Какие нагрузки выдерживают винтовые фундаменты

Какую нагрузку выдерживают винтовые сваи

Статья рассказывает о том, какую нагрузку выдерживают разные модификации винтовых свай, эксплуатируемые в разных грунтовых условиях.

Содержание статьи:

1. Нагрузку от строения воспринимают сваи или грунт?

Когда речь заходит о свайно-винтовых основаниях, мы часто сталкиваемся с выражением «несущая способность винтовой сваи». Стоит сказать, что, несмотря на свою распространенность, оно не вполне корректно.

Неважно, какое здание/сооружение запланировано к строительству, способность свай к восприятию проектных нагрузок следует определять в первую очередь по несущей способности грунтов, а уже потом – по конструктивным и геометрическим параметрам отдельных свай. При этом в ходе назначения этих параметров также будут учитываться данные о грунтовых условиях непосредственно в пятне застройки, а, кроме того, данные о нагрузках от будущего строения.

Получается, что если нет понимания, в каких грунтах будет эксплуатироваться винтовая свая, то, даже имея данные о ее конструкции и типоразмере, говорить о конкретных показателях несущей способности бессмысленно. То есть любому строительству должны предшествовать исследования грунтовых условий площадки предполагаемого строительства.

О том, какого объема исследований будет достаточно для получения всей необходимой информации, вы можете прочитать в статье «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов».

2. Несущие свойства грунта

Несущая способность грунта – параметр (один из основных), который определяет, выдержит ли основание нагрузку, передаваемую на него фундаментом сооружения/здания.

Данный параметр характеризуется нагрузкой (напряжением), которую основание может выдержать, когда находится в предельном состоянии. То есть нагрузкой, при малейшем увеличении которой происходит разрушение грунта (развитие площадок скольжения). Практикующие инженеры-конструкторы никогда не приближаются к этому состоянию, так как даже в пределах площадки строительства изменчивость свойств грунта достаточно высока, что не позволяет определить пограничное состояние однозначно. Более того, когда нагрузка приближается к предельному значению, деформации начинают развиваться с ускорением, так как разрушение грунта в основании (развитие площадок скольжения) происходит не мгновенно, а постепенно.

Если взглянуть на график «нагрузка-осадка», полученный в процессе нагружения фундамента, можно условно выделить три зоны, характеризующие состояние грунтового основания под нагрузкой (таблица 1).

Таблица 1 — Зоны, характеризующие состояние грунтового основания под нагрузкой

Состояние грунтового основания под нагрузкой

Зона 1. После начала приложения нагрузок

Деформации увеличиваются по линейному закону (с постоянной скоростью)

Грунт находится в фазе уплотнения, развитие зон пластических деформаций отсутствует

Зона 2. Поддерживается постоянная скорость нагружения

График принимает криволинейное очертание, деформации происходят с ускорением

В основании образовались и развиваются зоны пластических деформаций (площадки скольжения)

Зона 3. Увеличение нагрузок не происходит

Деформации продолжают прирастать

Предельное равновесие нарушено, нагрузка превышает несущую способность основания

Проектируя объекты, специалисты назначают нагрузку таким образом, чтобы фундамент работал в состоянии, близком к границе между первой и второй зонами. К примеру, для назначения нагрузки для фундамента на естественном основании применяют такой параметр как «расчетное сопротивление» (таблицы 2 и 3). Это значение является той точкой на графике «нагрузка-осадка», которая лежит в пределах границы между 1 и 2 зонами.

Таблица 2 — Расчетные сопротивления песков R0

Значения, R₀ кПа, в зависимости от плотности сложения песков

Таблица 3 — Расчетные сопротивления глинистых (непросадочных) грунтов R0

Коэффициент пористости, е

Значения R₀, кПа, при показателе текучести грунта

Чем глубже залегает грунт (при всех прочих равных условиях), тем больше его несущая способность. Это следствие давления, которое создают расположенные выше слои.

3. Параметры винтовых свай

С точки зрения характера восприятия нагрузок винтовые сваи можно условно разделить на две большие группы:

• узколопастные, диаметр лопасти которых превосходит диаметр ствола менее чем в полтора раза;
• широколопастные (лопастные), у которых диаметр лопасти в полтора раза и более превосходит диаметр ствола.

Узколопастные модификации воспринимают нагрузки благодаря высокой несущей способности грунтов и рассчитанному количеству витков, шагу и ширине лопасти (обеспечивает учет в полном объеме трения по боковой поверхности). Хорошо проявляют себя в особо плотных сезоннопромерзающих и вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах. Требуют обязательного выполнения расчетов на противодействие касательным силам морозного пучения из-за значительного трения по боковой поверхности ствола (подробнее «Воздействие сил морозного пучения»).

Широколопастные модификации хорошо воспринимают проектные нагрузки даже в грунтах с низкой несущей способностью благодаря:

• достаточной площади опирания;
• подбору конфигурации лопастей, соответствующей грунтовым условиям (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»);
• расчету расстояния между лопастями, шага, угла, наклона лопастей для многолопастных модификаций (подробнее «Особенности расчета многолопастных конструкций»).

