Расчет количества свай для фундамента

Свайный фундамент является одним из самых нетребовательных к плотности грунта и его составу. Отличается минимальной стоимостью, по сравнению с другими типами оснований, а также относительной простотой монтажа. Именно поэтому его и выбирают строители и проектировщики для малоэтажных объектов.

Однако все преимущества данного типа фундамента можно получить только при выполнении грамотного расчета количества свай с учетом конкретных условий эксплуатации. Буронабивные или винтовые сваи под дом обязательно должны иметь достаточный запас прочности.

Основные этапы проведения расчетов количества свай

Расчет количества буронабивных или винтовых свай для фундамента производится в два основных этапа:

1. Вычисление общих нагрузок на основание, включая вес самого фундамента вместе с ростверком. В общий вес также включается и полезная нагрузка: вес мебели, предметов интерьера и т. д. Все эти факторы называются статической нагрузкой.Для большей точности следует учесть и переменные влияющие факторы, такие как количество выпадающих осадков, вес всех жильцов и ветровое давление. Во внимание при расчетах особое внимание уделяется данным, полученным в ходе инженерных изысканий: плотность грунта, уровень промерзания, глубина залегания грунтовых вод, пучинистость.
2. Расчет нагрузки на одну сваю и определение ее несущей способности. Зная максимальные нагрузки, их следует сравнить со значениями статических и переменных величин из первого пункта, чтобы обеспечить достаточный запас прочности.

Расчет длины и диаметра свай

Для проведения расчетов необходимо опираться на следующие данные инженерных изысканий:

• особенности грунта на площадке под застройку;
• гидрогеологические данные.

Данные параметры позволят определить геометрию свай, а также их конструкцию. Для упрощения расчетов принимают сваю за жестко закрепленный в земле стержень. Его положение от подошвы для крепления ростверка определяется расстоянием L1, которое можно вычислить по формуле:

где Lо – длина части сваи от уровня грунта до подошвы высокого ростверка;

аs – коэффициент деформации, который можно взять из соответствующих справочников, либо из СП 24.13330.2011.

Для буронабивных свай глубина погружения в скальный грунт, кроме сильно сжимаемого, определяется по формуле:

Расчет общих нагрузок на основание

Вычисление общих нагрузок возможно только при наличии проекта дома с деталировкой и перечнем используемых материалов. Точный расчет можно проводить на основании СП 24.13330.2011, но для жилых объектов рекомендуется применять упрощенную схему. Это позволит получить чуть меньшую точность, но хорошим запасом по прочности, а также не привлекать специалистов-проектировщиков.

Определяем фактическую массу здания

В понятие фактической массы здания входят все применяемые строительные материалы и конструкции для его возведения: стены, перекрытия, кровля, перегородки, окна, двери, установленное количество свай и т. д. Для определения веса стен можно воспользоваться следующими данными:

1. Кирпичная кладка, толщиной в 150 мм (в полтора кирпича), создает нагрузку на фундамент величиной в 30-50 кг/м2.
2. Оцилиндрованные бревна, брус или сруб способны нагрузить основание на 70-100 кг/м2.
3. Вес железобетонных плит с толщиной 150 мм составит 300-350 кг/м2.
4. Каркасные панели создадут нагрузку на фундамент величиной в 30-50 кг/м2.

Для определения веса перекрытий необходимо ориентироваться на такие значения:

1. Чердачное перекрытие с применением деревянных балок и утеплителя плотностью менее 200 кг/м3 создаст нагрузку на фундамент 70-100 кг/м2.
2. Перекрытие чердака деревянными балками и настилом утеплителя плотностью менее 500 кг/м3 создадут нагрузку для фундамента 150-200 кг/м2.
3. Цокольное перекрытие деревянными балками с утеплителем плотностью менее 200 кг/м2 нагрузят  основание на 100-150 кг/м2.
4. Перекрытие цоколя деревянными балками с утеплителем плотностью до 500 кг/м3 создадут нагрузку для фундамента 200-300 кг/м2.
5. Перекрытие на основе железобетонных плит создадут нагрузку в 500 кг/м2.

Упростить расчет нагрузки кровельного материала можно путем использования данных компании изготовителя.

Для большинства объектов достаточно брать средние значения нагрузки по каждому их конструктивных элементов здания. Однако, если предполагается строительство из плотных материалов, например, кирпича без пустот либо плотных пород древесины, то тогда нужно расчет проводить с использованием максимальных величин.

Определение полной нагрузки на единицу площади производят путем суммирования всех нагрузок и умножения полученного значения на коэффициент 1,5, который обеспечит запас прочности в 50%. Для большинства жилых домов этого запаса будет достаточно.

Определение снеговых нагрузок

Величина снеговых нагрузок определяется согласно СП 20.13330.2011 по формуле:

где ce – коэффициент сноса снега под действием внешних факторов, таких, например, как ветровых потоков;

ct – термический коэффициент;

µ – коэффициент перехода между снежным покровом и кровельным покрытием;

Sg – масса снежного слоя на единицу площади (1 м2).

Все коэффициенты необходимо взять из таблиц СП 20.13330.2011. При этом вес снегового покрова следует определить с использованием карты снеговых районов.

Величина снежных нагрузок для юга России составляет 50 кг/м2, для средней полосы – 100 кг/м2, а для севера – 190 кг/м2.

Критерии оценки ветровых нагрузок

Для фундамента на основе буронабивных или винтовых свай ветровые нагрузки также стоит учитывать, так как они могут создавать сдвиговые поперечные деформации. Расчет производится согласно СП 20.13330.2011. При этом обязательно учитывают следующие факторы:

1. Преобладающий тип ветровых потоков.
2. Предельные значения давления ветра на единицу площади.
3. Наличие вихревых потокообразований.
4. Возможное образование некоторых видов неустойчивых аэродинамических колебаний.

Нормативные ветровые нагрузки определаются путем суммирования средней и пульсационной составляющих.

При наличии в конкретном регионе преобладающих ветров к нагрузке нужно добавлять минимум 30-35% запаса. Это позволит покрыть возможные неточности при расчетах буронабивных оснований.

Вычисление полезных нагрузок

Расчет полезных нагрузок для буронабивных и винтовых свай вычисляется по методу, описанному в СП 20.13330.2011.  Во внимание берутся все предметы интерьера, люди и домашние животные. Для жилых домов рекомендуется брать усредненную нагрузку, которая составляет 150 кг/м2.

Посмотрите видео, которое рассказывает о вычислении полезных нагрузок, а также испытании свайных опор.

Расчет несущих характеристик сваи

Несущие характеристики сваи в конкретном типе грунта являются важными, поскольку в случае пренебрежения ими может возникнуть ситуация, когда характеристики сваи превысят возможности почвы и появятся усадки. Вследствие негативного влияния проседания почвы вес здания будет распределен неравномерно и могут возникнуть нежелательные деформации или частичное разрушение объекта.

Определить несущую способность грунта можно только после проведения изысканий. Затем, зная состав залегающих слоев и с использованием таблиц из нормативных документов можно вычислить несущую способность почвы. В таблице 1 приведены значения для типичных грунтовых составов.

После этого определают несущие характеристики одной сваи. Для этих целей также необходимо пользоваться справочными данными для конкретного типа свай либо данными от производителей свайных элементов для буронабивных или винтовых свай. В качестве примера в Таблице 2 приведены данные по определению несущих способностей винтовой сваи 89х300 (Т).

Расчет количества винтовых или буронабивных свай для фундамента производится обычным делением полной нагрузки объекта на несущую способность одной опоры.

Каким должен быть шаг размещения свай?

Полученное значение количества свай является недостаточным для расчета фундамента, так как их размещать можно только определенным образом, соблюдая определенный шаг, чтобы не нарушить плотность грунта и не ухудшить его несущие способности.

Рекомендуем посмотреть видео на тему размещения опор на необходимом расстоянии.

Максимальный шаг для домов из разных материалов составляет:

1. Для деревянных на основе готовых каркасов, бревен либо бруса допустимый интервал между сваями составляет 3 м.
2. Для домов на основе пенобетонных блоков или шлакоблока шаг между сваями должен быть до 2-х метров.

Минимальный шаг свай фундамента ограничен несущими способностями грунта. При установке буронабивных свай или закручивании винтовых происходит уплотнение почвенных слоев. Поэтому слишком близкое расположение является не только нецелесообразным с технической, а и финансовой точки зрения.

Шаг установки свай определяется их диаметром и не может превышать более 3 диаметров опор.

Заключение

Расчет фундамента и определение количества свай для буронабивных и винтовых опор производится с учетом множества влияющих факторов, каждый из которых требуется в обязательном порядке учитывать. Любые ошибки могут сыграть критическую роль в длительности эксплуатации объекта. Поэтому необходимо, как минимум, делать достаточный запас по прочности.