Как определить несущую способность винтовых свай

Заливка бетоном винтовых свай

Если вопрос о том, нужно ли заливать винтовые сваи бетоном, не стоит и мастер понимает целесообразность данного этапа работ, необходимо приступить к изучению технологии. Стандартная винтовая свая представляет собой металлический столб, который с одной стороны оснащен винтовой лопастью, с другой – специальным техническим отверстием. Данный элемент позволяет надежно крепить фундамент под зданием, делая его стойким и прочным.

Для чего нужно бетонирование

Бетонирование делает сваи более стойкими к разным типам нагрузки, продлевает срок службы, существенно повышает функциональность. Правильно забетонированная свая прослужит в разы больше укрепленной цинком. Также заливка бетоном сваи нужна для того, чтобы защитить ее от коррозии, что осуществляется за счет вытеснения из трубы воздуха. Бетон существенно повышает прочность, позволяет сэкономить.

Марки используемых бетонов

Для бетонирования лучше всего брать низкофракционный бетон марок М200 или М300. Лучше всего марка М200 подойдет для строительства одноэтажных зданий либо двухэтажных строений с легкими перекрытиями. Марка используется в создании железобетонных изделий, по прочности считается конструкционной. М300 подойдет для строительства фундамента под здание до 5 этажей.

Технология

Перед тем, как заливать в винтовые сваи бетон, необходимо все подготовить: найти лейку для заливки смеси, нарезать и вставить в размер арматуру, бетономешалку или емкость для замеса бетона.

Все стержни должны быть точно отрегулированы по высоте. Если после заливки остались монтажные отверстия, их допускается заклеить бумажным скотчем, который удаляется после затвердения бетона.

Основные этапы заливки бетона в сваи:

• Подготовка инструмента и материалов – заранее нужно определиться с типом свай, способом их создания, типом погружения, местом расположения. В зависимости от этих факторов подбирают и инструмент: обычно это бур, лопаты, нивелир, бечевка, колышки, рулетка, специальный инструмент для работы с арматурой, строительный вибратор. Материалы: сами сваи, смесь песка и гравия, все для приготовления бетонного раствора.
• Обрезка свай – опоры должны быть установлены идеально ровно, поэтому используют специальный инструмент: насадка для экскаватора крепится на своеобразную стрелу, внутри с мощным режущим инструментом, который выравнивает опоры.
• Вставка стальных прутьев.
• Заливка бетоном – непосредственно в ствол, послойно, с трамбовкой. Обязательно нужно следить за тем, чтобы в зоне, где свая примыкает к бетону, не появлялись пустоты.

Преимущества процесса

Винтовые сваи помогают создать долговечный фундамент, защитить арматуру от коррозии, используются для строительства на всех типах грунта. При установке опор не обязательно выполнять земляные работы, так как грунт под сваями почти не промерзает, не демонстрирует пучения. На такой конструкции можно построить надежный и долговечный кирпичный дом.

Расчет несущей способности сваи по грунту

Это экономичный, устойчивый вариант установки фундамента, применяемый практически в любых условиях.

В статье мы расскажем о видах свай, порядке и различных методах расчета фундамента.

Расчет свай начинается с выбора их типа.

По способу заглубления в грунт различают:

• Забивные сваи. Самый популярный вид. Погружаются в грунт путем забивки пневматическим молотом на рассчитанную глубину;
• Буронабивные сваи устанавливаются в самые короткие сроки. Сначала методом шнекового бурения разрабатывают скважину и уплотняют грунт вокруг нее. Потом одновременно с извлечением бура под давлением закачивают в скважину бетонную смесь. Сразу после этого в ней устанавливают армирующий каркас. Его изготавливают из металлических стержней на заводе или строительной площадке;
• Вибропогружаемые опускаются в толщу пород под действием собственного веса. Специальная установка передает вибрацию через сваю на грунт, за счет этого уменьшается сила трения между конструкцией и частицами почвы и свая постепенно погружаются в породу. Метод применяется на площадках с песчаным или насыщенным влагой грунтом;
• Винтовые конструкции имеют лопасти на концах, благодаря им конструкция погружается в землю. Хорошо работают на неустойчивых грунтах и плывунах при наличии недалеко от поверхности прочной породы. При монтаже не издают шума, не повреждают почву, могут устанавливаться на площадках с плотной застройкой. Монтаж осуществляется вручную или с применением легкой техники;
• Вдавливаемые устанавливаются без сильных толчков и вибраций, создают минимальную нагрузку на почву и фундаменты расположенных вблизи сооружений. Подходят для строительства крупных объектов в местах с плотной застройкой и вблизи зданий с неустойчивыми или старыми фундаментами.