Тем не менее, несущие свойства грунтов будут иметь решающее значение и для этой группы. К примеру, широколопастная свая с диаметром ствола 57 миллиметров и лопастью 200 миллиметров, установленная в грунт с высокой несущей способностью, может воспринять нагрузки до 5 тонн, тогда как конструкция с диаметром ствола 159 миллиметров с лопастью 500 миллиметров, установленная в слабый грунт, может держать менее 5 тонн.

По результатам исследований, проведенных специалистами компании «ГлавФундамент», был построен график зависимости несущей способности винтовой сваи от характеристик основания и конструктивных особенностей самой сваи (рисунок 1).

Из представленных зависимостей видно, что изменение интересующего параметра под влиянием характеристик грунта более значительно, чем под влиянием изменений, связанных с конструктивными особенностями сваи. Это в очередной раз подтверждает, что при выборе конструкции сваи следует в первую очередь отталкиваться от грунтовых условий площадки строительства, их изменчивости как в плане, так и по глубине. Это позволит подобрать экономически эффективную конструкцию, которая обеспечит эксплуатационную надежность в течение всего срока службы здания/сооружения.

Рисунок 1 – График зависимости несущей способности винтовой сваи от характеристик грунта и конструктивных особенностей сваи

dS1, dS2, dS3 – условный диаметр лопасти винтовых свай (исполнение 1, 2, 3).

ds1, ds2, ds3 – условный диаметр ствола винтовых свай (исполнение 1, 2, 3).

h – глубина погружения.

e/I_l – отношение пористости грунта к показателю текучести.

4. Расчет несущей способности фундамента из винтовых свай

Таким образом, расчету свайно-винтового фундамента всегда должны предшествовать инженерно-геологические изыскания на участке, которые дадут достаточно информации о физико-механических характеристиках грунтов.

Непосредственно расчет может быть выполнен аналитически или с применением математического моделирования в соответствии с действующими нормативными документами. Альтернативный способ определения несущей способности винтовых свай – по результатам полевых испытаний.

Источник

сваи-винт.рф

винтовые сваи изготовление и монтаж в санкт-петербурге

Нагрузка на винтовые сваи

Сколько винтовых свай нужно под дом?

Какую нагрузку способны нести винтовые сваи как фундамент? — вот часто задаваемый вопрос в начале строительства.
Винтовые сваи с каким диаметром выбрать для своего строения? Какой длины винтовые сваи необходимы? Как распределяется нагрузка постройки на свайное поле? Ведь фундамент это основа любого сооружения.
При выборе свай необходимо учесть все конструктивные особенности будущего строения. Учитываются материалы из которых возводится сооружение, конструкция здания и его особенности, нагрузка сооружения на фундамент в целом. Как правило расчет будущих нагрузок делают с запасом.
При загородном строительстве не трудно произвести расчет самому и выбрать необходимые винтовые сваи и их количество. Далее приведены винтовые сваи с обеспечением несущей способности:
для Ø57 мм – 1,5 т
для Ø89 мм – не менее 3,5 т
для Ø108 мм – не менее 4,5 т
для Ø133 мм – не менее 7,0 т
для Ø159 мм – не менее 10,0 т
Каждая винтовая свая несет нагрузку пропорционально от общей массы строения.
Наиболее часто используемые сваи в загородном строительстве каркасных и домов из бруса — 89 мм. и 108 мм. Длина винтовых свай зависит от качества грунтов. Наиболее ходовой и часто используемый размер это 108 мм. свая длиной 2500 мм.
Для строений с использованием газобетона, кирпича, швеллера и т.п. используются сваи диаметром от 133 мм. и больше. При необходимости, установленные винтовые сваи «обвязывают» швеллером, или устанавливают железобетонный ростверк на основе свай. В любом случае использование винтовых свай позволяет сэкономить деньги и время.

Расчеты свайных фундаментов

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям первой и второй группы.

Расчет первой группы для придельных состояний производится:

— по прочности материала свай и свайных ростверков;

— по несущей способности грунта основания свай;

— по несущей способности оснований свайных фундаментов;

если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки ( подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др. ) или если основания ограничены откосами или крутопадающими слоями грунта и т.п.

Расчеты по предельным состояниям второй группы производятся:

— по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;

— по перемещениям свай ( горизонтальным углам поворота головы свай ) совместно с грунтом оснований от действий горизонтальных нагрузок и моментов;

Нагрузки и воздействия

Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах свайных фундаментов, коэффициенты надежности по нагрузке, а также возможные сочетания нагрузок следует принимать в соответствии с требованиями строительных норм. Значения нагрузок необходимо умножать на коэффициенты надежности по значению, принимаемые согласно » Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкции».

Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований следует выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям — на основные сочетания.

Все расчеты свай, свайных фундаментов и их оснований следует выполнять с использованием расчетных значений характеристик материалов и грунтов.

