Свайный фундамент: расчет количества свай, несущей способности и нагрузки

Расчет ростверка

Расчет ростверка свайного фундамента выполняется примерно так же, как и вычисления для ленточного типа опорной части дома. Чтобы рассчитать ширину ленты потребуется воспользоваться формулой:

В = М/L*R, где

B — необходимая ширина ростверка;

М — масса дома (за вычетом массы свай);

L — длина ростверка;

R — несущая способность грунта (слоя у поверхности).

Этот расчет подойдет для ленты, расположенной непосредственно на земле или с небольшим заглублением. Для висячего ростверка расчет будет более сложным, выполнять его самостоятельно проблематично.

Армирование ростверка

Подобрав ширину ростверка буронабивного фундамента, необходимо грамотно его армировать. Можно использовать требования к стальным стержням из СП «63.133301.2012».

В качестве материала для армирования выбирают пруты класса А400 (Alll). Максимально допустимый диаметр рабочих прутов — 40 мм. Минимальные значения приведены в таблице.

Пример расчета свайного буронабивного фундамента

Исходные данные для расчета:

• одноэтажный кирпичный дом с мансардой, толщина стены 380 мм;
• размеры в плане 7 на 9 метров, внутренних несущих стен нет (только перегородки), высота этажа 3 м;
• кровля стропильная мансардная с покрытием из металлочерепицы;
• грунты на участке — полутвердая глина с коэффициентом пористости 0,6, залегает на 3 м, R = 72 т/м2, fin = 3,5 т/м2 (взято значение для глубины 1 м).

Сбор нагрузок удобнее выполнять в табличной форме. Необходимо не забывать коэффициенты по надежности.

Ростверк предварительно принимаем шириной 0,4 м и высотой 0,5 м. Длина буронабивной сваи предварительно — 3 м, сечение диаметром 40 см, устанавливаются с шагом 1,5 м.

Количество свай = 32 м (L, длина ростверка)/1,5 м (шаг свай) +1 = 22 шт. (округляем до целых в меньшую сторону). S = 3,14*0,42/4 (формула площади через диаметр, см. ранее) = 0,126 м2.

Масса ростверка: 0,4м *0,5 м *32 м (длина) *2500 кг/м3 (плотность ж/б)* 1,3 (коэффициент) = 20800 кг.

Масса свай: 22 шт.*3 м *0,126 м2 *2500 кг/м3 *1,3 = 27030 кг.

Суммарная масса всего дома = 235830 кг = 236 т.

Нагрузка на погонный метр = Q = 236 т/32 м = 7,36 т/м.

Как рассчитать количество винтовых свай?

Правильно выполненные расчеты при проектировании свайно-винтового фундамента – залог надежности всей строительной конструкции. Их осуществление требует знаний и опыта в сфере проектирования и строительства оснований данного типа.

Основные принципы расчета количества винтовых свай

Чтобы грамотно рассчитать количество винтовых свай, следует основываться на следующих принципах:

1. Для возведения легких заборов не превышайте расстояние между устанавливаемыми сваями в 3-3,5 м.;
2. Для деревянных заборов, а также заборов из профлиста расстояние не должно превышать трех метров, а при наличии нагрузки ветром – 2,5 метров;
3. Для деревянных домов расстояние между сваями должно быть не больше 3-х м.;
4. Для домов из пенобетона, газобетона, пеноблоков и шлакоблоков необходимо устанавливать расстояние для свай не более 2-х метров.

Для расчета количества винтовых свай необходимо:

1. взять план первого этажа;
2. обозначить винтовые сваи в каждом из углов фундамента, на стыках внутренних несущих перегородок, внешних стен;
3. расположить по каждой внутренней, внешней стене необходимое число свай с учетом расстояния, не превышающего 2-3 метра в зависимости от материалов, из которых будет возводиться строение;
4. остальное пространство заполнить винтовыми сваями с учетом расстояния в 2 или 3 метра;
5. если будет возводиться печь необходимо учитывать, что она требует минимум 2-х свай;
6. обозначить винтовые сваи под внешние углы балконов, террас, пристроек;
7. подсчитать общее число винтовых свай.