По виду материала:

• Железобетон. Самый популярный материал для возведения крупных объектов. Металл, составляющий каркас обеспечивает стойкость к изгибающим нагрузкам, а бетон защищает металлоконструкцию от воздействия окружающей среды, обеспечивает стойкость к вертикальным нагрузкам и увеличивает силу трения с грунтом;
• Дерево. Применяется в индивидуальном строительстве на сухих почвах. Дешевый и доступный материал, но требует дополнительной гидроизоляции;
• Металл. Из этого материала выполняют винтовые сваи. После изготовления их покрывают специальным составом, защищающим их от коррозии.

Сваи отличаются по виду конструкции и форме. Это могут быть квадратные, прямоугольные, многоугольные и круглые сечения. Последний вид приобрел наибольшую популярность благодаря простоте изготовления и расчета нагрузки на такую конструкцию.

По характеру работы:

• Сваи-стойки работают за счет установки их нижней части на прочную породу. Они передают нагрузку на устойчивое основание, миную другие, менее надежные слои;
• Висячие сваи работают за счет силы трения между ними и сжатыми грунтами вокруг.

Общие положения

Расчёт винтовых свай и дальнейшее строительство по нормативным документам должно выполняться в следующей последовательности:

Определение параметров грунтового основания.

Для этого производятся инженерно-геологические исследования. В результате мы должны знать показатели несущей возможности грунтов, их плотность и составляющие, а также физико-химические характеристики.Сбор нагрузок. В данном случае учитывается вес всего дома с мебелью и прочим техническим инвентарём, а также динамические нагрузки (вес снежного покрова, ветровая нагрузка и т.

п.).Предварительный расчёт. На данном этапе составляется приблизительная схема будущих свайных фундаментов.Далее данные, полученные в ходе предварительного проектирования, пропускаются через специальную программу, учитывающую особенности грунтов, показатели веса объектов, ветровые воздействия и т. д.

В ходе этого данные уточняются и оптимизируются. Итогом данного этапа становятся уточнённые данные конструкций фундамента, подогнанные под конкретные геологические и природные условия строительства.Последним этапом расчётов станут рабочие чертежи свайного поля. После этого можно начинать строительство домов на сваях.

Винтовые сваи для разных типов грунтов

Особенности проведения испытаний винтовых свай

Испытания винтовых опор

Винтовые сваи 108 мм под дом испытывают статическими нагрузками с применением следующих методов:

• Ступенчатой нагрузкой с выжиданием стационарного состояния по вертикальным смещениям на каждой из величин нагружения.
• Непрерывно увеличивающейся нагрузкой.
• Знакопеременным или пульсирующим нагружением.

При ввинчивании винтовой сваи в грунт регистрируются следующие параметры: число оборотов, длительность заглубления, осевая пригрузка и крутящий момент. Периодичность записи данных в журнал определяется величиной погружения сваи на каждые полметра.

Пригрузка вдоль оси определяется плотностью грунта и его структурой. Численно она определяется путём деления теоретического числа оборотов сваи к реальному. Если соотношение имеет значение менее 1, то пригрузка повышается, а при большем — снижается. Оптимальным вариантом, который говорит о правильности настройки испытательной установки, считается равенство полученного значения единице.

Посмотрите видео, как проводятся испытания винтовых опор.

Фундамент на винтовых сваях – расчет количества свай

Укрупненный расчет количества винтовых свай производится с учетом следующих показателей:

• диаметра рабочей части спирального наконечника;
• нагрузочной способности каждой опоры;
• суммарной нагрузки, передаваемой зданием.

Разделив суммарную весовую нагрузку строительного объекта на предельный вес, который способна воспринимать одна свая, получаем необходимое количество опорных колонн.

Свайная основа может быть сконструирована из одних опор, по которым укладывают нижнюю обвязку строения

При выполнении точных вычислений специалисты учитывают дополнительные моменты:

• уровень ветровых нагрузок;
• глубину грунтовых вод;
• вид применяемых свай.

