Нагрузки свайного фундамента опор

Сколько составляет допустимая нагрузка на винтовые сваи?

Выбирая тип винтовых свай, учитывают их несущую способность, которая в свою очередь определяется диаметром стержня и площадью лепестковой подошвы.

Выбор элементов основания также зависит от прочности грунта под проектируемым сооружением.

О том, как взаимосвязаны эти элементы, можно узнать из настоящей статьи.

Определяющий критерий при выборе

Свайно-винтовой фундамент, как правило, используют при строительстве легковесных и малоэтажных сооружений. Такие опоры различаются между собой размерами и конфигурацией винтовой части.

Чтобы рассчитать несущую способность основания, нужно грамотно выбрать модель свай для строительства (обращают внимание на диаметр трубы и площадь лепестковой подошвы), а также количество конструктивных элементов.

Показатель несущей способности отражает, какой допустимый вес может выдержать каждая опора без потери функциональных качеств, учитывая возможные деформации грунта. Поэтому перед тем, как покупать сваи, нужно знать расчетное сопротивление почвы (определяется в результате геологических изысканий участка).

Виды опор и параметры допустимой тяжести

На текущей момент рынок предложений представлен различными типоразмерами винтовых свай, что позволяет выбрать подходящие опорные элементы под конкретные виды возводимых строений.

Площадь лепестковой подошвы – один из определяющих параметров, от которого зависит несущая способность фундамента. Величину рассчитывают по классической формуле:

S_п = 3,14 х R 2 , где R – расстояние от центральной оси опоры до крайней точки, образующей контур лепестка.

В частном домостроении в большинстве случаев используют стержни диаметром 59-159 мм. Так, сваи, диаметр которых равен 89 мм, применяют для строительства веранд и беседок.

Сваи с большим диаметром трубы (108–159мм) подходят для строительства кирпичных построек, бань из бруса, одноэтажных домов и двухэтажных каркасных построек. Назначение некоторых свай с типичными параметрами отражены в таблице:

Диаметр ствола, мм	Длина сваи, м	Диаметр винта, мм	Толщина стенки, мм	Несущая способность одной сваи, т	Назначение фундамента
54, 76	1,5–4	150–200	2–3	0,8–2,5	опоры для ограждений, беседок, террас
54–89	2–3	150–200	2–3	2,5–4	опорные стенки для борьбы с оползанием грунта
89–108	1,5–4	200–250	3–4	2–7	для уселения проблемных фундаментов
89–108	2–4	200–250	3–4	4–7	для усилия причалов
89–114	2–4	200–300	3–5	4–8	в качестве фундамента для деревянных, каркасных, кирпичных, щитовых домов, бань, хозблоков и других легковесных построек
108–168	2–4	200–300	3,5–3	5–9	в качестве опорных элементов для фундамента, усиленного ростверком

Винтовые сваи с большим диаметром трубы (до 325мм) характеризуются высокими допустимыми нагрузками, что позволяет их использовать для строительства тяжелых конструкций, в том числе промышленных объектов.

Длину столба выбирают, зная глубину промерзания грунта. Для большинства российских регионов для почвы характерна точка промерзания, равная 1,5 м. Поэтому сваи длиной 2–2,5 м (с учетом высоты цоколя) считаются традиционными.

На нестабильных и переувлажненных почвах может быть целесообразным использование винтовых свай длиной до 11,5 м.

Определение прочностных характеристик грунта

Расчет допустимой нагрузки без точных данных о сопротивлении грунта будет недостоверным. При этом застройщик должен помнить, что на одном участке в пределах небольшой площади может быть несколько типов почвы.

Поэтому перед строительством сооружений I и II степени ответственности, в том числе жилых домов, необходимо заказать геологические изыскания застраиваемой площадки.

Альтернатива процедуры – самостоятельный анализ почвы. Для этого бурят в земле несколько шурфов, чтобы взять образцы для анализа.

