1 – расчет винтового фундамента
Параметры фундамента, его несущая способность определяется многими факторами. В частности, при разработке проекта следует участь:
- вес строения. Все строительные, отделочные, кровельные материалы создают статическую нагрузку на основание дома. Суммируя вес перечисленных составляющих, можно получить ориентировочный вес будущего здания;
- полезная нагрузка. К весу самого здания добавляется нагрузка, создаваемая коммуникациями, приборами отопления, бытовыми приборами и мебелью. Самую маленькую, но все же нагрузку создают жильцы дома и их гости. Поскольку такую нагрузку сложно точно просчитать до момента обустройства дома, то ее принимают из расчета 150 кг на 1 м.кв. площади дома (согласно СНиП 2.01.07-85);
Примечание. Ориентировочное количество винтовых свай для фундамента можно рассчитать путем деления веса дома и полезной нагрузки на несущую способность одной сваи. Полученное значение корректируется с учетом того, что сваи выставляются по углам, в местах пересечения несущих стен, колон и соблюдением требования относительно максимального расстояния между соседними сваями, которое составляет 2-3 м.п.
- снеговая нагрузка. Этот показатель колеблется в зависимости от региона строительства. Точные данные можно уточнить в Росгидромете. Приблизительные данные представлены на схеме;
- характеристики почвы. В идеале заказать полное геодезическое исследование местности. В результате будут получены данные о типе почвы, ее свойствах, однородности почвы на участке, уровне грунтовых вод и их сезонном колебании, глубине промерзания и т.п;
Примечание. Можно выполнить разведку самостоятельно, пробурив почву в нескольких местах участка на глубину 1,5 м. и оценив её. Но, ни в коем случае не допускается «слепая» установка свай без предварительного анализа места установки.
коэффициент запаса (15-30%). Позволяет исключить ошибку в расчетах и получить фундамент более прочный, нежели требуется. В дальнейшем это позволит увеличить нагрузку, например, обустроить чердак, сделать надстройку в виде мансардного этажа и т.п.
Поскольку самостоятельно сделать проект достаточно сложно, целесообразно обратиться в специализированную компанию. Ведь может оказаться, что плотный грунт находится ниже глубины промерзания (в случае с болотистым грунтом или торфяниками) тогда сваи нужно будет наращивать и закручивать на значительную глубину.
Этапы проектирования фундамента на винтовых сваях
Расчеты для устройства фундамента на сваях делает конструкторское бюро на этапе разработки проектно-технических документов для строительных работ. Самостоятельные расчеты проводятся при помощи СП 24.13330. Для основы здания на винтовых сваях необходимо рассчитать несущую способность слоя грунта на уровне расположения спиральных лопастей. Этот параметр необходим для определения несущей способности сваи.
Далее необходимо определить число свай, вычислить их шаг монтажа на прямых участках, там, где стыкуются стены, а также в местах расположения каминов, печей, генераторов и прочих спецконструкций.
Чтобы не прибегать к полноценному геологическому изысканию, определить тип грунта можно путем тестового вкручивания. Таким образом определяется глубина залегания несущего слоя, состав почвы и высота залегания грунтовых вод. Однако, данные полученные таким путем будут очень условными, поэтому для объективации картины несущей способности грунта в расчетах используют поправочный коэффициент 1.6-1.7.
Расчет количества винтовых свай
Пример расчета свайно-винтового фундамента
Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:
- грунты на участке — суглинок и суспеси;
- диаметр используемых свай — 108 мм, диаметр лопасти — 300 мм;
- масса дома, со всеми нагрузками от стен, перегородок, перекрытий, полезной и снеговой нагрузкой — 60 тонн.
- периметр наружных стен — 24 м, в нашем случае внутренних несущих стен нет.
