Как рассчитать длину сваи для фундамента

Как рассчитать винтовые сваи для фундамента

Свайные фундаменты — один из самых экономичных видов опор для здания. Они позволяют проводить строительство на территориях с высокой подвижностью грунта и большой его увлажненностью. Наиболее рационально для частного дома применять винтовые сваи, поскольку работы с ними не требуют особых умений, сложной техники и большого количества времени.

Порядок расчета

Чтобы в будущем не возникло проблем, рекомендуется перед началом монтажа провести предварительные расчеты. Расчет фундамента на винтовых сваях и его проектирование включает в себя:

1. изучение основания под здание (геологические изыскания);
2. сбор нагрузок;
3. расчеты;
4. чертежи;
5. составление смет.

Выполнение всех этих пунктов обязательно. Пропуск какого-либо из них может привести к недостаточной несущей способности или перерасходу материалов.

Изучение характеристик грунта

При строительстве капитальных объектов должны проводится инженерно-геологические изыскания и лабораторные исследования почвы. Для этого выполняют бурение скважин с выемкой проб грунта. Глубину скважин для каждого строения определяют в индивидуальном порядке. Эти работы выполняются специалистами и их стоимость достаточно высока.

При строительстве индивидуального дома к услугам геологов можно не прибегать, а выполнить исследование грунта самостоятельно. Для этого выкапывают шурф глубиной на 50 см ниже глубины сваи и дают оценку найденным слоям грунта. По возможности изучение почвы производят в нескольких точках, одна из них обязательно должна располагаться в самой низкой части территории. Также работы можно вести с помощью бура, оценивая грунт на его лопастях.

Важно выяснить тип грунта и наличие в нем водонасыщенных слоев. Вода значительно снижает несущую способность. Если обнаружена небольшая линза плохой почвы можно попробовать расположить сваи таким образом, чтобы обойти ее. Одним из достоинств свайных фундаментов является то, что обеспечение несущей способности осуществляется не только за счет опирания на нижний слой, но и за счет трения по всей поверхности сваи.

Сбор нагрузок

Чтобы произвести грамотный расчет, необходимо вычислить нагрузку, которую коробка здания оказывает на опоры. Величину находят путем сложения следующих значений:

• вес стен и перегородок;
• вес перекрытий;
• вес кровли;
• собственный вес фундамента;
• полезная нагрузка;
• вес снегового покрова.

Для каркасного дома при вычислении можно воспользоваться таблицей.

Тип нагрузки	Величина
Стены с утеплением толщиной 150 мм	30-50 кг на квадратный метр стены
Перегородки из гипсокартона толщиной 80 мм без утеплителя	27,2 кг/м 2
Перегородки из гипсокартона толщиной 80 мм с утеплителем*	33,4 кг/м 2
Деревянное перекрытие по балкам с утеплителем плотностью до 200 кг/м 3	100-150 кг/м 2
Кровельный пирог, кг/м 2
С покрытием из металлочерепицы	40-60
С покрытием из керамической черепицы	80-120
С покрытием из битумной (гибкой) черепицы	50-70
Собственный вес фундамента
ø133 мм длиной 1,65м	27 кг
ø133 мм длиной 9 м	124 кг
ø108 мм длиной 1,65 м	22 кг
ø108 мм длиной 9 м	95 кг
ø89 мм длинной 1,65 м	14 кг
ø89 мм длинной 9 м	60 кг
Временные нагрузки
Полезная (мебель и оборудование)	150 кг/м 2
Снеговая	по табл. 10.1 СП «Нагрузки и воздействия» в зависимости от климатического района

*утеплитель укладывается для повышения звукоизоляции.

Значения веса фундамента приведены только для крайних длин, в среднем, масса одного погонного метра сваи диаметром 108 мм находится в пределах 10-13 кг, диаметром 133 мм — 14-16 кг, диаметром 89 мм — 9-7 кг. Точный вес сваи определенной длины можно узнать у производителя.

Для определения снегового района строительства пользуются картами из СП «Строительная климатология». Если угол наклона кровли составляет 60 градусов и более, снеговую нагрузку не включают в расчеты.

