Сколько составляет допустимая нагрузка на винтовые сваи?

Пример расчета свайно-винтового фундамента 2-х этажного дома с размером 6х8 метров

Рассмотрим пример расчета фундамента из винтовых свай при строительстве 2-х эт. дома площадью 6000х8000 мм. У него будет сооружаться пологая крыша и 1 внутренняя несущая стена. Ставится этот дом на глинистой почве с несущей способностью в 4,5 кг/см².

Математические расчеты следующие:

1. площадь кровли дома – 50 м²;
2. площадь чердака – 50 м²;
3. площадь для перекрытий 1-го и 2 этажа – 100 м²;
4. площадь всех внешних стен – 160 м²;
5. площадь несущей внутренней стены – 50 м²;
6. периметр фундамента – 34 м.

В результате получаем следующие данные по нагрузкам на фундамент:

1. при использовании плосского шифера для кровли, ее вес составит 2,5 тонны;
2. вес чердачного перекрытия – 3,5 тонны;
3. перекрытий для этажей – 10 тонн;
4. вес внешних стен – 16 тонн;
5. вес внутренних стен – 5 тонн;
6. ростверка + сваи – 3 тн;
7. полезная нагрузка (мебель, оборудование, примерное количество проживающих) – 26 тонн;
8. вес снега – 5 тонн (из справочника региона);
9. итого общий вес всего строения – 71 т.

При получении данных нужно пользоваться специальными справочными данными и нормами, которые зависят от материала, применяемого в строительстве дома.

Теперь почитаем сколько составит расчетная нагрузка, для этого, к общему весу сооружения прибавляем 30%, в результате получаем 92,3 тонны. Шаг винтовых свай под внутренней несущей стеной должен быть на 30% больше, чем для внешних стен.

Согласно всем полученным данным, одна винтовая свая СВЛ-108 с литым наконечником, будет иметь несущую способность в 4,65 тонн, а общее количество свай для фундамента 2-х этажного дома площадью 48м2 составит 20 шт.

Что может снизить долговечность?

Факторы, которые оказывают непосредственное влияние на срок службы свайного фундамента:

1. Подвижность земельных масс. На площадках с нестабильным грунтом на сваи воздействуют горизонтальные и выталкивающие силы, которые приводят к деформации труб и, как следствие, уменьшению из износостойкости.
2. Сезонные температурные перепады. Металл имеет свойство сужаться и расширяться под действием низких и высоких температур. В результате этого появляются трещины в покрытии, куда проникает влага, провоцируя появление коррозии. Если в регионе, где строится фундамент, наблюдаются большие температурные перепады, экономически целесообразно приобрести сваи и высокопрочной легированной стали.
3. Агротехническая эрозия почв. Негативное действие особенно выражено на участках с холмистым рельефом. Действие фактора приводит к локальному растрескиванию поверхности металла. Наличие в грунте мелких камней, царапающих внешнее покрытие, увеличивают скорость разрушения.
4. Химическая коррозия. В почве с высоким уровнем кислотности образование ржавчины происходит быстрее. Проблему решают пескоструйной обработкой стержня перед погружением в почву.
5. Воздействие на металл электрически проводящей среды. Блуждающие в почве токи увеличивают скорость окисления металла. Негативному действию в большей степени подвержены фундаменты, рядом с которыми под землей проложены кабеля или объекты промышленного назначения.
6. Несоблюдение правил транспортировки и хранения, а также нарушение технологии монтажа. Перечисленные аспекты приводят к повреждениям поверхности свай и снижает тем самым степень защиты от многих внешних факторов.

Зависимость размера оголовка от диаметра опоры

Типовой размер винтовой части свай имеет ширину и высоту, равные 25 см. Как правило, для оголовков используют высокопрочную сталь (09Г2С, 3СП5 и другие марки). При этом толщина конструктивного элемента должна составлять не меньше 4 мм. Зависимость между основными параметрами лопасти отражена в таблице:

Параметры винтовой части сваи, мм
D внутренний	D внешний	шаг гибки лопасти
57	200	3
89	250	4
108	300	5
133	350	6

Внутренний диаметр оголовка должен соответствовать размеру сечения сваи. Для различных нужд используют определенные типы оголовков, которые отличаются раскроем конуса. Для сложных грунтов используют сваи с усиленными удлиненными лопастями.

