Фундаменты, изготовленные с использованием винтовых свай, применяются для постройки частных домов и мостовых конструкций, при возведении мелкоразмерных строений, таких как беседки и теплицы. Лопастные элементы, уплотняющие находящуюся под ними почву, способствуют большей прочности основания. Чтобы конструкция была долговечной, нужно правильно произвести подготовительные работы и расчет винтовых свай.
Изучение характеристик грунта
Чтобы рассчитать количество винтовых свай, нужно определить тип грунта, на котором планируются строительные работы. Чтобы узнать его прочность, можно бурить его вручную на полметра глубже, чем будет располагаться основание. Расчет свайного фундамента требует знания характеристик и коэффициентов, влияющих на прочность постройки. Необходимо выяснить:
- Тип почвы: суглинок, супесь, песчаный грунт и т.д.
- Коэффициент, показывающий соотношение частиц почвы и пустот.
- Тип консистенции и соответствующий ей прочностной коэффициент. Для глинистых грунтов используют 2 значения, одно из которых характеризует область вдоль протяженности сваи, другой – в районе ее подошвы. Почва может быть твердой, полутвердой либо пластичной (легко или туго разминающейся).
Для определения вида почвы нужно воспользоваться информацией из приложения к госстандарту «Грунты. Классификация». В этом документе приводятся характеристики, на которые надлежит опираться. Также нужны таблицы, в которых приводятся значения прочности грунтов, имеющих те или иные состав и консистенцию. Коэффициент зависит от твердости и состава почвы. При рассмотрении показателя для глинистых грунтов по длине сваи можно заметить: чем больше глубина, тем выше значение. Прочность мелкопесчаных почв, и без того небольшая, понижается при увлажнении.
Нельзя строить дом на пылеватом грунте: нужно заменить его на крупнопесчаный либо выбрать более подходящее место.
Сбор нагрузок свайного фундамента
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.
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.
Размеры ростверка и его армирование
Прежде чем проводить для свайного фундамента расчет количества свай, нужно выяснить, какие размеры будет иметь ростверк. Согласно СНиП 52-01, глубина заделки сваи должна соответствовать габариту арматурной анкеровки. Таким образом, при расчете ростверка наименьшая высота подбирается сообразно уровню заделки выпуска устанавливаемых арматурных элементов. Как стандартный показатель в малоэтажных постройках применяется значение 30-40 см. Но нередко можно встретить отклонения в одну или другую сторону.
На показатель высоты оказывают влияние несколько факторов:
- масса постройки – определяет уровень нагрузки на грунт;
- материал и устройство фундамента, метод монтажа свай;
- особенности почвы, зависящие от региона и климата.
Если приходится работать в требовательном грунте или специфичном климате, учитываются все вышеприведенные факторы. В целом принято считать, что высота плиточной части равна Н + 25 см, где Н – глубина установки свайного элемента в ростверк. При проведении вычислений учитывают нормы СНиП.
Расчет армирования ростверка не столь сложен, как в случае ленточного фундамента, из-за предсказуемости появляющихся напряжений. Преимущество в данной ситуации – надежные несущие качества свай, что особенно важно для нестабильных почв (насыпных, болотистых и т.д.), снижающие в таких случаях затраты в несколько раз. Арматурная конфигурация помогает компенсировать растяжения. Устраивать ее надлежит из стержней и прутков из стали. Первые имеют периодическое сечение, вторые – гладкое.
Использовать для бетонных построек композитные арматуры не рекомендуется из-за их высокой склонности к растяжению, влекущему за собой раскрытие трещин.
Как и в ленточных конструкциях, для продольного армирования используют хомуты для организации пространственной геометрии. Помимо них устанавливаются и вертикальные стержневые элементы для областей растяжения и иных требовательных участков. Если арматура маркирована литерой С, стыковые места соединяются свариванием, в прочих случаях выполняется обвязка проволокой. Если нет возможности пригласить для расчетов специалистов, их можно провести в программе Scad Office (инструмент «Арбат»). Сформированный каркас выкладывают в опалубку на низовые бетонные подкладки и монтируют вертикальные усилительные стержни.
Рекомендации по правильному армированию стыков можно изучить в СП 63. 13330.
Расчет количества винтовых свай
Расчет количества свай для фундамента требует знания двух параметров: общей нагрузки на фундамент, полученной из суммации постоянного и временного показателей, и несущей способности одной сваи. Разделив первое число на второе и округлив результат в большую сторону, можно получить искомое количество. К примеру, если нагрузочная сумма постройки равна 60 тонн, а несущая способность одного элемента – 3,8 тонны, потребуется 60/3,8=15,8 → 16 свай. Однако часто бывает, что на практике их нужно на несколько штук больше, особенно на «неудобных» грунтах.
Важно правильно провести расчет свай для фундамента и расставить их по периметру. По одному элементу ставят на каждом внутреннем и наружном углу, а также во всех местах пересечения и соединения ограждающих частей. Остальные сваи равномерно расставляют на прямолинейных участках. Дистанция между соседними опорами должна быть не более 3 м.
Для расчета несущей способности единичного элемента формулу можно представить так: W=(S*R)/k, где W – несущая способность, S – площадь поперечного среза лопасти, R – расчетное сопротивление почвы в области углубления (табличное значение), k – коэффициент для эксплуатационного запаса. Последний параметр зависит от точности выявления структуры почвы. Поскольку ее профессиональное изучение в лабораториях является дорогостоящим процессом и редко применяется при возведении частных домах, коэффициент обычно берут большим, равным 1,5-1,7 (тогда как при подключении услуг специалистов – 1,2-1,3). Таким образом, за экономию на данном аспекте платят увеличением количества задействованных свай.
Часто встречающиеся ошибки при проектировании свайного фундамента
Распространенная ошибка – проведение общего расчета для жилища и связанных с ним построек (сараев, веранд и т.п.). Так делать нельзя, поскольку у этих легких помещений совершенно другой уровень нагрузок. Для них проект составляют отдельно. То же самое относится к массивным внутренним объектам – чугунным котлам, печкам. В этом случае также подготавливается отдельный проект и выполняется дополнительное укрепление участка.
Также нельзя вывинчивать свайный элемент обратно. Иногда с помощью такой манипуляции пытаются отрегулировать высоту. Действие вредно тем, что почва при этом разрыхляется, несущая способность понижается и возникает опасность оседания опоры.
При гибочных работах на ростверке нельзя нагревать арматуру. Для соединения элементов друг с другом используют оправки, трубогибы и подобный инвентарь. Углы армируются по специально подготовленным схемам. Нельзя пренебрегать защитной прослойкой и допускать соприкосновения арматурных компонентов с опалубкой.
Сваи должны стоять строго вертикально. Если в процессе заглубления она хоть немного отклонилась, уперевшись в жесткую породу, закручивать ее дальше нельзя. Это приводит к потере опорных свойств. В месте установки не нужно заранее копать яму. Чтобы свая сохраняла функциональные характеристики, ее нужно именно ввинчивать в почву. Опасно монтировать опору недостаточно глубоко. Также к распространенным оплошностям относятся пренебрежение антикоррозионной обработкой и геологическим анализом грунта.
Перед монтажными работами нужно правильно рассчитать общую нагрузку на фундамент. Оплошности при проектировании и монтаже приводят к необходимости ремонта, обходящегося дороже, чем корректная установка фундамента.
