Расчёт свайного фундамента: пример для здания весом 100 т

Необходимость применения свайного фундамента не всегда обусловлена экономическими соображениями или меньшими трудозатратами, например в сравнении с ленточным или плитным. Причиной может стать малая несущая способность грунта, когда даже при небольшой нагрузке на него нельзя использовать мелкозаглубленный ленточный фундамент.

Свайно-ростверковый фундамент.

На таких участках можно, не роя глубоких траншей для заглубленного основания, с помощью, например, винтовых свай выйти на слой грунта с большей несущей способностью. При этом усложняется расчет свайного фундамента.

При расчете ленточного фундамента учитывают только вертикально действующие нагрузки, для определения которых достаточно общий вес будущего строения разделить на площадь основания, опирающегося на грунт. Результат умножить на 1,4 (запас прочности) и сравнить с несущей способностью грунта, которая обычно указывается в кг/см².

О винтовых сваях и их особенностях

Свайный фундамент состоит из отдельных элементов - свай.

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:

Видео по теме "Тер-Мартиросян З.Г"

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.

Закладка фундамента на основе винтовых свай

Схема монолитно-литого ростверка: 1 – буронабивная свая из монолитного бетона и каркас из арматуры- 2-ростверк из монолитного бетона и каркаса из арматуры-3 – горизонтальная гидроизоляция- 4 – продух.

В первую очередь необходимо непосредственно на территории строительства обследовать структуру грунта и определить под слабыми грунтами нижний слой, который может выдержать вес дома. Длина сваи должна обеспечить заглубление в несущий слой на глубину 0,5-1 м.

Такое обследование выполняют путем предварительного бурения. Определяют уровень грунтовых вод и учитывают глубину промерзания грунта в районе строительства. Далее обозначим основные этапы строительства:

Разметка и выравнивание периметра. В процессе разметки первыми определяют места установки угловых свай. При этом место следует определить так, чтобы элемент впоследствии оказался посредине ростверка.
Размечают места установки остальных свай. Оптимальное расстояние между ними - 2 м, максимальное - 3 м. Они должны быть под всеми стенами дома, независимо от того, несущая это стена или внутренняя перегородка.
Завинчивание начинают с угловых элементов. В отверстия ее верхней части пропускают лом, а для удлинения рычага на лом надевают металлические трубы. Отклонение от вертикали окончательно ввинченной детали не должно превышать 2 градусов. Угол наклона с помощью магнитного уровня следует контролировать непрерывно в процессе вворачивания.
На угловых сваях с помощью шлангового уровня наносят метки, определяющие горизонтальную плоскость и нижнюю кромку ростверка. Элементы пока не обрезают.
Вворачивают остальные сваи. Глубину вворачивания делают такой, чтобы от верха трубы до горизонтальной плоскости, обозначенной на угловых деталях (определяют с помощью шлангового уровня), было не более 15-20 см.
По обозначенным уровням обрезают не несущую поверхность.
Делают водный раствор цемента и песка в соотношении 1:4 и заполняют им сваи.

Примечание. Если элемент имеет оголовок, как показано на рис. 1, то горизонтальная плоскость по угловым сваям устанавливается по самому высокому углу фундамента, а затем с помощью шлангового уровня определяют, насколько необходимо заглубить деталь.

Закладка фундамента на буровых железобетонных сваях

Опалубка для сваи.

Для такого фундамента необходимо выполнить расчет свайного основания, а затем буровые железобетонные сваи изготовить самостоятельно. Без ручного бензинового или электрического бура не обойтись, потому как неизвестно, какой глубины придется бурить скважину. С помощью этих механизмов можно пробурить скважину до 5 м глубиной и диаметром до 30 см.

Бурить скважину необходимо, как минимум, на 20 см ниже глубины промерзания. Но даже в северных районах европейской части России она не превышает 2 м. Если же ниже этого уровня окажется слой грунта с небольшой несущей способностью или грунтовые воды (верховодка), то придется углубляться, чтобы достичь слоя с большей несущей способностью.

С помощью специальных головок в конце скважины можно сделать расширение. Возможно, такое расширение потребуется, чтобы увеличить для свайного фундамента площадь опоры на грунт и тем самым уменьшить на него давление.

