Объем буронабивной сваи формула. Буронабивные сваи с ростверком: технология и монтаж своими руками

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.

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.

Как выглядит расчет буронабивных свай с ростверком? Вместе с читателем мы изучим основные этапы проектирования фундамента частного дома.

Кроме того, в рамках статьи будут затронуты терминология и некоторые аспекты технологии строительства.

Устройство фундамента на буронабивных сваях.

Почему сваи

Для начала давайте разберемся, когда стоит остановить свой выбор именно на буронабивных сваях.

В общем случае свайный фундамент обходится на 20-50% дешевле ленточного и в разы дешевле плитного. При этом благодаря значительному заглублению сваи опираются на плотные слои грунта ниже уровня промерзания.

Уточнение: на торфяных и песчаных почвах расстояние от поверхности до плотного основания может составлять до 8-10 метров.

В таких случаях с учетом затрат на материалы и бурение более осмысленное решение - плавающий плитный фундамент.

От основной альтернативы - винтовых свай для фундамента - буронабивные выгодно отличаются большей долговечностью. Даже будучи оцинкованной, стальная труба не полностью защищена от коррозии: при вкручивании цинковый слой неизбежно нарушается; именно поэтому срок службы винтового фундамента обычно оценивается в 50-70 лет. Впрочем, заполнение полой трубы бетоном способно заметно увеличить ее ресурс.

Технологии

Классический алгоритм создания буронабивной сваи прост и понятен:

1. На глубину ниже уровня промерзания бурится скважина. Для этого может использоваться ручной или механический бур.

Бурение скважины под свайный фундамент.

1. В нее погружается свернутый в трубу рубероид.
2. Внутрь трубы помещается арматурный каркас.
3. Затем полость заполняется жидким бетоном марки М200 или выше.
4. После застывания и набора бетоном прочности мы получаем готовую опору с уже присутствующим слоем гидроизоляции (рубероид остался в грунте, помните?). Осталось лишь связать опоры ростверком (как правило, железобетонным) - и фундамент готов.

Однако потенциальному самостоятельному строителю полезно знать ряд тонкостей и альтернативных технологий.

• Устройство буронабивных свай раскатчиком позволяет создать вокруг каждой опоры слой уплотненного грунта и тем самым увеличить и устойчивость фундамента, и его несущую способность. Суть метода - в том, что при бурении грунт не вынимается из скважины, а уплотняется в ней.
• Минимальное расстояние между буронабивными сваями в свету (то есть между ближними друг к другу точками поверхности соседних опор) в общем случае не должно быть менее одного метра. При бурении скважин ближе друг к другу возможна их деформация. Исключение - скальные грунты и заливка элементов фундамента внутри обсадной трубы из стали, асбестоцемента и т.д.

Асбестоцементная обсадная труба предотвратит осыпание стенок скважин.

• В общем случае ростверк отделяет от поверхности грунта расстояние как минимум в 100 - 150 миллиметров. Оно необходимо, чтобы избежать влияния пучения грунта.

Однако ростверк может быть и заглубленным: в этом случае под ним засыпается песчаная подушка. Ее толщина определяется особенностями почвы на участке; однако при любом грунте она не должны быть тоньше 100 миллиметров.

• На сыпучих и непрочных грунтах использование жестких обсадных труб предпочтительно. Осыпавшаяся стенка скважины будет означать значительное падение несущей способности участка фундамента. Из возможных решений минимальна цена картонных труб; однако асбестоцемент куда более долговечен и заодно обеспечит полноценную гидроизоляцию бетона.

Что именно нуждается в расчетах?

1. Сечение свай.
2. Их количество.
3. Толщина и количество арматуры в каждой свае.

Армирование

Начнем с последнего пункта.

Расчет армирования буронабивной сваи, применяемый при строительство промышленных объектов и многоквартирных домов, достаточно сложен и учитывает как нагрузку на сваю, так и тип грунта, и степень его подвижности.

