Правила расчета фундамента свайного типа

Общее описание свайного фундамента

Свайный фундамент относится к фундаментам глубокого заложения – передача нагрузки на основание происходит не только по подошве, но и по боковым граням сваи, что происходит за счет трения и сцепления с грунтом основания. Устройство такого фундамента – довольно сложный процесс, требующий значительных трудозатрат, а также применения специальных технологий, оборудования и механизмов. Проектировать свайный фундамент целесообразно в случаях, если:

• строительный участок имеет сложные геологические условия;
• несущая способность основания недостаточна для устройства фундаментов мелкого заложения – ленточных, столбчатых или плитных.

К сложным горно-геологическим условиям можно отнести такие типы сжимаемых оснований: просадочные, насыпные или пучинистые грунты, а также условия вечной мерзлоты, болотистую местность. Свайный фундамент менее подвержен деформациям, связанным с изменениями характеристик грунтов при их намокании, проседании, сдвиге геологических слоев. Такой тип фундамента является более стабильным, он менее подвержен перемещениям при нагрузке, осадке и крену.

Необходимость устройства свайного фундамента также может возникнуть, если грунты основания имеют низкую несущую способность. При выполнении расчета, может оказаться, что площади подошвы плитного фундамента недостаточно или плита требуемых размеров значительно выступает за контур здания. Свайный фундамент в подобном случае позволит использовать в качестве основания нижележащие слои.

Что нужно учесть

Если имеет место другой вид основания – ленточный мелкозаглубленный фундамент, плита – расчет арматуры будет происходить по тому же алгоритму. Некоторые источники предлагают выбрать диаметр по средним значениям, но это не всегда верно, лучше определить его самостоятельно.

Расчет фундамента должен учитывать шаг меду прутьями каркаса: он не должен превышать 30 см. Для точного его определения существуют формулы, но можно ими пренебречь, просто взяв кратное габаритам сечения конструкции значение. Для ростверка высотой 30 см очевидно, что оптимально устройство 2 рядов. Если высота конструкции 60 см (600 мм), понадобится 2-3 обвязки (шаг 20 или 30 см соответственно), при этом сверяйтесь с таблицей по величине диаметра и количеству арматуры. Для горизонтальной плоскости принцип аналогичен.

Также при вязке каркаса учитывайте габариты бетонной формы: необходимо предусмотреть защитный слой, который не даст арматуре заржаветь. Обычно его принимают в размере 3 диаметров прутков.

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.

Порядок вычислений

Всегда первый шаг в любой работе – это проектирование.

Для проведения расчетов можно использовать стандартизированную методику для винтовых свай, описанную в СНиП –85. В ее основе лежат данные по геодезическим исследованиям конкретного участка земли.

В них входят следующие сведения:

• описание рельефа участка;
• состав и плотность грунта;
• уровень залегания грунтовых вод;
• глубина промерзания почвы;
• посезонный уровень осадков в регионе застройки.

При помощи этих данных вычисляется количество винтовых свай для фундамента (К).

Для расчетов понадобятся такие показатели:

• общая нагрузка на фундамент (Р), представляющая собой сумму масс всех использованных материалов;
• коэффициент надежности (к), являющийся корректирующим показателем для значения общей нагрузки на сваи;
• несущая способность грунта – табличное значение;
• площадь пяты сваи, находящаяся в прямой зависимости от ее диаметра, – табличное значение;
• максимально допустимая нагрузка (S), показатель для одной сваи – табличное значение.

Коэффициент надежности (к) коррелирует с общим количеством свай и имеет соответствующие значения:

• к=1.4, если свай от 11 до 22 штук;
• к= – от 5 до 10 штук;
• к= – от 1 до 5 штук.

На каждую сваю ложится нагрузка, равная общей нагрузке, деленной на количество опор. Чем их меньше, тем сильнее нагрузка на одну сваю и тем быстрее она приходит в негодность, а вместе с ними весь фундамент и дом.

Правильный расчет заключается в подборе такого количества свай, которого хватит на весь период эксплуатации строения, но без чрезмерных излишков, являющихся пустой тратой средств.

При помощи приведенной формулы, коэффициента для винтовых свай расчет нагрузок и дальнейшее строительство не сопряжено с особыми трудностями.

