В силу некоторых особенностей земельных участков (проблемная структура грунта, наличие уклона или плотность возведения сооружений) при строительстве не всегда есть возможность поставить фундамент желаемого типа. В таких случаях оптимальный вариант – , который становится все популярнее благодаря многим его преимуществам.
Cхема буронабивных свай.
Особенности и преимущества буронабивного фундамента
В некоторых случаях при сооружении жилых зданий нет возможности устанавливать ленточный фундамент. Например, из-за наличия вблизи уже возведенных зданий или коммуникационных узлов. Такая проблема особенно актуальна в населенных пунктах, где площади участков небольшие и каждый владелец пытается возле дома разместить максимальное количество построек. Разрешить ситуацию так, чтобы не принести вреда основаниям уже существующих сооружений, позволяет использование буронабивного фундамента на сваях. При его сооружении есть возможность проводить все процессы с максимальной точностью. Кроме того, уровень вибрационных колебаний в процессе работы минимальный, что предотвращает разрушительное влияние на размещенные поблизости постройки.
Преимущества использования свай при сооружении фундамента:
- Относительная дешевизна сооружения. Монолитное или ленточное основание, если провести правильный расчет материалов, обойдется значительно дороже буронабивного.
- Универсальность применения. С помощью такого фундамента можно соорудить основание на любом типе грунта, включая участки, расположенные вблизи водоемов.
- Возможность установки на глубину промерзания грунта.
- Это решение подходит для конструкций из любых материалов. Например, для домов из кирпича, бруса или панелей.
- Скорость сооружения. На его строительство уходит около 5-7 суток.
- Безопасность. При постройке полностью исключена возможность негативно повлиять на уже готовые здания или нанести вред ландшафту.
Стоит отметить, что буронабивного фундамента не уступает ленточному или монолитному.
Еще одна особенность использования свай – заливка прямо на месте строительства. К проблематике сооружения такого фундамента можно отнести только бурение скважин для заливки, которые вырыть с помощью техники возможно не всегда, и вся работа проводится вручную.
Фото буронабивных свай
Расчет основных характеристик буронабивных свай
Перед началом строительства нужно совершить расчет несущей способности и выбрать материал изготовления, который напрямую будет влиять на показатели будущего основания.
Расчет несущей способности
Просто недопустимо выпускать из виду этот показатель в ситуациях, когда планируется сооружать здание на основании из свай. От него напрямую зависит количество используемых материалов и количество столбов, которые будет необходимо использовать при строительстве.
Несущая способность свай, на которые действует вертикальная нагрузка, зависит от уровня сопротивления основания (влияют используемые материалы), а также показатель сопротивляемости грунта. Чтобы провести расчет несущей способности свай, можно воспользоваться формулой:
Несущая способность = 0.7 КФ х (Нс х По х Пс х 0.8 Кус х Нсг х Тсг)
КФ – коэфф. однородности грунта.
Нс – нижнее сопротивление грунта.
По – площадь опирания столба (м2).
Пс – периметр столба (м).
Кус – коэффициент условий работы.
Нсг – нормативное сопротивление грунта боковой поверхности.
Тсг – толщина слоя грунта (м).
Для поиска некоторых значений можно использовать СНиП 2.02.03-85 (там содержится каждая необходимая таблица).
Проводя расчет несущей способности, также нужно учитывать размер столба. Как пример, столб диаметром 30 см выдерживает 1700 кг, а свая толщиной 50 см – уже целых 5000 кг. Это говорит об большом влиянии каждого сантиметра на уровень нагрузки, который будет выдерживать диаметр.
Расчет несущей способности: материал
Кроме размеров свай, проводя расчет нужно учитывать и материал. Как и в других типах фундаментов, большое значение имеет класс бетона.
Как пример, использование бетона В 7,5 может позволить основанию выдерживать нагрузку в 100 кг на 1 см2. Это достаточно большой показатель.
Технология сооружения фундамента на сваях
Буронабивное основание собирается непосредственно на участке. В сваях заключается его основная особенность – именно они берут на себя всю нагрузку будущего сооружения. Чтобы провести расчет установки, нужно узнать глубину промерзания земли и провести монтаж так, чтобы подошва столба находилась ниже этой отметки.