Однако частное домостроение подразумевает умеренную нагрузку на отдельную опору и, что важнее, ее сравнительно небольшую длину. Если при строительстве промышленных объектов можно встретить сваи диаметром в метр и более при длине 50-60 метров, то в нашем случае длина редко превышает 2,5-3 метра, а диаметр - 35 сантиметров.

Частное домостроение - это умеренная нагрузка на фундамент при его скромных габаритах.

Основные нагрузки опора, понятное дело, испытывает на сжатие; между тем продольная арматура противостоит совсем другим нагрузкам - на излом и срезающим.

Именно поэтому при самостоятельной подготовке свайного фундамента достаточно придерживаться нескольких простых правил:

• Общая длина арматурного каркаса должна уступать длине сваи не более чем на 10 сантиметров.
• Через каждые 70 сантиметров продольная арматура перевязывается горизонтальными перемычками. Для соединения можно использовать как сварку, так и вязальную проволоку.
• В общем случае достаточно трех прутков рифленой арматуры диаметром 14 миллиметров или четырех 12-миллиметровых. Поперечные перемычки выполняются из гладкой арматуры сечением 6-8 миллиметров.

Устройство арматурного каркаса хорошо видно на фото.

Важный момент: арматурный каркас должен отстоять от внешней поверхности сваи как минимум на 3 сантиметра.

Слой бетона защищает сталь от коррозии.

Масса дома

От чего зависит минимально необходимое количество свай?

1. От несущей способности одной опоры. Она, в свою очередь, определяется сечением площади опоры и несущей способностью грунта.
2. От массы здания.

Как выяснить, сколько весит дом?

Инструкция по расчету должна быть довольно сложной, ведь предстоит учесть немало факторов:

• Массу несущих стен и внутренних перегородок;
• Массу перекрытий, утепления и кровли;
• Количество домашней утвари, которое, к сожалению, подчиняется собственным законам и нарастает буквально лавинообразно;
• Снеговую нагрузку, которая, в свою очередь, зависит от климата;
• Запас прочности на неоднородности грунта и прочие неучтенные факторы.

На практике, однако, можно сильно упростить себе задачу. Для сбалансированных конструкций приблизительно оценить массу строения без коэффициента прочности можно, умножив массу несущих стен на 2: вес перекрытий, кровли, мебели, обитателей дома и снеговой шапки в пике примерно равен весу внешних стен.

Важный момент: для каркасных строений и домов из sip-панелей стоит использовать коэффициент 3.

Стены этих сооружений обладают большой несущей способностью при довольно незначительной собственной массе.

Полученный примерный результат умножается на коэффициент 1,3 для того, чтобы обеспечить гарантированный запас прочности.

Для расчета недостает лишь справочной информации о плотности популярных строительных материалов.

Приведем несколько значений:

• Известняк средней плотности - 1600 кг/м3.
• Полнотелый кирпич - 1800 кг/м3.
• Тяжелый бетон - 2400 кг/м3.
• Пенобетон - 300 - 1400 кг/м3 в зависимости от марки.
• Поризованный кирпич - 1200-1400 кг/м3.
• Сосновый брус - 500 кг/м3.
• Пенополистирол - 45 - 150 кг/м3.

Параметры некоторых строительных материалов.

Давайте в качестве примера попробуем оценить нагрузку на сваи, которую создаст дом из соснового бруса с толщиной стен, равной 25 сантиметрам. К массе бруса нам придется прибавить вес железобетонного ростверка сечением 35 (ширина) на 30 (высота) сантиметров.

Дом - одноэтажный, с высотой стен 3,5 метра и размером 10*10 метров.

• Объем ростверка будет равным (10+10+10+10)*0,35*0,3=4,2 м3. Масса - 4,2*2400=10080 кг.
• Объем стен равен (10+10+10+10)*3,5*0,25=35 м3. Весят они 35*500=17500 кг.
• Для дома с деревянными перекрытиями можно смело использовать коэффициент 2. Ориентировочная масса дома может быть оценена как (10080+17500)*2=55160 кг.
• С учетом запаса прочности несущая способность свайного фундамента должна быть не менее 55160*1,3=71708 кг.