При окончательных расчетах необходимо распределить нагрузки под несущими конструкциями и критическими точками с излишним давлением на фундамент с учетом:

• типа свай (висячих или стоек);
• массы;
• значения кренового усилия.

Основной алгоритм

Расчет фундамента под дом производится в несколько этапов:

1. Определение несущей способности элементов и степень их заглубления.
2. Расчет необходимого количества свай/блоков (в зависимости от типа фундамента).
3. Подходящая арматура для фундамента, расчет каркаса.
4. Количество бетона, его вид.

Для каждого типа основания существуют свои дополнения и особенности.

Расчет свайного фундамента сводится к определению необходимых размеров составляющих элементов, величины их заглубления, шага между ними, планирования разбивки на чертежах. При крупном строительстве инженеры используют сложные вычислительные формулы для определения всех параметров. Мы рассмотрим упрощенный пример расчета фундамента с применением свай разного типа, используемых при частном строительстве.

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.

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.

Пример расчета сваи по формуле 2

По формуле (1) можно определить диаметр свай и их количество, если известен общий вес, Р строения. Можно определить вес, Р сооружения, которые выдержат сваи, то есть решить обратную задачу.

Решим прямую задачу. Примерный вес строения можно определить, если известна этажность, материалы стен и перекрытий, вес кровли.

Площадь грунта, на которую опирается основание сваи, определим через ее диаметр d:

a периметр сваи равен

подставив (4) и (5) в (2), после элементарных преобразований получим:

Пусть глубина погружения сваи равна 3 м и при этом верхний глинистый слой имеет толщину1,5 м, и нижний слой составляет крупный песок. Пусть коэффициент пористости е≤0,55, и в верхнем слое глина находится в мягкопластичном состоянии, то есть показатель текучести IL=0,6.

По таблице 1 определяем расчетное сопротивление глинистых грунтов, fгл=25(2,5)кПа (тс/м 2 ) и по таблице 2 расчетное сопротивление песчаных грунтов, fпес=85(8,5) кПа (тс/м 2 ). По таблице 4 определяем расчетное сопротивление песчаного слоя Rпес=4100(410) кПа (тс/м 2 ). Подставим эти значения в тс/м 2 в формулу (6).

Fd=π[410d 2 /4+d(2,5·1,5+8,5·1,5)]= π[410d 2 /4+d(2,5·1,5+8,5·1,5)]= = π(410d 2 /4+16,5d).

При диаметре d = 30 см=0,3 м, Fd=44,5 т.

При диаметре d = 20 см, Fd= 23т.

Требуемое количество свай N необходимо определять, проверяя условие:

где Р – вес сооружения.

Понятно, что одновременно с решением прямой задачи можно выполнить расчет размера свай.

Для свай, имеющих в сечении квадратную форму со стороной а, формулу (6) необходимо преобразовать, и она примет вид:

Подводя итог, следует отметить, что выполнен, пожалуй, самый простой расчет. И цель его состояла в определении приблизительного количества свай. Намного сложнее выполнить расчет на воздействие сил морозного пучения. А его также необходимо выполнять. Для такого расчета потребуется определять удельную касательную силу морозного пучения, но это можно выполнить только опытным путем. Поскольку фундамент требует серьезного к себе отношения, то целесообразно воспользоваться услугами специалиста.

Пример расчета буронабивной основы

Прежде всего следует вычислить несущую способность одной сваи. Для примера возьмем наиболее распространенный вариант — диаметр скважины 30 см, несущая способность грунта составляет 4 кг/см2. По таблицам СНиП определяем, что несущая способность на песках средней плотности составит около 2,5 т.

Затем производится подсчет общего веса дома. Он делается по обычной методике, но к нему понадобится прибавить вес ростверка, для чего следует вычислить объем ленты и умножить его на удельный вес бетона.

После этого нагрузку на сваи делят на несущую способность единицы и округляют до большего целого значения. Это — количество буронабивных свай, необходимое для дома заданного веса, выстроенного в заданных условиях.

Даже состав грунта редко соответствует лабораторным показателям из-за различных примесей, включений или прочих напластований, изменяющих все параметры.