В качестве опалубки используют рубероид в 2-3 слоя или асбестовую трубу подходящего диаметра. В сыпучих грунтах опалубку необходимо делать обязательно. Это исключит попадание грунта в бетон, что уменьшит долговечность сваи, ибо ее шероховатая поверхность будет удерживать больше влаги и разрушение бетона от замерзания и размораживание будет происходить интенсивнее. В плотных грунтах, где ее длина будет зависеть только от глубины промерзания, можно обойтись без опалубки,

Схема свайно-ростверкового фундамента.

Сваю обязательно необходимо армировать. Без армирования они могут хорошо выдерживать сжимающие нагрузки, а вот от действия боковых сил одного бетона может оказаться недостаточно. Армирование сделает деталь устойчивой против растягивающих сил, которые могут возникнуть в результате замерзания грунта.

Для армирования используют металлические стержни диаметром 6-8 мм. По длине можно устанавливать 3-4 стержня, которые связывают между собой проволокой или закрепляют сваркой с шагом 500-600 мм. Армирование можно выполнить отдельными блоками, которые затем вставляют в скважину на всю глубину. Над скважиной арматура должна выступать примерно на 2-3 см ниже уровня ростверка.

Бетон в скважину заливаем слоями и так, чтобы предыдущий слой не успел застыть. Для этого на сваю диаметром 30 см и глубиной 5 м потребуется примерно 0,35 м³ раствора.

О ростверке свайного фундамента

Схема металлического и железобетонного ростверка свайного фундамента.

Ростверк не менее важная часть фундамента, чем сваи. Он может быть заглубленным или незаглубленным. В первом варианте его необходимо защищать от сил пучения, возникающих при замерзании грунта.

Создавая ростверк из бетона, необходимо иметь в виду, что на изгиб и растяжение бетон работает примерно в 30 раз хуже, чем на сжатие. Поэтому армирование такой конструкции имеет определяющее значение. Между сваями необходимо обеспечить по возможности минимальный прогиб, поэтому и армировать усиленно необходимо нижнюю часть, которая будет растягиваться. Над ними необходимо усиливать верхнюю часть, так как именно над ней будут действовать максимальные растягивающие силы.

Заглубленный ростверк делаем в неглубокой траншее, проложенной между сваями по периметру и под внутренними несущими стенами. Создаем песчаную подушку, хорошо утрамбовываем и укладываем слой щебенки. Все это не должно выступать выше уровня сваи. Сверх щебня укладываем рубероид.

Опалубку делаем прочной с надежными подпорками. Металлический каркас изготавливаем из стержней толщиной 10-12 мм. Усиление в указанных выше местах можно выполнять, прокладывая дополнительно пару стержней.

С незаглубленным ростверком проще. Песок укладываем непосредственно на грунт, на него щебень и рубероид. Опалубка такая же.

Для того чтобы под здание не попадал ветер, к ростверку с внешней стороны делаем отмостку.

Пример расчета буронабивной сваи

Схема укрепления буронабивной сваи арматурой.

Расчет прочности одной буронабивной сваи позволяет определить, какое количество деталей потребуется для фундамента здания с известным весом. При этом учтем, что минимальное расстояние между сваями равно 2 м, а все опоры должны иметь общий ростверк.

Пусть буронабивной элемент имеет диаметр d=30 см, а вес всего сооружения составляет 100 т = 100000 кг. Несущая способность грунта R=4 кг/см². По условию, нагрузка на грунт не должна превышать его несущей способности. Следовательно, на одну сваю не должна действовать сила F_св более, чем:

F_св=( d²/4) R =707,7 4=2826 кг.

Чтобы выдержать общий вес в 100 т, потребуется:

N= 100000/2826=35,4, или 36 штук.

Теперь выполним расчет сваи, если увеличить площадь ее опоры. Пусть сделано расширение основания до диаметра d=50 см. Тогда:

F_св=( d²/4) R =1962,5 4=7850 кг

Следовательно, потребуется:

N= 100000/7860=12,7, или 13 штук.

Подводя итог, необходимо отметить, что предварительный расчет свайного основания дома позволит существенно сэкономить средства. Пример выполненного расчета этому подтверждение: вместо 36 можно обойтись 13 шт.