Основные показатели при расчете количества свай

При расчете количества свай учитываются два базовых показателя:

1. общая весовая нагрузка объекта строительства на фундамент;
2. грузонесущая способность грунта на участке строительства и, соответственно, нагрузка на одну сваю.

Весовая нагрузка рассчитывается следующим образом:

Определяются:
вес всех используемых при строительстве объекта материалов, при этом во внимание берутся значения, которые будет иметь готовый объект;
нагрузка при эксплуатации объекта и снеговая нагрузка – рассчитываются согласно СНиП 2.01.07-85.

Вышеуказанные показатели веса и нагрузки суммируются, полученное значение умножается на 1,1-1,2 – коэффициент запаса.

Грузонесущая способность грунта – показатель, рассчитываемый в индивидуальном порядке на основе данных, полученных при геологическом исследовании участка строительства. Расчеты опираются на нормы СНиП 2.02.03-85. В ряде случаев допустимо не проводить исследование. Такой подход целесообразен при хорошей изученности, стабильности грунта и возможности применения показателя минимальной допустимой нагрузки на одну сваю заданного типоразмера и планируемой глубины залегания винта.

После вычисления общей весовой нагрузки и допустимой грузонесущей способности одной сваи первый показатель делится на второй. В результате получает минимально допустимое количество свай, которое, впрочем, зачастую увеличивается по соображениям повышения надежности конструкции.

Согласно строительным ГОСТам и Сводам Правил, шаг монтажа свай составляет 1,5-3 метра, при этом предусматривается установка свай не только по периметру, но и внутри него. Расположение свай относительно друг друга, а также их количество серьезно зависит от площади строения, а также нахождения зон повышенной нагрузки, которую, например, создает построенная в доме печь. Для таких зон количество свай желательно увеличивать. Расположение свай и их количество отражается на плане – схеме свайного поля.

Особенности расчета свайного фундамента

Первый шаг, с которого начинается расчет свайного поля – определение веса здания. Именно от него будет зависеть, сколько свай, какого диаметра и на какую глубину нам придется установить. Чем тяжелее дом, тем плотнее ставят сваи под стены.

При этом норматив требует, чтобы расстояние между центрами соседних опор было не менее 3-х диаметров сваи. При уменьшении этой дистанции происходит снижение несущей способности стоек.

Армирование свай выполняют вертикальными стержнями периодического профиля (диаметр 12-14 мм). Их количество зависит от диаметра стойки и может составлять от 3 до 8 штук. Между собой вертикальную арматуру соединяют горизонтальными отрезками стержней диаметром 6-8 мм. Заливка буронабивных свай должна выполняться бетоном марки не ниже 100.

Для более простого расчета стоимости материалов и несущей способности свай можно воспользоваться приведенной ниже таблицей.

В таблице выполнен расчет буронабивных свай длиною 2 метра и диаметром от 15 до 40 см. Арматура вертикальная 12 мм, поперечная — 6 мм с шагом 1 метр.

В качестве примера определим, сколько свай диаметром 20 см потребуется для  фундамента под дом, вес которого составляет 60 тонн. Из таблицы видно, что одна стойка может выдержать вес не более 1884 кг. Разделив 60 000 кг на 1884 кг, получим 31,84 штук. Округляем в большую сторону до целого числа и получаем 32 сваи. Для их заливки (без осадных труб) нужно купить арматуру и бетон общей стоимостью 32х428,68 руб. = 13 717 руб.

Конечно, же итоговая стоимость вашего фундамента будет гораздо выше, так как в его стоимость войдет множество других затрат: земляные работы, доставка стройматериалов, устройство ростверка, услуги рабочих и техники. Однако при желании и объективной оценке своих сил все работы или их часть можно выполнить своими руками.

Полученное количество свайных опор нужно равномерно распределить под несущими стенами и перегородками здания, а также под всеми углами и пересечениями стен. При этом шаг свай будет зависеть от общей длины стен.

Осадка свайного фундамента

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

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

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

Допустимые осадки свайно-винтового фундамента приводятся в СНиП 2.02.1-83   и они определяются типом постройки:

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

Расчет осадки методом послойного суммирования

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

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

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

S_{i =} h_i*m_vi*P_zi, S = ΣS_i.

