Область применения винтовых свай в загородном строительстве. Где обосновано применение винтовых свай

Область применения винтовых свай в загородном строительстве. Где обосновано применение винтовых свай

Существуют изобретения, которые опережают своё время настолько сильно, что комплексная выгода от их использования кажется слишком уж невероятной. Несмотря на то что идея ввинчивания свай вместо использования традиционного буронабивного метода известна более 150 лет, повсеместно применяться эта технология стала только в наши дни.

Благодаря широкому распространению, индустрия винтовых свай получила ощутимый толчок к развитию, которым обусловлено появление сразу нескольких разновидностей. Чаще всего под понятием ВС подразумевают сваи со сварным однолопастным наконечником. Они наиболее просты в изготовлении и могут производиться малыми объёмами практически в любой мастерской, где есть сварочный аппарат и кузнечный горн. Именно этот тип занимает львиную долю рынка и применим для широкого спектра задач: от сооружения заборов до малоэтажных каркасных построек.

Чуть менее популярны литые наконечники свай с лопастями в один и полтора витка. Из-за отсутствия сварочных швов такие изделия более долговечны и надёжны, их область применения распространяется вплоть до военного инженерного строительства. Именно такие сваи рекомендуется использовать в капитальном строительстве.

Основной предпосылкой для серьёзного рассмотрения фундамента на винтовых сваях в качестве основной строительной технологии остаётся недостаточная опорная способность верхних слоёв грунта. Главное преимущество в том, что при устройстве несущей основы дома больше не нужно проводить масштабные земляные работы и планирование участка: сваи могут быть закручены где угодно. Даже в скальном или мёрзлом грунте, где под них бурят лидерные скважины. Если одной лопасти на наконечнике недостаточно, можно повторять винты через каждые 1–2,5 метра, наращивая несущую способность.

Применение винтовых свай не ограничено строительством жилых или коммерческих объектов. Даже наоборот: благодаря своей универсальности их можно применять для решения таких специфических задач, как устройство причалов, основ для мачт, баннеров и флагштоков, а то и вовсе для укрепления подвижных слоёв грунта на бортах балок и оврагов. Для винтовых свай заглубление даже на 20 метров — вовсе не потолок, поэтому за счёт опирания на более плотный слой грунта они не только демонстрируют прекрасную устойчивость, но и могут принимать полную эксплуатационную нагрузку сразу после закручивания.

Даже в сейсмоопасных регионах и при высокой вероятности оползней всегда остаётся возможность закрепиться в более глубоком известняке. В таких случаях используют узколопастные сваи. Другое название — свайные шурупы — гораздо лучше характеризует как их внешний вид, так и принцип работы.

Расчет нагрузки на свайный фундамент. Свайный фундамент - расчет количества свай

Все расчетные работы по определению количества винтовых свай в фундаменте можно условно разделить на два этапа - вычисление общих нагрузок на фундамент и расчет несущей способности одной сваи в конкретном типе грунта.

Расчет совокупных нагрузок, которые будет испытывать свайный фундамент

Нагрузки, оказываемые на свайное основание дома, определяются исходя из трех основных факторов:

• Фактической массы здания ;

При определении проектной массы постройки учитывается вес стен, кровли, половых и междуэтажных перекрытий. Расчетные данные удельного веса распространенных стройматериалов вы можете увидеть в нижеприведенных таблицах..

Стены из кирпича при полуторной кладке (толщина 15 см)	От 30 до 50 кг/м2
Деревянные стены из бруса и сруба	От 70 до 100 кг/м2
Стены из железобетонных плит толщиной в 15 см.	От 300 до 350 кг/м2
Стены из каркасных панелей толщиной 15 см, заполненные утеплителем	От 30 до 50 кг/м2