Прочность сваи

Несущая способность опоры определяется двумя факторами:

1. Ее механической прочностью по отношению к нагрузке на сжатие.
2. Несущей способностью грунта.

В абсолютном большинстве случаев первым параметром можно пренебречь - просто потому, что прочность железобетона многократно превышает несущую способность почвы. Давайте, однако, перестрахуемся и выполним несложный расчет.

Прочность бетона марки М200 позволяет ему выдержать нагрузку в 200 кг/см2. При диаметре сваи в 30 сантиметров площадь ее сечения будет равна 3,14159265*0,15м^2=0,0707м2, или 707 квадратных сантиметров.

Стало быть, разрушающая нагрузка на сжатие будет не менее 707*200=141400 кг. Одна свая способна с двухкратным запасом принять всю массу нашего здания!

Не стоит забывать: бетон набирает прочность, близкую к максимальной, примерно за месяц. Лишь по прошествии этого срока можно продолжать строительство.

Несущая способность грунта

Чтобы выполнить расчет буронабивной сваи, нам опять-таки понадобится справочная информация.

Ниже приведены расчетные нагрузки в килограммах на квадратный сантиметр грунта, не приводящий к его просадке.

• Крупные и гравелистые пески - плотные 4,5, средние - 3,5.
• Средние пески - плотные 3,5, средние 2,5.
• Мелкие пески при низкой влажности - плотные 3,0, средние 2,0.
• Насыщенные водой мелкие пески - плотные 3,5, средние 2,5.
• Твердые глины - плотные 6,0, средние 3,0.
• Пластичные глины - плотные 3,0, средние 1,0.
• Крупнообломочные грунты, щебень, гравий, галька - плотные 6,0, средние 5,0.

Давайте в качестве примера рассчитаем максимальную нагрузку на буронабивную сваю диаметром 30 сантиметров на плотном влажном мелком песке. Площадь опоры нами уже рассчитана и равна 707 см2. Несущая способность грунта в нашем случае берется равной 3,5 кгс/см2. Стало быть, на одну опору должно приходиться не более 3,5*707=2474, 5 килограмма.

Капитан Очевидность подсказывает: опоры конического сечения с расширением книзу позволяют при меньшем расходе бетона увеличить площадь опоры и ее несущую способность.

В приведенном выше случае увеличение сечения нижней части сваи всего на 10 сантиметров сделает ее несущую способность равной 4396 килограммам; соответственно, общее количество свай можно будет уменьшить в полтора с лишним раза.

Несущая способность опоры зависит от типа грунта и площади ее подошвы.

Расчет количества свай

Его методика очевидна: достаточно просто разделить предполагаемую массу здания с учетом запаса прочности на несущую способность каждой опоры. В нашем случае при использовании свай сечением 30 см с расширением внизу до 40 см необходимо как минимум 71708/4396=16 свай.

При выборе количества опор и их сечения стоит учитывать еще один фактор: на опоры должны приходиться все углы здания и точки соединения внутренних перемычек. Если 16 точек опоры недостаточно для того, чтобы обезопасить ростверк от значительных изгибающих нагрузок - количество свай может быть увеличено.

Сваи располагаются во всех углах внешних стен и под массивными перегородками.

Необходимое сечение при этом рассчитывается методом, так сказать, от обратного. Предположим, что конфигурация стен дома нуждается как минимум в 24 точках опоры.

• Расчетная несущая способность каждой сваи должна быть не менее 71708/24=2987 кг.
• На нашем грунте опорная поверхность каждой сваи будет равной как минимум 2987/3,5=853 см2.
• Радиус основания сваи будет равен квадратному корню из (853/3,14159265), то есть 16,5 сантиметрам. Диаметр - 16,5*2=33 см. При этом выше основания диаметр может быть значительно меньше: как мы уже выяснили, прочность железобетона заведомо избыточна.

Приблизительный расчет свайного фундамента не представляет особых сложностей даже для человека, далекого от строительства. Все, что для него необходимо - здравый смысл, знание основ геометрии и немного справочной информации о свойствах грунтов и стройматериалов.