Поэтому в любом случае надо делать запас прочности, превышающий обычные коэффициенты, заложенные в формулы. Рекомендуется увеличивать его на 10-15%.

Расчет фундамента

Возведение любого дома начинается с расчета фундамента, он является опорой для всей вышележащей конструкции и оттого насколько качественно его смонтировали, зависит долговечность всего сооружения

Принимая решение о выполнении работ по созданию основания своими руками, важно не допустить ошибок при начальных вычислениях и тем более не нужно пытаться сэкономить на материалах. Помните, что грамотно спроектированный фундамент — залог вашей безопасности

Инструкция

Рядовому пользователю необязательно быть специалистом в строительстве для того, чтобы пользоваться нашим сервисом. Интерфейс интуитивно понятен, а любое недопустимое значение программа обозначит красной подсветкой.

В большинстве случаев, от вас требуется лишь ввести минимальное количество информации:

• предполагаемые габариты фундамента;
• марку арматуры на выбор;
• марку бетона.

В процессе расчета фундамента под дом, вам может быть потребуется ввести некоторые дополнительные величины, но их также можно рассчитать на наших калькуляторах:

• глубина заложения фундамента;
• расчетное сопротивление грунта;
• калькулятор блоков (расчет нагрузки).

Мы подготовили для вас ознакомительное видео, в котором поэтапно рассказывается весь функционал и принцип работы калькулятора фундамента онлайн.

Наш калькулятор также позволяет произвести расчет объема (кубатуру) фундамента в м3, для того чтобы заранее знали, какой объем земляных работ предстоит выполнить.

Расчет бетона на фундамент

Бетон является важнейшим компонентом фундамента, по сути это его «плоть» и от того насколько качественная смесь используется, зависит большинство характеристик основания

При выборе раствора особое внимание стоит уделять показателю класса (марки) прочности, который определяет предельно-допустимые нагрузки на сжатие полностью сформировавшейся смеси. Выражается в кгс/см², т.е

сколько кг способен выдержать 1 см2 поверхности.

По большей части, марка бетона определяется пропорциями цемента, песка (щебня, гравия) и воды, а также условий при которых раствор затвердевал Всего существует около 15 классов прочности о тМ50 (В3,5) до М800 (B60), но в частном строительстве наиболее распространены марки М100-М400. Соответственно, бетон М100 подходит для легких сооружений – гаражей, бань, оборудования, а М400 – для многоэтажных тяжелых зданий, например, из кирпича. Но в абсолютном большинстве случаев, выбирается бетон марки М300.

С помощью нашего калькулятора, вы получите расчет бетона на фундамент (объем, масса). Все значения будут доступны прямо в интерфейсе – вам не нужно переключаться на другие вкладки. Однако от вас требуется ввести, используемую марку бетона.

Расчет цемента на фундамент с помощью нашего онлайн-калькулятора никогда не был таким простым. Просто заполняйте поля в инструменте и в результатах расчета вы получите необходимые значения!

Расчет арматуры для фундамента

Арматура – второй по важности компонент фундамента (его «кости»), который позволяет компенсировать и нивелировать воздействующие нагрузки на расстяжение и изгиб. Всеизвестный факт, что бетон не отличается гибкостью и пластичностью, однако он обладает высокой прочностью на сжатие

Для того чтобы объединить эти качества и повысить эксплуатационные характеристики основания, а также недопустить деформации после возведения сооружения – фундаменты армируют.

Армирование фундамента представляет собой создание определенный типа каркаса из соединенных горизонтальных, вертикальных и поперечных стержней. Наиболее значимой характеристикой арматуры является ее диаметр и ее выбор зависит от типа грунта, температурных особенностей, стеновых материалов и габаритов возводимой конструкции. Считается, что для легких построек оптимально применять 10 мм стержни, 12 мм – для одноэтажных и малоэтажных зданий из пористых материалов, 14 мм – для малоэтажных из тяжелых материалов, 16 мм – для многоэтажных сооружений и сложных грунтов.

Вторым важным показателем является шаг вязки арматуры. Обычно он подбирается на глаз, на основании общей массы конструкции и типа подстилающего грунта, величина должна находится в пределах 200-600 мм. Стандартный интервал, который применяют в частном строительстве – 500 мм.

