Свайные фундаменты: расчет и устройство 06.02.2016

Свайные фундаменты: расчет и устройство


Свайный фундамент

Свайный фундамент – это фундамент, в котором нагрузка, создаваемая зданием, передается на основание через многочисленные вбитые или ввинченные в грунт сваи. В этой статье мы подробно расскажем о видах свай, плюсах и минусах фундаментах и многом другом, что может понадобиться для строительства частного дома или бани.

Обратите внимание:

Эта статья во многом связана по смыслу с материалами «Свайно-винтовой фундамент» и «Свайно-ростверковый фундамент» для полного понимания вопроса имеет смысл изучить все три.

Виды свай

Согласно СП 2024-13330.2011 (это новая, актуализированная редакция СНиП «Свайные фундаменты», различают следующие виды свай:

  1. Забивные и вдавливаемые:
    • деревянные;
    • стальные;
    • бетонные и железобетонные.

    Эти сваи погружаются в грунт без его разбуривания - в основном при помощи ударных, вибрационных или виброударных машин. В частном домостроении они используются редко.

  2. Вибропогружаемые сваи-оболочки из железобетона. После погружения из таких свай сначала извлекают грунт, а потом заполняют их полость бетонной смесью.
  3. Набивные из бетона и железобетона. Их получают, заливая бетонную смесь в полость, которую фактически выбивают в грунте. Опять-таки решение для капстроительства.
  4. Буровые железобетонные. Такие сваи получают, заливая пробуренную в грунте полость бетоном или устанавливая в него готовую железобетонную конструкцию. Иногда используются в свайно-ленточных фундаментах малоэтажных домов.
  5. Винтовые стальные сваи с оголовками. Их изготавливают на заводах, а затем устанавливают, ввинчивая в грунт. После установки полость таких свай заливается бетонной смесью. Именно свайные фундаменты из винтовых свай используются при строительстве частных домов чаще всего. Поэтому мы будем говорить главным образом о них.

Виды свай для фундаментов

  1. Полнотелая забивная свая из бетона или железобетона круглого сечения;
  2. Пустотелая забивная свая из бетона с полостью квадратного сечения;
  3. Пустотелая забивная свая из бетона или железобетона с полностью круглого сечения;
  4. Полнотелая забивная свая из бетона или железобетона прямоугольного сечения;
  5. Набивная свая с обычной пятой;
  6. Камуфлетная свая;
  7. Свая с шарнирно-раскрывающимися упорами;
  8. Винтовая свая.

Свайный или, в нашем случае, свайно-винтовой фундамент представляет собой несколько десятков (для частного дома от 20 до 60) свай, ввинченных в грунт и связанных между собой ростверком. Ростверк играет важную роль: он позволяет равномерно распределить нагрузку от здания на все сваи и превращает их в единый фундамент. Такой фундамент называют также свайно-ростверковым. Альтернатива ростверку – свайно-ленточный фундамент, в котором сваи связаны между собой бетонной лентой. В свайно-ленточных фундаментах обычно используются железобетонные сваи буровые сваи.

Более подробную информацию можно получить из этого видео о свайных фундаментах

Плюсы и минусы свайных фундаментов

Следует отметить, что все плюсы и минусы относительны и имеют разное значение в разных условиях. Так, на скальных основаниях с высокой несущей способностью сложности с ввинчиванием или вбиванием свай заметно перекрывают их многочисленные достоинства.

Плюсы свайных фундаментов

  • возможность использования на любых основаниях включая болотистые грунты, грунты подверженные морозному пучению, грунты с малой несущей способностью и т.п;
  • возможность поднять дом на любую высоту – важно на затапливаемых территориях;
  • доступная цена – свайный фундамент для каркасного дома обходится дешевле ленточного;
  • высокая скорость монтажа – опытная бригада может полностью собрать свайную конструкцию за один-два дня;
  • малый вес.

Минусы свайных фундаментов

  • сравнительно небольшая несущая способность – тяжелое здание потребует забить такое количество свай на такую глубину, что ленточный или плитный фундамент обойдется дешевле.
  • необходимость проведения предварительных инженерно-геофизических изысканий. В переводе на русский язык: вам надо знать, в каких грунтах будет находиться свая, на какое основание она будет опираться и как эти грунты будут меняться в зависимости от сезона;
  • неравномерность усадки разных частей фундамента;
  • необходимость создания цокольных конструкций для укрепления утеплителя и отделки цоколя;
  • необходимость создания продухов для вентиляции подпольного пространства;
  • пространство под домом привлекает животных (летом под домом прохладно, а зимой теплее, чем просто на улице);
  • сложности в использовании бетонных плит для перекрытия первого этажа.

