Расчет винтовых свай: методы и способы

Пример нахождения размеров ростверка

Рассмотрим порядок расчета железобетонного ростверка. Ширина ленты должна быть равна толщине стен.

Если стены дома в 1,5 кирпича, то ширина стен составит 38 см. Такой же будет и ширина ростверка.

Высота ленты при такой ширине должна составить 50 см — это обеспечит необходимую жесткость на прогиб.

Арматурный каркас Будет состоять из двух горизонтальных решеток по 2 стержня 12 мм.

Общий объем бетона, необходимого для отливки, составит 0,5 · 0,38 · 30 м (общая длина ростверка) = 5,7 м3.

Учитывая возможность непроизводительных потерь, лучше заказывать 6 м3 готового бетона марки М200 и выше, или изготовить его самостоятельно прямо на площадке.

Свайно-винтовой фундамент своими руками

Свайно-винтовой фундамент устанавливается в четыре этапа:

1. Сперва размечается участок.
2. Затем сваи погружаются и выравниваются.
3. Полости заливаются бетоном.
4. Заключительный этап — обвязка ростверком.

Поскольку установка СВФ не требует земляных работ, сделать разметку для фундамента не трудно: намечаются оси стен, перегородок и дополнительных конструкций путем установки кольев на небольшом отдалении от углов будущей постройки, а между ними натягиваются шнуры. На остальных этапах стоит остановиться подробнее.

Ввинчивание свай и выравнивание

Ввинчиваются сваи всегда по одному принципу, который не зависит от вида лопастей, наконечников и особенностей грунта.

Сначала в земле делаются направляющие приямки при помощи ручного или мотобура. Глубина скважин должна составлять 0.3-0.5 м, а в диаметре они должны быть чуть меньше лопастей. Так трубы можно более точно расположить и легче погрузить в землю.

Для ввинчивания в технические отверстия на сваях протягивается лом или труба с толстыми стенками нужного диаметра и при помощи силы двух человек сваи вкручивают в землю

Важно контролировать вертикальное положение конструкции при помощи строительного уровня

Для механического погружения понадобиться использовать спецтехнику.

Инструкция по закручиванию свай вручную

Сваи обвязывают ростверком в качестве которого выступают балки из дерева, бетона или металла. Для этого опоры фундамента должны располагаться в одной плоскости по горизонтали. Выравнивают сваи при помощи обрезки трубы болгаркой по заранее выполненной разметке.

Часто сваи вывинчиваются на этапе регулировки высоты, что ухудшает несущую способность конструкции: под опорой образуется рыхлый слой почвы. Из-за избыточных нагрузок фундамент проседает и конструкция деформируется.

Иногда из-за подземных препятствий на этапе заглубления опор, они могут отклоняться от вертикальной плоскости, смещаясь в сторону.

Траектория отклонения не должна превышать двух градусов. Если отклонение оказалось выше нормы, необходимо изменить размер опоры, соединив верхний сегмент и плоскость надстройки.

Заливка полостей свай

Заливка свай бетоном

Полости труб заливают бетоном для того, чтобы на внутренних поверхностях не образовывался конденсат, от которого не спасают даже полностью приваренные оголовки. Кроме того, бетон дает конструкции дополнительную жесткость.

Сваю нужно бетонировать до конца. Дополнительно сваи снаружи обрабатываются специальной смолой.

Ростверк и обвязка

Обвязка винтовых свай

Ростверк сооружают на расстоянии 0.5-0.7 м от земли. В его качестве могут служить деревянные и металлические балки. Также подойдет заливка монолитной лентой из железобетона. Технология обвязки зависит от материала:

1. Железобетон — самый дорогой материал для обвязки, но позволяет возводить на СВФ даже кирпичные здания. Сперва собирается опалубка, затем изготавливается армирующий каркас, который связывается со сваями рифленой арматурой, а после конструкция бетонируется.
2. Деревянные балки в качестве обвязки используют для строительства домов из бруса или бревна. Для крепления бруса привариваются плоские оголовки, балки соединяются в полдерева и крепятся к оголовкам болтами, саморезами или гвоздями.
3. В качестве металлических балок используют швеллеры, которые приваривают к оголовкам.

