Расчет винтовых свай для фундамента: количество свай

Диаметр и длина свай как основные характеристики

Винтовые сваи по своему диаметру подразделяются на несколько видов, которые используются в строительстве для различного предназначения:

57 мм (используются для легких заборов);
76 мм (применяются для монтажа деревянных заборов, а также заборов из профлиста, для установки фундаментов под бытовки, туалеты, хозяйственные блоки);
89 мм (необходимы для монтажа тяжелых заборов, фундаментов под каркасные дома, различных пристроек к дому, таких как веранда, терраса, лестница);
108 мм (используются для установки фундаментов под каркасные многоэтажные дома, для пристроек из бревен, брусьев, легких камней);
133 мм (используются для установки фундаментов под каркасные многоэтажные дома, для домов из бревен, для беседок, монтажа пирсов и причалов).

Определение длины свай

Одним из важных факторов при расчете фундамента является точное определение длины винтовых свай, благодаря чему в последующем дом не просядет под собственным весом. Выбор длины свай зависит от плотности грунта, а также перепадов высоты на участках строительства.

Для определения качества грунта необходимо выкопать лопатой на участке лунку глубиной 0,5 м. в самом низком месте земельного участка. Если под слоем почвы Вы обнаружили песок или глину, данный грунт считается благоприятным для монтажа винтовых свай. Для возведения фундамента можно использовать сваи в 2,5 м.

В случае, когда под почвой Вы нашли торф, воду или плывун, Вам понадобится соответствующий инструмент, так называемый садовый бур. Данный инструмент необходимо вставлять в готовые лунки и вкручивать пока на шнеке инструмента Вы не обнаружите плотные комки песка, глины. Бур во время вкручивания нужно время от времени вытаскивать и стряхивать с его шнека грунт. Благодаря процедуре вкручивания бура Вы сможете рассчитать глубину плотных слоев грунта.

Хотите установить винтовой фундамент своими руками?

Перепад высоты на земельном участке – следующий критерий выбора длины свай. К примеру, длина дома составляет 6 метров, а перепад высоты – 1 метр. В таком случае, для установки фундамента для верхнего ряда свай понадобятся сваи длиной 2,5 м, для среднего ряда – 3 м, а для нижнего ряда – 3,5 м. Советуем при перепадах высоты более полуметра брать в расчет винтовые сваи с запасом в 0,5 м. Достаточно часто случается, что при установке свай с перепадами высоты, на нижних сваях не достает около 30 сантиметров.

Для точного определения длины свай рекомендуем обращаться за помощью специалистов компании «СВИТ», которые в кратчайший срок приедут и произведут точные замеры с пробным бурением за доступную цену.

Что определяет выбор диаметра сечения конструкций?

Используя опоры с большим диаметром сечения, строители обеспечивают гарантированную прочность фундамента. Но при строительстве легковесных сооружений экономически нецелесообразно переплачивать за большие габариты свай.

Поэтому, к выбору параметров необходимо подходить внимательно, учитывая ряд факторов, среди которых решающую роль играют:

характеристики грунта на площадке;
рельеф застраиваемого участка;
назначение фундамента.

Взять сведения по геологии грунта собственник может из актуальной справочной документации, но получить достоверные значения можно только в результате лабораторного анализа проб почвы.

Рекомендации экспертов по выбору диаметра:

Геошурупы с малым сечением (57 мм) применяют для основания под такие легкие конструкции, как ограждения из сетки или деревянных штакетников.
Трубы d 76 мм будут устойчивыми по отношению к более тяжелым заборам, например, из профнастила, а также легковесных построек (беседок, террас).
Столбы диаметром 89 мм используют при строительстве сельскохозяйственных построек, бань, а также тяжелых ограждений и бруса.
Сваи с размером сечения от 108 мм можно выбирать при проектирование малоэтажных жилых домов, коттеджей, дач и т.д.

Пример подсчёта потребности в сваях

Для примера расчёта возьмём одноэтажный дачный дом:

с крышей из металлочерепицы;
стены бревенчатые;
перекрытия деревянные;
размер 6 Х 6 м;
без фундаментальной печи;
высота стен 2,4 м.

