Свайный фундамент: расчет количества свай и несущей способности

Иногда приходится сталкиваться со сложностями, когда ленточный или плитный фундамент не подходит для условий конкретного участка. Это может быть вызвано различными причинами: сложным рельефом, слабыми свойствами почвы или высоким уровнем промерзания. Это и другие факторы могут значительно увеличить сложность и стоимость фундамента здания, которая может превышать стоимость строительства самого дома.

В этой, казалось бы, безвыходной ситуации, специалисты рекомендуют использовать свайный фундамент. Расчёт количества свай, их несущей способности, размеры столбов, глубина их залегания и место расположения — всё это необходимо узнать заранее для обустройства свайной конструкции. Произвести эти расчёты можно самостоятельно, воспользовавшись сведениями, алгоритмами и рекомендациями, которые предложены в нашем материале.

Свайная конструкция позволит установить дом на участке с любым рельефом

Технология винтовых свайных фундаментов и их преимущества

Основа устройства

Свайно-винтовое основание — это комплект установленных в толще почвы опор из металла. На поверхности они скреплены в единое целое при помощи ростверка. Каждая свая имеет лопасти специально формы. Они помогают опоре легко входить в почву и, кроме того, одновременно спрессовывают грунт и являются прочным основанием, сопротивляющимся повышенной нагрузке.

Структура сваи даёт ей возможность легко проходить все уровни слабой и неустойчивой почвы до плотных слоёв. Опора заглубляется настолько, чтобы ей не были страшны деформации поверхности от намокания и промерзания. В результате мы получаем исключительно прочное основание дома, не зависящее от капризов погоды, рельефа местности и структуры грунта. Внутри металлическая опора заливается бетонной смесью.

Дополнительного армирования не требуется, отсутствие металла внутри опоры предотвратить внутреннее коррозийное поражение

По верхней части столбы обрезают по единому горизонтальному уровню. К месту среза крепится металлическая монтажная площадка, на которой впоследствии будет закреплён ростверк.

Сфера применения

Подобные фундаменты подходят не только для дома. Свайные основания применяют для бани, навесов для машин, гаражей, строительства фундамента под печь. Эта быстровозводимая основа используется при возведении лёгких конструкций: для беседок и для заборов. Сваи можно смело использовать для строительства помещений с повышенной влажностью, например, для теплицы. Хорошо зарекомендовало себя такое основание и для откатных ворот. Вместе с тем, подобные конструкции настолько надёжны, что их используют для металлических эстакад автодорожных мостов.

Можете представить себе, какие нагрузки способны выдерживать подобные фундаменты, если их устанавливают при строительстве мостов, по которым передвигается автомобильный и железнодорожный транспорт

Преимущества и недостатки свайного фундамента

Что следует знать, решаясь на строительство свайного фундамента

• Подобный тип фундамента нецелесообразно использовать, если плотные слои грунта залегают на глубине более шести метров. В этом случае дешевле обойдётся плитная конструкция.
• Приобретать винты следует только у известных производителей. Экономия на материале может обернуться напрасными тратами на ремонт.

Задачу ввинчивания опор значительно упростит специальная установка. Она в считанные часы и с высоким качеством выполнит все работы

• В процессе проектирования фундамента следует учитывать не только размер опор, но и все параметры здания и особенности грунта на участке.
• Важно обратить внимание на качество защиты металла от коррозии. От него зависит долговечность всего фундамента. При правильной обработке фундамент прослужит не менее полувека.

Совет! Можно самостоятельно провести анализ грунта на участке, если выкопать яму глубиной не менее двух метров. Такое исследование нужно проводить в стороне от будущего фундамента.

Нельзя использовать опоры для заземления электроснабжения дома. В случае замыкания ток, проходя через металл опоры, спровоцирует развитие ржавчины местах сварки.

