формуле:

Где S равно площади поперечного сечения лопастей сваи, а Ro – это показатель грунтового сопротивления на глубине размещения лопастей. Сопротивление грунта можно брать из готовой таблицы:

Что касается «коэффициента надежности» условного фундамента, его величина может варьироваться в пределах 1,2-1,7. Логично, что чем меньше коэффициент, тем ниже себестоимость фундамента на этапе проектирования, поскольку для достижения заданного значения несущей силы не потребуется использования большого количества свай. Чтобы уменьшить коэффициент следует провести качественный и достоверный анализ грунта на стройплощадке, привлекая специалистов.

А также для данных целей используется методика ввинчивания эталонной скважины. Ее применение зачастую требуется для расчета осадка свайных фундаментов на промышленных стройплощадках и при строительстве многоквартирных зданий, как того требует СНиП. Но при желании эталонная скважина может буриться и при индивидуальном строительстве.

3. Расчет нагрузки от конструкции здания

На завершающем этапе проектирования свайного фундамента проводится расчет количества свай. Для этого потребуется просуммировать все элементы конструкции здания: от капитальных стен и перекрытий, до стропильной системы и кровли. Провести точное вычисление всех компонентов довольно сложно, поэтому рекомендуем воспользоваться одним из специализированных калькуляторов. И также в калькулятор расчета вносятся эксплуатационные нагрузки, включающие предметы интерьера, мебель, бытовую технику и даже проживающих в доме людей.

4. Подсчет требуемого количества свай

Перед тем как рассчитать количество задействованных свай нам нужно получить на предыдущих этапах две величины: совокупную массу здания (M) и несущую способность сваи (W) умноженную на «коэффициент надежности». Значение несущей способности можно взять из Таблицы 1. Итак, если масса равна 58 тонн, а скорректированная несущая способность сваи СВС-108 равна 3,9 тонн, то:

Как показал пример расчета, для дома весом в 58 тонн потребуется 15 свай марки СВС-180. Следует отметить, что это значение приблизительно и не учитывает правила точного распределения свай согласно СНиП:

  • Первые должны быть установлены в точках пересечения несущих конструкций;
  • Остальные монтируются равномерно между обозначенными углами;
  • Минимальное расстояние между отдельными сваями 3 метра;

Как правило, в процессе проектирования выясняется, что для соблюдения вышеперечисленных правил потребуется немного больше свай, чем показали расчеты.

5. Глубина установки свай и расстояние между ними

Базовое значение глубины установки сваи рассчитывается исходя из глубины промерзания грунта в конкретно регионе, плюс 25 сантиметров. И также перед тем как рассчитать свайный фундамент, необходимо выяснить:

  • Уровень прочности сваи по материалу и конструкции;
  • Несущую способность грунта;
  • Провести расчет осадки свайного фундамента, со временем возникающей под нагрузкой здания;
  • Дополнительные параметры (температурный режим в течение года, объем осадков, нагрузки от ветра и др.).

Заключение

С помощью свайного фундамента можно достаточно быстро и за небольшие деньги соорудить прочное основание для жилой или нежилой постройки. В ряде случаев это единственный вариант, поскольку такому фундаменту не страшны осадки грунта, он легко возводится на сложном рельефе. Кроме того, по сравнению с традиционным ленточным или монолитным фундаментом, для монтажа свайной основы не потребуется большой объем земляных работ. Если провести правильный расчет свайного фундамента, он прослужит в течение десятилетий, не теряя функциональности.

Расчет свайных фундаментов - Стр 4

30

местные напряжения возникают у концов свай. Сучетом этого поперечную арматуру в виде

хомутов или спирали располагают на более близкихрасстоянияхк концам свай, чем в середине. Голову сваи усиливают косвенной арматурой в виде сеток. Острие сваи усиливают

обоймой, ав труднопроходимыхгрунтах– башмаком.

2.2.Расчет свай по грунтовым условиям

2.2.1.Общие положения

Расчет и проектирование свайных фундаментов и их оснований производят в соответствии с действующими нормативами проектирования СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты», СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов» и

[11,22,38].

Нормы рекомендуют производить расчет свайных фундаментов их оснований по предельнымсостояниямдвухгрупп.

Попервойгруппе:

¾понесущей способностиоснованийсвайи свайныхфундаментов;

¾по устойчивости основания в целом (если на него передаются горизонтальные нагрузкиилисооружениерасположенонаоткосе).

Повторойгруппе:

¾ по деформациям оснований свайных фундаментов (проверка по давлению и расчетосадок).