Таблица 1.1 : Расчетный вес квадратного метра стен

Чердачное перекрытие на деревянных балках (с плотностью утеплителя до 200 кг/м3)	От 70 до 100 кг/м2
Чердачное перекрытие по деревянным балкам (плотность утеплителя до 500 кг/м3)	От 150 до 200 кг/м2
Перекрытие цоколя по балкам (утеплитель плотностью до 200 кг/м3)	От 100 до 150 кг/м2
Перекрытие цоколя по балкам (утеплитель плотностью до 500 кг/м3)	От 200 до 300 кг/м2
Междуэтажное перекрытие из ЖБ плит	500 кг/м2

Таблица 1.2 : Расчетный вес квадратного метра перекрытий

Таблица 1.3 : Расчетный вес квадратного метра кровли

• Расчетные снеговые нагрузки ;

Исходные данные для определения снеговых нагрузок, которые необходимо добавлять к нагрузке от веса дома, можно взять в нормативном документе СНиП № 2.01.07-85 "Нагрузки в воздействия на строительные сооружения" (пункт 5.2).

Важно! Согласно данному документу снеговые нагрузки составляют: в южной части России - 50 кг/м2, в центральной части - 100 кг/м2, в северных регионах - 190 кг/м2.

• Полезные нагрузки ;

К полезным нагрузкам на фундамент относится вес мебели, предметов интерьера и людей, проживающих в конкретном здании. Согласно положениям пункта 3.11 СНиП №2.01.07.85, для расчетов фундамента жилых домов необходимо брать усредненную полезную нагрузку в 150 кг на м2.

После вычисления всех вышеуказанных нагрузок данные нужно просуммировать и умножить на коэффициент запаса 1.2

Расчет несущих характеристик сваи на основании грунтовых условий стройплощадки

Несущие способности отдельно взятой сваи невозможно правильно определить в отрыве от несущих характеристик грунта, в который она погружена.

Совет эксперта! Если рассчитывать количество свай без учета характеристик почвы можно столкнуться с ситуацией, когда несущие характеристики винтовой сваи будут превышать возможности сопротивления грунта, что чревато усадками почвы и, как следствие, самого фундамента под неравномерно распределенным весом здания.

Для определения несущих свойств почвы необходимо проводить геодезические исследования строительного участка. Если возможность их выполнения отсутствует, нужно определить тип грунта и сопоставить его с несущими характеристиками разных типов почвы, которые представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 : Несущие характеристики разных видов грунтов (кг/см2)

На основании результатов геодезии строительного участка производится определение несущей характеристики винтовых свай. Все расчеты выполняются согласно требованиям СНиП №2.02.03-85 "Свайные фундаменты".

Для примера приводим таблицу несущих характеристик широко используемой в индивидуальном строительстве винтовой сваи 89*300 мм (диаметр ствола - 89 мм, лопастей - 300 мм)

Таблица 1.5 : Несущие характеристики сваи 89*300 в зависимости от типа грунта и глубины погружения

Зная совокупные нагрузки, оказываемые зданием на фундамент, и несущие характеристики одной винтовой сваи можно определить требуемое количество свай в основании дома.

В качестве примера приводим расчет количества свай под двухэтажный дом из бруса площадью 10*8 метров, масса которого составляет 43,92 тонн:

• Определяем полезную нагрузку на один этаж здания: 10*8*0.15 = 12 тонн, общая полезная нагрузка с учетом двух этажей составит 24 тонны;
• Определяем снеговую нагрузку (здание строится в северной широте России, где номинальная расчетная масса снежного покрова составляет 190 кг/м2): 10*8*0,19= 15.2 тонны;
• Рассчитываем общую нагрузку на фундамент учитывая коэффициент запаса: (43,92+24+15,2)*1,2 = 99,75 тонн;
• Делим общую нагрузку на несущую способность одной винтовой сваи 89*300 мм. в мягкопластичной лессовой почве (при глубине погружения в 2,5 метра): 99,75/3,6 = 28

Итого расчет показал , что для строительства фундамента необходимо использовать 28 винтовых свай.

Все расчетные работы по определению количества винтовых свай в фундаменте можно условно разделить на два этапа - вычисление общих нагрузок на фундамент и расчет несущей способности одной сваи в конкретном типе грунта.

