Расчет винтовых свай: методы и способы

Фундаменты из свайно-винтовых конструкций — перспективный способ строительства. Подходит для большинства типов почв, отличается значительной экономичностью, в сравнении с традиционными. Преимущества будут сведены к нулю, если произвести неправильные подсчеты по количеству, типу опорных элементов.

Для чего нужно?

Использование при строительстве винтовых свай в качестве основания позволяет существенно сократить расходы. Не менее 30% трат приходится на его закладку. Традиционные конструкции характеризуются ограничениями по месту расположения, времени возведения. Свайные опоры можно закладывать на слабых, обводненных грунтах, вечной мерзлоте круглый год.

Главное, грамотный проект с правильно подсчитанными нагрузкой, количеством опорных элементов.

Последовательность вычислений

В литературе, имеющихся сетевых публикациях приводятся сложные формулы для подсчета предельной, рабочей весовой нагрузки на фундамент, определения необходимого числа опор, вида. Не говорится главного — без мастера, проведения органолептических, инструментальных исследований места строительства расчеты часто ошибочны. Гонясь за экономией, домовладелец через два-три сезона эксплуатации столкнется с разрушением обвязки, стен строения. Начнется проседание отдельных опор, групп.

Последовательность вычислений:

1. Полностью составить план строения
2. Произвести пробное бурение, найти глубину залегания основного грунта
3. Основываясь на плане, вычислить вес постройки с содержимым, прибавить к получившемуся 15-20%
4. По плану вычислить протяженность внутренних, внешних стен
5. Подсчитать количество углов, пересечений стен
6. Результат из пункта 4 разделить на два, к полученному прибавить результат из пункта 5, результат — предварительное число свай.
7. Разделить вес строения на число элементов. Используя полученную нагрузку на одну опору, по таблицам выбрать модель.
8. Используя справочные данные о весе сваи, вычислить вес всех опор для объекта. Прибавить полученное к весу строения.
9. Результат из пункта 8 разделить на несущую характеристику опоры — корректировка количества.

Сомневаясь в правильности определения типа грунта, нужно применять поправочный коэффициент для несущей способности — 1.7. На него нужно разделить справочное значение веса, который выдерживает модель. Если известно о надежности грунта, хороших несущих способностях, коэффициент берут около 1.2

Параметры

Параметры для подсчета свайно-винтовых фундаментов:

1. Глубина залегания основного грунта (в метрах)
2. Вес постройки с содержимым + 15-20% (в килограммах)
3. Протяженность внутренних, внешних стен (в метрах)
4. Количество углов основания, пересечений стен
5. Поправочный коэффициент для несущей способности — 1.2-1.7

Виды винтовых свай

Опорные элементы различаются:

1. Технологией производства наконечника, лопасти
2. Соотношением линейного диаметра лопасти и тела

По первому признаку:

• Со сварным наконечником — применяются на достаточно чистых, слабо промерзающих почвах с минимумом твердых включений. Плюс — доступность, простота изготовления. Минус — сравнительно низкая прочность при встрече в почве с техногенными, природными твердыми включениями. Есть подвид с укреплением наконечника в виде сваренного прута из прочного металла. Прут проходит сквозь тело, после заливки цементом — армирующий элемент.
• С литым наконечником, лопастью — справляются с загрязненными твердыми включениями почвы. Прочные, нет сварных швов, разрушаемых коррозией. Минус — сложность изготовления (литье), большая стоимость.

По признаку соотношения линейного диаметра тела и лопасти бывают:

1. Широколопастные — диаметр лопасти на 150% превышает диаметр тела. Часто, есть одновременно две лопасти, разнесенных по стволу. Помогает более рационально распределять нагрузку, сохранять устойчивость даже в очень сыпучих, ненадежных почвах.
2. Узколопастные — по форме похожи на строительный саморез. Диаметр лопасти примерно на 150% меньше диаметра тела. Применяют в условиях глубоко промерзающих грунтов, в вечной мерзлоте. Подходят для каменистых почв.

Технические характеристики

Все виды винтовых опор имеют шесть характеристик:

1. Металл — сталь, по характеристикам не ниже СТ 25-35. Хорошо, если будет иметь внешнее оцинкованное, полимерное покрытие. Толщина должна соответствовать нормам, указываться в сертификате качества.
2. Толщина стенки тела — не менее 0.3-0.5 см. Конкретное значение зависит от сорта стали, общей длины опоры.
3. Тип наконечника — литые, сварные. Первые по качествам предпочтительнее, но дороже (на 30-40%), в сравнении со сварными конструкциями.
4. Количество лопастей — обычно, одна лопасть, но для зданий, имеющих большой вес, при строительстве на слабых грунтах, рекомендуется использовать двухлопастные. Более равномерно распределяют нагрузку на большую площадь почвы.
5. Общая длина — зависит от плана строительства.
6. Внешний диаметр — зависит от расчетной максимальной несущей способности опоры.

Диаметр

Диаметр элемента измеряется по внешней поверхности — 0.07-0.15 м. Зависит от необходимой несущей способности, длины тела. Для строительства жилых, подсобных помещений подходит диаметр 0.09-0.12 метра.

Длина

Производители предлагают сваи, длиной от 1.7 до 7-8 метров. Внешний диаметр, толщина стенки при одинаковой длине могут различаться.

Выбирать опоры можно только после вычисления будущих нагрузок, прибавки к получившейся цифре 15-20%. Многие производители могут предложить сваи, произведенные под запросы конкретного застройщика.

Количество опор, расстояние между ними

Конкретная цифра количества нужных опор для здания вычисляется просто — общий вес делится на несущую характеристику отдельного элемента. Но простота обманчива. При подсчете нужно учитывать:

1. Масса здания вычисляется путем сложения веса используемых при строительстве материалов, связующих веществ (например, метизов, цементного раствора).
2. Нельзя забывать, что в доме будут находиться вспомогательные системы — отопление, водопровод, канализация, вентиляция.
3. Предметы обстановки, жильцы — при подсчете веса лучше превысить значение в полтора-два раза. Иначе, домовладелец рискует получить проседание фундамента, растрескивание стен, дорогие ремонтные работы.
4. Снег, другие осадки также имеют вес. Даже воздействие ветра не ограничивается стенами (параллельно земле), давит через скосы крыши вниз, на фундамент. Информацию может предоставить проектировщик, можно проанализировать самостоятельно в СНиПах.
5. Сваи имеют значительный вес.

Расстояние между элементами не должно быть менее 0.5-0.6 м, более 2.5 метра. Рекомендуется придерживаться значений в диапазоне 1.5-2 метра. Конкретные места установки вычисляются на основе плана строения. Обязательными, первоочередными точками будут углы, точки пересечения несущих стен. Пространство между ними равномерно заполняется оставшимся числом опор. При недостаче, нужно добавить. Это повысит запас прочности фундамента, несущую способность. Не стоит экономить 2-3 тысячи рублей.

Ростверк

Ростверк (обвязка) — второй элемент свайно-винтового фундамента. Объединяет отдельно стоящие сваи в одно целое. Ростверк формирует систему — свайное поле, которое распределяет нагрузку равномерно по всей площади, динамично реагирует на изменение (например, при выпадении обильного снега на крышу здания, усилении ветровой нагрузки на стены).