Расчет свайного фундамента рекомендуется начинать с составления расчетной схемы с изображением геологического разреза с отметками слоев, с указанием консистенции

глинистых грунтов, плотности песков, уровня подземных вод, угла внутреннего трения и модуля деформации грунтов. На грунтовой колонке (геологический разрез) размещают сваю иуказываютотметкиострия сваииподошвыростверка(Рис. 2.9).

Сваипонесущейспособностигрунтов основания проверяютизусловия:

где N0I – расчетная нагрузка, передаваемая на сваю от наиболее невыгодного сочетания расчетныхнагрузок, действующихнафундамент;

Fd – расчетная несущая способность грунтаоснования одиночной сваи;

γk – коэффициент надежности, принимаемый в соответствии с указаниями[1, 4] (γk =1,4 приопределенииFd расчетом).

Основной расчет свай и свайныхфундаментов по деформациям производится исходя из условия:

S ≤ Su ,

(2.10)

гдеS – расчетная величинадеформации;

Su – предельное значение деформации основания сваи, свайного фундамента, принимаемоепо таблице приложения 4[2], приложениеЕ[5].

Такжедолжнывыполняться условия: Рср.. ≤ R иPmax ≤ 1,2·R,

гдеРср – среднеедавлениенагрунтпод подошвойусловногофундамента; Pmax – максимальноедавлениенагрунтподподошвойусловногофундамента;

R – расчетноесопротивлениегрунтанауровнеподошвыусловногофундамента[2, 5].

2.2.2.Исходные данные для проектирования:

¾геологический разрез по оси фундамента с указанием мощностей слоев грунта

иабсолютных отметок уровней: естественного рельефа, планировки и грунтовых и

31

подземныхвод;

¾расчетныезначения характеристик грунта;

¾невыгодные сочетания нагрузок, передаваемыхнаверхнийобрез фундамента.

2.2.3. Последовательность расчета и проектирования

Расчет и проектирование свайных фундаментов их оснований производят в соответствии с действующими нормами проектирования СНиПа 2.02.03-85 «Свайные

фундаменты», СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство свайных фундаментов» и [11, 22, 38].

Рекомендуется следующая последовательность выполнения отдельныхэтапов расчета

ипроектирования свайныхфундаментов:

¾оценка инженерно-геологических условий площадки строительства. [16, 22,

27];

¾определениерасчетныхнагрузок нафундамент[16, 22];

¾выбор типасвайногофундамента[11, 22, 38];

¾определениеглубинызаложения ростверка[11];

¾выбор предварительныхразмеров сваии оценкаусловийработыеев грунте[1,

4, 11];

¾определениенесущейспособности сваипогрунту [16, 22];

¾определение числа свай в фундаменте и размещение ихв плане ростверка [11, 22, 38];

¾расчетсвайныхфундаментов иихоснований подеформациям[1, 16, 38];

¾уточнениеконструкциифундаментапорезультатамрасчета.

2.2.4. Определение глубины заложения ростверка

Глубина заложения подошвы свайного ростверка назначается от планировочной отметки в зависимости от следующих факторов: наличия подвалов и подземных коммуникаций, возможности пучения грунтов при промерзании, глубины заложения фундамента примыкающих сооружений, размера ростверка и не зависит от геологических условий.

Вжилых и общественных зданиях при отсутствии подполья верх ростверка должен быть на 0,1 – 0,15 м ниже планировочной отметки. При этом в глинистых грунтах под ростверком наружных стен устраивается подсыпка из щебня, шлака или крупнозернистого песка толщиной не менее 0,2 м (0,1 м под ростверки внутреннихстен), а в песчаныхгрунтах ростверкукладывается послоющебня, шлака илитощегобетонатолщинойнеменее0,1 м.

Взданиях с подвалом, примыкающими технологическими каналами или приямками

глубина заложения подошвы ростверка назначается с таким расчетом, чтобы отметка низа ростверка располагалась на 0,3–0,5м ниже отметки пола подвала, примыкающих заглубленных помещений и коммуникаций, а при отсутствии вблизи ростверков

заглубленныхпомещенийверхростверканазначается отуровня планировочнойотметки.

Впучинистых грунтах при назначении глубины заложения ростверка следует учитывать глубину промерзания грунтов так же, как для фундаментов мелкогозаложения [2, 5].

При заложении ростверка в пределах глубины промерзания под ним следует

устраивать воздушныйзазор величиной не менее0,2 м.

