Принципы расчёта и проектирования
Для грамотного проектирования и составления сметы следует учитывать ряд основных факторов, играющих важную роль в прочности сооружения.
Оценка несущей способности сваи
Расчёт несущей способности винтовой сваи Этот показатель вычисляется тремя способами: теоретический (расчётный), основан на данных таблицы СНиП 2.02.03-85 или самостоятельно, по схеме, что ширину лопасти увеличивают с увеличением d ствола.
Лопасти
Для трубы:
D 89 мм – D лопасти 250 мм
D 108 мм – D лопасти 300 мм
D 133 мм – D лопасти 350 мм
Оценка нагрузок
Эта цифра складывается из веса строительных материалов, предполагаемой меблировки, домашнего инвентаря, а также внешней нагрузки (динамической и эксплуатационной).
Такой расчёт лучше доверить профессионалу!
Количество винтовых свай
Пример схемы расположения и количества СВС Самостоятельно рассчитать количество единиц можно по алгоритму:
- Геологическое исследование почв, для вычисления несущей возможности грунтов.
- Суммирование всех нагрузок (конструкции и внутреннего содержимого, внешних атмосферных показателей и т. п.).
- Специальная компьютерная программа, которая используется в инженерно-строительной сфере, рассчитает и уточнит предварительные данные.
- Рабочий чертёж свайного поля.
Требования к грунту
Основные показания для применения этого типа конструкций были описаны в предыдущих пунктах, а вот почвосмеси, на которых нельзя устанавливать стальные столбы,– это мягкие, рыхлые почвы, гравий и скалы. Стволы будут просто прокручиваться в земле, не находя устойчивого дна, что повлияет на прочность всего здания, а в последнем случае они просто не пройдут сквозь скальные породы.
Изготовление винтовых свай своими руками
Профессионалы не рекомендуют самостоятельно изготовлять сваи, т.к. ошибки в работе приводят к перекосу фундамента и здания. Если принято решение в пользу самостоятельного изготовления, делать это нужно правильно.
Все сваи состоят из нескольких деталей:
- труба толстостенная (основа);
- лопасти;
- острый наконечник.
В первую очередь нужно вырезать заготовки. Удобнее и быстрее всего делать это с помощью шаблона.
- Лопасти. Заготовка лопасти представляет собой две окружности (большую и малую) с общим центром. Диаметр внутреннего круга равен диаметру трубы. Диаметр внешней окружности будет равен размеру лопасти.
- Наконечник. Для создания наконечника потребуются 4 треугольника. Их высота равняется двойному диаметру трубы. Параметры основания треугольников вычисляют по следующей схеме: наружный диаметр ствола следует умножать на 3,14. Та цифра, которая получилась в результате умножения, должна быть разделена на количество секторов (в данном случае – 4).
Заготовки вырезают и приваривают к трубе. При этом необходимо соблюдать несколько правил:
- от конуса до нижнего края спирали должно быть не менее 50 см;
- во время сварки шов не должен получаться прерывистым.
Прочность грунта основания
Одним из исходных данных при расчёте допустимой нагрузки на винтовые сваи являются прочностные характеристики грунта на участке строительства. Их точное определение возможно при выполнении изыскательского бурения.
Если вызов геологов не предусмотрен бюджетом – можно самостоятельно оценить залегающий грунт. Для этого достаточны информация о составе грунтов на конкретном участке и умение использовать в справочниках соответствующие данные. Примерные значения расчётных сопротивлений (кг/см2) грунтов на глубине 1,5м следующие:
- глина – 3,7–4,7;
- суглинки и супеси – 3,5–4,4;
- песок (от мелких фракций до крупных) – 4–6.
Такие данные содержат и строительные справочники, и СНиПы.
Что собой представляет ЛФ?
Самый распространённый вид основания заданий и сооружений – это ленточный фундамент (ЛФ). Его возводят, как из монолитного железобетона, так и сборных фундаментных блоков. Для небольших построек ленту формируют в виде кладки из кирпича, шлакоблоков и природного камня.
