Нагрузка на винтовые сваи: максимальные возможности

Нагрузка на винтовые сваи: максимальные возможности

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.

Расчёт веса нагрузки винтовой сваи

Для расчета необходимо учитывать размеры винтовых свай и качество грунта, в которой они будут устанавливаться. Чтобы выполнить предварительный расчет необходимо произвести умножение площади основания на сопротивляемость почвы и уточнить расчет свайного фундамента.

Как правильно установить винтовые сваи оцинкованные, можно узнать прочитав данную статью.

На фото – устройство винтовых свай:

Например, для вычисления возможностей винтовой сваи 133, ввинченной в обычную глину, необходимо произвести следующий план действий:

  1. Вычислить площадь лепестковой подошвы. Для сваи 133, диаметр подошвы которой составляет 30 см, этот параметр будет составлять 706, 5 см2.
  2. С учетом указанного типа почвы стоит выбрать правильный грунт. Для глины она будет составлять 6 кг/см2.
  3. Две полученные величины необходимо перемножить, и получится результат 4,2 тонны. Именно такой вес способна выдержать винтовая сваи 133. Ее можно устанавливать в глинистую почку на глубину 2-2,5 м.

Какая марка цемента подойдёт для заливки фундамента можно узнать из данной статьи.

На видео – о несущей способности винтовых свай:

Как сделать раствор для фундамента можно узнать из данной статьи.

Способы установки винтовых свай

Небольшие по длине (до 2 м) опоры устанавливают ручным способом. Сваи диаметром 108 мм и больше, длиной 2,5 м и более монтируют механизированным методом.

Установка винтовой сваи вручную

Ручная установка винтовых опор

  1. ВС длиной до 2,5 м часто устанавливают вручную. Это делают следующим образом:
  2. Сначала делают разметку свайного поля. Колышками и шнуром отмечают места установки опор.
  3. Ручным буром делают воронку глубиной 30 – 40 см. Это задаст вертикальное направление погружения ВС в грунт.
  4. Если в верхней части ствола отсутствуют монтажные отверстия, то их прорезают самостоятельно. Это можно сделать газовой горелкой или ацетиленовым резаком.
  5. Опору опускают в ямку. В монтажные отверстия вставляют концы рычагов (это могут быть отрезки водопроводной трубы).
  6. В работе участвуют 3 человека. Двое работников вращают ствол с помощью рычагов. Третий рабочий контролирует вертикаль ВС.
  7. С помощью нивелира делают отметки на стволах опор, фиксирующие проектную высоту наземной части свай.
  8. Угловой машинкой срезают лишние части стволов опор.
  9. В зависимости от конструкции ростверка формируют опорные части оголовков ВС.
  10. Устанавливают ростверк.

Сваи устанавливают на расстоянии друг от друга не более 3 м. Если расстояние составляет 4 м, то посередине устанавливают дополнительную стойку.

Механизированная установка винтовых опор

Силовая установка для вращения ВС устанавливается на подающей стреле любого передвижного грузоподъёмного механизма. Существуют специализированные передвижные установки для ВС.

Скорость формирования фундаментного основания с помощью механизированной установки значительно сокращают сроки строительства объекта.

Расчеты свайных фундаментов

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям первой и второй группы.

Расчет первой группы для придельных состояний производится:

— по прочности материала свай и свайных ростверков;

— по несущей способности грунта основания свай;

— по несущей способности оснований свайных фундаментов;

если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки ( подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др. ) или если основания ограничены откосами или крутопадающими слоями грунта и т.п.

Расчеты по предельным состояниям второй группы производятся:

— по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок;

— по перемещениям свай ( горизонтальным углам поворота головы свай ) совместно с грунтом оснований от действий горизонтальных нагрузок и моментов;

Нагрузки и воздействия

Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах свайных фундаментов, коэффициенты надежности по нагрузке, а также возможные сочетания нагрузок следует принимать в соответствии с требованиями строительных норм. Значения нагрузок необходимо умножать на коэффициенты надежности по значению, принимаемые согласно » Правилам учета степени ответственности зданий и сооружений при проектировании конструкции».

Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований следует выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям — на основные сочетания.

Все расчеты свай, свайных фундаментов и их оснований следует выполнять с использованием расчетных значений характеристик материалов и грунтов.

Расчетные значения характеристик материалов свай и свайных ростверков следует принимать в соответствии с требованиями строительных норм.

Если несущая способность винтовых свай определена по результатам полевых испытаний статистической нагрузкой, то коэффициент надежности принимается равным 1,2.

При высоком и низком ростверке, подошва которого опирается на сильно сжимаемый грунт, и висячих сваях, воспринимающих сжимаемую нагрузку, а также при любом виде ростверка и висячих сваях и сваях стойках, воспринимающих выдергивающую нагрузку, коэффициент надежности принимается в зависимости от количества свай в фундаменте: при 21 свае и более — 1,4 (1,25); от 11 до 22 свай — 1,55 (1,4); от 6 до 10 — 1,65 (1,5): от 1 до 5 — 1,75 (1,6).

Распределение нагрузок на свайное поле

Нагрузка на винтовые сваи

Расчет нагрузки на винтовые сваи

Зачастую при обилии информации по тому или иному вопросу человек теряется, не может определиться с выбором. Конечно в специфических вопросах лучше всего обратиться к помощи специалистов работающих в своей области.
При выборе фундамента на винтовых сваях заказчик часто сталкивается с трудностью в определении расчета количества свай, расстояния между ними, диаметром и длиной свай. Приведенные выше данные помогут определиться с выбором. Отдельно можно добавить, что самым универсальным в выборе в регионе Ленинградской области является винтовая свая 108мм. и длиной 2500мм.

винтовые сваи на сильно заводненном участке

В сильно заводненных местах стоит прибегать к тестовому бурению, а в отдельных и к тестовой установке сваи, что поможет точно определить необходимую длину сваи.

Тестовое бурение механическим способом

Зачастую пробное бурение производится на необходимую глубину, чтобы выяснить состав грунтов и слой твердого пласта и глубину его залегания.

Пробное бурение до твердых пластов грунта

Геологоразведка позволяет точно определить необходимую длину винтовых свай и определиться с их количеством. Выбранный грунт из шурфа показывает качественный состав пород.

Шурф от пробного бурения

Попадаются места с очень нестабильными грунтами, в этих случаях бес тестового бурения и пробной установки винтовой сваи не обойтись.

Пробная установка сваи

Что-бы не «загружаться» объемной, лишней информацией ниже приведены следующие правила.
При выборе винтовых свай под фундамент при нормальных стабильных грунтах можно порекомендовать 108/2500мм., при допустимом расстоянии между сваями не более 3000мм. Вот пожалую главное от чего стоит отталкиваться при выборе свай для устройства фундамента.

Обвязка винтовых свай

Очень важно в нестабильных грунтах производить обвязку фундамента на винтовых сваях. В зависимости от требований по нагрузке на винтовые сваи оказываемых строением производится обвязка винтовых свай швеллером или обвязка винтовых свай уголком.

Читайте также  Искуственный огонь

Для улучшения качества фундамента и гарантированного временного интервала в процессе эксплуатации необходимо производить работы по обвязке свайного поля металлическими деталями ( создание силового каркаса ). Усиление свайного поля необходимо при большой высоте винтовых свай от поверхности грунта, нестабильных, насыщенных водой грунтах ( особенно болотистых и торфяниках ), на участках с большим уклоном, при строениях с большой нагрузкой.

Необходимо учитывать максимальную нагрузку на винтовую сваю и оставлять необходимый запас. Особенно справедливо в регионах с большим количеством осадков в зимнее время ( снеговая нагрузка ) и частыми температурными перепадами от минуса к плюсу ( оледенение кровли ).

Ошибки при монтаже фундаментов на винтовых сваях

Какие ошибки могут быть допущены при устройстве свайно-винтовых фундаментов и конструкций на их основе?