Приведенные в таблице значения являются нормативными, чтобы получить расчетные, их нужно умножить на коэффициент надежности, указанный ниже.

1,3

Тип нагрузки	Коэффициент
Постоянная от: · изоляционных слоев, засыпок, стяжек: o изготавливаемых в заводских условиях o изготавливаемых на стройплощадке
Полезная	1,2
Снеговая	1,4

Диаметр винтовых свай

Чтобы произвести грамотный расчет свайного поля необходимо подобрать их диаметр. Чаще всего для индивидуального строительства применяются изделия диаметром 108 мм. Они подойдут для каркасного дома высотой в два этажа. Одно изделие способно выдержать нагрузку 5-7 тонн.

Если необходимо рассчитать фундаменты под массивные и высокие ограждения или одноэтажные каркасные постройки стоит остановить выбор на сваях диаметром 89 мм. Одно изделие в этом случае сможет выдержать нагрузку 3-5 тонн.

Под подсобные сооружения, навесы, небольшие заборы достаточно будет использовать сваи диаметром 76 мм. Несущая способность до трех тонн.

Длина винтовых свай

Для свайного фундамента на участках с устойчивыми грунтами достаточно будет использовать изделия длиной 2,5 м. В этом случае также необходимо учитывать перепады высот территории и предусматривать дополнительный запас. Опирание свайного поля по всему периметру должно происходить на одном уровне.

Для возведения свайно-винтового фундамента на грунтах с плохими характеристиками выполняют изучение грунта с помощью бура. Им нужно дойти до глинистого слоя. Длину сваи назначают так, чтобы она входила в этот слой.

Можно применить так называемый «метод контрольного вкручивания» — в отверстия внутри тела сваи заводится лом, на него одевают трубчатые рычаги, два работника перемещают их по кругу, создавая крутящий момент, третий контролирует вертикаль ствола пузырьковым уровнем, при резком увеличении усилия затяжки (обязательно ниже отметки промерзания) работы прекращаются. Таким образом определяют глубину залегания несущего пласта и определить необходимую длину свай.

Важно! Расчет свайно-винтового фундамента должен предусматривать запас по длине. Если длина изделия больше, после монтажа его можно легко обрезать до нужного значения с помощью режущего инструмента по металлу. Запас рекомендуется предусматривать 0,2-0,5 м в зависимости от сложности рельефа местности.

Количество изделий для свайного поля

Зная диаметр и несущую способность одной сваи поля и нагрузку от всего дома, можно рассчитать их количество. В этом случае окончательную цифру из сбора нагрузок, умноженную на коэффициенты надежности, необходимо разделить на несущую способность одного изделия. Расчет достаточно прост и при наличии всех исходных данных не вызовет затруднений.

После того, как определено количество винтовых изделий для свайного фундамента, необходимо равномерно распределить их по периметру стен. В обязательном порядке опоры устанавливаются под углы дома. После определения количества и шага, по возможности нужно выполнить чертеж или эскиз будущего фундамента на сваях, это позволит избежать ошибок при монтаже.

Пример расчета для каркасного дома

Чтобы рассмотреть более подробно, как рассчитать фундамент на винтовых сваях, приведем пример для одноэтажного каркасного дома с мансардой. Кровля строения металлическая вальмовая, поэтому все наружные стены имею одинаковую высоту (нет фронтонов). Внутренние перегороди из гипсокартона толщиной 80 мм без утепления, стены с утеплением толщиной 150 мм. Перекрытия деревянные по балкам. Высота этажа — 3 м, высота помещения — 2,7 м. Размеры дома в плане — 6 на 6 метров. Высота наружных стен мансардного этажа — 1,5 м. Внутренняя стена одна длиной 6 м, общая длинна перегородок на оба этажа — 25 м.

Глинистые грунты располагаются на расстоянии 3 м от поверхности земли, существенных перепадов высот на участке нет. Снеговая нормативная нагрузка 180 кг на квадратный метр.