Обязательно проводится гидроизоляция опор с помощью рубероида, устеленного 2 слоями. Верхние части столбов соединяются с помощью ростверка и от ее типа зависит вид основания: заглубленный или висячий.
С целью предотвращения вспучивания на участке ростверки висячего типа устанавливаются от поверхности земли на отдалении около 10 см. Когда ростверк будет погружен в землю – его называют заглубленным (вкапывается на 20 см и больше). Если основание сооружалось на сваях и использовался ростверк, оно способно выдерживать 1.5 Т.
Алгоритм сооружения:
- Разметочные работы. Используется канат, уровень и другие приспособления.
- Рытье траншеи.
- Разметка расположения опор.
- Изъятие земли из места расположения столбов с помощью мотобура или другим способом.
- Установка опор. Перед их размещением в скважинах необходимо предварительно разместить рубероид в 2 слоя. Его рубашка должна полностью окутывать участок столба, который будет закопан в земле.
- Бетонирование.
- Соединение опорной части с ростверком.
- Укладка балки.
- Бетонирование стыков.
При бетонировании необходимо постоянно размешивать раствор. Это позволит добиться большей прочности основания: выйдет воздух и бетон будет более плотным.
Буронабивной фундамент – отличное и экономичное решение для возведения сооружений, не уступающее прочностными показателями, как пример, тому же ленточному основанию, а также позволяющее провести работу быстро.
Несущая способность свай - это максимальная величина нагрузки, которую способна выдерживать погруженная в грунт свая, не подвергаясь деформациям.
Существует два типа несущей способности свай - по материалу изготовления и по грунту. Данные о несущей способности конструкции исходя из ее материала могут быть получены при проведении теоретических расчетов, тогда как определение несущей способности сваи по грунту требует проведения практических исследований на месте строительства.
Методы определения несущей способности сваи
Данная величина демонстрирует, какую нагрузку из вне способна переносить условная площадь грунта (она, как правило, существенно ниже несущей способности самой сваи). Несущая способность почвы рассчитывается в двух показателях - тонн/м2 либо кг/см2.
На несущую способность грунта оказывают непосредственное влияние следующие факторы:
- Тип почвы;
- Насыщенность влагой;
- Плотность.
Чтобы определить несущие свойства грунта необходимо проводить геодезические изыскания - для этого выполняется бурение пробной скважины, из которой берутся пробы разных слоев почвы. Все исследования и расчеты проводятся в строительно-испытательных лабораториях с применением специального оборудования.
Представляем вашему вниманию таблицу несущей способности основных типов грунтов:
Таблица 1.1 : Несущая способность разных видов грунтов
При отсутствии возможности провести геодезические исследования вы можете самостоятельно определить ориентировочную несущую способность грунта, для этого с помощью ручного бура создайте скважину (до двух метров), опознайте тип почвы и сопоставьте ее с табличными данными.
Несущая способность свай СНИП
Несущая способность буронабивной сваи
Это сваи, сформированные в результате заполнения бетоном предварительно пробуренной скважины, они укреплены арматурным каркасом и, как правило, обладают уширенной опорной пятой, которая способствует равномерному распределению оказываемой на почву нагрузки.
Таблица 1.4 : Сопротивление разных типов грунтов под опорной подошвой сваи (R)
Увидеть усредненные показатели несущих характеристик буронабивных свай вы можете в нижеприведенной таблице.
Таблица 1.5 : Несущая способность буронабивных свай
Несущая способность забивной ЖБ сваи
Фактические несущие характеристики забивных ЖБ конструкций (Fd) рассчитывается как совокупность сопротивления почвы под нижней частью свайного столба (Fdf) и сопротивления по отношению к ее боковым стенкам (Fdr).
Формула расчета следующая: Fd=Ycr ×(Fdf+Fdr) , где:
Fdf = u * ∑Ycf * Fi * Hi
- u - внешний периметр сечения ЖБ столба;
- Ycr - коэф. условий работы столба в почве (=1);
- Fi - сопротивление слоев почвы на боковой стенке сваи;
- Hi - общая толщина слоев почвы контактирующих с боковой стенкой свайного столба
- Fdr = Ycr * R * A
- R - нормативное сопротивление почвы под нижним концом сваи;
- А - площадь опорной подошвы.
