Оглавление
Этот тип фундамента не подходит для строительства зданий из тяжелых материалов (кирпич, бетон и т. д.). Он предназначен исключительно для возведения легких строений, таких как каркасники.
Конструкция отличается простотой монтажа. Работы проводятся по следующему алгоритму:
Поэтому прослеживать уровень вхождения следует на протяжении всего процесса. Важно помнить, что чем глубже опора погружена в землю, тем труднее проходит выравнивание.
Бывает, что «первые» шаги даются сложно, и винт не хочет поворачиваться. В таких случаях углубление для опоры увеличивается на 10-15 см, а на рычаги, в качестве дополнительной вертикальной нагрузки, вешается какой-то груз. Когда опора будет легко проворачиваться, груз можно снять.
а) по прочности материала свай и свайных ростверков;
б) по несущей способности (предельному сопротивлению) грунта основания свай;
а) по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок (см. подраздел 7.4);
б) по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов (см. приложение В);
в) по образованию или чрезмерному раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.
7.1.2 В расчетах оснований свайных фундаментов следует учитывать совместное действие силовых факторов и неблагоприятных влияний внешней среды (например, влияние подземных вод и их режима на физико-механические свойства грунтов и др.) на весь период эксплуатации.Сооружение и его основание должны рассматриваться совместно, т.е.
должно учитываться взаимодействие сооружения со сжимаемым основанием.Расчетная схема системы “сооружение-основание” или “фундамент-основание” должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих напряженное состояние и деформации основания и конструкций сооружения (статической схемы сооружения, особенностей его возведения, характера грунтовых напластований, свойств грунтов основания, возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации сооружения и т.д.).
Рекомендуется учитывать пространственную работу конструкций, геометрическую и физическую нелинейность, анизотропность, пластические и реологические свойства материалов и грунтов, развитие областей пластических деформаций под фундаментом.Расчет свайных фундаментов должен проводиться с построением математических моделей, описывающих механическое поведение свайных фундаментов для первого или второго предельного состояния.
Расчетная модель может представляться в аналитическом или численном виде. При проведении расчетов несущей способности и осадок одиночных свай предпочтение следует отдавать табулированным или аналитическим решениям, приведенным в настоящем СП. Расчеты большеразмерных свайных кустов и комбинированных свайно-плитных фундаментов (КСП) следует, преимущественно, проводить численно.
При проектировании свайных фундаментов следует учитывать жесткость конструкций, объединяющих головы свай, что должно отражаться в расчетной модели. При этом при составлении расчетной модели должны также учитываться:грунтовые условия площадки строительства;гидрогеологический режим;особенности устройства свай;
наличие шлама под нижним концом свай.При проведении численных расчетов расчетная схема системы “ростверк – сваи – грунтовое основание” должна выбираться с учетом наиболее существенных факторов, определяющих сопротивление указанной системы. Необходимо учитывать продолжительность и возможное изменение во времени нагружения свай и свайных фундаментов.
Расчетная модель свайных фундаментов должна строиться таким образом, чтобы содержать погрешность только в сторону запаса надежности проектируемых надземных конструкций. Если заранее такая погрешность не может быть определена, необходимо проведение вариантных расчетов и определение наиболее неблагоприятных воздействий для надземных конструкций.
При проведении компьютерных расчетов свайных фундаментов следует учитывать возможные неопределенности, связанные с назначением расчетной модели и выбором деформационных и прочностных показателей грунтов основания. Для этого при проведении численных расчетов, определяющих возможное сопротивление одиночных свай, групп свай и свайно-плитных фундаментов, рекомендуется проводить сопоставление результатов расчета отдельных элементов расчетной схемы с аналитическими решениями, а также выполнять сопоставление альтернативных результатов расчета по различным геотехническим программам.(Измененная редакция, Изм. N 1).
7.1.2а При проектировании свайных фундаментов допускается использовать как компьютерные программы, реализующие методики настоящего свода правил, так и численные решения с использованием апробированных геотехнических моделей. Программное обеспечение должно быть верифицировано (проверено).(Введен дополнительно, Изм. N 1).