Принимаем свайно-винтовые изделия диаметром 108 мм и длиной 3,5 м (необходимо предусмотреть дополнительный запас, поэтому лучше купить сваи длиной 4 м). В расчет нагрузок берем примерное количество, равное 9 шт (по всем углам + середина стен).

Расчет начинается со сбора нагрузок. Его выполним в табличной форме.

Тип нагрузки	Коэф-т надежности	Вычисление
От наружных стен	1,1	Длина стен*высота стен*массу = 4шт*6м*4,5м*50 кг*1,1 = 6600 кг
От внутренних стен	1,1	2шт(на два этажа)*3м(высота этажа)*6м(длина)*50 кг*1,1 =1980 кг
От перегородок	1,2	25м*2,7м(высота этажа)*27,2 кг*1,2 = 2204 кг
От перекрытий	1,1	2 шт(пол первого этажа и пол мансарды)*6м*6м*150кг*1,1 = 11880 кг
От кровли	1,2	(6м*6м*60кг*1,2)/cos45ᵒ(угол наклона кровли) = 3702 кг
От фундаментов (предварительно)	1,05	9шт*40кг (масса одной сваи)*1,05 = 378 кг
Полезная	1,2	2 этажа*(150кг*6м*6м)*1,2 = 12960 кг
Снеговая	1,4	180кг*36м*1,4 = 9072 кг

Сумма всех нагрузок на свайно-винтовой фундамент равна 48776 кг. В расчет принимаем округленное значение 48,8 тонн. Далее проводится расчет количества опор. Несущая способность одного изделия принятого диаметра — 5-7 тонн. Принимаем значение 6 тонн.

Количество необходимых опор = 48,8т/6т = 8,13 шт. Округляем до целого в большую сторону. Значение соответствует предварительному — 9 шт, окончательно его принимаем. Опоры устанавливаются по углам и серединам наружных и внутренних стен.

Приведенные выше вычисления позволят не ошибиться при строительстве и рационально расходовать ресурсы. Они не займут большого количества времени, но решат многие проблемы, которые могут возникнуть в будущем.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Источник

Как рассчитать необходимое количество винтовых свай?

Фундамент – это основа здания, а его правильный расчет – это основа долголетия всего строения. Для того чтобы рассчитать необходимое количество винтовых свай, их ширину и прочие параметры, необходимые для возведения фундамента, нужно придерживаться выверенной стандартизированной методики. Она включает в себя набор формул, в которые необходимо подставить геодезические данные о специфике конкретной местности и табличные значения, соотносящиеся с искомыми параметрам фундамента. Для того чтобы высчитать количество винтовых свай под фундамент в частном доме, необходимо вникнуть во все особенности и тонкости расчетов.

Назначение

Фундамент на винтовых сваях – отличное решение для местности со сложным рельефом, которое к тому же отличается умеренной ценой. Специфика этой технологии позволяет осуществить монтаж опор в течение 3 дней и при этом гарантирует надежность фундамента как минимум 100 лет. Для получения качественного результата необходимо учесть все факторы, заложенные в техпроцесс: равномерное распределение нагрузки, особенности грунта, глубину промерзания почвы, наличие и специфику подземных вод и т. п.

В результате всех вычислений появляются данные, дающие ответ на такие вопросы, как:

• необходимая высота винтовых свай;
• диаметр винтовых свай;
• глубина их установки;
• необходимое количество винтовых свай;
• общая стоимость материалов.

Порядок вычислений

Всегда первый шаг в любой работе – это проектирование.

Для проведения расчетов можно использовать стандартизированную методику для винтовых свай, описанную в СНиП 2.02.03–85. В ее основе лежат данные по геодезическим исследованиям конкретного участка земли.

В них входят следующие сведения:

• описание рельефа участка;
• состав и плотность грунта;
• уровень залегания грунтовых вод;
• глубина промерзания почвы;
• посезонный уровень осадков в регионе застройки.

При помощи этих данных вычисляется количество винтовых свай для фундамента (К).

