Допустимая нагрузка на винтовую сваю
Расчет винтового фундамента — ответственный этап проектирования. Если при его выполнении допустить ошибку, то можно не правильно задать шаг свай или их сечение. Ошибки приводят к снижению надежности опор под знание и возникновению вероятности сильной усадки или крена строения, вследствие которых образуются трещины и повреждения основных строительных конструкций здания. Одним из самых важных характеристик свайновинтового фундамента (как и любого другого) является его несущая способность.
Допустимая нагрузка на винтовую сваю зависит от следующих факторов:
- диаметр трубы и лопастей;
- прочность грунта основания;
- длина сваи.
При выполнении простейших расчетов для частного дома потребуется знать только прочностные характеристики основания и площадь лепестковой подошвы (лопасти).
Расчет нагрузки на винтовую сваю выполняется по следующей формуле: N = F/γk .
В этой формуле:
- N — несущая способность винтовой сваи (сколько она способна выдержать),
- F — значение несущей способности (неоптимизированное),
- γк — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый в зависимости от количества опор для здания и способа выполнения геологических изысканий.
Коэффициент γk назначается равным следующим значениям:
1,2 при проведении точных геологических испытаний грунта основания, путем выполнения зондирования и лабораторных исследований. Выполнить это самостоятельно невозможно. Способ не подходит для частного домостроения из-за высокой стоимости, которая сильно увеличит бюджет строительства.
- 1,25 при проведении испытаний с помощью сваиэталона. Хотя этот способ проще, чем предыдущий, определить, сколько сможет выдержать грунт, способен только человек, имеющий знания в области геологии.
- При самостоятельных исследованиях почвы и использовании табличных показателей прочности коэффициент принимается в зависимости от количества опор. Если несущая способность определяется для винтовой сваи с низким ростверком, то значение составит 1,41,75 при количестве опорных элементов в пределах 520 штук.
Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле: F = S*Rо .
Здесь:
- S — площадь лопасти, которая вычисляется по формуле для круга (S = πR² = (πD²)/4). Исходные данные приводятся производителем винтовой сваи.
После того, как определено, сколько составляет площадь лепестковой подошвы винтовой сваи, нужно выяснить прочностные характеристики грунта основания (в формуле буква Rо). Для этого потребуется выполнить как минимум простейшие геологические изыскания с помощью ручного бурения или отрывки шурфов. Грунт можно изучить визуально и на ощупь, рекомендуется выполнять определение с применением ГОСТ «Грунты. Классификация».
ГОСТ «Грунты. Классификация».
Зная сколько способен выдержать грунт на один квадратный сантиметр и площадь опорной части винтовой сваи можно найти предварительное значение несущей способности F (без учета коэффициента по надежности). Значение подставляют в первую формулу и находят окончательную максимально допустимую нагрузку на один элемент фундамента. Более подробно определить, сколько сможет выдержать свая можно по формуле 7.15 пункта 7.2.10 СП «Проектирование и устройство свайных фундаментов». Здесь учитываются все моменты, которые способны повлиять на несущую способность, а именно:
- условия работы;
- характеристики грунта;
- глубина залегания лопасти (прибавляется боковое трение);
- диаметр лопасти;
- характер работы сваи (на выдергивание или на сжатие).
Выполнить расчет достаточно сложно, потребуется найти множество коэффициентов и характеристик грунта (здесь учитывается не только несущая способность, но и угол внутреннего трения, удельное сцепление, удельный вес и др.). Для упрощения работы можно воспользоваться таблицами, которые приводятся для наиболее распространенных диаметров свай (чаще всего для частного домостроения используют 89 мм, 108 мм, 133 мм).
Для свай диаметром 89 и 108 мм можно привести следующую таблицу:
Расчет свай на фундамент
Несущая способность элементов диаметром 89 достаточна для того, чтобы использовать их в качестве фундаментов под одноэтажные дома из легких материалов (каркасные, бревенчатые, брусовые). При возведении двухэтажных строений лучше вместо 89 диаметра выбрать 108 или больший. Если опирать на такие свайные фундаменты кирпичные и бетонные здания, при расчете получится очень большой диаметр элементов и частое их расположение (зависит от характеристик грунта), да и не в каждой компании найдется специалист способный рассчитать массивное здание на винтовых сваях. Выгоднее использовать другие типы фундаментов.
