Детальный расчет фундамента на буронабивных сваях. Расчет несущей способности буронабивных свай Пример расчета буронабивной сваи с учетом момента

Прежде чем приступать к проектированию и тем более строительству свайного фундамента, необходимо пройти ряд подготовительных этапов, заключающих в себе изыскания и расчеты различного типа. Результатом правильно проведенных предварительных мероприятий будет прочный, экономичный, и, главное, надежный фундамент. Одной из ключевых характеристик, влияющих на рентабельность того или иного типа свай, являются геометрические параметры свайных колонн.

Верно определить размеры поперечного сечения, глубину заложения, количество скважин и другие параметры, значит построить надежное основание для будущего здания.

Буронабивные свайные фундаменты - это одна из немногих конструкций, не поддающихся строгой классификации. Типовые размеры, представленные в различных сортаментах, сводах правил и государственных стандартах, являются лишь приблизительными рекомендациями. Тогда как серийно производимые изделия должны пройти ряд строгих проверок на соответствие стандартам качества, буронабивные сваи практически невозможно испытать, поскольку изготавливаются они в полевых условиях и закладываются прямо в грунт.

Бетонируемые непосредственно на строительном участке, буронабивные сваи отличаются высокими показателями прочности, вычислить которые можно только эмпирически. Испытания, проводимые на опытных образцах, показывают работу исключительно данных экспериментальных изделий. Поскольку условия изготовления, такие как тип грунта, уровень грунтовых вод, водонасыщенность рабочего слоя почвы, характеристики использованных арматуры и бетона, невозможно предугадать.Все имеющиеся прочностные и геометрические данные приблизительны и представлены только в качестве примера.

Конструкция буронабивных свай

Для типизации буронабивных свай используют деление по геометрическим признакам и технологическим особенностям производства и эксплуатации. СНиП 2.02.03-85 является актуализированной версий свода строительных норм и правил от 1983 года и предлагает классифицировать буронабивные сваи по способу изготовления следующим образом:

• Буронабивные сплошного сечения:
• с уширениями и без них;
• без крепления стенок;
• с укреплением боковых стенок скважин глиняным раствором или обсадными трубами (при дислокации свайной колонны ниже уровня грунтовых вод)
• Буронабивные с применением технологии непрерывного полого шнека; Береты – буровые, изготовляемые с помощью плоского грейфера или грунтовой фрезы;
• Буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые с последующим образованием уширения с помощью взрыва (в том числе и электрохимического).

От способа изготовления свайных столбов зависит их окончательная стоимость и, главное, максимальные и минимальные размеры свайных колонн. Важно учитывать разновидность буронабивных свай до начала строительства, поскольку различные технологии производства предполагают разный набор специализированного оборудования, а также допустимые габариты скважин.

Предварительная подготовка к расчету

Геологические изыскания

Определенные геометрические характеристики свайного столба это не просто прихоть подрядчика и проектировщика, а потребность, обусловленная необходимостью подобрать наиболее рациональный объем фундамента, способный не только выдержать предполагаемую нагрузку будущего здания, но и сэкономить бюджет заказчика. В каждом отдельно взятом случае перед определением размеров и устройством фундамента необходимо проводить ряд следующих исследований и изысканий:

• геологическая разведка местности – бурение контрольных скважин в стратегических точках участка для определения типа и величины грунтовых напластований, несущей способности грунта и прочих характеристик основания;
• гидрогеологические изыскания – определение уровня грунтовых вод, водонасыщенности грунта;
• расчет общей массы здания и определение предельной расчетной нагрузки на погонный метр фундаментной плиты;
• окончательный расчет геометрических параметров буронабивной сваи и необходимого количества свай выбранного сечения.

Результатом расчета будет сводная таблица размеров свайных колонн, и схема наиболее рационального фундамента с учетом выбранного типа буронабивных свай. Расчет размеров свай можно доверить проектному отделу строительной фирмы или провести самостоятельно. Не рекомендуется использование данных геологической разведки, полученных на соседствующих земельных наделах. Информацию о глубине промерзания грунта можно найти в СП 22.13330.2011.

Расчет свайного поля

После проведения геологических изысканий можно приступать к расчету свайного поля. Учитывая тип грунта, а также расположение уровня грунтовых вод, можно составить представление о предположительной глубине заложения скважин. В расположенной ниже таблице приведены примерные рекомендации глубин заложения в слабо просадочные грунты скважин, безопасных при указанных условиях:

Влажные, просадочные, высокопучинистые и другие ненадежные типы грунтовых оснований не рекомендуется использовать для устройства в них буронабивных свай.

Схема расположения грунтовых вод

Грунты с уровнем подземных вод выше, чем 1000 мм, считаются водонасыщенными и устройство свайных фундаментов на таких основаниях строго противопоказано технологией. Высокий уровень грунтовых вод можно понизить, проведя мероприятия по осушению, прокладке дренажных стоков и проч. Надежными слабо-пучинистыми грунтами считают те, в которых УГВ ниже глубины промерзания не менее чем на 1 метр.

Данные, приведенные в таблице, помогут составить общее представление о зависимости глубины заложения свайной колонны от характеристик грунта. Для получения более точных и надежных показателей следует провести несложный математический расчет. Принцип расчета состоит в принятии за эталон одного из показателей (например, диаметра) и расчета остальных, исходя из этих данных. Методом сравнения выбирают наиболее подходящую конфигурацию свай, из которых впоследствии формируют свайное поле.