Расчетные значения характеристик материалов свай и свайных ростверков следует принимать в соответствии с требованиями строительных норм.

Если несущая способность винтовых свай определена по результатам полевых испытаний статистической нагрузкой, то коэффициент надежности принимается равным 1,2.

При высоком и низком ростверке, подошва которого опирается на сильно сжимаемый грунт, и висячих сваях, воспринимающих сжимаемую нагрузку, а также при любом виде ростверка и висячих сваях и сваях стойках, воспринимающих выдергивающую нагрузку, коэффициент надежности принимается в зависимости от количества свай в фундаменте: при 21 свае и более — 1,4 (1,25); от 11 до 22 свай — 1,55 (1,4); от 6 до 10 — 1,65 (1,5): от 1 до 5 — 1,75 (1,6).

Распределение нагрузок на свайное поле

Нагрузка на винтовые сваи

Расчет нагрузки на винтовые сваи

Зачастую при обилии информации по тому или иному вопросу человек теряется, не может определиться с выбором. Конечно в специфических вопросах лучше всего обратиться к помощи специалистов работающих в своей области.
При выборе фундамента на винтовых сваях заказчик часто сталкивается с трудностью в определении расчета количества свай, расстояния между ними, диаметром и длиной свай. Приведенные выше данные помогут определиться с выбором. Отдельно можно добавить, что самым универсальным в выборе в регионе Ленинградской области является винтовая свая 108мм. и длиной 2500мм.

винтовые сваи на сильно заводненном участке

В сильно заводненных местах стоит прибегать к тестовому бурению, а в отдельных и к тестовой установке сваи, что поможет точно определить необходимую длину сваи.

Тестовое бурение механическим способом

Зачастую пробное бурение производится на необходимую глубину, чтобы выяснить состав грунтов и слой твердого пласта и глубину его залегания.

Пробное бурение до твердых пластов грунта

Геологоразведка позволяет точно определить необходимую длину винтовых свай и определиться с их количеством. Выбранный грунт из шурфа показывает качественный состав пород.

Шурф от пробного бурения

Попадаются места с очень нестабильными грунтами, в этих случаях бес тестового бурения и пробной установки винтовой сваи не обойтись.

Пробная установка сваи

Что-бы не «загружаться» объемной, лишней информацией ниже приведены следующие правила.
При выборе винтовых свай под фундамент при нормальных стабильных грунтах можно порекомендовать 108/2500мм., при допустимом расстоянии между сваями не более 3000мм. Вот пожалую главное от чего стоит отталкиваться при выборе свай для устройства фундамента.

Обвязка винтовых свай

Очень важно в нестабильных грунтах производить обвязку фундамента на винтовых сваях. В зависимости от требований по нагрузке на винтовые сваи оказываемых строением производится обвязка винтовых свай швеллером или обвязка винтовых свай уголком.

Для улучшения качества фундамента и гарантированного временного интервала в процессе эксплуатации необходимо производить работы по обвязке свайного поля металлическими деталями ( создание силового каркаса ). Усиление свайного поля необходимо при большой высоте винтовых свай от поверхности грунта, нестабильных, насыщенных водой грунтах ( особенно болотистых и торфяниках ), на участках с большим уклоном, при строениях с большой нагрузкой.

Необходимо учитывать максимальную нагрузку на винтовую сваю и оставлять необходимый запас. Особенно справедливо в регионах с большим количеством осадков в зимнее время ( снеговая нагрузка ) и частыми температурными перепадами от минуса к плюсу ( оледенение кровли ).

Ошибки при монтаже фундаментов на винтовых сваях

Какие ошибки могут быть допущены при устройстве свайно-винтовых фундаментов и конструкций на их основе?

Одна из наиболее распространенных и не «простительных» это не достаточное заглубление винтовых свай в процессе установки. Чаще всего это халатность монтажников и не желание работать с полной отдачей, не опытность и не понимание процессов работы фундаментов особенно в зимнее время. Ни кому не секрет какое количество «строителей» особенно из ближнего зарубежья появилось на просторах страны. В нашей практике были случаи когда заказчик в целях экономии нанимал неквалифицированных работников, не имеющих навыков и опыта в установке винтовых свай и монтаже фундаментов. В последствии приходилось заниматься исправлением и ремонтом фундаментов.

Другая ошибка — это недостаточное количество свай и неправильное распределение нагрузки. как следствие — проседание отдельных элементов конструкции. Отчасти это получается по вине заказчика желающего с экономить на фундаменте.

Отсутствие усиления свайного поля в виде обвязки металлом при большой высоте винтовых свай от поверхности грунта, более 60 см. , при большом уклоне участка на котором стоит фундамент, в подвижных, сильно заводненных, мягких и рыхлых грунтах.

Использование бруса, притом не цельного в виде обвязки свайного поля под достаточно тяжелое строение, к примеру бревенчатый сруб большого размера или из газобетона.

Все это из выше перечисленного может привести к нежелательным дефектам фундамента и постройки в целом.

Источник