Проектирование свайных фундаментов расчет свайных фундаментов

Расчет свайного фундамента

В статье мы расскажем об ошибках, которые чаще всего допускают при самостоятельном расчете свайных фундаментов объектов малоэтажного строительства, и о том, как этого избежать.

Содержание статьи:

1. Часто встречающиеся ошибки проектирования фундаментов из винтовых свай

Вот те ошибки, которые чаще всего встречаются в проектах свайных фундаментов, разработанных своими силами:

• неучет конструктивных особенностей строения при сборе нагрузок;
• неумение верно посчитать нагрузки (часто в расчет берется только вес самого строения);
• выполнение расчетов в отсутствие информации о грунтовых условиях участка предполагаемого строительства (степень коррозионной агрессивности, физико-механические характеристики грунтов и т.д.).

Иногда неточности в расчетах возникают из-за неверного учета ландшафта или планировки участка (например, оказывается не соблюдена минимальная высота цоколя).

Итог – неверная оценка несущей способности конструкции и степени воздействия среды на фундамент, что часто приводит к просадке, ускоренному развитию коррозионных и гнилостных процессов.

Данный материал был разработан специально для того, чтобы вы могли избежать подобных проблем. Однако важно понимать, что приведенный в статье расчет, несмотря на всю свою универсальность (основан на типовых решениях и данных, подкрепленных многолетним практическим опытом), является условным, так как в нем используются усредненные показатели, которые могут меняться в зависимости от типа строения и региона строительства. Более того, в связи с тем, что назначение винтовых свай невозможно без точной информации о грунтовых условиях площадки строительства, в части определения их параметров и количества мы ограничились только общими рекомендациями.

Отдельно стоит сказать о том, что материал ориентирован на сферу индивидуального жилищного строительства и не учитывает особенности проектирования технически сложных объектов.

2. Грунтовые условия на участке: инженерно-геологические изыскания, пробное завинчивание или скоростные исследования грунтов?

Важнейший этап, который обязательно должен предшествовать проектированию фундамента из винтовых свай – изучение грунтовых условий участка предполагаемого строительства.

Традиционно для исследования грунтов на площадке применяется комплекс инженерно-геологических изысканий (ИГИ). Однако этот комплекс процедур не лишен недостатков, главный из которых – значительная стоимость. Для удешевления необходимо уменьшить количество скважин и объем лабораторных работ, что неизбежно приведет к опасности недостаточного изучения площадки строительства. В результате данный метод, даже несмотря на относительно высокую точность результатов, почти не применяется в малоэтажном строительстве.

Куда большей популярностью сегодня пользуется пробное завинчивание, которое привлекает многих своей невысокой ценой. Однако нужно понимать, что полученные таким образом данные практически невозможно интерпретировать, они субъективны, а потому не вызывают доверия.

Причина кроется в том, что пробное завинчивание не является методом исследования грунта. Применяющие данный метод руководствуются единственным принципом: «Если свая тяжело крутится на предполагаемой глубине установки, то ее несущая способность является достаточной». При этом не учитывается ни зависимость результатов от времени года, в которое производится завинчивание, ни возможное наличие в основании линз более прочных грунтов, которое может вызвать «ложный отказ». Кроме того, данная процедура не дает никакой информации о типе и свойствах грунта под сваей.

Учитывая эти факты, компания «ГлавФундамент» провела многочисленные исследования в области изучения грунтов, на основании результатов которых разработала наиболее эффективные и скоростные методики, внедренные впоследствии в качестве обязательных процедур:

• геолого-литологические исследования (ГЛИ);
• геотехнические исследования (ГТИ);
• измерение коррозионной агрессивности грунтов (КАГ).

К примеру, методика динамического зондирования, разработанная на основании ГОСТ 19912-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием» и применяемая в рамках проведения геотехнических исследований, позволяет определить физико-механические характеристики грунта, необходимые для проектирования свайно-винтового фундамента, а также обеспечивает оценку несущей способности свай на всех характерных участках площадки, на всех интересующих глубинах, уступая по точности оценок только статическим испытаниям натурных свай.

По результатам измерений коррозионной агрессивности грунта подбираются толщины ствола и лопасти, марка стали винтовой сваи, обеспечивающие соответствие срока службы строения требованиям ГОСТ 27751-2014 «Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».

