Несущая способность винтовой сваи, Устройство винтовых свай
Винтовой сваей называется труба из стали с приваренной к ней лопастью. К другой стороне трубы закрепляется оголовок, который предназначен для фиксации основания дома.
Лопасть позволяет уплотнять грунт при ввинчивании сваи. Это намного повышает общую устойчивость фундамента.
Диаметр винтовых свай колеблется в широком диапазоне – от 50 до 300 мм. Диаметр сваи характеризует её несущую способность и способ установки. Наиболее универсальные сваи диаметром 100-108 мм.
Длина сваи
Средняя длина свай около 2,5-3 метра, однако при их ввинчивании в слои вечной мерзлоты или зыбкого грунта, длина может увеличиваться. Несущая способность одной сваи такого диаметра от 4 до 6 тонн. Наконечник сваи должен опираться на твердый грунт. Глубина его залегания определяется пробным завинчиванием. Как правила для наших почв выбираются сваи 3-3,5 м (сваи берут с запасом и потом подрезают, т.к. они редко встают на одном уровне)
Толщина стенки
- СВС Сваи винтовые со сварной лопастью
- НКТ – б/у трубавсе что выше 5,5
- СВЛ Сваи винтовые с литым наконечником
Диаметр лопасти наконечника ширина лопасти позволяет свае успешно противостоять выдергивающим и сжимающим нагрузкам.
В соответствии с технологиями сваи могут иметь разные покрытия, что влияет на срок службы фундамента.
Несущая способность винтовой сваи
Основными параметрами, принимаемыми в расчетах при проектировании любого типа фундамента, являются:
- вес стоящегося сооружения
- несущая способность грунтов под ним.
Инженерно-геологические изыскания состоят из трех основных этапов, это – полевые работы, лабораторных исследований и технический отчет.
Малоэтажное строительство (до 3-х этажей) под госэкспертизу не попадает и такого рода изыскания проводят самостоятельно.
Исследование грунта для монтажа винтовых свай
Несущая способность грунта
ТАБЛИЦА 1 — определения несущей способности винтовых свай
В среднем нагрузка на винтовую сваю не должна превышать 5 тонн
| Пластичность (для глины) | Расчётное сопротивление грунта (кг/квюсм) | |||||
| 1,5 м | 2 м | 2,5 м | 3 м | |||
| Глина | Полутвердая | 6 | 4,7 | 5,4 | 6 | 6,7 |
| Тугопластичная | 5 | 4,2 | 4,9 | 5,6 | 6,3 | |
| Мягкопластичная | 4 | 3,7 | 4,4 | 5 | 5,8 | |
| Супеси и Суглинки | Полутвердая | 5,5 | 5,1 | 5,8 | 6,5 | |
| Тугопластичная | 4,5 | 3,9 | 4,6 | 5,3 | 6 | |
| Мягкопластичная | 3,5 | 3,5 | 4,2 | 4,8 | 5,5 | |
| Лёсс | Мягкопластичная | 1 | 2,2 | 2,9 | 3,6 | 4,3 |
| Пески | Средние | 15 | 9 | 9,7 | 10,4 | 11,1 |
| Мелкие | 8 | 5,6 | 6,3 | 7,7 | ||
| Пылеватые | 5 | 4,2 | 4,9 | 5,6 | 6,3 | |
ТАБЛИЦА 2
| Расчетное значение угла внутреннего трения грунта в рабочей зонеφ1, град. | Коэффициенты | Расчетное значение угла внутреннего трения грунта в рабочей зоне φ1, град. | Коэффициенты | ||
| α1 | α2 | α1 | α2 | ||
| 7,8 | 2,8 | 24 | 18 | 9,2 | |
| 15 | 8,4 | 3,3 | 26 | 23,1 | 12,3 |
| 16 | 9,4 | 3,8 | 28 | 29,5 | 16,5 |
| 18 | 10,1 | 4,5 | 30 | 22,5 | |
| 20 | 12,1 | 5,5 | 32 | 48,4 | 31 |
| 22 | 15 | 7 | 34 | 64,9 | 44,4 |
ТАБЛИЦА 3
| Тип грунта |
Расчетное сопротивление грунта *, кг/см2 |
Несущая способность винтовой сваи, кг | ||||
| ВСГ-1 73/250 | ВСГ-1 89/300 | |||||
| плотный | ср. плотн | плотн | ср. плотн | плотн | ср. плотн | |
| Крупный гравелистый песок | 13 | 12 | 6378 | 5888 | 9185 | 8478 |
| Песок средней крупности | 12 | 11 | 5888 | 5397 | 8478 | 7772 |
| Мелкий маловлажный песок | 4 | 2453 | 1963 | 3533 | 2826 | |
| Мелкий песок, насыщенный влагой | 3 | 2 | 1472 | 981 | 2120 | 1413 |
| Супеси сухие | 5 | 4 | 2453 | 1963 | 3533 | 2826 |
| Супеси, насыщенные влагой | 3 | 2 | 1472 | 981 | 2120 | 1413 |
| Суглинки сухие | 4 | 3 | 1963 | 1472 | 2826 | |
| Суглинки, насыщенные влагой | 3 | 1 | 1472 | 491 | 2120 | 707 |
| Глины сухие | 6 | 2,5 | 2944 | 1227 | 4239 | 1766 |
| Глины, насыщенные влагой | 4 | 1 | 1963 | 491 | 2826 | 707 |
ТАБЛИЦА 4
| Диаметр ствола | 57 | 89 | 108 | 114 | 168 | 219 | 219 |