Нагрузки, оказываемые на свайное основание дома

Нагрузки, оказываемые на свайное основание дома, определяются исходя из трех основных факторов:

• Массы стен, кровли, половых и междуэтажных перекрытий;
• Снеговых нагрузок;
• Полезных нагрузок (вес мебели, предметов интерьера и людей, проживающих в конкретном здании).

Массы стен, кровли, половых и междуэтажных перекрытий

При определении проектной массы постройки учитывается вес стен, кровли, половых и междуэтажных перекрытий. Расчетные данные удельного веса распространенных стройматериалов вы можете увидеть в нижеприведенных таблицах.

Материал	Удельный вес, кг/м²
Бетон	20-25
Дерево	10-15
Металл	30-40

Снеговые нагрузки

Исходные данные для определения снеговых нагрузок, которые необходимо добавлять к нагрузке от веса дома, можно взять в нормативном документе СНиП № 2.01.07-85 "Нагрузки в воздействия на строительные сооружения" (пункт 5.2).

Полезные нагрузки

К полезным нагрузкам на фундамент относится вес мебели, предметов интерьера и людей, проживающих в конкретном здании. Согласно положениям пункта 3.11 СНиП №2.01.07.85, для расчетов фундамента жилых домов необходимо брать усредненную полезную нагрузку в 150 кг на м².

Расчет несущей способности отдельно взятой сваи

Несущие способности отдельно взятой сваи невозможно правильно определить в отрыве от несущих характеристик грунта, в который она погружена.

Пол каркасного дома на винтовых сваях. Винтовые сваи

Свайный фундамент устраивается, когда грунт слабый или мы наблюдаем высокий уровень грунтовых вод. Его применяют при значительном перепаде высот. Но часто люди выбирают свайный фундамент просто в целях экономии, и простоты монтажа.

Винтовые сваи для фундамента.

Винтовые сваи — это металлические трубы с винтом на конце. Такие сваи стоят недорого и быстро устанавливаются механическим путем профессиональной бригадой или вручную бригадой гастарбайтеров.

Сверху на каждую сваю надевается регулируемый оголовник, если дом предполагается выполнять из бруса или поставить сруб. При просадке части дома, подрегулировав оголовник, можно исправить положение.

Регулируемый оголовник для винтовых свай.

Если же дом предполагается строить каркасный из щитов, поверх свай приваривается рама, на которую и будут опираться все несущие конструкции.

Рама, на которую будет опираться вся конструкция каркасного дома.

Фундамент на винтовых сваях имеет как свои плюсы, так и минусы.

К плюсам можно отнести:

• невысокую стоимость конструкции;
• быстрое возведение;
• надежность фундамента при высоких грунтовых водах;
• устройство дешевого фундамента при значительном перепаде высот;
• невысокие расходы на доставку.

Лучше выбирать оцинкованные сваи. Хотя такие сваи более дорогие, но они более устойчивы к коррозии и прослужат дольше. Неоцинкованные сваи могут прогнить уже через 15 лет, и вы должны будете ремонтировать фундамент.

Минусы свайного фундамента:

• холодное подполье;
• возможное пучение грунта, выталкивающего сваи, попадающие в зону промерзания;
• возможная осадка дома;
• коррозия свай.

Основная проблема свайных фундаментов – это холодное подполье. Подполье получается холодным из-за того, что перекрытие поднято над землей и под ним остается свободное пространство.

Часто строители оставляют цоколь открытым до «лучших времен», поскольку не хватает средств и времени, чтобы его утеплить. Важнее достроить сначала дом, провести туда отопление, выполнить внутреннюю отделку.

Для утепления пола первого этажа есть несколько приемов:

• утеплить пол снизу под домом;
• утеплить цоколь;
• сделать теплый пол.

Каждый из этих способов можно применить для утепления.

Расчет свай для фундамента.

Фундамент выполняет важную и ответственную функцию, не допускающую никаких сомнений в возможностях или надежности основания.