Для расчетов понадобятся такие показатели:

• общая нагрузка на фундамент (Р), представляющая собой сумму масс всех использованных материалов;
• коэффициент надежности (к), являющийся корректирующим показателем для значения общей нагрузки на сваи;
• несущая способность грунта – табличное значение;
• площадь пяты сваи, находящаяся в прямой зависимости от ее диаметра, – табличное значение;
• максимально допустимая нагрузка (S), показатель для одной сваи – табличное значение.

Далее следует подстановка значений в формулу следующего вида: К=Р*к/S.

Коэффициент надежности (к) коррелирует с общим количеством свай и имеет соответствующие значения:

• к=1.4, если свай от 11 до 22 штук;
• к=1.65 – от 5 до 10 штук;
• к=1.75 – от 1 до 5 штук.

На каждую сваю ложится нагрузка, равная общей нагрузке, деленной на количество опор. Чем их меньше, тем сильнее нагрузка на одну сваю и тем быстрее она приходит в негодность, а вместе с ними весь фундамент и дом.

Правильный расчет заключается в подборе такого количества свай, которого хватит на весь период эксплуатации строения, но без чрезмерных излишков, являющихся пустой тратой средств.

При помощи приведенной формулы, коэффициента для винтовых свай расчет нагрузок и дальнейшее строительство не сопряжено с особыми трудностями.

При окончательных расчетах необходимо распределить нагрузки под несущими конструкциями и критическими точками с излишним давлением на фундамент с учетом:

• типа свай (висячих или стоек);
• массы;
• значения кренового усилия.

Параметры

Рассчитывая винтовой фундамент и оказываемые на него нагрузки, необходимо учитывать следующие показатели:

• общая масса строения (постоянная), измеряется в килограммах, является суммой масс таких элементов:
  • стен и перегородок;
  • перекрытий;
  • крыши;
• дополнительные нагрузки (временные, переменные):
  • масса снега на крыше;
  • масса всех предметов в доме: мебели, оборудования, отделочных материалов и жильцов (среднее значение 350 кг/кв. м);
• динамические нагрузки кратковременного характера, возникают от воздействий:
  • порывов ветра;
  • осадочных процессов;
  • колебаний температур.

Разновидности

В зависимости от строения (формы) винтовой сваи разнится специфика ее применения.

Выделяют такие распространенные виды:

• широкопластная с литым наконечником – используется для небольших строений при простом грунте;
• многопластная с несколькими лопостями на разном уровне – используется при повышенной нагрузке на сложном грунте;
• с переменным периметром – узкопрофильное изделие для специфических условий;
• узкопластная с литым зубчатым наконечником – применяется в условиях вечной мерзлоты и каменистой почвы.

Технические характеристики

Выделяют несколько основных технических характеристик у винтовых свай.

К ним относятся:

• длина ствола и материал изготовления;
• диаметр сваи;
• разновидность лопастей и их метод закрепления на стволе.

Диаметр

Сваи изготавливаются со стандартизированными габаритами под выполнение соответствующих задач:

• 89 мм (диаметр лопасти 250 мм) – при расчетной нагрузке на одну опору не более 5 тонн, в основном это каркасные одноэтажные дома;
• 108 мм (диаметр лопасти 300 мм) – при расчетной нагрузке на одну опору не более 7 тонн: каркасные одно- и двухэтажные дома, постройки из бруса и пеноблочные сооружения;
• 133 мм (диаметр лопастей 350 мм) – при расчетной нагрузке на одну опору не более 10 тонн: кирпичные и газобетонные дома с использованием металлических элементов.

Длина

Выбор длины свай базируется на показателе плотности почвы: свая должна опираться только на твердые грунты.

Также их длина зависит от имеющихся перепадов высот на участке:

• глубина залегания суглинка менее 1 метра – длина свай 2,5 метра;
• при рыхлых грунтах или плывуне длина сваи определяется глубиной погружения бура до твердых пластов;
• при неровностях участка разница в длине свай может варьироваться от 0,5 метра и более в зависимости от конкретного случая.