Если для сборного железобетонного фундамента понадобится рытьё котлована, то для монолитной ленты нужно будет устанавливать опалубку в прорытые траншеи, армировать её и заливать бетоном. Оба варианта используются на крупногабаритном строительстве или для небольших построек на плотном грунте.
Основным отличием ЛФ от ВФ является то, что при установке винтовых свай не требуется больших трудовых и материальных затрат, в том числе для заливки труб потребуется в десятки раз меньше бетона.
Также следует отметить то, что свайное основание из винтовых опор может использоваться для дальнейшего строительства практически сразу после их установки. Монолитную же ленту можно нагружать верхними конструкциями только на 30 день после заливки.
Сравнение с другими вариантами
Помимо винтовых конструкций, существует несколько других видов свай. Они различаются материалами изготовления и способами установки. Визуальное различие можно увидеть на схемах и фото.
Свайно-ленточная конструкция
Под свайно-ленточной конструкцией понимают буронабивной свайный фундамент. Для его устройства в грунте пробуривают отверстие с полусферической подошвой, вставляют в него каркас из металлического прута и заливают бетоном. Колонны обвязывают железобетонным ростверком.
Свайно-ленточная конструкция — буронабивной фундамент.
Такая конструкция обладает повышенной прочностью, но не используется на болотистых, илистых и скалистых почвах.
Сваи из железобетона
Такие изделия представляют собой армированные бетонные столбы квадратного сечения. Их устанавливают без предварительных земельных работ при помощи специализированного устройства. Из недостатков называют невозможность заглубления своими силами и более низкую прочность по сравнению с винтовыми опорами.
Монтаж свайно-винтового фундамента своими руками
Установка свайно-винтового фундамента выполняется в несколько этапов:
- Разметка участка.
- Погружение и выравнивание свай.
- Заливка бетоном.
- Обвязка ростверком.
Разметка СВФ не представляет особых затруднений – поскольку земляные работы отсутствуют, достаточно наметить оси стен, перегородок и дополнительных конструкций либо оборудования. Это выполняется путем установки колышков немного дальше углов будущего строения, между которыми натягиваются шнуры. Можно использовать 2 колышка с горизонтальной перемычкой и между ними натянуть две нити по наружным размерам свай.
Фото 8. Разметка мест установки свай
Остальные этапы нуждаются в более тщательном рассмотрении.
Вкручивание свай и их выравнивание относительно горизонтальной плоскости
Технология ввинчивания свай не зависит от разновидности лопастей, наконечников и особенностей грунта:
- Подготовка направляющих приямков – для этого можно использовать ручной или мотобур. Скважины делаются на глубину до 0,5-0,7 м и диаметром немного меньше, чем лопасти. Это позволяют более точно позиционировать трубы и облегчить их вкручивания в грунт.
- Ввинчивание – в специальные отверстия в сваях продевается лом или длинная толстостенная труба подходящего диаметра и силами 2-х рабочих выполняется их вкручивание в грунт путем передвижения по кругу. Третий человек в это время контролирует вертикальный уровень сваи с помощью строительного уровня.
Фото 9. Погружение свайных опор фундамента вручную
Погружение может осуществляться и механическим способом, но для этого требуется специальное оборудование.
Фото 10. Вкручивание винтовых свай механическим способом
Технология устройства свайно-винтового фундамента предполагает необходимость обвязки свай ростверком (деревянными, металлическими или бетонными балками), который будет устанавливаться на оголовках. Поэтому все выступающие над поверхностью земли свайные опоры должны находиться в единой горизонтальной плоскости.
Выравнивание свай осуществляется следующим образом:
- Разметка единого горизонтального уровня на всех трубах – для этого можно использовать лазерный или водяной уровень.
- Обрезка трубы по разметке – выполняется с помощью болгарки.
