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.
Так, учитываются при расчетах следующие данные:
Масса постройки. Чтобы получить конкретную и точную сумму массы, то необходимо сложить массу каждого элемента строения, а, в частности: стены, стяжка пола, стропильная система, кровля, перекрытия и прочее. Для определения этой суммы необходимо использовать средний показатель конкретного строительного материала.
Рис: Вес конструктивных элементов здания
Полезная нагрузка. В этом случае учитывается вся создаваемая нагрузка от мебели, отделки стен, бытовых приспособлений, количество проживающих человек и тому подобное. Согласно установленным нормам, на 1 м2 приходится нагрузки до 100 кг на перекрытие.
| Совет эксперта! Определение полезной нагрузки происходит путем умножения площади перекрытия на 100 кг. |
Снеговая нагрузка. Для этого используются данные и нормативы для конкретного региона страны. Полученную сумму необходимо умножить на площадь всей крыши.
Рис: Карта снеговых нагрузок РФ
- Вся нагрузка на фундамент строения. В этом случае следует сложить всю массу будущего строения, нагрузку от снега в вашем регионе и полезную нагрузку. Полученный результат умножается на коэффициент надежности 1,2 (для жилого дома).
- Грузонесущая способность ЖБИ свай. Подобные расчеты выполняются согласно следующей формуле на основании геологических изысканий:
- Сколько будет опор и какая их длина. Для этого необходима информация обо всей предполагаемой нагрузке на будущее основание. Что касается длины, то она вычисляется, отталкиваясь от характера почвы. Всегда к полученному результату следует добавить 400 мм по длине.
- Это позволит выполнить сопряжение ростверка со сваями. Что касается шага между опорами, то преимущественно шаг колеблется от 2 до 2,5 метров. Свая всегда устанавливается по углам и в местах соединения стен.
Рис: Схема заглубления ЖБ свай
Расчет ростверка. Итак, все расчеты выполняются согласно предоставленным формулам.
| Совет эксперта! Помните, самостоятельно делать такие расчеты не рекомендуется, необходимо обращаться исключительно к профильным специалистам, которые имеют опыт в этом вопросе. |
В большинстве случаев ростверк имеет сечение 400×300 мм. Для изготовления бетона используется цемент М200 и 300. Для армирования применяются прутья А2 и 1 Ø10-15 мм.
В нашей компании работает команда высококвалифицированных специалистов, которые обладают достаточным опытом по разработке свайного фундамента с ростверком. При этом учитываются все ГОСТы и СНиПы. За счет этого достигается высочайшее качество и надежность построенного строения.
Заливка бетона
Схема стадий формирования свай
Можно бетон для заливки свай приготовить самостоятельно. Удобен такой вариант еще и тем, что отдельные сваи можно заливать в разные дни, нет нужды делать сваи все в один день. Потому ручная работа в данной ситуации не будет обременительной. Бетон можно заказать и в готовом виде.
После застывания бетона можно приступать к изготовлению ростверка. Его, как правило, делают монолитным из бетона. Ростверк должен быть жестким и надежным.
Сваи буронабивного основания тоже нуждается в защите от влаги. Но если сваи сделаны в трубах или опалубке из рубероида, тогидроизоляцию можно не делать. Необходимо будет только подвергнуть обработке их верхушки.
Для качества фундаментной основы желательно ростверк приподнимать над грунтом, чтобы между нижней гранью обвязки и грунтом было расстояние, превышающее сезонные подвижки почвы.
Как правильно выполнить расчет свай по материалу
Принимая решение о строительстве дома, будущий хозяин должен иметь о нем хотя бы эскизное представление. Естественно, будет известна этажность, количество комнат, способ обогрева и водоснабжения. Остается выполнить расчет свай по материалу.
Схема видов фундамента на винтовых сваях.
Он дешевле, чем традиционно применяемый ленточный фундамент, стоимость которого составляет примерно 40 % общей стоимости дома.
Говоря в данной статье о расчете свайного фундамента для приусадебного дома, учитывается строительство в сейсмически неопасных районах. Обозначения в формулах сохранены такими, как в Своде правил СП 24.13330.2011.