Расчет длины висячих свай

Свайные столбы, не опирающиеся на несущий слой грунта, считают висячими. Это означает, что основную нагрузку воспринимают боковые стенки скважины,а не опорный слой грунта. Такие фундаменты предпочтительно устанавливать в районах с глубоким расположением каменистого слоя. Несущая способность таких свай не отличается от стоек аналогичного диаметра.

Если вам доступны данные геологии местности, а также тип грунта подходит для устройства буронабивных висячих свайных колонн, можно приступать к вычислению длины. Предполагаемая схема расчета выглядит следующим образом:

• Принимаем некую среднюю ширину поперечного сечения сваи n=60 мм.
• Рассчитываем нагрузку дома на погонный метр фундаментной плиты:

Висячие сваи различной длины

Чтобы рассчитать нагрузку на погонный метр фундамента, нужно общую нагрузку разделить на периметр. Посчитать общую нагрузку дома можно в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83* или СП 22.13330.2011 – в соответствующих разделах можно найти алгоритм расчета, необходимые значения коэффициентов ветровой и снеговой нагрузки и другую необходимую информацию.

Полученное значение в кг/м и будет искомой величиной. Средняя масса одноэтажного кирпичного дома 50 тонн. Следовательно, для дома с периметром 20 метров (10×10) нагрузка на погонный метр составит 2500 кг/м.

• Принимаем шаг колонн не менее трех диаметров и не более двух метров – для выбранного диаметра подойдет шаг 1,5 метра. Общее количество свай будет равняться 13.
• Рассчитываем нагрузку на одну сваю: для этого разделим на величину шага свай нагрузку, воспринимаемую погонным метром фундамента. Получим значение приблизительно равное 1700 кг/м.Такой необходимый предел прочности необходимо заложить в одну сваю.
• Для сваи площадью сечения 0,28 м2 такое значение прочности будет равняться:

F=R∙A+u∙Eycf∙fi∙hi;

Где F – несущая способность; R–сопротивление грунта, формулу расчета которого можно найти в СНиП 2.02.01-83*; А – площадь сечения сваи; Eycf,fi и hi– коэффициенты из того же СНиП; u–периметр сечения сваи, разделенный на длину.

Фундамент на буронабивных сваях

Для рассматриваемой в примере сваи двухметровой длины предельная нагрузка в глинистом грунте будет равняться 32,3 тонны, что позволяет уменьшить количество свай за счет увеличения шага свайных колонн, или уменьшить площадь сечения каждой отдельно взятой сваи, что позволит сэкономить средства, затраченные на бетонирование скважин.

Глубина таких свай будет зависеть исключительно от характеристик верхнего слоя грунта, относительного уровня расположения грунтовых вод и глубины промерзания. Следует также учитывать данные о промерзании грунтов и положении уровня грунтовых вод. Подробные примеры расчета глубины заложения висячих свай приведены в СНиП 2.02.01-83* в разделе 2 пункт 5 или в СП 50.102-2003.

Расчет длины стоек

Буронабивные сваи повышенной глубины заложения могут работать как стойки. И хотя обычно буровые типы являются висячими, встречаются конструкции с опиранием на твердый слой грунта. Расчет длины таких свай следует производить с учетом глубины расположения прочного несущего пласта.

Расчет длины буронабивных свай

В сети Интернет есть масса сервисов для автоматического расчета размеров и количества буронабивных свай. Использование таких сервисов накладывает определенный риск на пользователя, поскольку алгоритм не всегда учитывает все необходимые параметры, а владельцы программного обеспечения не несут ответственности за полученный результат.

Все сопутствующие вычисления несущей способности и геометрии сваи производятся в соответствии с технологией расчета свай-стоек и схожи с приведенным ранее примером. Дополнительную информацию о проведении расчета можно получить в вышеуказанных документах.

Зависимость диаметра сваи от типа монтажа

Площадь поперечного сечения буронабивной сваи соответствует площади скважного отверстия с поправкой на пластичность грунта. Форма замоноличиваемых свай близка к идеально цилиндрической, хотя и имеет незначительные уширения вследствие непроизвольного бокового продавливания бетонной смесью слабых мест грунта. Также в процессе заливки бетонной смеси путем увеличения подающего напора могут быть созданы умышленные уширения тела сваи для придания дополнительной прочности. Особенно актуальны такие действия для висячих свай.

Помимо всего прочего, средний диаметр буронабивной сваи определяется исходя не только из расчетных показателей, но и из возможностей оборудования, предназначенного для устройства того или иного типа свай. Примерные значения диаметров в зависимости от конструктивных особенностей установки:

Таблица диаметров в зависимости от конструктивных особенностей

Устройство баретов предполагается при наличии высокопучинистых нестабильных грунтов. Делать такой фундамент для среднестатистического основания нерационально. Конструкция бура предполагает устройство только скважин диаметром либо 300 мм, либо 400 мм.

Шаг диаметров определяется набором буров, используемых для устройства скважин того или иного типа. Конструктивные особенности каждой из разновидностей буровых установок не позволяют устраивать скважины большего или меньшего диаметра, чем те, что указаны в спецификациях на проведение работ. Ознакомиться с рабочими параметрами буровых установок можно у поставщика или арендодателя.