Пример расчета буронабивных свай: видео-инструкция по монтажу своими руками, минимальное расстояние между опорами, цена, фото, Профессиональный фундамент своими руками

Пример расчета буронабивных свай: видео-инструкция по монтажу своими руками, минимальное расстояние между опорами, цена, фото

Среди множества видов фундаментов, одна конструкция сочетает простоту, прочность и низкую стоимость. В ней дорогостоящий котлован заменен несколькими шурфами, а вместо массивного монолита установлен легкий ростверк. Однако его устройство требует точного расчета.

Чем массивнее будет дом, тем на большую глубину нужно бурить шурфы, тем большее количество бетонных столбов потребуется установить. Проектирование – трудоемкий процесс. Предлагаем использовать для расчета буронабивного фундамента калькулятор – программу, позволяющую производить вычисления по произвольно вводимым параметрам.

Проектирование столбчатого фундамента из буронабивных свай. Общие требования

Прочный фундамент должен удерживать строительную конструкцию и сохранять при этом статичное (неподвижное) положение в грунте. Сваи испытывают осевую и поперечную нагрузку. На них действует сила, величина которой зависит от полной массы строительной конструкции.

Способность фундамента к противодействию нагрузкам зависит от характеристик почвы и параметров свай, а именно:

• от механических свойств грунтов, их склонности к усадке и расползанию;
• от плотности установки опор в грунте;
• от глубины залегания свайных подошв;
• от площади опорных площадок.

На несущую способность почв влияют:

• механические и физические параметры грунтов;
• уровень подземных вод;
• регулярное промерзание.

Чем сыпучее грунты, чем они влажнее, чем холоднее зимы, тем массивнее должен быть фундамент: шурфы бурятся глубже, а опоры делаются толще.

Тип грунтов определяется гранулометрическими параметрами почвы — удельным и объемным весом, пластичностью, влажностью, пористостью. Наиболее точные характеристики дадут лабораторные исследования образцов грунтов. Усредненные параметры приведены в таблице.

На способность столбов выдерживать нагрузку влияют факторы:

• площадь основания сваи;
• класс бетона;
• степень армирования;
• частота расположения.

Общие правила размещения столбов (свай):

• Интервал между столбами должен в три раза превышать диаметров сваи;
• Максимальный интервал составляет 3 м;
• Минимальное сечение пятки сваи при длине элемента ростверка до 3 м составляет 0,3 м.

Определение характеристик и параметров фундамента

Для того, чтобы спроектировать фундамент, необходимо произвести расчеты по следующему алгоритму:

1. Вычислить общую массу строящегося здания.
2. Определить типы грунтов и вычислить их физико-механические параметры. Для этого берут образцы грунта на разной глубине из пробных скважин.
3. Определить силу, с которой дом давит на фундамент.
4. Произвести расчет несущей способности буронабивной сваи.
5. Определить общее количество буронабивных свай и их конфигурацию.

Определение массы здания

1. Массу подсчитывают для каждого элемента конструкции – стен, перегородок, перекрытий и кровли . Сначала рассчитывают объем:

V = L х D х H; (1)

L, D, H – соответственно длина, ширина и высота элементов дома.

2. Вычисляют вес:

m = V х p; (2)

где p – плотность материала.

Для подсчета используют нормативные значения удельных масс. Плотность бетона составляет, к примеру, 2494 кг, а удельный вес древесины – 480–520 кг.

3. Рассчитывают вес полезной нагрузки – добавляют массу полов, штукатурки, декоративных отделочных материалов. Эта величина – постоянная, нормативная. Она зависит от общего размера помещений дома на всех этажах. Значение веса полезной нагрузки равно 150 кг/м2.

4. Увеличивают общую массу на коэффициент запаса прочности: конструкция должна противодействовать давлению снега зимой. Величину коэффициента берут из СП «Нагрузки и воздействия». Для средней полосы России значение коэффициента надежности равно:

• 1,3 – для бетонных монолитных сооружений;
• 1,2 – для сборных кирпичных и плитных конструкций;
• 1,1 – для домов из бруса и бревен;
• 1,05 – для сооружений из стали.