Пример упрощенного расчета
Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:
- грунты на участке — глина;
- диаметр используемых свай — 133 мм, диаметр лопасти — 350 мм;
- масса дома, полученная в результате сбора нагрузок от стен, перегородок, перекрытий, полезного и снегового нагружения — 59 тонн.
- периметр наружных стен — 24 м, внутренних несущих стен нет.
Сначала находится прочность грунта основания. Воспользовавшись приведенной ранее таблицей находим, что для имеющегося типа почвы она составляет 6,0 кг/см². Коэффициент надежности по нагрузке принимаем 1,75 (для обеспечения запаса по надежности).
Остается вычислить площадь лепестковой подошвы: S = (πD²)/4 = 3,14*352/4 = 961,6 см² (значение диаметра лопасти в расчет берется в сантиметрах).
Находим неоптимизированную несущую способность: F = S*Rо = 961,6*6,0 = 5770 кг.
Вычисляем допустимую нагрузку: N = F/γk = 5770/1,75 = 3279 кг ≈ 3,3 т.
Для дальнейшего расчета определяем минимальное количество свай, которые способны удержать данный дом: 59 т/3,3т = 17,87 шт, округляем до целых в большую сторону и принимаем в дальнейший расчет 18 шт.
Чтобы завершить вычисления для возведения фундаментов, нужно определить шаг между сваями. Для этого длину стен дома делят на количество опорных элементов: 24 м/18 шт = 1,33 м — максимальный шаг фундаментов. Получилось довольно большое количество свай для такого небольшого дома, т.к. мы приняли что геологические изыскания не проводились, и пришлось принять γk = 1,75, если провести исследования хотя бы пробным вкручиванием (эталонным), тогда количество свай можно снизить до 1213 штук, а это существенная экономия.
В каждом случае нужно считать что обойдется дешевле — геологические изыскания или самостоятельный расчет и перестраховка по несущей способности. Определение максимальной нагрузки на сваю — только часть вычислений для проектирования. Как показано выше, на этом расчет не заканчивается.
Окончательными результатами вычислений должны стать следующие данные для свай:
- сечение;
- длина;
- шаг;
Нагрузки на винтовые сваи — СВАЙНОЕ ДЕЛО
При проектировании фундаментов учитываются все факторы, оказывающие влияние на его устойчивость и прочность. Основным параметром винтовых свай является несущая способность. С учетом этого параметра вычисляют необходимое количество свай и определяют их оптимальный диаметр. Несущая способность – это вес, который выдерживает опора под воздействием морозного пучения.
Точные расчеты помогут избежать проблем с фундаментом. Если же допустить ошибки в расчетах, то возникнет риск просадки и деформаций.
На запас прочности опорного столба влияет его длина и диаметр. Пример зависимости этих показателей можно увидеть в таблице 1.
| Диаметр, мм | Н/С, т | Длина опоры, м |
|---|---|---|
| 89,0 | 4 | 2,5 |
| 108,0 | 7 | 2,5 |
| 133,0 | 8,5 | 2,5 |
При расчетах учитывается тип грунта на участке, уровень его промерзания и глубина залегания плотных несущих слоев. Проектная нагрузка должна быть меньше указанных в таблице значений, то есть необходим запас прочности. Кроме особенностей грунта, при расчетах необходимо учесть длину свайной конструкции, диаметр лопастей и ствола.
Расчет выполняют по формуле H = F / уk, где:
- H — вес, который выдерживает свайная конструкция;
- F — «чистая» нагрузка;
- уk — поправочный коэффициент.
- 1,2, если проводились предварительные геологические изыскания;
- 1,25, если выполнялось пробное бурение;
- 1,75, если исследование грунта проводилось самостоятельно и использовались только справочные данные.
В частном строительстве наиболее часто используется второй способ.
