Расчет свайного фундамента

Расчет свайного фундамента

На странице представлена технология расчетов фундаментов на железобетонных сваях. Вы узнаете, какие нормативы СНиП регулируют расчет свайного фундамента с ростверком и как реализуется этот процесс на практике.

• Расчет свайного фундамента с ростверком
• Как производится расчет свайного фундамента
• Расчет свайного фундамента СНиП
• Что учитывается при расчете свайных фундаментов
• Пример расчета свайного фундамента

Для того чтобы свайный фундамент был надежен и долговечен, необходимо профессионально производить его расчет. Результаты расчета свайного фундамента (ростверка) отражаются в проекте и являются обязательными для исполнения строителями. Наша компания осуществляет забивку свай для свайных фундаментов в строгом соответствии со строительными нормами и на основании проекта.

Виды фундаментных конструкций с ростверком

В том случае если застройщику удастся правильно рассчитать не только количество свай, необходимых для ростверкового фундамента, но и глубину их погружения, то в процессе эксплуатации несущая конструкция не будет подвергаться промерзанию и пагубному воздействию влаги. Если планируется строительство на участке с небольшим рельефным перепадом, который выравнивать нецелесообразно, тогда можно соорудить комбинированную фундаментную конструкцию, например, свайно-ленточную.

Существуют следующие виды фундаментов с ростверком:

1. Ленточный. В процессе проведения строительных работ застройщик связывает между собой расположенные по соседству сваи.
2. Выполненный в виде плиты. В этом случае застройщику приходится связывать каждый оголовок.

2. Расчет расстояния между сваями и глубины их погружения в свайном фундаменте

Глубина погружения свай рассчитывается исходя из вида и сложности грунта. Нижняя часть опоры должна находиться на 20-30 см ниже нормативной глубины промерзания определенного вида грунта в регионе проживания. К примеру, глубина промерзания для Санкт-Петербурга, по отчетам геологов, для глин и суглинков 1,4 м. Для возведения фундамента потребуется сваи размером не менее 140 + 20 = 160 см. Так как земля под домом прогревается, эту цифру можно уменьшить на 10-20%.

Для определения требуемого количества свай и расстояния между ними руководствуются СНиП № 2.02.03-85 и ГОСТ 27751, в которых перечислены основные требования, предъявляемые при возведении свайных фундаментов. При этом в расчет берутся следующие характеристики:

• прочность материала свай и ростверка;
• несущая способность грунта (при этом учитывается уплотнение при установке опоры);
• при наличии значительных перепадов рельефа – несущая способность основания (пяты) опоры;
• степень усадки сваи при вертикальной нагрузке.

Расчет буронабивной сваи

Несущая способность фундамента — это нагрузка, которую он сможет выдержать без разрушений, деформаций или других неприятных процессов. При конструировании буронабивного основания потребуется выяснить следующую информацию:

• сечение элемента;
• длина;
• расстояние между отдельными сваями.

Расчет свай по несущей способности часто выполняется с заранее известным сечением фундамента. Эта характеристика зависит от имеющейся в наличии техники. В качестве исходных данных необходимо подготовить:

• состав грунтов на участке;
• сбор нагрузок на опору дома.

Сбор исходных данных для расчета

Перед тем, как рассчитать буронабивной свайно-ростверковый фундамент, потребуется изучить свойства почвы на участке строительства. Выполнить это можно двумя методами: отрывка шурфов (глубоких ям) или бурение ручным инструментом. Изучение почвы проводят чуть глубже предполагаемой подошвы (примерно на 50 см). При выполнении работ необходимо анализировать каждый плат грунта, определять его тип.

Чтобы получить представление о том, какие бывают грунты, как правильно их различать, рекомендуется прочитать ГОСТ «Грунты. Классификация». Особого внимания заслуживает приложение А, в котором даны основные определения.