При устройстве свайного поля и определении размеров свайных колонн следует учитывать рекомендуемый шаг свай, от которого будет зависеть частотность скважин и распределение нагрузки. Посмотрите видео, по правильному монтажу свай:

Для равномерного распределения давления массы будущего здания на фундаментную плиту, необходимо соблюдать следующие правила:

• максимальное расстояние между буронабивными сваями не должно превышать двух метров;
• минимальный шаг свайных колонн должен находиться в пределах трех-четырех диаметров свай – в целях предотвращения обрушения стенок соседствующих скважин в сыпучих грунтах нужно увеличить минимальный предел;
• компоновку свайного поля следует производить с учетом расположения свай в угловых точках фундамента;
• по результатам расчета геометрических характеристик, после компоновки, общее количество свай должно соответствовать рекомендательным шаговым значениям – в случае превышения максимального шага свай следует увеличить количество скважин и уменьшить диаметр свай до предельно возможного;
• максимальные и минимальные размеры диаметров скважин не должны превышать допустимые для выбранного типа монтажа.

Соблюдая данные рекомендации, можно спроектировать наиболее эффективный и рациональный фундамент, не беспокоясь о его надежности. При необходимости следует обратиться за помощью к специалистам, но все расчеты можно произвести самостоятельно, без особого труда.

Несущая способность свай - это максимальная величина нагрузки, которую способна выдерживать погруженная в грунт свая, не подвергаясь деформациям.

Существует два типа несущей способности свай - по материалу изготовления и по грунту. Данные о несущей способности конструкции исходя из ее материала могут быть получены при проведении теоретических расчетов, тогда как определение несущей способности сваи по грунту требует проведения практических исследований на месте строительства.

Методы определения несущей способности сваи

Данная величина демонстрирует, какую нагрузку из вне способна переносить условная площадь грунта (она, как правило, существенно ниже несущей способности самой сваи). Несущая способность почвы рассчитывается в двух показателях - тонн/м2 либо кг/см2.

На несущую способность грунта оказывают непосредственное влияние следующие факторы:

• Тип почвы;
• Насыщенность влагой;
• Плотность.

Чтобы определить несущие свойства грунта необходимо проводить геодезические изыскания - для этого выполняется бурение пробной скважины, из которой берутся пробы разных слоев почвы. Все исследования и расчеты проводятся в строительно-испытательных лабораториях с применением специального оборудования.

Представляем вашему вниманию таблицу несущей способности основных типов грунтов:

Таблица 1.1 : Несущая способность разных видов грунтов

При отсутствии возможности провести геодезические исследования вы можете самостоятельно определить ориентировочную несущую способность грунта, для этого с помощью ручного бура создайте скважину (до двух метров), опознайте тип почвы и сопоставьте ее с табличными данными.

Несущая способность свай СНИП

Несущая способность буронабивной сваи

Это сваи, сформированные в результате заполнения бетоном предварительно пробуренной скважины, они укреплены арматурным каркасом и, как правило, обладают уширенной опорной пятой, которая способствует равномерному распределению оказываемой на почву нагрузки.

Таблица 1.4 : Сопротивление разных типов грунтов под опорной подошвой сваи (R)

Увидеть усредненные показатели несущих характеристик буронабивных свай вы можете в нижеприведенной таблице.

Таблица 1.5 : Несущая способность буронабивных свай

Несущая способность забивной ЖБ сваи

Фактические несущие характеристики забивных ЖБ конструкций (Fd) рассчитывается как совокупность сопротивления почвы под нижней частью свайного столба (Fdf) и сопротивления по отношению к ее боковым стенкам (Fdr).

Формула расчета следующая: Fd=Ycr ×(Fdf+Fdr) , где:

Fdf = u * ∑Ycf * Fi * Hi

• u - внешний периметр сечения ЖБ столба;
• Ycr - коэф. условий работы столба в почве (=1);
• Fi - сопротивление слоев почвы на боковой стенке сваи;
• Hi - общая толщина слоев почвы контактирующих с боковой стенкой свайного столба
• Fdr = Ycr * R * A
• R - нормативное сопротивление почвы под нижним концом сваи;
• А - площадь опорной подошвы.

Несущие характеристики забивных железобетонных свай вы можете посмотреть в таблице

Таблица 1.6 : Несущие характеристики забивных ЖБ свай

Несущая способность винтовой сваи

Винтовые сваи - наиболее распространенный тип в свай в частном строительстве. Монтаж винтовых свай выполняется в кратчайшие сроки, а их несущих характеристик с запасом хватает для обустройства надежного фундамента под строительство 1-2 этажного дома из легких материалов.

Рис 1.5 : Виды винтовых свай

Формула расчета несущей способности винтовой сваи: Fd=Yc*((a1с1+a2y1h1)A+u*fi(h-d))

Yc - коэф. условий работы столба в почве;
a1 и a2 - нормативные коэфф. из таблицы:

Таблица 1.7 : Нормативные коэффициенты угла внутреннего трения грунта

• с1 - коэфф. линейности почвы (для песчаных грунтов) либо значение удельного сцепления (для глинистых);
• y1 - удельный вес почвы расположенной выше лопастей сваи;
• h1 - глубина расположения сваи;
• А - диаметр винтовых лопастей за вычетом диаметра столба сваи;
• fi - сопротивление почвы по боковым стенкам сваи;
• u - периметр свайного столба;
• h - общая длина ствола сваи;
• d - диаметр опорных лопастей.

Предлагаем вашему вниманию характеристики несущих способностей наиболее распространенных в строительстве типоразмеров винтовых свай.

Таблица 1.8 : Несущая способность винтовых свай диаметром 76 мм.

