Статья рассказывает о несущей способности винтовых свай с диаметром ствола 108 мм в разных грунтовых условиях.
1. Несущая способность сваи или грунта?
2. Несущие свойства грунта
3. Параметры винтовых свай 108
4. Расчет несущей способности фундамента из винтовых свай
Несущая способность сваи или грунта?
Выражение «несущая способность винтовой сваи», которое часто используют сегодня, не вполне корректно.
Для любого сооружения способность свай к восприятию проектных нагрузок будет определяться прежде всего несущей способностью грунтов. Конструктивные и геометрические параметры второстепенны, а кроме того, также назначаются на основании данных о грунтовых условиях в пятне застройки и данных о нагрузках от строения.
То есть, если нет понимания, какими характеристиками обладают грунты, в которые будет установлена винтовая свая, говорить о ее несущей способности не имеет смысла. Это касается винтовых свай любых конструкций и типоразмеров, в том числе с диаметром ствола 108 мм.
Необходимый минимум информации о грунтах можно получить, если провести комплекс исследований, использующих методики, разработанные специалистами компании «ГлавФундамент» путем обобщения большого количества данных и в соответствии с требованиями действующих нормативных документов (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»).
Несущие свойства грунта
Несущая способность грунта – один из основных параметров, определяющих, сможет ли основание выдержать нагрузку, передаваемую на него фундаментом здания.
Несущая способность грунта характеризуется нагрузкой (напряжением), которую основание выдерживает, находясь в предельном состоянии, то есть при малейшем увеличении которой происходит разрушение грунта (развитие площадок скольжения). В практике проектирования никогда не приближаются к этому состоянию, так как изменчивость свойств грунта, даже в пределах площадки, довольно высока и однозначно определить это пограничное состояние нельзя. Тем более, по мере приближения нагрузки к предельному значению деформации развиваются с ускорением, так как разрушение грунта в основании (развитие площадок скольжения) происходит не мгновенно, а постепенно.
На любом графике «нагрузка-осадка», полученном при нагружении фундамента, можно условно выделить три зоны, которые характеризуют состояние грунтового основания под нагрузкой. После начала приложения нагрузок деформации увеличиваются по линейному закону, то есть с постоянной скоростью, потому что грунт находится в фазе уплотнения и развитие зон пластических деформаций отсутствует. Затем график принимает криволинейное очертание, то есть при постоянной скорости нагружения деформации происходят с ускорением. Это означает, что в основании образовались и развиваются зоны пластических деформаций (площадки скольжения). Третья зона – когда приращение деформаций происходит без увеличения нагрузок. Это означает, что предельное равновесие нарушено и нагрузка превышает несущую способность основания.
При проектировании объектов нагрузку назначают таким образом, чтобы фундамент работал в состоянии, близком к границе между первой и второй зонами. К примеру, для назначения нагрузки для фундамента на естественном основании применяют такой параметр как «расчетное сопротивление» (таблицы 1 и 2). Это значение является той точкой на графике «нагрузка-осадка», которая лежит в пределах границы между 1 и 2 зонами.
Таблица 1 — Расчетные сопротивления песков R0
Таблица 2 — Расчетные сопротивления глинистых (непросадочных) грунтов R0
Несущая способность грунта, при всех прочих равных условиях, растет по мере увеличения глубины его залегания вследствие давления, создаваемого вышерасположенными слоями.
Параметры винтовых свай 108
То, как винтовая свая с диаметром ствола 108 мм будет воспринимать нагрузки в конкретных грунтовых условиях зависит от того, является ли она узколопастной (диаметр лопасти превосходит диаметр ствола менее чем в полтора раза) или широколопастной (диаметр лопасти(-ей) в полтора раза и более превосходит диаметр ствола).
Все узколопастные конструкции воспринимают нагрузки благодаря высокой несущей способности самого грунтового основания, а также рассчитанному количеству витков, шагу и ширине лопасти, которые позволяют учитывать трение по боковой поверхности ствола в полном объеме.