7.1.3 Нагрузки и воздействия, учитываемые в расчетах свайных фундаментов, коэффициенты надежности по нагрузке, а также возможные сочетания нагрузок следует принимать в соответствии с требованиями СП 20.13330, СП 22.13330.
7.1.4 Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям – на основные сочетания.
7.1.5 Нагрузки, воздействия, их сочетания и коэффициенты надежности по нагрузке при расчете свайных фундаментов мостов и гидротехнических сооружений следует принимать согласно требованиям СП 35.13330; СП 40.13330; СП 38.13330 и СП 58.13330.
7.1.6 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 СП 63.13330, СП 16.13330, СП 64.13330, СП 35.13330 и СП 40.13330.
Расчетные значения характеристик грунтов следует определять в соответствии с ГОСТ 20522, расчетные значения коэффициентов постели грунта , окружающего сваю, следует принимать в соответствии с приложением В.Расчетные сопротивления грунта под нижним концом сваи и на боковой поверхности сваи следует определять по указаниям подраздела 7.
2 или путем расчета с использованием численного моделирования.При наличии результатов полевых исследований, проведенных в соответствии с требованиями подраздела 7.3, несущую способность грунта основания свай следует определять с учетом данных статического зондирования грунтов, испытаний грунтов эталонными сваями или по данным динамических испытаний свай.
В случае проведения испытаний свай статической нагрузкой несущую способность грунта основания сваи следует принимать по результатам этих испытаний, учитывая рекомендации подраздела 7.3. При применении комбинированных свай их несущая способность должна определяться только на основании статических испытаний.
Для объектов, по которым не проводились испытания натурных свай статической нагрузкой, рекомендуется определять несущую способность грунта основания сваи несколькими из возможных способов, указанных в подразделах 7.2 и 7.3, учитывая при этом уровень ответственности сооружения.(Измененная редакция, Изм. N 1).
7.1.7 Расчет свай и свайных ростверков по прочности материала должен производиться в соответствии с требованиями действующих правил по расчету бетонных, железобетонных, стальных и деревянных конструкций.Расчет элементов железобетонных конструкций свайных фундаментов по образованию и раскрытию трещин следует производить в соответствии с требованиями СП 63.13330, для мостов и гидротехнических сооружений – также с учетом требований СП 35.13330 и СП 40.13330 соответственно.
7.1.8 При расчете свай всех видов по прочности материала сваю допускается рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии , определяемом по формуле
, (7.1)
где – длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м; – коэффициент деформации, 1/м, определяемый по рекомендуемому приложению Г*._________________* Вероятно, ошибка оригинала. Следует читать “Приложение В”. – Примечание изготовителя базы данных. Если для буровых свай и свай-оболочек, заглубленных сквозь толщу нескального грунта и заделанных в скальный грунт, отношение , следует принимать (где – глубина погружения сваи или сваи-оболочки, отсчитываемая от ее нижнего конца до уровня планировки грунта при высоком ростверке, подошва которого расположена над грунтом, и до подошвы ростверка при низком ростверке, подошва которого опирается или заглублена в нескальные грунты, за исключением сильносжимаемых, м).
При расчете по прочности материала буроинъекционных свай, прорезающих сильносжимаемые грунты с модулем деформации 5 МПа, расчетную длину свай на продольный изгиб в зависимости от диаметра свай следует принимать равной:при 2 МПа при 25 МПа .В случае если превышает толщину слоя сильносжимаемого грунта , расчетную длину следует принимать равной 2.
Особенности при проектировании фундамента с использованием свай даны в СНиП 2.02.03-85:
Исходя из сложности площадки бурят контрольные скважины с шагом не более 50 метров. На каждый контур отдельного здания не меньше 4 бурений. Допускается 3 скважины для площади подошвы здания до 1300 м².
После монтажа винтовых свай проводятся дополнительные работы. В первую очередь стоит убедиться, что все опоры установлены ровно. До нулевого уровня дома от земли должно быть минимум 60 см. Выравниваем все сваи, чтобы они находились в одной плоскости. Для этого можно использовать болгарку.
Далее опоры бетонируют, чтобы придать им прочности. Это исключит вероятность крена и деформации будущего фундамента. Также необходимо выгнать из полостей воздух, чтобы фундамент в дальнейшем не разрушался.