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

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

При использовании этого метода предусмотрена линейная зависимость между деформациями и напряжениями. Слои рассматривают непосредственно под центром фундамента, исходя из графика максимальных уплотняющих давлений

При построении зависимости Pzp не учитывается слоистость напластований, боковые расширения почвы, а напряжения принимаются во внимание только по вертикали. Выбираем уровень глубины, ниже которого деформации грунта по нашему предположению отсутствуют, исходя из соотношения Pzp меньше или равно 0,2Pϫz (при Ei больше 5 МПа)

При этой характеристике меньше 5 МПа Pzp меньше или равно 0,1Pϫz.

Пример расчета свайного поля

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

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

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

Конкретные цифры для расчётов

В случае, когда сложно либо невозможно определить несущую способность грунта, принимается значение 2,5 кг\см2,  это усреднённый показатель для грунтов российской средней полосы.

Исходные данные для расчёта свайных фундаментов

Максимальный шаг винтовых свай для малоэтажного и хозяйственного индивидуального строительства:

• строения из бревна или бруса 3 м;
• сооружения каркасного либо сборно-щитового типа 3 м;
• здания с несущими стенами из облегчённых блоков 2,5 м;
• дома из кирпича  и полнотелых бетонных блоков 2 м;
• монолитные сооружения 1,7 м.

Для кустов свай под печи, колонны и подобные сооружения с сосредоточенной нагрузкой допустимое минимальное расстояние между сваями 1,5 м, для веранд и аналогичных построек 1,2 м.

Вес конструкций и частей зданий

Для сбора весов  допустим приблизительный подсчёт. Ошибка в большую сторону приведёт к небольшому увеличению стоимости работ. Если же реальные нагрузки окажутся больше расчётных, то возможно разрушение фундамента и здания в целом.

Предпочтительный ориентир при отсутствии точной информации максимальное значение.

Стены :

• кирпичные 600-1200кг\м2;
• бревенчатые 600 кг\м2;
• газо- и пенобетонные 400-900 кг\м2;
• каркасные и панельные 20-30 кг\м2.

• листовая сталь, в т.ч. металлопрофиль и металлочерепица 20-30 кг\м2;
• листы асбоцементные 60-80 кг\м2;
• рубероид и другие мягкие покрытия 30-50 кг\м2.

Перекрытия:

• деревянные с утеплителем 70-100 кг\м2;
• цокольные с утеплителем 100-150 кг\м2;
• монолитные армированные 500 кг\м2;
• плитные пустотелые 350 кг\м2.

Что определяет выбор диаметра сечения конструкций?

Используя опоры с большим диаметром сечения, строители обеспечивают гарантированную прочность фундамента. Но при строительстве легковесных сооружений экономически нецелесообразно переплачивать за большие габариты свай.

решающую роль играют:

• характеристики грунта на площадке;
• рельеф застраиваемого участка;
• назначение фундамента.

Взять сведения по геологии грунта собственник может из актуальной справочной документации, но получить достоверные значения можно только в результате лабораторного анализа проб почвы.

Рекомендации экспертов по выбору диаметра:

1. Геошурупы с малым сечением (57 мм) применяют для основания под такие легкие конструкции, как ограждения из сетки или деревянных штакетников.
2. Трубы d 76 мм будут устойчивыми по отношению к более тяжелым заборам, например, из профнастила, а также легковесных построек (беседок, террас).
3. Столбы диаметром 89 мм используют при строительстве сельскохозяйственных построек, бань, а также тяжелых ограждений и бруса.
4. Сваи с размером сечения от 108 мм можно выбирать при проектирование малоэтажных жилых домов, коттеджей, дач и т.д.

Диаметр и длина свай как основные характеристики

Винтовые сваи по своему диаметру подразделяются на несколько видов, которые используются в строительстве для различного предназначения:

• 57 мм (используются для легких заборов);
• 76 мм (применяются для монтажа деревянных заборов, а также заборов из профлиста, для установки фундаментов под бытовки, туалеты, хозяйственные блоки);
• 89 мм (необходимы для монтажа тяжелых заборов, фундаментов под каркасные дома, различных пристроек к дому, таких как веранда, терраса, лестница);
• 108 мм (используются для установки фундаментов под каркасные многоэтажные дома, для пристроек из бревен, брусьев, легких камней);
• 133 мм (используются для установки фундаментов под каркасные многоэтажные дома, для домов из бревен, для беседок, монтажа пирсов и причалов).