Определение физико-механических параметров грунтов

1. Несущую способность грунта можно определить по таблице 1:

Таблица нормативных сопротивлений грунтов под торцом опоры, кг/м2

Свая опирается на грунт не только нижним торцом, но и всей боковой поверхностью. Это сопротивление также учитывается при расчете фундамента.

Таблица нормативных сопротивлений грунтов вдоль поверхности опоры, кг/м2

Важно: глубина шурфов должна быть на 0,3–0,5 м большей, чем глубина промерзания. Обобщенные сведения о параметрах промерзания грунтов изложены в СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Для выполнения расчетов пользуются актуализированными данными из СНиП 23-01-99 (действует с 2013 года).

Определение параметров, влияющих на несущую способность свай

Опоры изготавливаются из бетона марки 100 и выше. Для того, чтобы опора выдерживала поперечные нагрузки, ее армируют стальными прутками. Чтобы перераспределить и выровнять между сваями весовую нагрузку, придать конструкции жесткость, вершины опор обвязывают бетонным ростверком. Монолитную ленту армируют стальными прутками.

Определение количества опор фундамента и их конфигурации

Длину внутренних простенков прибавляют к общей величине протяженности фундамента. Впоследствии на базе этой величины будут определены интервалы между осями опор. Вычисления трудоемки, но их можно доверить компьютеру: машина точно рассчитает параметры фундамента.

Минимальное количество опор определено нормативной документацией: их необходимо обязательно установить в углах здания и в точках пересечения несущих стен.

Онлайн калькулятор позволит:

• произвести расчет параметров ростверка;
• определить необходимый объем бетона;
• задать нагрузку, которую может выдержать одна свая;
• установить диаметр, глубину залегания и количество опор для фундамента.

Пример: Определение сопротивляемости буронабивной сваи по материалу и по грунту

1) По материалу (Рмат):

Рмат = Кур*Sосн*Rм; (3)

Кур – индекс однородности грунтов (справочно равен 0,6);

Sосн – площадь основания опоры, м2 (определяется расчетным путем – 3,14 * r2); Площадь основания сваи диаметром полметра равна 0,196 м2;

Rм – величина сопротивления бетона (табличная); Для бетона эта величина равна 400 кг/м2.

Подставляя значения в формулу, получаем: Рмат = 47 тонн.

2) По грунту (Ргр):

Ргр = Ког*Кур*(Rгосн*Sосн*p + Кду* Rгбок*h); (4)

Ког – индекс однородности грунта (справочно равен 0,7);

Кур – индекс условий работы (принимается за 1);

p – периметр (для трехметровой сваи с диаметром 0,5 м периметр равен 0,157 м);

Rгосн – сопротивление грунта, приведено в таблице 2; Для глины составляет 90 т/м2;

Sосн – площадь основания опоры, м2 (определена ранее – 0,196 м2);

Rгрп – величина сопротивления грунта под пяткой опоры (табличная); Для твердой глины это – 90 т/м2;

Кду – дополнительный индекс условий – 0,8;

Rгбок – значение несущей способности грунтов сбоку. Определяется как средняя взвешенная для каждой точки поверхности с интервалом в 1 метр. В нашем случае равно 3,85 тонн/м2.

h – толщина первого слоя грунта, прилегающего к фундаменту. Ее расчетное значение составит 2,3м.

Подставляя цифровые величины в формулу (2), получаем сопротивление сваи по грунту – 26,5 тонн. Эта величина – меньше, чем прочность материала. Ее и берут в качестве исходной для определения количества свай.

Пример: Расчет количества опор. Алгоритм вычислений

1) Определяем весовую нагрузку на 1 м ростверка (Нпм). Для этого полную массу дома относим к общему периметру ростверка.

Нпм = Мд/Пф; (5)

2) Вычисляем межосевое расстояние между опорами: находим отношение значения несущей способность сваи к нагрузке на погонный метр фундамента.

