Технология расчета свайного фундамента: как рассчитать количество свай

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

В этом отношении свайные опорные конструкции позволяют получить полноценный вариант решения проблемы без опасности просадок или деформаций, которые возможны у традиционных видов фундамента.

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

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

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

Какие параметры нужно рассчитать для правильного выбора свайного фундамента

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

• Измеряемые.
• Расчетные.

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

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

К расчетным параметрам относятся:

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

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

ВАЖНО!

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

Расчет и строительство свайного фундамента под каркасный дом 6х6

Строительство дома как правило начинается с проекта. В данном пакете документов должно содержаться описание технической информации по будущей постройке, а также описаны этапы проведения работ. Современные технологии позволяют вести эффективное строительство при минимальных затратах. Свайный фундамент под каркасный дом размером 6х6 представляет собой один из самых популярных вариантов обустройства основания будущего строения.

Подобный фундамент – отличное решение если вам требуется построить небольшое здание для хозяйственных нужд. Например, если вы планируете возвести баню или гараж. Строительство может вестись как вручную, так и с помощью специальной техники.

Расчет с помощью онлайн-калькулятора

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

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

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

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

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

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

Расчет количества свай для фундамента

Определить целесообразность выполнения свайного фундамента для той или иной постройки можно с учетом общей нагрузки, типа грунта и рельефа стройплощадки. Качественно выполненное основание убережет вас от множества проблем, которые появляются при неудовлетворительной закладке. Неправильный расчет свайного фундамента может привести к трещинам на стенах, неравномерной осадке здания и даже обрушению. Если на вашем участке песчаный, глинистый или торфяной грунт с повышенной влажностью, рекомендуется установка фундамента из свай. Его экономичность, быстрота возведения и длительный срок эксплуатации (около 100 лет) свидетельствуют о необыкновенной практичности и надежности. Такой фундамент обеспечивает хорошую вентиляцию и не дает древесине гнить. Отремонтировать его не составит труда.

Как найти нагрузку на основание

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

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

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

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

Рассчитываем необходимое количество свай на онлайн калькуляторе

Когда вам нужно посчитать необходимое количество винтовых свай, которые понадобятся для постройки фундамента вашего дома, можно упростить себе задачу, воспользовавшись специальным калькулятором. Для этого вам потребуется ввести исходные данные вашего строительства. Нужно сосчитать суммарное количество углов и стыки стен снаружи здания с несущими перегородками. В перечисленных точках необходима установка свай, шаг их размещения должен составлять не более трех метров. В случае, если у вас в планах установка камина, то исходя из его веса потребуется установка 1-4 свай под ним.

Рекомендуем вам воспользоваться онлайн калькулятором. С его помощью вы узнаете не только необходимое количество свай, а также их диаметр и длину.

Рассчитать свайный фундамент под будущий каркасный дом достаточно просто, достаточно внести соответствующие данные в необходимые поля:

• Выберите тип вашей застройки;
• Количество этажей;
• Из чего строится дом;
• Тип грунта;
• Кол-во углов здания;
• Высоту цоколя;
• Планируется ли строить камин либо печь

После чего нажмите на кнопку «Расчет винтовых свай».

Разумеется, это сугубо предварительные расчеты, однако они помогут вам запланировать бюджет стройки и сделать грамотный заказ возведения фундамента.

От каких факторов зависит шаг?

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

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

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

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

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

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

Расчет необходимого числа опор под основание

Чтобы конструкция была прочной, следует знать, как рассчитать фундамент на винтовых сваях. Как будете рассчитывать фундамент, то не забудьте учесть некоторые аспекты, а именно:

• тип почвы на месте возведения будущего строения;
• число опор;
• насколько возможно заглубить сваю;
• места установки металлических опор.