Смесь засыпается во внутреннюю пустоту сваи, также необходимо уложить армирование, это придаст конструкции надежности. Для этого готовится цементно-песочная смесь. Ее расход составляет 35 кг на 1 сваю.
Заключительный этап монтажа опор — привариваются оголовки. После этого выполняется обвязка брусом. Если использовать швеллер вместо бруса, тогда можно обойтись без оголовков. Это поможет значительно сэкономить.
Работа со свайно-винтовым фундаментом исключает следующие действия:
Для буронабивных свай количество, размеры, расстояние между ними в свету выбирают исходя из следующих условий:
По результатам исследований показатели для почв и пород, климатического районирования берутся из таблиц. Удельный вес строительных материалов, для определения суммарного показателя, указан в справочниках.
При совпадении типовых показателей можно воспользоваться сводными таблицами. По сопротивлению почвы и диаметру столба определяется величина несущей способности одной опоры. Расчетная величина часто оказывается ниже фактической, полученной в результате испытаний. Это объясняется применением осредненных табличных значений величин.
При глубине до 3 м рекомендуется выбирать сечение бетонного стержня диаметром от 30 см (п.15.2.,СП 24.13330.2011;СНиП 2.02.03-85; п.1810.3.5.2.2, Международного строительного кода IBC -2009).Подошва колонны выступает на 100 мм. Пример: для 300-мм столба подошва – Ø 500 мм.
Термины с соответствующими определениями, используемые в настоящем СП, приведены в приложении А.Наименования грунтов оснований зданий и сооружений приняты в соответствии с ГОСТ 25100.
Для монтажа свайно-винтового фундамента необходимо знать о несущих способностях грунта. Проект дома, и фундамента в том числе, создается на основе этих данных. Узнать структуру не сложно, для этого можно заглянуть в Интернет или поспрашивать у соседей.
Даже после выяснения этой информации проверить почву на участке лучше самостоятельно. Для этого необходимо взять старый бур для рыбалки и в дальнем углу участка пробурить отверстие. Это поможет наглядно увидеть состояние почвы: ее влажность глубина залегания горизонтов и т. д.
Для проверки рекомендовано бурить отверстие ниже предполагаемого уровня погружения свай. Это поможет ознакомиться с качествами нижних горизонтов почвы, которые и играют основную роль для фиксации опор.
Рассчитаем минимальное количество точек распределения нагрузки на основе со значением несущей способности 4,5 кг/см². Вес постройки, включая весь фундамент, примем равным 140 000 кг. У колонны 40 см подошва составит 60 см. Следовательно, площадь нижней части одного элемента 2826 см². Для распределения всего веса потребуется (140000 : 2826)/4,5 = 11,0089. Всего 11 буронабивных стержней. Для сравнения одна такая опора Ø 40 см из бетона марки 100 выдерживает 40 т (100 кг/см²).
Винтовые металлические опоры для каркасного или брусового дома устанавливают с шагом не более трех метров. Но нередко его уменьшают до 1-1,2 метра. Данный параметр зависит от суммарной величины нагрузок и свойств грунта. Узнать более точное расстояние помогает расчет, который допускается не выполнять для временных и неответственных строений.
Определяя шаг винтовых опор, следует учитывать длину ростверковых балок, так как обоими концами они должны опираться на оголовок ввинченной трубы. Это касается как каркасного, так и брусового дома. Но в случае устройства бетонного ростверка данный фактор во внимание не принимается.
Если в качестве основания дома предусматривается выполнение плитного фундамента, то местоположение винтовых свай определяется проектной документацией. Такая конструкция предполагает чуть более сложный расчет, но принцип остается все тот же – опоры размещаются под несущими стенами или колоннами каркасного дома.
Целостность дома помогут сохранить правильно расставленные опоры. С их помощью нагрузка равномерно будет распределяться под площадью застройки, в связи с чем удастся избежать нежелательных просадок. Дом со сложными контурами в плане требуют особого внимания, особенно углы и места сопряжения стен. Установка под ними винтовых свай является обязательной.