Таким образом, 108 свая с узкой лопастью хорошо проявит себя особо плотных сезоннопромерзающих и вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах. Однако из-за значительного трения по боковой поверхности ствола она потребует обязательного выполнения расчетов на противодействие касательным силам морозного пучения (подробнее «Воздействие сил морозного пучения»).
Если грунты характеризуются низкой несущей способностью, то для обеспечения восприятия проектных нагрузок лучше использовать широколопастные сваи. Они будут эффективны благодаря:
Но и в этом случае несущие свойства основания будут иметь решающее значение при определении способности винтовой сваи с диаметром ствола 108 мм к восприятию нагрузок. К примеру, при установке однолопастной сваи с лопастью 300 мм в грунт с высокой несущей способностью она может воспринимать нагрузки до 7 тонн, тогда как в слабых этот показатель снизится до 1,5 тонн.
Расчет несущей способности фундамента из винтовых свай
Таким образом, чтобы определить, сможет ли 108-ая свая обеспечить необходимую несущую способность, а также, чтобы назначить оптимальные конструктивные и геометрические параметры конструкции, необходимо иметь четкое представление о грунтовых условиях площадки строительства. Поэтому до начала проектирования рекомендуется провести геологические изыскания на участке.
Расчет фундамента с использованием винтовых свай 108 мм выполняется:
И в том, и в другом случае следует опираться на существующие нормативные документы.
Кроме того, проектная документация всегда должна предусматривать мероприятия по контролю качества производимых работ. При строительстве промышленных и крупных гражданских объектов выполняются контрольные полевые испытания грунтов натурными сваями. В то же время из-за высокой стоимости данной процедуры, она, даже являясь обязательной, никогда не используется при возведении объектов малоэтажного строительства.
В связи с этим компания «ГлавФундамент» на протяжении нескольких лет проводила исследования, направленные на разработку методики, которая бы упростила задачу по подтверждению несущей способности винтовых свай. В результате путем обобщения большого объема данных была разработана методика производственного контроля несущей способности винтовых свай по величине крутящего момента (ВКМ), а также разработан и запатентован (Патент № 151668) прибор для измерения ВКМ.
Несущая способность винтовых свай диаметров 108, 133, 159, 89 и 219 мм достаточна для того, чтобы с их помощью возводить фундаменты для различных типов сооружений. При строительстве необходимо рассчитать их характеристики прочности.
Определение нагрузки – это важный этап в проектировании. Если при расчёте будет допущена ошибка, то вряд ли получится правильно выбрать расстояние между элементами или сечение столбов. Ошибки ведут к потерям устойчивости и возникновению значительного перекоса здания, что грозит образованием трещин и повреждениям дома. Прочность – одна из основных характеристик фундамента.
Показатели влияющие на допустимую нагрузку
Величина наибольшего допустимого давления на конструкцию фундамента – его запас прочности, который всегда выше действующих на него сил. Равность этого показателя не допускается, поскольку должен быть предусмотрен запас прочности на случай развития форс-мажорной ситуации.
Допустимое давление на одну опору зависит от:
Несущая способность винтовой сваи 89 мм, рассчитывается просто: для этого необходимо знать величину F не оптимизированной нагрузки. Вычисления проводятся с учётом коэффициента yk надёжности, который зависит от числа свай для сооружения и метода проведения геологических изысканий. N=F/yk
Коэффициент yk соответствует значениям:
Важно!
Самый практичный – второй способ, поскольку полноформатные исследования дороги по стоимости, а изучить грунт на глубине вкручивания самостоятельно почти невозможно.
Надежности сваи 108 мм достаточно для того, чтобы с помощью таких элементов возводить здания высотой свыше одного этажа. Для опоры массивного дома из кирпича или бетона на фундамент, может потребоваться много столбов большого диаметра. При этом не каждая компания имеет специалиста, который может рассчитать массивный дом на столбах, поэтому целесообразнее делать другие виды оснований.
Данные для упрощённого расчёта
Исходная информация для определения характеристик под двухэтажный деревянный дом размером 5 на 5 метров:
С помощью таблиц определяется устойчивость почвы, которая для глины равняется 6,0 кг/см². Коэффициент yk берется 1,75, что обеспечивает запас по надёжности. Далее рассчитывается площадь лопастей основания конструкции:
S = πR² = 3,14*15²=706,5 см² (величина радиуса лопасти по формуле принимается в сантиметрах).