Таблица 1.9 : Несущая способность винтовых свай диаметром 89 мм.

Как улучшить несущую способность сваи

Среди технологий увеличения несущей способности свайных оснований существуют как универсальные способы, применимые к свай любого типа, так и индивидуальные методы, которые реализуются отдельно для забивных и винтовых конструкций.

Инъектирование грунта

Это максимально эффективный метод увеличение несущих характеристик любых свай расположенных в дисперсных грунтах с невысокой плотностью.

Инъекции в грунт песчано-цементного раствора выполняются в пространство между сваями на глубину в 1-2 метра ниже крайней точки свайного столба.

Фундаменты являются крайне ответственной частью любого здания. Появятся ли трещины на стенах, будет ли дом проседать со временем - все это зависит от того, насколько грамотно подобраны размеры и материалы для опорной части. Чтобы правильно запроектировать буронабивной свайно-ростверковый фундамент, потребуется выполнить его расчет по несущей способности.

Несущая способность фундамента - это нагрузка, которую он сможет выдержать без разрушений, деформаций или других неприятных процессов. При конструировании буронабивного основания потребуется выяснить следующую информацию:

• сечение элемента;
• длина;
• расстояние между отдельными сваями.

Расчет свай по несущей способности часто выполняется с заранее известным сечением фундамента. Эта характеристика зависит от имеющейся в наличии техники. В качестве исходных данных необходимо подготовить:

• состав грунтов на участке;
• сбор нагрузок на опору дома.

Сбор исходных данных для расчета

Перед тем, как рассчитать буронабивной свайно-ростверковый фундамент, потребуется изучить свойства почвы на участке строительства. Выполнить это можно двумя методами: отрывка шурфов (глубоких ям) или бурение ручным инструментом. Изучение почвы проводят чуть глубже предполагаемой подошвы (примерно на 50 см). При выполнении работ необходимо анализировать каждый плат грунта, определять его тип.

Чтобы получить представление о том, какие бывают грунты, как правильно их различать, рекомендуется прочитать . Особого внимания заслуживает приложение А, в котором даны основные определения.

Следующий этап расчета буронабивной сваи и ростверка - сбор нагрузок. Его проще выполнять в тоннах. Для его выполнения потребуется знать объемы строительных конструкций и плотности материалов, из которых они изготовлены. Чтобы подсчитать массу здания нужно вспомнить простую формулу из школьной физики: «Массу мы легко найдем, умножив плотность на объем». В сбор нагрузок на фундаменты включают:

• собственную массу опорной части (назначают ориентировочно);
• массу перекрытий, стен, перегородок (проемы из общего объема лучше не вычитать);
• полезную нагрузку на перекрытия (для жилых зданий эта нагрузка назначается 150 кг/м 2 пола, берется на каждом этаже);
• массу кровли;
• снеговую нагрузку (зависит от климатического района строительства, расчет выполняется по ).

Совет! Для упрощения задачи снеговую нагрузку можно назначать по специальной карте или таблице. То есть без выполнения сложного расчета.

Найденную массу каждого элемента нужно умножить на коэффициент надежности по нагрузке. Величина этого коэффициента зависит от материала, из которого изготовлена конструкция. Для снеговой и полезной нагрузок коэффициенты постоянны и составляют 1,4 и 1,2 соответственно.

Более подробную информацию о сборе нагрузок на фундаменты можно найти в статье « .

Справочная информация

Чтобы правильно рассчитать буронабивной свайный фундамент потребуется знать прочностные характеристики грунта. Информацию об этом можно найти в ВСН 5-71. Для удобства далее представлены адаптированные таблицы из этого документа отдельно по каждому типу почв.

Таблица 1. Несущая способность глинистых грунтов в зависимости от консистенции и пористости на опорном участке сваи, т/м 2 .

Таблица 2. Несущая способность глинистых грунтов по длине буронабивной сваи, т/м 2 .

Таблица 3. Несущая способность песчаных грунтов, т/м 2 .

Таблица 4. Несущая способность крупнообломочных грунтов, т/м 2 .

Чтобы выполнить расчет сечения и расстояния между сваями необходимо выбрать одно или два (для глин) значения из приведенных в таблице в зависимости от результатов отрывки шурфов или бурения.

Порядок расчета

После внимательного изучения всех предыдущих пунктов для расчета свайно-ростверкового фундамента должна иметься следующая информация:

• масса дома в тоннах и нагрузка на каждый погонный метр ростверка;
• несущая способность грунта в тоннах на м 2 .

Чтобы найти нагрузку на погонный метр фундамента, нужно массу дома поделить на суммарную длину ростверка.

Несущая способность одной сваи находится по формуле:

P = (0,7*R*S) + (u*0,8*fin*li), где

P - несущая способность каждой сваи фундамента;

R - прочность грунта, найденная по табл. 1, 3 или 4;

S - площадь сечения сваи на конце (формула для нахождения приведена далее);

u - периметр сваи;

fin - сопротивление почвы на боковой поверхности буронабивного свайного фундамента, найденное по табл. 2;

li - толщина слоя грунта, который оказывает сопротивление боковой поверхности;

0,7 и 0,8 - коэффициенты, которые учитывают однородность грунта и условия работы сваи.

Для сваи круглого сечения площадь находится через диаметр или радиус: S = 3,14*D 2 /4 = 3,14*r 2 /2. Здесь D и r - это диаметр и радиус соответственно.

l - расстояние между сваями буронабивного фундамента;

P - несущая способность одной сваи, найденная ранее;

Q -нагрузка на погонный метр фундамента (масса дома делить на длину ростверка).