Высота ростверка назначается согласно расчету на продавливание в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций. Обычно по

32

конструктивным соображениям высота ростверка hp ≥ h0+ 0,25м, но не менее 30 см (h0 – значениезаделкисваив ростверк, принимаемое не менее5 см).

2.2.5. Выбортипа свайного фундамента

Тип сваи для свайного фундамента выбирается в зависимости от грунтовыхусловий,

величины передаваемой нагрузкииисходя из конструктивныхособенностей сооружения. Забивные сваи применяются в различных грунтовых условиях с опиранием нижних

концов на любые грунты, за исключением торфов, илов, глинистых грунтов текучей консистенцииидругихвидов сильносжимаемыхгрунтов.

Буронабивные сваи применяются при больших сосредоточенных нагрузках, на

площадках со сложными геологическими и стесненными условиями строительства, где невозможно производить забивку иливибропогружение свай.

Армированные или неармированные сваи сооружаются с диаметром ствола 400– 1700 мм. Для повышения несущей способности сваи в ее нижней части устраивается уширенная пята. Отношение диаметра пяты D к диаметру ствола d должно удовлетворять

условию

2 ≤ D/d ≤ 3,5.

Основные данные о железобетонных забивных и буронабивных сваях, а также конструктивные решения свайных фундаментов под жилые здания и промышленные сооружения рассмотреныв предыдущейглаве.

2.2.6. Выборпредварительных размеровсваи и оценка условий ее работы вгрунтовом массиве

Длина и сечение свай назначаются в зависимости от грунтовыхусловий и величины

нагрузок, передаваемыхнаоснование.

Поперечное сечение сваи принимается в зависимости от ее длины, большая гибкость сваиможет привестикискривлениюствола сваипо мерепогружения.

Длина сваи ℓ назначается исходя из инженерно-геологическихусловий, от подошвы

ростверкадоначала заострения, т.е. без учета длиныострия ℓостр≈d (гдеd – сторона сечения сваи).

Сваи должны прорезать слабые грунты и заглубляться в малосжимаемые грунты на величину:

¾в крупнообломочные грунты, крупные и средней крупности пески, а также глинистыегрунтыспоказателемтекучести(консистенции) IL ≤0,1 – неменее0,5 м;

¾в прочиевидынескальныхгрунтов – неменее1 м.

При наличие слоя погребенного торфа нижний конец сваи должен быть заглублен не менеечемна2 м нижеэтогослоя.

Сваи, опирающиеся на сжимаемые грунты, называются висячими. Предварительная длина висячей сваи назначается, исходя из указанныхвыше требований, в пределах6–10 м, сечение 30×30 см (диаметр 30 см) и затем уточняется после расчета ее несущей способности

иопределения количества свайв ростверке.

Практически выбор длины сваи осуществляется следующим образом. На геологическом разрезе от планировочной отметки откладывается глубина заложения ростверка, а затем, исходя из грунтовой обстановки и указанных выше требований, выбирается стандартная длина сваи и учитывается, что голова сваи заделывается в ростверк пришарнирномсоединении навеличину 5 см, а прижестком соединении на 30 см(из нихна

33

25 смоголяется арматура).

2.2.7. Определение несущей способности свай

Расчетная схема работы висячей сваи в грунте представляется следующим образом. Силы трения по боковой поверхности суммируются по длине сваи и передаются на

нижележащие грунты. Вэтой же плоскости создается напряжениев грунтезасчет передачи продольного усилия на торец сваи. Таким образом, вокруг сваи образуется напряженный

массив грунта, ограниченный с боков пирамидой, а по торцу – выпуклой криволинейной поверхностью. При этом αср – осредненное значение из величин углов внутреннего трения, которыйпроходитсвая (рис. 2.7, а).

Несущая способность одиночной сваи и сваи, входящей в свайный фундамент, различна.

При загрузке свайного куста конусообразные объемные эпюры пересекаются, и при некотором расстоянии а между осями свай суммарная эпюра напряжений в плоскости их нижнихконцов может быть представлена в разрезе в виде сложной фигуры (рис. 2.7, б), у

которой максимальное напряжение существенно превышает напряжение, возникающее при загрузке одиночной сваи. Вследствие большей площади загружения в плоскости нижних

концов свай в кусте и большей интенсивности давления следует ожидать большую осадку свайного куста по сравнению с осадкой одиночной сваи. В связи с этим максимальное сближение свай в кусте ограничивают, принимая расстояние между осями а не менее 3·d

(здесь d – диаметр свай). При расстоянии между сваями до 6·d грунт между сваями находится в уплотненномсостоянииивключается в работу совместнососваями.