Не оптимизированная надёжность конструкции находится так:
Рассчитывается допустимая нагрузка:
Определяется меньшее число свай, способных удержать строение:
В завершении расчётов для фундамента, определяется шаг между опорами. Чтобы узнать шаг, необходимо длину дома разделить на количество свай:
20м/20=1м – наибольший шаг между элементами.
Для относительно небольшого дома вышло 20 свай – много. Это связано с тем, что по умолчанию не проводились геологические исследования и yk=1,75. Если выполнить изыскания эталонным вкручиванием, то может оказаться, что деталей необходимо 13-15 штук, а это значительная экономия. Индивидуально устанавливается, что выйдет дешевле в строительстве дома – специальные исследования или простые вычисления и перестраховка по числу опор.
Вычисление надежности – часть расчёта при проектировании. Как указано выше, на этом расчеты не заканчиваются. Конечными результатами подсчетов будут такие данные: шаг, сечение, расстановка под стенами и длина.
Какие допустимые нагрузки способны выдерживать винтовые сваи и какая у них несущая способность? Какой диаметр винтовой сварной сваи (свсн) будет самым подходящим для устройства свайно-винтового фундамента? – это самые задаваемые вопросы на этапе проектирования строительства. Ошибки в расчётах, как правило, снижают надёжность опор под зданиями, приводят к усадке или крену строений. И, в конечном счёте, к повреждениям их основных конструкций.
Допустимая нагрузка – важнейший показатель винтовых элементов фундамента
Важной характеристикой винтовых свай, влияющей на правильный их подбор при устройстве фундаментов под конкретные сооружения, является несущая способность.
Это ничто иное, как учитывающая деформации почвы максимальная нагрузка, которую выдерживают сваи без потери своих функциональных качеств. Для грунтов с различными прочностными характеристиками, а также изделий, отличающихся длиной, диаметром трубы и лопастей – она разная.
Далее ознакомимся с параметрами, от которых зависит допустимая нагрузка на винтовые сваи, а также с правильным её теоретическим расчётом.
Виды свай и их параметры
Разнообразие типоразмеров этих изделий связано с применением их под конкретные виды возводимых объектов.
В частном домостроении преимущественно используются винтовые элементы фундаментов с диаметрами трубы от 89 до 159мм. Так, допустимая нагрузка на винтовую сваю 89мм делает возможным их применение при возведении каркасных одноэтажных домов, веранд и беседок. С увеличением диаметра трубы увеличивается цена и расширяется диапазон их применения: 108мм, 133мм и 159мм – для устройства фундаментов двухэтажных каркасных домов, а также одноэтажных из бруса, пенобетона и кирпича.
А допустимая нагрузка на винтовую сваю 325мм приемлема при использовании её в проектировании тяжёлых конструкций домов или промышленных объектов.
При расчётах допустимых нагрузок на сваи используют такой важный параметр, как площадь её конструктивного элемента – лепестковой подошвы.
При этом за радиус подошвы принимают расстояние от центра сваи до крайней (образующей контур лепестка) точки.
Для вычисления площади используют известную математическую формулу: возведённый в квадрат радиус лопастей умножают на 3,14 (число Пи). Для разных диаметров труб она составляет:
На выбор длины детали влияют характер грунта (в том числе уровень его промерзания) и перепады высот на стройплощадке.
Длина свай стандартизована и составляет:
При правильной установке они должны упираться лопастями в плотный слой грунта.
Прочность грунта основания
Одним из исходных данных при расчёте допустимой нагрузки на винтовые сваи являются прочностные характеристики грунта на участке строительства. Их точное определение возможно при выполнении изыскательского бурения.
Если вызов геологов не предусмотрен бюджетом – можно самостоятельно оценить залегающий грунт. Для этого достаточны информация о составе грунтов на конкретном участке и умение использовать в справочниках соответствующие данные. Примерные значения расчётных сопротивлений (кг/см2) грунтов на глубине 1,5м следующие:
Такие данные содержат и строительные справочники, и СНиПы.