Разновидности и особенности свайного ростверка

При возведении частных домов в основном применяют свайно-ростверковый фундамент. Это основание позволяет значительно сэкономить на строительстве и снизить в дальнейшем эксплуатационные расходы.

Качественная обвязка основания повышает надёжность всей конструкции

Если жилое здание необходимо установить на рыхлой почве, специалисты по строительству рекомендуют использовать свайно-винтовое основание.

Обвязка фундамента делится на три вида:

• Подвешенный. Этот тип основания находится на высоте десять –пятнадцать сантиметров от уровня грунта. Особенно востребованы висячие сваи в просадочных грунтах. На таком фундаменте строятся здания из облегчённого материала: каркасные и щитовые дома. Подобный вид ростверка нуждается в дополнительном утеплении свободного пространства между грунтом и полом.

Подвешенный фундамент

• Наземный и плитно-свайный. Его размещают на уровне почвы или на уроне гравийной засыпки и нередко закрепляют заливкой наземных плит. Подходит для устойчивого грунта.

Наземный свайный фундамент

• Заглубленный или свайно ленточный. Обойдётся дороже остальных вариантов и подходит для рыхлой почвы. Глубина залегания должна учитывать уровень промерзания.

Свайно-ленточный фундамент

Ростверки тоже можно условно разделить на три основных вида.

Тип	Изображение	Особенности
Деревянный		Применяется при строительстве домов из древесины и каркасно-щитовых конструкций. Для равномерного распределения нагрузки используется обвязочный брус большого сечения. Этот элемент конструкции входит в состав сборных домов.
Металлический		Для связки свай в единое целое применяется металлический швеллер или балка. Является более прочным и долговечным основанием, чем дерево. Может использоваться как каркас для свайно плитного фундамента. Непосредственно на такое основание укладывают полы первого этажа.
Бетонный		Этот тип ростверка используют крайне редко. Он объединяет в себе все положительный качества свайного и бетонного оснований. Такая конструкция не прогибается даже под тяжёлыми стенами из кирпича и блока.
Кустовой		Этот тип ростверка представляет собой «пучки» свай, расположенных в нескольких опорных точках. Винты устанавливают близко друг к другу и скрепляют между собой. Такое кустовое расположение позволяет хорошо распределять точечное давление и используется под колоннами или другими объектами подобного вида) линии электропередач, башни, мачты).

Буронабивные ростверки-сваи неглубокого заложения равномерно распределяют вес здания не только на сваи, но и на сам грунт

К сведению! Для определения оптимального размера опор и глубины их залегания используют сведения, полученные по статическому зондированию. В процессе этого исследования в грунт погружается зонд со скоростью примерно полтора метра в минуту. В ходе погружения аппаратура определяет степени трения и сопротивления почвы, возможное отклонение бура от заданного направления. Полученные данные необходимы для определения несущей способности опор. Стоимость таких работ начинается от 1200 рублей за погонный метр.

Как правильно подобрать винтовые сваи и расчет допустимых нагрузок

Винтовые сваи: типоразмеры и основные принципы выбора

Винтовые сваи различаются по диаметру трубы. В зависимости от этого показателя определяют назначение опоры:

• для индивидуального жилищного строительства – диаметры 10,8; 13,3; 15,9; 21,9; 32,5 см;
• для небольших легких конструкций (бани, беседки, павильоны) – 8,9; 10,8; 13,3 см;
• для оград, рекламных вывесок – 5,7; 7,6 см;
• для террас, причалов, мостков – 8,9; 10,8; 13,3; 15,9; 21,9; 32,5 см.

Сварка или литье?