Всякая опора обладает своими габаритами, что также следует учитывать при подсчетах числа опор: это длина, ее диаметр и несущая способность. Определение длины сваи является очень важным моментом. В противном случае конструкция со временем может просесть. Во избежание подобного, нужно чтобы длина опоры достигала твердые подстилающие породы. Эта величина зависит от следующего:

• грунта (особенно если строение будет тяжелым);
• уровня перепада высотных отметок.

Вычисление параметра несущей способности понадобится для того, чтобы основание выдержало предстоящие нагрузки.

Перед тем как рассчитать количество опорных столбов для фундамента, определяемся с типом почвы. Стабильная и ровная поверхность не доставит хлопот с подсчетами. Некоторые сложности составят неровные рельефы, а также наличие различного типа грунта. Но это доставит только трудности в расчетах, но не в установке металлического основания. Диаметр опор, используемых для свайно-винтового основания, является не менее важным аспектом. Его выбор будет зависеть от назначения и массы будущего здания. Существует четыре основных размера:

• 57 мм: опоры с таким диаметром применяются при возведении заборов, выполненных из сетки;
• 76 мм: эти сваи способны выдержать конструкцию, вес которой не превышает 3000 кг; они предназначены для небольших хозпостроек, для ограждений из дерева или профлиста;
• 89 мм: опора выдерживает вес конструкции от 3000 до 5000 кг; такой фундамент можно применять под строительство небольших одноэтажных щитовых либо каркасных домиков, пристроек, веранд и для заборов с большой массой;
• 108 мм: основание способно выдерживать вес в 5000–7000 кг; применяют такие опоры в домостроении с одним либо двумя этажами, где сооружения выполнены из газобетона, либо пеноблоков, бревна или бруса.

С целью создания более крепкой основы в строительстве можно применять одновременно несколько разновидностей винтовых свай.

Пример вычисления необходимого количества опор

Для простоты примем общий вес дома со всеми нагрузками равным 30 т. Это приблизительно соответствует весу одноэтажного брусового дома 6 : 4 м, расположенного в средней полосе со снеговой нагрузкой до 180 кг/м2.

Определяется несущая способность одной сваи. Площадь опоры (лопасти) при диаметре 0,3 м составит 0,7 м2. (700 см2). Несущая способность грунта обычно принимается равной среднему арифметическому от значений всех слоев, встречающихся на участке. Допустим, она выражается в 3-4 кг/см2. Тогда каждая свая сможет нести 2,1-2,8 т.

Получается, что для дома в 30 т надо использовать 11-15 свай. Помня о необходимости иметь запас прочности, принимаем максимальное значение. Схему размещения можно принять как свайное поле из 3 рядов по 5 свай в каждом.

Глубину погружения и, соответственно, длину свай принимаем равной глубине залегания плотных грунтовых слоев.

Она определяется практически, методом пробного погружения сваи или бурением скважины.

Пример расчета буронабивной основы

Прежде всего следует вычислить несущую способность одной сваи. Для примера возьмем наиболее распространенный вариант — диаметр скважины 30 см, несущая способность грунта составляет 4 кг/см2. По таблицам СНиП определяем, что несущая способность на песках средней плотности составит около 2,5 т.

Затем производится подсчет общего веса дома. Он делается по обычной методике, но к нему понадобится прибавить вес ростверка, для чего следует вычислить объем ленты и умножить его на удельный вес бетона.

После этого нагрузку на сваи делят на несущую способность единицы и округляют до большего целого значения. Это — количество буронабивных свай, необходимое для дома заданного веса, выстроенного в заданных условиях.

Даже состав грунта редко соответствует лабораторным показателям из-за различных примесей, включений или прочих напластований, изменяющих все параметры.

Поэтому в любом случае надо делать запас прочности, превышающий обычные коэффициенты, заложенные в формулы. Рекомендуется увеличивать его на 10-15%.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Необходимо помнить, что все расчеты производятся по формулам, не учитывающим реальной обстановки на участке.