Свайно-винтовой фундамент

Обратите внимание на неравномерность усадки. Эта неравномерность связана как с неоднородностью грунта, так и с тем, что дом создает разные нагрузки на разные сваи. В ленточных и плитных фундаментах эта неравномерность перераспределяется в том числе и в толще фундамента и поэтому нагрузка на основание получается практически равномерной. В свайных фундаментах нагрузки на разные сваи могут различаться очень значительно. Поэтому фундаменты на сваях хорошо подходят для домов, которые не боятся неравномерной усадки (каркасные и бревенчатые дома) и совершенно не годятся для домов из кирпича и бетонных блоков. Обвязка в виде ростверка отчасти компенсирует неравномерность усадки, но только отчасти.

Свайно ростверковый фундамент

Все перечисленные выше проблемы решены в свайно-ленточном фундаменте. Сочетание мелкозаглубленной ленты со сваями повышает несущую способность фундамента, делает его более жестким и позволяет равномерно распределить нагрузку по большей площади.

Свайно-ленточный фундамент

Цена свайного фундамента

Цена – штука непостоянная во времени и пространстве, но все же мы дадим пару цифр для ориентировки:

  • свайно-винтовой фундамент для бани 5х6 в Московской области на сухой супеси – 35…45 тысяч рублей;
  • свайно-винтовой фундамент для каркасного дома 8х10 с оголовками и обвязкой двутарвовой балкой (материалы + работа) на сухой супеси – 120…150 тысяч рублей.

Ростверк добавляет к цене фундамента еще 10…20% в зависимости от высоты и используемого материала.

Расчет свайного фундамента

Полноценный расчет свайного фундамента достаточно сложен. У опытного проектировщика с нужным программным обеспечением и всеми данными он занимает от нескольких часов до нескольких дней, а обычного человеку сначала придется потратить несколько дней на изучение теории и методических рекомендаций. К счастью, фундамент обычного частного дома можно рассчитать по упрощенному алгоритму, разобраться в котором может каждый.

Задача фундамента – равномерно распределить нагрузку, создаваемую весом дома, на основание. Если несущая способность основания окажется недостаточной, фундамент будет продавливать грунт и проседать – скорее всего, неравномерно. В экстремальном случае это приведет к частичному и даже полному разрушению постройки.

Для примера рассчитаем фундамент для одноэтажного каркасного дома с двухскатной кровлей из металлочерепицы. Размер дома - 10х10, высота конька над перекрытием – 2 метра, кровля выходит за границы стен на 50 см со всех сторон. Схема размещения внутренних стен представлена на рисунке:

Расчет свайного фундамента

Высота потолка на 1 этаже – 3 метра. Дома расположены в Московской области, грунты на участке - сухой легкий суглинок по всей глубине и площади.

Расчет минимального количества свай

При проектировании фундамента дома следует размещать сваи:

  • на углах наружного периметра;
  • в точках пересечения наружных и внутренних стен;
  • в точках пересечения внутренних стен.

При этом расстояние между сваями не должно превышать 3 метра

На рисунке изображен план дома размером 10 х10 метров. Размещаем сваи, как описано выше. Получается 12 штук:

Расчет свайного фундамента

Как видите, в некоторых местах расстояние между сваями превышает 3 метра. В этих местах необходимо установить дополнительные сваи. Итого 25 штук.

Расчет свайного фундамента

Теперь необходимо узнать, выдержат ли эти 25 свай массу дома и выдержит ли грунт под ними.

Расчет нагрузки, создаваемой домом

Ключевым параметром при расчете является суммарная масса дома и фундамента. Примем ее как M.

Масса элементов дома определяется по таблицам:

Удельные массы конструкций дома, 1м2 для расчета нагрузки на фундамент

Тип конструкцииУдельный вес кг/м2
 Каркасные стены толщиной 150 мм с утеплителем 30…50
 Стены из бревен и бруса 70…100
 Кирпичные стены толщиной 150 мм 200…270
 Железобетон толщиной 150 мм 300…350
Чердачное перекрытие по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м3 70…100
Чердачное перекрытие по деревянным балкам с утеплителем плотностью до 500 кг/м3 150…200
Цокольное перекрытие по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 200 кг/м3 100…150
Цокольное перекрытие по деревянным балкам с утеплителем, плотностью до 500 кг/м3 200…300
Железобетонное перекрытие 500
Кровля из листовой стали или металлочерепицы 20…30
Рубероид или мягкая кровля 30…50
Кровля из шифера 40…50
Кровля из цементно-песчаной или керамической черепицы 60…80

Снеговая нагрузка на кровлю

Регион Расчетная масса снега на 1м2 проекции кровли
Юг России 50
Средняя полоса 100
Север России 190

Итак, масса нашего дома включает в себя массу следующих элементов:

  • каркасные стены: периметр 64 метра * высота 3 метра на 50 (берем максимальную массу квадратного метра стен с утеплителем) = 9600 кг;
  • цокольное перекрытие по деревянным балкам с утеплителем: 100 м2 х 200 кг/м2 = 20 000 кг;
  • чердачное перекрытие по деревянным балкам с утеплителем: 100 м2*100 кг/м2 = 10 000 кг;
  • кровля: 129 м2*30 кг/м2 = 3870 кг;
  • снеговая нагрузка рассчитывается на проекцию кровли, то есть на 121 м2: 121м2*100 кг (в Московской области) = 12100 кг;
  • эксплуатационная нагрузка (масса людей мебели и т.п.) 100 м2* 150 кг/м2 (нормативная максимальная нагрузка, на практике она всегда меньше) = 15 000 кг.