Количество опор и интервал их расположения

К табличным значениям расположения опор друг относительно друга относятся такие значения:

• от 2 до 2,5 метров – для домов с деревянным каркасом и блочных строений;
• 3 метра – для зданий из бруса или бревен.

При расположении свай фундамента для равномерного распределения нагрузок должны учитываться следующие правила их расстановки:

• под каждым углом дома;
• в точке пересечения несущей стены и внутренней перегородки;
• возле входного портала;
• внутри периметра здания с интервалом в 2 метра;
• под камином как минимум 2 сваи;
• под несущей стеной, в месте размещения балкона, мезонина или подобной конструкции.

Ростверк

Ростверк – элемент фундамента, необходимый для равномерного распределения нагрузки, оказываемой строением на фундамент. Для обеспечения надежности ростверка нужно рассчитать ряд параметров, при этом тип ростверка значения не имеет.

В расчеты входят:

• сила продавливания фундамента;
• сила продавливания, воздействующая на каждый угол отдельно;
• сила воздействия на изгиб.

Если используется высокий ростверк, вся нагрузка воздействует на сваи. Вертикальная нагрузка действует снизу, деформирующая нагрузка – сбоку. Такие расчеты очень сложны и требуют профессиональных знаний. Для расчетов необходимо воспользоваться стандартами индивидуального строительства.

Они определяют следующие нормы:

• соединяться опоры с ростверком могут двумя способами: жестким и свободным;
• глубина вхождения головы сваи в ростверк – минимум 10 см;
• расстояние между землей и ростверком – не менее 20 см;
• толщина ростверка не может быть меньше толщины стен и минимально равняется 40 см;
• ростверк должен иметь высоту более 30 см;
• ростверк укрепляется продольным и поперечным армированием с сечением прута от 10 до 12 мм.

Пример подсчета

Данный пример служит целью подробно показать применение формул при расчетах свайно-винтового фундамента.

Исходными данными для дома с периметром 10х10 являются:

• дом, возведенный по каркасной технологии, крыша покрыта шифером, есть крыльцо;
• габариты фундамента – 10х10, высота постройки – 3 метра;
• внутри установлены две перегородки, которые, пересекаясь, делят помещение на 3 комнаты;
• скат крыши – 60 градусов;
• каркас выполнен из бруса с сечением 150х150;
• ростверк выполнен из бруса с сечением 200х200;
• стены выполнены из СИП-панелей.

Далее осуществляются расчеты следующих элементов конструкции:

• площадь стен:
  • несущих: 10*3*4= 120 кв. м;
  • перегородок: 10*3+5*3= 45 кв. м;
• масса стен (масса 1 кв. м стены из бруса и перегородки взята из таблицы средних значений):
  • несущих: 50 кг*120=6000 кг;
  • перегородок: 30 кг*45=1350 кг;
  • общая: 6000+1350=7350 кг;
• масса перекрытий на 100 кв. м.:
  • цокольное: 150 кг*100=15000 кг;
  • чердачное: 100 кг*100=10000 кг;
  • крыша: 50 кг*100=5000 кг;
  • общая: 15000*10000+5000=30000 кг;
• масса дополнительных элементов (внутреннее наполнение дома, тип бытовой техники, отделки, количество жильцов и т. п), берется табличное среднее значение для 1 кв. м в 350 кг:
  • 350*100=35000 кг.;
• общая масса строения:
  • 35000+30000+7350=72350 кг;
• для примера берется коэффициент надежности, равный 1,4;
• максимальная нагрузка на пяту сваи с диаметром в 300 мм – 2600 кг при условии, что сопротивление грунта равно 3 кг /куб. см (почва со средней плотностью, глубоким залеганием воды и уровнем промерзания не больше 1 метра);
• высчитываем количество свай по формуле К=Р*к/S: К=72350*1,4/2600=39 свай.

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.

Расчетное количество свай не всегда является оптимальным: могут присутствовать дополнительные обстоятельства, требующие применения их большего количества. Кроме того, небольшой запас прочности благоприятно сказывается на долговечности фундамента.

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.

Источник