После определения потребности в свайных опорах разработайте чертеж и равномерно расположите опорные элементы по периметру строения.

При этом соблюдайте приведенные рекомендации:

• обязательно расположите опорные колонны в угловых зонах здания под капитальными стенами;
• разместите опорные элементы в зоне пересечения несущих перегородок с внешними стенами;
• соблюдайте между опорными колоннами равный интервал, который не должен превышать 2–3 м;
• предусмотрите спиральные сваи по контуру пристроек, под фундаментами печей, а также по периметру террас.

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.

По форме

В зависимости от геометрии продольного, поперечного сечения и нижнего конца сваи принято различать

По форме поперечного сечения

Сплошные сваи прямоугольного (1), квадратного (2), круглого (3), таврового (4) и двутаврового (5) сечений, а также полые круглого (6) сечения (трубы, оболочки) и квадратные с круглой полостью (7).

Рисунок 484.2. Геометрия поперечных сечений свай.

Сваи-оболочки от свай-труб отличаются относительно большим наружным диаметром и относительно малой толщиной стенок сваи по сравнению с наружным диаметром. Соответственно устраиваются сваи-оболочки в грунтах с очень низкой несущей способностью, а такая форма свай позволяет экономить значительное количество материала.

По форме продольного сечения

Сваи постоянного по длине сечения: цилиндрические (1), призматические (2) и сваи с наклонными боковыми гранями: ромбовидные (3), пирамидальные (4), трапецеидальные (5).

Рисунок 484.3. Геометрия продольных сечений свай

По конструкции нижнего конца

Сваи с плоским нижним концом (рис. 483.1.1), с заостренным нижним концом (рис.483.3.2), полые с открытым (1) или закрытым (2) нижним концом, булавовидные с плоским или объемным уширением (3), с камуфлетной пятой (4), винтовые (5).

Рисунок 484.4. Конструкции нижнего конца свай.

Примечание: в нормативных документах классификация по форме дается только для забивных свай (само собой винтовые сваи к ним не относятся). Однако такой подход мне кажется не совсем верным, поэтому я выделил геометрию свай в отдельную категорию.

Видео описание

Видео-обзор о расчете несущих характеристик забивных свай:

Буронабивные

В отличие от забивных и винтовых аналогов, буронабивные сваи изготавливаются непосредственно на месте строительства из материала с заданной несущей способностью под конкретную горизонтальную нагрузку в расчете на одну опору (весу дома и типу почвы) в соответствии с данными специальных производственных таблиц. При этом процедура монтажа выполняется по следующей технологии:

1. По разметке выполняется бурение вертикальной скважины заданной глубины и диаметра.
2. При необходимости повышения несущей характеристики нижняя часть тоннеля расширяется в форме полусферы или конуса – для повышения площади опоры свайного элемента.
3. В канал устанавливается полая опалубка в форме трубы подходящего диаметра.
4. Внутрь конструкции помещается объемный металлический каркас.
5. Далее полость заполняется бетонным раствором заданной марки прочности.

Фундамент из винтовых свай – расчет нагрузок

Для того чтобы правильно выполнить расчет винтовых свай, следует определить усилия, действующие со стороны строения на опоры.

Суммарную нагрузку на один элемент определяйте следующим образом:

• просуммируйте массу всех элементов здания;разделите полученное значение на общее количество опор;умножьте результат на коэффициент запаса прочности, равный 1,1–1,2.

При определении общего веса строения необходимо учесть массу:

• капитальных стен;внутренних перегородок;балок перекрытия;кровли;основания;снежного покрова;мебели;предметов интерьера.

От правильного определения длины свай зависит крепость будущей конструкции, и если эти важные элементы фундамента окажутся короткими, дом может просесть под своей тяжестью

При выполнении работ следует учитывать:

• суммарную весовую нагрузку, которую оказывает здание на основу;несущую способность почвы на участке, где производятся строительные работы.

Удобно использовать теоретические значения нагрузочной способности для различных почв:

• глинистый грунт способен воспринимать от 4 до 6 килограмм на каждый квадратный сантиметр площади винтовой линии;супесчаные и суглинистые почвы характеризуются расчетным сопротивлением, составляющим 3,5–5,5 кг/cм².

Следует ответственно отнестись к определению нагрузок при сооружении свайного основания.