Совет! Перед началом расчета необходимо ознакомиться с . Минимальный диаметр свайного основания при длине элемента менее 3 метров составляет 30 см. Чтобы найти наиболее рациональное решение рекомендуется рассмотреть 2-3 варианта геометрических размеров свай. Для каждого случая находят расстояние между опорами и оценивают затраты на строительство. Выбирают наиболее экономичный вариант.

Подробный расчет расстояния между сваями с рассмотрением нескольких примеров может занять много времени. Но здесь перед будущим владельцем дома стоит выбор, что экономить: время или деньги.

Армирование буронабивной сваи

Рабочая арматура располагается вертикально вдоль сваи. В качестве нее используют пруты класса А400 (Аlll) диаметром 10-16 мм. Поперечную обвязку изготавливают из гладкой арматуры А240 (Al) диаметром 6-8 мм. В каждой свае должно быть не менее четырех рабочих вертикальных прутка.

Расчет ростверка

Расчет ростверка свайного фундамента выполняется примерно так же, как и вычисления для ленточного типа опорной части дома. Чтобы рассчитать ширину ленты потребуется воспользоваться формулой:

В = М/L*R, где

B - необходимая ширина ростверка;

М - масса дома (за вычетом массы свай);

L - длина ростверка;

R - несущая способность грунта (слоя у поверхности).

Этот расчет подойдет для ленты, расположенной непосредственно на земле или с небольшим заглублением. Для висячего ростверка расчет будет более сложным, выполнять его самостоятельно проблематично.

Армирование ростверка

Подобрав ширину ростверка буронабивного фундамента, необходимо грамотно его армировать. Можно использовать требования к стальным стержням из .

В качестве материала для армирования выбирают пруты класса А400 (Alll). Максимально допустимый диаметр рабочих прутов - 40 мм. Минимальные значения приведены в таблице.

Пример расчета свайного буронабивного фундамента

Исходные данные для расчета:

• одноэтажный кирпичный дом с мансардой, толщина стены 380 мм;
• размеры в плане 7 на 9 метров, внутренних несущих стен нет (только перегородки), высота этажа 3 м;
• кровля стропильная мансардная с покрытием из металлочерепицы;
• грунты на участке - полутвердая глина с коэффициентом пористости 0,6, залегает на 3 м, R = 72 т/м2, fin = 3,5 т/м2 (взято значение для глубины 1 м).

Сбор нагрузок удобнее выполнять в табличной форме. Необходимо не забывать коэффициенты по надежности.

Ростверк предварительно принимаем шириной 0,4 м и высотой 0,5 м. Длина буронабивной сваи предварительно - 3 м, сечение диаметром 40 см, устанавливаются с шагом 1,5 м.

Количество свай = 32 м (L, длина ростверка)/1,5 м (шаг свай) +1 = 22 шт. (округляем до целых в меньшую сторону). S = 3,14*0,42/4 (формула площади через диаметр, см. ранее) = 0,126 м 2 .

Масса ростверка: 0,4м *0,5 м *32 м (длина) *2500 кг/м3 (плотность ж/б)* 1,3 (коэффициент) = 20800 кг.

Масса свай: 22 шт.*3 м *0,126 м2 *2500 кг/м 3 *1,3 = 27030 кг.

Суммарная масса всего дома = 235830 кг = 236 т.

Нагрузка на погонный метр = Q = 236 т/32 м = 7,36 т/м.

Расчет свай

Вариант расчета сваи 1.

Несущая способность одной сваи = P = (0,7*R*S) + (u*0,8*fin*li) = (0,7*72 т/м2*0,126 м2) + (1,26 м*0,8 *3,5 т/м 2 *3 м (длина сваи)) = 16,93 т.

u = 3,14*D = 3,14*0,4 = 1,26 м, где D - диаметр сваи.

Расстояние между сваями = l = P/Q = (16,93 т)/(7,36 т/м) = 2,3 м. Шаг достаточно большой, можно уменьшить длину сваи до 2м.

Вариант расчета сваи 2.

В расчетах для предыдущего случая требуется заменить всего одно значение. Несущая способность одной сваи = P = (0,7*R*S) + (u*0,8*fin*li) = (0,7*72 т/м 2 *0,126 м2) + (1,26 м*0,8 *3,5 т/м 2 *2 м (длина сваи)) = 13,41 т.

Расстояние между сваями = l = P/Q = (13,41 т)/(7,36 т/м) = 1,82 м.

Вариант расчета сваи 3.

Рассмотрим еще один вариант с диаметром сваи 50 см и длиной 2 м.

S = 3,14*0,52/4 = 0,196 м 2 ;

u = 3,14*D = 3,14*0,5 = 1,57 м.

Максимальное нагружение одной сваи = P = (0,7*72 т/м2*0,196 м 2) + (1,57 м*0,8 *3,5 т/м 2 *2 м (длина сваи)) = 18,67 т.

Расстояние между опорами = l = P/Q = (18,67 т)/(7,36 т/м) = 2,54 м.

Рекомендуется выбирать шаг свай приближенный к 2 м. В рассматриваемом случае оптимальным станет 2 вариант с фундаментами небольшого сечения и длины. Для более точного результата можно рассчитать расход материала во всех случаях и сравнить его.