Для расчета оптимизированной несущей нагрузки используется формула F = S x Rо, где Ro это прочность основания, а S — площадь лопасти.
| Диаметр столба, мм | Диаметр лопасти, мм | Длина, м | Вес, кг | Толщина стали (ствол), мм | Толщина стали (лопасть), мм |
|---|---|---|---|---|---|
| 89,0 | 250,0 | 3,0 | 24,1 | 3,0-3,5 | 4,0 |
| 108,0 | 300,0 | 3,0 | 34,9 | 3,5-4,0 | 5,0 |
| 133,0 | 350,0 | 3,0 | 44,6 | 4,0-4,5 | 5,0 |
При определении оптимальной длины свай учитываются особенности грунта и климата в конкретной местности. Для определения прочности основания (Ro) применяют табличные данные.
| Тип грунта | Rо на глубине 150 см и более, кг/см2 |
|---|---|
| Галька с включениями глины | 4,5 |
| Гравелистый с включениями глины | 4,0 |
| Песчаные почвы (крупная фракция) | 6,0 |
| Песчаные почвы (средняя фракция) | 5,0 |
| Песчаный (мелкая фракция) | 4,0 |
| Пылеватый песок | 2,0 |
| Глинистые почвы и супеси | 3,5 |
| Вязкие глинистые почвы | 6,0 |
| Просадочный грунт или насыпное основание (с уплотнением) | 1,5 |
| Насыпной грунт (без уплотнения) | 1,5 |
Данные из таблиц подставляют в формулу и находят ориентировочную нагрузку на основание. Полученное число умножают на коэффициент надежности и определяют проектную нагрузку на один опорный столб.
Более точное значение можно получить, используя множество коэффициентов: от глубины залегания лопастей и силы бокового трения до характера работы опоры, величины выдергивающих или сжимающих сил. Чтобы упростить работу используют данные из таблиц.
| Тип почвы | Несущая способность сваи в кг при глубине залегания лопасти, см | |||
|---|---|---|---|---|
| 150 | 200 | 250 | 300 | |
| мягкопластичная лессовая | 2200 | 290 | 3600 | 4300 |
| полутвердые глинистые | 4700 | 5400 | 6000 | 6700 |
| тугопластичные глинистые | 4200 | 4900 | 5600 | 6300 |
| мягкопластичные глинистые | 3700 | 4400 | 5000 | 5800 |
| полутвердый суглинок | 4400 | 5100 | 5800 | 6500 |
| тугопластичная суглинистая | 3900 | 4600 | 5300 | 6000 |
| мягкопластичная суглинистая | 3500 | 4200 | 4800 | 5500 |
| песчаные (крупная и средняя фракция) | — | 9700 | 10400 | 11100 |
| песчаные (мелкая фракция) | — | 6300 | 700 | 7700 |
| пылеватый песок | — | 4900 | 5600 | 6300 |
Запас прочности свай диаметром 108 миллиметров позволяет использовать их в качестве основания для строительства каркасных, бревенчатых, брусовых домов в один этаж. Для двухэтажных построек, а также сооружений из кирпича и блока используют сваи большего диаметра.
Цены на винтовые сваи в розницу и монтаж «под ключ»
Какую нагрузку выдерживают винтовые сваи
С точки зрения характера восприятия нагрузок винтовые сваи можно разделить на две большие группы:
-
узколопастные, диаметр лопасти которых превосходит диаметр ствола менее чем в полтора раза;
-
широколопастные (лопастные), у которых диаметр лопасти в полтора раза и более превосходит диаметр ствола.
Узколопастные модификации воспринимают нагрузки благодаря:
-
высокой несущей способности грунтов;
-
рассчитанному количеству витков, шагу и ширине лопасти, позволяющему в полном объеме учитывать трение по боковой поверхности ствола.
В результате такие конструкции хорошо проявляют себя в грунтах, обладающих высокой несущей способностью (особо плотных сезоннопромерзающих и вечномерзлых (многолетнемерзлых).
В то же время из-за значительного трения по боковой поверхности ствола для них обязательно нужно выполнять расчеты на противодействие касательным силам морозного пучения (подробнее «Воздействие сил морозного пучения»).