Затем визуально или экспериментальным путем для каждого образца определяют тип почвы и выбирают из справочной литературы расчетное сопротивление грунта. Нормативный документ СП 22.13330.2016 содержит такие данные. Таблица ниже отражает значение искомых параметров для наиболее популярных грунтов в российских регионах:

Тип почвы	Расчетное сопротивление, кг/см 2
Пылеватые породы	2
Рыхлая почва с большим содержанием песка и глины	3,5
Песок мелкой фракции, гравий с глинистыми включениями	4
Галька с некоторым содержанием глины	4,5
Песок средней фракции	5
Глина, песок крупной фракции	6

Расчет допустимой тяжести

Чтобы рассчитать максимальную нагрузку, которую сможет выдержать свайное основание, необходимо знать площадь подошвы винта, а также несущую способность грунта.

Формула для расчета:

• N – максимально возможная нагрузка на основание (кг/см 2 );
• S_п – площадь подошвы лепестка (см 2 );
• R_o – сопротивление грунта (кг/см 2 );
• y_k – коэффициент надежности.

Коэффициент y_k зависит от количества опор, использованных для строительства фундамента, а также достоверности результатов геологических изысканий участка:

• y_k = 1,7, если количество свай меньше 5;
• y_k = 1,4, если использовано до 20 опорных элементов;
• y_k = 1,2, если сопротивление грунта определено в результате профессиональных геологических изысканий.

Например:

участок строится на глинистом участке (R_o = 6 кг/см 2 ) и в качестве опорных элементов использованы винтовые стержни длиной 2,5 м, диаметром столба 108 мм и диаметром лопастей 300мм. Тогда площадь подошвы лепестков будет равна:

При самостоятельном анализе грунта, а также использовании табличных значений R_o принимают y_k = 1,7. Тогда искомая нагрузка на фундамент будет составлять:

N = (706 х 6)/1,7 = 2491 кг или 2,5 т.

Последствия неправильных рассчетов

Параметры опоры указаны в технической документации, а сопротивление почвы определяется опытным путем и здесь возможны ошибки.

При расчете максимальной нагрузки учитывают коэффициент надежности, чтобы нивелировать недостоверность выбранного сопротивления грунта.

В противном случае значение предельной нагрузки на фундамент будет неточным и застройщик может неправильно выбрать количество свай и шаг между ними.

Когда максимально допустимая нагрузка фундамента значительно превышает реальную массу проектируемой конструкции, то это приводит перерасходу финансовых и трудовых ресурсов. В противном случае основание получается ненадежным, что увеличивает риск крена сооружения, появления трещин в стенах, а также преждевременного износа фундамента.

Заключение

Один из ключевых этапов проектирования свайно-винтового основания – расчет допустимой тяжести на опоры.

Этот параметр зависит от размеров винтовой сваи, а также сопротивления грунта на участке. Зная, какой вес может выдержать один опорный элемент в заданных условиях, можно точно рассчитать требуемое количество стержней и выбрать шаг между ними.

Источник

Нагрузка на винтовые сваи: максимальные возможности

Какие допустимые нагрузки способны выдерживать винтовые сваи и какая у них несущая способность? Какой диаметр винтовой сварной сваи (свсн) будет самым подходящим для устройства свайно-винтового фундамента? – это самые задаваемые вопросы на этапе проектирования строительства. Ошибки в расчётах, как правило, снижают надёжность опор под зданиями, приводят к усадке или крену строений. И, в конечном счёте, к повреждениям их основных конструкций.

Допустимая нагрузка – важнейший показатель винтовых элементов фундамента

Важной характеристикой винтовых свай, влияющей на правильный их подбор при устройстве фундаментов под конкретные сооружения, является несущая способность.

Это ничто иное, как учитывающая деформации почвы максимальная нагрузка, которую выдерживают сваи без потери своих функциональных качеств. Для грунтов с различными прочностными характеристиками, а также изделий, отличающихся длиной, диаметром трубы и лопастей – она разная.

Далее ознакомимся с параметрами, от которых зависит допустимая нагрузка на винтовые сваи, а также с правильным её теоретическим расчётом.

Виды свай и их параметры

Разнообразие типоразмеров этих изделий связано с применением их под конкретные виды возводимых объектов.

В частном домостроении преимущественно используются винтовые элементы фундаментов с диаметрами трубы от 89 до 159мм. Так, допустимая нагрузка на винтовую сваю 89мм делает возможным их применение при возведении каркасных одноэтажных домов, веранд и беседок. С увеличением диаметра трубы увеличивается цена и расширяется диапазон их применения: 108мм, 133мм и 159мм – для устройства фундаментов двухэтажных каркасных домов, а также одноэтажных из бруса, пенобетона и кирпича.