Несущая способность – что это такое, факторы, влияющие на ее значение, виды свай
Несущая способность характеризует степень стойкости свайной опоры к деформациям под действием оказываемых на нее разносторонних нагрузок – без изменений в ее структуре и потери свойств. Характер и величина факторов воздействия складывается из двух основных составляющих:
- Массы надземной части сооружения.
- Характеристик грунта – структура, плотность, степень увлажненности.
Поэтому в зависимости от набора действующих факторов и их особенностей в каждом конкретном случае для основания дома подбирается определенное количество свайных элементов. При этом учитывается материал и конструкция применяемых опор. В частном домостроительстве наибольшее распространение получили следующие виды свай:
- Забивные.
- Винтовые.
- Буронабивные.
Забивные железобетонные опоры монтируются в грунт путем забивки молотом, вибро-погружными установками или специальными вдавливающими устройствами без выемки породы. Винтовые металлические аналоги просто вкручиваются в почву. Буронабивные устанавливаются методом бетонирования предварительно подготовленной скважины.
Схема винтовых свай для фундамента дома Источник k-dom74.ru
По характеру взаимодействия с грунтом сваи делятся на два типа:
- Сваи-стойки, опирающиеся на твердые скальные породы. Основная нагрузка передается на пяту.
- Висячие сваи – опираются всей площадью поверхности на сжимающее вокруг окружающие слои грунта.
Подготовка к расчетам
Данные, которые будут использоваться для подсчета несущей способности свай, получают после проведения геологических процедур и расчета планируемого давления на постройку. Сбор этих данных крайне важная работа, так как именно от них зависит правильность результата подсчетов.
Таблица, которая позволяет определить разновидность грунта по характеристикам.
При подсчетах необходимо учитывать большое количество разнообразных характеристик почвы. Информацию по этим данным можно найти в СНиП, где она разделена по климатическим зонам и представлена в разном виде.
Определение несущей способности свай не может базироваться на данных, собранных на соседних участках.
Даже в пределах одной земельной территории геологические показатели могут довольно сильно варьироваться. Несколько скважин по периметру участка, позволят собрать детальную информацию о качестве грунта. Ошибка в сборе данных может привести к довольно неприятным последствиям.
Вычисление массы постройки проводится с учетом климатического фактора, размещения здания на поверхности относительно направления потоков, количества осадков зимой, веса строительных материалов и оборудования.
Расчет общей нагрузки
- Массу стеновых конструкций;
- Суммарную массу перекрытий;
- Массу кровельных конструкций;
- Массу оборудования и полезной нагрузки.
Посчитать массу конструкций можно, определив объем конструкций, и умножив его на плотность использованного материала. Пример расчета массы для одноэтажного здания с железобетонными перекрытиями, кровлей из керамической черепицы и со стенами 600 мм из железобетона, размерами 10 на 10 метров в плане, высотой этажа 2 метра:
- Вычисляем объем стен, для этого умножаем площадь поперечного сечения стены на периметр. Получаем V стены = 20 ∙ 2 ∙ 0,6 = 24 м3. Полученное значение умножаем на плотность тяжелого бетона, которая равняется 2500 кг/см3. Итоговая масса стеновых конструкций умножается на коэффициент надежности, для бетона равный k = 1,1. Получаем массу M стены = 66 т.
- Аналогично считаем объем перекрытий(подвального и чердачного),масса которых при толщине 250 мм будет равняться Мпк = 137,5 т, с учетом аналогичного коэффициента надежности.
- Вычисляем массу кровельных конструкций. Масса кровли для 1 м2 металлочерепицы – 65 кг, мягкой кровли – 75 кг, керамической черепицы – 125 кг. Площадь двускатной кровли для здания такого периметра будет составлять примерно 140 м2, а значит масса конструкций составит Мкр = 17,5 т.
- Общий размер постоянной нагрузки будет равняться Мпост = 221 т.
Коэффициенты надежности для различных материалов находятся в седьмом разделе СП 20.13330.2011. При расчете следует учитывать массу перегородок, облицовочных материалов фасада и утеплителя. Объем, который занимают оконные и дверные проемы не вычитают из общего объема для простоты вычислений, поскольку он составляет незначительную часть общей массы.