Встроенный калькулятор расчета арматуры на фундамент позволяет получить посчитать количество стержней, их общую длину, массу и объем. Результат предоставляется, как при расчете ленточного фундамента, так и монолитной плиты.

Подготовка к расчетам

Данные, которые будут использоваться для подсчета несущей способности свай, получают после проведения геологических процедур и расчета планируемого давления на постройку. Сбор этих данных крайне важная работа, так как именно от них зависит правильность результата подсчетов.

Таблица, которая позволяет определить разновидность грунта по характеристикам.

Определение несущей способности свай не может базироваться на данных, собранных на соседних участках.

Даже в пределах одной земельной территории геологические показатели могут довольно сильно варьироваться. Несколько скважин по периметру участка, позволят собрать детальную информацию о качестве грунта. Ошибка в сборе данных может привести к довольно неприятным последствиям.

Часто встречающиеся ошибки при проектировании свайного фундамента

Пристройки имеют меньшую нагрузку, поэтому рассчитываются по-другому

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.

Группы предельных состояний

Предельные состояния оснований – это состояния, при которых строительная конструкция прекращает удовлетворять требуемым параметрам (уменьшается сопротивление нагрузкам, возникают недопустимые смещения и повреждения).

В целом все несущие основания рассчитываются по 2-м группам предельных состояний. По 1-й группе основание рассчитывают на прочность и устойчивость, а по 2-й группе – на прогибы, деформации и величину раскрытия трещин:

1. Первая группа (потеря несущей способности) — основная, т.к. если конструкция не проходит расчетами по ней, то это будет представлять угрозу для жизни.
2. Вторая группа связана с непригодностью конструкций к нормальной эксплуатации.

Арматура

Расчет армирования ростверка – не менее важный этап строительства. Стальной каркас помогает фундаменту справиться с нагрузками, повышает его упругость, увеличивает период «жизни» основания здания.

Расчет необходимого количества арматуры для ростверка с нашим онлайн-калькулятором очень прост.

Перед этим нужно определить схему каркаса. И после этого занести показатели в соответствующие поля для дальнейшего расчета. Это:

1. Количество поясов. Как правило, планируется два продольных: верхний и нижний.
2. Количество рядов в каждом поясе. Это количество продольных стержней в конструкции каждого пояса. Учитываются и дополнительные (промежуточные) пояса, если таковые предусмотрены схемой армирования.
3. Шаг поперечных и вертикальных стержней. Для создания прочного каркаса применяются вертикальные и поперечные перемычки (стержни). Они усиливают жесткость конструкции и формируют прямоугольное сечение ленты. Шаг — расстояние между соседними поперечными и вертикальными перемычками.

После внесения всех данных Вы получите исчисления, в которых будут указаны длины необходимой арматуры: продольной, поперечной, вертикальной и общей.

Монтаж армопояса для ростверкаФото из открытых источников

Рассчитываем ростверк

Свайная основа может быть сконструирована из одних опор, по которым укладывают нижнюю обвязку строения.

Ростверком называют балку или железобетонную плиту, по горизонтали соединяющую верхушки каждого винтового элемента. Свайно-ростверковые основы одинаково хорошо подходят для строительства деревянных и пеноблочных зданий. Ленточный ростверк может быть монолитным или сборным, главное, чтобы он был вылит из бетона, марка которого не ниже 150.

Чтобы ростверк был грамотно сооружен и создал прочную связку между винтовыми элементами, нужно правильно рассчитать его габариты. Существует ряд специальных расчетов, мы же ограничимся минимальными размерами связующей ленты:

Фундамент с железобетонным ростверком

1. Высота – 30 см.
2. Ширина – 40 см.

Чтобы придать ростверку необходимую жесткость, его нужно усилить продольной и поперечной арматурой (в диаметре 10-12 мм). Прутья соединяются при помощи проволоки по принципу армопояса. Расстояние от арматуры до края ростверка должно составлять не менее 2,5 см, чтобы металлические прутья полностью загерметизировались бетонным раствором и не подвергались коррозийным процессам.

Соединение ростверка с опорами может быть жестким, когда его арматура связывается с прутьями свай, или свободным, когда ростверк без дополнительной подвязки лежит на опорах фундамента. В обоих случаях нагрузка между сваями распределяется равномерно.