Осв = Ргр/ Нпм; (6)

В нашем случае опора способна выдержать вес в 26 тонн. Значит, на каждый метр ростверка, при соблюдении минимального интервала размещения свай в 3 метра, может прийтись до 8,33 тонн. На практике удельное давление, оказываемое обычным одноэтажным строением на фундамент, составляет 5,5–7 тонн.

Этот расчет буронабивных свай показал: мы можем выбрать более легкую конструкцию фундамента.

Свайно-ростверковый фундамент на буронабивных сваях — комбинированный тип основания из опорных свай, сформированных в грунте путем бетонирования скважин, пробуренных в земле. Вторая часть фундамента — ростверк, распределяющий нагрузку на свайное поле. Такой тип фундамента обладает высочайшей несущей способностью и может использоваться для постройки больших домов и частных коттеджей из любых материалов.

Буронабивной фундамент с ростверком позволяет возводить строения на сложных грунтах: вязких, болотистых, плывунах, пучинистых. Основание на буронабивных сваях незаменимо в сейсмически активных районах, зонах с разветвленными сетями подземных коммуникаций, а также в грунтах с повышенной щелочностью, где невозможно использовать винтовые опоры.

Преимущества конструкции:

• повышенная устойчивость к вибрации;
• возможность возведения при неблагоприятных геологических условиях;
• простота монтажа;
• отсутствие больших объемов земляных работ;
• относительно небольшая себестоимость.

Сделать буронабивной фундамент с монолитным ростверком можно без привлечения специалистов и профессиональной техники.

Недостатки:

• опасность неравномерной осадки опор;
• невозможность устройства цокольного этажа и подвала.

Расчет буронабивного фундамента с ростверком

При расчете необходимо руководствоваться данными о характеристиках грунтов и материалов, указанных в СНиП 2.03.01-84, 11-23-81, 11-25-80, 2.05.03-84 и 2.06.06-85. Всего проводится три расчетные операции:

Расчет буронабивных свай

В ходе расчета определяется длина свай (глубина залегания), их сечение, количество и схема расположения. Диаметр буронабивной сваи для строительства коттеджа составляет от 15 до 40 см. Наиболее часто этот параметр принимают равным 20 см. Чтобы не проводить сложные расчеты с использованием громоздких формул, предлагаем воспользоваться готовой таблицей, в которой указана несущая способность опор различного диаметра, а также приблизительный расход бетона и арматуры:

Бурение скважины

Бурение проводится ручным буром, который заглубляется на нужную глубину. При проходке грунт не выбрасывается на поверхность, уплотняясь по стенкам.

В процессе бурения необходимо контролировать, чтобы бур входил строго перпендикулярно, не отклоняясь.

После разработки скважины, диаметр которой должен быть на 5-7 см больше, чем выбранный диаметр свай, основание тщательно трамбуется. При необходимости подсыпается песчано-гравийная подушка в 10-30 см.

Установка обсадных труб

Обсадные трубы препятствуют обсыпанию стенок скважины и обеспечивают безопасное проведение работ. По технологии на плотных глинистых грунтах и суглинках трубы можно не использовать, однако при устройстве буронабивных свай своими руками рекомендуется их установить. Внутри трубы значительно проще монтировать армирующий каркас. Кроме того упрощается процесс заливки и виброутрамбовки бетонной смеси.

В качестве обсадных труб можно использовать пластиковые, металлические или асбестоцементные изделия нужного диаметра. Если финансовые возможности позволяют, то лучше купить специальные обсадные трубы для скважин, на которых имеются подготовленные стыки с удобными соединениями. Труба строго вертикально устанавливается в скважину. Если образовался зазор между стенкой трубы и скважиной, то его необходимо засыпать грунтом с уплотнением.

Армирование

Для создания армокаркаса используется арматура 12 мм. По данным таблицы 1 при строительстве коттеджа нет необходимости использовать сложный план армирования, достаточно 4 или 6 прутов арматуры. Технология связывания армирующего каркаса очень простая: стержни располагаются по кругу, образуя окружность диаметром на 3-5 см меньше, чем размер обсадной трубы. Стержни связываются проволокой. Для закрепления можно использовать хомуты. Длина каркаса = длине обсадной трубы + 30 см. Готовый армокаркас устанавливается в скважину внутри обсадной трубы и заглубляется в грунт.