Следующий этап расчета буронабивной сваи и ростверка — сбор нагрузок. Его проще выполнять в тоннах. Для его выполнения потребуется знать объемы строительных конструкций и плотности материалов, из которых они изготовлены. Чтобы подсчитать массу здания нужно вспомнить простую формулу из школьной физики: «Массу мы легко найдем, умножив плотность на объем». В сбор нагрузок на фундаменты включают:

• собственную массу опорной части (назначают ориентировочно);
• массу перекрытий, стен, перегородок (проемы из общего объема лучше не вычитать);
• полезную нагрузку на перекрытия (для жилых зданий эта нагрузка назначается 150 кг/м 2 пола, берется на каждом этаже);
• массу кровли;
• снеговую нагрузку (зависит от климатического района строительства, расчет выполняется по СП «Нагрузки и воздействия»).

Совет! Для упрощения задачи снеговую нагрузку можно назначать по специальной карте или таблице. То есть без выполнения сложного расчета.

Найденную массу каждого элемента нужно умножить на коэффициент надежности по нагрузке. Величина этого коэффициента зависит от материала, из которого изготовлена конструкция. Для снеговой и полезной нагрузок коэффициенты постоянны и составляют 1,4 и 1,2 соответственно.

Более подробную информацию о сборе нагрузок на фундаменты можно найти в статье «Сбор нагрузок на фундамент — пример».

Справочная информация

Чтобы правильно рассчитать буронабивной свайный фундамент потребуется знать прочностные характеристики грунта. Информацию об этом можно найти в ВСН 5-71. Для удобства далее представлены адаптированные таблицы из этого документа отдельно по каждому типу почв.

Таблица 1. Несущая способность глинистых грунтов в зависимости от консистенции и пористости на опорном участке сваи, т/м 2 .

Таблица 2. Несущая способность глинистых грунтов по длине буронабивной сваи, т/м 2 .

Таблица 3. Несущая способность песчаных грунтов, т/м 2 .

Таблица 4. Несущая способность крупнообломочных грунтов, т/м 2 .

Чтобы выполнить расчет сечения и расстояния между сваями необходимо выбрать одно или два (для глин) значения из приведенных в таблице в зависимости от результатов отрывки шурфов или бурения.

Порядок расчета

После внимательного изучения всех предыдущих пунктов для расчета свайно-ростверкового фундамента должна иметься следующая информация:

• масса дома в тоннах и нагрузка на каждый погонный метр ростверка;
• несущая способность грунта в тоннах на м 2 .

Чтобы найти нагрузку на погонный метр фундамента, нужно массу дома поделить на суммарную длину ростверка.

Несущая способность одной сваи находится по формуле:

P = (0,7*R*S) + (u*0,8*fin*li), где

P — несущая способность каждой сваи фундамента;

R — прочность грунта, найденная по табл. 1, 3 или 4;

S — площадь сечения сваи на конце (формула для нахождения приведена далее);

u — периметр сваи;

fin — сопротивление почвы на боковой поверхности буронабивного свайного фундамента, найденное по табл. 2;

li — толщина слоя грунта, который оказывает сопротивление боковой поверхности;

0,7 и 0,8 — коэффициенты, которые учитывают однородность грунта и условия работы сваи.

Для сваи круглого сечения площадь находится через диаметр или радиус: S = 3,14*D 2 /4 = 3,14*r 2 /2. Здесь D и r — это диаметр и радиус соответственно.

Чтобы рассчитать расстояние между элементами фундамента требуется воспользоваться следующей формулой:

l — расстояние между сваями буронабивного фундамента;

P — несущая способность одной сваи, найденная ранее;

Q -нагрузка на погонный метр фундамента (масса дома делить на длину ростверка).

Совет! Перед началом расчета необходимо ознакомиться с СП «Свайные фундаменты». Минимальный диаметр свайного основания при длине элемента менее 3 метров составляет 30 см. Чтобы найти наиболее рациональное решение рекомендуется рассмотреть 2-3 варианта геометрических размеров свай. Для каждого случая находят расстояние между опорами и оценивают затраты на строительство. Выбирают наиболее экономичный вариант.

Подробный расчет расстояния между сваями с рассмотрением нескольких примеров может занять много времени. Но здесь перед будущим владельцем дома стоит выбор, что экономить: время или деньги.

Армирование буронабивной сваи

Рабочая арматура располагается вертикально вдоль сваи. В качестве нее используют пруты класса А400 (Аlll) диаметром 10-16 мм. Поперечную обвязку изготавливают из гладкой арматуры А240 (Al) диаметром 6-8 мм. В каждой свае должно быть не менее четырех рабочих вертикальных прутка.