Схемы размещения свай зависят от конструктивных особенностей дома. Существует четыре типа их расположения в плане:
Шаг винтовых свай, установленных под каркасный дом, составляет до 3 м. Чаще всего эта цифра уменьшается до 1-1,5 м между опорами. На это влияют особенности почвы, массы и предназначения строения. Рассчитывать расстояние между сваями для каждого дома необходимо индивидуально.
Важно! Сваи обязательно должны равномерно располагаться по всему строению. Находиться по внешним и внутренним углам, под несущими стенами.
Расстояние между сваями также обусловливается длиной ростверка, так как он должен обоими концами ложиться на оголовок опоры. Это не берется в учет, только если монтируется бетонный ростверк.
Немного сложнее рассчитывать размещение опор для плитного фундамента. Как правило, для этого используется специальная проектная документация. Но принцип размещения опор не меняется: их располагают под несущими стенами и колоннами каркасника.
Правильное размещение свай необходимо, чтобы сохранить целостность каркасного дома и избежать просадки. Особенно это касается сложных проектов: проекты двухэтажных домов, здание со стенами неправильной формы и т. д. Главное правило: нагрузка должна распределяться равномерно.
Расположение опор дома бывает четырех типов:
Каждая стойка в отдельности может просесть или быть выдавлена вспучиванием при промерзании грунта. В таком случае произойдет перераспределение нагрузки, нарушение устойчивости здания. Решение проблемы объединяет отдельные столбы в единой связке – ростверке, увязывающем лентой или плитой все элементы.
Для этого из верхней части бетонных цилиндров выпускаются края армирующего каркаса. Конструктивное решение должно учитывать количество точек опоры, расстояние между ними в свету, расположение несущих стен. Материалом служит наливной или сборный железобетон, стальной профиль, деревянный брус. Проектируют, исходя из выбранной конструкции будущего дома.
Стальное профиль не самый лучший выбор – металл подвергается агрессивному воздействию окружающей среды, поэтому нуждается в постоянном поддержании защитного покрытия. Больше всего достоинств имеет такое решение, как монолитная заливка. Для наборного варианта потребуется подъемный механизм. Да и подвижность у него выше.
Наибольшее расстояние между буронабивными опорами определают как отношение несущей способности сваи (Р) к нагрузке строения на один погонный метр фундамента (Q). В свою очередь, Р представляет собой суммарный показатель боковой поверхности и основания.
Росн = 0,7 * Rн * F,
где Rн — нормативная несущая способность, F — площадь основания буронабивной сваи, а 0,7 — коэффициент однородности грунта.
Рбок. пов-ти = 0,8 * U * fiн * h,
где 0,8 — коэффициент условий работы, U — периметр сваи по сечению, fiн — нормативное сопротивление грунта у боковой поверхности сваи, h — высота слоя грунта, контактирующего с фундаментом.
Разделив массу здания на его периметр, получим Qк примеру, 6,2 т/м. В размер приплюсовывается длина основания не только наружных, но и внутренних стен, находящихся под нагрузкой (если есть). Предварительно выберем сваю Ø 30 и длиной 3 м. Р= 12,31 т.
Максимальное расстояние составит 1,98 м.
Теперь начинаем привязку промежутка между опорами к геометрии проектируемого здания. Учитывать необходимо кратность сторон периметра расстоянию между столбами. Увеличить размер просвета можно, приняв расчетную деталь с большим диаметром или длиной (увеличиваем числовое значение Росн, Рбок. пов-ти).
Строительные правила рекомендуют соблюдать расстояние между буронабивными колоннами от 3 до 6 их диаметров. То есть, в свету минимальный зазор 2 диаметра. Уменьшение возможно, ноне рационально. При бурении не происходит такого сдавливания грунта, как при забивании. Однако, близкое расположение столбов (менее 1 м) распределяет нагрузку на поверхность основания с взаимным наложением зон деформации основания.
Получаем принцип куста. При расчете трения по боковой поверхности в кусте учитывается только внешний условный периметр всего куста опорных стержней, что уменьшает общее значение этого показателя. Также растет напряжение деформации под подошвой, что может увеличить осадку. Взаимовлияние в кусте рассчитывается по СП 50-102-2003 (п.7.4.4).
