Свайные фундаменты при глубине промерзания

Какая глубина необходима для заложения свайного фундамента и как ее определить?

Для расчета надежного и устойчивого фундамента необходимо грамотно определить глубину закладывания опор.

Заказать проектирование силовой конструкции можно у профессионалов, но доступность технологии позволяет самостоятельно определить значение параметра.

Что такое глубина заложения свайного фундамента, как ее определить и от чего она зависит, расскажем в статье.

От чего зависит?

Размер части свайного основания, которая находится под нулевым уровнем участка, зависит от ряда факторов:

1. Веса проектной конструкции.
2. Несущей способности грунта.
3. Уровня подземных источников.
4. Глубины промерзания земли.
5. Типа силовых элементов.
6. Материальных возможностей собственника.

Углубление в зависимости от свойств почвы и расположения грунтовых вод

Чтобы возводимое сооружение дало минимальную осадку, не деформировалось и не шаталось в процессе эксплуатации, необходимо закладывать фундамент таким образом, чтобы сваи опирались на твердый пласт земли. Затруднения в выборе оптимальных по размеру конструктивных элементов вызваны тем, что состав грунта на участке может быть неоднородным.

Несущая способность почвы зависит от ее состава и уплотненности, но в первую очередь – от насыщенности влагой. Чем ближе к поверхности находятся подземные источники, тем ниже сопротивление грунта нагрузкам.

Заказать геологические исследования можно у профессионалов или самостоятельно выкопать скважину на глубину не менее двух метров, чтобы оценить характеристики пород и степень увлажненности.

Соотношение между уровнем промерзания и степенью заглубления опорных элементов

Пучинистые почвы подвержены силам морозного пучения. К таким грунтам относятся глинистые породы, суглинок, пылеватые пески и т.д. За счет высокого содержания влаги земельный массив при минусовой температуре может увеличиваться в объеме до 12%.

В результате на боковые части опорных элементов начинают действовать выдергивающие сваи. Поэтому так важно заглубить сваи ниже точки промерзания.

Узнать точку промерзания можно расчетным путем по формуле:

где:

• Tm – среднемесячная отрицательная температура зимой в конкретном регионе;
• Ko – коэффициент, учитывающий состав почвы.

Параметр для различных геологических условий будет равным:

• глины, суглинки – 0,24;
• пески, супеси – 0,28;
• пески большой крупности – 0,3;
• гравий – 0,35.

Точный расчет глубины промерзания земли под зданием зависит от теплового режима в доме и рассчитывается по формуле:

где Kh – коэффициент промерзания, регламентируемый нормами СНиП.

Как меняется значение в связи с типом опор?

Особенности проведения вычислений и рекомендации по выбору глубины свайного основания изложены в СНиП 2.02.01-83. При этом для разного типа опорных элементов учитывают отдельные нюансы.

Особенности расчета для винтовых столбов

Винтовые стержни заглубляются в почву ниже точки промерзания грунта, как правило, на 15%. При этом лопасти должны быть ввинчены в твердый пласт толщиной, равной не меньше трех диаметрам трубы. На участках, где уровень промерзания незначительный, важно учесть высоту почвенно-растительного слоя.

Для закладывания буронабивных

Для монтажа буронабивных элементов конструкции бурят скважины на глубине залегания тугоплавких пород.

Если почва характеризуется склонностью к пучению, то по технологии на дне шурфа рекомендуется устраивать утрамбованную песчаную подушку высотой не менее 20 см под нижним концом опоры.

Недостатком технологии для частного строительства фундамента с буронабивными сваями является тот факт, что сложно быть уверенным в тугоплавкости пород на назначенной глубине скважины. Поэтому для строительства малоэтажных домов и построек шурфы бурят на 1,5–2 м, что ниже точки промерзания и грунт на этом уровне достаточно уплотнен.

Но на особо зыбких почвах глубина закладывания буронабивных свай может достигать 30 м и более. В этом случае в обязательном порядке перед армированием и заливкой бетона необходимо устраивать в скважине обсадную трубу.

Согласно нормативам, заглубление опорных элементов в тугоплавкие породы должно составлять:

• для крупнообломочных, гравелистых грунтов, а также пылеватых песков – от 50 см;
• для других нескальных грунтов – от 1 м;
• для слоев погребенного торфа – от 2 м.

Для забивных

Технология позволяет устраивать сваи забивным способом на глубине не больше 16 м. В остальных случаях используют составные силовые элементы.

Согласно СНиП, минимальная длина свай – от 3 м, для полых конструкций – от 4 м.

Как рассчитать для одноэтажного дома?

Для примера определим, какие сваи нужны для частного домостроения. В ходе расчетов можно узнать, на какую глубину необходимо бурить скважины под фундамент.