Фото 11. Процесс обрезки винтовых опор
Подробная инструкция по монтажу свайно-винтового основания рассмотрена в следующем видео:
Заливка бетоном
Эксперты настоятельно рекомендуют выполнять монтаж свайно-винтового фундамента с заливкой полостей труб бетоном. Это обусловлено склонностью труб к образованию конденсата на внутренних поверхностях даже при условии абсолютно герметичной приварки оголовков. А заполнение полости бетоном позволяет предупредить этот эффект и увеличить пространственную жесткость конструкции.
Фото 12. Заливка свай бетоном
Обвязка свай ростверком
Как правило, ростверк сооружается на высоте 0,5-0,7 м от поверхности земли. Для этого могут применяться деревянные и металлические балки. Также обвязка может быть выполнена путем заливки монолитной железобетонной ленты.
Технология обвязки свай разными материалами:
Железобетон – стоит дороже по сравнению с другими видами обвязки, но позволяет возводить даже здания даже из кирпича. Техника работ заключается в сборке опалубки, изготовлении армирующего каркаса, его связке со сваями с помощью рифленой арматуры и последующем бетонировании.
Фото 13. Свайное основание с железобетонным ростверком
Деревянные балки – применяются преимущественно при строительстве брусовых, бревенчатых и каркасных домов. Технология работ предполагает необходимость приваривания плоских оголовков для крепления бруса. Балки между собой соединяются в полдерева и фиксируются к оголовкам с помощью саморезов, болтов или гвоздей.
Фото 14. Свайный фундамент с обвязкой из деревянных балок
Металлические балки – для обвязки обычно применяются швеллеры, которые крепятся тоже к оголовкам, но при помощи сварки.
Фото 15. Обвязка свай с применением стального швеллера
Как видите, сделать винтовой фундамент своими руками вполне реально и для этого необязательно привлекать бригаду строителей и нанимать спецтехнику. Главное здесь – правильно определить глубину залегания плотных несущих пластов, шаг установки свай и их количество.
Брус обрезной 200х200х6000 ГОСТ 1-й сорт СофриноБрус изготавливается из сосны и ели — хвойных пород с естественной влажностью 20-30%.
От 11500 руб/м³Подробнее
Брус обрезной 150х150х6000 ГОСТ 1-й сорт СофриноБрус изготавливается из сосны и ели — хвойных пород с естественной влажностью 20-30%.
От 11500 руб/м³Подробнее
Брус обрезной 200х200х6000 ГОСТ 1-й сорт Софрино
Брус обрезной 150х150х6000 ГОСТ 1-й сорт Софрино
Типы наконечников
Данные элементы облегчают задачу погружения свай в грунт. Они бывают литые и сварные. Первый вариант по стоимости значительно дороже. Их использование оправдано при проведении работ с плотным грунтом. Имеется в виду вечномерзлый, имеющий значительные включения, возникшие техногенным путем. При помощи такого наконечника легко справиться с возникшими в ходе работ сложностями. При этом наконечник не деформируется.
Сварные наконечники являются эконом-вариантом. Буровая лопасть приваривается на заостренный конец. Для таких свай характерно низкое качество. Считается, что все отрицательные моменты, связанные с винтовыми сваями, относятся именно к этому варианту.
Что такое винтовые сваи
Под сваей принято понимать металлический стержень. Он состоит из трубы с толстыми стенками. В нижней части присутствует винтовая лопасть и острый наконечник. Эта часть ввинчивается в землю. С другой стороны трубы предусмотрен оголовок. На нем будут крепиться нижние части здания.
Конструктивные особенности
Широкое применение свай в строительстве объясняется некоторыми характеристиками и возможностями этого изделия. Благодаря острому наконечнику и приваренным в нижней части лопастям достигается крутящееся действие. В результате происходит преобразование этого действия в поступательное движение опоры.
Существует несколько видов свай, которые различаются размерами.