Поскольку планируется строительство тяжелого кирпичного дома, в качестве рабочего армирования назначаем пруты побольше, диаметром 14 мм. Для изготовления поперечных хомутов используется арматура 8 мм.

Расчет железобетонного ростверка
Из массы дома, использованной при предыдущих вычислениях, необходимо вычесть массу свай. Получаем нагрузку в 208800 кг = 209 т.

Ширина ростверка = В = М/L*R = 209 т/ (32 м*72 т/м 2) = 0,1 м. Требуемая ширина ростверка меньше ширины стены здания. Назначаем величину конструктивно 0,4 м. Свесы стены с ростверка не должны быть слишком большими, максимальное значение 0,04м. Высоту ростверка также выбираем конструктивно 0,5 м. Остается назначить армирование:

• Рабочее принимается 0,001*0,6 м *0,5 м = 0,0003 м2 = 3 см 2 . По сортаменту подходят 4 стержня диаметром 10 мм, но по требованиям СП минимальное значение при длине стороны ростверка 6 м - 12 мм. Принимаем 4 прута диаметром 12 мм (два сверху и два снизу).
• Поперечное армирование диаметром 6 мм.
• Вертикальное армирование диаметром 6 мм (поскольку высота ленты менее 0,8 м).

Выполнение расчета позволит оптимально использовать материалы и рабочую силу на строительной площадке.

«Копать или не копать» – этот гамлетовский вопрос при строительстве дома решается однозначно: копать. Он порождает несколько встречных: какой фундамент выбрать, на какую глубину его залить, как сделать все надежно и не слишком дорого?

Траншейный ленточный фундамент – привычный для застройщиков вариант опорной части здания. Кроме положительных качеств он имеет серьезные недостатки. Главные из них — большая материалоемкость и трудоемкость.

Подошву бетонной «ленты» приходится заливать ниже отметки промерзания грунта. В средней полосе России это минимум 1,2 метра. В более суровых климатических условиях для защиты от морозного пучения приходится загонять десятки «кубов» бетона еще глубже.

Если стройка ведется на слабом грунте, то заглубление ниже горизонта промерзания не спасет здание от осадки. Дойти до плотного основания, на которое надежно ляжет железобетонная «лента» не всегда возможно. В этом случае остается единственный выход — фундамент на буронабивных сваях.

По себестоимости он дешевле ленточного, не требует привлечения мощной землеройной техники и быстрее строится. О том, что представляет собой такая конструкция, как она рассчитывается и строится, мы поговорим в этой статье.

Знакомимся с буронабивным фундаментом

Идея буронабивного основания очень простая: там, где невозможно с минимальными затратами докопаться до плотного грунта, можно использовать длинные столбики-стойки. Для соединения их в общую конструкцию используется ростверк – монолитная железобетонная лента, связывающая оголовки свай.

Полезно знать о том, что сваи сильно отличаются от обычных массивных фундаментов по характеру взаимодействия с грунтом. Свая передает нагрузку двумя путями: через нижний торец (пятку) и через боковую поверхность за счет сил трения между стенкой и грунтом.

В зависимости от того, какая часть конструкции включена в работу, все буронабивные сваи делят на два типа:

• Стойки.
• Висячие.

Свая-стойка опирается на плотный почвенный слой. Висячая конструкция держит нагрузку только за счет силы контакта с окружающим грунтом. Поскольку плотное природное основание залегает достаточно глубоко, то значительная часть буронабивных конструкций относится к висячему типу.

Классификация, расчет и другие важные параметры, без которых невозможно выполнить устройство буронабивных свай, содержатся в СНиП 2.02.03-85 – настольной книге всех проектантов и подрядчиков. Застройщик может руководствоваться готовыми таблицами из этого норматива. В них указывается несущая способность опорных стоек. Зная ее и определив вес здания, можно подобрать нужное количество свай.

Данные, указанные в таблице, ориентировочные. Точное значение несущей способности буронабивной сваи рассчитывают по формуле, учитывающей несколько параметров:

• диаметр;
• марку бетона;
• вид армирования;
• глубину бурения;
• механическую прочность грунта.

После всего сказанного, возникает вопрос: для каких зданий оправдано строительство буронабивного фундамента с ростверком? Некоторые застройщики считают, что такая конструкция не способна выдержать большие нагрузки, поэтому используют ее только для легких каркасных зданий, а также домов из бруса, газо или пенобетона. Это не так. На сваях сегодня стоят тысячи кирпичных девятиэтажек и никто не сомневается в их надежности.

Прочность буронабивной стойки, изготовленной в полевых условиях немного ниже, чем у конструкции, прошедшей полный цикл заводской обработки. Тем не менее, ее с запасом хватит для возведения кирпичного дома.

Главным условием качества в этом случае является правильный расчет и точное соблюдение технологии, включающей несколько этапов:

1. Бурение скважины под буронабивные сваи (ручной мотобур или более мощная передвижная установка).
2. Монтаж обсадной трубы (в сыпучих и сырых грунтах).
3. Установку арматурных каркасов.
4. Бетонирование скважины.
5. Отсыпку песчано-щебеночной подушки под ростверк (толщина 10-15 см), компенсирующей подъем грунта в результате морозного пучения.
6. Монтаж опалубки над поверхностью земли, установку арматуры и заливку ростверка, связывающего сваи.

Особенности расчета свайного фундамента

Первый шаг, с которого начинается расчет свайного поля – определение веса здания. Именно от него будет зависеть, сколько свай, какого диаметра и на какую глубину нам придется установить. Чем тяжелее дом, тем плотнее ставят сваи под стены.

