Сколько составляет допустимая нагрузка на винтовые сваи?

Расчет ростверка

Свайное основание может выполняться с ростверком и без него. Часто строение устанавливается на сваи нижней обвязкой. Ростверком называется горизонтальная железобетонная балка, которая необходима для распределения нагрузки между всеми элементами основания. Он может быть как сборным, так и в виде монолитной ленты. Марка бетона, используемая для их изготовления, не должна быть ниже 150.

Перед началом создания ростверка необходимо точно рассчитать его размеры. Чаще всего ширина составляет 40 см, а высота – 30. Чтобы конструкция была достаточно жесткой, она армируется стальными прутьями, диаметр которых составляет от 10 до 12 мм. Они соединяются между собой при помощи вязальной проволоки. Между элементами арматуры должно оставаться не меньше 2,5 см.

Особенности устройства ростверка

Ростверк свайного фундамента требует особого внимания, поскольку он в значительной степени предопределяет практичность всего сооружения. В большинстве случаев высота ростверковой части изготавливается не больше 30 см, а ширина определяется в зависимости от толщины наружной несущей стены. Отдельным пунктом при вычислении ростверка является расчет на изгиб. Данный показатель устанавливается по боковым граням колонных элементов, их сечению, ступеней ростверка части и наружным поверхностям стакана.

Расчет всех значений и определение количества свай должен осуществлять квалифицированный специалист. Собственноручно такие вычисления произвести практически невозможно. Приступать к обустройству ростверка целесообразно только после получения точного инженерного расчета на основе качественного анализа грунта.

Рекомендуем посмотреть видео о том, как производится заливка ростверка, устойчивого к изгибу.

Вместе с тем, в данной ситуации положительным моментом является то, что в случае перекосов здания или появления трещин в фундаменте вы сможете предъявить претензии к составителям документа и потребовать возместить ущерб.

Из особенностей возведения данного элемента следует выделить следующие примеры оптимальных значений:

• оптимальные габариты ростверка – 30х40 см;
• обвязка заливается бетоном не ниже марки М300;
• необходимость установки по периметру конструкции армированного каркаса.

6.3 Расчет буронабивных свай

6.3.1 Расчеты свайных фундаментов и их элементов выполняются в
соответствии с общими положениями СП
24.13330.2011, МГСН 2.07-01
[], МГСН 5.02-99 [].

6.3.2 При расчете буронабивных свай из
виброштампованного бетона по прочности материала расчетное сопротивление бетона
следует принимать с учетом коэффициента условий работы γ_cb= 1 и коэффициента условий работы, учитывающего влияние
способа производства работ при наличии в скважине воды и извлекаемых обсадных
труб, γ’_cb= 0,9.

6.3.3 Сваю в составе фундамента и одиночную по
несущей способности грунта основания следует рассчитывать исходя из условия

                                                               (1)

где N — расчетная вертикальная
нагрузка, передаваемая на сваю, кН;

F_d — несущая
способность (предельное сопротивление) грунта основания одиночной сваи, кН,
называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;

γ, γ_n,
γ_k — коэффициенты, принимаемые согласно п.
7.1.11 СП 24.13330.2011.

6.3.4 Несущую способность F_d буронабивной
сваи, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять по формулам:

а) при объемном
виброштамповании укладываемой бетонной смеси

F_d = γ_c(γ_cRRA
+ UΣγ_cff_ih_i),                                                (2)

где γ_с — коэффициент условий работы
сваи, γ_c = 1;

γ_cR — коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи (для
песков и супесей γ_cR = 1,1; для глин и суглинков
γ_cR = 1; в остальных случаях, согласно п. 7.2.6 СП
24.13330.2011);

R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа,
принимаемое, согласно п. 7.2.7 СП
24.13330.2011;

А — площадь опирания сваи, м2,
принимаемая равной:

— для буронабивных свай без уширения —
площади поперечного сечения ствола сваи в уровне подошвы;

— для буронабивных свай с уширением —
площади поперечного сечения уширения в месте наибольшего его диаметра;

U — периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

γ_cf — коэффициент условий работы грунта на
боковой поверхности сваи (для любого типа грунта γ_cf = 0,9);

f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой
поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице приложения ;

h_i — толщина i-го слоя грунта,
соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

б) при вибровтрамбовывании
щебня в грунт ниже забоя скважины или сваи-оболочки, погружаемой с выемкой
грунта

F_d = γ_c(γ_cR1RA + UΣγ_cff_ih_i),                                               (3)

где γ_с — коэффициент условий работы сваи, γ_с = 1;