Основные схемы размещения

Существует несколько разновидностей схем расположения свай:

• Свайное поле.
• Свайный куст.
• Свайная полоса.

Свайное поле представляет собой участок с равномерно распределенными по всей площади опорами.

Используется для жилых или вспомогательных построек, обладающих подходящим весом, этажностью и материалом для использования винтовых свай. Свайные кусты применяются для создания опорной конструкции под точечные объекты — вышки электропередач или мобильной связи, колонны, трубы котельных и т.п.

Свайные полосы служат фундаментом для линейных сооружений — ограждений, заборов, набережных и т.п.

При проектировании схемы расстановки опор учитывается конфигурация, геометрические и функциональные особенности всех элементов сооружения. Нередко используются смешанные, или комбинированные схемы расположения свай, когда совместно со свайным полем наблюдаются участки с кустами и полосами.

Необходимо учитывать, что минимальное расстояние между соседними сваями не должно превышать 2 диаметра, а между соседними рядами — 3 диаметра режущих лопастей. Это важно, так как при погружении грунт теряет свою плотность, на восстановление которой уходит большое количество времени.

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.

Полученные сведения послужат базой для расчетов свайного фундамента, которые подробно изложены в сводах правил из СНиП 52-01-2003 (редакции 2021 г.), №3.03.01-87, №2.02.03-85.

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:

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

Все допустимые и поправочные коэффициенты берутся из вышеуказанных СНиП.

Как правильно рассчитать шаг

Расчет шага производится в зависимости от схемы размещения свай и от конфигурации постройки.

Если известно общее количество, опоры расставляются по выбранной схеме — сначала по углам, затем заполняются наиболее нагруженные линии, расположенные под несущими стенами, после чего расставляют оставшиеся сваи по площади комнат для поддержки лаг перекрытий.

Задаче проектировщика является обеспечение максимальной жесткости ростверка, установка опор в точках максимальных нагрузок и равномерное распределение веса дома между остальными стволами.

Для построек обычного типа распределение свай проблемы не вызывает, намного сложнее расстановка опор на сооружениях сложной конфигурации с неравномерным распределением массы элементов.

В таких ситуациях сначала размещают кусты свай под наиболее нагруженными точками, после чего размещают остальные опоры.

ВАЖНО!

В любом случае, необходимо соблюдать минимальные расстояния между соседними опорами, чтобы не снизить удельное сопротивление грунта. В противном случае несущая способность фундамента в данных точках окажется значительно ниже расчетной, что приведет к деформациям или разрушению ростверка и стен постройки.

Как определить количество материала для частного дома?

Чтобы определить потребность в количестве опор для силовой конструкции, необходимо суммарные проектные нагрузки разделить на грузоподъемность одной сваи. Принципы вычислений и табличные коэффициенты изложены в СНиП № 2.02.03-85.

Расчет несущей способности отдельной опоры

Несущую способность силового элемента находят по формуле:

F=Y_c×(Y_cr×R×D+P×∑〖Y_cri×F×L〗),где

• Y_c – показатель условий работы;
• Y_cr – коэффициент, который учитывает сопротивление почвы нагрузкам;
• R– расчетное сопротивление грунта под площадью подошвы;
• D – диаметр силового элемента;
• P – периметр сечения одной сваи;
• Y_cri – показатель, отражающий давление грунта на стенку сваи;
• F_i – сопротивление почвы относительно поверхности силового элемента;
• L – длина сваи.

Удостовериться в несущей способности отдельного конструктивного элемента относительно проектных условий можно по условию:

γ_n×N≤F/γ_cd ,где

1. N – расчетная нагрузка на одиночную опору;
2. γ_n –коэффициент надежности исходя из класса ответственности сооружения (определяется ГОСТ 27751);

γ_cd –коэффициент надежности по грунту, который равен:

• 1,2 – если грузоподъемность сваи определена методом полевых испытаний при передаче статистических нагрузок;
• 1,25 – если показатель F найден по результатам динамических испытаний с учетом упругих деформаций почвы;
• 1,4 – если грузоподъемность определена расчетным путем с использованием свода правил из СНиП, а также табличных коэффициентов;
• 1,5 – если допустимая нагрузка на опору определена с помощью компьютерных программ.