Широколопастные модификации хорошо воспринимают проектные нагрузки даже при установке в грунты, характеризующиеся низкой несущей способностью, что возможно благодаря:
Тем не менее, несущие свойства грунтов будут иметь решающее значение и для этой группы. К примеру, широколопастная свая с диаметром ствола 57 миллиметров, установленная в грунт с высокой несущей способностью (песок плотный), может воспринять нагрузки до 10 тонн, тогда как конструкция с диаметром ствола 325 миллиметров, установленная в слабый грунт (супеси текучие), может держать всего 1 тонну.
Рисунок 1 – График зависимости несущей способности винтовой сваи от характеристик грунта и конструктивных особенностей сваи
dS1, dS2, dS3 – условный диаметр лопасти винтовых свай (исполнение 1, 2, 3).
ds1, ds2, ds3 – условный диаметр ствола винтовых свай (исполнение 1, 2, 3).
h – глубина погружения.
e/Il – отношение пористости грунта к показателю текучести.
Нагрузка на Винтовые Сваи, Какой Вес Выдерживают
Строительство домов является ответственной задачей, связанной не только с серьёзными трудозатратами, но и используемыми материалами и квалификацией рабочих. Одной из самых трудоемких этапов является возведение фундамента. Без правильного расчета и определения типа основания невозможно создать надежную и долговечную конструкцию, способную служить в течение многих десятков лет. Проект делается в соответствии с общей конструкцией объекта, его габаритами и особенностями участка.
Получить консультацию
Свайно-винтовой фундамент относится к наиболее распространенным типам оснований, отлично зарекомендовавшим себя на наших широтах. Именно в его пользу делается выбор, если стройплощадка характеризуется сложными условиями.
Сфера применения
Данный вариант основания эффективен в индивидуальном домостроительстве, используется при проведении работ с заборами и легкими хозяйственными постройками. Отечественным строителям нередко приходится сталкиваться с морозным пучением грунта. Выбор основания соответствует качеству и типу грунтов: от глинистых до торфяных, от болотистых до водонасыщенных. Следует также помнить о проблемах, связанных с пучением грунтов.
Выбор свайно-винтового фундамента
Использование наиболее тонких винтовых свай эффективно при возведении заборов. Диаметр 89 мм применяется в домостроении. Величина несущей способности определяется в соответствии с диаметром и толщиной стенок и может составлять от 4 до 7 тонн. Этой величины достаточно при строительстве большинства жилых домов, даже при наличии на стройплощадке сложных условий.
При возведении капитального дома из бревна с небольшими габаритами рекомендуется воспользоваться 108-миллиметровыми сваями. Если дом сооружается из пеноблоков либо кирпича, диаметр должен достигать 133-х миллиметров.
Нагрузка определяется используемыми стройматериалами, этажностью, а также габаритами здания. Больше всего весят перекрытия в комплексе со стенами. В двухэтажном деревянном доме перекрытия могут весить около 10-ти тонн, а внешние стены – около 16-ти тонн.
При проектировании нагрузок расчетный вес умножают на коэффициент 1.3, что важно для обеспечения прочности. Также при расчете необходимо учитывать ветровое воздействие в сочетании с нагрузкой снега. В отечественных регионах именно снеговую нагрузку следует считать первостепенной.
Подобрать сваи
В зависимости от веса сооружения рассчитывается и количество свай, соответствующее их типоразмеру, характеристикам участка и нагрузкам, оказываемым домом. Расчет можно сделать на нашем сайте с помощью калькулятора, а также позвонив по телефону или оставив заявку. Также важен расчет длины, зависящей от свойств и глубины промерзания, других важных параметров, хорошо известных специалистам.
Благодаря свайно-винтовому основанию можно осуществлять строительство здания, независимо от грунтов. Мастера легко справляются с болотистыми и торфяными территориями, даже с вечной мерзлотой и сложными рельефами.
Винтовые сваи нагрузка расчет | Город свай
Начинающим строителям, а также всем тем, кто увлекается стройкой, а именно возведением фундамента, полезно будет ознакомиться с этой статьей, в которой указываются основные методики для расчета несущей способности винтовых свай.
Несущая способность винтовых свай: как правильно рассчитать нагрузку на винтовую сваю?