γ_cR1 — коэффициент условий работы, учитывающий особенности совместной
работы щебеночного «ядра» в основании сваи и окружающего уплотненного грунта,
принимаемый по таблице ;

R — расчетное сопротивление уплотненного грунта под подошвой
буронабивных свай, сооружаемых с вибровтрамбовыванием жесткого материала в
забой, кПа, принимаемое по таблице
приложения ;

А — площадь опирания сваи, м2,
принимаемая равной:

— для буронабивных свай без уширения —
площади поперечного сечения ствола сваи в уровне подошвы;

— для свай-оболочек, заполняемых бетоном, —
площади поперечного сечения оболочки брутто;

U — периметр поперечного сечения ствола сваи, м;

γ_cf — коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности
сваи, принимаемый:

— при объемном виброштамповании укладываемой
бетонной смеси (для любого типа грунта γ_сf = 0,9);

— в остальных случаях, согласно п. 7.2.6 СП
24.13330.2011 в зависимости от способа образования скважины и условий
бетонирования;

f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое
по таблице приложения ;

h_i — толщина i-го
слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

Таблица 1 — Значения коэффициента γ_cR1

	Значение коэффициента для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести IL
0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6
для песчаных грунтов
гравелистых	крупных	—	средней крупности	мелких	пылеватых	—
Пески средней плотности	—	—	—	0,8	1,0	1,1	—
Супеси, суглинки и глины	—	—	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2

Примечания

1 Для
промежуточных значений I_L значения коэффициента γ_cR1 определяются интерполяцией.

2 Для гравелистых, крупных
песчаных и пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести I_L < 0,2 определение
сопротивлений производится по результатам опытных работ. Для предварительной
оценки сопротивления основания под нижним концом сваи по формуле () допускаются принимать γ_cR1 =
0,5.

6.3.5 При определении несущей способности
буросекущихся и бурокасательных свай, воспринимающих сжимающую нагрузку в составе
конструкций типа «стена в грунте», следует учитывать уменьшение трения грунта
на боковой поверхности сваи, вызванное объединением сечений соседних свай в
ряду.

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.

Применение винтовой сваи с диаметром 133 мм

В момент устройства тяжелого строения на винтовой фундамент зачастую возникает вопрос: какие сваи по диаметру выставлять икаким должно быть их количество?

Для массивных сооружений лучше всего использовать элементы с большим диаметром. Несущая способность винтовой сваи 133 мм с диаметром лопасти 350 мм позволяет выдерживать нагрузки весом 4 тонны. При их помощи можно устанавливать сооружения любого типа – от жилого дома до складских помещений.

Винтовые опоры довольно часто применяются в строительстве разнообразных причалов и пирсов. Для их устройства используются сваи с диаметром трубы 133 миллиметра.

Кроме всего прочего, они имеют двойное защитное покрытие от образований коррозии. Благодаря таким характеристикам основание прочно размещается на участках с нестабильной почвой. Чтобы выяснить несущую способность фундамента, необходимо перемножить величину площади и значение сопротивляемости почвы.

Пример определения количества свай на фундамент

В расчет берется строение в два этажа по фундаменту 6 на 6 метров и используемый материал бруса. На строительном участке располагается грунт в виде глины. Общий вес строения со всеми нюансами составил 59 тонн.

По периметру здание составляет 24 метра, внутренние перегородки отсутствуют. Первым делом необходимо уточнить по таблице прочность почвы. В нашем случае это значение будет равно 6 кг на квадратный сантиметр.

Коэффициент выдерживаемой нагрузки составляет 1,75 (он нужен для предоставления запаса в случае необходимости). Проводится вычисление общей площади подошвы. Формула:

S = (ПД) х (ПД) : 4 = 3,14 x 352 : 4 = 961,6 сантиметра. Это определение диаметра лопастей.

Формула для вычисления неоптимизированной несущей возможности:

F = S x Ro = 961,6 x 6 = 5770 кг.

Вычисление допустимого веса на одну сваю:

N = F : yk = 5770 : 1,75 = 3279, то есть приблизительно (с округлением) 3 тонны 300 килограммов.

От чего зависит допустимая нагрузка

Если давать определение понятию несущая способность, то она представляет собой максимально допустимое давление на элемент фундамента, которое он выдерживает. Расчетная нагрузка на одну винтовую сваю всегда должна быть меньше ее несущей способности. Равность значений нежелательна, поскольку стоит предусмотреть запас на случай возникновения непредвиденных обстоятельств.

Допустимая нагрузка на винтовую сваю зависит от следующих факторов:

• диаметр трубы и лопастей;
• прочность грунта основания;
• длина сваи.