- Узколопастные. Такие изделия отличаются внешним видом – имеют тупой конец и визуально схожи с шурупом. Они могут применяться при строительстве легких построек. Узколопастные изделия имеют несколько модификаций. Острый наконечник используется для бурения твердых пород, зубья по периметру нужны при строительстве в условиях вечной мерзлоты.
- Широколопастные. К острому наконечнику приваривают одну лопасть большого размера.
- Многолопастные. Отличительной особенностью является наличие нескольких лопастей. Это позволяет строить более габаритные дома (например, с мансардой).
Достоинства винтовых свай
Винтовые опоры пользуются большим спросом при возведении фундамента. Объяснить это можно многочисленными преимуществами такой схемы:
- Отсутствие необходимости выравнивания рельефа. К строительству фундамента можно приступать без тщательной разработки площадки. Это сокращает объем земельных работ почти на 90%.
- Скорость. Возвести фундамент для дома можно за 2-3 дня. Это сокращает время строительства.
- Экономия бюджета. По сравнению с ленточным фундаментом, сваи обходятся на 60-70% дешевле.
- Возможность проведения работ при минусовой температуре. Благодаря этой особенности возводить дом можно даже зимой.
- Простота и легкость в установке. Закрутить сваю своими руками может каждый без найма спецтехники.
- Строительство в болотной местности.
Разновидности опор
Производители свай предлагают несколько видов изделий. Они различаются по нескольким критериям:
- размерам;
- наконечникам;
- по ширине и количеству лопастей;
- типу стали (материалу изготовления);
- защитному покрытию.
По диаметру и длине
Длина опоры в каждом случае рассчитывается индивидуально
При этом важно учитывать несколько показателей:
- глубину, на которой залегает плотный грунт;
- глубину промерзания почвы в регионе;
- высоту цокольного этажа.
Диаметр и длина винтовых свай рассчитывается индивидуально. В большинстве случаев длина опоры варьируется в пределах 2500-3500 см.
Диаметр опор — от 57 мм до 130 мм. От этого показателя зависит прочность готовой конструкции и несущая способность фундамента. Производители предлагают несколько вариантов изделий:
- Маленький диаметр опоры 57 мм. Для такой сваи нагрузка составляет 800 кг. Сфера использования такого фундамента относительно узкая: установка ограждений из сетки-рабицы или штакетника.
- Труба диаметром 76 мм. Она подходит для строительства заборов из частого штакетника или профнастила. Максимальная нагрузка достигает 3000 кг.
- Диаметр 89 мм. Использовать опоры можно для возведения беседок, легких гаражей, хозпостроек, веранды. Несущая способность достигает 4-5 т.
- Диаметр 108 мм. Такие трубы рекомендуют при строительстве небольших бревенчатых срубов и каркасных домов. Опора выдерживает до 5-9 т.
- Диаметр 133 мм. Сваи с максимальной нагрузкой 12-14 т используются в малоэтажном строительстве, когда в качестве строительных материалов используется кирпич или газосиликатные блоки.
По типу наконечников
Винтовые сваи бывают 2 видов:
- Литые. Такие элементы изготавливаются путем литья, в результате наконечник с лопастью представляет собой единую деталь. Они характеризуются повышенной прочностью, однако их цены выше. Применять их рекомендуют на твердых каменистых почвах.
- Сварные. Эти наконечники изготавливаются путем приваривания лопасти к наконечнику. Низкая цена объясняется относительно низкой прочностью. Если такую опору попытаться поднять из земли, есть высокий риск срыва лопасти.
Винтовые сваи бывают литые и сварные.
По количеству лопастей
Опоры бывают:
- Однолопастными. Их рекомендуют к использованию на грунте с высокой несущей способностью. Однолопастные сваи со сварным наконечником быстро достигают критической нагрузки, что вызывает срыв лопасти.
- Многолопастными. Наличие 2 лопастей обеспечивает повышенную стойкость к горизонтальным, вдавливающим и выдергивающим нагрузкам.