Вычисление расчетной нагрузки

Для самостоятельных расчетов выбирают формулу для расчета предельной нагрузки на опору, исходя из типа фундамента:

Расчет нагрузки от конструкции здания

Чтобы определить нагрузку, которую по плану будет передавать сооружение на грунт через фундамент, необходимо найти общую массу дома и умножить значение на коэффициент запаса надежности (1,1–1,25).

Чтобы найти вес здания, необходимо знать:

• площадь всех стен и перекрытий;
• тип кровли и ее размеры;
• удельный вес использованного строительного материала;
• полезную нагрузку, которые могут оказывать люди и предметы интерьера (для жилых сооружений принимается равной 150 кг/м2);
• массу снежного покрова (усредненный показатель по региону).

Когда найдены показатели веса для кровли, стен, перекрытий, мебели и людей, а также определена нагрузка снежного покрова, значения складываются. Результат расчетов позволит определить количество опор и удостовериться в правильности выбранных параметров.

Подсчет требуемого количества материала

Определение количества силовых элементов сводится к делению веса конструкции на грузоподъемность одной сваи.

Производители опор в технической документации указывают предельные нагрузки, которые можно использовать для предварительно подбора количества элементов.

В задачи конструктора входит сопоставление характеристик сваи с заданными условиями по формулам для нахождения несущей способности опор, которые приведены в вышеизложенном материале. Только так можно быть уверенным в достоверности расчетов.

Зная количество опорных элементов, можно убедиться в правильности выбранной схемы, для этого нужно:

1. Общий вес конструкции (дома и фундамента) разделить на опорную площадь.
2. Второй показатель находят, исходя из формы сечения и количества свай. Например, для изделий с круглым сечением используют классическую формулу .

Зная какое давление оказывает конструкция на квадратный сантиметр грунта, сравнивают полученное значение с известным расчетным сопротивлением грунта (R0) из СНиП 2.02.01-83. Если вес конструкции не превышает значение R0, то считают, что количество свай было определено правильно. В противном случае увеличивают количество опор или выбирают изделия с большей площадью сечения.

Глубина установки опор и шаг между ними

Свайный фундамент заглубляют в почву ниже точки промерзания (d_f), которую можно взять из справочников, но целесообразнее рассчитать самостоятельно по формуле:

d_f=d_0 √T, где

1. T – среднемесячная минусовая температура за всю зиму в регионе;
2. d_0 – коэффициент, который выбирают по типу грунта:
   0,23 – глинистые почвы;
3. 0,28 – пылеватые пески;
4. 0,30 – пески средней фракции;
5. 0,34 – гравий и крупнообломочные породы.

Последним шагом в ходе инженерных расчетов остается окончательно выбрать шаг между опорными элементами.

Опоры размещают по плану, придерживаясь оптимального расстояния 1,5–2,5 м, уделяя особое внимание местам, где конструкция оказывает максимальное давление на почву, а именно:

• по углам конструкции;
• у входной группы;
• под несущими стенами;
• под действующими печами и каминами;
• под тяжелым оборудованием и т.д.

Оптимальное расстояние

Оптимальное расстояние между сваями — это абстрактное понятие, не имеющее реального числового выражения.

Некоторые источники приводят вполне конкретные значения, но они вызывают больше сомнений, чем полезной информации.

Прежде всего, необходимо учесть нагрузку на каждую опору, которая должна быть меньше предельно допустимых величин.

Кроме этого, необходимо обеспечить такую длину пролетов между сваями, чтобы балки ростверка сохраняли неподвижность и не прогибались.