| Стенка | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 4,5 | 8 | 6 | 8 |
| Диаметр винта | 200 | 300 | 300 | 300 | 450 | 600 | |
| Длина ствола, м | кг | кг | кг | кг | кг | кг | кг |
| 2 | 2162 | 3906 | 4113 | 5366 | 14878 | 24199 | 28019 |
| 2,5 | 2440 | 3977 | 4604 | 6086 | 16731 | 26180 | 30761 |
| 3 | 2717 | 4771 | 5094 | 6807 | 18584 | 28161 | 33503 |
| 4 | 3273 | 5635 | 6075 | 8248 | 22290 | 32123 | 38987 |
| 5 | 3828 | 6500 | 7056 | 9688 | 25996 | 36085 | 44472 |
| 6 | 4384 | 7365 | 8037 | 11129 | 29702 | 40046 | 49956 |
Как определить тип грунта
Песок – его видно невооруженным глазом.
Размер песчинок 0,25 — 5 мм — песок считается крупным, до 2 мм, то — средней плотности. Потому как песок не меняет своих свойств при намокании, он является непучинистым.
Супесь — смесь песка с глиной. Глины в ней не более 10%, поэтому этот грунт является малопластичным. При скатывании супеси в шар между ладонями в нем чувствуются песчинки, и он легко рассыпается при надавливании. Из-за высокого содержания песка супесь является низкопористой и менее подвержена пучению, чем глина.
Суглинок также смесь песка с глины, которая составляет в нем до 30 %. Это более пластичный грунт. Скатанный из него шар раздавливается в лепешку с трещинами по краям. Это грунт подвержен пучению из-за большей пористости.
Глина наиболее распространенный грунт в окрестностях Перми. Содержание глинистых частиц в ней более 30%. Она очень пластична и может содержать большое количество влаги. Скатанный из неё шар раздавливается в лепешку без трещин. Глина наиболее всех грунтов подвержена силам морозного пучения.
Торф – является органическим веществом и НЕ является несущим грунтом. Он не редко встречается в окрестностях Краснокамска. В обязательном порядке его надо убирать с места застройки, либо устанавливать фундамент в несущие грунты ниже глубины его залегания.
Определение влажности грунта возможно также визуальным методом. Если просверленное отверстие в грунте с течением времени остается сухим, значит таковым можно считать и грунт. А если же на дне скважины начинает накапливаться вода, то это говорит о высоком уровне грунтовых вод и высокой влагонасыщенности грунта.
Морозное пучение грунтов это неизбежный физически процесс, возникающий при превращении содержащейся в грунте воды – в лёд. Объем льда на 9% больше объема воды при одинаковой массе. Поэтому зимой в увлажненном грунте возникает давление, от расширившегося в порах грунта льда, которое по естественным причинам не может сдвинуть нижние слои грунта. Поэтому при расширении происходит движение грунта вверх вместе с находящимся в нем фундаментом. Как правило, промерзание грунта происходит не равномерно по площади фундамента. Соответственно и силы поднимающие фундамент в его разных частях отличаются по величине, что и приводит к появлению трещин в нем и несущих стенах. Весной соответственно лед тает, и грунт возвращается на исходное место, а неверно спроектированный фундамент нет.
Несущая способность винтовой сваи 108, 133, 159, 89, 219
Несущая способность винтовых свай диаметров 108, 133, 159, 89 и 219 мм достаточна для того, чтобы с их помощью возводить фундаменты для различных типов сооружений. При строительстве необходимо рассчитать их характеристики прочности.
Определение нагрузки – это важный этап в проектировании. Если при расчёте будет допущена ошибка, то вряд ли получится правильно выбрать расстояние между элементами или сечение столбов. Ошибки ведут к потерям устойчивости и возникновению значительного перекоса здания, что грозит образованием трещин и повреждениям дома. Прочность – одна из основных характеристик фундамента.
Показатели влияющие на допустимую нагрузку
Величина наибольшего допустимого давления на конструкцию фундамента – его запас прочности, который всегда выше действующих на него сил. Равность этого показателя не допускается, поскольку должен быть предусмотрен запас прочности на случай развития форс-мажорной ситуации.
Допустимое давление на одну опору зависит от:
- Радиуса и оперения;
- Длины;
- Плотности и стабильности почвы;
Несущая способность винтовой сваи 89 мм, рассчитывается просто: для этого необходимо знать величину F не оптимизированной нагрузки. Вычисления проводятся с учётом коэффициента yk надёжности, который зависит от числа свай для сооружения и метода проведения геологических изысканий. N=F/yk
Коэффициент yk соответствует значениям:
- 1,2 в случае проведения точного испытания почвы методом зондирования. Метод отличается высокой стоимостью и поэтому малопригоден в частном домостроении, поскольку значительно увеличивает затраты на строительство;
- 1,25 при испытаниях с применением детали-эталона. Метод более простой, чем предыдущий, но чтобы его применить, потребуются знания в сфере геологии;
- При самостоятельном изучении почвы и применении табличных величин прочности yk берётся в зависимости от числа опор. Для деталей с низким ростверком несущая способность определяется исходя из коэффициента 1,4–1,75 при числе свай от 5 до 20 штук.
Важно!
Самый практичный – второй способ, поскольку полноформатные исследования дороги по стоимости, а изучить грунт на глубине вкручивания самостоятельно почти невозможно.
Надежности сваи 108 мм достаточно для того, чтобы с помощью таких элементов возводить здания высотой свыше одного этажа. Для опоры массивного дома из кирпича или бетона на фундамент, может потребоваться много столбов большого диаметра. При этом не каждая компания имеет специалиста, который может рассчитать массивный дом на столбах, поэтому целесообразнее делать другие виды оснований.
Данные для упрощённого расчёта
Исходная информация для определения характеристик под двухэтажный деревянный дом размером 5 на 5 метров:
- На участке глинистый грунт;
- Учитывается несущая способность винтовой сваи 133 мм. Диаметр лопасти– 300 мм;
- Вес дома составил 48 тонн – с учётом перекрытий, полезной и снежной нагрузки;
- Периметр стен – 20 м.
С помощью таблиц определяется устойчивость почвы, которая для глины равняется 6,0 кг/см². Коэффициент yk берется 1,75, что обеспечивает запас по надёжности. Далее рассчитывается площадь лопастей основания конструкции:
S = πR² = 3,14*15²=706,5 см² (величина радиуса лопасти по формуле принимается в сантиметрах).
Не оптимизированная надёжность конструкции находится так:
F=S*Ro=706,5*6,0=4239 кг.
Рассчитывается допустимая нагрузка:
N=F/yk=4239/1.75=2400 кг.
Определяется меньшее число свай, способных удержать строение:
48/2,4=20 штук.
В завершении расчётов для фундамента, определяется шаг между опорами. Чтобы узнать шаг, необходимо длину дома разделить на количество свай:
20м/20=1м – наибольший шаг между элементами.
Для относительно небольшого дома вышло 20 свай – много. Это связано с тем, что по умолчанию не проводились геологические исследования и yk=1,75. Если выполнить изыскания эталонным вкручиванием, то может оказаться, что деталей необходимо 13-15 штук, а это значительная экономия. Индивидуально устанавливается, что выйдет дешевле в строительстве дома – специальные исследования или простые вычисления и перестраховка по числу опор.
Вычисление надежности – часть расчёта при проектировании. Как указано выше, на этом расчеты не заканчиваются. Конечными результатами подсчетов будут такие данные: шаг, сечение, расстановка под стенами и длина.
Допустимая нагрузка на винтовую сваю. Расчет винтового фундамента.
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 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».
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:
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;
- распределение под несущими стенами.
Расчитать количество винтовых свай на калькуляторе онлайн
Сваи винтовые для фундамента: расчет нагрузки
Деревянный дом на винтовых сваяхВинтовые сваи появились в середине прошлого века. Изначально опоры применялись в военном строительстве. Установка винтовых свай позволяла за короткий срок на слабых грунтах создать фундаментные основания для различных довольно тяжёлых фортификационных сооружений, прибрежных платформ для переправы и прочее. Впоследствии винтовые сваи (ВС) завоевали большую популярность в гражданском строительстве. Простота в монтаже опор позволяет хозяевам своими руками возводить фундамент в короткий срок. Главное — это правильно рассчитанная несущая способность винтовой сваи.
Что такое винтовая свая
Винтовые сваиНазначение такого вида опор заключается в том, чтобы, минуя слабые слои почвы, передать нагрузку от здания через ВС на плотное грунтовое основание. Прохождение опоры через грунт достигается её вращением. Винт сваи входит в почву, как штопор в пробку.
ВС представляет собой цельносварную металлоконструкцию, состоящую из трёх частей: ствола (металлическая труба), конического наконечника и лопасти.
Ствол
Опорной частью сваи является ствол, который представляет собой металлическую трубу. Длина трубы определяется путём специальных вычислений на основе геологических изысканий. Изыскательские работы дают представление, на какой глубине залегают плотные слои грунта. От этого зависит длина ствола. Размер длины ВС должен быть такой, чтобы конец сваи смог войти в несущий слой почвы на глубину 50 – 70 см.
Конический наконечник
Концевой наконечник в виде конуса делают литым или цельносварным. Острый конец сваи облегчает вхождение опоры в грунт.
Стволы опор со срезанным концомНекоторые производители изготавливают стойки диаметром 58 мм без острого наконечника. Конец ВС обрезают под углом 45о. Эллипсное отверстие заваривают стальным листом.
Для возведения заборов, мелких построек применяют сваи с открытым отверстием. В этом случае почва заполняет ствол опоры изнутри, что может вызвать коррозию. Однако, их применяют по причине их низкой стоимости.
Лопасти
На конце винтовой опоры приваривают одну или две лопасти. Чем больше диаметр ствола опоры, тем больше размер лопастей. Лопасти врезаются в грунт, и при вращении ствола вокруг своей оси, опора продвигается по вертикали вниз до проектной отметки.
Способы установки винтовых свай
Небольшие по длине (до 2 м) опоры устанавливают ручным способом. Сваи диаметром 108 мм и больше, длиной 2,5 м и более монтируют механизированным методом.
Установка винтовой сваи вручнуюРучная установка винтовых опор
- ВС длиной до 2,5 м часто устанавливают вручную. Это делают следующим образом:
- Сначала делают разметку свайного поля. Колышками и шнуром отмечают места установки опор.
- Ручным буром делают воронку глубиной 30 – 40 см. Это задаст вертикальное направление погружения ВС в грунт.
- Если в верхней части ствола отсутствуют монтажные отверстия, то их прорезают самостоятельно. Это можно сделать газовой горелкой или ацетиленовым резаком.
- Опору опускают в ямку. В монтажные отверстия вставляют концы рычагов (это могут быть отрезки водопроводной трубы).
- В работе участвуют 3 человека. Двое работников вращают ствол с помощью рычагов. Третий рабочий контролирует вертикаль ВС.
- С помощью нивелира делают отметки на стволах опор, фиксирующие проектную высоту наземной части свай.
- Угловой машинкой срезают лишние части стволов опор.
- В зависимости от конструкции ростверка формируют опорные части оголовков ВС.
- Устанавливают ростверк.
Сваи устанавливают на расстоянии друг от друга не более 3 м. Если расстояние составляет 4 м, то посередине устанавливают дополнительную стойку.
Установка 3 м винтовой сваи механизированной установкойМеханизированная установка винтовых опор
Силовая установка для вращения ВС устанавливается на подающей стреле любого передвижного грузоподъёмного механизма. Существуют специализированные передвижные установки для ВС.
Скорость формирования фундаментного основания с помощью механизированной установки значительно сокращают сроки строительства объекта.
Определение несущей способности винтовой сваи опытным путём
Помимо теоретического обоснования (расчёта нагрузки для винтовых свай) несущей способности ВС, проводят испытание винтовых стоек. Тестирование определяет возможности винтовой опоры выдерживать проектную нагрузку. Программа испытания состоит в следующем:
- ВС погружают в грунтовое основание на расчётную глубину;
- на оголовок приваривают площадку из металлического листа;
- на площадку помещают груз определённого веса;
- стойку выдерживают в течение нескольких дней, ведя наблюдение за осадкой опоры;
- предельная нагрузка, которая не будет давать осадку опоры, определяет несущую способность ВС.
Расчёт несущей способности винтовой сваи
Чтобы приступить к расчёту несущей способности винтовой стойки, надо получить исходные данные: расчётное сопротивление грунта, в который будет погружен шнек опоры, диаметр шнека (лопасти), габариты ВС.
Сопоставляя эти данные, специалисты получают расчётную несущую способность ВС. В заводских условиях в массовом производстве выпускают винтовые стойки длиной 2,5 м, диаметром ствола 58, 89, 108 и 133 мм. На основании многочисленных испытаний и расчётов были получены данные, которые отображает данная таблица:
| Опорный слой грунта | Расчётное сопротивление грунта, кг/см2 | 58х2500, мм | 89х2500, мм | 108х2500, мм |
|---|---|---|---|---|
| Глина | 5 | 1,6 | 2,5 | 3,5 |
| Суглинок | 4,5 | 1,4 | 2,2 | 3,2 |
| Лёсс | 1 | 0,3 | 0,5 | 0,7 |
| Песок | 9 | 2,8 | 4,4 | 6,4 |
Из таблицы становится понятно, какую нагрузку могут выдержать винтовые опоры в зависимости от сопротивления грунта. Например, при общем весе здания 35 тн для формирования фундаментного основания на глинистом грунте понадобится минимум 10 – 12 свай диаметром 108 мм. При таком же весе строения на песчаном основании достаточно будет установить минимум 6 – 7 опор.
Несмотря на установленное минимальное количество опор, сваи устанавливают по углам здания в точках пересечения внутренних и внешних несущих стен, а также в местах примыкания перегородок к несущим ограждениям.
Видео по расчёту фундамента на винтовых сваях:
Усиление несущей способности ВС
Дополнительное усиление ВС заключается в том, что внутреннюю полость опоры заполняют жидким раствором бетона. После того как верхушки свай были срезаны до проектной отметки, внутрь стволов заливают бетон.
Сваю заполняют раствором слоями по 50 — 70 см. Каждый слой тщательно трамбуют. Если диаметр ствола позволяет опустить внутрь сваи гильзу электрического вибратора, трамбовку слоёв бетона делают без особых физических усилий. Через узкую горловину бетон трамбуют отрезком арматуры либо другим штырём.
Заполненная бетоном полость не нуждается в антикоррозионной защите внутренней поверхности ствола опоры.
В многочисленных источниках информации можно найти массу таблиц и справочного материала по определению несущей способности винтовых свай. Наряду с этим, будет полезно поинтересоваться у хозяев соседних домов, как ведут себя фундаменты их строений на винтовых опорах, и какого размера были применены ВС.
Пример расчёта фундамента на винтовых сваях
Прежде чем приступить к расчёту свайного основания дома, необходимо подготовить исходные данные. В этот перечень входят следующие показатели:
- дом из бруса площадью 12х15 м;
- общий вес строения с полезной нагрузкой равен 90 тн;
- снеговая нагрузка на кровлю дома – 10 тн;
- винтовые сваи 108х2500 мм и 89х2500 мм;
- швеллер № 20 (ширина стенки 200 мм) для ростверка;
- глубина залегания несущего слоя грунта – 1700 мм;
- глубина промерзания почвы – 250 мм;
- уровень грунтовых вод – 1100 мм.
Исходя из этого, производят расчёт фундамента на ВС для деревянного дома. Расчёт осуществляют в следующем порядке:
- определяют оптимальное количество ВС. Сваи считают по количеству углов внешнего периметра здания, в точках пересечения внутренних и внешних стен;
- минимальное расстояние между опорами должно быть не более 3-х м;
- для основного фундамента потребуется 30 свай диаметром 108 мм, для веранды – 6 опор диаметром 89 мм;
- 108-я свая рассчитана на нагрузку от 4 до 7 тн. Минимальная общая нагрузка составит 30 х 4 = 120 тн. Фактическая общая нагрузка составляет (90 тн + 10 тн) 100 тн. Запас прочности – 20 тн;
- глубина погружения ВС – 2000 мм. Средняя высота наземной части – 500 мм;
- с учётом уклона рельефа местности и нивелирования наземной высоты ВС, высота цоколя будет составлять 400 мм;
- ростверк устраивают из приваренного швеллера к верхним концам свай. Швеллер приваривают полками вниз. Для обвязки ВС понадобится 120 п.м металлопрофиля.
Технико-экономическое обоснование возведения фундамента
Чтобы определить реальный объем денежных средств по устройству основания дома на винтовых сваях, все затраты сводят к единому итогу. Цены материалов и расценки на выполнение работ взяты усреднено по стране.
- Стоимость сваи 108х2500 – 2,8 т.р. Общая сумма — 30 шт х 2,8 = 84 т.р.
- Цена сваи 89х2500 – 2,2 т.р. Общая сумма – 6 х 2,2 = 13,2 т.р.
- Установка вручную всех ВС с подрезкой под горизонтальный уровень равна 36 х 1,8 = 64,8 т.р.
- Доставка свай на строительный участок – 1,5 т.р.
- Стоимость швеллера № 20 с установкой на сварке – 120 п.м. х 1,05 = 126 т.р.
- Доставка швеллера – 4 т.р.
Итого общая сумма затрат составит – 293,5 т.р.
Для сравнения устройство ленточного фундамента для такого дома обойдётся примерно в 900 т.р. То есть свайный фундамент на винтовых опорах принесёт экономию в 300 – 400 т.р.
Несущая способность винтовых свай — СВАЙНОЕ ДЕЛО
Как правило, на возведение фундамента приходится почти 30% бюджета строительства. Один из способов уменьшить долю фундамента в строительных расходах – использование свайно-винтовой технологии. Эта технология позволяет экономить не только деньги, но и время – монтаж основания не очень большого дома может занять всего один рабочий день. Кроме того, винтовые сваи практически универсальны – их можно устанавливать в любое время года и в любой грунт, кроме скального.
Винтовая свая представляет собой металлическую трубу с острым наконечником и стальными лопастями. Ее закручивают в почву до уровня ниже глубины промерзания. За счет того, что лопасти не разрыхляют, а уплотняют грунт, свая при закручивании фиксируется очень прочно.
Очевидно, что несущая способность свайно-винтового фундамента должна соответствовать весовой нагрузке постройки. Чтобы вычислить несущую способность сваи, необходимо найти произведение площади опоры и несущей силы грунта.
Под площадью опоры в случае с винтовыми сваями понимается площадь лопасти, прикрепленной к нижнему концу сваи, поскольку именно на нее приходится вся нагрузка. Рассчитать площадь опоры очень легко, используя известную всем со школы формулу площади круга (S= πr2). К примеру, в строительстве очень часто используются винтовые сваи диаметром 108 мм. Диаметр лопасти этой сваи составляет 300 мм. Следовательно, радиус лопасти будет равен 150 мм, а ее площадь – 700 см2.
Несущая сила грунта зависит от его типа и степени плотности и может варьироваться в достаточно широком диапазоне. Например, для насыщенной влагой глины средней плотности она составляет всего 1 кг/см2, а для сухой плотной глины – уже 6 кг/см2. Перед сооружением свайно-винтового фундамента всегда рекомендуется проводить пробное бурение для определения состава и особенностей грунта, в который будут закручиваться сваи. Информацию о несущей силе конкретных типов грунта легко найти в справочной литературе по строительству или в Интернете. Сухие почвы обладают большей несущей силой, чем влажные, а плотность грунта зависит от глубины (нижние слои плотнее, поскольку на них давят верхние).
Для примера предположим, что наш дом будет располагаться на глинистой почве (такие почвы очень распространены в Ленинградской области). Несущая сила достаточно плотной глины составляет примерно 5 кг/см2. Как мы уже подсчитали, площадь опоры стандартной винтовой сваи диаметром 108 мм равна 700 см2. Перемножив значения, мы получим результат 3 500 кг/см2. Таким образом, несущая способность нашей сваи составляет 3,5 т.
Зная несущую способность сваи, легко рассчитать, сколько свай понадобится для сооружения фундамента.
Цены на винтовые сваи
Допустимая нагрузка на винтовые сваи
Несущая способность свайного оборудования определяется климатическими особенностями региона, в котором производится укладка свайного фундамента, а также типом грунта. Допустимая нагрузка на винтовые сваи (несущая способность) – представляет собой максимальную нагрузку, которую способна вынести каждая свая и все сваи вместе в виде готовой конструкции, а также грунты с сохранением их функциональных качеств.
Какой считается допустимая нагрузка на винтовые сваи?
Стоит отметить, что параметр несущей способности не является статичным показателем. Это связано с тем, что данный параметр во многом зависит от опорной поверхности, в которую планируется вкручивать винтовые сваи в Лобне. Поэтому при проведении расчетов допустимой нагрузки на винтовые сваи, а также при выявлении показателя прочности готовой конструкции, всегда следует ориентироваться на средний показатель. К примеру, допустимая нагрузка на винтовые сваи с учетом мягкопластичности лесса, варьируется в пределах 2 – 4,3 т.
Фундаменты, при устройстве которых используются винтовые сваи, отличаются высокой степенью надежности. Стабильность и прочность таких оснований достигается благодаря повышенному противодействию оборудования получаемым нагрузкам. Для получения запаса несущей способности конструкции винтовые сваи в Кашире следует устанавливать с шагом не более 2 – 3 м. Это даст возможность обойтись незначительным поперечным сечением фундаментной балки и увеличить прочность фундамента.
При проведении строительства на глиняных грунтах, сваи должны обладать следующими параметрами несущей способности:
- Тугопластичные глины – 4,2 – 6,3 т;
- Мягкопластичные породы – 3,7 – 5,8 т;
- Полутвердые породы – 4,5 – 6,7 т.
При проведении строительства в Москве и области, где преобладают песчаные грунты, нужно учитывать дополнительные параметры допустимой нагрузки:
- Пылеватые пески – 4,2 – 6,3 т;
- Мелкие пески – 5,6 – 7,7 т;
- Средние пески – 9 – 11 т.
Расчет несущей способности суглинки и супеси производится аналогичным образом. Строители очень часто предпочитают не применять максимально возможную нагрузку на свайную конструкцию и каждую сваю в отдельности. Впрочем, это отнюдь не говорит о том, что свайно-винтовые фундаменты теряют в прочности, они по-прежнему обладают чрезвычайно высокими эксплуатационными параметрами.