Узнаем несущую способность грунта. Для этого воспользуемся таблицей ниже.
| Тип грунта | Rо на глубине 150 см и более, кг/см2 |
| Галька с включениями глины | 4,5 |
| Гравелистый с включениями глины | 4,0 |
| Песчаные почвы (крупная фракция) | 6,0 |
| Песчаные почвы (средняя фракция) | 5,0 |
| Песчаный (мелкая фракция) | 4,0 |
| Пылеватый песок | 2,0 |
| Глинистые почвы и супеси | 3,5 |
| Вязкие глинистые почвы | 6,0 |
| Просадочный грунт или насыпное основание (с уплотнением) | 1,5 |
| Насыпной грунт (без уплотнения) | 1,5 |
Несущая способность разных видов почв
Из таблицы видно что для суглинков и супесей параметр равен 3,5 кг/см². Коэффициент надежности по нагрузке принимаем 1,75 (для обеспечения запаса по надежности). Остается вычислить площадь лопасти сваи:
S = (πD²)/4 = 3,14*30/4 = 706,5 см² (значение диаметра лопасти в расчет берется в сантиметрах).
F = S*Rо = 706,5*3,5 = 2472 кг.
Вычисляем допустимую нагрузку:
N = F/γk = 2472/1,75 = 1412 кг ≈ 1,4 т.
Далее рассчитаем минимальное количество свай, которые способны удержать данный дом:
60 т/1,4т ≈ 43 шт.
Дальше определяем шаг между сваями. Для этого длину стен дома делят на количество свай:
24 м/42 шт = 0,57 м — максимальное расстояние между опор.
Получилось довольно большое количество свай для такого небольшого дома, т.к. мы приняли, что геологические изыскания не проводились, и пришлось принять поправочный коэффициент равный 1,75, если провести исследования хотя бы пробным вкручиванием (эталонным), тогда количество свай можно снизить до 18 штук, а это существенная экономия. В каждом случае нужно считать, что обойдется дешевле — геологические изыскания или самостоятельный расчет и перестраховка по несущей способности.
Решение проблемы
Как я уже упоминал, шёл сентябрь, стояла хорошая тёплая погода и мы всем семейством ещё жили на даче. Как-то вечером я решил выкопать ямку под сваю вручную. Приготовил штыковую лопату, узкую подборку и лом. Полчаса работы и заготовка под сваю была готова. Она получилась диаметром не более 30 см. и глубиной около 100-110 см.
Сейчас я знал причину всех своих бед в плане неудачных попыток монтажа винтового фундамента. Оказывается, всё просто: сняв слой 60-70 см., начиналась очень плотная глина. А в ней словно вплавленные большие камни неправильных форм, размером 10-20 см. Этот слой глины с камнями был небольшим – всего сантиметров 30. Пришлось кропотливо и упорно работать ломом и лопатами. Глубже шёл гравий с песком, но его я уже не трогал.
Очень плотная глина и камни не давали лопастям сваи вкручиваться глубже. Камни просто застревали между лопастями. Меня поразил ещё тот факт, что 8-10 лет назад, на этом участке в 15 метрах от стройки, я проводил земельные работы по закапыванию ленточного фундамента от старого дома. Экскаватор рыл траншеи глубиной до 2 метров, но никакой прослойки такой плотной глины не было. Вот как странно получается: здесь один грунт, а в 10 метрах – уже другой. Хотя может быть это особенность нашей поймы реки.
Конструкция и варианты «мясорубок»
«Мясорубки» – это ручной инструмент, состоящий из электрического или гидравлического привода с креплением на оголовок сваи и системы рычагов для фиксации инструмента и передачи момента на сваю.
Название пошло от усилителя крутящего момента (УКМ) для баллонного ключа грузовика, прозванного «мясорубкой»
Усилитель крутящего момента (УКМ)
Требования к приводу
В качестве привода рационально выбрать дрель достаточной мощности. В отсутствии на площадке электричества потребует передвижного генератора.
Мощность дрели должна быть не менее 2 кВт;
Важно также, наличие реверса и изменение скорости вращения.
Конечно, можно использовать гидромотор. Но дрель купить проще, и проще заменить если сломается. И переносная гидростанция, нужная для работы мотора, пригодится вам где-то еще едва ли.
Мотобур – тоже можно использовать в такой конструкции
Если вы решили использовать вместо дрели другие двигатели, они должны быть не хуже.
Требования к редуктору
Редуктор нужен в конструкции чтобы увеличить момент на оголовке сваи и уменьшить обороты:
- Редуктор должен выдерживать крутящий момент не менее 4500 Нм;
- Передаточное отношение должно быть больше 1:60.