Определение длины свай

Одним из важных факторов при расчете фундамента является точное определение длины винтовых свай, благодаря чему в последующем дом не просядет под собственным весом. Выбор длины свай зависит от плотности грунта, а также перепадов высоты на участках строительства.

Для определения качества грунта необходимо выкопать лопатой на участке лунку глубиной 0,5 м. в самом низком месте земельного участка. Если под слоем почвы Вы обнаружили песок или глину, данный грунт считается благоприятным для монтажа винтовых свай. Для возведения фундамента можно использовать сваи в 2,5 м.

В случае, когда под почвой Вы нашли торф, воду или плывун, Вам понадобится соответствующий инструмент, так называемый садовый бур. Данный инструмент необходимо вставлять в готовые лунки и вкручивать пока на шнеке инструмента Вы не обнаружите плотные комки песка, глины. Бур во время вкручивания нужно время от времени вытаскивать и стряхивать с его шнека грунт. Благодаря процедуре вкручивания бура Вы сможете рассчитать глубину плотных слоев грунта.

Хотите установить винтовой фундамент своими руками?

Перепад высоты на земельном участке – следующий критерий выбора длины свай. К примеру, длина дома составляет 6 метров, а перепад высоты – 1 метр. В таком случае, для установки фундамента для верхнего ряда свай понадобятся сваи длиной 2,5 м, для среднего ряда – 3 м, а для нижнего ряда – 3,5 м. Советуем при перепадах высоты более полуметра брать в расчет винтовые сваи с запасом в 0,5 м. Достаточно часто случается, что при установке свай с перепадами высоты, на нижних сваях не достает около 30 сантиметров.

Для точного определения длины свай рекомендуем обращаться за помощью специалистов компании «СВИТ», которые в кратчайший срок приедут и произведут точные замеры с пробным бурением за доступную цену.

Преимущества винтовых свай

В отношении веса каркасных домов железобетонные винтовые сваи обладают избыточной несущей способностью, поэтому нецелесообразно переплачивать за дорогие конструктивные элементы и аренду оборудования для их вкручивания. Металлические винтовые сваи намного проще в монтаже и способны удерживать вес каркасного сооружения.

Положительные характеристики

1. Дешевизна.
2. Простой монтаж.
3. Быстрое возведение.
4. Разнообразие моделей.
5. Достаточная несущая способность.
6. Ремонтопригодность.
7. Возможность строительства на склонах.

Какие выбрать?

В зависимости от геологических условий и особенностей проектной конструкции выбирают модель винтовых свай. Определяющие характеристики опорных элементов:

• ширина лопасти;
• диаметр столба;
• длина трубы;
• тип наконечника;
• толщина металла.

Для каркасных домов с несущей нагрузкой 5–9 т используют винтовые сваи диаметром 108 мм и толщиной трубы 4-5 мм. Вес построек в несколько этажей может достигать 14 т, тогда выбирают стержни с размером сечения – 133 мм. В большинстве случаев подходят сваи со стандартным размером лопастей – 250–300 мм.

Как рассчитать?

На какую глубину закручивать винтовые сваи? Минимальная глубина закладывания свай рассчитывается исходя из уровня промерзания почвы. При этом наконечник опоры должен упираться в твердый несущий пласт. Для этого на этапе геологических исследований анализируют состав почвы и высоту слоев.

Например, в преобладающей части московского региона глубина промерзания грунта равна 1,5 м, тогда как в северных – этот показатель составляет 2,4 м. Это значение принимается за глубину фундамента.

Высота свай рассчитывается исходя из таких показателей, как:

• высота снежного покрова зимой;
• температурный режим в помещении;
• уровень подземных источников;
• вероятность подтопления;
• тип рельефа на участке.

Минимальна высота свай – 20 см, но на практике этот показатель редко опускают ниже 30 см. уровень цоколя подбирают индивидуально в зависимости от исходных условий.

Определяясь с моделью силового элемента, выбирают сваи с запасом по длине минимум в 0,5 м, чтобы было удобно выровнять высоту фундамента по горизонтали. Чаще всего для строительства каркасных домов используют стандартный типоразмер опор – 108х300х2500 мм.