Одна из наиболее распространенных и не «простительных» это не достаточное заглубление винтовых свай в процессе установки. Чаще всего это халатность монтажников и не желание работать с полной отдачей, не опытность и не понимание процессов работы фундаментов особенно в зимнее время. Ни кому не секрет какое количество «строителей» особенно из ближнего зарубежья появилось на просторах страны. В нашей практике были случаи когда заказчик в целях экономии нанимал неквалифицированных работников, не имеющих навыков и опыта в установке винтовых свай и монтаже фундаментов. В последствии приходилось заниматься исправлением и ремонтом фундаментов.

Другая ошибка — это недостаточное количество свай и неправильное распределение нагрузки. как следствие — проседание отдельных элементов конструкции. Отчасти это получается по вине заказчика желающего с экономить на фундаменте.

Отсутствие усиления свайного поля в виде обвязки металлом при большой высоте винтовых свай от поверхности грунта, более 60 см. , при большом уклоне участка на котором стоит фундамент, в подвижных, сильно заводненных, мягких и рыхлых грунтах.

Использование бруса, притом не цельного в виде обвязки свайного поля под достаточно тяжелое строение, к примеру бревенчатый сруб большого размера или из газобетона.

Все это из выше перечисленного может привести к нежелательным дефектам фундамента и постройки в целом.

5. Упрощенный расчет несущей способности

Приведем расчет несущей способности сваи 133 мм для глиняного грунта.

  • Площадь дома 6х6=36 м2
  • Вес дома – 48 тонн (рассчитан из усредненного веса стен, перекрытий, кровли)
  • Грунт – глиняный
  • Периметр наружных стен – 24 м
  • Несущих стен – нет
  • Диаметр сваи 133 мм с лопастью 350 мм

Рассчитываем прочность основания. Из приведенной таблицы подставляем значение порядка 6 кгс/м2. Площадь лопасти составит около 950 см2

Рассчитываем несущую способность:

С учетом коэффициента 1,75 оптимизированная несущая способность будет равна N=5,8/1,75, что составит приблизительно 3,3 тн.

То есть свая диаметром 133 мм и лопастью 350 мм имеет несущую способность порядка 3,3 тонн. Это значение далее можно использовать в расчете фундамента в целом.

Для этого нужно только разделить вес дома на несущую способность одной сваи. Получаем, что для установки винтового фундамента потребуется 58/3,3=17,6. То есть округленно с поправкой в большую сторону понадобится 18 свай.

Общий периметр задан 24 метра, следовательно, сваи нужно устанавливать с шагом 24/18=1,33 м

Точнее шаг установки свай определим с учетом того, что по одной свае нужно обязательно ставить по углам здания. Тогда вдоль периметра нужно установить 18-4=14 свай. Шаг их установки при одинаковой длине стен составит 24/14=1,7 м.

Мы видим, что оставшиеся 14 свай не делятся равно по четырем стенам. В таком случае рекомендуется увеличить число свай до 20 (4 по углам и 16 по стенам), тогда на каждую стену будет приходиться по 6 свай, а шаг установки будет составлять 6/6=1 метр.

В реальности, если провести пробное вкручивание и убедиться что грунт соответствует табличным параметрам, можно уменьшить коэффициент. Тогда потребуется порядка 13-14 свай.

Область использования сваи с диаметром 89 мм

Сфера, в которой чаще всего применяются опорные сваи среднего диаметра, — строительство небольших конструкций. Это определяет несущая способность винтовых свай 89-мм диаметра в каждом случае отдельно. Вес, который можно распределять на каждую сваю по отдельности, составляет 2 тонны, не более. Они могут использоваться в возведении таких объектов:

  • сооружения среднего размера (баня, дача, гараж, склад);
  • опоры для оснований беседок, теплиц, бытовок;
  • металлические ворота и заборы;
  • причалы и пирсы;
  • опоры для рекламных баннеров.

Если выбор падет на сваи с таким диаметром, то необходимо заострять внимание на определенных факторах, таких как сфера использования и состав почвы. От этого будет напрямую зависеть надежность конструкции и срок ее эксплуатации.

3. Параметры винтовых свай

С точки зрения характера восприятия нагрузок винтовые сваи можно условно разделить на две большие группы:

  • узколопастные, диаметр лопасти которых превосходит диаметр ствола менее чем в полтора раза;
  • широколопастные (лопастные), у которых диаметр лопасти в полтора раза и более превосходит диаметр ствола.