Исходные условия:

1. Типовой одноэтажный каркасный дом площадью 6 на 6 м.
2. Вес конструкции – 35 т.
3. Стройка ведется на глинистом грунте с глубиной промерзания – 1,5 м.
4. Средняя высота снежного покрова в регионе – 30 см.

Предварительно выбираем 9 винтовых свай диаметром 108 мм с несущей способностью 5 тонн. Предельная нагрузка такого фундамента позволяет выдержать вес конструкции. Для стержней с таким размером сечения длина может составлять от 1 до 12 м.

Учитывая глубину промерзания и рекомендации, что ствол должен уходить в землю ниже определяющего параметра на 15%, подземная часть сваи будет составлять: 1,5м + 15% = 1,75м.

Принимая во внимание уровень снежного покрова в регионе, предварительно выберем высоту цоколя 0,4 м. Таким образом, для строительства в заданных условиях понадобятся сваи длиной 2,5м.

Все, что необходимо знать об устройстве и возведении свайного фундамента, найдете здесь.

Заключение

Нормативные документы не регламентируют единые правила для заглубления свай, но остается обязательным требованием, что этот параметр будет зависеть от геологических условий участка, а именно, от точки промерзания, типа грунта и уровня подземных источников.

Допустимые нагрузки на фундамент практически не зависят от размера подземной части опорных элементов, поскольку большее значение имеет опорная площадь. Рекомендованные соотношения длины свай и их диаметра приведены в таблицах СП и СНиП.

Источник

Расчет глубины заложения фундамента из винтовых свай

Статья содержит примерный расчет глубины заложения фундамента из винтовых свай и рассказывает об основных принципах, которые учитываются при его выполнении.

Содержание статьи:

При проектировании фундаментов из винтовых свай под объекты ИЖС нужно учитывать:

• грунтовые условия площадки строительства, влияющие на назначение конструктивных и геометрических параметров винтовых свай (физико-механические свойства грунтов, их коррозионная агрессивность);
• воздействие различных величин нагрузок (под ответственными узлами и несущими стенами, под ненесущими стенами, под лагами пола);
• требования к частоте расстановки свай и др.

Эти и некоторые другие вопросы мы подробно рассмотрели в статье «Расчет свайного фундамента», ориентированной на строительство объектов ИЖС. А в этом материале хотели бы остановиться на определении глубины заложения фундамента.

Расчет глубины свайно-винтового фундамента будет основываться на данных:

• об уровне залегания грунтового массива с достаточной несущей способностью;
• о расчетной глубине промерзания грунта в регионе.

1. Глубина залегания грунта с достаточной несущей способностью

Для надлежащего восприятия проектных нагрузок и последующей передачи их на основание лопасть сваи должна закрепиться в грунте с достаточной несущей способностью мощностью слоя не менее трех диаметров лопасти. Кроме того, чтобы его несущая способность не снизилась, структура основания в процессе установки должна быть нарушена минимально. Добиться этого возможно, если подобрать правильную конфигурацию лопасти (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»).

Грунт с достаточной несущей способностью имеет относительно высокие прочностные и деформационные характеристики (подробнее «Несущая способность винтовой сваи»). Он всегда расположен ниже глубины промерзания, что исключает воздействие сил морозного пучения. В регионах, где глубина промерзания незначительна, важно учесть толщину почвенно-растительного слоя.

Конечно, нельзя исключать ситуации, в которых интересующий слой будет располагаться на большей глубине. Для их решения нужно комплексно оценить грунтовые условия в верхней части геологического разреза. Если знать механические характеристики этого слоя, то можно подобрать такую конструкцию сваи, которая обеспечит надежность и экономичность решения.

Так как механических характеристик грунтов будет вполне достаточно для принятия решения, от полного комплекса изысканий можно отказаться. Всю необходимую информацию даст процедура, включающая ряд исследований (геотехнические и геолого-литологические исследования, измерения коррозионной агрессивности грунтов), адаптированных к нуждам малоэтажного строительства, в том числе и с позиции цены (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»).

Динамическое зондирование грунтов

А вот на результаты пробного завинчивания полагаться не стоит. Эта процедура не является методом исследования грунта. Более того, в ее основе лежит принцип: «Если свая тяжело крутится на предполагаемой глубине установки, то ее несущая способность является достаточной». Считать такую информацию о несущей способности грунтов объективной – весьма опрометчиво.

Во-первых, из-за влияния большого числа факторов (глубина промерзания, влагонасыщение и т.п.) результаты пробного завинчивания находятся в сильной зависимости от времени года.

Во-вторых, невозможно полностью исключить вероятность «ложного отказа», который может быть вызван наличием в основании линз более прочных грунтов (прослоек толщиной 0,4-0,6 м). Хотя завинчивание из-за них и окажется затруднено, достаточной несущей способности они не обеспечат.

В-третьих, пробное завинчивание не позволяет получить какие-либо данные о типе и свойствах грунта под сваей.

Таким образом, контроль величины крутящего момента, который косвенно происходит при пробном завинчивании, целесообразно применять только для подтверждения предельно допустимой нагрузки на сваю. В этой связи специалистами компании «ГлавФундамент» была разработана методика производственного контроля несущей способности винтовых свай по величине крутящего момента (ВКМ), а также прибор для проведения соответствующих измерений (Патент №151668). Она позволяет надежно контролировать качество производимых работ без проведения дорогостоящих контрольных полевых испытаний грунтов натурными сваями.

2. Глубина промерзания грунта

Некоторые грунты подвержены морозному пучению. Осенью поры такого грунтового массива начинают заполняться водой, а затем лед, образовавшийся при замерзании, начинает вытеснять его вверх (при кристаллизации вода увеличивается в объеме в среднем на 12%). Это приводит к возникновению выдергивающих сил на боковой поверхности сваи.

К пучинистым относятся глинистые грунты, а также мелкие пылеватые пески. Более того, их пучинистость может увеличиваться, в зависимости от степени влажности и близкого расположения к поверхности грунтовых вод.

Если оставить сваю в таком слое, то она неизбежно начнет приподниматься вместе с грунтовым массивом, из-за чего произойдет выдергивание и последующее ухудшение эксплуатационной надежности фундамента.

Поэтому так важно расположить лопасти ниже расчетной (не путать с нормативной) глубины промерзания, которая будет зависеть от типа грунта, условий эксплуатации, нормативной глубины промерзания. Например, при утепленных цоколе и отмостке расчетная глубина будет меньше за счет теплоизоляции грунта под зданием, а если это жилой дом и полы выполнены без термоизоляции, то температура в цокольной части всегда будет положительной и промерзание грунта происходить не будет.

Изменение нормативной глубины промерзания в зависимости от региона

3. Расчет глубины свайно-винтового фундамента

Таким образом, глубина заложения фундамента из винтовых свай будет зависеть от глубины расположения лопасти, которая в свою очередь определяется результатами геотехнических исследований и расчетной (не нормативной) глубиной промерзания.

Чтобы определить грунтовые условия Вашего участка, запишитесь на выезд геолога.

Источник

Какая длина винтовых свай необходима для фундамента?

«Какая длина винтовых свай необходима для фундамента моего дома (бани, беседки…)?», – вопрос, который часто возникает у заказчиков при попытке рассчитать фундамент.

Содержание статьи:

Когда речь заходит о проектировании свайно-винтового фундамента, есть много моментов, требующих пристального внимания:

• какие нагрузки необходимо учитывать;
• как расставить сваи в фундаменте;
• как грунтовые условия на участке строительства влияют на подбор свайных конструкций.

Эти и некоторые другие вопросы мы подробно рассмотрели в статье «Расчет свайного фундамента», которая ориентирована на малоэтажное строительство и позволяет разобраться в основных принципах подбора, расстановки винтовых свай. Сейчас же мы бы хотели подробнее остановиться на определении их длины. Она назначается исходя из пяти параметров:

• уровень залегания грунта с достаточной несущей способностью;
• расчетная глубина промерзания грунта;
• количество, расположение лопастей;
• высота цоколя;
• расположение участка с монтажным отверстием.

1. Глубина залегания грунта с достаточной несущей способностью

Чтобы фундамент воспринимал нагрузки от здания и передавал их на основание лопасть сваи должна закрепиться в грунте с достаточной несущей способностью мощностью слоя не менее трех диаметров лопасти. Не менее важно при этом подобрать и правильную конфигурацию лопасти, которая минимально нарушит структуру грунта и позволит избежать снижения его несущей способности (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»).

Грунт с достаточной несущей способностью – имеющий относительно высокие прочностные и деформационные характеристики (подробнее о несущей способности грунта и о том, как она определяется в статье «Несущая способность винтовой сваи»). Он расположен всегда ниже глубины промерзания. Это связано с тем, что в большинстве грунтов в пределах этого слоя происходит действие сил морозного пучения. Что касается регионов с незначительной глубиной промерзания, то здесь необходимо учитывать толщину почвенно-растительного слоя.

Однако интересующий слой может быть расположен на более значительной глубине. Применять в этом случае длинные сваи или другой тип фундамента не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Здесь нужна комплексная оценка грунтовых условий в верхней части геологического разреза. Если знать механические характеристики этого слоя, то можно подобрать такой тип фундамента и конструкцию сваи, которые обеспечат надежность и экономичность решения.