Опоры выпускаются двух типов – они могут быть сварными или литыми. Производство этих элементов различается, рассмотрим основные принципы:

• Сварные состоят из трубы с заостренным конечником, к которому приварены лопасти. По снипу приваренные элементы винта изготавливаются из толстой стали. В производстве таких опор важно, чтобы приваренные элементы имели четкие геометрические формы. Малейшее нарушение приведет к отклонению сваи от вертикали. Кроме того, при наличии на участке плотного грунта сварной шов на винте может лопнуть в процессе установки столба. В результате опора будет проворачиваться и утратит свои несущие функции. Нередки случаи, когда сварка подводит уже после установки столба, спустя несколько лет после начала эксплуатации фундамента. Опора без стабилизирующих лопастей может просесть под массой стены.

Сварной винт

• Литые наконечники крепятся на сваях при помощи замкового соединения. Они не страдают от коррозии, поэтому именно такие опоры рекомендуют для использования на участках с высоким уровнем залегания грунтовых вод. Стальные литые винты имеют прочные лопасти с точными размерами, они более устойчивы к нагрузкам и сложным почвам. Их можно использовать даже в почвах с мелкокаменистым наполнением. Правильно установленная литая свая прослужит сто лет.

Литой винт

К сведению! Цена на литые сваи выше, чем на сварные. К примеру, свая наиболее популярного диаметра 10,8 см длиной три метра будет стоить так: СВС-108 (сварная) -1.8 тыс. рублей, СВЛН-108 (Литая) – 2.5 тыс. рублей.

Прежде чем купить опоры, тщательно проверьте качество изделия. На строительном рынке можно нарваться на подделки, которые с виду выглядят как литые, а на самом деле выполнены сваркой и с использованием бывших в употреблении или бракованных материалов. Чтобы убедиться в качестве продукта, требуйте у продавцов сертификаты качества. Не поленитесь проверить толщину стенок сваи – у качественной опоры она должна быть 4 мм. У подделки будет меньше. Загляните внутрь трубы с фонариком – следы использования могут быть заметны невооруженным глазом.

Количество лопастей

Сваи могут иметь разное количество лопастей. Опоры следует подбирать в соответствии с ожидаемой нагрузкой.

Тип	Изображение	Назначение
Винтовая свая (шуруп)		Подходит для легких конструкций типа подиума или настила, используется в каменистой почве
Однолопастная опора		Годится для выполнения большинства фундаментов с разным назначением
Двухлопастная свая		Используется для строительства объектов, подверженных ветровым нагрузкам (ограды, рекламные щиты, навесы).

К сведению! Количество монтажных отверстий, как правило, у всех опор одинаковое. Он имеют один стандартный размер.  Под заказ для монтажа с использованием спецтехники подбираются опоры с насадками для ямобура.

Покрытие

На что ещё стоит обратить внимание при выборе опоры? Оказывается, сваи различаются по типу покрытия:

• двухкомпонентное красочное покрытие. Это эмаль на эпоксидной основе. Такая краска разработана производителями специально для обработки грунтовых опор.  Она прочно держится на поверхности металла и устойчива к трению во время ввинчивания сваи;
• холодный цинк. В его роли выступает тонкая цинковая плёнка, имеющая хорошие адгезивные свойства. Это хорошая защита от коррозии, но цинк слабо сопротивляется механическому повреждению. Для защиты цинкового покрытия используют эпоксидную эмаль. Такая двойная обработка гарантирует сохранность опоры;
• горячий цинк. Технология обработки та же, что у оцинкованных вёдер. Толщина слоя– до ста двадцати микрон. Это прочное, долговечное и надёжное покрытие. Оно станет практически вечным, если будет дополнительно обработано эпоксидной эмалью;

Цинковое покрытие — самое устойчивое

• термоусадочный материал. Это новое слово в защите металла в условиях, провоцирующих коррозийное поражение. Принцип обработки предельно прост, вы когда нибудь использовали термоусадочные наклейки на пасхальные яйца? И здесь всё очень похоже. Трубка полимерного материала надевается на сваю и затем свая нагревается строительным феном. Полимер плотно обтягивает опору и после ей уже ничего не страшно: ни морозы, ни влага. Миллиметровый слой полиолефина не только надёжно защитит опору, но будет способствовать её лёгкому ввинчиванию.