Чтобы правильно рассчитать расстояние между сваями для вашего каркасного дома, наглядно рассмотрим, как их проводить, на примере одноэтажной постройки из деревянного бруса. Его площадь составляет 6х6 м. Вычисляем объем древесины, для этого берем во внимание высоту стен дома с учетом крыши и их толщину. Представим, что у нас получилось 20 000 м3.
Далее берем массу одного куба древесины (800 кг конкретно в нашем примере) и умножаем ее на 20 000 м3. У нас получается 16 тонн, именно такую нагрузку на фундамент дает чистый каркас.
Далее следует вычислить:
Суммируем все три результата и получаем 27,72 тонны. Далее умножаем это число на коэффициент запаса — 1,1. В результате мы получаем 30,492 тонны нагрузки.
В строительстве мы будет использовать сваи с диаметром 8,9 см. Одна такая опора рассчитана на 2 тонны нагрузки. Минимальное количество свай рассчитывается следующим образом: 30,492/2=16. Это минимальное количество свай, которое располагается по периметру здания. Также необходимо установить дополнительные сваи под лаги пола и несущие станы.
Важно! Если здание 2-х этажное, нагрузка умножается на 2.
Это обобщенный пример, как проводятся расчеты, но в нем не учитываются индивидуальные особенности местности и самого проекта. Рекомендуется доверить эту работу, как и проектирование здания, профессионалам. Это гарантирует надежность и долговечность фундамента.
Рассмотрим особенности расчета на примере дома квадратной формы с периметром 8х8.
К другим особенностям строения относятся:
Вычисление площади стен:
Вычисление массы стен при использовании табличных значений для массы 1 кв. м:
Вычисление массы цокольных и чердачных перекрытий при использовании табличных значений для массы 1 кв. м:
Для определения массы дополнительной нагрузки (внутреннего наполнения дома: отделочных материалов, вещей, оборудования) используется табличное значение 350кг/1кв. м. При вычислении нагрузки для двухэтажного дома вес дополнительной нагрузки умножается на 2.
8*8*350=22400 кг.
Вычисление общей нагрузки на фундамент:
16000 22400=38400 кг.
Вычисление количества свай по формуле К=Р*к/S, где:
«Р» – общая нагрузка;
«к» – коэффициент надежности (в примере – 1.4);
«S» – максимальная нагрузка на 1 сваю (это значение опирается на специфику сваи, в примере это – опора с диаметром 300 мм).
Сопротивление грунта определяется спецификой той местности, на которой возводится дом. В примере это грунт со средней плотностью 3 кг. /куб. см., слабым промерзанием 1 метр и глубоким залеганием грунтовых вод.
38400*1.4/2600=20.6
Приведенный пример показывает возможный вариант вычислений. Он не учитывает конкретную специфику отдельного строения, которая может повлиять на конечное количество свай и их размещение в плане фундамента.
Один из главных моментов – отделочные материалы и прочее наполнение дома, составляющее примерно половину нагрузки. Табличное значение отталкивается от усредненного веса материалов. Если используется массивная обшивка, например, плиты гранита или мрамора, кладка камня или кирпича и т. п., показатель общей нагрузки может существенно измениться. В таких обстоятельствах без точного подсчета веса всех элементов, относящихся к дополнительной нагрузке, не обойтись.
О свайных фундаментах и рекомендованном расстоянии между сваями смотрите в этом видео.
Устройство фундамента из буронабивных составляющих несложно при строительстве своими руками. Ручным буром нужного диаметра выполнят скважину в 2 — 3 метра глубиной. Буронабивная основа может получаться сечением от 15 до 40 см. Технология ТИСЭ дает возможность применить специальный фундаментный бур для получения скважины Ø 20 см с уширением на дне 40 см, 60 см возможно применение таких буров на приводных механизмах.
Существенный плюс изготовления железобетонных составляющих при строительстве в одиночку –возможность приготовления малых объемов бетона для каждой заливки. Другие виды фундаментного устройства требуют единовременно гораздо большего количества готового раствора.
Когда строится здание с буронабивным свайным основанием, расстояние от одной опоры до следующей принимается из условий:
