Калькулятор расчета несущей способности винтовых свай

Как определить площадь лепестковой подошвы?

Классическая винтовая опора изготавливается из обычной обсадной трубы, на торец которой наваривают коническую накладку или зубчатую коронку. Кроме того, вокруг нижнего (опорного) торца такой сваи монтируется винтовая лопасть, облегчающая процесс погружения опоры в грунт.

Причем, по мере заглубления опоры, винтовая лопасть утрамбовывает почву под «подошвой опоры», усиливая несущую способность самого грунта. После заглубления опоры винтовая лопасть выполняет функции подошвы сваи.

Таким образом, опорная площадь подошвы определяется по контуру (окружности), очерченному винтовыми лопастями сваи. Ну а сама площадь лепестковой подошвы определяется по следующей формуле:

где R – это расстояние от центра опоры до самой удаленной точки на лепестке подошвы. Проще говоря: радиус лепестка сваи.

Противники сложных вычислений по чрезмерно длинным формулам могут воспользоваться табличными данными, указывающими на радиус лепестка фабричной сваи.

Например, нормированный диаметр, по которому определяется площадь подошвы, а значит и несущая способность винтовой сваи 108, равняется 300 миллиметрам. Следовательно, радиус лопастей такой сваи равен 150 миллиметрам (300/2), а площадь опорной поверхности – 706,5 квадратных сантиметров.

Исходные данные для определения несущей способности винтовой сваи

Винтовые опоры, как фундаментное основание, применяют на глинистых и слабых грунтах. Для расчета, определяющего вид винтовой опоры, проводят инженерно-геологические изыскания. Отбор грунта поможет определить тип опор, которые можно монтировать на данном участке

Изыскания состоят из 3-х этапов:

• Отбор проб грунта;
• Лабораторные исследования;
• Составление технического отчёта.

На основании технического отчёта делают вывод о выборе марки винтовой сваи. Строительство домов до 3-х этажей освобождено от обязательной государственной экспертизы.

Поэтому зачастую застройщик самостоятельно определяет вид и количество винтовых опор нужных для формирования фундаментного основания будущего дома.

Для этого на строительном участке с помощью садового бура с глубины 1,8-2 метра, ниже уровня промерзания почвы, берут образцы залегания слоёв грунта.

Пользуясь таблицей несущей способности грунтов (СНиП Свайные фундаменты), определают вид и марку винтовой опоры.

Основные факторы определения глубины установки свай

Расчет глубины ввинчивания и параметров для различных типов свай определяется в специальном своде правил «Свайные фундаменты (СП актуализированная редакция СНиП ). В этом документе стоит обратить внимание на следующие характеристики:

1. назначение (тип фундамента, застройки и т.д.), требования к несущей способности, высота строительного объекта;
2. свойства и тип грунта, глубина плотных слоёв и промерзания грунта;
3. особенности конструкции свай и фундамента.

Рассмотрим каждый из пунктов подробнее:

Целевое назначение

Винтовые сваи обычно используют:

• для строительства небольших дачных домов, пристроек, веранд и т.п.
• для возведения модульных и быстровозводимых конструкций (торговых или выставочных павильонов);
• как дополнительные опоры к существующим фундаментам, его ремонт и укрепление;
• возведение причалов и пирсов,
• установка заборов, калиток, ворот.

В зависимости от размеров и высоты зданий, глубина погружения будет увеличиваться. Несущая способность для постройки фундамента рассчитывается для каждого фундамента индивидуально.

Тип грунта и его свойства

Винтовые сваи можно установить практически в любой тип грунта (кроме скалистых пород). Способность нивелировать глубину и диаметр свай, помогает подобрать оптимальный вариант даже для песчаных, неустойчивых или грунтов под водой.

Глубина погружения напрямую зависит от глубины плотных слоев грунта, они находятся достаточно низко – 1,5-2 м. Обычно сваи завинчивают вниз на 1,8 м, этим же обусловлена и отметка глубины промерзания. Опора должна быть установлена ниже этой точки. Давайте, разберемся почему.

Так, при замерзании и во время таяния почвы происходит некоторые колебания грунта – пучинистость (изменение объёма), степень которых зависит от параметров влажности. Если сваю установить в грунт, который промёрзнет, её может вытолкнуть на 3-7см. Даже изменения высоты одной опоры может пагубно сказаться на целостности всего фундамента.

Обычная глубина промерзания почвы на территории РФ достигает 1,2-1,5м, в южных регионах, этот параметр совершенно небольшой – до 1м, а вот в северных может доходить до 2,5 м и более.

Определить глубину промерзанию и плотных слоев можно только выполнив исследования грунта площади застройки. Также, зачастую, профессиональные компании по производству свайных опор знают типы и свойства грунта на территориях, которые обслуживают.

Кроме этого, специалисты учитывают высоту цоколя, но данный параметр больше на длину опоры, а не на глубину вкручивания. Нельзя жертвовать одним ради другого. Если глубина будет недостаточной – срок эксплуатации фундамента не будет очень большим. Если же наоборот, цокольный этаж будет находиться слишком низко, то снежный покров со временем подпортит фундамент, особенно в процессе таяния.

Как определить глубину погружения свай?

Обязательно обратиться к профессионалам и проведите испытания грунта. Сэкономив несколько тысяч на данной услуге, вы рискуете потерять потом всю постройку из разрушающегося фундамента. Уточняйте данные по промерзанию и плотности почвы, следите за ходом работ. Любая даже временная застройка на винтовых сваях должна быть выполнена качественно.

Способы установки винтовых свай

Небольшие по длине (до 2 м) опоры устанавливают ручным способом. Сваи диаметром 108 мм и больше, длиной 2,5 м и более монтируют механизированным методом.

Установка винтовой сваи вручную

Ручная установка винтовых опор

1. ВС длиной до 2,5 м часто устанавливают вручную. Это делают следующим образом:
2. Сначала делают разметку свайного поля. Колышками и шнуром отмечают места установки опор.
3. Ручным буром делают воронку глубиной 30 – 40 см. Это задаст вертикальное направление погружения ВС в грунт.
4. Если в верхней части ствола отсутствуют монтажные отверстия, то их прорезают самостоятельно. Это можно сделать газовой горелкой или ацетиленовым резаком.
5. Опору опускают в ямку. В монтажные отверстия вставляют концы рычагов (это могут быть отрезки водопроводной трубы).
6. В работе участвуют 3 человека. Двое работников вращают ствол с помощью рычагов. Третий рабочий контролирует вертикаль ВС.
7. С помощью нивелира делают отметки на стволах опор, фиксирующие проектную высоту наземной части свай.
8. Угловой машинкой срезают лишние части стволов опор.
9. В зависимости от конструкции ростверка формируют опорные части оголовков ВС.
10. Устанавливают ростверк.

Сваи устанавливают на расстоянии друг от друга не более 3 м. Если расстояние составляет 4 м, то посередине устанавливают дополнительную стойку.

Установка 3 м винтовой сваи механизированной установкой

Механизированная установка винтовых опор

Силовая установка для вращения ВС устанавливается на подающей стреле любого передвижного грузоподъёмного механизма. Существуют специализированные передвижные установки для ВС.

Скорость формирования фундаментного основания с помощью механизированной установки значительно сокращают сроки строительства объекта.

Последовательность вычислений

• рельефе участка;
• составе и плотности грунта;
• уровне залегания грунтовых вод;
• уровне промерзания грунта;
• объёме сезонных осадков, характерном для данного климатического пояса.

Совет: при невозможности произвести геодезическое исследование в расчётах руководствуются минимально-расчётной нагрузкой.

Чтобы выполнить расчет свайно-винтового фундамента, сначала вычисляем количество винтовых свай (К). Для этого необходимо знать:

• общую нагрузку на фундамент (Р), которая исчисляется по таблицам удельного веса материалов (в кг);
• коэффициент надёжности (k) как поправку значения нагрузок (на него обязательно умножают Р);
• несущую способность грунта, определяемую по таблице усреднённых нагрузок на винтовые сваи;
• площадь пяты сваи в зависимости от диаметра (по таблице);
• максимально допустимую нагрузку (S) на одну сваю (по таблице).

Полученные данные подставляют в формулу, согласно которой выполняется расчет фундамента на винтовых сваях: К = P*k/S

Коэффициент надёжности (k) согласуется с количеством свай:

• k = 1,4 — для 11—22 шт;
• k = 1,65 — для 6—10 шт;
• k = 1,75 — для 1—5 шт.

Каждая свая несёт нагрузку, пропорциональную суммарной нагрузке строения.

Используя приведенную формулу, коэффициент и винтовые сваи для фундамента расчет нагрузки и последующее строительство выполняются довольно просто.

Для окончательного расчёта требуется распределить нагрузку под несущими стенами и зонами повышенного давления на фундамент, учитывая:

• тип свай (висячие или стойки);
• вес;
• показатель кренового усилия.

Справка! Для точных расчётов и профессионального проектирования свайного фундамента в свободном доступе Интернета существуют компьютерные программы StatPile и GeoPile. К ним прилагаются руководство и по 10 конкретных примеров расчёта.

Расчет винтового фундамента своими руками

Расчет винтового фундамента сводится к определению типоразмера, количества свай и составления схемы их размещения в фундаменте. Чтобы рассчитать данные параметры своими руками нужно определить нагрузки на фундамент и грузонесущие характеристики одиночной сваи, на которые влияет сопротивление грунта и опорная площадь конструкции.

к оглавлению ↑

Определение нагрузок на фундамент

Первоначально необходимо рассчитать совокупные нагрузки на фундамент, состоящие из массы здания, давления снегового покрова и эксплуатационных нагрузок.

Расчет массы дома ведется посредством умножения площади его конструктивных элементов на вес материалов, из которых они изготовлены.

Приводим пример удельного веса разных частей здания (кг/м2):

1. Кровля: листовая сталь (20-30), асбоцементный шифер (40-50), гончарная черепица (60-80).
2. Перекрытия: чердачное из деревянных балок с утеплителем плотностью 200 кг/кубометр (70-100) либо 500 кг/м3 (160-200), цокольное из деревянных балок с теплоизоляцией плотностью 200 кг/м3 (120-150) либо 500 кг/м3 (250-300).
3. Стены: каркасные с теплоизоляцией толщиной 150 мм. (30-50), из бревна или бруса (80-100).

Далее нужно рассчитать и добавить к массе здания давление от снеговых нагрузок — удельный вес снегового покрова в вашем регионе на м2 (информация приведена в СНиП №23-01-99) умножается на площадь кровли дома.

Аналогично добавляем эксплуатационные нагрузки (мебель, оборудование, облицовка стен), определив их умножив площадь перекрытий дома на 210 кг (для цокольного и междуэтажного) и 100 кг (для перекрытия чердака).

Полученные нагрузки суммируем, умножаем на 1.2 (коэфф. надежности) и получаем совокупные нагрузки на винтовой фундамент дома.

к оглавлению ↑

Расчет несущей способности свай

Расчет несущей способности сваи всегда выполняется по грунту, тут необходимо знать тип и сопротивление почвы на вашем участке, данные о которых можно получить проведя геодезические изыскания (стоимость услуги 20-30 тыс. рублей).

Имея все исходные данные, расчет сваи можно выполнить по нижеприведенной формуле.

Формула расчета несущей способности винтовой сваи

На практике выполнить такой расчет сваи под силу лишь профессиональным проектировщикам, поэтому мы предлагаем вам воспользоваться таблицей усредненной несущей способности стандартной для малоэтажного строительства винтовой сваи 89 мм. в разных типах почвы:

Несущая способность винтовой сваи 87 мм

Чтобы определить пластичность почвы вам нужно сделать посредством ручного бура по периметру участка несколько пробных скважин на глубину 2-3 метров, оставить их на ночь и на следующее утро визуально оценить уровень грунтовых вод . Если поверхностные почвы сухие — грунт полутвердый либо тугопластичный, если УГВ высокий и почва влажная — грунт мягкопластичный.

к оглавлению ↑

Определение длины и количества опор в фундаменте

Расчет количества винтовых свай своими руками выполняется посредством деления совокупных нагрузок от дома на грузонесущую способность одной опоры, которые мы определили на предыдущих стадиях проектирования.

В качестве примера приводим последовательность расчета свай под дом из бруса площадью 7*8 м и высотой 3.5 м, возводимого на мягкопластичном суглинке, сопротивление которого составляет 3.5 кг/см2.

1. Высчитываем площадь и вес кровли из шифера (50 кг/м2): 7*8 = 48 м2; 48*50 = 2.4 т.
2. Вес стен (брус — 100 кг/м2), с учетом внутренних: (7+7+8+8+7+4)*3.5 = 143.5 м2; 143.5*100 = т.
3. Чердачное перекрытие (70 кг/м2) — 70*48 = 3,36 т, цокольное (100 кг/м2) — 48*100 = 4.8 т.
4. Снеговая нагрузка на кровлю (110 кг/м2): 48*110 = т.
5. Эксплуатационная нагрузка: чердачное перекрытие — 48*100 = 4.8 т, цокольное — 48*215 = 10,32 т.
6. Суммируем и умножаем на коэфф. надежности: (2.4+++4.8++4.8+)*1.2 = 55 тонн.
7. Учитывая несущую способность сваи в 4.2 тонны определяем количество опор: 55/4,2 = 13 винтовых свай.

После того как расчет сваи выполнен и их количество определено, осталось подобрать длину опор. Сваи должны углубляться нижним концом в пласт грунта, находящийся на 20-30 см ниже границы промерзания в вашем регионе. Таким образом сваи будут защищены от выдергивания под воздействием выталкивающих нагрузок пучинистой почвы.

Глубина промерзания грунта по регионам приведена в СНиП   № «Климатология строительства».

При возведении дома в условиях низкоплотных поверхностных слоев грунта — илистой почвы, торфяников и плывунов, нужно использовать более длинные сваи (от 3 до 5 метров), которые вскрывают пласт неустойчивого грунта и опираются нижним концом на твердую, несжимаемую почву.

Также вы можете прочесть, где выгоднее купить винтовые сваи и сопутствующие товары в Новосибирске и Твери.

Определить конкретную длину тут поможет пробное завинчивание — если по мере углубления свая встретила сопротивление твердой почвы, делающее ее дальнейшее вкручивание невозможным, значит опора достигла несущего пласта грунта.

к оглавлению ↑

Размещение винтовых опор в фундаменте (видео)

к оглавлению ↑

Составление схемы свайного поля

Расчет свайного поля заключается в распределении проектного количества опор по периметру здания. Первоначально нужно установить по опоре в углах дома и в местах пересечения его внутренних и внешних стен — это обязательное условие. Далее оставшееся количество опор с одинаковым шагом разносится по контурам здания.

Типовая схема свайного поля

Нормативное расстояние между сваями зависит от типа дома:

• строения из бруса, бревна либо каркасных панелей — 3 м;
• здания из газобетона, пенобетона и шлакоблока — 2м;
• дома из кирпича — 2 м.

Для соблюдения проектного расстояния между опорами можно добавить несколько свай сверх полученного в расчете числа — запас надежности никогда не помешает.

Выбор материала ростверка

Схема устройства ростверков свайных фундаментов

На данный момент, ростверки могут возводиться из следующих строительных материалов:

1. Деревянный брус, колода или бревно. Масса конструкции незначительная, плотность составляет до 1 кг/м2. Рекомендуется для малых сооружений типа бань, сараев или иных хозяйственных построек, армирование свай и ростверк не практикуется.
2. Бетон и железобетон. Здесь рекомендованная марка бетона не ниже В20, размеры, такие как ширина составит не менее толщины несущих стен с добавочным коэффициентом 1,2, длина проектная, толщина – не менее 25 см.

Минимальная толщина ростверка рассчитывается с учетом сечения опоры. В свою очередь опора, особенно железобетонная, должна быть жестко заделана в контур ростверка на высоту не менее двух диаметров конструкции, толщина плиты подбирается в результате расчета максимальной нагрузки на продавливание. Высота ростверка иногда составляет до 1,2 метра, рассчитывается исходя из параметров самого здания. После проведения расчета диаметра и максимальной нагрузки на прогиб, рекомендуется уточнить размеры ростверка, исходя из расчетного количества опор.

Калькулятор веса постройки и винтовых свай

Горячее цинкование погружением (DIN EN ISO 1461, бывший DIN 50976)

Подлежащие цинкованию винтовые сваи после окончательной подготовки опускают в расплавленный цинк (прибл. 450°C).