Это достигается за счет конструктивной особенности свай, на которых помимо стержня имеются винтовые элементы. Винтовая конструкция делает оборудование слабодеформируемым и устойчивым к серьезным механическим нагрузкам. Поэтому если говорить о стоимости таких фундаментов, то она вполне оправдана и окупает себя до копейки, особенно при использовании на сложных грунтах. Винтовые сваи отличаются продолжительным эксплуатационным периодом за счет обработки оборудования защитными составами. Поэтому в некоторых случаях здания, возведенные на таких фундаментах, переживают своих владельцев.
Несущая способность винтовых свай в разных типах грунтов
Основными параметрами, принимаемыми в расчетах при проектировании любого типа фундамента (будь то винтовые или забивные сваи, ленточный фундамент и т.д.), являются вес стоящегося сооружения и несущая способность грунтов под ним. Несущая способность грунтов зависит от его природного состава, плотности, влагонасыщенности и измеряется в кг/см2.
Для определения несущей способности грунта на Вашем участке можно прибегнуть к помощи специализированной организации, которая произведет инженерно-геологические изыскания и выдаст заключение.
Инженерно-геологические изыскания состоят из трех основных этапов, это – полевые работы, связанные с отбором проб грунта, лабораторные при которых изучаются физико-механические свойства грунта, его несущая способность, а также химические свойства воды и работы по обобщению полевых и лабораторных исследований в технический отчет. При строительстве объектов, проходящих обязательную государственную экспертизу, этот этап предпроектных работ является обязательным. Надо отметить, что Пермский край славится не только чудесными пейзажами и обширной сетью рек, но и тем, что из 21 существующих в мире опасных геологических процессов у нас присутствуют 19.
Малоэтажное строительство (до 3-х этажей) под госэкспертизу не попадает и, как правило, в целях экономии, застройщики на свой страх и риск, такого рода изыскания проводят самостоятельно. Этапы работ таковы. Необходимо вооружиться садовым или строительным буром и просверлить отверстие в грунте не менее чем на глубину промерзания – 1,8-2,0 м. При выемке грунта при бурении следует вести учет пластов по толщине и составу, степени увлажненности, а также наличие поверхностных грунтовых вод. Ниже приведена таблица с показателями несущей способности грунтов и несущей способностью винтовых свай в них установленных.
Тип грунта | Расчетное сопротивление грунта *, кг/см2 | Несущая способность винтовой сваи, кг | ||||
| ВСГ-1 73/250 | ВСГ-1 89/300 | |||||
| плотный | ср. плотн | плотн | ср. плотн | плотн | ср. плотн | |
| Крупный гравелистый песок | 13.0 | 12.0 | 6378 | 5888 | 9185 | 8478 |
| Песок средней крупности | 12.0 | 11.0 | 5888 | 5397 | 8478 | 7772 |
| Мелкий маловлажный песок | 5.0 | 4.0 | 2453 | 1963 | 3533 | 2826 |
| Мелкий песок, насыщенный влагой | 3.0 | 2.0 | 1472 | 981 | 2120 | 1413 |
| Супеси сухие | 5.0 | 4.0 | 2453 | 1963 | 3533 | 2826 |
| Супеси, насыщенные влагой | 3.0 | 2.0 | 1472 | 981 | 2120 | 1413 |
| Суглинки сухие | 4.0 | 3.0 | 1963 | 1472 | 2826 | 2120 |
| Суглинки, насыщенные влагой | 3.0 | 1.0 | 1472 | 491 | 2120 | 707 |
| Глины сухие | 6.0 | 2.5 | 2944 | 1227 | 4239 | 1766 |
| Глины, насыщенные влагой | 4.0 | 1.0 | 1963 | 491 | 2826 | 707 |
для винтовой сваи, погруженной в грунт на 2 м. Расчет выполнен по СНиП 2.02.03-85 СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
Определить тип грунта, воспользовавшись нашими советами, не составит труда.
Песок знает каждый – при его растирании между ладонями чувствуются отдельные песчинки и их видно невооруженным глазом. Если размер песчинок 0,25 — 5 мм то песок считается крупным, если размер до 2 мм, то — средней плотности. Песок является непучинистым грунтом, так как не меняет своих свойств при намокании.
Супесь это смесь песка с глиной. Глины в ней не более 10%, поэтому этот грунт является малопластичным. При скатывании супеси в шар между ладонями в нем чувствуются песчинки, и он легко рассыпается при надавливании. Из-за высокого содержания песка супесь является низкопористой и менее подвержена пучению, чем глина.
Суглинок также смесь песка с глины, которая составляет в нем до 30 %. Это более пластичный грунт. Скатанный из него шар раздавливается в лепешку с трещинами по краям. Это грунт подвержен пучению из-за большей пористости.
Глина наиболее распространенный грунт в окрестностях Перми. Содержание глинистых частиц в ней более 30%. Она очень пластична и может содержать большое количество влаги. Скатанный из неё шар раздавливается в лепешку без трещин. Глина наиболее всех грунтов подвержена силам морозного пучения.