Несущие характеристики забивных железобетонных свай вы можете посмотреть в таблице
Таблица 1.6
: Несущие характеристики забивных ЖБ свай
Несущая способность винтовой сваи
Винтовые сваи - наиболее распространенный тип в свай в частном строительстве. Монтаж винтовых свай выполняется в кратчайшие сроки, а их несущих характеристик с запасом хватает для обустройства надежного фундамента под строительство 1-2 этажного дома из легких материалов.
Рис 1.5
: Виды винтовых свай
Формула расчета несущей способности винтовой сваи: Fd=Yc*((a1с1+a2y1h1)A+u*fi(h-d))
Yc
- коэф. условий работы столба в почве;
a1
и a2
- нормативные коэфф. из таблицы:
Таблица 1.7
: Нормативные коэффициенты угла внутреннего трения грунта
- с1 - коэфф. линейности почвы (для песчаных грунтов) либо значение удельного сцепления (для глинистых);
- y1 - удельный вес почвы расположенной выше лопастей сваи;
- h1 - глубина расположения сваи;
- А - диаметр винтовых лопастей за вычетом диаметра столба сваи;
- fi - сопротивление почвы по боковым стенкам сваи;
- u - периметр свайного столба;
- h - общая длина ствола сваи;
- d - диаметр опорных лопастей.
Предлагаем вашему вниманию характеристики несущих способностей наиболее распространенных в строительстве типоразмеров винтовых свай.
Таблица 1.8
: Несущая способность винтовых свай диаметром 76 мм.
Таблица 1.9
: Несущая способность винтовых свай диаметром 89 мм.
Как улучшить несущую способность сваи
Среди технологий увеличения несущей способности свайных оснований существуют как универсальные способы, применимые к свай любого типа, так и индивидуальные методы, которые реализуются отдельно для забивных и винтовых конструкций.
Инъектирование грунта
Это максимально эффективный метод увеличение несущих характеристик любых свай расположенных в дисперсных грунтах с невысокой плотностью.
Инъекции в грунт песчано-цементного раствора выполняются в пространство между сваями на глубину в 1-2 метра ниже крайней точки свайного столба.
Прежде чем приступать к проектированию и тем более строительству свайного фундамента, необходимо пройти ряд подготовительных этапов, заключающих в себе изыскания и расчеты различного типа. Результатом правильно проведенных предварительных мероприятий будет прочный, экономичный, и, главное, надежный фундамент. Одной из ключевых характеристик, влияющих на рентабельность того или иного типа свай, являются геометрические параметры свайных колонн.
Верно определить размеры поперечного сечения, глубину заложения, количество скважин и другие параметры, значит построить надежное основание для будущего здания.
Буронабивные свайные фундаменты - это одна из немногих конструкций, не поддающихся строгой классификации. Типовые размеры, представленные в различных сортаментах, сводах правил и государственных стандартах, являются лишь приблизительными рекомендациями. Тогда как серийно производимые изделия должны пройти ряд строгих проверок на соответствие стандартам качества, буронабивные сваи практически невозможно испытать, поскольку изготавливаются они в полевых условиях и закладываются прямо в грунт.
Бетонируемые непосредственно на строительном участке, буронабивные сваи отличаются высокими показателями прочности, вычислить которые можно только эмпирически. Испытания, проводимые на опытных образцах, показывают работу исключительно данных экспериментальных изделий. Поскольку условия изготовления, такие как тип грунта, уровень грунтовых вод, водонасыщенность рабочего слоя почвы, характеристики использованных арматуры и бетона, невозможно предугадать.Все имеющиеся прочностные и геометрические данные приблизительны и представлены только в качестве примера.
Конструкция буронабивных свай
Для типизации буронабивных свай используют деление по геометрическим признакам и технологическим особенностям производства и эксплуатации. СНиП 2.02.03-85 является актуализированной версий свода строительных норм и правил от 1983 года и предлагает классифицировать буронабивные сваи по способу изготовления следующим образом:
- Буронабивные сплошного сечения:
- с уширениями и без них;
- без крепления стенок;
- с укреплением боковых стенок скважин глиняным раствором или обсадными трубами (при дислокации свайной колонны ниже уровня грунтовых вод)
- Буронабивные с применением технологии непрерывного полого шнека; Береты – буровые, изготовляемые с помощью плоского грейфера или грунтовой фрезы;
- Буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые с последующим образованием уширения с помощью взрыва (в том числе и электрохимического).