Выбирая УКМ отдавайте предпочтение конструкциям на подшипниках.
Так же обратите внимание на удобство смены смазки. Рекомендуется замена смазки после монтажа 20 свай
После приобретения, хорошо набейте редуктор новой смазкой (а там ее будет мало). Рекомендуется заменить смазку на долее подходящую: например, на пластичную смазку для ШРУСов.
Переходник
Переходник выглядит, как 2 крепления-адаптера (для дрели и редуктора) и раму соединяющую их воедино. Как на фото:
Цель: чтобы редуктор относительно дрели не проворачивался. Иначе при работе придется держать и дрель, и редуктор.
Насадка, рычаги и прочее
Наш сваекрут будет передавать крутящий момент на сваю через насадку. Усилия на оголовок значительные и возможно смятие сваи. А это брак.
Есть два варианта насадки: внутренняя и внешняя. Отличаются лишь тем, что вставляестя или надевается насадка на сваю.
У насадки должно быть отверстие куда будет вставляться палец. Хорошо сделать это отверстие овальным.
Чтобы вращалась свая в грунте, а сваекрут, к раме нужно приделать рычаг. У рычага может быть шарнир, позволяющий качаться вверх-вниз, но не вправо-влево. Это нужно для удобства закручивания высоких свай и управления с земли без помостов.
Основные работы
Обустройство лидер-лунок
Перед началом основных работ необходимо подготовить посадочные места для винтовых свай, которые называются лидер-лунками. Для этих целей в намеченных посредством колышков точках следует удалить верхний слой почвы вместе с травой на глубину порядка 10-15 см.
Ширина подготавливаемых лунок должна превышать диаметральный размер лопасти используемых свай примерно на 2-3 см. В принципе, можно обойтись и без такой подготовки; однако в этом случае потребуются дополнительные усилия для вворачивания опор в грунт в ходе ручных операций.
Обратите внимание на следующие детали подготовки:
При использовании в процессе работ специальных вворачивающих механизмов необходимости в обустройстве лидер-лунок, как правило, не возникает.
Не допускается намеренно выкапывать приямки под винтовые опоры и просто устанавливать их остриё в землю (даже на небольшую глубину).
Последнее требование объясняется тем, что одним из условий качественного монтажа винтовых свай является нетронутость окружающих её слоёв несущего грунта, что позволяет эффективно распределить нагрузки от дома.
Подготовка и установка свай
В целях снижения расходов на закупные строительные материалы полноценные винтовые сваи могут изготавливаться самостоятельно.
Для реализации этого решения вам необходимо будет запастись трубами соответствующего диаметра, выбор которого зависит от расчётной нагрузки на свайно-ленточный фундамент дома.
Такие самодельные сваи изготавливаются из труб достаточной толщины, поверхность которых сначала следует тщательно очистить от ржавчины, а затем покрыть специальным защитным составом.
Видео: Самодельные винтовые сваи
После этого на вворачиваемую в землю часть заострённых с одного конца трубных заготовок навариваются самодельные лопасти из металлических пластин требуемого размера и формы.
Для упрощения работы с самодельной сваей в её верхней части в стенках высверливаются два отверстия, в которых при вворачивании помещается специальный рычаг в виде мощной штанги. Эта часть винтовой опоры перед обустройством ленточного ростверка срезается посредством обычной «болгарки».
Порядок монтажа готовых металлических опор выглядит следующим образом:
Перед вворачиванием остриё сваи помещается в заранее подготовленную лунку, после чего с помощью специального рычага её винтовая часть вворачивается в грунт.
Видео: Монтаж свайно винтового фундамента
После того, как все сваи установлены на свои места, их верхние срезы выравниваются по нивелиру, а выступающие части просто срезаются «болгаркой».
Затем в полости труб заливается жидкий бетон, что повышает прочность несущего основания и обеспечивает дополнительную антикоррозийную защиту металла.
В верхней части каждой из самодельных опор привариваются металлические пластины прямоугольной формы, используемые в последствии для связки с ростверком.
При вворачивании очередной опоры следует постоянно контролировать линию вертикальности её положения.