Для того чтобы рассчитать какова нагрузка на 1 винтовую сваю, нужно найти показатели площади основания сваи и узнать точное значение сопротивляемости почвенного грунта. Эти два значения требуется перемножить между собой, чтобы получить значение несущей способности сваи. Итак, приведем пример. Несущая способность винтовой сваи 108, которая установлена в глиняный грунт, будет определена таким способом:
- Для начала требуется узнать значение площади лепестковой подошвы винтовой сваи. Например, диаметр лопастей винтовой сваи 108 равен 300 мм, значит, радиус равен 150 мм. Далее высчитать значение, перемножив радиус лопасти (150 мм) возведенный в квадрат на число Пи (3,14). Получится 706,5 см2.
- После этого, оперируя данными таблицы в источниках, узнать несущую способность того грунта, где устанавливается фундамент. Несущая способность глиняного грунта равна 6 кг/ см2.
- Затем, две полученные величины: нагрузку лопасти подошвы и нагрузку грунта перемножить. Из этого получается 6х706,5=4,2 тонны.
Из этих расчетов становится ясно, какую нагрузку может выдержать одна винтовая свая диаметром 108.
Как произвести расчеты несущей способности винтовой сваи, учитывая при этом надежность строительной конструкции?
Приведенные выше расчеты могут дать лишь общий результат, без учета конкретно того строения, которое вы планируете возводить. При расчетах следует учитывать и такой критерий, как запас прочности конструкции. Для того чтобы сделать расчет несущей способности сваи при этом, учитывая запас прочности сооружения, нужно воспользоваться формулой:
N=Fd/Yx
В данной формуле показатель N это та нагрузка, которую мы планируем рассчитать, F – это среднее значение несущей способности сваи, которую можно узнать методом умножения нагрузки грунта и площади винтовой сваи, Yx – это показатель запаса надежности сооружения. Точность вычислений несущей способности винтовой сваи с учетом запаса прочности здания будет определена лишь в том случае, если будет наиболее точно рассчитана несущая способность грунта, на котором будет возводиться постройка.
В конечном счете исходя из указанных нами условий – свая 108 и глинистый грунт, коэффициент запаса надежности сооружения может быть равным:
- 1,75–1,4. Общее количество свай в данном случае может быть от пяти до двадцати, причем сваи должны быть с низким ростверком, монтирующимся на висячих опорах.
- 1,25 – такой коэффициент может быть выявлен при примерном расчете несущей способности грунтовой поверхности, с использованием сваи-эталона при зондировании почвы. Такие испытания проводятся геологами, которые создают на месте установки фундамента площадку для измерений с применением сваи-эталона.
- 1,2 – данный коэффициент получается при максимально точном измерении, которое возможно лишь при тщательном зондировании почвы, а также изучении почвенных образцов в химической лаборатории.
По результатам расчетов получается, что несущая способность свай диаметром 108 равна 3,5 тонны. Этот показатель получается при точном измерении характеристик грунта, и на 1 тонну меньше – 2,5 при расчетах на основании табличных данных о характеристиках грунта.
Какова максимальная способность винтовых свай к нагрузке?
Теперь, когда нам известны все нюансы определения нагрузки на несущую опору, мы может рассчитать максимальную нагрузку на одну сваю. Для того чтобы произвести эти расчеты требуется:
- Грунтовой поверхностью будет выступать песок с максимальной несущей способностью 15 кг/см2.
- Опорой будут выступать свая маркой 108, которая имеет диаметр лопасти 300 мм.
- Коэффициент надежности равен 1,75, который указывает на точные показатели несущей способности и количестве свай около пяти.
В результате на основании этих данных, мы можем определить максимальную несущую способность каждой сваи, воспользовавшись следующим методом:
- Площадь лепестковой опоры сваи 108 равна 706,5 см2.
- Приблизительное значение опоры в соответствии с характеристиками грунтовой поверхности исходя из табличных данных равна — 10,5 тонн (706,5х15).
- Оптимизированное значение опоры (точное значение) равно нагрузке в 6 тонн.
Исходя из этих данных, можно сделать вывод о том, что одна свая, имеющая радиус лопасти 150 мм, которая погружена в песок, может выдержать нагрузку равную 6 тоннам. Винтовые сваи – это очень надежный вид фундамента, которые ценятся в кругах строителей именно за их универсальные и надежные качества.