Расчет несущей способности буронабивных свай. Пример расчета буронабивных свай Объем буронабивной сваи формула

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

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.

Любой человек, кто хоть раз приложил свои силы к строительству дома, знает, что основой долговечности и надежности здания является его фундамент. Однако создание надежного фундамента не такая легкая задача, как может показаться изначально.

Фундамент из буронабивных свай дешевле ленточного, и при этом надежней за счет расположения его ниже глубины промерзания грунта.

Закладка любого основания дома, в зависимости от типа фундамента, требует тщательного расчета.

К подобным расчетам относится, к примеру, или несущая способность буронабивной сваи.

Если подстилающие грунты не доставляют особых проблем, то практически любой дом может обойтись обычным ленточным фундаментом. Другое дело, если грунты под местом строительства проблемные: торфяники, болотистые или сильнопучинистые. Строить дома на таких подвижных грунтах необходимо с осторожностью, соблюдая технологию. По мнению опытных строителей, оптимальной на проблемных грунтах является использование буронабивных свай, которые объединяются по верху ленточным монолитным фундаментом или ростверком.

В чем преимущество буронабивных свай?

Свайный фундамент обходится гораздо дешевле, чем ленточный (до 20-50%) или плитный (до 2-4 раз). При этом буронабивные сваи опираются на устойчивую материнскую породу, расположенную ниже глубины промерзания, что исключает их движение в вертикальной плоскости при пучении почв. Исключение составляют такие почвы, материнские породы которых расположены глубже 8-10 м. На них в качестве фундамента целесообразнее использовать монолитную плиту, которая будет «плавать» вместе с подстилающими грунтами.

Набирающие в последнее время популярность винтовые столбы также опираются своим основанием на материнскую породу, однако они зачастую подвержены коррозии, так как цинковый или лакокрасочный слой на их поверхности истирается при вкручивании в землю. Для сравнения, срок службы винтового фундамента специалистами оценивается в 40-50 лет, тогда как способен служить гораздо больший срок. Свайно-винтовой фундамент может быть столь же долговечным, если металлические трубы заполнить изнутри бетоном, однако это резко повышает его стоимость и целесообразность.

Вернуться к оглавлению

Технология использования буронабивных свай

Главной особенностью использования буронабивных свай является их заливка непосредственно на месте строительства. Единственной сложностью является бурение скважин для заливки, так как это тяжелый ручной труд (тяжелая техника для бурения скважин не всегда может проехать до участка строительства при проблемных грунтах). Однако технологии не стоят на месте и строительный рынок предлагает множество решений для бурения скважин: от бензиновых до электрических непромышленных буров и бурильных установок. Особой надежностью обладают опоры с расширенной нижней частью, однако они более сложны в изготовлении.

Закладка фундамента такого типа представляет собой процесс бурения скважины необходимой глубины, в которую помещают каркас из арматуры. Армирование придаст свае прочность на изгиб или излом в горизонтальной плоскости. После расположения арматуры скважина заливается бетоном вровень с уровнем грунта или при необходимости выше него, но с сооружением соответствующей опалубки. Опалубку делают из подручных материалов (рубероида, асбестовой трубы или досок) на необходимую по проекту высоту.

Оголовок должен быть доступен для соединения с ростверком. Чаще всего над поверхностью оставляют окончание армокаркаса, который свяжет готовые опоры с ростверком.

Вернуться к оглавлению

Расчет основных характеристик буронабивных свай

Вернуться к оглавлению

Несущая способность – главная характеристика буронабивной сваи

При создании свайного фундамента нельзя не учитывать такой параметр, как несущая способность каждой опоры, так как от этого зависит как расход материалов для их создания, так и количество самих столбов для надежной опоры здания.

Несущая способность напрямую зависит от размеров столба. К примеру, буронабивная свая диаметром 300 мм способна выдержать нагрузку в 1,7 т, тогда как свая с диаметром 500 мм выдерживает уже 5 т. При незначительной разнице в размерах нагрузка отличается в разы.