В этом отношениипозволяют получить полноценный вариант решения проблемы без опасности просадок или деформаций, которые возможны у традиционных видов фундамента.

Особенно ярко эта способность проявляется в сложных условиях, на слабонесущих или обводненных грунтах, торфяниках.

Если традиционные основания базируются на верхних, неустойчивых слоях грунта, то сваи опираются на плотные горизонты, расположенные на значительном расстоянии от поверхности.

Единственной задачей, встающей перед проектировщиком, является грамотный и корректный расчет опорной конструкции.

Параметры, необходимые для обоснованного выбора свайного фундамента, можно разделить на две группы :

• Измеряемые.
• Расчетные.

К измеряемым могут быть причислены все свойства грунта на данном участке :

• Состав слоев.
• Уровень залегания грунтовых вод.
• Особенности гидрогеологии, возможность сезонного подтопления, подъемы и понижения водоносных горизонтов.
• Глубина залегания и состав плотных слоев.

К расчетным параметрам относятся :

• Величина нагрузки на основание.
• Несущая способность опоры.
• Схема расположения стволов.
• Параметры свай и ростверка.

Указаны только самые общие параметры, в ходе создания проекта нередко приходится рассчитывать большое количество дополнительных позиций.

ВАЖНО!

Расчет фундамента — ответственная и очень сложная задача. Ее решение можно поручить только грамотному и опытному специалисту, имеющему соответствующую профессиональную подготовку и квалификацию . Кроме того, заказ на выполнение расчета должен быть оформлен официальным порядком, чтобы проектировщик нес полную ответственность за результат своих действий. Проект, составленный неформальным порядком, может стать приговором как самой постройке, так и людям, проживающим в ней.

Расчет с помощью онлайн-калькулятора

Тип грунта определяется по результатам бурения пробной скважины. Она имеет глубину до появления контакта с плотными слоями, или до момента погружения на достаточную глубину для установки висячих свай.

Некоторую информацию можно получить в местном геологоразведочном управлении, но она будет усредненной и не сможет дать максимально полные данные о качестве и параметрах грунта на данном участке .

Участок способен иметь специфические инженерно-геологические условия, не свойственные данному региону в целом, поэтому всегда следует производить специализированный геологический анализ.

Глубина промерзания грунта — табличное значение, которое находят в приложениях СНиП.

Существует специальная карта, на которой все регионы России разделены на специальные зоны, обладающие соответствующей глубиной промерзания.

Тем не менее, в действующем ныне СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» имеется методика специализированного расчета глубины промерзания, производимого по теплотехническим показателям грунта и самого здания .

Как найти нагрузку на основание

Нагрузка на фундамент определяется как суммарный вес постройки и всех дополнительных элементов :

• Стены дома.
• Перекрытия.
• Стропильная система и кровля.
• Наружная обшивка, утеплитель.
• Эксплуатационная нагрузка (вес мебели, бытовой техники, прочего имущества).
• Вес людей и животных.
• Снеговая и ветровая нагрузка.

Производится последовательный подсчет всех слагаемых, после чего вычисляется общая сумма. Затем необходимо увеличить ее на величину коэффициента прочности.

Необходимо решить, возможны ли какие-либо дополнительные пристройки или дополнения, увеличивающие вес дома и изменяющие величину нагрузки на основание. Если подобные изменения входят в планы, лучше сразу заложить их в несущую способность фундамента, чтобы упростить себе задачу в будущем .

От каких факторов зависит шаг?

Минимальным расстоянием между двумя соседними винтовыми сваями является двойной диаметр лопасти.

Максимум ограничивается несущей способностью опор и жесткостью ростверка, испытывающего нагрузку от веса дома .

Каждый пролет между опорами можно рассматривать как балку, жестко закрепленную с двух концов.

Тогда величину нагрузки необходимо рассчитать таким образом, чтобы балка не была деформирована или разрушена, а прогиб в центральной точке не превышал допустимых значений.