От способа изготовления свайных столбов зависит их окончательная стоимость и, главное, максимальные и минимальные размеры свайных колонн. Важно учитывать разновидность буронабивных свай до начала строительства, поскольку различные технологии производства предполагают разный набор специализированного оборудования, а также допустимые габариты скважин.
Предварительная подготовка к расчету
Геологические изыскания
Определенные геометрические характеристики свайного столба это не просто прихоть подрядчика и проектировщика, а потребность, обусловленная необходимостью подобрать наиболее рациональный объем фундамента, способный не только выдержать предполагаемую нагрузку будущего здания, но и сэкономить бюджет заказчика. В каждом отдельно взятом случае перед определением размеров и устройством фундамента необходимо проводить ряд следующих исследований и изысканий:
- геологическая разведка местности – бурение контрольных скважин в стратегических точках участка для определения типа и величины грунтовых напластований, несущей способности грунта и прочих характеристик основания;
- гидрогеологические изыскания – определение уровня грунтовых вод, водонасыщенности грунта;
- расчет общей массы здания и определение предельной расчетной нагрузки на погонный метр фундаментной плиты;
- окончательный расчет геометрических параметров буронабивной сваи и необходимого количества свай выбранного сечения.
Результатом расчета будет сводная таблица размеров свайных колонн, и схема наиболее рационального фундамента с учетом выбранного типа буронабивных свай. Расчет размеров свай можно доверить проектному отделу строительной фирмы или провести самостоятельно. Не рекомендуется использование данных геологической разведки, полученных на соседствующих земельных наделах. Информацию о глубине промерзания грунта можно найти в СП 22.13330.2011.
Расчет свайного поля
После проведения геологических изысканий можно приступать к расчету свайного поля. Учитывая тип грунта, а также расположение уровня грунтовых вод, можно составить представление о предположительной глубине заложения скважин. В расположенной ниже таблице приведены примерные рекомендации глубин заложения в слабо просадочные грунты скважин, безопасных при указанных условиях:
Влажные, просадочные, высокопучинистые и другие ненадежные типы грунтовых оснований не рекомендуется использовать для устройства в них буронабивных свай.
Схема расположения грунтовых вод
Грунты с уровнем подземных вод выше, чем 1000 мм, считаются водонасыщенными и устройство свайных фундаментов на таких основаниях строго противопоказано технологией. Высокий уровень грунтовых вод можно понизить, проведя мероприятия по осушению, прокладке дренажных стоков и проч. Надежными слабо-пучинистыми грунтами считают те, в которых УГВ ниже глубины промерзания не менее чем на 1 метр.
Данные, приведенные в таблице, помогут составить общее представление о зависимости глубины заложения свайной колонны от характеристик грунта. Для получения более точных и надежных показателей следует провести несложный математический расчет. Принцип расчета состоит в принятии за эталон одного из показателей (например, диаметра) и расчета остальных, исходя из этих данных. Методом сравнения выбирают наиболее подходящую конфигурацию свай, из которых впоследствии формируют свайное поле.
Расчет длины висячих свай
Свайные столбы, не опирающиеся на несущий слой грунта, считают висячими. Это означает, что основную нагрузку воспринимают боковые стенки скважины,а не опорный слой грунта. Такие фундаменты предпочтительно устанавливать в районах с глубоким расположением каменистого слоя. Несущая способность таких свай не отличается от стоек аналогичного диаметра.
Если вам доступны данные геологии местности, а также тип грунта подходит для устройства буронабивных висячих свайных колонн, можно приступать к вычислению длины. Предполагаемая схема расчета выглядит следующим образом:
- Принимаем некую среднюю ширину поперечного сечения сваи n=60 мм.
- Рассчитываем нагрузку дома на погонный метр фундаментной плиты:
Висячие сваи различной длины
Чтобы рассчитать нагрузку на погонный метр фундамента, нужно общую нагрузку разделить на периметр. Посчитать общую нагрузку дома можно в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83* или СП 22.13330.2011 – в соответствующих разделах можно найти алгоритм расчета, необходимые значения коэффициентов ветровой и снеговой нагрузки и другую необходимую информацию.