В результате химических реакций образуются различные прочно соединённые со стальной основой сплавы. Эти сплавы отделяются от слоя «чистого» цинка.

В зависимости от скорости реакции, состава стали, продолжительности пребывания в ванне, процесса охлаждения и т. д. происходит «поднятие» образовавшегося сплава на поверхность.

Внешний вид поверхности варьируется от светлого глянцевого до тёмно-серого матового, и при этом толщина цинкового слоя и его стойкость к коррозии остаются неизменными. В дальнейшем небольшая коррозия может иметь место во влажной среде, прежде всего на свеже оцинкованных поверхностях, в виде отложений карбоната гидроксида цинка (так называемая «белая ржавчина»).

Однако она не оказывает никакого негативного воздействия на антикоррозионное покрытие. Поверхности срезов следует обработать цинковой краской (G4 Каталога). Согласно DIN EN ISO 1461 средняя толщина покрытия составляет не менее: 45 мкм для материалов толщиной менее 1,5 мм 55 мкм для материалов толщиной от 1,5 мм до 3 мм 70 мкм для материалов толщиной от 3 до 6 мм.

Повреждение цинкового покрытия в процессе резки, сверления отверстий и т. п.

не приводит в дальнейшем к коррозии, поскольку граничащий с местом повреждения цинк под воздействием кислорода воздуха и влаги растворяется и образует на непокрытых поверхностях среза коричневатый слой гидроксида цинка. Хаотичное перемещение ионов цинка защищает оголившиеся поверхности слоем шириной 2,0 мм.

Сталь углеродистая ISO630

Настоящий стандарт распространяется на углеродистую сталь обыкновенного качества, предназначенную для изготовления проката горячекатаного: сортового, фасонного, толстолистового, тонколистового, широкополосного и холоднокатаного тонколистового, а также винтовых свай, слитков, блюмов, слябов, сутунки, заготовок катаной и непрерывнолитой, труб, поковок и штамповок, ленты, проволоки, метизов и др.

Fe360 А : Категория качества : А В С /   Толщина проката, мм : До 16 Св. 16 . Массовая доля элементов  (не более, %) : Углерода 0,20 0,18 0,20 0,17 0,17   /  Фосфора : 0,060 0,050 0,050 0,045 0,040   /   Серы : 0,050 0,050 0,050 0,045 0,040   /   Азота : 0,009 0,009 0,009   /  Степень раскисления : Е CF /  Массовая доля Марганца не более 1,60 %, Кремния не более 0,55 %.

Тип почвы

Изучая почву, пробурите отверстие ниже глубины промерзания Столбчатый фундамент и его расчет определаются по геологическим условиям. При выполнении частных строительных работ определение типа грунта в лабораторных условиях не производятся. Чаще всего это определяется подручными средствами.

Для этого необходимо подготовить отверстие, которое будет обустроено на глубину ниже уровня промерзания грунта. Для каждого региона данные показатели отличаются. Это значение можно узнать из справочных материалов. К примеру, если уровень промерзания грунта около 1 м, то отверстие обустраивается глубиной 1,3 м. Затем отбираем образцы почвы и скатываем её в небольшой шарик.

Глинистые почвы легко формируются в комок и пачкают руку

1. Если шарик сформировать не получается, то на участке преобладает песчаный тип грунта. По фракции крупинок определяем сопротивление почвы: для мелкого – 2, для среднего – 3, для крупного – 4,5.
2. Если шарик сформировался, а при малейшем надавливании рассыпается, то тип почвы – супесь. Его сопротивление равно 3.
3. Если при надавливании шарик превращается в лепёшку, причём на краях не образуются трещины, то имеем глинистую почву. В этом случае степень сопротивления варьируется от 3 до 6.
4. При раздавливании шарика в лепёшку на краях образуются трещинки, то тип почвы – суглинок. Показатели сопротивления 2 – 4.

Следует помнить, что значение сопротивления грунта зависит от её уровня влажности и пористости. Правильно определиться с данным значением помогут данные, представленные в таблице:

Обращаем внимание на то, что данные значения подходят только для .