Расчет:

вес стен из бревна: 2,4 (высота) Х 24 (периметр) Х 600 = 34560;
вес перекрытий: 36 (площадь) Х2 Х 100 = 7200;
вес крыши: 54 (площадь) * 20 = 1080;
полезная нагрузка: 100 Х 36 = 3600.

Сборный вес дома: 34560+7200+1080+3600=46440 кг.

Снеговую нагрузку определяем для севера нашей страны по номинальной массе снежного покрова 190 кг\м2. Отсюда расчет равен: 6х6х190=6840 кг.

Итоговый сборный вес: (46440+6840) Х 1,2 (запас) = 63936 кг.

Выбираем сваю самого популярного размера 89*300мм при её погружении на 2,5 м с несущей способностью 3,6 т, а сводный вес также переводим в тонны. 63,9 : 3,6 = 17,75 шт. — понадобится 18 штук винтовых свай.

Далее сваи распределяются по свайному полю с учётом первоочередной установки в углах, примыканиях и пересечениях. Количество буронабивных свай будет соответствовать расчёту количества свай винтовых при соблюдении аналогичных параметров.

Проводим вычисления

Чтобы правильно рассчитать расстояние между сваями для вашего каркасного дома, наглядно рассмотрим, как их проводить, на примере одноэтажной постройки из деревянного бруса. Его площадь составляет 6х6 м

Вычисляем объем древесины, для этого берем во внимание высоту стен дома с учетом крыши и их толщину. Представим, что у нас получилось 20 000 м3

Далее берем массу одного куба древесины (800 кг конкретно в нашем примере) и умножаем ее на 20 000 м3. У нас получается 16 тонн, именно такую нагрузку на фундамент дает чистый каркас.

Далее следует вычислить:

Полезная нагрузка. 36 м2(площадь дома)*150 кг/м2 = 5,4 тонны.
Снеговая нагрузка. 36 м2*120 кг/м2 = 4,32 тонны.

Суммируем все три результата и получаем 27,72 тонны. Далее умножаем это число на коэффициент запаса — 1,1. В результате мы получаем 30,492 тонны нагрузки.

В строительстве мы будет использовать сваи с диаметром 8,9 см. Одна такая опора рассчитана на 2 тонны нагрузки. Минимальное количество свай рассчитывается следующим образом: 30,492/2=16. Это минимальное количество свай, которое располагается по периметру здания. Также необходимо установить дополнительные сваи под лаги пола и несущие станы.

Важно! Если здание 2-х этажное, нагрузка умножается на 2. https://www.youtube.com/embed/h9uoFBXsEDU

Это обобщенный пример, как проводятся расчеты, но в нем не учитываются индивидуальные особенности местности и самого проекта. Рекомендуется доверить эту работу, как и проектирование здания, профессионалам. Это гарантирует надежность и долговечность фундамента.

От чего зависит шаг?

Расстояние между ближайшими опорными элементами рассчитывается индивидуально, исходя из количества свай, их диаметра, схемы свайного поля, а также особенностей конструкции. Количества опор, а также их параметры выбирают, учитывая проектные нагрузки и несущую способность грунта.

Популярные схемы свайного поля:

одинарные сваи – расставляют по углам конструкции и в местах, где на грунт действуют максимальные нагрузки;
ленточное размещение – сваи устраивают по периметру на минимальном расстоянии;
кустарное расположение – группы из нескольких опорных элементов расставляют в максимально нагруженных местах, при этом шаг не имеет значения;
сплошное свайное поле – опорные столбы с шагом в 1 м расположены по всему периметру конструкции.

Подробно о свайном фундаменте с ростверком

С одной стороны, ростверк выполняет функцию связного элемента для отдельных свай, с другой – это основа для остальной конструкции здания. Ростверк и сваи условного фундамента объединяются попарно (ленточный тип связки) либо объединяются все оголовки (плиточный тип). Ростверк для дома может изготавливаться из таких материалов:

Армированный бетон. Бетонная лента укладывается на оголовки свай, расположенные на уровне земли. Во время проектирования также указываются места прокладывания неглубоких траншей, проходящих вглубь ростверка.
Бетонный ростверк подвесного типа. Аналогичный способ, при котором между грунтом и ростверком оставляется зазор. Этот промежуток позволяет компенсировать возможные колебания грунта (в рамках нормы).
Ростверк из железобетона. Основой служит двутавр и швеллер (для монтажа под несущие стены СНиП рекомендует) швеллер 30.
Деревянные брусья. В последнее время практически не применяются.

Основные схемы свайного поля

План размещения опорных элементов подбирают индивидуально в зависимости от конструктивных особенностей сооружения, а также сложности рельефа.

Порядок вычислений

Всегда первый шаг в любой работе – это проектирование.

Для проведения расчетов можно использовать стандартизированную методику для винтовых свай, описанную в СНиП 2.02.03–85. В ее основе лежат данные по геодезическим исследованиям конкретного участка земли.

В них входят следующие сведения:

описание рельефа участка;
состав и плотность грунта;
уровень залегания грунтовых вод;
глубина промерзания почвы;
посезонный уровень осадков в регионе застройки.

При помощи этих данных вычисляется количество винтовых свай для фундамента (К).

Для расчетов понадобятся такие показатели:

общая нагрузка на фундамент (Р), представляющая собой сумму масс всех использованных материалов;
коэффициент надежности (к), являющийся корректирующим показателем для значения общей нагрузки на сваи;
несущая способность грунта – табличное значение;
площадь пяты сваи, находящаяся в прямой зависимости от ее диаметра, – табличное значение;
максимально допустимая нагрузка (S), показатель для одной сваи – табличное значение.

Коэффициент надежности (к) коррелирует с общим количеством свай и имеет соответствующие значения:

к=1.4, если свай от 11 до 22 штук;
к=1.65 – от 5 до 10 штук;
к=1.75 – от 1 до 5 штук.

На каждую сваю ложится нагрузка, равная общей нагрузке, деленной на количество опор. Чем их меньше, тем сильнее нагрузка на одну сваю и тем быстрее она приходит в негодность, а вместе с ними весь фундамент и дом.

При помощи приведенной формулы, коэффициента для винтовых свай расчет нагрузок и дальнейшее строительство не сопряжено с особыми трудностями.

При окончательных расчетах необходимо распределить нагрузки под несущими конструкциями и критическими точками с излишним давлением на фундамент с учетом:

типа свай (висячих или стоек);
массы;
значения кренового усилия.

Расчёт винтовых свай

Чтобы сделать расчёт винтовых свай, можно использовать специальный калькулятор для свай. Однако этот расчёт будет приблизительным. Если вы желаете научиться правильно рассчитывать винтовые сваи вручную, можете воспользоваться нашими инструкциями.

Расчёт винтовых свай – важный этап проектирования здания

Расчёт винтовых свай производится и для сооружений на воде

Свайные фундаменты – это основания здания или сооружения, которые требуют наименьших затрат на своё устройство и могут выполняться на любых типах грунта. В связи с этим свайные фундаменты очень популярны как в жилом, так и в промышленном строительстве. Кроме этого расчёт винтовых свай делается легко и без лишних сложностей.

Общие положения

Расчёт винтовых свай и дальнейшее строительство по нормативным документам должно выполняться в следующей последовательности:

Определение параметров грунтового основания. Для этого производятся инженерно-геологические исследования. В результате мы должны знать показатели несущей возможности грунтов, их плотность и составляющие, а также физико-химические характеристики.
Сбор нагрузок. В данном случае учитывается вес всего дома с мебелью и прочим техническим инвентарём, а также динамические нагрузки (вес снежного покрова, ветровая нагрузка и т.п.).
Предварительный расчёт. На данном этапе составляется приблизительная схема будущих свайных фундаментов.
Далее данные, полученные в ходе предварительного проектирования, пропускаются через специальную программу, учитывающую особенности грунтов, показатели веса объектов, ветровые воздействия и т.д. В ходе этого данные уточняются и оптимизируются. Итогом данного этапа становятся уточнённые данные конструкций фундамента, подогнанные под конкретные геологические и природные условия строительства.
Последним этапом расчётов станут рабочие чертежи свайного поля. После этого можно начинать строительство домов на сваях.

Винтовые сваи для разных типов грунтов

Какой диаметр свай выбрать?

В зависимости от назначения винтовые сваи бывают различного диаметра. Чтобы правильно его подобрать, вы должны точно знать назначение будущего сооружения и возможные нагрузки на основание. В зависимости от этого сваи подразделяются на:

винтовые сваи, используемые для лёгких оград из сетки, их диаметр 5,7 см;
сваи диаметром 7,6 см подходят для возведения лёгких сооружений (бытовки, навесы, хозяйственные сооружения, уборные и т.п.) и для монтажа заборов из дерева или профнастила, свая может выдержать нагрузки до 3 т;
винтовые сваи диаметром 8,9 см с несущей возможностью в 3-5 т применяются для установки массивных ограждений с большой высотой, каркасных коттеджей низкой этажности и всевозможных достроек к ним;
винтовая свая диаметром 10,8 см с несущей возможностью в 5-7 т подходят для сооружения двухэтажных построек каркасного типа и для домов из нетяжёлого камня, древесины.

Винтовые сваи: строение

Расчёт винтовых свай для одноэтажного дома

Параметры для расчета основания

Перед началом расчетов основания необходимо проанализировать геологические и климатические условия на участке.

При дальнейшем понадобятся такие сведения:

тип грунта, а также его химический состав, физико-механические свойства, влажность;
глубина промерзания земельных масс и уровень подземных источников под опорной площадью;
риски подтопления, оползней и т.п.;
карта участка, где отображены особенности ландшафта, а также линии инженерных коммуникаций.
среднее количество осадков в регионе.

Вычисления проводят с целью определения таких параметров, как:

глубина закладки основания;
количество свай и оптимальный шаг между ними;
вес конструкции, который давит на фундамент;
допустимая нагрузка на силовые элементы;
сопротивление почвы.

Для расчета суммарных нагрузок от проектного сооружения необходимо иметь его план, чтобы знать:

площадь перекрытий;
высоту этажей, толщину стен;
используемые строительные материалы.

Все допустимые и поправочные коэффициенты берутся из вышеуказанных СНиП.

7.3. Выбор типа, длины и поперечного сечения сваи

Сваи по условиям
работы в грунте (в зависимости от свойств
грунтов, залегающих под нижним концом)
подразделяются на сваи стойки и висячие
сваи.

Сваи, которые
передают нагрузку нижним концом на
практически несжимаемые грунты
(скальные, полускальные породы,
гравийно-галечные отложения, глины
твердой консистенции), относят к сваям
стойкам. Силы трения грунта по боковой
поверхности свай стоек при расчете их
несущей способности не учитываются.
Свая-стойка работает как сжатая стойка.

Если основание
имеет значительную толщу слабых грунтов,
то применяются висячие сваи – сваи
трения, которые своим концом должны
быть заглублены в несущий относительно
прочный слой. Висячие сваи передают
нагрузку на грунт боковой поверхностью
и нижним концом.

Длина сваи
назначается после принятия глубины
заложения ростверка и определяется
глубиной заложения прочного грунта, в
который заглубляется свая и уровнем
расположения подошвы ростверка. При
назначении длины сваи слабые грунты
(насыпные, торф, грунты в текучем и
рыхлом состоянии) необходимо прорезать,
а концы свай заглублять в прочные
грунты. Глубина внедрения сваи в несущий
слой должна быть:

— в пески гравелистые,
крупные и средней крупности и глинистые
грунты с показателем текучести J_L≤ 0,1 на глубину не менее 0,5 м;

— в прочие виды
нескальных грунтов — не менее 1,0 м.

При центральном
нагружении ростверка минимальная длина
сваи 2,5 м, при внецентренном нагружении
– 4,0 м.

Длина сваи – L(расстояние от головы до начала
заострения) определяется из выражения:

L
= δ + H
+ L_{несущ. слоя},(29)

где δ– глубина заделки сваи в ростверк, м;

H–
мощность слабых грунтов, которые
проходит свая, м;

L_{несущ.

слоя}– глубина внедрения сваи в
несущий слой, м.

Глубина заделки
сваи в ростверк зависит от вида
соединения:

— при свободном
соединении головка сваи входит в
ростверк на глубину 5-10 см, такое
соединение возможно для центрально
нагруженных свай;

— при жестком
соединении величина заделки сваи в
ростверк должна быть не менее 30 диаметра
рабочей арматуры, такое соединение
предусматривается при расположении
свай в слабых грунтах при действии
нагрузки с большим эксцентриситетом
или при значительных горизонтальных
нагрузках.

Полученную длину
сваи округляют до длины стандартной
сваи (в большую сторону) и принимают
поперечное сечение свай (таблица 11).

Т а б л и ц а 11 Сваи
железобетонные забивные призматические

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.

Учет характеристик грунта

Характеристики грунта с точки зрения установки фундамента определяют в первую очередь его несущую способность, то есть устойчивость к нагрузкам со стороны установленных на нем конструкций без проседания. Она измеряется в тн/м2 или кгс/см2. Наиболее значимыми для несущей способности грунта являются

Тип грунта
Степень уплотнения
Влажность

Для изучения параметров грунта в общем случае необходимо проводить геологические изыскания. Однако стоимость их достаточно высока, и на практике строители пользуются наработанными опытом обобщенными параметрами для тех или иных грунтов, а также пользуются упрощенными методами определения свойств грунта.

Во-первых, существуют определенные известные характеристики для основных видов грунта, на котором планируется постройка – песчаных или глинистых.

Во-вторых, проводится пробное вкручивание свай.

Для самостоятельного определения типа грунта можно использовать известный способ —

скатать шарик из земли и растереть ладонями. При этом можно увидеть, что:

Шар из песка практически не скатывается, и при растирании чувствуются отдельные песчинки
Шар из песчаного грунта (до 90% состава) формируется, но разрушается при самых небольших нагрузках
Шар из суглинка (до 30% глины) держит форму, но при воздействии нагрузками трескается по краям
Шар из глины отлично формируется и при надавливании не дает трещин

Плотность различных типов грунтов и их несущая способность определена практикой и приводится в таблицах. Приведем некоторые параметры для наиболее употребимых грунтов:

Крупнозернистый песок – 5-6 т/м2
Средний песок – 4-5 т/м2
Мелкозернистый зернистый песок – 3-4 т/м2
Мелкозернистый влажны песок – 2-3 т/м2
Супесь – 2,5-3 т/м2
Увлажненная супесь– 2-2,5 т/м2
Крупнозернистый песок – 5-6 т/м2
Суглинок – 2-3 т/м2
Глина – 2,5-6 т/м2
Влажная глина – 1-4 т/м2

Насыщенность влагой тоже можно определить простым проверенным способом. Отрыть небольшую (до полуметра глубиной) ямку: если через некоторое время в ней будет скапливаться вода, то грунт можно считать влажным. В противном случае – сухим.

Обобщая сказанное, можно с уверенностью сказать, что для самостоятельного расчета фундамента можно смело использовать данные, приведенные выше. Как правило, тип грунта в данной местности известен.

Пробное вкручивание поможет выявить, насколько общий тип грунта, характерный для близлежащих участков может локально отличаться от среднего.

Изучение характеристик грунта

Для проведения инженерно-геологических изысканий и лабораторного исследования почвы выполняется пробное бурение скважин, выемка образцов почвы. Глубина бурения и количество шурфов зависят от характеристик объекта, типа ландшафта. Как правило, скважины делают глубиной на 0,5 м ниже уровня промерзания почвы. Такой подход позволяет оценить плотность несущего слоя, его толщину. Если участок имеет перепады по высоте, то одну из проб делают на самой низкой точке рельефа.