На практике обычно поступают проще — на основании многочисленных расчетов и эксплуатационных наблюдений выведено максимальное расстояние между соседними сваями, равное 3 (иногда — 3,5) м .

Эту величину считают критической, если по несущей способности опор получаются пролеты больше 3 м, то добавляют 1 или несколько свай для уменьшения шага.

Расчет количества свай в ростверке. Расчет свайного ростверка

Долговечность и надежность свайного ростверка зависит не только от соблюдения технологии его монтажа, но и от правильных расчетов. Все полученные результаты проверки переносятся на проект, который передается строителям.

Основные правила расчёта свайного ростверка, формулы и СНИП нормативы, полная информация далее на странице.

Расчет свайного фундамента с ростверком

Для проведения расчетов такого плана следует обращаться к специалистам, специализирующихся в этом профиле. Перед этим проводятся геологические изыскания, позволяющие разработать проект, соответствующий почве на стройплощадке.

Совет эксперта! Если работы по геодезическому изысканию проведены не будут, то произвести точные расчеты основания с ростверком будет невозможно. Объясняется это тем, что несущая способность определяется только на основании силы сопротивления почвы.



Рис : Схема свайно-ростверкового фундамента

Для проведения изысканий на участке бурится отверстие в почве для ее пробы и анализа. Только потом можно проводить важные расчеты.

При разработке проекта учитываются такие параметры по сваям:

• Глубина погружения.
• Диаметр сваи.
• Количество свай.
• Схема их расположения.

По ростверку:

• Форма ростверка (3 вида: высокий, повышенный, низкий).
• Диаметр.
• Устойчивость на изгиб и продавливание.
• Метод армирования.



Рис : Схематическое положения ростверка свайного фундамента

Совет эксперта! Определить высоту ростверка следует исходя из веса будущего сооружения и уровня пучинистости грунта.

Как делается расчет



Существует 2 группы, благодаря которым происходит расчет свайного фундамента.

• Прочность используемых материалов, несущая способность почвы и оснований.
• Осадка вследствие трещин, нагрузки вертикальной и движения свай.

Процесс проектирования по указанным предельным выполняется при помощи следующих формул.

Устойчивость к продавливанию:



Устойчивость на изгиб :



Устойчивость к поперечным нагрузкам:



СНиП для проведения полного расчета свайного ростверка

За основу берется два СНиПа:

• Для ростверка СНиП №2.03.01.
• Для свай СНиП №2.17.77.

Совет эксперта ! Соблюдение всех рекомендаций в СНиПе является обязательным условием.

Что учитывается при расчетах



Крайне важно учитывать такие аспекты:

• Все предполагаемы нагрузки и воздействия по СНиПу.
• Несущая способность опор и основания на основе особых и сочетаемых нагрузок.
• Сочетание всех используемых материалов с почвой на стройплощадке. В этом случае берутся во внимание геодезические изыскания на предмет исследования почвы и динамических/статических испытаний ЖБИ свай. Опять же, в расчет берутся показания в СНиП.



• Обращается внимание на тип свай, они могут быть висячими или стойки. Обязательно учитывается общий вес. Не менее важны и нагрузка воздушных масс.
• В процессе расчетов, основание с ростверком представляет собой единой рамной конструкцией. Она должна воспринимать нагрузку по вертикали и горизонтали. Также изгибающая сила.
• Если почва сложная (грунтовые воды очень высоко и тому подобное), а проектная нагрузка высокая, то учитывается негативная сила трения в процессе осадки строения.
• Учитываются и другие немаловажные факторы при проектировании. Особенно те, которые непосредственно связаны с разными грунтами.

Пример расчета

Предлагаем рассмотреть пример расчета ростверкового фундамента на основе свай. Хотя в интернете есть множество подобных расчетов, если вы не имеете достаточного опыта в этом вопросе, то будет крайне сложно со всем разобраться. Хотя и так, лучше обращаться к профильным специалистам, но для общего понимания стоит узнать важные детали.