Допустимые нагрузки на винтовые сваи с учетом особенностей участка

Мы подробно рассмотрели типы и размеры свай, настало время поговорить об их несущих способностях. От этого показателя зависит, какое количество опор потребуется для надёжного фундамента вашего строения.

Несущие способности свай зависят не только от их размеров, но и от характеристик грунта. При проектировании фундамента необходимо тщательно исследовать участок и учесть особенности местного климата.

Стабильность свайного фундамента достигается путём активного сопротивления опор воздействию сдавливающих и выталкивающих сил грунта

Совет! Для увеличения прочности конструкции сваи устанавливаются с шагом в два метра. При такой расстановке, фундаментная балка может иметь сравнительно небольшое поперечное сечение.

Ориентировочные параметры несущих способностей сваи в разных грунтах:

Одно из основных строительных правил – не доводить нагрузку на фундамент до максимальной. Чтобы определить поведение будущего фундамента в процессе эксплуатации, проводят испытание эталонной сваей диаметром 114 миллиметров. Эту составную опору забивают в грунт и подвергают разного типа нагрузкам: выдёргиванию, вдавливанию, смещению. Таким методом получают данные по сопротивлению грунта и определяют размеры опор и глубину их залегания.

Все исследования проводятся с применением специального оборудования, фиксирующего изменения состоянии эталонного элемента

Несущую способность можно рассчитать при помощи проверенной формулы:

W=О/k, где

W – это показатель допустимой нагрузки на опору;

O – расчёт допустимой нагрузки с учётом размера опоры и особенностей почвы;

k – коэффициент эксплуатационного запаса фундамента.

Для начала рассчитаем значение О. Потребуется следующая формула:

О = S х Ro, где

S — это поперечное сечение лопасти опоры;

Ro – сопротивление грунта на глубине, до которой опустится винтовая часть сваи.

Найти последнее значение можно по этой или другим таблицам, содержащим общие сведения по характеристикам почвы в вашем регионе.

Таблица характеристик почвы

Возвращаясь к значению k поясним, что оно имеет показатели от 1.2 до 1.7. При этом 1.2 – минимальный показатель, характерный для самого устойчивого грунта.

Совет! Наиболее полную картину состояния почвы на участке и точный расчёт фундамента можно получить, только обратившись к профессионалам, исследующим грунт с помощью специального оборудования. По предельным состояниям эталонных приборов они определят допустимую горизонтальную нагрузку на будущий фундамент и вынесут рекомендации по уровню заглубления опор.

Калькулятор несущей способности свайных опор

Предлагаем вам для упрощения расчётов воспользоваться онлайн-калькулятором несущей способности свай. Эта программа создана с учетом требований СНиП и СП для свайных фундаментов.

Приведённая методика, как и в формуле, о которой мы говорили ранее, основывается на размерах ствола и винта опоры, глубины установки и составе грунта на участке.

Геометрические данные опор доступны каждому, а вот данные о свойствах почвы можно получить только в результате профессиональных исследований. Если таких сведений нет, программа может произвести расчёт по средним показателям, заложенным в снип. Этот вариант расчёта поможет получить ориентировочные данные для проектирования, которые следует применять с осторожностью, закладывая запас прочности.

Можно воспользоваться для расчётов специальными программами – SCAD или Лира. Пользователи forumhouse отмечают, что в лире более простой и понятный интерфейс, а в скаде есть необходимый для расчётов конструктор сечений. Кроме того, в scad 21 заложена возможность наглядной визуализации результатов вычислений. В любом случае, и та, и другая программы доступны и понятны только профессионалам. Не имея фундаментальных знаний, новичок вряд ли сможет разобраться со всеми необходимыми для работы с программой параметрами.