Полученное значение в кг/м и будет искомой величиной. Средняя масса одноэтажного кирпичного дома 50 тонн. Следовательно, для дома с периметром 20 метров (10×10) нагрузка на погонный метр составит 2500 кг/м.
- Принимаем шаг колонн не менее трех диаметров и не более двух метров – для выбранного диаметра подойдет шаг 1,5 метра. Общее количество свай будет равняться 13.
- Рассчитываем нагрузку на одну сваю: для этого разделим на величину шага свай нагрузку, воспринимаемую погонным метром фундамента. Получим значение приблизительно равное 1700 кг/м.Такой необходимый предел прочности необходимо заложить в одну сваю.
- Для сваи площадью сечения 0,28 м2 такое значение прочности будет равняться:
F=R∙A+u∙Eycf∙fi∙hi;
Где F – несущая способность; R–сопротивление грунта, формулу расчета которого можно найти в СНиП 2.02.01-83*; А – площадь сечения сваи; Eycf,fi и hi– коэффициенты из того же СНиП; u–периметр сечения сваи, разделенный на длину.
Фундамент на буронабивных сваях
Для рассматриваемой в примере сваи двухметровой длины предельная нагрузка в глинистом грунте будет равняться 32,3 тонны, что позволяет уменьшить количество свай за счет увеличения шага свайных колонн, или уменьшить площадь сечения каждой отдельно взятой сваи, что позволит сэкономить средства, затраченные на бетонирование скважин.
Глубина таких свай будет зависеть исключительно от характеристик верхнего слоя грунта, относительного уровня расположения грунтовых вод и глубины промерзания. Следует также учитывать данные о промерзании грунтов и положении уровня грунтовых вод. Подробные примеры расчета глубины заложения висячих свай приведены в СНиП 2.02.01-83* в разделе 2 пункт 5 или в СП 50.102-2003.
Расчет длины стоек
Буронабивные сваи повышенной глубины заложения могут работать как стойки. И хотя обычно буровые типы являются висячими, встречаются конструкции с опиранием на твердый слой грунта. Расчет длины таких свай следует производить с учетом глубины расположения прочного несущего пласта.
Расчет длины буронабивных свай
В сети Интернет есть масса сервисов для автоматического расчета размеров и количества буронабивных свай. Использование таких сервисов накладывает определенный риск на пользователя, поскольку алгоритм не всегда учитывает все необходимые параметры, а владельцы программного обеспечения не несут ответственности за полученный результат.
Все сопутствующие вычисления несущей способности и геометрии сваи производятся в соответствии с технологией расчета свай-стоек и схожи с приведенным ранее примером. Дополнительную информацию о проведении расчета можно получить в вышеуказанных документах.
Зависимость диаметра сваи от типа монтажа
Площадь поперечного сечения буронабивной сваи соответствует площади скважного отверстия с поправкой на пластичность грунта. Форма замоноличиваемых свай близка к идеально цилиндрической, хотя и имеет незначительные уширения вследствие непроизвольного бокового продавливания бетонной смесью слабых мест грунта. Также в процессе заливки бетонной смеси путем увеличения подающего напора могут быть созданы умышленные уширения тела сваи для придания дополнительной прочности. Особенно актуальны такие действия для висячих свай.
Помимо всего прочего, средний диаметр буронабивной сваи определяется исходя не только из расчетных показателей, но и из возможностей оборудования, предназначенного для устройства того или иного типа свай. Примерные значения диаметров в зависимости от конструктивных особенностей установки:
Таблица диаметров в зависимости от конструктивных особенностей
Устройство баретов предполагается при наличии высокопучинистых нестабильных грунтов. Делать такой фундамент для среднестатистического основания нерационально. Конструкция бура предполагает устройство только скважин диаметром либо 300 мм, либо 400 мм.
Шаг диаметров определяется набором буров, используемых для устройства скважин того или иного типа. Конструктивные особенности каждой из разновидностей буровых установок не позволяют устраивать скважины большего или меньшего диаметра, чем те, что указаны в спецификациях на проведение работ. Ознакомиться с рабочими параметрами буровых установок можно у поставщика или арендодателя.