αср

Рис. 2.7. Эпюрыдавленийв плоскости, проходящей через нижниеконцы свай

Несущая способность свай определяется в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03–85 «Свайные фундаменты» и СП 50-102-2003 «Проектирование и устройство

свайных фундаментов».

2.2.7.1. Сваистойки

Несущую способность Fd, кН, забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой свай, опирающихся на скальный грунт, а также забивной сваи, опирающейся на малосжимаемыйгрунт, следуетопределять поформуле

34

гдеγc – коэффициентусловийработысваив грунте, принимаемый γc=1,0;

A – площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая для свай сплошного сечения равнойплощади поперечного сечения, адля свай полыхкруглогосечения и свай-оболочек – равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения ихполости бетоном

и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту неменеетрехеедиаметров.

Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи-стойки, кПа, следует принимать:

¾для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, R = 20 000 кПа;

¾для набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном и

заделанныхв невыветрелый скальный грунт (без слабыхпрослоек), не менее чем на 0,5 м, поформуле

R

ld

R =

c, n

+1,5

(2.12)

γ g

d f

где Rc,n – нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунтав водонасыщенном состоянии, кПа.

γg – коэффициентнадежностипогрунту, принимаемый γg=1,4;

ld – расчетная глубина заделки набивной и буровой свай и сваи оболочки в скальный

грунт, м;

d – наружныйдиаметр заделанной в скальный грунтчасти набивной и буровойсвай и сваи-оболочкиf , м.

Пример 2.2. Определить несущую способность забивной квадратной сваи-стойки длиной5 м, сечением35х35 см, опирающейся на скальныйгрунт.

Решение. Несущая способность сваи-стойки по грунту Fd определяется по формуле

(2.11). Для забивной сваи-стойки γС =1,0 , R = 20000 кПа, A= 0,35·0,35 = 0,1225 м2, Fd= 1·20000·0,1225= 2450 кН.

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваюскоэффициентом надежностиγk=1,4 , будет: N ≤ Fd / γk = 2450/1,4 = 1750 кН.

Пример 2.3. Определить несущую способность набивной сваи диаметром df= 0,6 м, заделаннойв скальный грунт на глубину ℓd= 0,7 м, Rc,n =3500 кПа.

Решение. Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи стойки

определяемпоформуле(2.12)

R= (3500/ 1,4)·( 0,7/ 0,6+1,5)= 7325 кПа.

Площадь опирания сваинагрунтприd=0,5 , A=0,2827 м2. Fd=γc.R.A= 1·5983·0,2827= 2070,8 кН.

Расчетная нагрузка, допускаемая наодиночнуюсваю, определяется поформуле(2.9) N ≤ Fd / γk = 1691/1,4 = 1479,1 кН.

2.2.7.2. Висячиезабивныесваи

Несущую способность Fd [кН] висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму силрасчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи на ее боковой поверхности по формуле

35

Fd =γC (γCR R A +u∑γCf fi hi ),

(2.13)

гдеγс – коэффициентусловийработысваив грунте, принимаемыйγс=1,0;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице1 приложения 1;

А – площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его

наибольшему диаметру, м2;

u – наружныйпериметр поперечногосечения сваи, u= 1,2 м;

fi – расчетное сопротивление i-гослоя грунтаоснования набоковойповерхностисваи,

кПа, принимаемоепотаблице2 приложения 1;

hi – толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м. При определении расчетныхсопротивлений грунтов на боковой поверхности свай fi пласты грунтов необходиморасчленять наоднородныеслоитолщинойнеболее2 м;

γcr,γcf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, зависящие от способа ее погружения, определяемые по таблице3 приложения 1.

Пример 2.4. Определить длину и рассчитать несущую способность забивной призматическойсваидля геологическихусловий, приведенныхнарис. 2.9.

Решение. Погрунтовымусловиямсваюцелесообразнозаглубить в третийслой (песок средней крупности), т. к. вышележащие слои (супесь пластичная и суглинок текучепластичный) характеризуются низкимсопротивлениемгрунта.

Минимальная длинасваиℓ должна быть

ℓ= 0,1+0,3+2,0+4,0+1,0=7,4 м,

где0,1 – заделкасваив ростверк, м; 0,3 , 2,0 и1,0 – толщиныгрунтовыхслоев, м;

1,0 – минимальноезаглублениесваив несущийслой, м.

ПринимаемсваюС8–30 (длина сваи8 м, сечение30×30 см), длинаострия 0,25м. Несущая способность забивной висячей сваи определяется по формуле (2.13).