Расчет временных нагрузок
Временные нагрузки рассчитываются в соответствии с климатическим районом и указаниями свода правил «Нагрузки и воздействия». К временным относятся снеговая и полезная нагрузки. Полезная нагрузка для жилых зданий составляет 150 кг на 1 м2 перекрытия, а значит общее число полезного веса будет равняться Мпол = 15 т.
Масса оборудования, которое предполагается установить в здании, также суммируется в этот показатель. Для определенного типа оборудования применяется коэффициент надежности, расположенный в вышеуказанном своде правил.
Снеговая нагрузка определяется по формуле:
где ce – коэффициент сноса снега, равный 0,85;
ct – термический коэффициент, равный 0,8;
m – переходный коэффициент, для зданий в плане менее 100 м принимаемый по таблице Г вышеуказанного СП;
St – вес покрова снега на 1 м2. Принимается по таблице 10.1, в зависимости от снегового района.
Показатели временных нагрузок суммируются с постоянными и получается количественный показатель общей нагрузки здания на фундамент. Это число используется для расчета нагрузки на одну свайную колонну и сравнения предела прочности. Для удобства расчета и наглядности примера примем временные нагрузки Мвр = 29 т, что в сумме с постоянными даст Мобщ = 250 т.
Посмотрите видео, как правильно рассчитать нагрузку на основание.
Определение несущей способности сваи
Геометрические параметры сваи и предел прочности это взаимосвязанные величины. В данном примере, нагрузка на один метр фундамента будет составлять 250/20 = 12,5 тонн.
Расчет предела предела нагрузки на отдельно взятой буронабивной сваи ведут по формуле:
где F – предел несущей способности; R – относительное сопротивление грунта, пример расчета которого находится в СНиП 2.02.01-83*; А – площадь сечения сваи; Eycf, fi и hi – коэффициенты из вышеуказанного СНиП; y – периметр сечения свайного столба, разделенный на длину.
Посмотрите видео, как проверить несущую способность сваи с помощью профессионального оборудования.
Для сваи полутораметровой длины диаметром 0,4 метра несущая способность будет равняться 24,7 тонны, что позволяет увеличить шаг свайных колонн до 1,5 метров. В таком случае нагрузка на сваю будет составлять 18, 75 тонн, что оставляет довольно большой запас прочности. Изменением геометрических характеристик, а также шага свайных колонн регулируется несущая способность. Данная таблица, представленная ниже, показывает зависимость несущей способности полутораметровой сваи от диаметра:
Существует масса сервисов, позволяющих провести расчет несущей способности сваи онлайн. Пользоваться следует только проверенными порталами, с хорошими отзывами.
Способы вычисления несущей способности по различным параметрам
Несущая способность сваи зависит от целого ряда параметров. Главные из них – материал опоры и виды грунта, с которыми она контактирует при заглублении. Опираясь на данные характеристики можно легко рассчитать необходимое количество элементов свайного фундамента и их геометрические параметры.
Свайные фундаменты
Среди получивших наибольшее распространение в частном домостроении можно выделить следующие свайные фундаменты:
- На винтовых сваях;
- На забивных опорах;
- С помощью буронабивных свай.
Каждый вариант хорош в тех или иных случаях и может использоваться при строительстве зданий различной конструкции и этажности.
Расчет фундамента на винтовых сваях
Винтовые сваи представляют собой стальные трубчатые опоры, оснащенные в нижней части лопастями, облегчающими процесс внедрения в грунт. Для строительства домов используют элементы диаметром 133, 108 и 89 мм. Более тонкие сваи можно применять для монтажа легких конструкций типа беседок и террас.
Фундамент на винтовых сваях
Несущая способность сваи с лопастями зависит от следующих параметров опоры:
- Диаметра трубы;
- Длины трубы, погруженной в почву;
- Диаметра лопастей, распределяющих конечную нагрузку на грунт.
Даже трубы самого большого диаметра не позволяют использовать их для строений из таких сравнительно тяжелых строительных материалов, как кирпич и бетонные стеновые блоки. Для соответствия нагрузке дома даже на таких мощных почвах, как глиняные шаг установки винтовых свай может составлять 0,3 метра, что невыгодно с точки зрения технологии и экономики строительства.