Не фатальной, но существенной ошибкой может стать отказ от обрезки технологических отверстий. Игнорирование этой процедуры приводит к снижению эксплуатационного срока фундамента. Если необходимо приварить оголовок и сформировать сварочные швы, их в обязательном порядке нужно окрасить.

Свайно-винтовой фундамент несложно монтировать без помощи профессионалов. конструкция мало зависит от внешних факторов, хорошо себя показывает практически на любом грунте, а ее возведение занимает немного времени.

Такое решение позволяет сэкономить на строительной бригаде и заказе спецтехники. Главное — правильно определить как глубоко залегают несущие пласты грунта, рассчитать шаг установки свай и их оптимальное количество.

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:

Забивной тип

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.

Винтовые

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.

Буронабивные

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.

Таблица 1

Принципы расчета и проектирования свайно-винтового фундамента

Традиционно расчетами винтового фундамента занимаются конструкторские бюро при разработке проектно-технической документации на строительство. Но если вы решили самостоятельно рассчитать СВФ, то для этого нужно использовать СП 24.13330.

К числу основных расчетов относятся:

• Несущая способность грунтового слоя на глубине расположения спиральных лопастей после вкручивания – этот показатель нужен для расчета несущей способности сваи.
• Число свай – определяется шаг их установки на прямых участках, в местах состыковки стен, на отдельных участках, где будут располагаться специальные конструкции (камины, печи, лестницы, генераторы и др.).

Рисунок 7. Примерный план сооружения свайно-винтового основания

Идеальный способ определения типа грунта – полноценные геологические изыскания. Однако можно это выполнить и проще – путем пробного вкручивания. Это позволяет определить глубину залегания плотного несущего слоя, состав почвы и уровень грунтовых вод. Но в результате вы получите очень условные данные, поэтому для получения более объективной картины несущей способности грунта применяют поправочный коэффициент 1,6-1,7.

Свайный фундамент. Расчет количества свай | Город свай

Для расчёта необходимого количества свай для свайного фундамента можно воспользоваться онлайн-калькуляторами, которые предлагает вездесущий интернет.

Но, как ученик в школе, привыкший пользоваться арифметическим калькулятором. Зачастую даже не знает таблицы умножения, так и строитель, использующий онлайн-калькулятор для расчёта количества свай, не будет знать откуда берутся результаты расчёта.

Основная функция любого фундамента – это принятие на себя всех нагрузок от конструкций здания – стен, перегородок, перекрытий потолка, крыши и пола. По сути, фундамент «удерживает» вес всего здания вместе с дополнительными нагрузками, например, весом снега, который накопился на крыше или весом камина, расположенном на втором этаже здания.

Алгоритмы для расчета свайного фундамента

Итак, вначале рассчитаем нагрузку здания на ленточный фундамент, а потом по аналогии перейдём к расчёту свайного фундамента из винтовых свай.

Для примера берём кирпичный дом размером 6 на 6 метров, с внутренней опорной перегородкой, толщина стен – двойной кирпич — 0,4 м.

Длина стен дома будет равна 6*4 = 24 м, длина внутренней перегородки 6 м. Итого — 30 м.

Вес кирпичного дома с дополнительными нагрузками условно возьмём в 120 т (можно и вычислить вес здания, посчитав объём кирпича, раствора, штукатурки, вес потолочного перекрытия и крыши). Толщину фундамента примем такую же как и толщина стен — 0,4 м.

Тогда площадь основания фундамента будет равна: 30*0,4 = 1,2 м2.