В лабораторных условиях определяется водонасыщенность грунта. Болотистые или глинистые почвы, которые удерживают влагу, имеют более низкую несущую способность. В толще грунта может располагаться небольшой проблемный участок с четко очерченными границами. Тогда элементы фундамента располагают таким образом, чтобы обойти его, не изменяя при этом контуров свайного поля.

Как рассчитать количество свай для фундамента

Правильный расчет количества используемых свай нуждается в предварительной геодезической разведке. Прежде всего, необходимо рассчитать уровень промерзания грунта в зимний период, учитывая, что данный показатель отличается в разных регионах. Для прочной установки сваи ее нижний конец должен находиться ниже этого уровня.

А также необходимо выяснить степень плотности слоев грунта. Чем выше плотность, тем меньшую глубину сваи следует закладывать на этапе проектирования. К примеру, для полускальных и крупноблочных пород она будет минимальной (но не меньше 0,5 метра), а для песчаных и глинистых грунтов придется углубляться по максимуму.

1. Вычисление потенциальной предельной нагрузки на сваи

Перед началом расчета количества свай для фундамента следует выяснить несущую способность отдельной сваи. Общий вид формулы выглядит следующим образом:

В этом случае W является искомой фактической несущей силой, Q – расчетное значение несущей силы, рассчитанное для отдельной сваи по материалу, размерам и характеристикам грунта; k – дополнительный «коэффициент надежности», расширяющий эксплуатационный запас фундамента.

2. Вычисление расчетной нагрузки на сваи

Далее нам необходимо найти параметр Q, без которого расчет свайного фундамента невозможен. Расчетная нагрузка определяется по формуле:

Где S равно площади поперечного сечения лопастей сваи, а Ro – это показатель грунтового сопротивления на глубине размещения лопастей. Сопротивление грунта можно брать из готовой таблицы:

Таблица 2

Что касается «коэффициента надежности» условного фундамента, его величина может варьироваться в пределах 1,2-1,7. Логично, что чем меньше коэффициент, тем ниже себестоимость фундамента на этапе проектирования, поскольку для достижения заданного значения несущей силы не потребуется использования большого количества свай. Чтобы уменьшить коэффициент следует провести качественный и достоверный анализ грунта на стройплощадке, привлекая специалистов.

3. Расчет нагрузки от конструкции здания

На завершающем этапе проектирования свайного фундамента проводится расчет количества свай. Для этого потребуется просуммировать все элементы конструкции здания: от капитальных стен и перекрытий, до стропильной системы и кровли. Провести точное вычисление всех компонентов довольно сложно, поэтому рекомендуем воспользоваться одним из специализированных калькуляторов. И также в калькулятор расчета вносятся эксплуатационные нагрузки, включающие предметы интерьера, мебель, бытовую технику и даже проживающих в доме людей.

4. Подсчет требуемого количества свай

Перед тем как рассчитать количество задействованных свай нам нужно получить на предыдущих этапах две величины: совокупную массу здания (M) и несущую способность сваи (W) умноженную на «коэффициент надежности». Значение несущей способности можно взять из Таблицы 1. Итак, если масса равна 58 тонн, а скорректированная несущая способность сваи СВС-108 равна 3,9 тонн, то:

Как показал пример расчета, для дома весом в 58 тонн потребуется 15 свай марки СВС-180. Следует отметить, что это значение приблизительно и не учитывает правила точного распределения свай согласно СНиП:

Первые должны быть установлены в точках пересечения несущих конструкций;
Остальные монтируются равномерно между обозначенными углами;
Минимальное расстояние между отдельными сваями 3 метра;

5. Глубина установки свай и расстояние между ними

Базовое значение глубины установки сваи рассчитывается исходя из глубины промерзания грунта в конкретно регионе, плюс 25 сантиметров. И также перед тем как рассчитать свайный фундамент, необходимо выяснить:

Уровень прочности сваи по материалу и конструкции;
Несущую способность грунта;
Провести расчет осадки свайного фундамента, со временем возникающей под нагрузкой здания;
Дополнительные параметры (температурный режим в течение года, объем осадков, нагрузки от ветра и др.).