Как рассчитать расстояние между сваями? Шаг между ближайшими силовыми элементами рассчитывают, основываясь на потребности в опорах. Сваи обязательно устанавливают в местах, где сооружение оказывает максимальную нагрузку на почву: под углами и точками пересечения несущих стен.

Если расстояние между столбами превышает 3 м, то посередине устанавливают промежуточные опоры. Рекомендованный шаг для винтовых свай – 1,5–2,5 м.

Сбор нагрузок свайного фундамента

Для определения нагрузки рассчитывают вес строительных материалов

При расчете свайно-винтового фундамента требуется найти сумму воздействующих на него нагрузок в единицах массы (для крупных зданий это тонны). Их можно разделить на константные и временные. В последнюю категорию входят:

• Длительные – стационарное оборудование с его наполнением, временные ограждения.
• Кратковременные – факторы климата (снег и т.д.), передвижное оборудование, транспорт, воздействия живых существ.
• Специфические – действие пожаров, взрывов, повреждений фундамента (влияющие на внутреннее строение грунта), сейсмического фактора. Их значение может быть отрицательным.

Подсчет общей нагрузки на фундамент реализуется посредством простого суммирования значений нагрузок по всем приведенным категориям. Чтобы узнать сумму константных воздействий, нужно определить удельный вес затрачиваемых на строительные работы материалов. Требуемую информацию может предоставить их поставщик. Зная материал, его толщину и тип конструкции, можно воспользоваться табличным значением параметра. Наибольший удельный вес на каждый квадратный метр имеет железобетон. Это относится к стеновым конструкциям и к перекрытиям. Обязательно учитывается вес кровли.

Когда расчет свай и фундамента производится собственноручно, нужно брать во внимание, что показатель нагрузки определяется как нормативный параметр, перемноженный на коэффициент надежности γf. Последнее значение зависит от материала конструкции и его плотности и обычно находится в границах 1,05-1,3

К примеру, периметр P внутренних и внешних стен деревянного дома равен 50 м, высота h – 5 м, а удельный показатель сырья – 70 кг/м2. Тогда нагрузка будет рассчитываться по формуле P*h*удельный вес=50 м*5 м*70 кг/м² = 17500 кг = 17,5 т. Аналогичные показатели вычисляют для крыши и перекрытий. В первом случае удельный вес материала умножают на площадь. Во втором добавляют еще один множитель – количество перекрывающих элементов. Эти три значения – для каркасных конструкций, крыши и перекрытий – суммируют. Результат, перемноженный на коэффициент надежности (для постройки из дерева он равен 1,1), будет являть собой значение константной нагрузки.

Примерная нагрузка на квадратный метр составляет 150 кг

Поскольку на стадии проектирования нельзя точно узнать общую массу мебели, техники и живых существ, воздействующих на перекрытия, для расчетов используют принятый в нормативах показатель равномерно распределенной нагрузки на квадратный метр (Pt). В жилищах его значение считают равным 150 кг/м². Формула расчета имеет такой вид: S*Pt*n, где n – число использованных перекрытий.

Также при строительстве учитывается снеговая нагрузка на здание, свойственная данному региону. В центральной части ЕТР расчетный показатель считают равным 180 кгс/м². В ряде мест это число значительно выше – в некоторых сибирских регионах оно может достигать 400 кгс/м². Узнать искомое значение можно по карте снеговых районов. Формула для нагрузки состоит из трех множителей: площади крыши, расчетного показателя и коэффициента наклона. Последний параметр для самых типичных покрытий с наклоном в 30-45 градусов считают равным 0,7.

Ветровой нагрузочный показатель часто выражается отрицательным числом (что означает снижение общей массы). Из-за этого при постройке массивных сооружений им часто пренебрегают. Для небольших парусных конструкций, напротив, он очень важен, так как при их возведении нужно представлять влияние на сваи выдергивающих и иных действий. Определяют ветровое давление по формуле: W=0,7* k(z)*c*g, где k(z) – коэффициент для высоты z (находится по таблице для типов местности), с – аэродинамический показатель (зависит от наклона крыши и от того, куда чаще дует ветер – во фронтон или в скат), g – коэффициент надежности, равный 1,4. Чтобы рассчитать общую нагрузку на кровлю, получившееся число W умножают на площадь крыши.