При выполнении простейших расчетов для частного дома потребуется знать только прочностные характеристики основания и площадь лепестковой подошвы (лопасти). Расчет выполняется по следующей формуле:

В этой формуле N -несущая способность винтовой сваи (сколько она способна выдержать), F — значение несущей способности (неоптимизированное), γк — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый в зависимости от количества опор для здания и способа выполнения геологических изысканий.

Коэффициент γk назначается равным следующим значениям:

• 1,2 при проведении точных геологических испытаний грунта основания, путем выполнения зондирования и лабораторных исследований. Выполнить это самостоятельно невозможно. Способ не подходит для частного домостроения из-за высокой стоимости, которая сильно увеличит бюджет строительства.
• 1,25 при проведении испытаний с помощью сваи-эталона. Хотя этот способ проще, чем предыдущий, определить, сколько сможет выдержать грунт, способен только человек, имеющий знания в области геологии.
• При самостоятельных исследованиях почвы и использовании табличных показателей прочности коэффициент принимается в зависимости от количества опор. Если несущая способность определяется для винтовой сваи с низким ростверком, то значение составит 1,4-1,75 при количестве опорных элементов в пределах 5-20 штук.

Очень интересное видео по испытаниям винтовых и других свай, за одно и сравнение по несущей способности:

Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле:

Здесь S — площадь лопасти, которая вычисляется по формуле для круга (S = πR² = (πD²)/4). Исходные данные приводятся производителем винтовой сваи. Для наиболее распространенных диаметров винтовой сваи можно воспользоваться таблицей ниже.

Несущая способность винтовой сваи: расчёт

Несущая способность винтовых свай находится путём умножения площади опоры на несущую силу грунта. Рассмотрим этот расчёт на примере винтовой сваи 133, погружённой в глинистую почву:

1. Сначала найдём площадь опоры. Используя табличные данные, узнаём, что диаметр винта равен 30 см, таким образом, площадь подошвы равна: 15х15х3,14=706,5 см².
2. Теперь воспользуемся таблицей, чтобы определить несущую возможность грунта. Для глинистых почв она равна 6 кг/см².
3. Теперь находим несущую способность свайных элементов: 706,5х6=4,2 т.

Вывод: один свайный элемент модели 133, с глубиной погружения в глинистую почву на 2-2,5 м, может выдержать нагрузку в 4,2 т.

Винтовые сваи

Как учесть надёжность конструкции при расчётах?

Однако описанный в середине статьи расчёт является приближённым. В нём не учитывается показатель запаса прочности деталей. Для этого необходимо произвести итоговый расчёт по формуле: N=F/Y, где N – искомая нагрузка, F – её приближённое значение, полученное вышеописанным способом расчёта, Y – коэффициент запаса прочности. Последний показатель зависит от правильности расчётов и числа свайных элементов. Его подбор осуществляется по таким параметрам:

• при числе элементов равном 5-20 шт, коэффициент составляет 1,75-1,4 (в данном случае должен использоваться низкий ростверк на подвесных опорах);
• коэффициент 1,25 используется при проведении испытаний на эталонном свайном элементе и является приблизительным;
• для проведения более точных испытаний используется коэффициент равный 1,2.

Пример: в продолжение нашего расчёта для свайного элемента модели 133 найдём уточнённую несущую способность: 4,2/1,2=3,5 т. Этот показатель будет использоваться при проведении точных инженерно-геологических исследований. Если же используются усреднённые табличные показатели, то искомая величина равна 4,2/1,75=2,4т.

Винтовые сваи: габариты

Определяем максимальную несущую способность одного свайного элемента

Чтобы найти максимальную несущую способность одного свайного элемента, потребуются сразу несколько данных. Для наглядности возьмём следующие показатели:

1. Установка свай будет выполняться на песчаных грунтах с несущей способностью 15 кг/см².
2. Используется опора модели 219 с диаметром подошвы 600 мм.
3. Поскольку у нас будут использоваться не больше пяти свай в поле, а несущая способность грунта определена точно, используем коэффициент равный 1,75.

Максимальную несущую способность вычисляем следующим образом:

1. Находим площадь опоры винтовой сваи: 30х30х3,14=2826 см².
2. Вычисляем приближённый показатель несущей способности: 2826х15=42,4 т.
3. Теперь определяется точная несущая способность винтовых свай: 42,4х1,75=24,23 т.