Преимущества и недостатки свайно-ростверкового фундамента

Выбор в пользу фундамента на сваях определяется геологическими условиями местности и особенностями возводимого здания. При сопоставлении плюсов и минусов, характеризующих данный вид основания, перевес в пользу первых очевиден. К достоинствам свайно-ростверкового фундамента относятся:

Возможность применения не только на стабильных грунтах, но и на вспученных и слабых, а также при резких перепадах рельефа, высоких грунтовых водах, вечной мерзлоте.

Высокая экономичность расходных материалов и меньшие финансовые затраты по сравнению с другими типами оснований.

Отличные технические характеристики: прочность, надежность, а также устойчивость к химическим, физическим и биологическим воздействиям.

Независимость монтажа от погодных условий, в частности от низкой температуры воздуха.

Подготовительный этап не требует выравнивания грунта, рытья котлована.

Так как сваи могут держать строение практически на любых грунтах, их нередко используют в регионах с обильными паводками. Вода не доходит до постройки и не разрушает ее. В этом случае материал основания и стен сохраняет свои качества, а период эксплуатации дома может доходить до нескольких десятков и сотен лет.

Отрицательные моменты ограничивают применение фундамента с оголовком. Во-первых, такой тип основания не подходит для каменистых почв. Во-вторых, усложняется строительство и обустройство цокольных и подвальных помещений. В-третьих, для расчетов и самого процесса монтажа ростверка необходимо обладать профессиональными навыками. Кроме того, заниматься устройством свайного фундамента с ростверком вручную не всегда возможно. Нередко эта работа требует специальной строительной техники.

Ростверковое основание нельзя делать на грунтах с горизонтальным смещением, они могут просесть и устойчивость здания будет нарушена.

Нужен ли расчет свайного фундамента?

Расчет производится абсолютно для каждого фундамента, но свайный требует особого отношения в этом плане из-за специфики своего заложения: сваи имеют небольшое сечение, а установить их впритык друг к другу невозможно физически. К тому же при расчетах фигурирует не только сам фундамент, а по большей части дом.

Нужно заранее рассчитать массу дома и все нюансы, чтобы можно было точно провести расчет фундамента на сваях. В расчетах участвуют стены, перекрытия и крыша дома, причем цифры берутся за абсолютные, т.к. небольшие погрешности в 400-500 кг не играют никакой роли.

Расчет сваи и ростверка проходят в самом конце, т.к. параметры ростверка и сваи взаимозависимы (чем больше пользуемся ростверком, тем больше можно сделать диаметр свайного фундамента).

Расчет каркаса дома

Чаще всего можно встретить частные дома из 2-х материалов – дерева (кругляк и брус) и керамического кирпича. Для образца используется ширина стен 15 см, т.к. именно этот показатель почти всегда используется для несущих стен внутри дома.

Таким образом, 1 м² толщиной 0,15 м будет иметь вес:

Схема видов фундамента на сваях.

1. Дерево – 90.
2. Кирпич – 250.

Но для расчета внешних стен таких показателей будет катастрофически мало, поэтому их нужно привести к нужным, т.е. толщина стандартных внешних стен у дерева 45 см, а у кирпича 60:

1. Дерево – 270.
2. Кирпич – 1000.

Фактическая масса может оказаться гораздо легче в связи с тем, что при расчетах используются максимально прочные породы дерева и высокомарочный кирпич. При строительстве дома из материалов с худшими показателями будет одновременно падать и срок службы постройки.

Чтобы можно было подсчитать точную массу каркаса, нужно точно знать продолжительность всех внешних стен и внутренних простенков. Ошибка на фактический 1 м длины внешней стены – это в лучшем случае 729 кг, а в худшем 2700 кг, но это потянет за собой неверные расчеты в будущем. Поэтому погрешностей допускать не стоит, и лучше несколько раз пересчитать конечный результат.

Расчет цоколя и межэтажных перекрытий

Существует 3 типа перекрытий, каждое из которых отличается своими уникальными особенностями: деревянные, плитные и монолитные. Каждое из них имеет свои подвиды и может отличаться разной массой.

