Если несущая способность винтовой сваи (ВС) определена неправильно, то во время проектирования фундамента можно неверно установить шаг или диаметр опор. Такая ошибка снизит надежность столбов под домом, приведет в последующем к значительной осадке и крену здания. В результате этого на фундаменте появятся трещины, сколы и образуются дефекты на внешних стенах конструкции.
Как рассчитать массу нагрузки ВС
Расчет сваи на горизонтальную нагрузку производится, в первую очередь, с учетом качества почвы, в которой планируется их установка. Для того чтобы произвести предварительные подсчеты, нужно умножить площадь фундамента на сопротивляемость грунта.
К примеру, максимальная нагрузка на сваи 133, которые ввинчены в мягкую глину, рассчитывается следующим образом:
- Для начала необходимо определить площадь подошвы лепестка. В конкретном случае, если диаметр подошвы составляет 300 мм, этот показатель составляет 706.5 см2.
- Учитывая описанный вид грунта, необходимо правильно подобрать показатель характеристики почвы. Поскольку это глина, то этот параметр равен 5 кг/см.кв.
Оба полученных параметра требуется перемножить, в результате чего получается значение 3532.5 т. Именно это значение и есть расчетная нагрузка на установленную сваю 133. При этом ее допустимо монтировать в глинистый грунт на глубину до 2.6 метров.
Определение прочности основания ВС
Если применяется такой расчет нагрузки, то точный результат получить довольно сложно. При этом определение реального запаса прочности также невозможно. Чтобы правильно определить, какую общую нагрузку выдерживает винтовая свая, нужно использовать следующую формулу:
N=F/γ
где:
- N — вес, который может выдержать свайная конструкция;
- F — «чистая» горизонтальная нагрузка на конструкцию.
Относительно еще одного показателя из выражения «γ» — это поправочный коэффициент, который зависит от количества опор на свайном поле и возникающей нагрузки на грунт. Несущая способность винтовых свай напрямую зависит от данного коэффициента. Определить данный показатель помогут приведенные ниже справочные данные:
Погружение свай вдавливанием это основной метод, который используется при выполнении работ вблизи существующих построек, зданий, сооружений и коммуникаций. При этом вдавливание опор свайного фундамента делается до проектной отметки. Главное условие — усилие вдавливания должно превышать несущую способность не менее чем на 20%. Вдавливают сваи при помощи различных вариантов установок: самоходных (на базе трактора, экскаватора или крана) или несамоходных (упор домкратов в существующий фундамент или систему анкерных устройств, которые соединены с основанием).
Испытание установленных буронабивных свай статической нагрузкой могут выполнить только геологи, обустроившие измерительный объект с эталонной сваей на территории сооружаемого фундамента.
После того как в процессе зондирования было определено, какой может быть допустимая нагрузка на винтовую сваю на грунт, надо сделать другое тестирование — испытание винтовых свай статической нагрузкой. Как и говорилось ранее в статье, это параметр прочности обязан быть больше в 1.2 раза (20%) несущей способности винтовых свай.
С учетом вышеизложенной информации можно определить, какая максимальная нагрузка на винтовые сваи может возникнуть. Мы знаем, что в нашем примере диаметр сваи составляет 133 см. Получается, что максимальная нагрузка на сваи будет составлять приблизительно 4 тонны. Рассчитать точно этот параметр можно только тогда, когда остальные параметры и показатели грунта определены правильно. Кроме того, всегда есть возможность получить усредненные результаты несущей способности свай на основании количества установленных опор на свайном поле. В нашем случае усредненный показатель составляет около 3 тонн.
Особенности строения винтовых свай
У винтовых свай существует 4 конструктивных элемента:
- наконечник, который обеспечивает легкое проникание опоры в землю;
- тело опоры в форме трубки;
- оголовок, который требуется для организации обвязки фундамента;
- лопасть опоры, при помощи этого элемента свая вкручивается в грунт.
Из вышеописанных деталей лишь непосредственно сама трубка, из которой сделана опора, и лопасть имеют главное значение, потому что именно за счет них вся конструкция сопротивляется возникающим нагрузкам. При этом на трубу приходится большая часть нагрузки от дома, а лопасть позволяет увеличить общую площадь поверхности и уменьшить возникающее давление на подстилающий грунт.
Надежность сваи на сжатие
У вас может возникнуть такой вопрос — почему для создания опор во время сооружения дома используются именно трубы? Ответ на этот вопрос довольно простой. Эти элементы выполнены в виде замкнутого контура, за счет чего можно увеличить жесткость такой сваи. Чего нельзя сказать о сваях, которая изготавливаются из швеллеров. При одинаковом весе изделий, металлоконструкция из труб будет более прочной, а затраты на их монтаж будут намного меньше.