Торф – является органическим веществом и НЕ является несущим грунтом. Он не редко встречается в окрестностях Краснокамска. В обязательном порядке его надо убирать с места застройки, либо устанавливать фундамент в несущие грунты ниже глубины его залегания.
Определение влажности грунта возможно также визуальным методом. Если просверленное отверстие в грунте с течением времени остается сухим, значит таковым можно считать и грунт. А если же на дне скважины начинает накапливаться вода, то это говорит о высоком уровне грунтовых вод и высокой влагонасыщенности грунта.
Морозное пучение грунтов это неизбежный физически процесс, возникающий при превращении содержащейся в грунте воды – в лёд. Объем льда на 9% больше объема воды при одинаковой массе. Поэтому зимой в увлажненном грунте возникает давление, от расширившегося в порах грунта льда, которое по естественным причинам не может сдвинуть нижние слои грунта. Поэтому при расширении происходит движение грунта вверх вместе с находящимся в нем фундаментом. Как правило, промерзание грунта происходит не равномерно по площади фундамента. Соответственно и силы поднимающие фундамент в его разных частях отличаются по величине, что и приводит к появлению трещин в нем и несущих стенах. Весной соответственно лед тает, и грунт возвращается на исходное место, а неверно спроектированный фундамент нет.
Наиболее подвержены такого рода проблемам мелкозаглубленные ленточные фундаменты и буронабивные сваи. Как уже понятно из названия, мелкозаглубленый ленточный фундамент имеет глубину закладки менее глубины промерзания и его использование на пучинистых грунтах чревато поломкой. Также такой тип фундамента не рекомендуется использовать в грунтах с высоким уровнем грунтовых вод. Буронабивные сваи устанавливаются ниже глубины промерзания и вспучивания грунта под их подошвой не происходит. Однако буронабивные сваи имеют шероховатую боковую поверхность большой площади. Не редко замерзший грунт, имеющий хорошее сцепление с боковой поверхностью, поднимается (вспучивается) вместе с буронабивной сваей, а образовавшуюся под подошвой сваи пустоту со временем заполняет незамерзший грунт. И хозяева после каждой зимы обнаруживают «подростание» дома, прекосы в дверных и оконных косяках и прочие неприятности.
Винтовые сваи полностью лишены данных недостатков. При установке винтового фундамента на глубину ниже точки промерзания, каким бы не был пучинистым грунт, проблем с фундаментом не будет. Боковая поверхность винтовой сваи имеет небольшую площадь и гладкую поверхность, а винт как якорь, надежно удерживает её в грунте.
О возможных величинах вспучивания грунтов расскажем из нашей практики.
Нами проводились работы по строительству 6 фундаментов в коттеджном поселке в районе села Баш-Култаево. В виду большой толщины торфяного слоя и высокого уровня грунтовых вод, проектом были предусмотрены винтовые сваи ВСГ-1 89/300 длиной 5 — 6 м. После монтажа винтового фундамента и строительства домов из бруса, застройщик выполнил забирку (цокольная часть дома от грунта до первого венца бруса) на основе профлиста на раме из доски 50х150мм и установил непосредственно на грунт, не предусмотрев необходимых процедур для исключения влияния пучинистых сил на конструкцию забирки. Каково же было его изумление, когда по-прошествие зимы, он обнаружил выломанные части деревянной рамы и деформированный, а местами и разорванный профлист, висящие на винтовых сваях на высоте 20 см над уровнем грунта !!! В то время как в геометрии дома не один размер не изменился – двери и окна открывались абсолютно свободно. Винтовые сваи надежно выдержали все нагрузки без изменений. Со слов застройщика (к слову сказать это для него был первый опыт работы с винтовыми сваями), чей опыт мы здесь описали, он такого «фокуса» давно не видел. Кстати сказать, опыт работы в строительстве у него приличный. Но, век живи — век учись.
PS: мировой опыт применения винтовых свай насчитывает без малого 200 лет. Но, всегда найдутся «грамотные люди с опытом», кто с легкостью подвергнет сомнению эти достижения. В современном проектировании и строительстве пока преобладает «классический» фундамент из бетона. В то время, как проведение бетонных работ в зимнеее время связаны с дополнительными расходами и большими рисками. А зима у нас почти 6 месяцев в году. Строительство зданий на фундаменте из винтовых свай позволяет исключить пресловутую «сезонность» в строительстве. Таким образом, те из строительных компаний, где применяются свайно-винтовые фундаменты, имеют круглогодичную загрузку производства и отсутствие проблем с кадрами течении всего года.
Резюме. Уважаемые участники строительного рынка! При применении фундаментов на винтовых сваях выигрывают все стороны, от заказчика (качество фундамента, сроки и стоимость), до проектно-строительных организаций (причины описаны выше).
С уважением, Гефест.