Для уточнения правильности подбора параметров рекомендуется после выполнения расчета срока службы проверить остаточную толщину стенки ствола на соответствие проектным нагрузкам.

Подробнее о скоростных методах исследования грунтовых условий площадки строительства в статье «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов».

3. Сбор нагрузок

В первую очередь для расчета фундамента необходимо выполнить сбор всех нагрузок, которые будут воздействовать на него. Они бывают постоянные P_d и временные (длительные P_l, кратковременные P_t, особые P_s).

Постоянные P_d – вес частей сооружений, в том числе несущих и ограждающих строительных конструкций.

Длительные P_l – вес временных перегородок, подливок и подбетонок под оборудование, вес стационарного оборудования, заполняющих его жидкостей, твердых тел и др.

Кратковременные P_t – воздействия от людей, животных, оборудования на перекрытия, от подвижного подъемно-транспортного оборудования, от транспортных средств и климатические (снеговая, ветровая и т.д.).

Особые P_s – сейсмическое, взрывное воздействие, воздействие от столкновения транспортных средств с частями сооружения, воздействия, обусловленные пожаром или деформациями основания, сопровождающимися коренным изменением структуры грунта.

Обратите внимание, что в этом расчете будут учтены только те виды воздействий, которые имеют принципиальное значение при расчете фундамента из винтовых свай.

3.1. Постоянные нагрузки. Как рассчитать вес частей сооружения?

Для расчета веса строения достаточно знать удельный вес материалов, которые будут использованы при его строительстве и их предполагаемые объемы. Это не требует каких-то специальных знаний и навыков. Можно попробовать запросить нужные данные у поставщика стройматериалов.

Мы при выполнении расчетов будем использовать справочные данные с усредненными значениями удельного веса конструкций дома (стен, перекрытий, кровли), приведенные в таблице 1.

Таблица 1 — Справочные данные с усредненными значениями удельного веса конструкций дома: стен, перекрытий, кровли.

Удельный вес 1 м 2 стены

Каркасные стены толщиной 200 мм с утеплителем

Стены из бревен и бруса

Кирпичные стены толщиной 150 мм

Железобетон толщиной 150 мм

Удельный вес 1 м 2 перекрытий

Чердачное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м 3

Чердачное по деревянным балкам с утеплителем плотностью до 500 кг/м 3

Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м 3

Цокольное по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 500 кг/м 3

Удельный вес 1 м 2 кровли

Кровля из листовой стали

Кровля из шифера

Кровля из гончарной черепицы

При самостоятельном выполнении расчетов стоит учитывать, что согласно п. 7.1 СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия» расчетное значение нагрузки следует определять, как произведение ее нормативного значения на коэффициент надежности по нагрузке (γf) для веса строительных конструкций, соответствующий рассматриваемому предельному состоянию:

Таблица 2 — Таб. 8.2. СП 20.13330.2016 «Нагрузки и воздействия»

Конструкции сооружений и вид грунтов

Коэффициент надежности, γ_f

Бетонные (со средней плотностью свыше 1600 кг/м), железобетонные, каменные, армокаменные, деревянные

Бетонные (со средней плотностью 1600 кг/м, изоляционные, выравнивающие и отделочные слои (плиты, материалы в рулонах, засыпки, стяжки и т.п.), выполняемые:

в заводских условиях

на строительной площадке

В природном залегании

На строительной площадке

Выполним необходимые расчеты на примере каркасно-щитового дома с мансардой с размерами в плане 6х9 м.

Чтобы посчитать вес от стен дома необходимо вычислить их периметр. Периметр наружных стен + внутренние стены: Р=47 м, среднюю высоту стен примем h=4,5 м. Тогда вес от конструкции стен будет равен: Р х h х удельный вес материала стен.

47 м х 4,5 м х 70 кг/м 2 = 14 805 кг = 14,8 т.

Далее посчитаем вес крыши. Принимаем, что вес крыши (деревянная стропильная система с покрытием из металлочерепицы) равен 40 кг/ м 2 (суммарный вес металлочерепицы, обрешетки, стропилы). Тогда вес крыши будет равен: S крыши х удельный вес 1 м 2

92 м 2 х 40 кг/м 2 = 3 680 кг = 3,7 т.