Вывод: несущая способность одного элемента винтовых свай с диаметром опоры 300 мм составляет чуть больше 24 тонн. То есть допустимые нагрузки (вес стен, перекрытия, мебели и т.п.) на опоры при такой глубине залегания не должны превышать 24 тонны. Как видите, правильно рассчитанная несущая способность винтовых свай гарантирует, что наш фундамент выдержит вес перекрытий, стен, ветровую и снеговую нагрузку.

Винтовые сваи

Винтовые сваи

Виды расчетов

СП 24.13330.2011 указывает, что расчет фундаментных оснований выполняется по критическим состояниям, разделяемым на две группы.

Процесс монтажа свай

По предельным состояниям первой группы высчитываются и устойчивость, и несущая способность, учитываются прочностные характеристики материалов. Вторая группа касается осадки свай под воздействием вертикально приложенных нагрузок, различным сдвигам основания в горизонтальной плоскости совместно с пластами грунта, образования трещин значительной глубины в теле конструкции оснований из железобетона.

Допустимую осадку подземного основания здания, согласно СНиП 2.02.03-85, необходимо рассчитывать по второй группе состояний.

Важнейший нюанс расчетов – обязательное принятие запаса надежности. Итоговое значение принимается по расчету по различным альтернативным вариантам и сопоставления полученных данных.

В СП 24.13330.2011 представлены требующиеся расчетные значения и постоянные, уточнены нагрузки на основание и их возможные сочетания.

Количество свай

Количество свай определяется исходя из таких параметров:

• проектный вес сооружения;
• сопротивление грунта;
• допустимая нагрузка одного конструктивного элемента;
• выбранный шаг между опорами.

Зная суммарную нагрузку на основание, делят показатель на несущую способность одной сваи и получают необходимое количество силовых элементов. Затем пересчитывают суммарную нагрузку на грунт с учетом веса основания, делят на опорную площадь фундамента и сравнивают результат с сопротивлением грунта.

Если остается риск проседания почвы, то увеличивают опорную площадь фундамента, выбирая сваи прочнее или уменьшая шаг между конструктивными элементами.

Оптимальное расстояние

Минимально допустимое расстояние между двумя опорными элементами равно трем диаметрам свай (не меньше одного метра). Исключение составляет технология с монтажом опор под наклоном. В этом случае сваи можно расставлять с шагом в 1,5 диаметра.

Согласно общепринятой классификации, максимальное расстояние между опорами может быть равным 6 диаметрам (не больше 3 метров). Для всех типов свай оптимальным считается шаг в 1,5 – 2 метра.

Основные схемы размещения

Как правило, сваи размещают по периметру сооружения, а также под несущими стенами при условии, что каждый угол конструкции удерживает как минимум один силовой элемент. Для малогабаритных построек сваи можно располагать в один ряд или несколько (параллельно или в шахматном порядке, выдерживая допустимый шаг).

Как определить площадь свайной подошвы

Лопасти при ввинчивании в грунт, сдавливают его пласты и осуществляют почвенное уплотнение. Когда свая установлена, она начинает играть роль подошвы и воспринимает на себя нагрузку здания. Для расчета нагрузки, которую могут выдержать опоры-трубы, нужно вычислить площадь подошвы каждого изделия.

Вычисляемая площадь представляет собой окружность, и образуемая винтовой лопастью фигура – круг. Расчет основан на формуле:

S=πR².

Значение радиуса в данном случае равно удалению самой крайней точки на лопасти винта от оси сваи. Обычно завод-изготовитель винтовых изделий снабжает свою продукцию готовыми таблицами, в которых указана площадь подошвы каждого вида изделий.

Заводские сваи с остроконечной лопастью

Расчет свайного фундамента

Выяснить, сколько именно нужно винтовых свай для фундамента, можно только после суммирования будущих нагрузок. Ниже приведено подробное руководство. Но следует знать, что учитывать надо не только основные строительные конструкции, но и отделочные материалы. Значительным весом обладают дверные и оконные блоки, инженерные коммуникации. Надо добавить вес мебели, крупной бытовой техники, котельного и другого оборудования.

Итоговый результат зависит от типа покрытия кровли, дополнительного оборудования

Калькулятор расчета суммарной нагрузки, оказываемой на свайно-винтовой фундамент

Далее приведены примечания к программе расчета:

• Площадь перегородок и внешних стен можно подсчитать лично. Для этого используют имеющиеся чертежи. Более точными получатся данные, если вычесть площадь дверных и оконных блоков. Если этого не делать, прочность фундамента будет создана с запасом. На этом этапе в соответствующей графе калькулятора выбирают основной материал строительных конструкций.
• Сведения о площади этажей пригодятся для расчета массы перекрытий. Здесь также указывают материал с учетом армирования, других важных деталей из открывающегося в соответствующем пункте списка. Следует вычесть пустые участки для монтажа лестничных маршей.
• Далее выбирают тип кровельного покрытия. Если нет определенного варианта, отмечают материалы, близкие по весу. Так, например, покрытие рубероидом будет примерно равно по весу мягкой битумной кровле при одинаковом количестве слоев. Вес стропильной системы добавляется программой автоматически с учетом сделанного выбора.
• В холодную пору года значительный вес способна создать снеговая нагрузка. Для точности необходимо отметить угол наклона скатов по отношению к горизонтали.

Карта осадков, определяющая вес снегового покрова

• Указанные на рисунке данные (нагрузки в кг на м. кв.) заносить в калькулятор не надо. Достаточно указать зону, в которой будет построен объект недвижимости.
• Масса ростверка из дерева незначительна, поэтому ее учитываю при расчетах, увеличивая размеры соответствующих стен. Если для обвязки свайного фундамента применяют металлический швеллер, иные тяжелые материалы, требуется отдельное вычисление.

После проверки данных нажимают виртуальную клавишу подтверждения. Расчет выполняется быстро, без дополнительного вмешательства со стороны пользователя. Чтобы узнать, хватит ли прочности опор, полученное значение делят на несущую способность единичной детали (НС), которая вычислена заранее.

Допустим, что для каркасного дома получилось количество свай, равное 17. Это еще не итоговый результат. С помощью чертежа с контуром здания и стенами выполняют распределение опорных точек. Их устанавливают в местах сопряжения ограждающих конструкций, в углах. На прямых отрезках строительных конструкций устанавливают сваи с шагом не более 300 см.

Если расчет сделать с запасом, не понадобится усиление буроинъекционными технологиями «слабого» фундамента

Приведенный выше расчет используют для проектирования капитальных строений. Небольшие пристройки, заборы и другие легкие сооружения можно возводить на менее прочных основаниях. Но надо помнить, что понадобятся отдельные опоры под тяжелое технологическое оборудование. Аналогичное дополнительное укрепление устанавливают под колонну, удерживающую большой вес, другие ответственные элементы силового каркаса.

При сложном рельефе местности и на крутых склонах перепад высот может быть слишком большой. В некоторых случаях понадобятся сваи разной длины. Их ввинчивают так, чтобы остался запас от расчетной высоты от 30 до 60 см. Излишки помечают с применением нивелира, обрезают по одному уровню. Далее закрепляют оголовки, устанавливают ростверк в соответствии с выбранным вариантом.

Загородный дом на винтовых сваях

Watch this video on YouTube

Проектирование свайного фундамента

При проектировании свайного фундамента необходимо участь ряд факторов, влияющих на его устойчивость:

• Глубина залегания толщина и надежность пород;
• Масса здания;
• Условия строительства и эксплуатации;
• Конструктивные особенности здания.

При проектировании инженеры опираются на данные геологических изысканий и на их основе определяют возможность строительства, рассчитывают количество свай, выбирают их вид, форму и материал.

Второй важный фактор — это нагрузка от здания.

Она складывается из нескольких видов нагрузки:

• Постоянная. Включает в себя вес самого здания;
• Долгосрочная временная — это вес станков, оборудования и других тяжелых конструкций;
• Краткосрочная временная складывается из веса мебели и людей в здании;
• Снеговая и ветровая нагрузки рассчитываются отдельно для каждого здания на основании климатических данных региона согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

Карта снеговых районов России

Вид сваи зависит от технико-экономических показателей строительства. Подбирается самый дешевый вариант, удовлетворяющий все требования и обеспечивающий надежность конструкции.

На этапе проектирования инженеры предусматривают запас прочности, обеспечивающий длительный срок эксплуатации фундамента даже при больших нагрузках.

Длина забивных свай

Различают забивные сваи железобетонные, бетонные, деревянные. По форме – круглые, квадратные, тавровые, двутавровые, полые.

Стандартные длины от трех до 16 метров. Минимум для железобетонной сваи:

• 3 метра для сплошной.
• 4 метра для полой.

Можно использовать больше или меньше, их выполняют под заказ. При большой глубине погружения чаще применяются составные сваи, и забивной метод используется редко, обычно комбинированный.

Диаметр ж/б свай до 80 сантиметров, оболочек – до метра.

Смотрите дополнительно по Ж/Б сваям:

При­ме­ры рас­че­та свай­но­го фун­да­мен­та по­дроб­нее	Сто­и­мость свай­ных фун­да­мен­тов — при­ме­ры смот­реть