По материалу изготовления
В зависимости от применяемой стали выделяют несколько видов опор:
- сталь СТ3 — из нее производят сваи, подходящие для грунта со слабой химической агрессивностью;
- Ст20 — такой сплав рекомендуют для работ на почвах средней химической агрессивности;
- опоры из стали 30ХМА и 09Г2С подходят для высокой химической агрессивности среды.
Сваи различаются по материалу изготовления.
По типу защитного покрытия
Стальные опоры после установки будут взаимодействовать с влагой, поэтому им необходима надежная наружная защита от коррозии. Лучше всего выбирать изделия, которые уже обработаны защитным составом на заводе. Существует несколько типов покрытий. Максимальную защиту обеспечивают эпоксидные и полиуретановые составы, а также цинкование холодным способом.
По области применения
Сваи различаются шириной и расположением лопастей, строением наконечника. Эти особенности влияют на эксплуатационные характеристики. По области применения винтовые опоры делят на 4 категории:
- Изделия с 1 широкой лопастью, которая расположена на коротком наконечнике. Они подходят для работы на любых грунтах. Для строительства частных домов из блоков следует брать опоры большого диаметра и соблюдать малый шаг при установке.
- Сваи с 2 лопастями, расположенными на разной высоте. Для установки такого фундамента требуется специализированная техника. Опоры подходят для строительства 2-этажных дачных домов и характеризуются повышенной устойчивостью к усадке и выдергиванию.
- Изделия многовитковые с длинным наконечником и узкими лопастями разработаны для установки в каменистый грунт.
- Сваи без острого наконечника имеют ограниченные функции и предназначены для строительства в условиях вечной мерзлоты.
Сваи имеют разные области применения.
Особенности расчета
При вычислении интервала размещения свай необходимо учитывать определенные существенные критерии. Это позволит не располагать элементы слишком близко, расходуя средства зря, и не ставить их слишком далеко, подвергая фундамент и весь дом опасности просадки.
В расчетах профессиональных строителей учитываются следующие моменты:
- масса строения (каркас, крыша, отделка и т. п. );
- масса внутреннего наполнения (оборудование, мебель, вещи и жильцы);
- динамические факторы (ветровая нагрузка, вес снега на крыше зимой);
- несущая способность грунта;
- технические параметры винтовых свай;
- коэффициент запаса.
Для определения полезной нагрузки при расчете интервала размещения свай используется соответствующий СНиП. Например, для одноэтажного жилого строения нагрузка установлена на уровне 150 кг на 1 кв. м. площади. Показатели ветровой и снеговой нагрузки являются справочными и устанавливаются для каждого региона в зависимости от местной погодной специфики. Коэффициент запаса в среднем составляет от 1.1 до 1.25.
Перед планированием расположения свай необходимо вычислить их количество. Оно определяется на основе общей нагрузки на опоры. Суммарный вес делится на несущую способность одной сваи, в результате чего выясняется точное количество опор. Далее происходит их размещение с равным интервалом по периметру строения и под несущими конструкциями.
Второй вариант – это расстановка свай, планируемая исходя из определения нагрузки на 1 погонный метр ростверка. Чтобы ее вычислить, необходимо общую нагрузку здания разделить на общую длину всех несущих стен, а потом разделить на несущую способность выбранного типа свай. В результате получается показатель, определяющий необходимое количество опор для поддержания 1 метра ростверка. После этого определяется необходимый интервал размещения свай, достаточный для поддержания фундамента. Этот метод используется для более массивных строений и редко применяется для малоэтажных каркасных домов.
Для определения примерной несущей способности свай конкретного типа нужно посмотреть в таблицу с соответствующими показателями. Более точная информация, используемая в финальных вычислениях, указывается производителем в спецификации на конкретный товар. Стоит учитывать, что минимальное расстояние, на котором вкручивают сваи для дома и террасы – 108 см.