При устройстве свайного поля и определении размеров свайных колонн следует учитывать рекомендуемый шаг свай, от которого будет зависеть частотность скважин и распределение нагрузки. Посмотрите видео, по правильному монтажу свай:
Для равномерного распределения давления массы будущего здания на фундаментную плиту, необходимо соблюдать следующие правила:
- максимальное расстояние между буронабивными сваями не должно превышать двух метров;
- минимальный шаг свайных колонн должен находиться в пределах трех-четырех диаметров свай – в целях предотвращения обрушения стенок соседствующих скважин в сыпучих грунтах нужно увеличить минимальный предел;
- компоновку свайного поля следует производить с учетом расположения свай в угловых точках фундамента;
- по результатам расчета геометрических характеристик, после компоновки, общее количество свай должно соответствовать рекомендательным шаговым значениям – в случае превышения максимального шага свай следует увеличить количество скважин и уменьшить диаметр свай до предельно возможного;
- максимальные и минимальные размеры диаметров скважин не должны превышать допустимые для выбранного типа монтажа.
Соблюдая данные рекомендации, можно спроектировать наиболее эффективный и рациональный фундамент, не беспокоясь о его надежности. При необходимости следует обратиться за помощью к специалистам, но все расчеты можно произвести самостоятельно, без особого труда.
«Копать или не копать» – этот гамлетовский вопрос при строительстве дома решается однозначно: копать. Он порождает несколько встречных: какой фундамент выбрать, на какую глубину его залить, как сделать все надежно и не слишком дорого?
Траншейный ленточный фундамент – привычный для застройщиков вариант опорной части здания. Кроме положительных качеств он имеет серьезные недостатки. Главные из них — большая материалоемкость и трудоемкость.
Подошву бетонной «ленты» приходится заливать ниже отметки промерзания грунта. В средней полосе России это минимум 1,2 метра. В более суровых климатических условиях для защиты от морозного пучения приходится загонять десятки «кубов» бетона еще глубже.
Если стройка ведется на слабом грунте, то заглубление ниже горизонта промерзания не спасет здание от осадки. Дойти до плотного основания, на которое надежно ляжет железобетонная «лента» не всегда возможно. В этом случае остается единственный выход — фундамент на буронабивных сваях.
По себестоимости он дешевле ленточного, не требует привлечения мощной землеройной техники и быстрее строится. О том, что представляет собой такая конструкция, как она рассчитывается и строится, мы поговорим в этой статье.
Знакомимся с буронабивным фундаментом
Идея буронабивного основания очень простая: там, где невозможно с минимальными затратами докопаться до плотного грунта, можно использовать длинные столбики-стойки. Для соединения их в общую конструкцию используется ростверк – монолитная железобетонная лента, связывающая оголовки свай.
Полезно знать о том, что сваи сильно отличаются от обычных массивных фундаментов по характеру взаимодействия с грунтом. Свая передает нагрузку двумя путями: через нижний торец (пятку) и через боковую поверхность за счет сил трения между стенкой и грунтом.
В зависимости от того, какая часть конструкции включена в работу, все буронабивные сваи делят на два типа:
- Стойки.
- Висячие.
Свая-стойка опирается на плотный почвенный слой. Висячая конструкция держит нагрузку только за счет силы контакта с окружающим грунтом. Поскольку плотное природное основание залегает достаточно глубоко, то значительная часть буронабивных конструкций относится к висячему типу.
Классификация, расчет и другие важные параметры, без которых невозможно выполнить устройство буронабивных свай, содержатся в СНиП 2.02.03-85 – настольной книге всех проектантов и подрядчиков. Застройщик может руководствоваться готовыми таблицами из этого норматива. В них указывается несущая способность опорных стоек. Зная ее и определив вес здания, можно подобрать нужное количество свай.
Данные, указанные в таблице, ориентировочные. Точное значение несущей способности буронабивной сваи рассчитывают по формуле, учитывающей несколько параметров:
- диаметр;
- марку бетона;
- вид армирования;
- глубину бурения;
- механическую прочность грунта.
После всего сказанного, возникает вопрос: для каких зданий оправдано строительство буронабивного фундамента с ростверком? Некоторые застройщики считают, что такая конструкция не способна выдержать большие нагрузки, поэтому используют ее только для легких каркасных зданий, а также домов из бруса, газо или пенобетона. Это не так. На сваях сегодня стоят тысячи кирпичных девятиэтажек и никто не сомневается в их надежности.