Что такое свайный фундамент
Свайный фундамент – тип конструкции, основным элементом которого являются сваи. Именно через этот конструктивный элемент проводится распределение нагрузки. Свайно-винтовой тип сооружения отличается тем, что несущая часть конструкции не вбивается, а вкручивается. Что касается варианта с ростверком, то в данном случае отдельные сваи объединяются между собой при помощи бруса.
Таким образом можно сказать, что свайный фундамент является основанием, которое может возводиться под сооружения самого различного предназначения.
Типы свай
Не сложно догадаться, что именно сваи являются основным элементом конструкции. Согласно установленным нормам СП 2024-13330.2011 они классифицируются следующим образом:
- Забивные или вдавливаемые. При изготовлении свай данной группы могут использоваться сталь или дерево, а также бетон и железобетон. В этом случае погружение конструкции проводится без создания траншеи, а при использовании ударных или виброударных машин. Стоит учитывать, что данный тип свай используется довольно редко.
- Вибропогружные, изготовленные из железобетона и представленные оболочкой. Этот тип конструкции погружается в грунт при использовании специального оборудования. После того как свая окажется в земле внутреннее пространство освобождается от грунта, а затем заливается бетоном. Этот тип конструкции подходит для создания самых различных сооружений.
- Набивные, изготавливаемые из бетона или железобетона. В данном случае сначала выполняется работа по образованию полости в грунте, после чего проводится ее заливание бетоном. Подходят набивные сваи для случая капитального строительства.
- Буровые железобетонного типа. Подобная конструкция получается путем образования специальной траншеи, в которую заливают бетон предварительно установив металлической конструкции. Подобные сваи создают чаще всего при возведении жилых сооружений.
- Винтовые из стали. Стоит учитывать тот момент, что некоторые компании занимаются производством винтовых свай из стали с оголовками. Полость этой конструкции заливается бетоном. Этот тип свай при строительстве жилых домов используется чаще всего.
Вышеприведенная информация определяет то, что в большинстве случаев именно бетон, усиленный металлической конструкцией, будет принимать основную нагрузку. Большинство свай позволяет существенно упростить работу по образованию требуемой траншеи для бетонной смеси.
Свайно-винтовой фундамент для строительства
Винтовые сваи проверены временем
Свайно-винтовой тип фундамента используется в мире уже около 300 лет, начали его использовать при возведении маяков, хороший пример Сухумский маяк, который прекрасно пережил войну и стоит до сих пор, что говорит об отличной надежности этого типа фундамента.
Для тех кто сомневается, что сваи ржавеют и этот тип фундамента может быть ненадежным, вот свая, которая была заменена на древнем маяке, этой свае больше 300 лет, как видите, она прекрасно сохранилась.
Древняя свая от маяка
Однако самый популярный тип фундамента в нашей стране является ленточный заливной фундамент, однако не на каждом участке можно его устроить, да и стоит он не дешево. Есть глинистые почвы с высоким уровнем грунтовых вод, на такого рода земельных участках возведение ленточного фундамента невозможно. Тогда на помощь приходит технология установки надземного вида построек на свайно-винтовом фундаменте. Этот вид фундаментов также набирает популярность в нашей стране благодаря многим преимуществам.
Плюсы свайно-винтового фундамента
- Основными преимуществом является то, что свайно-винтовой фундамент не требует проведения большого количества земельных работ.
- Технология его возведения достаточно проста.
- Скорость установки и оперативность возведения. За час на обычной земле можно установить десяток свай, если постараться можно и все пятнадцать.
- К тому же отмечается его низкая стоимость.
- Способность выдерживать приличные нагрузки и долговечность.
- Подходит любой грунт, кроме скальных пород.
- Применение спец техники не обязательно, возможность устанавливать сваи вручную.
- Не нужно ждать после заливки бетона, можно спокойно продолжать возведение вашего дома.
- Вибрация и шум при установке отсутствуют
- Сваи возможно использовать повторно
- Фундамент под ваш каркасный дом может быть всегда расширен.
- Возможность установки на склонах и неровных грунтах.
Возможность возведения дома на склоне, где земля дешевле в разы
Минусы винтовых свай
Минусы на самом деле не столь очевидны, особенно для небольшого каркасного строительства дома, этот тип фундамента подходит идеально.