Определение максимально возможной величины нагрузки на винтовую сваю
Для расчёта нагрузок, которые способны выдержать элементы свайно-винтового фундамента, нужно знать площадь подошвы их лепестков и прочностные характеристики (максимальная несущая возможность) грунта. Перемножив между собой величины этих показателей, получают желаемое значение несущей способности винтовой опоры – максимально возможной выдерживаемой нагрузки.
Для примера определим, какую нагрузку выдерживает винтовая свая 108х2500мм. Исходные данные для упрощённого расчёта принимаем такими:
Воспользуемся данными таблиц в справочнике и определим несущую способность грунта (Rо) в месте установки фундамента: Rо = 6кг/см2. Площадь лепестковой подошвы этого вида свай мы определили ранее (смотри выше), S = 706см2.
Искомую нагрузку получим в результате перемножения:
F = Rо х S = 6 х 706 = 4,23 (тонны).
Именно такую расчётную (среднюю) нагрузку выдерживает одна свая 108мм, упираясь лопастью в слой глины.
Однако, её значение есть неоптимизированным, так как не учитывает коэффициент надёжности (γk). Он зависит от количества опор в фундаменте и способа производства геологических изысканий. При известных результатах таких изысканий на участке его значение составляет 1,2.
Выполняя самостоятельные исследования почвы на участке и используя табличные показатели прочности грунта, необходимо увеличивать запас надёжности. Для этого надо использовать в расчётах коэффициент надёжности порядка 1,7–1,4. Его величина зависит от количества свай в фундаменте: при минимальном количестве (до 5) он будет максимальным – 1,7. С увеличением опор до 20 коэффициент уменьшится до 1,4. При этом устанавливаемые сваи должны иметь низкие ростверки.
Таким образом, с учётом коэффициента надёжности расчёты максимально возможной нагрузки на сваи N (при пользовании табличными данными о грунтах) показывают её уменьшение по сравнению с расчётной нагрузкой F:
N = F : γk = 4,2 : 1,7 = 2,47 (т).
В качестве заключения
Качественный монтаж свайно-винтовых фундаментов зависит от правильного расчёта нагрузок на винтовые сваи, включающих и геологическую оценку грунта. Ошибки в расчётах приведут к занижению несущей способности фундамента или же большому перерасходу материала.
Рекомендации по выбору диаметра свай под фундамент для частного строительства
Жесткость и долговечность силовой конструкции напрямую зависит от ее опорной площади.
Существуют различные типы опор, отличающиеся конструкцией, эксплуатационными свойствами и диаметром.
О том, как правильно и быстро подобрать диаметр свай по назначению, можно узнать, прочитав статью ниже.
Виды опор для фундамента
В домостроении используют такие типы оснований:
Допустимая нагрузка на один конструктивный элемент определяется, исходя из ее несущей способности. Основные требования и описания расчетов приведены в нормативном документе СНиП 2.02.03-85.
Теоретическая формула расчета показателя:
Формула для расчета сопротивления буронабивных опор:
Предельную нагрузку для забивных свай находят по формуле:
Формула для расчета несущей способности винтовых опор:
Как видно из формул, несущая способность силовой конструкции зависит от геологических условий на участке, а также размеров свай. Табличные коэффициенты условий работы берут из СНиП 2.02.03-85.
Правильно рассчитать параметры фундамента под проектные нагрузки можно, подбирая габариты опорных элементов. Длину свай выбирают, исходя глубины несущего пласта и точки промерзания, тогда как за счет диаметра и количества силовых изделий можно влиять на грузоподъемность всего основания.
Выбор типа свай обусловлен такими факторами:
Типовые размеры свайных опор
Размеры и несущая способность опорных элементов для усредненных условий всегда проводится в характеристиках изделий при продаже.
Типовые характеристики винтовой сваи:
Популярный размер бетонных винтовых свай:
Популярные забивные сваи имеют следующие размеры:
Типовой размер буронабивных свай:
Как правильно подбирать для дома, веранды, забора?
Винтовые сваи отличаются от остальных типов такого фундамента более дешевой стоимостью, но при этом ограниченной грузоподъемностью.