Итак, на площадь 1,2 м2 давит здание весом 120 т или 120000 кг. Или 10,0 кг на 1 см2. Толщина фундамента, как правило, больше толщины стен (это видно по характерному выступу цоколя).

Если увеличим толщину фундамента по 10 см на внешнюю и внутреннюю сторону стены, то его площадь будет равна 30*0,6 =1,8 м2. В этом случае давление здания на фундамент составит 120 000/18 000 = 6,7 кг/см2.

Это давление превышает величину сопротивления грунта, для глины он равен 6,0 кг/см2. Поэтому необходимо ещё увеличивать толщину фундамента.

Сколько нужно винтовых свай на здание размером 6х6 м

Принимаем величину 6,0 кг/см2 давления, как нормативную, при расчёте количества фундаментных винтовых свай на здание весом М =120000 кг. При этом добавим в расчеты: сопротивление грунта Кг – 6,0 кг/см2; коэффициент условий эксплуатации Ку – 1,0 и коэффициент надёжности Кн – 1,2 (что означает увеличение расчётов на 20% для повышения степени надёжности конструкции фундамента).

Диаметр сваи 0,3 м, Тогда площадь основания сваи составит:

S=πr2=3,14 * 0,15*0,15 = 0,07м2.

Площадь основания фундамента рассчитаем с учётом коэффициентов по формуле:S=Кн*М/ Ку*Кг = 1,2*120 000/ 1*6 = 24 000 см2 = 2,4 м2

Количество свай, если не считать сопротивление их стенок о грунт: 2,4/0,07 = 30,4 = 31 свая. Если увеличим диаметр сваи до 0,5 м, то тогда необходимо будет 2,4/0,197 = 17,9 = 12,18 = 13 свай.

Сколько нужно винтовых свай на баню 6х3?

Бани, как правило, возводят из деревянных срубов, поэтому их вес намного меньше, чем из кирпича. Оставим все коэффициенты такими, как в прошлом расчёте кроме веса бани, примерно определим его в 48 тонн или 48000 кг.

Диаметр сваи – 0,3 м.

Площадь основания фундамента бани:

S=Кн*М/ Ку*Кг = 1.2*48000/1*6 = 9600 см2 =0,96 м2

Площадь сечения сваи: S=πr2=3,14 * 0,15*0,15 =0,07

Количество свай: 0,96/0,07 = 13,7 =14 свай.

Есть иной алгоритм расчёта фундаментных свай, основанный на удельном сопротивления грунта. Проверим, совпадает ли количество необходимых винтовых свай на эту же баню.

На одну сваю придётся давление: 0,07*6 = 4200 кг.

Тогда количество свай на баню будет нужно 48000/4200 = 14 свай

Как видим, результаты как первого и так второго алгоритма одни и те же.

Сколько винтовых свай нужно на дом 6х9

Используем наиболее простой второй алгоритм расчёта при весе здания из кирпича размером 6х9, примерно 160000 кг, и диаметре свай 0,5 м.

Площадь сечения сваи: S=πr2= 3,14*0,25*0,25 =0,197 м2

На одну сваю приходится давления 0,197* 6 =11 820 кг.

Необходимо свай: 160 000/11 820 =13,5 =14 свай.

Расчёт количества свай для каркасного дома, как и любого другого, согласно, приведённых алгоритмов будет аналогично зависеть от веса дома, удельного сопротивления грунта на строительной площадке и диаметра винтовой сваи.

Расчет количества винтовых свай КСАмет

Свайные оголовки КСАмет выпускаются диаметром 20, 25 и 30 см. Поэтому расчёт количества свай будет зависеть, как и в прошлых примерах от веса дома, удельного сопротивления грунта и диаметра используемых свай. Единственное отличие при расчёте в том, что в технических характеристиках этих свай указаны максимальные допустимые нагрузки на сваю. Поэтому расчёт ведётся в соответствии с техническими характеристиками свай КСАмет.