Но всё же минусы есть:
- Невозможность возведения на скальных породах или грунтах с большим количеством камней в почве.
- Подходит для легких каркасных и деревянных строений до 3-4 этажей.
- Дома должны иметь достаточно широкое основание.
- При вкручивании зачастую анти-корозийное покрытие повреждается, что ускоряет корозию металла.
- Некачественные производители.
Также отмечается, что срок службы свайно-винтового фундамента хоть и является достаточно большим, однако все-таки несколько меньше, чем у бетонного. Срок эксплуатации такого фундамента могут сократить и повреждения, которые иногда получают сваи в процессе вкручивания в грунт. Сваи с поврежденным внешним защитным слоем больше подвержены коррозии.
Хотя свайно-винтовой фундамент хорошо подходит для частного строительства, но для возведения тяжелых массивных многоэтажных построек его лучше не использовать.
Кроме того существует еще несколько проблем, с которыми можно столкнутся организуя строительство на свайно-винтовом фундаменте. Прежде всего, следует знать, что пол в доме на свайно-винтовом фундаменте потребует дополнительного утепления. Также часто бывает, что сваи дают неравномерную усадку в процессе эксплуатации дома, а со временем вообще разбалтываются, если выполнено не по технологии.
Поэтому, не смотря на свою прочность, свайно-винтовой фундамент приветствуется в малогабаритном строительстве каркасных домов, а также при возведении на участке бань, гаражей и небольших хозяйственных или декоративных построек.
Виды свай
Винтовые сваи имеют два основных вида:
- Сварные.
- Литые.
Отличие между ними состоит в конструкции наконечника. Это важный элемент, принимающий на себя основную нагрузку при погружении.
От качества наконечника зависит, как поведет себя свая при появлении контакта с техногенным или природным препятствием, не являющимся плотным грунтовым слоем. Сварные наконечники в этом отношении менее прочные, при встрече с обломками скальных пород часто деформируются и выходят из строя.
Литой наконечник намного прочнее и способен проходить препятствия, разрушая их и не теряя работоспособности сваи.
Кроме того, имеются различия по количеству лопастей.
Существуют винтовые сваи:
- Однолопастные.
- Многолопастные.
Однолопастные сваи имеют единственную спиралеобразную лопасть, обеспечивающую поступательное движение при вращении сваи вокруг вертикальной оси. Они предназначены для установки в относительно мягкий и однородный грунт, не имеющий плотных или скальных включений.
Несущая способность таких свай ниже, чем у многолопастных образцов, которые гораздо устойчивее и прочнее соединяются с грунтом. Наличие нескольких опорных узлов позволяет уменьшить диаметр ствола, что облегчает установку и обеспечивает целостность конструкции.
В комплекте с литым наконечником они оптимальным образом подходят для работы на плотных грунтах, в зонах вечной мерзлоты или с большим количеством техногенных включений.
По типу защитного покрытия сваи делятся на оцинкованные и неоцинкованные. Последние практически ничем не защищены от воздействий грунтовой влаги, так как слой краски, который наносится для придания изделиям большей солидности, сходит при завинчивании.
Кроме того, все типы винтовых свай практически не защищены от электрохимической коррозии или воздействия блуждающих токов, что сложно заранее предусмотреть или определить.
Монтажные мероприятия
В зависимости от размера винтовых свай, технологических требований, предъявляемых к возведению фундаментов, применяется три вида монтажа:
- Ручной способ. С помощью стального лома, являющегося рычагом, при слаженном взаимодействии нескольких человек осуществляется вращение. Этот метод пригоден только при использовании свай небольшого диаметра.
- Механический способ, при котором для завинчивания применяют легкие механизмы, например, лебедку.
- С помощью тяжелой строительной техники (бурильных установок, экскаваторов). При данном способе завинчивание возможно, как строго вертикально, так и с небольшим (около 40⁰), наклоном.