Прочность буронабивной стойки, изготовленной в полевых условиях немного ниже, чем у конструкции, прошедшей полный цикл заводской обработки. Тем не менее, ее с запасом хватит для возведения кирпичного дома.
Главным условием качества в этом случае является правильный расчет и точное соблюдение технологии, включающей несколько этапов:
- Бурение скважины под буронабивные сваи (ручной мотобур или более мощная передвижная установка).
- Монтаж обсадной трубы (в сыпучих и сырых грунтах).
- Установку арматурных каркасов.
- Бетонирование скважины.
- Отсыпку песчано-щебеночной подушки под ростверк (толщина 10-15 см), компенсирующей подъем грунта в результате морозного пучения.
- Монтаж опалубки над поверхностью земли, установку арматуры и заливку ростверка, связывающего сваи.
Особенности расчета свайного фундамента
Первый шаг, с которого начинается расчет свайного поля – определение веса здания. Именно от него будет зависеть, сколько свай, какого диаметра и на какую глубину нам придется установить. Чем тяжелее дом, тем плотнее ставят сваи под стены.
При этом норматив требует, чтобы расстояние между центрами соседних опор было не менее 3-х диаметров сваи. При уменьшении этой дистанции происходит снижение несущей способности стоек.
Армирование свай выполняют вертикальными стержнями периодического профиля (диаметр 12-14 мм). Их количество зависит от диаметра стойки и может составлять от 3 до 8 штук. Между собой вертикальную арматуру соединяют горизонтальными отрезками стержней диаметром 6-8 мм. Заливка буронабивных свай должна выполняться бетоном марки не ниже 100.
Для более простого расчета стоимости материалов и несущей способности свай можно воспользоваться приведенной ниже таблицей.
В таблице выполнен расчет буронабивных свай длиною 2 метра и диаметром от 15 до 40 см. Арматура вертикальная 12 мм, поперечная — 6 мм с шагом 1 метр.
В качестве примера определим, сколько свай диаметром 20 см потребуется для фундамента под дом, вес которого составляет 60 тонн. Из таблицы видно, что одна стойка может выдержать вес не более 1884 кг. Разделив 60 000 кг на 1884 кг, получим 31,84 штук. Округляем в большую сторону до целого числа и получаем 32 сваи. Для их заливки (без осадных труб) нужно купить арматуру и бетон общей стоимостью 32х428,68 руб. = 13 717 руб.
Конечно, же итоговая стоимость вашего фундамента будет гораздо выше, так как в его стоимость войдет множество других затрат: земляные работы, доставка стройматериалов, устройство ростверка, услуги рабочих и техники. Однако при желании и объективной оценке своих сил все работы или их часть можно выполнить своими руками.
Полученное количество свайных опор нужно равномерно распределить под несущими стенами и перегородками здания, а также под всеми углами и пересечениями стен. При этом шаг свай будет зависеть от общей длины стен.
Характерным показателем прочности свайного фундамента является несущая способность отдельно взятой сваи. Эта характеристика влияет на общее количество свай в периметре фундамента – регулируя частотность, можно повышать предел нагрузки, которую будет способен выдержать фундамент. Количество буронабивных свай и несущая способность отдельно взятой свайной колонны это взаимосвязанные характеристики, оптимальное соотношение которых определяется путем проведения несложных расчетов.
Подготовка к расчету
Исходные данные, которые понадобятся для расчета несущей способности буронабивной сваи, получают в итоге проведения геологических изысканий и подсчета общей предполагаемой нагрузки здания. Это обязательные этапы расчета, проведение которых обосновано теорией расчета прочностных характеристик буронабивных фундаментов.
Такие показатели как глубина промерзания, уровень залегания грунтовых вод, разновидность грунта и его механические характеристики очень важны для получения точного результата. Информация о глубине промерзании грунта находится в СНиП 2.02.01-83*, данные разделены по климатическим районам, представлены картографически и в виде таблиц.
Не стоит полагаться на данные геологической и гидрогеологической разведки, полученные на соседних участках. Даже в пределах периметра одного земельного надела состояние грунтов оснований может резко изменяться. Три-четыре контрольные скважины в контрольных точках периметра дадут точную информацию о состоянии почв.
