Правила расчета фундамента свайного типа

Определяем количество бетона

После того как определили основные параметры каркаса для ростверка, его вяжут и монтирую в опалубку, приготовленную по уже известным параметрам размера дома. Теперь нужно произвести расчет бетона на фундамент, а точнее, на надземную его часть:

V = B x L x H, гдеV – объем в м3;В – ширина конструкции, м;L – длина ленты фундамента, м;Н – высота ростверка, м.

Для нашего фундамента считаем:

V = 0,4 х (6 х 2 + 8 х 2) х 0,3 = 3,36 м3 бетона.

Если приняты буронабивные сваи, для них также требуется расчет количества бетонной смеси. Для этого пользуются той же простой формулой.

Дополнительно отметим, что следует использовать бетон марки М150 и выше.

Определяем количество

Выполняя расчет свайного фундамента, посредством сложных вычислений определяют их количество, необходимое для надежной работы будущего основания. Чтобы не прибегать к таким формулам, специалисты вывели общие правила распределения опорных точек под периметром дома:

• Под деревянные и каркасно-щитовые строения используют шаг ≤ 3 м.
• Для домов из легких бетонов расстояние между сваями не должно превышать 2 м.

Количество определяем следующим образом:

1. Нарисуйте план фундамента.
2. Обозначьте опоры в углах и на пересечениях стен.
3. Далее распределите сваи согласно приведенным упрощенным параметрам с соответствующим шагом (в зависимости от материала и веса дома).
4. Под тяжелые печи и камины предусматривайте 2 сваи, учитывайте наличие веранды или пристроек.
5. Посчитайте количество металлических столбов по схеме.

В частном домостроительстве применяют преимущественно металлические винтовые сваи. Бетонные устраивают под высотные и массивные крупные здания, потому их расчет мы рассматривать не будем. Существуют также буронабивные сваи. Для них организуют скважины, в которые устанавливают каркас и заливают бетон. Такие иногда путают со столбчатым фундаментом, но это заблуждение.

Основной расчет винтового фундамента на этом закончен. Для небольших построек не требуются сложные вычисления технических показателей, достаточно ограничиться существующими нормами.

Особенности свайного фундамента

Данный тип основания здания популярен в местности, где преобладают слабые, плавучие или подтопленные грунты, и где залегание плотных, твердых грунтов находится достаточно глубоко. Также его несомненным преимуществом считается высокая скорость возведения и экономичность по сравнению с малозаглубленными фундаментами, ведь для них не нужно рыть котлован. Особенно это касается небольших частных строений, вес которых вполне позволяет применять такую технологию.

Главный элемент данного типа фундамента – заглубляемые в основании здания или непосредственно в грунт стержни, которые и называются сваями. Их основное назначение – равномерное распределение всего комплекса нагрузок на грунт. Характерным отличием является и ростверк – балка, ленточный фундамент или плита, призванные увеличить показатели расчетных нагрузок на фундамент из свай.

Конкретные цифры для расчётов

В случае, когда сложно либо невозможно определить несущую способность грунта, принимается значение 2,5 кг\см2,  это усреднённый показатель для грунтов российской средней полосы.

Исходные данные для расчёта свайных фундаментов

Максимальный шаг винтовых свай для малоэтажного и хозяйственного индивидуального строительства:

• строения из бревна или бруса 3 м;
• сооружения каркасного либо сборно-щитового типа 3 м;
• здания с несущими стенами из облегчённых блоков 2,5 м;
• дома из кирпича  и полнотелых бетонных блоков 2 м;
• монолитные сооружения 1,7 м.

Для кустов свай под печи, колонны и подобные сооружения с сосредоточенной нагрузкой допустимое минимальное расстояние между сваями 1,5 м, для веранд и аналогичных построек 1,2 м.

Вес конструкций и частей зданий

Для сбора весов  допустим приблизительный подсчёт. Ошибка в большую сторону приведёт к небольшому увеличению стоимости работ. Если же реальные нагрузки окажутся больше расчётных, то возможно разрушение фундамента и здания в целом.

Предпочтительный ориентир при отсутствии точной информации максимальное значение.

Стены :

• кирпичные 600-1200кг\м2;
• бревенчатые 600 кг\м2;
• газо- и пенобетонные 400-900 кг\м2;
• каркасные и панельные 20-30 кг\м2.