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи для песков средней плотности

определяется

по табл.1 приложения 1 при

расчетной глубине погружения нижнего

конца сваи

ℓ=8,45м. Интерполируя между значениями R при глубине погружения 7 м и

10 м, получимR=3845 кПа.

Коэффициенты γc=1,0 , γcr=1,0 , γcf=1,0

(при погружении сваи дизель-молотом по

таблице3 приложения 1).

Площадь опирания сваинагрунтA=0,3·0,3=0,09 м2. Наружныйпериметр поперечного сечения свайu=0,3·4=1,2 м.

Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи fi определяется в зависимости от средней глубины расположения слоя z и консистенции грунта (показателя

текучести) IL потабл.2 приложения 1.

Для этого каждый слой (пласт) грунта делим на слои высотой не более 2 м и определяемрасстояниеотприродногорельефаNL досерединырассматриваемогослоя.

Подподошвойростверказалегаетсупесь пластичная мощностью2м.

Следующий пласт–суглинок текучепластичный мощностью 4 м. Согласно вышеизложенному, разбиваемэтотпластнадваслоя по2 м.

При определении расчетного сопротивления на боковой поверхности забивных свай потабл.2 приложения 2 необходимообращать внимание напримечания к этойтаблице.

Растительныйслой

Супесь

пластичная

JL =0,5

Суглинок

текучепластичный

JL =0,9

Песоксредней крупности и плотности е=0,62

-0,3

NL

0,6

= 1,6

1

Z

2,0

3,6

=

2

5,6

Z

=

3

Z

2,0

Z4 = 7,525

2,0

1,85

0,25

Рис. 2.9 кпримеру 2.4

Сопротивление трению по боковой поверхности сваи f1 в пластичной супеси (IL=0,5)

наглубине

z1=0,6+2/2=1,6 м

f1=15 кПа.

Сопротивлениетрениюf2 в суглинкетекучепластичномнаглубине

z2=0,6+2+2/2=3,6 м

f2=7 кПа,

анаглубине

z3=0,6+2+2+ 2/2 =5,6 м f3=7 кПа.

Сопротивлениетрениюf4 в пескесреднейкрупности иплотностинаглубине

z4=0,6+2+2+2+ 1,85/2 =7,525 м f4=61 кПа.

Несущая способность сваи

Fd=1·[1·3845·0,09+1,2·Σ(15·2+7·2+7·2+61·1,85)]=346,05+205,02=551,1кН.

2.2.7.3 Висячиенабивныесваи

Несущая способность Fd, кН, набивной и буровой свай с уширением и без уширения, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять в соответствии с [1, 4] по формуле:

Fd =γC (γCR R A+u∑γCf fi hi ),

(2.14)

где γc – коэффициент условий работы сваи, принимаемый при опирании сваи на

37

глинистые грунты со степенью влажности Sr

Свайно-винтовой фундамент: расчет количества свай

Как правило, специалисты начинают проектирование свайно-винтового фундамента из расчета количества свай, выбора их параметров и размещения на схеме с наружной и внутренней стороны дома. Также для гарантии качественной работы необходимо тщательно размерить расстояние между сваями. Весь этот процесс можно выполнить самостоятельно, тем более что существует упрощенный расчет основы с применением свай.

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

Определение диаметра опор

Винтовые сваи, которые применяются при монтаже фундамента под жилые и хозяйственные постройки, имеют диаметр 57, 76, 89 и 108 мм. Этот параметр подбирается в зависимости от того, какой вес будет иметь готовое сооружение:

  • 57 мм – используют для строительства самых простых и легких конструкций (заборы и ограды из сетки рабицы);
  •  76 мм – выбирают в качестве основы под легковесные хозяйственные постройки или заборы из дерева или профнастила. Несущая способность таких элементов не превышает 3000 кг;
  • 89 мм – применяют там, где несущая нагрузка не будет превышать 5000 кг. Это отличное решение для возведения одноэтажного здания (каркасного или щитового), бань, летних кухонь, сараев и массивных заборов;
  • 108 мм – фундаментируют площадку под строительство дома из пеноблоков, деревянного бруса, каркаса (1-2 этажа) с небольшим весом. Несущая способность винтовых свай такого диаметра достигает 7000 кг.
Диаметр элементов зависит от веса постройки

Факторы, влияющие на длину опор

От правильного определения длины свай зависит крепость будущей конструкции, и если эти важные элементы фундамента окажутся короткими, дом может просесть под своей тяжестью после его введения в эксплуатацию. Длина свай определяется с учетом анализа грунта и ландшафта, а именно:

  1. Плотность почвы.
  2. Перепад высоты между разными точками участка.
Читайте также:  Как навсегда избавиться от сырости в подвале

Плотность грунта

Глубина погружения опоры

Анализ грунта лучше всего проводить на основании геологических исследований местности. Если исследования характеристики грунтов не проводились на данной территории, то можно воспользоваться упрощенным методом выяснения его плотности.

Итак, нужно выкопать неглубокую канаву (до 1 м) в нижней точке участка. Если на такой глубине залегания вы увидите глинистую массу или песок, то выбор лучше сделать в пользу свай, длина которых достигает 2,5 м. В том случае если вы обнаружите породы с низкой плотностью (торф), плывун или грунтовые воды, придется продолжить углубление до тех пор, пока не дойдете до твердых пород. Здесь устанавливаются сваи, длина которых равна длине бура.

Перед вами таблица плотности и несущей способности различных почв.

Вид грунтаПлотный грунтГрунт средней плотности
Песок (крупная фракция)65
Песок (средняя фракция)54
Супесь (в сухом виде)32.5
Супесь пластичная (влажная)2.52
Песок (мелкая фракция)43
Песок влажный (мелкая фракция)32
Глина62.5
Глина влажная41
Суглинок32
Суглинок влажный31

Перепад между высотами участка

Как говорилось ранее, чтобы не ошибиться со сваями и правильно рассчитать их длину, необходимо определить разницу высоты разных точек участка. Если вы убедились в том, что такой перепад существует и, согласно плотности почвы, подходят сваи длиной 2,5 м, то их необходимо монтировать в самом верхнем ряду.

Те опоры, которые будут фиксироваться в низинах, должны быть длиннее на разницу высоты между точками их установки. Разницу вычисляют при помощи водяного уровня или нивелира с применением отвеса и рулетки. При существенном перепаде высот (более 0,5 м) рекомендуется прибавить 50 см к полученной длине свай для фундамента, так как в самых низких местах может не доставать до 20 см их высоты.

Учет разницы высоты

Методика расчета

Расчет количества винтовых свай выполняют с учетом габаритов и веса дома, который будет установлен на фундамент. Как правило, расстояние между сваями может составлять:

  • до 2 м, если будет возводиться строение из газобетонных и пенобетонных блоков или плит;
  • до 3 м, если запланировано строительство деревянного дома из бруса, бревна и т.д.;
  • до 2,5 м – также выбирают для деревянных конструкций. Еще с такими сваями работают в регионах, где наблюдается большая ветровая нагрузка;
  • до 3,5 м – под строительство легковесных заборов и оград.
Строительство дома из бруса

Чтобы правильно определить количество опор для свайно-винтового фундамента, следует провести следующие операции:

  • составить проект будущей основы или первого уровня постройки;
  • расположить винтовые опоры на каждом углу будущего здания;
  • установить сваи там, где будут пересекаться несущие перегородки дома;
  • между расположенными сваями теперь необходимо установить дополнительные сваи по периметру несущих стен с тем условием, чтобы расстояние от одного до другого элемента не превышало того, что было зафиксировано ранее (учитывая вес и вид постройки);
  • оставшееся пространство для фундамента заполняется сваями так, чтобы между соседними опорами расстояние не превышало указанного в расчетах (2 – 3 м);
  • там, где будет установлена печь или каминный очаг, предусмотрите не менее пары винтовых опор, опять-таки, учитывая размер отопительной конструкции, иначе не избежать критической нагрузки на фундамент;
  • на тот случай, если будет обустроена терраса или любая другая пристройка, места фиксации опорных элементов обозначаются по ранее оговоренному принципу, учитывая оптимальное расстояние шага;
  • теперь, когда расстояние между сваями определено, остается подсчитать все винтовые опоры, нанесенные на план-схему.
Читайте также:  Выбор и нанесение обмазочной гидроизоляции на фундамент

Рассчитываем ростверк

Свайная основа может быть сконструирована из одних опор, по которым укладывают нижнюю обвязку строения.

Чтобы нагрузка на опоры от веса строения была распределена более равномерно, прибегают к изготовлению ростверка.

Ростверком называют балку или железобетонную плиту, по горизонтали соединяющую верхушки каждого винтового элемента. Свайно-ростверковые основы одинаково хорошо подходят для строительства деревянных и пеноблочных зданий. Ленточный ростверк может быть монолитным или сборным, главное, чтобы он был вылит из бетона, марка которого не ниже 150.

Чтобы ростверк был грамотно сооружен и создал прочную связку между винтовыми элементами, нужно правильно рассчитать его габариты. Существует ряд специальных расчетов, мы же ограничимся минимальными размерами связующей ленты:

Фундамент с железобетонным ростверком
  1. Высота – 30 см.
  2. Ширина – 40 см.

Чтобы придать ростверку необходимую жесткость, его нужно усилить продольной и поперечной арматурой (в диаметре 10-12 мм). Прутья соединяются при помощи проволоки по принципу армопояса. Расстояние от арматуры до края ростверка должно составлять не менее 2,5 см, чтобы металлические прутья полностью загерметизировались бетонным раствором и не подвергались коррозийным процессам.

Соединение ростверка с опорами может быть жестким, когда его арматура связывается с прутьями свай, или свободным, когда ростверк без дополнительной подвязки лежит на опорах фундамента. В обоих случаях нагрузка между сваями распределяется равномерно.

Особенности расчета свайного фундамента дома

Эскиз составляющих элементов свайного фундамента с роствертком

Свайно-ростверковые фундаменты пользуются заслуженной популярностью среди тех частных застройщиков, которые хотят возвести качественное основание в максимально сжатые сроки на ландшафте сложной структуры. Ведь ростверк может быть незаглубленным или малозаглубленным, а это существенная экономия средств на его возведение.

Но, существует проблема правильного расчета необходимого количества несущих конструкций, их типа и шага установки, поэтому перед возведением нужно сделать полный сбор информации.

Также, сначала проводится проектирование фундамента с учетом характеристик будущего здания, ведь от того, сколько будет установлено свай, зависит конечная стоимость возведения дома, а уже затем проводится расчет свайного фундамента.

Какую информацию нужно предварительно собрать?

Выбор свай для фундамента с учетом влияющих факторов
  1. Получить подробную информацию о состоянии грунтов, высоте залегания водных горизонтов и степени подвижности отдельных пластов.
  2. Разработать проект будущего дома с учетом используемых строительных материалов, дополнительно предусмотреть погрешность на мебель и другие материалы.
  3. Рассчитать, сколько нужно по массе всех строительных материалов для постройки дома.
  4. Уточнить глубину залегания прочных слоев породы и степень их пучения.
  5. Подобрать оптимальный тип свай и характеристики ростверка.
  6. Посчитать допустимую нагрузку на единицу площади грунта, а также допустимое количество несущих конструкций.

Как правило, проектирование таких фундаментов предусматривает сбор всей информации о будущем здании и строительной площадке. Это сложные инженерные расчеты, делать которые должен профессиональный строитель с опытом работы в такой сфере.

Также, учитывая открытую площадку между домом и грунтом, крен конструкции под воздействием ветра неизбежен, и его обязательно нужно учитывать.

При расчетах таких фундаментов также иногда учитывается, сколько и каких нужно гидроизоляционных материалов для защиты основания. Проектирование и расчет этого фундамента состоит с нескольких ключевых этапов:

  • выбор оптимального диаметра используемых свай;
  • расчет максимально допустимой длины конструкции;
  • расчет минимального количества материалов, на которых будет расположен ростверк;
  • расчет несущей способности буронабивных свай как альтернативы фабричным;
  • расчет и выбор ростверка.

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

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.

Читайте также:  Расчет несущей способности фундамента дома

Выбираем оптимальную длину

При проектировании свайных фундаментов нужно помнить, что длина несущих элементов должна быть достаточной, чтобы достичь глубины промерзания почвы и упереться в прочные слои грунта. Ведь, если будут допущены ошибки в проектировании, тогда возникает проседание отдельного угла дома с дальнейшим его разрушением. Поэтому, длина конструкции выбирается с учетом некоторых важных факторов

Плотность грунта

Таблица плотности грунта для расчета свайного фундамента

Если грунты сыпучие и не способны выдерживать большие нагрузки, тогда сваи опускаются до глубины промерзания или достижения прочных почв. На строительной площадке нужно проводить подробные геодезические исследования, провести сбор данных о состоянии почвы и уровня грунтовых вод. Делается это методом глубинного керна или вручную с помощью лопаты.

Если под слоем залегают прочные почвы типа глины или песка, тогда нужно использовать сваи длиной до 2,5 метра. Если под слоем плодородной почвы есть породы низкой плотности, тогда с помощью садового бура делается скважина до уровня залегания прочных пород и по глубине скважины рассчитывается длина несущих элементов.