Особенности применения различных видов свай

Для обустройства фундамента частного дома на нестабильных грунтах, как правило, применяются следующие 3 разновидности свай:

1. Винтовые
2. Забивные
3. Буронабивные

Рассмотрим детально особенности эксплуатации и несущих характеристик в каждом случае.

Винтовые

Так как в основе конструкции винтовой сваи лежит стальная труба с лопастями в нижней части (диаметром 89, 108 и 130 мм), основной сферой применения ее являются сооружения с малой нагрузкой (дома из тонкого бруса, ячеистых бетонов или созданные по каркасной технологии), при этом на степень ее несущей способности влияние оказывают в первую очередь такие характеристики, как:

• Диаметр основной трубы.
• Протяженность заглубляемой в грунт части.
• Диаметр лопастей.

Описание

Висячая свая отличается от сваи-стойки тем, что последняя устанавливается опорой на почву. По длине уплотняет землю на боковых стенках. Со временем сцепление лишь возрастает. Осадка происходит за счет уплотнения почвы под острием опоры. Между одиночной висячей сваей и кустом есть отличия. При одинаковых нагрузках куст усаживается сильнее. Осадка увеличивается при тесном расположении свай куста.

Величина осадки будет зависеть от соотношения расстояний между сваями и их длины. Длину сваи можно определить с учетом характеристик почвы. Чем более рыхлой будет земля, тем длиннее должна быть свая. Следует брать в расчет и проектные нагрузки. Свая будет длиннее, чем большую нагрузку она должна будет принимать. Когда обычной длины не хватает, используются висячие составные опоры.

Выбор винтовых свай при различных условиях

Разберем, какие факторы влияют на выбор типа металлических опор для свайного фундамента.

На фото отображен процесс монтажа свайно-винтового фундамента строительной компанией.

Тип грунта, уровень залегания грунтовых вод

Винтовые сваи подходят для следующих типов грунта:

• суглинки;
• торфяника;
• болотистой почвы;
• затапливаемой почвы;
• глинистой;
• супеси.

По плотности грунта подходят как для плотных, так и для рыхлых почв.

Ограничений во времени года для строительства указанного типа фундамента нет. Это может быть, как зимой, так и летом. При этом к обустройству строения можно приступать сразу после установки свай.

Кроме того, сваи можно вкручивать на участках с сильным перепадом высот. Выравнивать все по одному не нужно.

Во время монтажных работ любые вибрационные нагрузки на грунт сведены к минимуму.

Минимальная глубина установки – 1,5 м, максимальная – 8 м. Для свайных оснований в Московской области чаще всего применяют сваи длиной 2,5-4 м.

Единственное исключение – свайные фундаменты не обустраиваются на скалистом грунте, где содержатся крупные обломки щебня, гравия, гальки, поскольку при ввинчивании куски камней могут повредить целостность, форму лопасти.

Материал, тип строения

Свайно-винтовое основание оптимально для строений в один, максимум два этажа (мансарды), а также для жилых домов из бруса, бревен, бани и беседки из пиломатериалов, забора. Допустимо применять их под строения из пеноблоков небольшой площади.

При свайном основании невозможно обустройство подвала.

Особенности и преимущества буронабивного фундамента

В некоторых случаях при сооружении жилых зданий нет возможности устанавливать ленточный фундамент. Например, из-за наличия вблизи уже возведенных зданий или коммуникационных узлов. Такая проблема особенно актуальна в населенных пунктах, где площади участков небольшие и каждый владелец пытается возле дома разместить максимальное количество построек.

Разрешить ситуацию так, чтобы не принести вреда основаниям уже существующих сооружений, позволяет использование буронабивного фундамента на сваях. При его сооружении есть возможность проводить все процессы с максимальной точностью. Кроме того, уровень вибрационных колебаний в процессе работы минимальный, что предотвращает разрушительное влияние на размещенные поблизости постройки.

Преимущества использования свай при сооружении фундамента:

Относительная дешевизна сооружения. Монолитное или ленточное основание, если провести правильный расчет материалов, обойдется значительно дороже применения. С помощью такого фундамента можно соорудить основание на любом типе грунта, включая участки, расположенные вблизи установки на глубину промерзания решение подходит для конструкций из любых материалов.

Например, для домов из кирпича, бруса или сооружения. На его строительство уходит около 5-7 При постройке полностью исключена возможность негативно повлиять на уже готовые здания или нанести вред ландшафту.