Определение максимальной массы домостроения

Рассчитать нагрузку строительных материалов для каркасного домостроения можно по таблице:

№Нагрузка от материалаВеличина нагрузки на квадратный метр1Фундаментширина 13 см, длина 1650 мм27 кгширина 13 см, длина 9000 мм124 кгширина 10,8 см, длина 1650 мм22 кгширина 10,8 см, длина 9000 мм95 кгширина 8,9 см, длина 1650 мм14 кгширина 8,9 см, длина 9000 мм60 кг2Кровля из черепицыбитумная50-70 кгкерамическая80-120 кгметаллическая40-60 кг3ПерегородкиПерекрытие по балкам, выполненное из досок, с использованием утеплительного материала10-150 кгУтепленные перегородки 80 мм из гипсокартона33,4 кгНеутепленные перегородки 80 мм из гипсокартона27,2 кгУтепленные стены 150 мм30-50 кгМебель, предметы в доме150 кг

Нагрузка снежного пласта, который может лежать на кровле, рассчитывается в зависимости от региона.На территории РФ нагрузка определяется по карте

Пересчет коэффициента ведется:

• при уклоне кровли менее 25 градусов = 1;уклон от 25 до 60 градусов = 0.7;при уклоне более 60 градусов, масса снегового пласта не учитывается.

Полученные показатели умножаем на расчетный коэффициент надежности.

№МатериалКоэффициент1Строительные материалы1.1-1.32Мебель, предметы1.23Снеговой пласт1.4

Дополнительные рекомендации

В процессе расчета количества свай и их распределения по всей площади фундамента существует множество мелких особенностей, каждая из которых так или иначе сказывается на улучшении конечного результата:

• при установке фундамента из винтовых свай на сложном нестабильном грунте для усиления опорной конструкции используется обвязка с применением металлического уголка или швеллера на уровне цоколя;
• при отсутствии геодезических данных для расчетов лучше использовать параметры, соответствующие минимальной расчетной нагрузке, то есть создавать максимальный запас прочности;
• для улучшения качества расчетов, кроме формул и табличных данных, стоит применять программу для проектировки: она пересчитает все параметры и опровергнет или подтвердит ручной расчет;
• наименее прочные сваи обладают стволами из шовных труб с приваренными лопастями;
• по нормам цоколь не должен подниматься больше чем на 60 см над землей, при этом запас сваи по длине должен составлять от 20 до 30 см.

При монтаже свай на неровном участке желательно оставлять запас по длине в районе 20–50 см. В дальнейшем излишки можно будет отрезать или произвести выдергивание. А вот при недостатке – придется забивать новую сваю.

О том, как рассчитать количеситво винтовых свай, смотрите в видео ниже.

Способы вычисления несущей способности по различным параметрам

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

Свайные фундаменты

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

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

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

Расчет фундамента на винтовых сваях

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

Фундамент на винтовых сваях

Несущая способность сваи с лопастями зависит от следующих параметров опоры:

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

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

Особенности фундамента на забивных сваях

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

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

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

Буронабивные сваи – оптимальный вариант фундамента

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

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

Фундамент на буронабивных сваях

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

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

Технические характеристики

Все виды винтовых опор имеют шесть характеристик:

1. Металл — сталь, по характеристикам не ниже СТ 25-35. Хорошо, если будет иметь внешнее оцинкованное, полимерное покрытие. Толщина должна соответствовать нормам, указываться в сертификате качества.
2. Толщина стенки тела — не менее 0.3-0.5 см. Конкретное значение зависит от сорта стали, общей длины опоры.
3. Тип наконечника — литые, сварные. Первые по качествам предпочтительнее, но дороже (на 30-40%), в сравнении со сварными конструкциями.
4. Количество лопастей — обычно, одна лопасть, но для зданий, имеющих большой вес, при строительстве на слабых грунтах, рекомендуется использовать двухлопастные. Более равномерно распределяют нагрузку на большую площадь почвы.
5. Общая длина — зависит от плана строительства.
6. Внешний диаметр — зависит от расчетной максимальной несущей способности опоры.