Однако если выполнять весь комплекс инженерно-геологических изысканий, то экономии можно не достичь, так как стоимость таких изысканий довольно велика. Как сказано выше, для принятия правильного решения достаточно получить только механические характеристики, поэтому из всего комплекса изысканий можно выполнить часть работ, что поможет значительно удешевить процедуру.

Определить механические характеристики грунта и уровень залегания слоя с достаточной несущей способностью возможно с помощью геотехнических и геолого-литологических исследований. Это простая и сравнительно недорогая процедура, включающая все необходимые исследования (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»).

Часто компании, которые строят фундаменты из винтовых свай, предлагают для уточнения условий участка выполнить пробное завинчивание, которое не является методом исследования грунта.

Для применяющих данный метод основным является принцип: «Если свая тяжело крутится на предполагаемой глубине установки, то ее несущая способность является достаточной», который не обеспечивает получение объективной информации о несущей способности. Во-первых, результаты очень сильно зависят от времени года, когда производят завинчивание, из-за влияния большого количества факторов, таких как: глубина промерзания, степень влагонасыщения и др. Во-вторых, процедура пробного завинчивания не дает никакой информации о типе и свойствах грунта под сваей. Поэтому контроль величины крутящего момента (который может быть определен при пробном завинчивании) должен применяться лишь для подтверждения ранее полученной расчетом предельно-допускаемой нагрузки на сваю.

2. Глубина промерзания грунта

Негативное влияние на надежность и срок службы фундамента может оказать морозное пучение. Заключается оно в следующем: верхние слои грунта в зимний период подвергаются воздействию отрицательных температур и вода, которая присутствует в порах, замерзает и увеличивается в объеме (при кристаллизации вода увеличивает свой объем в среднем на 12%), что приводит к возникновению выдергивающих сил на боковой поверхности свай.

К пучинистым относятся глинистые грунты, а также мелкие пылеватые пески. Степень влажности, а также близкое расположение к поверхности грунтовых вод являются факторами, увеличивающими пучинистость грунта. Если вы закрутили сваю в таком слое, она будет приподниматься вместе с грунтом, что приведет к выдергиванию и ухудшению эксплуатационной надежности фундамента. Поэтому она должна закручиваться так, чтобы лопасти находились ниже расчетной (не путать с нормативной) глубины промерзания. Она зависит от разных параметров: нормативной глубины промерзания, типа грунта, условий эксплуатации. Например, при утепленных цоколе и отмостке расчетная глубина будет меньше за счет теплоизоляции грунта под зданием, а если это жилой дом и полы выполнены без термоизоляции, то температура в цокольной части всегда будет положительной и промерзание грунта происходить не будет. То есть учет конструктивных особенностей и условий эксплуатации будущего здания может помочь при подборе оптимальной длины сваи.

Изменение нормативной глубины промерзания в зависимости от региона

3. Глубина расположения лопасти

Когда мы говорим об установке сваи ниже глубины промерзания и о необходимости расположения ее в выбранном слое, мы имеем в виду именно лопасть, а не острие конуса. То есть верхняя кромка лопасти определяет глубину заложения.

4. Высота цоколя

В конструктивном плане здание предусматривает наличие цоколя (ит. «zoccolo» – подножие строения). Какой же должна быть его высота? Вот несколько подсказок, которые помогут ответить на этот вопрос:

• Эстетика. Здание будет смотреться лучше с высоким цоколем, чем с низким или вообще без него.
• Снеговой покров. Если высота цоколя дома расположена ниже уровня снегового покрова, стены (причем не имеет значения, из какого материала они выполнены) в весенний период будут активно днем замачиваться и подвергаться замораживанию ночью, что снизит срок их службы. Поэтому рекомендуемая минимальная высота – 0,5 м.
• Капиллярное замачивание. Любой материал, из которого выполняются стены, обладает пористостью, что приводит, при соприкосновении с грунтом, к замачиванию вследствие капиллярного поднятия влаги. Чтобы защитить стены необходимо также обеспечить высоту цоколя не менее 0,5 м. Это позволит в будущем избежать развития гнилостных и коррозионных процессов.

Информацию об основных подходах к устройству цоколя и вариантах отделки мы разместили в разделе «Отделка цоколя».

5. Расположение участка с монтажным отверстием

Немаловажным, с точки зрения определения длины сваи, является и участок с монтажным отверстием (0,1 м), который спиливается после установки в проектное положение.

6. Расчет длины ствола

Таким образом, длина сваи будет определяться по схеме:

Глубина расположения лопасти (определяется результатами геотехнических исследований грунта и расчетной (не нормативной!) глубиной промерзания) + Высота цоколя + Расположение участка с монтажным отверстием = Длина винтовой сваи.

Источник