А допустимая нагрузка на винтовую сваю 325мм приемлема при использовании её в проектировании тяжёлых конструкций домов или промышленных объектов.

При расчётах допустимых нагрузок на сваи используют такой важный параметр, как площадь её конструктивного элемента – лепестковой подошвы.

При этом за радиус подошвы принимают расстояние от центра сваи до крайней (образующей контур лепестка) точки.

Для вычисления площади используют известную математическую формулу: возведённый в квадрат радиус лопастей умножают на 3,14 (число Пи). Для разных диаметров труб она составляет:

• 89мм – 490см 2 ;
• 108мм –706см 2 ;
• 159мм – 1590см 2 ;
• 325мм – 9567см 2 (для расчётов значения диаметров лопастей всегда берут в сантиметрах).

На выбор длины детали влияют характер грунта (в том числе уровень его промерзания) и перепады высот на стройплощадке.

Длина свай стандартизована и составляет:

• для коротких – 160-250см;
• для длинных – до 11,5м (с шагом 50см).

При правильной установке они должны упираться лопастями в плотный слой грунта.

Прочность грунта основания

Одним из исходных данных при расчёте допустимой нагрузки на винтовые сваи являются прочностные характеристики грунта на участке строительства. Их точное определение возможно при выполнении изыскательского бурения.

Если вызов геологов не предусмотрен бюджетом – можно самостоятельно оценить залегающий грунт. Для этого достаточны информация о составе грунтов на конкретном участке и умение использовать в справочниках соответствующие данные. Примерные значения расчётных сопротивлений (кг/см 2 ) грунтов на глубине 1,5м следующие:

• глина – 3,7–4,7;
• суглинки и супеси – 3,5–4,4;
• песок (от мелких фракций до крупных) – 4–6.

Такие данные содержат и строительные справочники, и СНиПы.

Определение максимально возможной величины нагрузки на винтовую сваю

Для расчёта нагрузок, которые способны выдержать элементы свайно-винтового фундамента, нужно знать площадь подошвы их лепестков и прочностные характеристики (максимальная несущая возможность) грунта. Перемножив между собой величины этих показателей, получают желаемое значение несущей способности винтовой опоры – максимально возможной выдерживаемой нагрузки.

Для примера определим, какую нагрузку выдерживает винтовая свая 108х2500мм. Исходные данные для упрощённого расчёта принимаем такими:

• грунт на строительном участке – глина;
• диаметр лопасти сваи 108мм – 300мм.

Воспользуемся данными таблиц в справочнике и определим несущую способность грунта (Rо) в месте установки фундамента: Rо = 6кг/см 2 . Площадь лепестковой подошвы этого вида свай мы определили ранее (смотри выше), S = 706см 2 .

Искомую нагрузку получим в результате перемножения:

F = Rо х S = 6 х 706 = 4,23 (тонны).

Именно такую расчётную (среднюю) нагрузку выдерживает одна свая 108мм, упираясь лопастью в слой глины.

Однако, её значение есть неоптимизированным, так как не учитывает коэффициент надёжности (γk). Он зависит от количества опор в фундаменте и способа производства геологических изысканий. При известных результатах таких изысканий на участке его значение составляет 1,2.

Выполняя самостоятельные исследования почвы на участке и используя табличные показатели прочности грунта, необходимо увеличивать запас надёжности. Для этого надо использовать в расчётах коэффициент надёжности порядка 1,7–1,4. Его величина зависит от количества свай в фундаменте: при минимальном количестве (до 5) он будет максимальным – 1,7. С увеличением опор до 20 коэффициент уменьшится до 1,4. При этом устанавливаемые сваи должны иметь низкие ростверки.

Таким образом, с учётом коэффициента надёжности расчёты максимально возможной нагрузки на сваи N (при пользовании табличными данными о грунтах) показывают её уменьшение по сравнению с расчётной нагрузкой F:

N = F : γk = 4,2 : 1,7 = 2,47 (т).

В качестве заключения

Качественный монтаж свайно-винтовых фундаментов зависит от правильного расчёта нагрузок на винтовые сваи, включающих и геологическую оценку грунта. Ошибки в расчётах приведут к занижению несущей способности фундамента или же большому перерасходу материала.

Источник