При этом норматив требует, чтобы расстояние между центрами соседних опор было не менее 3-х диаметров сваи. При уменьшении этой дистанции происходит снижение несущей способности стоек.

Армирование свай выполняют вертикальными стержнями периодического профиля (диаметр 12-14 мм). Их количество зависит от диаметра стойки и может составлять от 3 до 8 штук. Между собой вертикальную арматуру соединяют горизонтальными отрезками стержней диаметром 6-8 мм. Заливка буронабивных свай должна выполняться бетоном марки не ниже 100.

Для более простого расчета стоимости материалов и несущей способности свай можно воспользоваться приведенной ниже таблицей.

В таблице выполнен расчет буронабивных свай длиною 2 метра и диаметром от 15 до 40 см. Арматура вертикальная 12 мм, поперечная — 6 мм с шагом 1 метр.

В качестве примера определим, сколько свай диаметром 20 см потребуется для фундамента под дом, вес которого составляет 60 тонн. Из таблицы видно, что одна стойка может выдержать вес не более 1884 кг. Разделив 60 000 кг на 1884 кг, получим 31,84 штук. Округляем в большую сторону до целого числа и получаем 32 сваи. Для их заливки (без осадных труб) нужно купить арматуру и бетон общей стоимостью 32х428,68 руб. = 13 717 руб.

Конечно, же итоговая стоимость вашего фундамента будет гораздо выше, так как в его стоимость войдет множество других затрат: земляные работы, доставка стройматериалов, устройство ростверка, услуги рабочих и техники. Однако при желании и объективной оценке своих сил все работы или их часть можно выполнить своими руками.

Полученное количество свайных опор нужно равномерно распределить под несущими стенами и перегородками здания, а также под всеми углами и пересечениями стен. При этом шаг свай будет зависеть от общей длины стен.

Расчет свайного фундамента выполняется в зависимости от его типа. Важно понимать, что расчет буронабивных свай будет отличаться от вычислений для винтовых. Но во всех случаях требуется выполнить предварительную подготовку, которая включает в себя сбор нагрузок и геологические изыскания.

Изучение характеристик грунта

Несущая способность буронабивной сваи будет во многом зависеть от прочностных характеристик основания . В первую очередь стоит выяснить прочностные показатели грунтов на участке. Для этого пользуются двумя методами: ручным бурением или отрывкой шурфов. Грунт разрабатывается на глубину на 50 см больше, чем предполагаемая отметка фундамента.

Сбор нагрузок

Перед расчетом буронабивного фундамента также необходимо выполнить сбор нагрузок от всех вышележащих конструкций. Потребуется два отдельных вычисления:

Это необходимо потому, что отдельно будет выполнен расчет ростверка свайного фундамента и характеристик свай.

При сборе нагрузок необходимо уесть все элементы здания, а также временные нагрузки, к которым относится масса снегового покрова на крыше, а также полезная нагрузка на перекрытие от людей, мебели и оборудования.

Для расчета свайно-ростверкового фундамента составляется таблица, в которую вносится информация о массе конструкций. Чтобы рассчитать эту таблицу, можно пользоваться следующей информацией:

Собственный вес фундаментов и ростверка определяется в зависимости от геометрических размеров. Сначала требуется вычислить объем конструкции. Плотность железобетона при этом принимается равной 2500 кг/куб.м. Чтобы получить массу элемента, нужно объем умножить на плотность.

Каждую составляющую нагрузки нужно умножить на специальный коэффициент, который повышает надежность. Его подбирают в зависимости от материала и способа изготовления. Точное значение можно найти в таблице:

Расчет сваи

На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:

• шаг свай;
• длина сваи до края ростверка;
• сечение.

Чаще всего размеры сечения определяют заранее, а остальные показатели подбирают исходя их имеющихся данных. Таким образом, результатом расчета должны стать расстояние между сваями и их длина.

Всю массу здания, полученную на предыдущем этапе, требуется разделить на общую длину ростверка. При этом учитываются как наружные, так и внутренние стены. Результатом деления станет нагрузка на каждый пог.м фундаментов.

Несущую способность одного элемента фундамента можно найти по формуле:
P = (0,7 R S) + (u 0,8 fin li), где:

• P - нагрузка, которую без разрушения выдерживает одна свая;
• R - прочность почвы, которую можно найти по таблицам, представленным ниже после изучения состава грунта;
• S - площадь сечения сваи в нижней части, для круглой сваи формула выглядит следующим образом: S = 3,14*r2/2 (здесь r - это радиус окружности);
• u - периметр элемента фундамента, можно найти по формуле периметра окружности для круглого элемента;
• fin - сопротивление почвы по боковым сторонам элемента фундамента, см. таблицу для глинистых грунтов выше;
• li - толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (находят для каждого слоя почвы отдельно);
• 0,7 и 0,8 - это коэффициенты.

Шаг фундаментов рассчитывается по более простой формуле: l = P/Q, где Q-это масса дома на пог.м фундамента, найденная ранее. Чтобы найти расстояние между буронабивными сваями в свету, из найденной величины просто вычитают ширину одного элемента фундамента.

Армирование буронабивных свай выполняется в соответствии с нормативными документами. Арматурные каркасы состоят из рабочей арматуры и хомутов. Первая берет на себя изгибающие воздействия, а вторые обеспечивают совместную работу отдельных стержней.