Арматурный каркас не должен соприкасаться со стенками обсадных труб!

Заливка бетонной смеси

Бетон, используемый для заливки буронабивных опор должен соответствовать СНиП 2.03.01-84 и быть не ниже класса В12,5. Для массивных домов лучше использовать бетон В15. Для заливки бетона в устье скважины опускается загрузочная воронка. Если заливать смесь без воронки, то возможно появление пустот. Заливать бетонную смесь необходимо медленно, каждый слой толщиной 0,5 м необходимо уплотнять 5-10 минут при помощи глубинного виброинструмента и только после этого заливать следующую порцию. К устройству ростверка можно приступать после того, как бетон наберет прочность — через 3-7 суток.

Устройство ростверка

Для фундамента частного дома выполняется железобетонный ленточный ростверк. Легкие конструкции, например бани, дачные брусовые домики допускают использование деревянного ростверка. Самый простой и менее трудозатратный вариант — низкий ростверк, который возвышается над уровнем земли на 0,2-0,3 м. Высокий ростверк до 0,5-0,6 м может использоваться на влажных почвах, для максимального поднятия дома от поверхности.

Этапы строительства монолитного ростверка:

Устройство основания и опалубки

Для низких ростверков применяется гравийно-песчаная подушка 10-20 см, поверх которой укладывает подбетонка — 5 см слой тощего бетона и гидроизоляция. В качестве гидроизолирующего слоя используется рубероид или гидроизол. Опалубка монтируется из досок по всей длине ростверка.

Армирование

Технология армирования ленточного ростверка подразумевает продольную укладку стержней арматуры, которые связываются как между собой, так и с арматурой буронабивных свай. Правильное армирование обеспечивает жесткое соединение буронабивной опоры с ростверком. На растянутых участках укладывается 4 стержня арматуры 20 мм, на углах — 12-15 мм. Для крепления арматуры в единый каркас применяются вертикальные пруты 5-8 мм, расстояние между ними составляет 25-30 см. Узел связки арматурных каркаса и ростверка будет выглядеть следующим образом:

Заливка бетона

Бетон класса В12,5…В15 заливается внутрь опалубки и утрамбовывается виброоборудованием. При температуре воздуха +25 С бетон необходимо периодически увлажнять. Для обеспечения постепенного затвердевания ростверк нужно закрывать полиэтиленом. Окончательно свайно-ростверковыйфундамент на сваях будет готов через 20-25 дней.

Утепление буронабивного фундамента с ростверком

Для создания благоприятного микроклимата в доме рекомендуется утеплить фундамент. Закопанные в грунт сваи утеплять не нужно, теплоизоляция необходима той части ростверка, которая расположена выше нулевого уровня. Утепление и гидроизоляция основания с заглубленным ростверком проводится в горизонтальной и вертикальной плоскости.

Теплоизоляция выполняется плитами пеноплекса или другого пенопластового утеплителя. Использовать теплоизоляторы на основе минваты нельзя, т.к. они усиленно впитывают влагу из грунта и быстро приходят в негодность. Алгоритм создания гидро- и теплоизоляции ростверка простой:

1. Выполняется гидроизоляция: слой битума или рулонного рубероида. Гидроизолируется верхняя и боковые части ростверка.
2. Плиты утеплителя приклеиваются клеем и крепятся дюбель-гвоздями.
3. Заделка стыков и углов производится при помощи монтажной пены или жидкого пенополиуретана.
4. Боковые стены ростверка отделываются штукатуркой или другим декоративным материалом.

Одновременно с теплоизоляцией делается отмостка, которая также способствует сохранению тепла и отводу влаги от фундамента.

Правильно выполненный свайно-ростверковый фундамент на буронабивных сваях прослужит не менее 100 лет. Конструкция не требует технического обслуживания и имеет доступную стоимость.