• листовая сталь, в т.ч. металлопрофиль и металлочерепица 20-30 кг\м2;
• листы асбоцементные 60-80 кг\м2;
• рубероид и другие мягкие покрытия 30-50 кг\м2.

Перекрытия:

• деревянные с утеплителем 70-100 кг\м2;
• цокольные с утеплителем 100-150 кг\м2;
• монолитные армированные 500 кг\м2;
• плитные пустотелые 350 кг\м2.

Глубина промерзания

После определения типа грунтов и выбора вида фундамента необходимо выяснить, насколько грунты подвержены сезонному замерзанию. Расчет фундамента в большинстве случаев учитывает эту величину, от показателя зависит степень заглубления тела основания, устройства подвала, определяется размер элементов для строительства опоры. Основание подошвы ленточной конструкции или нижний конец сваи должны быть устроены ниже отметки промерзания минимум на 0,5 м. В этом случае они будут способны удерживать массивы домов без сдвигов и деформаций, которые могут возникнуть при сезонных изменениях в теле грунтов.

Чтобы определить значение для конкретного региона, стоит посмотреть на карту с соответствующей информацией.

Допустимые нормы осадки

Действующие строительные нормативы не разделяют осадку фундамента на первоначальную — полученную в процессе возведения, и эксплуатационную — возникшую при работе свай в грунте. Согласно положениям СНиП № 2.02.01 — «Деформации зданий и сооружений», величина допустимой осадки составляет:

• Для железобетонных зданий — 8 см;
• Для панельных зданий со стальным несущим каркасом — 12 см;
• Для кирпичных и блочных сооружений безкаркасного типа — 10 см.

На практике кирпичные здания, фундамент которых подвергся неравномерной усадке более чем на 12 см, получают серьезные деформации, вплоть до появления на стенах и перекрытиях сквозных трещин.

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.

Разновидности свай

В зависимости от геологических исследований грунта для строительства фундамента могут использоваться разные виды свай. Они бывают:

• железобетонные;
• деревянные;
• сваи в железобетонной оболочке;
• железобетонные буроспускные;
• винтовые сваи со стальным или железобетонным стволом.

Также следует отметить, что на сегодня имеются и другие виды свай, например, булавовидные, пирамидальные и ромбовидные. Но так как они считаются новшеством, то их применение еще не широко распространено. Кроме этого, следует отметить, что бывают сваи-стойки и висячие.

1. Сваи-стойки. К ним относятся сваи, опирающиеся непосредственно на присутствующие скальные породы грунта или малосжимаемые. В данном случае нагрузка, осуществляемая на боковую поверхность сваи и ее концовку не имеет большого значение, поэтому и не учитывается.
2. Висячие (сваи трения). Обозначенный вид причисляется к сваям, применяемых на сжимаемых грунтах, при этом осуществляется передача нагрузки не только на боковые поверхности свай, но и на их нижний конец.

В качестве примечания необходимо отметить, что к малосжимаемым грунтам причисляются крупнообломочные почвы, в которых присущий песчаный заполнитель средней и плотной плотности. Также к обозначенному типу грунта относится и глина, имеющая крепкую консистенцию в водонасыщенном состоянии с наличием модуля деформации в значение Е ≥ 50 Мпа.

Плюсы и минусы

Свайный фундамент может использоваться для сооружений любого назначения, в т.ч. жилых домов (смотрите: типы частных домов). По сравнению с другими типами оснований он имеет такие преимущества:

1. Возможность установки практически на любых грунтах, независимо от уровня грунтовых вод и промерзания, а также на участках с уклоном. Единственным исключением являются скальные выходы, в которых очень трудно пробурить скважину или вбить сваю.
2. Быстрота возведения. Сваи в большом количестве устанавливаются за 1 день. Строительство самого дома можно начинать уже на следующий день (за исключением бурозаливных вариантов).
3. Отсутствие необходимости в проведении трудоемких земельных работ и тщательного выравнивания площадки.
4. Большая несущая способность. Одна свая способна выдерживать более 5 тонн.
5. Долговечность. Срок эксплуатации составляет более 100 лет.

При выборе типа фундамента надо учитывать и имеющиеся недостатки:

1. Необходимость специальной техники для бурения или погружения свай. Аренда ее обходится достаточно дорого, что повышает значительно общую стоимость строительства.
2. Существенная зависимость от качества используемых свай. Надежный фундамент получится только из высококачественных изделий, что «съедает» экономию на материалах.
3. Необходимость полноценных геологических изысканий, позволяющих правильно оценить заглубление и проведение необходимых расчетов.
4. Сложности с обустройством подвала и цокольного этажа.
5. При использовании забивной технологии – ограничения по расстоянию до ближайших строений, т.к. использование даже облегченного молота вызывает сильное сотрясение грунта.

Советуем почитать: СНиПы и нормы на строительство частного дома

Наличие указанных недостатков существенно ограничивает применение свайного фундамента. Для больших сооружений он обустраивается по необходимости из-за наличия сложного грунта. В то же время, мелкозаглубленный вариант, когда сваи можно установить вручную, активно используется для небольших построек – бани, гаражи, хозяйственные строения.

Сбор нагрузок свайного фундамента

Для определения нагрузки рассчитывают вес строительных материалов

При расчете свайно-винтового фундамента требуется найти сумму воздействующих на него нагрузок в единицах массы (для крупных зданий это тонны). Их можно разделить на константные и временные. В последнюю категорию входят:

• Длительные – стационарное оборудование с его наполнением, временные ограждения.
• Кратковременные – факторы климата (снег и т.д.), передвижное оборудование, транспорт, воздействия живых существ.
• Специфические – действие пожаров, взрывов, повреждений фундамента (влияющие на внутреннее строение грунта), сейсмического фактора. Их значение может быть отрицательным.

Подсчет общей нагрузки на фундамент реализуется посредством простого суммирования значений нагрузок по всем приведенным категориям. Чтобы узнать сумму константных воздействий, нужно определить удельный вес затрачиваемых на строительные работы материалов. Требуемую информацию может предоставить их поставщик. Зная материал, его толщину и тип конструкции, можно воспользоваться табличным значением параметра. Наибольший удельный вес на каждый квадратный метр имеет железобетон. Это относится к стеновым конструкциям и к перекрытиям. Обязательно учитывается вес кровли.

Когда расчет свай и фундамента производится собственноручно, нужно брать во внимание, что показатель нагрузки определяется как нормативный параметр, перемноженный на коэффициент надежности γf. Последнее значение зависит от материала конструкции и его плотности и обычно находится в границах 1,05-1,3

К примеру, периметр P внутренних и внешних стен деревянного дома равен 50 м, высота h – 5 м, а удельный показатель сырья – 70 кг/м2. Тогда нагрузка будет рассчитываться по формуле P*h*удельный вес=50 м*5 м*70 кг/м² = 17500 кг = 17,5 т. Аналогичные показатели вычисляют для крыши и перекрытий. В первом случае удельный вес материала умножают на площадь. Во втором добавляют еще один множитель – количество перекрывающих элементов. Эти три значения – для каркасных конструкций, крыши и перекрытий – суммируют. Результат, перемноженный на коэффициент надежности (для постройки из дерева он равен 1,1), будет являть собой значение константной нагрузки.

Примерная нагрузка на квадратный метр составляет 150 кг

Поскольку на стадии проектирования нельзя точно узнать общую массу мебели, техники и живых существ, воздействующих на перекрытия, для расчетов используют принятый в нормативах показатель равномерно распределенной нагрузки на квадратный метр (Pt). В жилищах его значение считают равным 150 кг/м². Формула расчета имеет такой вид: S*Pt*n, где n – число использованных перекрытий.

Также при строительстве учитывается снеговая нагрузка на здание, свойственная данному региону. В центральной части ЕТР расчетный показатель считают равным 180 кгс/м². В ряде мест это число значительно выше – в некоторых сибирских регионах оно может достигать 400 кгс/м². Узнать искомое значение можно по карте снеговых районов. Формула для нагрузки состоит из трех множителей: площади крыши, расчетного показателя и коэффициента наклона. Последний параметр для самых типичных покрытий с наклоном в 30-45 градусов считают равным 0,7.

Ветровой нагрузочный показатель часто выражается отрицательным числом (что означает снижение общей массы). Из-за этого при постройке массивных сооружений им часто пренебрегают. Для небольших парусных конструкций, напротив, он очень важен, так как при их возведении нужно представлять влияние на сваи выдергивающих и иных действий. Определяют ветровое давление по формуле: W=0,7* k(z)*c*g, где k(z) – коэффициент для высоты z (находится по таблице для типов местности), с – аэродинамический показатель (зависит от наклона крыши и от того, куда чаще дует ветер – во фронтон или в скат), g – коэффициент надежности, равный 1,4. Чтобы рассчитать общую нагрузку на кровлю, получившееся число W умножают на площадь крыши.

Пошаговая инструкция по устройству свайного фундамента

Для загородных домов и коттеджей часто применяют такой тип фундамента, как свайно-ленточный. Его строительство мы и разберем по порядку.

1. Разбивка участка – подразумевает нивелирование местности, и снятие лишнего грунта для выравнивания площадки под застройку. В ходе этих работ деревянными колышками и строительным шнурком отмечается наружный периметр здания, а также размеры траншеи под ростверк;
2. Выкапывание траншеи под ленту – производят с помощью спецтехники или вручную. Заглубление и ширина траншеи определяется инженерным расчетом, с учетом опалубки и обратной засыпки грунта. На этом этапе определяется наличие и глубина котлована под подвал или технические сооружения;
3. Бурение скважин под сваи – в зависимости от выбранного типа свай производят отверстия в грунте. В некоторых случаях оно требует уплотнения на самом ее дне, а иногда и наоборот, меньшего размера, как в случае с забивными сваями. Интервал принимается согласно принятому расчету на нагрузки;
4. Заглубление свай – производят вручную или с помощью спецтехники. На этом этапе учитывают наличие подвальных и технических помещений, расположенных ниже отметки нулевого пола здания. Если в качестве материала для свай выбраны трубы, их наружные стенки гидроизолируют битумной мастикой или рубероидом, а внутреннюю полость армируют и заливают бетонным раствором;
5. Установка армированного каркаса для ростверка – для лучшего закрепления его сопрягают с арматурой, выходящей из стоек. Каркас надежно устанавливают в траншее, используя мягкую вязальную проволоку. Он не должен касаться дна траншеи, а также выходить за ее пределы с наружной стороны;
6. Монтаж опалубки для ростверка – осуществляют по аналогии с ленточным фундаментом, закрепляя опалубочные щиты по краям траншеи. Высота щитов должна быть выбрана с запасом так, чтобы грунт не попал во внутрь опалубки при бетонировании ленты. Стенки деревянных щитов прокладывают полиэтиленовой лентой, чтобы продлить срок службы опалубки;
7. Бетонирование – заливают бетон на конечном этапе после всех необходимых приготовлений. Лучше всего использовать бетон, приготовленный на специализированных заводах строго пропорционально, и доставляемый на объект автомиксерами. С помощью специальных рукавов или желобов ленту заливают за один подход. При этом производят трамбовку бетона вибраторами;
8. Демонтаж опалубки, обратная засыпка – опалубку снимают через несколько дней, изымая щиты из траншеи. Последним этапом фундаментных работ производят обратную засыпку грунтом.

Применяют для засыпки изъятый из траншеи грунт или песчано-гравийную смесь, дополнительно трамбуя ее. На этом этапе производят утепление фундаментной ленты. Для этого используют листы пенополистирола, закрепляя его на клей.

Типология свайных фундаментов обширна и многообразна. Еще недавно их невозможно было сделать без помощи тяжелой спецтехники, для использования которой требовались немалые средства. К тому же, саму площадку под строительство надо было подготовить для столь обширного мероприятия. Современные свайные фундаменты для малоэтажного строительства компактны, экономичны и относятся к легковозводимым конструкциям.

На устройство такой системы может уйти всего несколько дней. И это при том, что на ней будет держаться полноценное жилое строение. Все что остается, это сделать анализ грунта, подобрать подходящий тип свай и ростверка к ним, и взяться за работу!

Видеоролик посвящен современной технологии свайных фундаментов на основе металлических винтовых свай, объединенных обвариваемым ростверком из швеллера. Обсуждается достоинства такого метода устройства фундамента, его наглядное применение в домостроении, а также ошибки строителей и возможные причины их возникновения.

Методика расчета

Расчет количества винтовых свай выполняют с учетом габаритов и веса дома, который будет установлен на фундамент. Как правило, расстояние между сваями может составлять:

• до 2 м, если будет возводиться строение из газобетонных и пенобетонных блоков или плит;
• до 3 м, если запланировано строительство деревянного дома из бруса, бревна и т.д.;
• до 2,5 м – также выбирают для деревянных конструкций. Еще с такими сваями работают в регионах, где наблюдается большая ветровая нагрузка;
• до 3,5 м – под строительство легковесных заборов и оград.

Строительство дома из бруса

Чтобы правильно определить количество опор для свайно-винтового фундамента, следует провести следующие операции:

• составить проект будущей основы или первого уровня постройки;
• расположить винтовые опоры на каждом углу будущего здания;
• установить сваи там, где будут пересекаться несущие перегородки дома;
• между расположенными сваями теперь необходимо установить дополнительные сваи по периметру несущих стен с тем условием, чтобы расстояние от одного до другого элемента не превышало того, что было зафиксировано ранее (учитывая вес и вид постройки);
• оставшееся пространство для фундамента заполняется сваями так, чтобы между соседними опорами расстояние не превышало указанного в расчетах (2 – 3 м);
• там, где будет установлена печь или каминный очаг, предусмотрите не менее пары винтовых опор, опять-таки, учитывая размер отопительной конструкции, иначе не избежать критической нагрузки на фундамент;
• на тот случай, если будет обустроена терраса или любая другая пристройка, места фиксации опорных элементов обозначаются по ранее оговоренному принципу, учитывая оптимальное расстояние шага;
• теперь, когда расстояние между сваями определено, остается подсчитать все винтовые опоры, нанесенные на план-схему.

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

Расчёт ростверка

Назначение ростверка равномерное распределение нагрузок на свайную конструкцию. Расчёты параметров ростверка учитывают силы продавливания основания в целом, по каждому углу и воздействия на изгиб.

Довольно сложные подсчёты застройщикам могут заменить стандартные решения, применение которых возможно только небольших индивидуальных строений:

• Материал исполнения ростверка: металлический швеллер, двутавр, монолитный бетон с армированием, брус или бревно сечением не менее материала стен.
• Голова сваи должна входить в ростверк не меньше, чем на 10 см для монолитного исполнения
• По ширине ростверк не может быть меньше толщины стены.
• Высота должна быть не меньше 30 см для бетона.
• Ростверк должен располагаться как минимум на 20 см над уровнем почвы.
• Соединение опор с ростверком может быть жёстким либо свободным.

О винтовых сваях и их особенностях

Рисунок 1. Винтовая свая.

Сверху их объединяют ростверком. Ростверк можно выполнить из деревянных или железобетонных балок либо в виде сплошной железобетонной плиты.

Сваи изготавливают на производстве или самостоятельно. Если они изготовлены на месте строительства, то их основание делают плоским. Для расчета нагрузки, передаваемой от нее на грунт, знать только площадь опоры недостаточно. Необходимо учитывать и силы трения, которые возникают между боковой поверхностью стержня и грунтом и создают дополнительное сопротивление нагрузке, действующей на грунт.

На рис. 1 представлена винтовая свая. Такой тип в России в гражданском строительстве стали применять сравнительно недавно, хотя их широко применяли военные инженеры при строительстве мостов и переправ.

Ствол сваи – это стальная труба (диаметр от 80 до 130 мм, сталь марки ст10), конец которой делают в форме прямого конуса. Перед переходом цилиндра в конус приварена винтовая конструкция (лопасть), за счет которой и происходит вворачивание в грунт. На рис. 1 представлена винтовая свая с уже готовым оголовком. Однако есть элементы без оголовка, с отверстиями в конце ствола. В отверстие заводят рычаг для ее вращения. Такое исполнение позволяет при необходимости удлинить ствол.

Преимущества винтовых свай:

• несложная и безопасная технология установки;
• применение возможно практически на любых грунтах, кроме скальных, на которых можно строить дом и без специального основания;
• при вворачивании винтовых свай отсутствует ударная нагрузка, что позволяет применять их в местах плотной застройки;
• после установки на винтовые элементы можно сразу же монтировать ростверки, то есть переходить к следующему этапу строительства;
• холмистая местность или неровные участки не являются препятствием для применения этого вида;
• винтовые сваи можно устанавливать практически в любых погодных условиях, в том числе и зимой в мороз;
• при необходимости их можно извлечь для повторного вворачивания.