Исходя из этого, правильный расчет опор обеспечивает надежный фундамент дома. Кроме того, от напрямую зависит их количество и количество необходимого материала для их изготовления. Потому расчет количества буронабивных свай и оптимального расстояния между ними (еще один важный параметр свайного фундамента) является компонентом общего для строительства дома.

Вернуться к оглавлению

Материал изготовления

Как уже сказано ранее, показатель несущей способности буронабивной сваи зависит от ее размеров. Однако это не единственный критерий, применяемый для расчета несущей способности свайного фундамента. Не менее важно учитывать материал, из которого он изготовлен. Марка бетона, применяемого для заливки конструкции, напрямую влияет на прочность фундамента и выдерживаемые нагрузки.

К примеру, свая, залитая бетоном М 100, теоретически способна выдерживать нагрузку в 100 кг на 1 см² площади ее опоры. Этот показатель является достаточно высоким, так как свая квадратного сечения со стороной основания равной 20 см и площадью 400 см² должна выдерживать нагрузку в 40 т. Расчет показал, что несущая способность напрямую зависит от материала, из которого изготовлен фундамент.

Кроме того, важно учитывать не только ту нагрузку, которую может выдержать каждая свая, но и несущую способность самих подстилающих грунтов. Соответственно, при недостаточном количестве столбов и повышенной нагрузке на грунт фундамент может разрушиться из-за того, что отдельные сваи уйдут дальше на глубину.

Чем прочнее подстилающие грунты, тем меньшее количество опор необходимо для сооружения качественного фундамента дома. Кроме того, необходимо учитывать глубину промерзания почв на данном участке, уровень грунтовых вод, непосредственную длину конструкций, прочность арматуры и так далее.

Вернуться к оглавлению

Стоимость свайного фундамента

Все вышеперечисленные параметры влияют на количество и качество столбов, от которых зависит общая стоимость свайного фундамента. : для диаметром 15 мм, заложенной на глубину 2 м, необходимо 0,035 м³ бетона, 3 арматурных прута длиной 2 м с диаметром 12 мм и некоторое количество гладкой арматуры для их обвязки. С учетом того, что все эти материалы необходимо будет доставить до участка строительства, выходит, что стоимость каждой опоры (без учета работ по их бурению и заливке принимается условие, что все эти работы производились лично вами) равняется 180-200 руб., а общая стоимость фундамента будет равна результату от умножения этой цифры на общее количество опор.

Полученная цифра может быть скорректирована. К примеру, как уже говорилось, в строительстве применяются буронабивные сваи с расширенным основанием. Такое основание производится с помощью специального приспособления (плуга), которое надевается на наконечник бура. Плуг опускается в уже готовую скважину и вращением расширяет ее основание. Что же дает такой шаг? Обычная свая диаметром 200 мм выдерживает нагрузку в 1 т. Если же расширить ее основание до 300 мм, оставляя остальную скважину неизменной, то несущая способность увеличится до 2 т. То есть незначительное увеличение расхода бетона и специальное приспособление позволяет значительно сократить общее , что значительно снизит стоимость готового фундамента.

После того как будет известна нагрузка на фундамент, вычислена несущая способность с учетом грунтов и материалов и подсчитано необходимое их количество, определяется оптимальное расстояние между ними. Главным условием остается то, что они обязательно должны быть расположены по углам будущего здания и в местах перемычек внешних и внутренних стен.

На стоимость фундамента влияет и конструкция фундамента. Так, фундамент с ростверком будет дороже, чем без него, однако и прочностью обладать гораздо большей. При обвязке ростверком можно не опасаться того, что одна из свай поднимется или опустится под действием сил пучения, разрушая при этом целостность дома.

Если же грунты достаточно надежны, а глубина закладки позволяет не бояться пучения грунтов, то ростверк создавать необязательно.

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.

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.