Каркасы для буронабивных свай подбираются в зависимости от нагрузки и размеров сечения. Рабочая арматура устанавливается в вертикальном положении, для нее используют стальные стержни D от 10 до 16 мм. При этом выбирают материал класса А400 (с периодическим профилем). Для изготовления поперечных хомутов потребуется закупить гладкую арматуру класса А240. D = минимум 6-8 мм.

Каркасы буронабивных свай устанавливаются так, чтобы металл не доходил за край бетона на 2-3 см. Это нужно для обеспечения защитного слоя, который предотвратить появление коррозии (ржавчины на арматуре).

Размеры ростверка и его армирование

Элемент проектируется так же, как и ленточный фундамент. Высота ростверка зависит от того, насколько нужно поднять здание, а также от его массы. Самостоятельно можно выполнить расчет элемента, который опирается вровень с землей, или немного заглублен в нее. Основа расчетов висячего варианта слишком сложна для неспециалиста, поэтому такую работу стоит доверить профессионалам.

Размеры ростверка вычисляются так: В = М / (L R), где:

• B - это минимальное расстояние для опирания ленты (ширина обвязки);
• М - масса здания без учета веса свай;
• L - длина обвязки;
• R - прочность почвы у поверхности земли.

Арматурные каркасы обвязки подбираются так же, как и для здания на ленточном фундаменте. В ростверке требуется установить рабочее армирование (вдоль ленты), горизонтальное поперечное, вертикальное поперечное.

Общую площадь сечения рабочего армирования подбирают так, чтобы она была не меньше 0,1% от сечения ленты. Чтобы подобрать сечение каждого стержня и их количество (четное), пользуются сортаментом арматуры. Также необходимо учитывать указания СП по наименьшим размерам.

Пример расчета

Чтобы лучше понять принцип выполнения вычислений, стоит изучить пример расчета. Здесь рассматривается одноэтажное здание из кирпича с вальмовой крышей из металлочерепицы. В здании предполагается наличие двух перекрытий. Оба изготавливаются из железобетона толщиной 220 мм. Размеры дома в плане 6 на 9 метров. Толщина стен составляет 380 мм. Высота этажа - 3,15 м (от пола до потолка - 2,8 м), общая длина внутренних перегородок - 10 м. Внутренних стен нет. На участке найдена тугопластичная супесь, пористость которой - 0,5. Глубина залегания этой супеси - 3,1 м. Отсюда по таблицам находим: R = 46 тонн/кв.м., fin = 1,2 тонн/кв.м. (для расчетов среднюю глубину принимаем равной 1 м). Снеговая нагрузка берется по значениям Москвы.

Сбор нагрузок делаем в форме таблицы. При этом не забываем про коэффициенты надежности.

Предварительно назначаем ростверк шириной 40 см, высотой 50 см. Длину сваи - 3000 мм, D сечения = 500 мм. Используем примерный шаг свай 1500 мм.
Чтобы рассчитать общее количество опор нужно 30 м (длину ростверка) поделить на 1,5 м (шаг свай) и прибавить 1 шт. При необходимости значение округляется до целого числа в сторону уменьшения. Получаем 21 шт.

Площадь одной сваи = 3,14 0,52/4 = 0,196 кв.м., периметр = 2 3,14 0,5 = 3,14 м.

Найдем массу ростверка: 0,4м 0,5 м 30 м 2500 кг/куб.м. 1,3 = 19500 кг.

Найдем массу свай: 21 3 м 0,196 кв.м. 2500 кг/куб.м. 1,3 = 40131 кг.

Найдем массу всего здания: сумма из таблицы + масса свай + масса ростверка = 244167 кг или 244 тонн.

Для расчета потребуется нагрузка на пог.м ростверка = Q = 244 т/30 м = 8,1 т/м.

Расчет свай. Пример

Находим допустимое нагружение на каждый элемент по формуле указанной ранее:
P = (0,7 46 тонн/кв.м. 0,196 кв.м.) + (3,14 м 0,8 1,2 тонн/кв.м. 3 м) = 15,35 т.
Шаг свай принимается равным P/Q = 15,35/8,1= 1,89 м. Округляем до 1,9 м. Если шаг получается слишком большим или маленьким, нужно проверить еще несколько вариантов, меняя при этом длину и диаметр фундаментов.

Для каркасов применяются пруты D = 14 мм и хомуты D = 8 мм.

Расчет ростверка. Пример

Нужно посчитать массу здания без учета свай. Отсюда М = 204 тонн.
Ширина ленты принимается равной М / (L R) = 204/ (30 75) = 0,09 м.
Такой ростверк использовать нельзя. Свесы стен кирпичного здания с фундамента не должны превышать 4 см. Ширину назначаем конструктивно 400 мм. Высота остается равной 500 мм.

Армирование ростверка свайного фундамента:

• Рабочее 0,1%*0,4*0,5 = 0,0002 кв.м. = 2 кв.см. Здесь достаточно будет 4 стержней диаметром 8 мм, но по нормативным требованиям используем минимально возможный диаметр 12 мм;
• Горизонтальные хомуты - 6 мм;
• Вертикальные хомуты - 6 мм.

Выполнение расчетов займет определенный промежуток времени. Но с их помощью можно сберечь деньги и время в процессе строительства.

Также вы можете рассчитать фундамент при помощи онлайн калькулятора. Просто нажмите на ссылку Расчет фундамента столбчатого типа и следуйте инструкциям.