Расчет массы постройки ведут с учетом климатического района, расположения здания относительно румба ветров, среднего количества осадков в зимний период, массы строительных конструкций и оборудования. Этот показатель наиболее значим при проектировании фундамента – данные для проведения этой части расчета, а также схему и расчетные формулы можно найти в СНиП 2.01.07-85.
Проведение геологии
Проведение геологических изысканий ответственное мероприятие и в массовом поточном строительстве этим занимаются специалисты-геологи. В индивидуальном жилищном строительстве часто проводят самостоятельную оценку состояния грунтов. Не имея опыта проведения изысканий такого уровня очень сложно оценить реальное положение вещей. Работа грамотного специалиста по большей части заключается в визуальной оценке состояния напластований.
Для начала на участке устраивают шуфры – вертикальные выработки грунта прямоугольного или круглого сечения, глубиной от двух метров и шириной достаточной для визуального осмотра основания стенок ямы. Назначение шуфров – раскрытие почвы с целью осуществления доступа к напластованиям, скрытым под верхним слоем грунта. Геологи измеряет глубину пластов, берет пробу грунта из середины каждого слоя, а также впоследствии наблюдает за накоплением воды на дне забоя. Вместо шуфров могут устраиваться круглые скважины, из которых с помощью специального устройства вынимают керн или берут локальные пробы.
Шуфры укрывают на некоторое время – два-три дня – ограничивая попадание атмосферных осадков. После оценивают уровень воды, поднявшийся в полости скважины – эта отметка, отсчитанная от верхней границы, и будет уровнем залегания грунтовых вод.
Все полученные данные заносятся в сводную таблицу.Кроме того, составляется профиль сечения грунта, который позволяет предугадать состояние грунтов в точках, где бурение не производилось. При самостоятельной оценке оснований следует руководствоваться сведениями, представленными в СНиП 2.02.01-83* и ГОСТ 25100-2011, где в соответствующих разделах представлены классификации грунтов с описаниями, методы визуального определения типов грунта и характеристики в соответствии с типами.
Как использовать данные геологической разведки
После того как проведена геология местности – самостоятельно или нанятыми специалистами – можно приступать к определению начальных геометрических характеристик свай.
Нас интересуют тип грунта, показатель коэффициента неоднородности грунта, глубина промерзания и уровень расположения грунтовых вод. Схема расчета несущей способности буронабивной сваи для различных типов грунтов находится в приложениях СП 24.13330.2011.
Глубина заложения сваи должна быть как минимум на полметра ниже глубины промерзания, чтобы предотвратить воздействие морозного пучения грунтов на опорную часть колонны. Средняя глубина промерзания в центральной полосе России 1,2 метра, значит, минимальная длина сваи должна составлять в таком случае 1,7 метра. Значение меняется для отдельно взятых регионов.
Не только относительная влажность, но и взаимное расположение нижней отметки промерзания грунта и глубины залегания грунтовых вод. В холодное время года высоко расположенные замерзшие грунтовые воды будут оказывать сильное боковое давление на тело свайной колонны – такие грунты сильно деформируются и считаются пучинистыми.
Некоторые грунты, характеризующихся как слабые, высокопучинистые и просадочные, не подходят для устройства свайных фундаментов – для них больше подходят ленточные или плитные фундаменты. Определить тип грунта, а также тип совместимого фундамента, значит исключить скорое разрушение конструкций. Показатели неоднородности грунта, указанные в таблицах вышеперечисленных нормативных документов, используются в дальнейших расчетах.
Расчет общей нагрузки
Сбор нагрузок позволяет определить массу здания, а значит усилие, с которым постройка будет воздействовать на фундамент в целом и на его отдельно взятые элементы. Существует два типа нагрузок, воздействующих на опорную конструкцию – временные и постоянные. Постоянные нагрузки включают в себя:
- 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
Ростверк на винтовых сваях 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.
Существуют различные типы особых нагрузок, которые также необходимо учитывать при проектировании. Это сейсмические, вибрационные, взрывные и прочие.
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.
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:
Зависимость несущей способности от ширины сваи Существует масса сервисов, позволяющих провести расчет несущей способности сваи онлайн. Пользоваться следует только проверенными порталами, с хорошими отзывами.
Важно не превышать допустимую нагрузку на сваю и оставлять запас прочности – немногие сервисы умеют планировать распределение нагрузки, поэтому следует обратить внимание на алгоритм расчета.