Применение
Четырёхсвайный стальной ростверк
Фундаменты из винтовых свай могут быть установлены под любые объекты:
- промышленного строительства (здания заводов, фабрик, трубные эстакады, трубопроводы, промышленные ангары, ЛЭП);
- гражданского строительства (многоэтажные жилые дома, общественные здания, склады, ангары, ограждения);
- индивидуального жилищного строительства (жилые дома этажностью не более трех этажей, пристройки, хозяйственные постройки);
- сельскохозяйственного строительства (теплицы);
- транспортного строительства (дороги, проезды, шумозащитные экраны);
- военного назначения;
- гидротехнического назначения, в том числе устанавливаемые на обводненных грунтах (причалы, мосты);
- инфраструктуры, рекламные конструкции, МАФ;
- временные сооружения (торговые павильоны, аттракционы).
Кроме того, винтовые сваи используются при реконструкции фундаментов крупных гражданских и промышленных объектов, объектов индивидуального жилищного строительства, при укреплении склонов и берегоукреплении.
Грунты также практически не накладывают ограничений на применение винтовых свай. Более того, они являются предпочтительным вариантом при строительстве в таких сложных инженерно-геологических условиях, как районы вечной (многолетней) мерзлоты, крупнообломочные, пучинистые, слабые и обводнённые грунты и т.п.
В то же время конструктивные и геометрические параметры (конфигурация лопасти, количество, диаметр, шаг и угол наклона лопастей, толщина стенки ствола и лопасти) винтовых свай будут в каждом случае назначаться индивидуально в соответствии с физическими характеристиками и коррозионной агрессивностью грунтов, с данными о глубине промерзания, о нагрузках от строения, требованиями к жесткости, прочности, устойчивость и т.д.
Погружение винтовых свай выполняется вручную, механически (спецтехника) или с помощью редуктора. Возможность выбора способа монтажа, а также отсутствие шума и вибраций во время установки делают винтовые сваи незаменимыми при работе в условиях плотной городской застройки.
Виды
Существуют различные варианты конструкции свайного фундамента, обладающие собственной спецификой.
По материалу опор бывают:
- Деревянные. Используются ошкуренные бревна с заостренным концом. Самый древний вид свай, практически исчезнувший в настоящее время. Причинами этого стали недостатки древесины как строительного материала и наличие более прочных и долговечных вариантов. Изредка встречаются в частном строительстве как опоры для вспомогательных или хозяйственных построек.
- Металлические. Существует два вида металлических свай — винтовые и забивные. Винтовые сваи напоминают шурупы, которые вкручивают в грунт с помощью режущих спиралеобразных лопастей на заостренном наконечнике. Забивные сваи специально не производятся и представляют собой отрезки различных видов металлопроката — швеллера, двутавра, рельса и т.д. Обладают высокой прочностью, способны пластично изгибаться, сохраняя несущие способности. Недостаток — склонность к коррозии, сокращающей срок службы опор.
- Железобетонные. Существует два вида Ж/Б свай — забивные и набивные. Первые производятся в специализированных производственных условиях, имеют прочную конструкцию с напряженной продольной арматурой и устойчивы ко всем нагрузкам. Вторые изготавливаются прямо на площадке путем заполнения опалубки (водонепроницаемых труб), помещенной в скважину, бетоном плотных марок.
По способу передачи нагрузки:
- Сваи-стойки. Представляют собой опоры, находящиеся в жестком контакте с плотными слоями грунта. Глубина заложения стволов зависит от уровня залегания твердых пород.
- Висячие сваи. Не имеют опоры в нижней части ствола, используя лишь силу трения на боковых стенках и частичную опору на грунт. Существуют как забивные, так и набивные висячие сваи. Несущая способность зависит только от глубины погружения, у набивных она усиливается с помощью утолщения в нижней части скважины.
По конструкции:
- Забивные. Представляют собой монолитный стержень с заостренным концом, погружаемый при помощи механического воздействия на верхний торец.
- Набивные. Представляют собой бетонную отливку в заранее подготовленную скважину. Имеют меньшую несущую способность, чем забивные сваи, но могут быть изготовлены самостоятельно.
- Винтовые. Изготавливаются из трубы с заостренным наконечником и спиралеобразными лопастями. Могут быть установлены самостоятельно, хотя на практике это используется только для вспомогательных построек или сооружений.
ВАЖНО!
Все типы свай, независимо от конструкции или материала, способны эффективно работать на сложных или проблемных грунтах.