Перекрытия для цоколя более тяжелые:

Схема свайного фундамента с ростверком.

• монолитные перекрытия тут используются только в полноценном виде. Масса их стандартная – 500 кгм². Самые дорогие среди своих собратьев, т.к. в них нужно много цемента, ПГС и арматуры, для установки нужна опалубка. К тому же для того, чтобы их сделать, нужно много времени. Несмотря на все нюансы, они пользуются завидной популярностью в связи с долговечностью и удобством при эксплуатации;
• дерево с легким утеплителем (130 кгм²). Облегченный вариант используется для цоколя не столь не часто, т.к. уже в средней полосе России не сможет обеспечить качественную теплоизоляцию пола;
• дерево с тяжелым утеплителем (270 кгм²). Тяжелое качественное дерево и серьезный утеплитель. Именно этот вариант предпочитали люди, которые жили из поколения в поколение в суровом климате;
• железобетонные плиты имеют достаточно большой вес (400 кгм²), но при этом легко монтируются, долго служат и неприхотливы. Золотая середина между монолитами и деревом.

Для межэтажных перекрытий идет некоторое облегчение, т.к. снизу нет грунта, а защита обеспечивает лишь изоляцию каждого этажа в отдельности:

• дерево с легким утеплителем (80 кгм²);
• дерево с тяжелым утеплителем (180 кгм²);
• плиты пустотные (300 кгм²).Железобетонные плиты бессмысленно укладывать между этажами, т.к. они хороши для экстремальных условий, но никак не для обыденности;
• монолитное перекрытие (500 кгм²);
• монолитное перекрытие по стальным балкам (400 кгм²) используется в случаях, когда стены или фундамент по какой-либо причине ослаблены. Их пониженная масса почти не сказывается на итоговом качестве, но при этом существенно облегчает нагрузку.

У каждого из материалов есть свои плюсы и минусы, поэтому один материал никогда не вытеснит другой.

Расчет кровельных материалов и воздействий на них

Виды керамической черепицы.

На данном этапе будет небольшое осложнение, т.к. площадь дома увеличивается в длину и ширину на 1 м (крыша никогда не заканчивается вровень со стенами, но продолжается еще по 0,5 м в каждую сторону). Воздействие на кровлю следует считать одновременно с ее массой, т.к. выводить в отдельную графу смысла нет, а площадь соприкосновения у них одна.

Каждый хозяин отдает предпочтение разным кровельным материалам, среди которых есть свои правила и исключения, но есть и ряд вариантов, которые имеют особую популярность.

Керамическая черепица – один из самых известных во всем мире кровельных материалов. Обладает поистине огромнейшей массой – 80 кгм². Именно поэтому на дом на сваях они монтируются редко. Существенным преимуществом можно считать долговечность, которая не ограничивается веком.

Битумная черепица – является полным антиподом своему керамическому собрату. 1 из самых легких кровельных материалов в мире (8 кгм²), очень легко монтируется и выглядит потрясающе. К минусам относится ценовая политика (очень высокая цена) и синтетическое происхождение.

Шифер – самый популярный эконом вариант. Приобрел особую популярность во времена СССР, т.к. было массовое строительство на 22 млн км², а для этого нужны качественные недорогие стройматериалы. Ценовая политика настолько низкая, а доступность огромная, что даже при весе в 50 кгм² популярность не падает ни на йоту.

Металл – согласно стереотипам металл должен весить много, но тем не менее это один из легких материалов – всего 30 кгм². Производитель дает гарантию 50 лет, но в Европе можно увидеть медные фальцевые крыши еще с 17-18 веков. Профнастил держится всего 50-80 лет, но тоже достаточно долго. Существенным минусом служит полное отсутствие какой-либо звукоизоляции, а при неправильном монтаже еще и усилит звук дождя.

Натуральные крыши используются не часто, но при стилизации камышовый вариант просто идеальный. Вес всего 17 кгм², но цена равная нулю. Заменяются такие крыши раз в несколько лет, но местное происхождение не делает замену проблемой.