Перепад высот на участке

Пример расчета высоты свайного фундамента с перепадом высоты на участке

Как правило, при возведении таких фундаментов редко когда делают выравнивание участка по единой плоскости из-за больших финансовых расходов.

Тогда делают скважину в самом низком месте будущего фундамента и в самом высоком, затем рассчитывают длину скважины в обоих местах. Понятно, что далеко не всегда уровень прочных пород будет одинаковым на различных отметках, поэтому бурение проводится в нескольких местах.

В результате получается полноценный проект выбора оптимальной длины основания для дома с учетом типа грунта и высоты на участке. Устанавливать сваи одинаковой длины в таких случаях запрещено, в противном случае возникнет крен в сторону меньшего сопротивления почвы.

Расчет необходимого количества несущих конструкций

Определение расположения и количества свай фундамента дома

Выбор оптимального количества свай делается с учетом возможного крена, а также размеров и массы строения. Средние расстояния могут быть следующими:

  • для домов малой массы (каркасных, деревянных ли бревенчатых) расстояние принимается не более 3 метров;
  • для газобетонных, пенобетонных или аналогичных по массе домов – не более 2 метров;
  • для заборов – 3,5 метра;
  • для больших массивных зданий из кирпича, натурального камня и других строительных материалов проводится дополнительный расчет допустимой нагрузки сооружения на единицу площади грунта.

Итак, чтобы посчитать необходимое количество свай для проектируемого дома, нужно сделать сбор следующей информации:

  1. Сделать или составить план дома, желательно с крышей и несущими перегородками.
  2. Установить несущие сваи по углам здания и на перекрестках несущих стен.
  3. Посчитать, какая масса здания будет расчетной, затем подобрать тип сваи с учетом материала и диаметра конструкции.
  4. Между угловыми сваями и промежуточными запроектировать дополнительные опоры с учетом допустимой длины конструкции и массы здания.
  5. Внутреннее пространство заполнить опорами с учетом расстояния между ними в пределах 2−2,5 метра.

Когда будет готов эскизный проект расположения свай, можно уже и посчитать суммарное количество необходимых опор.

Расчет несущей способности буронабивных свай

Таблица с указанием несущей способности буронабивных свай на различных грунтах

Далеко не всегда фабричные сваи оправдывают себя, если учитывать финансовые расходы на транспортную доставку. В таких случаях часто используют буронабивные или инъекционные сваи, ведь их можно сделать прямо на строительной площадке.

Читайте также:  Расчет глубины заложения фундаментной основы

Глубина залегания таких свай зависит от глубины расположения прочных слоев почвы, а их количество может быть значительно меньшим, чем для винтовых свай.

Количество и сечение таких конструкций определяется с учетом несущей способности каждой сваи отдельно, а также массы здания в целом. Также учитывается сопротивление самого грунта, как горизонтального, так и вертикального. Для сваи длиной в 3, метра несущую способность можно рассчитать по формуле:

P = 0,7 х RнхF + 0,8 х U х fin х li, где:

  • P − несущая способность несущих элементов;
  • 0,7− коэффициент грунта;
  • Rн− сопротивление грунта под нижним концом конструкции (справочные материалы);
  • F − площадь опирания, м2 ;
  • 0,8− коэффициент  условий работы
  • U – периметр в метрах;
  • fin – нормативное сопротивление грунта боковой поверхности несущим элементам, т/м2 (определяется по таблицам);
  • li – высота слоя грунта в зоне соприкосновения с фундаментом в метрах.

Расчет ростверка

Схематическое отображение соединения свай фундамента с роствертком

Конструкция свайно-ростверковых фундаментов подразумевает установку специальной подушки, на которой уже монтируются несущие стены. Этот ростверк равномерно распределяет нагрузку от здания на все опоры одновременно и проектируется отдельно.

Ростверк – это бетонная, железобетонная или сборная лента, жестко соединенная методом армирования со сваями. Она распределяет массу по всем сваям одновременно, поэтому нужно обязательно рассчитать его размеры и габариты.

Тут используются специальные расчеты, найти их можно в специальной литературе, а профессиональные проектировщики делают их обязательно, ведь от этого зависит количество установленных свай.

Для соединения свай и обеспечения дополнительной жесткости ростверк дополнительно армируют стальными прутьями диаметром 12 мм в различных направлениях. Арматуру нужно полностью спрятать в бетон, чтобы не допустить распространения коррозии. Рассчитать, сколько и какой арматуры нужно использовать, можно по готовым формулам или с учетом поясности ростверка.


Смотрите также