Ростверк может выполнятся по одной из четырех технологий:

1. Из бруса (пакетированной доски) — применяется для 1-1.5 этажных строений из дерева (каркас, панели). Наиболее легко возводим. Требует минимальных строительных навыков, простейшего инструмента.
2. Из стального швеллера — выдерживает более значительные нагрузки, применяется для 1-2 этажных строений из оцилиндрованного бревна, клеенного бруса, газобетонных блоков. Требуется полупрофессиональное сварочное оборудование (инверторный аппарат), электроинструмент для раскроя, доводки поверхностей (дисковые отрезные пилы по металлу, шлифмашины).
3. Из двутавровой балки — выдерживает 2-3 этажные дома из керамического кирпича. Возведение обвязки требует профессионального оборудования (сварочный полуавтомат), навыков работы. Потребуется техника для передвижения, установки отдельных балок (вручную не поднять)
4. Из монолитного армированного бетона — дает наиболее прочную, способную выдерживать значительные нагрузки обвязку. Требует навыков работы с металлом (сварка пространственного каркаса арматуры), бетоном. Потребуется сварочный инструмент, бетономешалка, бетононасос, глубинные вибраторы. Важно правильно обустроить съемную опалубку. Обвязка нуждается в «дозревании» — не менее 25-30 дней (происходит полная кристаллизация внутри бетонного монолита).

По какой бы технологии не формировался ростверк, нужно вести учет затраченных материалов. Суммарный вес нужно учитывать при подсчете общей несущей способности фундамента. Лучше до монтажа обвязки, установки свай произвести предварительные подсчеты, скорректировать выбор марки свай (количества), типа ростверка.

Пример расчёта

Имея полностью готовый план строения, выяснив глубину залегания основного грунта (1.8 метра), производим следующие вычисления:

1. Вес постройки + 15-20% — 55000 кг
2. Протяженность внутренних, внешних стен — 60 метров
3. Количество углов фундамента, пересечений стен — 9 штук
4. Предварительное число свай — 39 штук
5. Модель — СВС-76
6. Вес опоры — 50 кг, 39 штук весят 1950 кг
7. Скорректированное количество элементов — 42 шт.

Остается разнести сваи по плану — на места углов, пересечений стен, между ними на равном расстоянии 1-2.5 метра.

Порядок установки

После предварительных подсчетов, составления плана свайного поля, нужно переходить к установке свайного фундамента. Основываясь на данных предварительного бурения, выкопанных разведывательных шурфов, свайное поле разбивают на 2-3 условных прямоугольника.

Ввинчивают на участке первые угловые элементы прямоугольников. Контроль расположения производится нивелиром, строительным уровнем. Иногда, используют простейшую бечеву, натянутую по диагоналям (должны быть равны), строительный отвес (производится контроль вертикали каждой опоры).

Установив угловые сваи, можно размечать, начинать ввинчивание остальных между ними. Из-за неровностей грунта, головная часть может подниматься над уровнем земли на разную высоту. Это нормально, главное, чтобы были заглублены до уровня основного несущего грунта, не менее 1.5 метра (средняя величина промерзания почвы зимой в средней полосе). После формирования свайного поля, верхушки отдельных элементов обрезают по нивелиру (менее удобный вариант — гидроуровень). Минимальная высота над землей — около 0.5-0.6 метра

К высоте верхушек установленных свай нужно прибавить 0.2-0.3 м — длина, которую поглотит устанавливаемый оголовок, обвязка (спуски швеллера, монолит бетона).

Под тяжеловесные отопительные (котлы, печи, камины), коммуникационные (насосы, теплоаккумуляторы) конструкции лучше создавать собственные свайные фундаменты, не включая в систему фундамента дома. Позволит свести к минимуму последствия (динамические, статичные нагрузки, разрушающие фундамент). Минимальное допустимое расстояние между сваями — 0.5-0.6 метра.

Установив, обрезав сваи по проекту, можно переходить к созданию ростверка. После окончания монтажа, можно считать фундамент построенным. С этого момента сваи начнут работать как одна система, выдержат запланированные нагрузки.

Установку всех типов свай можно производить при любой погоде. Часто можно ограничится ручным трудом. Выполнение ростверка (за исключением железобетонного) также возможно в любое время.

Заключение

Правильно выполненные подсчеты основных параметров свайно-винтового основания гарантируют экономию при строительстве, долгую безаварийную эксплуатацию строения. Используя несложные рекомендации, сделать подсчеты сможет каждый застройщик, даже с минимальным опытом строительства.