Особенности фундамента на забивных сваях
Максимально возможная несущая способность забивной сваи позволяет широко использовать подобный вид фундаментов даже при строительстве многоэтажных жилых домов. Это способствует их распространению при возведении конструкций высотой до 40-60 метров.
Применение специализированной строительной техники позволяет использовать опоры, длина боковой поверхности которой может составлять десятки метров. Забитая свая нижним концом опирается на высокопрочные скальные породы, передавая им нагрузку от конструкции дома. Прочность материала опоры достаточна для сохранения ее целостности под такой высокой нагрузкой.
В частном домостроении фундамент на забивных сваях распространен очень слабо. Связано это с высокой стоимостью аренды пневматического забивного оборудования и его операторов. Только в крайних случаях строительные инженеры склоняются в пользу такого вида фундамента для двухэтажных частных домов.
Буронабивные сваи – оптимальный вариант фундамента
Буронабивные сваи аналогичны забивным, но монтаж тела опор осуществляется непосредственно на месте строительства. Для этого в грунте бурится отверстие, в которое опускается полая цилиндрическая опалубка в виде труб. Внутрь устанавливается стальной усиливающий каркас и полость заполняется бетоном. Для увеличения несущей способности сваи возможно изготовление ее нижнего конца в виде полусферического или конического расширения.
Важный аспект – материал, из которого изготовлена опора и способ ее изготовления. Максимальная величина характерна для железобетонных заводских стоек. Несущая способность сваи по материалу в расчетах характеризуется коэффициентами, величина которых определяется по соответствующим таблицам.
Фундамент на буронабивных сваях
В процессе бурения первого или пробного шурфа на месте строительства необходимо как можно тщательнее изучить имеющиеся слои грунта, ибо каждый из видов почв обладает различной несущей способностью сваи. Конкретные цифры по каждому виду почв легко найти в соответствующем ГОСТе, который называется «Грунты. Классификация». Эти величины учитывают, когда определяется несущая способность сваи по грунту.
Буронабивная свая, как и забивная, благодаря плотной посадке в почву нагрузку от конструкции дома передает не только своим нижним концом, но и по всей боковой поверхности. Это отличает их от свайных опор и служит неоспоримым преимуществом. Для более тщательного изучения технологии расчета несущей способности сваи рассмотрим ее на конкретном примере.
Используемые приборы
железобетонного фундамента
Рис. 1.1: ОНИКС-ОС – прибор для измерения прочности бетона методом отрыва со скалыванием
- Специалисты изучают проект фундамента и существующую исполнительную документацию по его возведению. Также анализируется геодезическая документация по состоянию грунтов на строительной площадке;
- Производится визуальный осмотр поверхностных элементов фундамента с целью выявления видимых дефектов;
- Производится инструментальное обследование фундамента – определяется прочность конструкции с помощью приборов неразрушающего (ультразвуковой, склерометрический анализ) и разрушающего действия, после чего дается оценка исправности и возможности дальнейшей эксплуатации фундамента;
- Собираются все нагрузки на фундамент, в число которых входит проектная масса здания, вес снегового покрова, давления ветра и полезная нагрузка на сооружение, которое планируется возводить на уже существующем фундаменте;
- Нагрузки на фундамент сопоставляются с силой сопротивления грунта строительной площадке, на основе чего делается вывод о достаточности несущей способности либо необходимости усиления фундамента.
Важно: инструментальное обследование фундамента требует вскрытия контактирующих с основанием грунтов. Для анализа ленточных фундаментов разрабатываются несколько выемок по его периметру так, чтобы обеспечивался доступ к опорной подошве фундамента
При работе со свайными фундаментами убираются грунты у ростверка и оголовков свай.
Рис. 1.2: Ультразвуковой измеритель прочности бетона Пульсар 2.1
Формула Терцаги
Формула Терцаги описывает закономерность уплотнения грунтов и их компрессионное сжатие. Для исследования грунтов редко выбирают метод трехосного сжатия ввиду его сложности, метод одноосного сжатия можно применять лишь к узкому кругу грунтов. Именно поэтому Терцаги рассматривает одноосное сжатие в жесткой таре, где стенки не дают образцу деформироваться.