Рекомендации по выбору винтовых опор под разные случаи частного строительства:
Среди всех забивных опор широкое применение получили ж/б конструкции, которые в отличие от деревянных и металлических столбов, способны выдержать большие нагрузки и служат от 100 лет.
Назначение железобетонных забивных опор:
В отличие от двух предыдущих типов буронабивные сваи изготавливаются непосредственно на строительной площадке. Перед тем, как подготавливать скважину, конструктору необходимо проанализировать суммарные нагрузки и геологию почвы.
В соответствии с потребностями в несущей способности фундамента бурят шурфы таких размеров:
Длины несущих элементов определяются, исходя из уровня твердых пород, в которые должны упираться нижние концы свай. При этом обязательным остается условие, что глубина фундамента закладывается ниже точки промерзания.
Влияние габаритов на стоимость
Выбор типа и параметров свай обусловлен не только их практичностью в исходных условиях, но и экономической целесообразностью. Поскольку несущая способность силовых элементов зависит от габаритов, то полезно оценить, насколько меняется стоимость для различных моделей опор.
Зависимость цены винтовых опор от габаритов отражена в таблице:
Сравнить, как изменяется стоимость забивной опоры в зависимости от размеров, можно по данным из таблицы:
От размеров буронабивных опор зависит потребность в бетоне, цена на который определяется исходя и его прочностных характеристик. Стоимость такого фундамента обходится в среднем от одной тысячи рублей за погонный метр.
К факторам, увеличивающим стоимость, относят:
Как видно из представленных данных, цена силовых элементов прямо пропорциональна их параметрам.
Чем больше размеры, чем выше несущая способность такого основания. К факторам ценообразования также следует относить качество использованного материала.
Все, что необходимо знать об устройстве и возведении свайного фундамента, найдете здесь.
На этапе проектирования одна из ключевых задач конструктора – грамотно подобрать тип и параметры опорных элементов. За несущую способность фундамента в большей степени отвечает его опорная площадь, которая, в свою очередь, зависит от размера сечения свай.
Потребность в несущей способности силовой конструкции определяется, исходя из геологических особенностей участка и проектных нагрузок. Для расчета грузоподъемности используют формулы, регламентированные нормативными документами.
На практике, выбирая модель сваи, нужно обращать внимание не только на ее несущую способность, но и пересчитать показатель, используя табличные данные, описывающие свойства грунта под опорной площадью основания.
Сегодня строительный рынок предлагает широкий ассортимент представленной продукции, отличие между которой состоит в конструктивных особенностях и размерах.
Размеры оголовка
Если вы решили возводить баню, дом, постройки хозяйственного назначения, дачи, то самым лучшим вариантам остается фундамент на сваях. Благодаря такому устройству удается сделать все максимально удобным и комфортным. Поим этого, строительство может происходить на любой местности, даже если она содержит перепады высоты или заглубление в почву.
О том сколько сохнет фундамент из бетона можно прочесть в данной статье.
На схеме – устройство и размеры винтовых свай
Такой параметр, как размер оголовка для винтовой опоры может принимать различные значения. Зависит он от диаметра изделия. Чаще всего люди приобретают опоры, диаметр которых 108 мм, а оголовок принимает такой размер 200х200, а толщина его 4 мм. Стоит такое изделие 350-380 рублей.
Как установить винтовые многовитковые оцинкованные сваи можно прочесть из данной статьи.
Таблица 1 – Зависимость размеров оголовка от диаметра сваи
В течение 10 лет основание на винтовых опорых пользуется таким широким спросом. Причина такой востребованности связана с большим количеством преимуществ, к которым можно отнести следующее: прочность, долговечность и надежность. Сегодня производятся сваи самых различных размеров, с разными диаметрами и разнообразным предназначением. Рассмотрим самые основные размеры винтовых свай.
О том какова несущая способность винтовых свай 108 можно узнать из данной статьи.
Диаметр 57 мм
Для этого варианта характерна несущая способность в 800 кг. Для такого изделия не страшна представленная нагрузка, даже при условии, что процесс монтажа осуществляется на пучинистом грунте. Применять такой фундамент разрешено на переувлажненном грунте и на почве, имеющей неровную поверхность.