Интерфейс программы Лира

Так что, для самостоятельных вычислений предлагаем вам воспользоваться примером калькулятора из этого материала. Вычислив несущие возможности каждой опоры можно без труда произвести расчёт стоимости всего фундамента.

Статья по теме:

Фундамент на винтовых сваях своими руками. Сделать такую конструкцию вполне по силам любому более-менее грамотному строителю. Его преимущества и недостатки, особенности монтажа и отделки – обо всем этом в нашем материале.

Самый простой расчет свайного фундамента, без формул и сложных схем

После того, как определены все особенности грунта на участке и произведен расчет несущей способности винтовых свай для фундамента, можно приступать к непосредственному планированию основы под дом.

Предлагаем небольшое пособие по расчету для индивидуального строительства:

• Подберите диаметр свай для строительства. Для этого не потребуется никаких сложных расчетов. Достаточно знать, что для одноэтажных каркасных и деревянных домов достаточно опор с диаметров 89 миллиметров, а для строений из пенобетона потребуются сваи с диаметров 108 миллиметров.
• На некотором расстоянии от места строительства на самой высокой точке участка выкопайте яму метровой глубины. Если на ее дне обнаружится глина или спрессованный песок – выбирайте опоры высотой два с половиной метра. Если обнаружится грунтовая влага или торф, садовым буром продолжайте заглубление, пока не доберетесь до глины.

По размерам шурфа рассчитайте глубину столбов

• Изучите рельеф участка под фундамент. Следует учесть все перепады высот. Размеры столбов в низинных участках должны быть больше. То есть расчетная длина плюс высота перепада. И заложите еще полметра на «всякий пожарный». Проще отрезать лишнее, чем поставить опору заново.
• Для расчета количества свай можно не углубляться в сложные математические формулы. Для легких каркасно-щитовых домов шаг между опорами составляет три метра, для пенобетонных строений – два.  Расчертите на сетке план фундамента и посчитайте, сколько столбов необходимо установить. Для оптимального распределения нагрузки они должны размещаться по углам и на местах пересечения стенок. Остальные проемы заполните точками опор с шагом, соответствующим материалу дома.

Важно! Предусмотрите дополнительные опоры в местах расположения печи и камина. Если к дому будет пристроена веранда или терраса, это тоже должно быть отражено в плане будущего фундамента.

Используя это простое руководство несложно правильно спланировать свайную конструкцию для простого строения.

Возвращаясь к теме, как рассчитать нагрузки на фундамент, можно порекомендовать еще один вариант онлайн калькулятора. Он поможет определить суммарную нагрузку на всю фундаментную конструкцию.

Калькулятор расчета нагрузки от всего строения

Итак, следующая программа поможет рассчитать общую нагрузку на основание здания с учетом всех важных факторов: размеров внутренних и внешних стен, массы перекрытий, особенностей стропильной системы и кровельного покрытия. Эти показатели важны для определения типа и прочности фундамента. Даже после приблизительных расчетов вы увидите, насколько будут отличаться результаты для каркасного дома и, к примеру, строения из пенобетона.

Рассмотрим всё по порядку:

Итоговый результат получится в тоннах. Произвести окончательные вычисления можно без специальных инструментов. В первом калькуляторе вы получили размер нагрузки на одну сваю с учетом особенностей грунта. Во втором – общую массу строения. Остается разделить второй результат на первый и получить требуемое количество свай.

Важно! Не забывайте предусмотреть размещение дополнительных свай на все местах пересечения и сопряжения ограждающих конструкций.

И в завершении темы о свайном фундаменте еще немного полезной информации:

• Винтовые сваи используются не только для строительства новых объектов, но и для реставрации старых. Усиление буроинъекционными сваями существующих оснований не требует капитального вмешательства. Таким образом можно значительно укрепить фундамент даже многоэтажных конструкций.
• Устанавливая свайный фундамент с бетонным ростверком не забывайте о качественном армировании бетона.

Видео советы по правильному планированию свайного фундамента