Особенности грунтов в расчете несущей способности

Диаметр

Диаметр элемента измеряется по внешней поверхности — 0.07-0.15 м. Зависит от необходимой несущей способности, длины тела. Для строительства жилых, подсобных помещений подходит диаметр 0.09-0.12 метра.

Ростверк из бруса

Длина

Производители предлагают сваи, длиной от 1.7 до 7-8 метров. Внешний диаметр, толщина стенки при одинаковой длине могут различаться.

Рекомендательная таблица

Количество опор, расстояние между ними

Конкретная цифра количества нужных опор для здания вычисляется просто — общий вес делится на несущую характеристику отдельного элемента. Но простота обманчива. При подсчете нужно учитывать:

1. Масса здания вычисляется путем сложения веса используемых при строительстве материалов, связующих веществ (например, метизов, цементного раствора).
2. Нельзя забывать, что в доме будут находиться вспомогательные системы — отопление, водопровод, канализация, вентиляция.
3. Предметы обстановки, жильцы — при подсчете веса лучше превысить значение в полтора-два раза. Иначе, домовладелец рискует получить проседание фундамента, растрескивание стен, дорогие ремонтные работы.
4. Снег, другие осадки также имеют вес. Даже воздействие ветра не ограничивается стенами (параллельно земле), давит через скосы крыши вниз, на фундамент. Информацию может предоставить проектировщик, можно проанализировать самостоятельно в СНиПах.
5. Сваи имеют значительный вес.

Расстояние между элементами не должно быть менее 0.5-0.6 м, более 2.5 метра. Рекомендуется придерживаться значений в диапазоне 1.5-2 метра. Конкретные места установки вычисляются на основе плана строения. Обязательными, первоочередными точками будут углы, точки пересечения несущих стен. Пространство между ними равномерно заполняется оставшимся числом опор. При недостаче, нужно добавить. Это повысит запас прочности фундамента, несущую способность. Не стоит экономить 2-3 тысячи рублей.

Ростверк из швеллера

Кафедра механики грунтов, оснований и фундаментов

Курсовой проект

Выполнила студентка Фролова Т.А.

курс 5 семестр ПГС (уск.) г. Смоленск

Преподаватель Гусева Е.С.

2015 г.

1.   Определение размеров конструктивных элементов свайного фундамента и разработка его конструкций для наружной стены

2.      Расчет конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента методом послойного суммирования для наружной стены

.        Определение размеров конструктивных элементов свайного фундамента и разработка его конструкций для внутренней стены

.        Расчет конечной (стабилизированной) осадки свайного фундамента методом послойного суммирования для внутренней стены

.        Подбор сваебойного оборудования

.        Проектирование котлована

.        Сравнение вариантов и вывод

Список литературы

1. Определение размеров конструктивных элементов свайного фундамента и разработка его конструкций для наружной стены

Несущая способность грунта

Несущую способность грунта рассчитать могут только специалисты, опирающиеся на геологические исследования строительной площадки. Для частных застройщиков достаточно знать состав грунтов и уметь пользоваться справочными таблицами.

В каждом населенном пункте старожилы обычно знают, на какой глубине расположен несущий слой грунта, и что он собой представляет. Вам остается лишь заглянуть в справочник и найти соответствующие характеристики.

Примерная таблица несущей способности грунтов:

Тип грунта	Расчетное сопротивление (кг/кв. см)
Глина	Полутвердая	6
Тугопластичная	5
Мягкопластичная	4
Суглинки и супеси	Полутвердая	5,5
Тугопластичная	4,5
Мягкопластичная	3,5

Подобные таблицы содержатся не только в строительных справочниках, но и в СНиПах.