Также необходимо посчитать вес от перекрытий. Принимаем, что вес деревянного пола вместе с утеплителем будет равен 100 кг/м 2 . Тогда вес от перекрытий будет равен: S перекрытия*удельный вес*количество.

54 м 2 х 0,1 т/м 2 х 2 = 10,8 т.

После того как выполнены все необходимые расчеты, полученный вес сооружения умножаем на коэффициент надежности, о котором мы говорили ранее (в расчете для каркасно-щитового дома коэффициент принимаем равным 1,1 – для деревянных конструкций):

29,3 т х 1,1 = 32,2 т

Таким образом, нагрузка от самого здания составит 32,2 т. Этот вес принят условно, без вычета дверных и оконных проемов.

Источник

Как происходит проектирование свайных фундаментов?

Проектирование свайных фундаментов

Проектирование свайных фундаментов является обязательным условием перед его возведением. Это обусловлено тем, что строительство надежного, качественного основания попросту невозможно без тщательного и профессионально составленного плана. Это залог того, что средства, предусмотренные на возведение основания, будут потрачены не впустую, а оправданы до копейки. Рисковать в таком случае — это навредить самому себе и создать немало проблем в будущем. Если сэкономить на качестве, тогда прочность будет нарушена, и конструкция окажется недолговечной.

Сегодня для строительства оснований используют винтовые или железобетонные сваи. Каждый тип изделий имеет свои особенности, преимущества и используется в зависимости от определенных условий.

Компания «Таймсвай» производит и монтирует забивные железобетонные и винтовые сваи. Проектированием также занимаются инженеры компании.

Особенности проектирований фундаментов на сваях

Проектирование свайных фундаментов в независимости от типа строения подразумевает в первую очередь выбор конфигурации опор, используемых для строительства конструкции. Это обусловлено тем, что разные сваи имеют разную несущую способность, поэтому предназначаются для определенной нагрузки. Если к данному мероприятию допустить неквалифицированного человека, опора может не выдержать высоких нагрузок и попросту сломаться, что потребует замены и соответственно дополнительных денежных затрат.

Проектирование свайных фундаментов требует грамотного подхода с четкими, обоснованными расчётами нагрузок, оказываемых на опоры в процессе периода эксплуатации постройки. Также немаловажным фактом является её равномерное распределение по периметру конструкции или свайного поля. В данном случае определяющим фактором является масса строения, от которой напрямую зависит количество стержней и их частота расположения.

Данный процесс предполагает тщательный расчёт:

• Фактической нагрузки;
• Нагрузки постройки вместе с оборудованием, техникой, мебелью, а также людьми, которые одновременно будут находиться в здании;
• Нагрузки со снежной массой в зимний период.

Пробное бурение для сбора информации

Проектирование свайных фундаментов для любых типов сооружений требует учета информации об участке. В неё входит тип грунта, рельеф, уровень залегания грунтовых вод, глубина сезонного промерзания.

Информация о грунте важна по причине, что каждый тип имеет различную несущую способность, исходя их которой выбирается тип изделий: железобетонные, винтовые стержни. Также от типа грунта зависит глубина их погружения.

От рельефа на участке (перепада высот) зависит длинна изделий. Чем сложнее рельефные условия, тем длиннее стержни могут понадобиться. Также на длину влияют такие показатели, как: уровень залегания грунтовых вод, глубина промерзания грунта.

На диаметр и количество изделий влияют следующие факторы:

• Материал строительства (дерево, кирпич, пеноблок);
• Расположение и количество перегородок внутри постройки;
• Тип здания.

Часто, чтобы оценить качество нестабильной почвы с недостаточной несущей способностью, выполняют шунтирование.

Проектирование основания на винтовых сваях

Основание на винтовых стержнях сегодня невероятно востребовано не только в частном строительстве. Правильный расчет гарантирует, что оно простоит не одно десятилетие.

Такой фундамент отлично себя демонстрирует на просадочной, пучинистой почве и на участках с высоким УГВ. Также к достоинствам можно отнести стоимость строительства, которая ниже по сравнению с другими конструкциями.

Проектирование свайного фундамента: определение

Работа по проектированию свайного фундамента из винтовых свай состоит из учета ряда основных параметров. Желательно перед этим заказать услугу инженерно-геологических изысканий в соответствующей организации. Это даст возможность добиться максимальной точности определения главных характеристик грунта на участке.

1. Тип почвы и другие особенности. Главное – точно определить характеристики почвы. Это непосредственно влияет на показатели прочности основания.
2. Требуется определить сезонные колебания УГВ. Самостоятельно выполнить подобное мероприятие нельзя, поэтому доверьте данную работу профессионалу.
3. Сезонное промерзание почвы. Если в регионе не слишком сильные морозы в зимнее время, тогда обходятся мелкозаглубленным основанием. А в регионах где достаточно холодно, сваи необходимо погружать на глубину ниже уровня промерзания минимум на 25 см.
4. Определение несущей способности одной опоры. Винтовая свая изготавливается из трубы, заполняемой бетоном после ввинчивания. Подобное изделие вполне способно выдержать вертикальную нагрузку до 5 тонн. Но выбирать стержень исходя исключительно из данного параметра нельзя.
5. Учитывается вес будущего строения вместе с предполагаемыми динамическими и статистическими нагрузками. Проект должен содержать информацию о количестве проживающих или работающих в здании людей, а также этажность.
6. Расчет стройматериалов. Необходимо брать запас длины до 20 сантиметров для возможности дальнейшего подгона опор по уровню. Толщина и длина стержня напрямую влияют на несущую способность конструкции.

Выполнить эту работу самостоятельно не представляется возможным. Поэтому, если владелец желает получить качественное, надежное основание, работу необходимо доверить проектной организации.

Проектирование железобетонного фундамента на сваях

Проектирование фундаментов на ЖБС изложено в нормативной документации СП No50-1002, в которой описана последовательность выполнения работ:

• Выполнение инженерных изысканий для определения геологических, геодезических особенностей участка. Необходимо изучить пласты вплоть до тех, куда будут доходить стержни;
• Учитываются характеристики сооружения и другие важные условия. Сопоставляются предполагаемые нагрузки, испытывающие конструкция в процессе эксплуатации;
• Исходя из нагрузок выбирается типоразмер изделий;
• Рассчитываются несущие характеристики по особенностям почвы;
• Проектируется план свайного поля с определенным шагом между изделиями;
• Выбирается конструкция ростверка;
• Учитываются возможные риски усадки основания.

Расчеты предполагают возможность внесения коррективов после выявления несоответствий: выбор свай другого типоразмера, коррекция шага между ними.

Перед тем как приступить к проектированию свайных фундаментов специалистами собирается информация об уже возведенных фундаментах в регионе, а также собирается информация сейсмической активности. После этого компания приступает к расчету несущей способности на основании полученных данных. Главными определяющими факторами в подборе типоразмера и глубине ввода стержней являются плотность, влажность, тип почвы.

Важно грамотно составить план свайного поля, а также продумать конфигурацию связки опор ростверком и его заглубление. Учтите, что сегодня есть поднятые, наземные, опущенные ростверки. Выбирать тип ростверка следует используя специальные формулы для определения устойчивости к боковым воздействиям, давлению сооружения и пучению, поэтому доверять данную работу следует квалифицированному специалисту.

Моменты, на которые следует обращать внимание при проектировании фундаментов на сваях

Сегодня фундамент на сваях самый дешевый по сравнению с аналогами, поэтому при строительстве упор делают на долговечность.

Согласно современным нормам выделяют 4 класса долговечности:

• Временными постройками считаются здания с предполагаемым сроком эксплуатации 20 лет;
• 50 лет, как правило, здания с этажностью до 5 этажей;
• Сооружения этажностью более 9 этажей – 100 лет;
• Более 100 лет – общественные, государственные здания.

В случае грамотного проектирования фундамент пригоден для любых, как жилых, так и промышленных зданий 4 класса долговечности. Сооружения, построенные на таком основании, сохраняют свои характеристики на протяжении до 100 лет. Они пригодны для строительства зданий первого класса ответственности. Сюда входят жилые многоэтажные дома, производственные сооружения с большими эксплуатационными требованиями

Источник