Трехходовой клапан для отопления с терморегулятором: виды и преимущества

Расчет глубины вкручивания

Обобщая сказанное, можно определить оптимальную глубину, на которые нужно вкручивать сваи. По оценкам специалистов она различается для разных районов:

• Центральные районы (Московская область, Ленинградская, Ярославская, Пензенская) – порядка 2,6 метров (0,2 м лопасть + 1.8 твердый слой почвы + 0,5 метра вывод трубы над поверхностью + 0,1 м над оголовком)
• Аналогичным образом рассчитаны параметры глубины для Уральского, Поволжского, Зауральского регионов – 2,6 метра.
• Для Западной Сибири (Новокузнецк, Новосибирск, Красноярск, Тюмень) – 3,1 метр (здесь глубина слоя промерзания 2,3 метра)
• Для Восточной Сибири (от Иркутска и далее) – 3,6 метра (глубина промерзания 2,8 метра)
• Для Южных районов, где выше слой промерзания, но ниже уровень плотной почвы – 2,6 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

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.

Длина забивных свай

Различают забивные сваи железобетонные, бетонные, деревянные. По форме – круглые, квадратные, тавровые, двутавровые, полые.

Стандартные длины от трех до 16 метров. Минимум для железобетонной сваи:

• 3 метра для сплошной.
• 4 метра для полой.

Можно использовать больше или меньше, их выполняют под заказ. При большой глубине погружения чаще применяются составные сваи, и забивной метод используется редко, обычно комбинированный.

Диаметр ж/б свай до 80 сантиметров, оболочек – до метра.

Смотрите дополнительно по Ж/Б сваям:

При­ме­ры рас­че­та свай­но­го фун­да­мен­та по­дроб­нее	Сто­и­мость свай­ных фун­да­мен­тов — при­ме­ры смот­реть

Роль грунта в определении глубины погружения сваи

Несомненно, состав грунта во многом вносит решающий вклад в устойчивость всего фундамента. Преимущество винтовых свай в качестве основы для дома по сравнению с другими типами фундаментов как раз и состоит в том, что влияние состава грунта может быть нивелировано – как раз из-за того, что сваи достигают наиболее плотных слоев грунта.

Свайно-винтовые фундаменты успешно устанавливают на песчаные, неустойчивые грунты. Большую роль играет глубина промерзания грунта. Она различна для разных регионов. В частности, это параметр может составлять от 70-80 см в южных районах России до двух и более метров в северных районах и в Сибири. Иногда глубина промерзания достигает и 2-2,5 метров. На большей территории нашей страны глубина промерзания оценивается в 1.2-1,5 метра. Именно на эту глубину как минимум должны быть завинчена свая.

При расчете фундамента значение промерзания грунта можно узнать из общих характеристик земель в данном регионе.

Карта промерзания грунта в России

Секрет монтажа расширительного бака

Казалось бы, что может быть сложного в том, чтобы следовать готовой схеме системы отопления. Однако на чертеже невозможно показать, точное местоположение элементов отопления. И в результате потраченное время и усилия окажутся излишними. Ведь при монтаже расширительного бака стоит помнить, что его следует закреплять в верхней точке всей системы отопления.

Конструкция винтовых свай

Вопреки расхожему мнению, сваи винтовые стальные (СВС) создавались не для снижения бюджета строительства, а для гарантированной компенсации сил пучения на элементы фундамента, легкого достижения нижних опорных пластов. Существуют различные виды винтовых свай для малоэтажного строительства, однако их конструкция во многом схожа:

• тело – бесшовная труба (4 – 4,5  мм стенка), обычно из стали Ст3, максимальным ресурсом обладают конструкции из сталей 30ХМА, толщиной стенки 6 – 10 мм;
• лопасти – навариваются на тело или имеют вид самостоятельного наконечника (сварка, литье), привариваемого к телу сваи.

Подобная конструкция многофункциональна – лопасти преобразуют крутящий момент в продольное перемещение при погружении, компенсируют горизонтальные усилия, обеспечивая стабильность геометрии. Поэтому на СВС дома можно строить на вечномерзлых, слабых и пучнистых грунтах.

Разновидности винтовых свай

Рис. 1. Виды винтовых свай.

Перед тем, как выбрать винтовые сваи для фундамента дома, необходимо изучить требования нормативов СНиП от 1985 года за номером 2.02.03 (проектирование свайных полей), точнее последнюю редакцию от 2011 года – СП 24.13330 для расчета несущей способности основания.

Для различных сооружений существуют несколько типов СВС:

• узколопастные – многовитковый аналог шурупа, литой наконечник соединяется с телом сваи сваркой, для вечной мерзлоты используются варианты с зубьями по периметру нижнего среза (Рис. 1, Вар. 4), для почв с большим содержанием камней, осколков и плотных пород применяются заостренные наконечники (Рис. 1, Вар. 3);
• широколопастные – одна лопасть литого наконечника с 1– 1,5 заходом (Рис. 1, Вар. 1);
• многолопастные – несколько лопастей по длине для улучшенного опирания, компенсации вертикальных подвижек (Рис. 1, Вар. 2).