По мере уплотнения, то есть сокращения объема полостей, давление возрастает. В результате становится понятно, то сумма деформаций образца составляется из пластической и остаточной деформации. (ξ1= ξp+ ξв)
Рис. 4 График нагружения грунта
При выполнении повторного нагружения основанию передаются только упругие деформации.
Конструктивные особенности свайного фундамента
Винтовой фундамент состоит из двух конструктивных элементов — свайных опор и их обвязки (ростверка). Опоры передают нагрузку, исходящую от здания, на грунт, минуя поверхностные низкоплотные пласты земли и перенося вес дома на глубинную, уплотненную почву.
В зависимости от схемы размещения свай, выделяют два типа винтовых фундаментов:
- с последовательным расположением опор — сваи размещаются на равноудаленном расстоянии друг от друга по периметру внешних и внутренних стен дома;
- с расположением в виде свайного поля — опоры равномерно распределены по всей площади здания.
Исходя из схемы расположения свай выбирается способ их обвязки. Для последовательных свай применяются ленточные ростверки, тогда как сваное поле обвязывается сплошным, плитным ростверком.
Ростверк винтового фундамента выполняет три функции:
- равномерно распределяет между опорами вес дома;
- выступает в качестве опорной поверхности для цокольного перекрытия;
- увеличивает устойчивость свай в грунте.
Устойчивость опор достигается за счет того, что сваи соединяются между собой и начинают работать как единая конструкция, что дает повышенное сопротивление к опрокидывающим нагрузкам и защищает опору от крена, который может произойти с одиночной сваей.
В зависимости от материала, ростверк на сваях может быть монолитным (железобетон) из бруса либо швеллера. Для строительстве тяжелых домов предпочтительна железобетонная обвязка винтового фундамента, для легких домов — брусовая.
Типы используемых свай
Используемые в фундаментном строительстве винтовые сваи отличаются типом лопастей и диаметром:
- сваи ∅ 57 мм — применяются для возведения легких заборов и навесов;
- сваи ∅ 57 мм — пригодны для возведения легких вспомогательных помещений (сараев, беседок) и тяжелых заборов;
- сваи ∅ 89 мм — используются для каркасных домов, гаражей и одноэтажных построек из легких материалов;
- сваи ∅ 108 мм — имеют высокую несущую способность по материалу (до 6 тонн), позволяют строить дома высотой 1-2 этажа из бруса, сруба, пенобетона.
В малоэтажном строительстве применяются широколопастные сваи, соотношение диаметра ствола и лопастей в которых превышает 1,5.
Заливка бетоном винтовых свай
Если вопрос о том, нужно ли заливать винтовые сваи бетоном, не стоит и мастер понимает целесообразность данного этапа работ, необходимо приступить к изучению технологии. Стандартная винтовая свая представляет собой металлический столб, который с одной стороны оснащен винтовой лопастью, с другой – специальным техническим отверстием. Данный элемент позволяет надежно крепить фундамент под зданием, делая его стойким и прочным.
Для чего нужно бетонирование
Бетонирование делает сваи более стойкими к разным типам нагрузки, продлевает срок службы, существенно повышает функциональность. Правильно забетонированная свая прослужит в разы больше укрепленной цинком. Также заливка бетоном сваи нужна для того, чтобы защитить ее от коррозии, что осуществляется за счет вытеснения из трубы воздуха. Бетон существенно повышает прочность, позволяет сэкономить.
Марки используемых бетонов
Для бетонирования лучше всего брать низкофракционный бетон марок М200 или М300. Лучше всего марка М200 подойдет для строительства одноэтажных зданий либо двухэтажных строений с легкими перекрытиями. Марка используется в создании железобетонных изделий, по прочности считается конструкционной. М300 подойдет для строительства фундамента под здание до 5 этажей.
Технология
Перед тем, как заливать в винтовые сваи бетон, необходимо все подготовить: найти лейку для заливки смеси, нарезать и вставить в размер арматуру, бетономешалку или емкость для замеса бетона.
Все стержни должны быть точно отрегулированы по высоте. Если после заливки остались монтажные отверстия, их допускается заклеить бумажным скотчем, который удаляется после затвердения бетона.