Используют такой вариант опор при монтаже оградительных конструкций и строительстве не слишком тяжелых построек хозяйственного назначения. Сюда можно отнести беседки и гаражи. Процесс установки винтовых свай с диаметром 57мм может вестись самостоятельно вручную. По причине своей малой габаритности монтажные работы не занимают много времени.
Каковы минусы винтовых свай можно узнать из данной статьи.
К достоинствам такого типа можно отнести длительный срок эксплуатации. Они способны прослужить вам в течение 90 лет. Достигается это преимущество по причине неуязвимости к отрицательным воздействиям климата, надежности и прочности.
Каково устройство ростверка на буронабивных сваях можно прочесть в данной статье.
Диаметр 89 мм
Для такого изделия несущая способность может составлять 1,4 тонны. Сфера использования винтовых свай такого типа – это строительство домов и зданий в заболоченных участках и на торфяной местности. Достигается это благодаря прекрасным способностям выдерживать высокие нагрузки.
Применять такой вариант разрешено при строительстве гаражей, оградительных конструкций. Также люди активно начинали использовать винтовые опоры с диаметром 89 мм при строительстве дач и бань.
О том какое время сохнет фундамент из бетона можно узнать из данной статьи.
Еще они могут быть задействованы при возведении пирсов, речных причалов. Процесс установки ведется с использованием специальной техники. Конечно, проводить такие мероприятия можно и вручную, только при условии, что вы обладаете необходимыми навыками.
Какова толщина фундамента должна быть для двухэтажного дома можно узнать из данной статьи.
Диаметр 108 мм
Для таких изделий несущая способность достигает 3,5 тонны. Задействую их при возведении каркасно-щитовых домов или при строительстве бревенчатых зданий и домов из бруса. Еще применять такой тип свай могут в процессе установки ангаров и тяжелых заборов. Процесс монтажа осуществляется только механическим способом и при помощи специального оснащения.
О том какой марки бетон нужен для ленточного фундамента можно узнать из данной статьи.
Диаметр 133 мм
У этих изделий несущая способность может достигать до 6 тонн. Применяют их на любой местности при возведении крупных зданий с использованием газобетонных блоков или кирпича, при строительстве монолитных конструкций.
Процесс установки предполагает использование специальных знаний и навыков, а также не обойтись без специального оснащения. К достоинствам этого изделия можно отнести:
О том какая марка бетона нужна для фундамента дома можно прочесть из статьи.
Длина
Что касается этого параметра, то его определяют с учетом диаметра изделия. На основании этого длина свай может принимать следующие значения:
Связь размеров и нагрузки
Нагрузка на винтовые опоры первым делом зависит от типа почвы и технологических габаритов изделия. Именно эти критерии так важно учитывать при расчете. Инновационные сваи, произведенные по стандартам, обладают несущей способностью от 2 до 8 тонн. Если правильно выполнить расчет несущей способности и определить количество свай, то возводимое здание получит прочное и надежное основание, которые прослужит более 100 лет.
Как правильно сделать ленточный фундамент для дома из газобетона можно увидеть из данной статьи.
На видео – размеры винтовых свай и их нагрузка:
К минусам такого фундамента можно отнести ограничение по максимально возможной несущей способности. Если вы будете возводить одноэтажное строение, то можно производить строительство без опасений. Что касается 3-х этажной конструкции, то здесь понадобится тщательный расчет. Если прогнозируемый вес дома превышает 60 тонн, то стоит использовать другие варианты фундаментов.
Нагрузка, оказываемая на фундамент на сваях, напрямую зависит от размеров изделий. При загородном строительстве обязательно стоит произвести расчет всех параметров. Выполнить это можно самостоятельно, без привлечения других лиц. В зависимости от диаметра можно определить несущую способность винтовых свай:
Винтовые сваи на сегодняшний день успели завоевать особый успех при строительстве различных домов. Но перед началом всех работ так важно грамотно выбрать все подходящие размеры, а также произвести расчет несущей способности. Если подойти к этой работе ответственно, то ваш дом будет служить вам в течение длительного времени.