Здания максимально разрешенной этажности (3 уровня с мансардой) в малоэтажном строительстве можно строить исключительно на многолопастных СВС. Для легких построек достаточно однолопастных модификаций с широким винтом либо узкой спиралью наконечника в зависимости от типа грунта. Для винтовых свай предусмотрена стандартная маркировка:

• СВС – сварной наконечник;
• ВСЛ – литой наконечник;
• СВК – конусная модификация, может обозначаться СВС-К;
• СВП – конструкция дополнена пикой, варрант обозначения СВС-П;
• ВАУ – анкерное устройство винтового типа (сборная конструкция).

Литой наконечник винтовой сваи.

Для решения специфических задач производители выпускают сваи переменного диаметра, сложной конфигурации:

• серия Z – винтовой анкер для легких конструкций;
• серия Т – пластина оголовка с монтажными отверстиями;
• серия U – П-образный оголовок;
• серя F – круглый фланец;
• серия R – квадратный фланец.

Стандартными диаметрами СВС, СВЛ являются 57 – 325 мм. Изделия специальных серий имеют размер 159 мм, максимум. В маркировке последовательно отражается тип сваи, диаметр ствола, толщина стенки, размеры лопасти, общая длина изделия. Существуют особенности маркировки отдельных производителей. Например, фирма Фундэкс добавляет Ф1, Ф2 после стандартного обозначения (две, одна лопасть, соответственно).

Схема винтовой сваи.

В середине 20-го столетия для нужд армии выпускались максимально прочные СВЛ со следующими характеристиками:

• литой наконечник;
• винт 14 мм, 6 мм (возле конуса, с края, соответственно);
• бесшовная труба (Ст20);
• горячее цинкование (140 – 200 микрон).

При заявленном 100 – 180 летнем ресурсе эти изделия эксплуатируются до сих пор, поэтому реальный эксплуатационный период пока не известен.

Область использования

Лестница на винтовых сваях.

В 70% случаев индивидуальные застройщики не подозревают, что СВС можно использовать, не только для опирания коттеджей и бань, но и для изготовления фундаментов следующих конструкций, значительно сокращая время строительства:

• шумозащитные экраны, заборы;
• беседки, теплицы, малые архитектурные формы;
• усиление монолитных фундаментов (плита, лента);
• оттяжки, анкеры, столбы ЛЭП;
• временные сооружения с возможностью демонтажа (аттракционы, павильоны);
• мосты, причалы, укрепление откосов;
• рекламные конструкции.

В нормативах СНиП приведены детальные инструкции, как выбрать винтовые сваи для конкретных эксплуатационных условий. Для большей надежности рекомендуется красить изделия специальными антикоррозионными ЛКМ.

Изображение на металле: 6 способов получения четкой картинки

Уменьшающие коэффициенты

Обобщая вышесказанное, можно утверждать, что для простейших расчетов необходимо знать только прочностные характеристики грунта и площадь лопасти. При этом прочность грунта увеличивается с глубиной.

Однако, при упрощенной оценке данных параметров требуется ввести дополнительные коэффициенты, определяющие несущую способность с запасом надежности. Это связано с тем, что подробные изыскания не всегда проводятся, а данные берутся из таблиц для того или иного региона или приблизительного вида грунта.

Так, окончательный расчет следует вести по формуле:

N=F/yk

Где N – несущая способность сваи, F – сила давления, которую мы рассмотрели в предыдущем разделе, а yk – это коэффициент надежности.

Коэффициент надежности принимается с учетом количества опор и способов геологической разведки.

Его значение берется равным:

1,2 – при полном геологическом обследовании грунта.

Он включает в себя зондирование и лабораторные исследования. Выполняется такое исследование специализированными лабораториями и, как правило, достаточно затратно. В частном строительстве практически не применяется.

1,25 – при проведении пробного вкручивания. Для этого в различные участки вкручивается эталонная свая, но определить нагрузочные параметры достаточно непросто без специальных знаний

1,4-1,75 – при использовании табличных (весьма приблизительных) значений для грунтов.

Таким образом, видим, что в расчет закладывается обычно до 75% надежности, т.е берется или количество свай, почти вдвое превышающих расчетные параметры.

Прочность трубы на сжатие

Почему в качестве опор для строительства выбираются металлоконструкции в виде трубы? Она имеет замкнутый контур, что придает опоре повышенную жесткость по сравнению с открытыми контурами швеллера или уголка. При равной массе металла конструкция трубы жестче, следовательно, расходы на трубные опоры оказываются ниже.

Существуют методики определения жесткости тех или иных труб, позволяющие выбрать их в качестве опор свайного фундамента.

В результате расчетов оптимальными для возведения фундаментов признаны трубы, выполненные из конструкционных марок стали, диаметром от 73 до 300 мм, с толщиной стенки от 4 мм для самых мелких труб. Чаще всего берутся рядовые трубы со сталью 20, как наиболее распространенные на рынке.

Большое значение имеет замкнутость и надежность контура трубы

Важно отметить, что для свай рекомендовано использовать только бесшовные трубы

Порядок расчета допустимых нагрузок на сваи

На запас прочности опорного столба влияет его длина и диаметр. Пример зависимости этих показателей можно увидеть в таблице 1.

Таблица 1. Несущая способность винтовых свай.

Большое значение для расчетов имеет тип грунта на участке застройки, глубина залегания плотного несущего слоя, уровень промерзания почвы. При проектировании фундамента нужно подбирать такое количество стержней, чтобы проектная нагрузка на основание была меньше табличной, то есть обязательно должен быть запас прочности.

Основные составляющие расчетов нагрузки на сваи:

• диаметры ствола и лопастей;
• длина свайной конструкции;
• характеристики грунта.

Самый простой способ расчета выполняется при помощи формулы H = F / уk, где:

• H — вес, который выдерживает свайная конструкция;
• F — «чистая» нагрузка;
• уk — поправочный коэффициент.

Коэффициент надежности зависит от количества столбов в свайном поле, нагрузки на почву. Для определения поправочного коэффициента используют следующие данные:

• Коэффициент 1,2. Его используют в том случае, если были проведены точные геологические исследования с зондированием почвы, сбором образцов, лабораторными исследованиями грунта. Этот способ редко используют при строительстве частных домов из-за высокой стоимости геологической экспертизы.
• Значение 1,25. Такой коэффициент используется если было проведено пробное бурение. Сваю-эталон вкручивают в нескольких точках на участке застройки. Таким способом определяют глубину залегания несущего пласта, его толщину. Для выполнения пробного бурения нужны практические навыки, а также определенные познания в области геологии.
• Значение 1,75. Этот показатель применяется при самостоятельном исследовании грунта и использовании справочных данных. Он подходит для свайных фундаментов при количестве опорных столбов до 22 штук.

Для частного строительства лучше применять 2 способ, поскольку провести полноценную геологическую экспертизу своими силами невозможно.

Чтобы рассчитать неоптимизированную несущую нагрузку нужно выполнить вычисления по следующей формуле F = S x Rо, где Ro это прочность основания, а S — площадь лопасти. Ее вычисляют по специальной формуле или используют исходные данные, которые предоставляют изготовители винтовых свай.

Таблица 2. Размеры и вес свайных конструкций.

Диаметр столба, мм

Диаметр лопасти, мм

Толщина стали (ствол), мм

Толщина стали (лопасть), мм

При определении длины опорных конструкций нужно учитывать тип грунта и особенности климата данной местности. Поскольку сваи вкручивают ниже точки промерзания необходимо знать на какую глубину промерзает почва. Средние показатели для Москвы и Московской области:

• глинистые почвы и суглинки — 135 см;
• песчаные — от 164 до 176 см;
• каменистые — 200 м.

Для определения прочности основания (Ro) применяют табличные данные.

Таблица 3. Тип почвы и ее несущая способность.

Rо на глубине 150 см и более, кг/см2

Галька с включениями глины

Гравелистый с включениями глины

Песчаные почвы (крупная фракция)

Песчаные почвы (средняя фракция)

Песчаный (мелкая фракция)

Глинистые почвы и супеси

Вязкие глинистые почвы

Просадочный грунт или насыпное основание (с уплотнением)

Насыпной грунт (без уплотнения)

Данные из таблиц подставляют в формулу и находят ориентировочную нагрузку на основание. Полученное число умножают на коэффициент надежности и определяют проектную нагрузку на один опорный столб.

Более точное значение можно получить, используя множество коэффициентов: от глубины залегания лопастей и силы бокового трения до характера работы опоры, величины выдергивающих или сжимающих сил. Чтобы упростить работу используют данные из таблиц.

Таблица 4. Несущая способность одной свайной опоры (Ф ствола 108 мм, Ф лопасти 300 мм).

Несущая способность сваи в кг при глубине залегания лопасти, см

песчаные (крупная и средняя фракция)

песчаные (мелкая фракция)

Запас прочности свайных опор диаметром 108 мм позволяет использовать их в качестве основания для строительства каркасных, бревенчатых, брусовых домов в один этаж. Для двухэтажных построек, а также сооружений из кирпича и блока используют сваи большего диаметра.

Почему застройщики не доверяют основанию из свай?

Несмотря на широкое применение свайного фундамента некоторые застройщики с осторожностью утверждают о его долговечности. Дело в том, что при расчете количества опорных элементов, а также их параметров используют принципы и формулы, изложенные в СП 24.13330.2011

Методика расчетов, описанная в документации, основана на упрощенных моделях взаимодействия грунта и фундамента. Так, при проектировании не учитывают наличие блуждающих токов, а также агрессивность почвы и грунтовых вод. К негативным факторам следует относить и неоднородность почвенного состава на участке. Перечисленные аспекты в комплексе снижают эксплуатационный ресурс основания на десятки лет.

Как рассчитать количество свай для фундамента

Правильный расчет количества используемых свай нуждается в предварительной геодезической разведке. Прежде всего, необходимо рассчитать уровень промерзания грунта в зимний период, учитывая, что данный показатель отличается в разных регионах. Для прочной установки сваи ее нижний конец должен находиться ниже этого уровня.

А также необходимо выяснить степень плотности слоев грунта. Чем выше плотность, тем меньшую глубину сваи следует закладывать на этапе проектирования. К примеру, для полускальных и крупноблочных пород она будет минимальной (но не меньше 0,5 метра), а для песчаных и глинистых грунтов придется углубляться по максимуму.

1. Вычисление потенциальной предельной нагрузки на сваи

Перед началом расчета количества свай для фундамента следует выяснить несущую способность отдельной сваи. Общий вид формулы выглядит следующим образом:

В этом случае W является искомой фактической несущей силой, Q – расчетное значение несущей силы, рассчитанное для отдельной сваи по материалу, размерам и характеристикам грунта; k – дополнительный «коэффициент надежности», расширяющий эксплуатационный запас фундамента.

2. Вычисление расчетной нагрузки на сваи

Далее нам необходимо найти параметр Q, без которого расчет свайного фундамента невозможен. Расчетная нагрузка определяется по формуле:

Где S равно площади поперечного сечения лопастей сваи, а Ro – это показатель грунтового сопротивления на глубине размещения лопастей. Сопротивление грунта можно брать из готовой таблицы:

Что касается «коэффициента надежности» условного фундамента, его величина может варьироваться в пределах 1,2-1,7. Логично, что чем меньше коэффициент, тем ниже себестоимость фундамента на этапе проектирования, поскольку для достижения заданного значения несущей силы не потребуется использования большого количества свай. Чтобы уменьшить коэффициент следует провести качественный и достоверный анализ грунта на стройплощадке, привлекая специалистов.

3. Расчет нагрузки от конструкции здания

На завершающем этапе проектирования свайного фундамента проводится расчет количества свай. Для этого потребуется просуммировать все элементы конструкции здания: от капитальных стен и перекрытий, до стропильной системы и кровли. Провести точное вычисление всех компонентов довольно сложно, поэтому рекомендуем воспользоваться одним из специализированных калькуляторов. И также в калькулятор расчета вносятся эксплуатационные нагрузки, включающие предметы интерьера, мебель, бытовую технику и даже проживающих в доме людей.

4. Подсчет требуемого количества свай

Перед тем как рассчитать количество задействованных свай нам нужно получить на предыдущих этапах две величины: совокупную массу здания (M) и несущую способность сваи (W) умноженную на «коэффициент надежности». Значение несущей способности можно взять из Таблицы 1. Итак, если масса равна 58 тонн, а скорректированная несущая способность сваи СВС-108 равна 3,9 тонн, то:

Как показал пример расчета, для дома весом в 58 тонн потребуется 15 свай марки СВС-180. Следует отметить, что это значение приблизительно и не учитывает правила точного распределения свай согласно СНиП:

• Первые должны быть установлены в точках пересечения несущих конструкций;
• Остальные монтируются равномерно между обозначенными углами;
• Минимальное расстояние между отдельными сваями 3 метра;

5. Глубина установки свай и расстояние между ними

Базовое значение глубины установки сваи рассчитывается исходя из глубины промерзания грунта в конкретно регионе, плюс 25 сантиметров. И также перед тем как рассчитать свайный фундамент, необходимо выяснить:

• Уровень прочности сваи по материалу и конструкции;
• Несущую способность грунта;
• Провести расчет осадки свайного фундамента, со временем возникающей под нагрузкой здания;
• Дополнительные параметры (температурный режим в течение года, объем осадков, нагрузки от ветра и др.).