Основные этапы заливки бетона в сваи:
- Подготовка инструмента и материалов – заранее нужно определиться с типом свай, способом их создания, типом погружения, местом расположения. В зависимости от этих факторов подбирают и инструмент: обычно это бур, лопаты, нивелир, бечевка, колышки, рулетка, специальный инструмент для работы с арматурой, строительный вибратор. Материалы: сами сваи, смесь песка и гравия, все для приготовления бетонного раствора.
- Обрезка свай – опоры должны быть установлены идеально ровно, поэтому используют специальный инструмент: насадка для экскаватора крепится на своеобразную стрелу, внутри с мощным режущим инструментом, который выравнивает опоры.
- Вставка стальных прутьев.
- Заливка бетоном – непосредственно в ствол, послойно, с трамбовкой. Обязательно нужно следить за тем, чтобы в зоне, где свая примыкает к бетону, не появлялись пустоты.
Преимущества процесса
Винтовые сваи помогают создать долговечный фундамент, защитить арматуру от коррозии, используются для строительства на всех типах грунта. При установке опор не обязательно выполнять земляные работы, так как грунт под сваями почти не промерзает, не демонстрирует пучения. На такой конструкции можно построить надежный и долговечный кирпичный дом.
Виды свай
Существует несколько классификационных признаков буронабивных свай.
Так, по особенностям конструкции они делятся на:
- цилиндрические сваи. Имеют форму правильного цилиндра и сечение, одинаковое на всю длину конструкции;
- сваи с опорной подошвой. Главный характерный признак – больший диаметр нижней части сваи. Подобные конструкции имеют несколько большую устойчивость и несущую способность.
По технологии обустройства буронабивные сваи делятся на:
- сваи, выполненные без оболочки. Данный вариант может применяться только в условиях крайне устойчивых и не склонных к обрушению или осыпанию грунтов, а также тогда, когда уровень грунтовых вод минимален;
- сваи, выполненные с применением извлекаемой или несъемной оболочки. Может применяться практически везде, в большинстве случаев используется съемная или извлекаемая оболочка в виде обсадной трубы.
Достаточно часто буронабивные сваи используются в комбинированных фундаментах совместно с последующим устройством ростверка. По месту его расположения разделяют фундаменты:
- с низким заглубленным в почву ростверком. Обычно опускаются в грунт ниже уровня промерзания, благодаря чему приобретают повышенную несущую способность;
- с обычным ростверком, находящимся прямо на грунте;
- с высоким ростверком, понятым над поверхностью земли. Высота подъема может варьироваться и составлять 20-30 см. Часто применяется при строительстве частных домов на сложном рельефе местности.
Пример выполнения буронабивных свай с ростверком приведен на следующем видео:
Достоинства фундамента на сваях
Использование буронабивных свай при устройстве фундамента позволяет получить ряд преимуществ:
низкая стоимость работ при одновременно высокой несущей способности и надежности конструкции;
возможность применения практически на любом типе грунта;
длительный срок эксплуатации (не менее 100 лет);
возможность проведения работ в сжатые сроки и даже в холодное время года (при использовании специальных добавок в процессе бетонирования);
отсутствие динамически нагрузок на грунт, что позволяет использовать технологию рядом с существующими зданиями и сооружениями или для усиления требующих этого конструкций фундамента;
возможность сохранить существующее благоустройство в виду отсутствия применяемой тяжелой техники (при частном строительстве)
Также важно то, что при этом варианте возможно выполнение работ своими руками, без привлечения профессиональных строителей.
Перечисленными плюсами достоинства технологии возведения фундаментов с использованием буронабивных свай не исчерпываются, однако и этого перечня достаточно для того, чтобы понять причину популярности данной технологии.
Недостатки фундамента
Как и у любой применяемой технологии, у буронабивных свай также присутствуют определенные минусы:
- относительно большой перерасход бетона, связанный с тем, что почва рядом с изготавливаемыми сваями не уплотняется;
- большое количество трудоемких ручных процессов и достаточно серьезная технологическая сложность производства работ;
- необходимость тщательного контроля над всеми этапами изготовления буронабивных свай;
- сильная зависимость несущей способности свай от качества бетона и свойств грунта (информацию о качестве бетона, а также дополнительным требованиям к бетону и его наполнителям можно узнать из этой статьи), что приводит к заложению дополнительного запаса по надежности и, соответственно, еще большему расходу бетона.