Есть варианты, которые позволяют узнать жесткость определенных труб, позволяющие подобрать их в роли опорных столбов для свайного фундамента. На основании расчетов оптимальными для сооружения оснований являются трубы, которые изготовлены из стали сечением 73±300 мм с толщиной стенок более 5 мм.
Зачастую используются стандартные трубки с маркой стали 20, как самые доступные на строительном рынке. Немаловажный показатель — это замкнутость и прочность трубного контура. Нужно сказать, что для свайного фундамента специалисты советуют применять только бесшовные трубы.
Использование заливных свай рекомендовано только в тех местах, где грунты имеют небольшую несущую способность, глубина промерзания больше 1.5 метров и подземные воды располагаются довольно близко к поверхности.
Давление на почву
Давление от дома, которое передается на опоры, передается и на сам подстилающий грунт. Потому несущая возможность свайного фундамента характеризует, как свайная конструкция сможет противостоять определенным нагрузкам.
Несущая возможность свай, как определенно у строителей — это нагрузка, которую могут выдержать опоры здания без их углубления. Говоря другими словами — это возможность фундамента уравновесить нагрузку от массы конструкции и силу сопротивления грунтов. Есть ряд способов, как определить несущую возможность сваи:
- пробный;
- динамический;
- расчетный.
В последнем случае расчет основывается на таблицах из СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» (взамен СНиП II-17-77).
Расчет наибольшей нагрузки на одну сваю
До этого нами была рассмотрена винтовая свая и приблизительная нагрузка, которую она может выдержать. Кроме того, были выявлены и другие особенности такого элемента фундамента. Сейчас попробуем определить наибольшую величину давления, которую способен выдержать один элемент. Для чего рекомендуется использовать такие данные:
- Считаем, что сваи для фундамента имеют диаметр 219 мм. При этом лепестки у этой модели будут иметь сечение 60 см.
- Тип почвы для нашего примера — плотный песок, максимальная нагрузка для которого из таблиц составляет 16 кг/см.кв.
- Если принять, что допускаемая величина прочности составляет 1.75, то тогда можно определить, что точное количество свай должно быть в этом случае не более 6 шт.
При испытании винтовых свай статической нагрузкой, необходимо сделать следующие шаги:
- Выяснить площадь лепестков сваи. В нашем случае она составляет 3532.5 см.кв.
- Затем надо определить вес, который сможет выдержать площадь опоры. Для этого необходимо перемножить площадь лепестков сваи на несущую способность грунтов: 3532.5×16=56.5 тонн.
- Чтобы рассчитать несущую способность, нужно полученное ранее значение разделить на коэффициент прочности: 56.5/1.75=32.3 тонн.
С учетом вышеописанной вдавливающей способности и произведенного расчета, можно подытожить и сказать, что одна свая, которая погружена в плотный песок и сечение ее лепестка составляет 300 миллиметров, сможет выдержать нагрузку около 32 тонн. За счет того, что винтовые фундаменты могут удерживать такие значительные нагрузки, они являются одними из самых востребованных в строительстве.
Когда несущая способность грунтов определена на основании эталонной таблицы для свайного фундамента, то этот коэффициент запаса можно принять равным 1.25. В процессе полноценного тестирования в лаборатории он будет уже равен 1.2. За счет этого несущая способность опоры с сечением лопасти 30 сантиметров на глинистых грунтах и с учетом коэффициента прочности будет составлять 4200кг/1.2=3500 кг.
Таблица несущей возможности
Учитывая выполненный до этого расчет, становится ясно, что параметр несущей возможности основания на сваях будет зависеть от габаритов размеров этого элемента, а если точней — от сечения и размера самой сваи.
Несущая способность винтовой сваи и ее размеры демонстрирует таблица, которая приведена ниже:
Несущая возможность лопастных свай — это немаловажный показатель, определяющий давление на опору. Во время расчета этого показателя нужно учесть следующие характеристики — несущую возможность почвы, сечение и размер свай. Произвести все расчеты можно своими руками без использования услуг специалистов. Если расчеты были произведены правильно, то жилище сможет прослужить вам довольно продолжительное время.
Частые ошибки при расчете
Чаще всего во время выбора свайного фундамента главные ошибки появляются в процессе расчета сопротивления грунта, поскольку лишь этот показатель можно определить опытным способом. Именно по этой причине профессиональные строители, которые давно занимаются свайными фундаментами, в процессе определения наибольших нагрузок все время учитывают коэффициент прочности.
Это дает возможность снизить недостоверность коэффициента во время выбора сопротивляемости почвы. Если это не выполнить, то есть огромная возможность ошибиться в количестве опор, а также неправильно рассчитать дистанцию между столбами.
В результате реальный вес сооружаемого дома будет завышен, а это станет причиной перерасхода денежных средств и приведет к увеличению сроков постройки сооружения. Конечно можно установить ненадежный фундамент, но при этом он начнет очень быстро деформироваться от преждевременного износа.