Узколопастные модификации воспринимают нагрузки благодаря высокой несущей способности грунтов и рассчитанному количеству витков, шагу и ширине лопасти (обеспечивает учет в полном объеме трения по боковой поверхности). Хорошо проявляют себя в особо плотных сезоннопромерзающих и вечномерзлых (многолетнемерзлых) грунтах. Требуют обязательного выполнения расчетов на противодействие касательным силам морозного пучения из-за значительного трения по боковой поверхности ствола (подробнее «Воздействие сил морозного пучения»).

Широколопастные модификации хорошо воспринимают проектные нагрузки даже в грунтах с низкой несущей способностью благодаря:

  • достаточной площади опирания;
  • подбору конфигурации лопастей, соответствующей грунтовым условиям (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»);
  • расчету расстояния между лопастями, шага, угла, наклона лопастей для многолопастных модификаций (подробнее «Особенности расчета многолопастных конструкций»).

Тем не менее, несущие свойства грунтов будут иметь решающее значение и для этой группы. К примеру, широколопастная свая с диаметром ствола 57 миллиметров и лопастью 200 миллиметров, установленная в грунт с высокой несущей способностью, может воспринять нагрузки до 5 тонн, тогда как конструкция с диаметром ствола 159 миллиметров с лопастью 500 миллиметров, установленная в слабый грунт, может держать менее 5 тонн.

По результатам исследований, проведенных специалистами компании «ГлавФундамент», был построен график зависимости несущей способности винтовой сваи от характеристик основания и конструктивных особенностей самой сваи (рисунок 1).

Из представленных зависимостей видно, что изменение интересующего параметра под влиянием характеристик грунта более значительно, чем под влиянием изменений, связанных с конструктивными особенностями сваи. Это в очередной раз подтверждает, что при выборе конструкции сваи следует в первую очередь отталкиваться от грунтовых условий площадки строительства, их изменчивости как в плане, так и по глубине. Это позволит подобрать экономически эффективную конструкцию, которая обеспечит эксплуатационную надежность в течение всего срока службы здания/сооружения.

Рисунок 1 – График зависимости несущей способности винтовой сваи от характеристик грунта и конструктивных особенностей сваи

dS1, dS2, dS3 – условный диаметр лопасти винтовых свай (исполнение 1, 2, 3).

ds1, ds2, ds3 – условный диаметр ствола винтовых свай (исполнение 1, 2, 3).

Читайте также  Ножка для стеклянного стола

h – глубина погружения.

e/Il – отношение пористости грунта к показателю текучести.

Достоинства

Винтовые сваи активно используются в частном строительстве. Такой фундамент с ростверком из бетона или без него отлично подходит для возведения малоэтажных зданий. Он без проблем выдерживает вес небольшого кирпичного или деревянного дома, подсобных сооружений из пенобетона и каркасных хозяйственных построек. Основа с металлическими опорами проста в установке, надежна и доступна по цене. Но самое главное – конструкция может монтироваться на сложных грунтах с различным рельефом в любое время года и при любой погоде. Экофундамент не требует вырубки растительности и под него необязательно проводить вертикальное планирование участка. Стоит отметить, что в некоторых случаях винтовые сваи под фундамент являются единственным и незаменимым решением.

Полезные советы по вычислению нагрузки на винтовой фундамент

Прежде всего следует обратить внимание на информацию, содержащуюся в различных справочниках по техническим характеристикам тех или иных материалов. Если человеку что-то остается не понятно при расчете веса элемента дома, то не стоит думать на авось, что, в случае ошибки, фундамент все равно выдержит. Нужно помнить, что фундамент из винтовых свай, несмотря на свою надежность и универсальность, не терпит просчетов.

Для того, чтобы правильно рассчитать будущую нагрузку на свайный фундамент, нужно оперировать точными данными. Для этого необходимо запастись терпением и, по возможности, обложится справочниками. Если на это нет времени, то лучше обратится к специалистам, которые сделают это по всем нормам.