В этом отношении оптимальное расстояние определяется материалом и размерами ростверка, величиной нагрузки и прочими факторами воздействия.

Поэтому общего оптимального значения расстояния между сваями нет и не может быть. Это величина расчетная, зависит от многих факторов и в каждом конкретном случае имеет собственное значение.

Особенности свайно-винтового фундамента

При обустройстве данного типа фундамента сваи вкручиваются в грунт на глубину более низкую, чем глубину промерзания грунта. В случае, когда данный уровень высок, требуется учитывать, что минимальной глубиной вкручивания сваи является величина в полтора метра.

Принципиальная схема винтовой сваи напоминает по своей сути саморез. На свае нарезана специальная спираль, благодаря которой происходит ее ввод в землю, в ходе которого на поверхность выводится грунт, а сама свая углубляется до определенного уровня, после достижения которого дальнейшее углубление становится невозможным, а получившаяся опора является достаточной для постройки на ней дома.

Наиболее рационально использовать подобный способ постройки фундамента на грунтах с неустойчивой почвой. Такое основание подойдет для постройки дач, бань, хозяйственных построек.

Соблюдая технологию выполнения работ вы получите надежный фундамент, выдерживающий необходимую нагрузку согласно нормативно-техническим документам. При этом требуется грамотный предварительный расчет всей конструкции для того, чтобы рассчитать возможную нагрузку и равномерно распределить ее на точки опоры.

При производстве свай для фундамента используются специальные сверхпрочные сплавы металла. Наконечник сваи, функцией которого является «пробивание» грунта, может изготавливаться литым либо сварным способом.

Сваи со сварными наконечниками более дешевые, но хуже литых по прочностным качествам. Тут следует исходить из грунта, имеющегося на вашем участке. Если почва каменистая, то стоит использовать сваи с литыми наконечником. Если грунт имеет умеренную плотность, то разумнее сэкономить и использовать сваю с сварным наконечником.

Пример нахождения размеров ростверка

Рассмотрим порядок расчета железобетонного ростверка. Ширина ленты должна быть равна толщине стен.

Если стены дома в 1,5 кирпича, то ширина стен составит 38 см. Такой же будет и ширина ростверка.

Высота ленты при такой ширине должна составить 50 см — это обеспечит необходимую жесткость на прогиб.

Арматурный каркас Будет состоять из двух горизонтальных решеток по 2 стержня 12 мм.

Общий объем бетона, необходимого для отливки, составит 0,5 · 0,38 · 30 м (общая длина ростверка) = 5,7 м3.

Учитывая возможность непроизводительных потерь, лучше заказывать 6 м3 готового бетона марки М200 и выше, или изготовить его самостоятельно прямо на площадке.

Для чего нужен ростверк

Свайно-винтовой фундамент, рассчитываемый на определенные нагрузки, может состоять либо только из одних свай, либо с применением ростверка, который позволяет более равномерно распределить всю нагрузку. В качестве ростверка может использоваться железобетонная плита или балка, которая соединяет все верхушки винтовых опор по горизонтали. Такое основание отлично подойдет для возведения не только деревянных строений, но и пеноблочных сооружений. При изготовлении ростверка применяется бетон марки 150 и выше. Ленточный ростверк может иметь сборную конструкцию, а может и монолитную.

Прежде чем сооружать ростверк, следует грамотно рассчитать его габариты. Среди специалистов существует целый комплекс расчетов, но для обычных застройщиков достаточно знать минимальные размеры ленты: основание с ростверком из железобетона имеет ширину 40 см и высоту 30 см. Для придания жесткости ростверк усиливают при помощи арматуры, диаметр которой 10–12 мм. При соединении прутов применяется принцип армопояса. Арматура должна полностью находиться в бетонном растворе, поэтому расстояние от края ростверка до железного прута должно быть не меньше 2,5 см. При такой герметизации на арматуру не будут воздействовать коррозийные процессы.