Воздействия осадков принято считать постоянными, если дело не обстоит в особых условиях (особо заносимые снегом территории). В южных частях России – 50 кгм², в центральной полосе – 100 кгм², а вот на севере с этим гораздо сложнее – 200 кгм². Считается в данном случае не средняя масса, а максимальная, т.к. в течение 8 месяцев в году осадков может и не быть, а потом нагрузка увеличится многократно на оставшиеся 4.

Базовые подсчеты по имеющимся данным

Для примера в южной части страны на свайный фундамент с ростверком будет установлен одноэтажный сруб 10*8 м (длина простенков 12 м) с крышей из натуральных материалов. Цокольное перекрытие по необходимости утепляется тяжелым утеплителем, а межэтажное – легким. Основание для свай – плотная маловлажная глина.

В самом начале нужно вычислить площадь внешних стен и внутренних простенков (стандартная высота потолков 2.7 м), тут же нужно вычислить площадь их опоры:

Схема устройства сваи.

S=l*h, где S – это площадь, l – суммарная продолжительность, h – высота.

Sоп=S1+S2, где S1 – площадь опоры под внешней стеной, S2 – площадь опоры под внутренними простенками.

S=l*y, где y – это ширина стены либо простенка.

После того как все интересующие площади вычислены, можно начинать вычисление массы стен: M=Sвнеш*270+Sвнутр*90=97.2*270+32.4*90=29160 кг.

После того как выяснена масса каркаса дома, можно начинать вычислять массу перекрытий: M=m1+m2, где M – это общая масса, m1 – цоколь, m2 – межэтажное.

Суммарная масса перекрытий M=6400+21600=28000 кг.

В самом конце вычисляется суммарная масса кровли и воздействующих на нее сил.

Для удобства полученные данные приводятся в таблице, иначе работать далее с ними будет затруднительно:

Расчет сваи с ростверком

Суммарная масса – это именно то давление, которое дом оказывает на грунт под ним. Длина ростверка на фундаменте равноценна суммарной длине стен, т.е. 48 м. Для вычисления массы ростверка нужно сначала узнать объем, а масса бетона для ростверка и свайного фундамента на 1 м³ по стандарту принимается за 2700 кг. Глубина залегания свай 2 м.

V=l*y*h=48+0.5*0.4=5 м³ раствора бетона. Для вычисления массы: m=V*2700=5*2700=13500 кг.

Расчет ростверка можно прибавить к основной массе дома, т.к. он лишь связывает сваи между собой и параллельно распределяет нагрузку между ними. Mсум=13500+63793=77293 кг.

Схема фундамента из сборно-винтовых свай.

Произвести расчет сваи немного сложнее, но тоже возможно. Особенностью данного расчета служит то, что нельзя колонну сделать шире ростверка. Сложнее всего вычислить ее объем, т.к. известен изначально только стандартный диаметр – 0,5 м. Для вычисления площади можно воспользоваться формулой S=Пи*R2=3,14*0,0625=0,19625 м².

M=0,19625*2=0,3925 м³, что при переводе в массу будет m=0.3925*2700= 1059,75 кг.

Количество колонн – 1 шт. на 0,8 м, а при условии суммарной длины 48/0,8=60 шт.

Плотная маловлажная глина имеет сопротивление 6 кгсм², либо 60000 кгм².

Суммарная масса, которой воздействует свайный фундамент с ростверком и домом: Mсум=60000+77293=137293.

Осталось сделать соотношение возможностей грунта и детального расчета сваи (суммарной массы), но начать надо с возможностей грунта 60000*(0,19625*60)=706500.

В итоге можно увидеть, что возможности грунта и площадь свайного фундамента с ростверком позволяют не просто разместить на нем дом, но еще останется запас под 5 аналогичных. В целях экономии можно сократить количество свай, увеличив между ними просвет.

Бывает такое, что под домом ниже глубины промерзания находятся более слабые поверхности, как песчаник, у которого несущая способность в 3 раза ниже. Случаи бывают разные, но не всегда получается (и не всегда нужно) решить проблемы при помощи обычного добавления еще одной колонны, иногда можно прибегнуть к другому решению – при помощи специальной насадки на бур расширить основание сваи, благодаря чему несущая способность свайного фундамента с ростверком повысится во много раз.