Итого нагрузка, создаваемая домом на фундамент, составит 70570 кг

Для надежности массу дома умножают на так называемый коэффициент надежности. При расчете свайных фундаментов коэффициент зависит от количества свай и составляет:

  • при использовании от 6 до 20 свай – 1,65;
  • от 11 до 20 свай – 1,55;
  • более 21 сваи – 1,4.

На практике при строительстве домов используется от 20 до 40 свай – поэтому вы можете смело брать коэффициент 1,4.

Итак, масса нашего каркасного дома с поправкой составляет 98,8 или округленно 100 тонн. Необходимо рассчитать площадь основания, которое сможет принять такую нагрузку.

Sосн = M*1,4 / Fгрунта, где Fгрунта – его несущая способность.

Несущая способность грунта определяется по таблице:

Несущая способность грунтов

Тип грунта Плотное сложение Сложение средней плотности
Крупный гравелистый песок 6 5
Песок средней крупности 5 4
Мелкий маловлажный песок 4 3
Влажный песок 3 2
Сухая супесь 3 2,5
Пластичная, влагонасыщенная супесь 2,5 2
Сухой суглинок 3 2
Влагонасыщенный суглинок 3 1
Сухая глина 6 2,5
Влагонасыщенная пластичная глина 4 1

Рекомендуем использовать вторую колонку.

Винтовые сваиВ некоторых методических указаниях при расчете площади основания используют поправочный коэффициент к плотности грунта, составляющий от 1 до 1,7. Мы рекомендуем всегда принимать его за 1 – так надежнее.

Как мы уже отмечали, наш условный фундамент будет находиться в сухом суглинке. Несущая способность такого суглинка – 2кг/см2. Таким образом, опорная площадь будущего фундамента должна составлять:

100 000 кг /2 = 50 000 см2

Расчет опорной площади сваи

Для примера возьмем самые популярные в России винтовые сваи диаметром 108 мм. Винтовая свая состоит из ствола и винтовой лопасти. При ввинчивании винтовая лопасть уплотняет грунт, а после установки сваи также служит опорой. Таким образом, за опорную площадь винтовой сваи следует принять площадь ее сечения с учетом винтовой лопасти. Общий диаметр такой сваи составляет порядка 30 см, а ее опорная площадь – 706,5 см2

Для тех, кто забыл математику

Площадь круга рассчитывается по формуле Π*r2, где r – радиус окружности, а П – 3,14

Итак, суммарная опорная площадь свай должна составлять 50 000 см2, а площадь одной сваи составляет 706 см2. Таким образом, нам необходимо: 71 свая.

На самом деле свая удерживается не только за счет опирания на основание, но и за счет трения ее ствола о грунт по всей длине заглубления. Проблема заключается в том, что для учета этого трения потребуется слишком сложный расчет.

Но ведь свайный фундамент из 71 сваи будет стоить слишком дорого! Мы изначально рассчитывали на 25!

В условиях нашей задачи стоит суглинок среднего сложения, а это грунт с достаточно низким сопротивлением. Если бы наш дом строился на сухом песке с несущей способностью 5,5 кг/м2, расчет вывел бы нас как раз на 26 свай.

Установка свайных фундаментов

Технология установки свайных фундаментов достаточно проста, но мы не станем подробно описывать ее тут, поскольку об этом подробно рассказывается в других материалах цикла – «Свайно-винтовой фундамент», «Свайно-ленточный фундамент» и «Свайно-ростверковый фундамент». Вкратце технология монтажа свайно-винтового фундамента выглядит следующим образом:

  1. Грунт на застраиваемом участке по возможности выравнивается.
  2. При помощи кольев и шнуров выполняется разметка. Во всех точках ввинчивания свай устанавливаются небольшие колышки.
  3. Установку свай начинают с угловой сваи, которая располагается в самой высокой точке участка.
  4. Сваи закручиваются вручную или машиной с постоянным контролем вертикальности.
  5. После ввинчивания необходимо проверить, чтобы верхние части всех свай находились в одной горизонтальной плоскости.
  6. На верхнюю часть свай монтируются оголовки. Оголовки приваривают и покрывают сверху мастикой, после чего укладывают на них два листа рубероида.
  7. Сваи соединяют отрезками уголка 50х50 как показано на рисунке. Уголок приваривают не горизонтально, а под углом.
  8. На сваи монтируют обвязку-ростверк из бруса, однотавровой илидвутавровой балки. Обвязка крепится к оголовкам болтами.

Вот, в сущности, и все что мы хотели рассказать о свайных фундаментах.




Возврат к списку

20 комментариев свернуть все
 
  •  
    граватар
    Петр
    11 Фев 2016 #
    0       
    А есть ли смысл в свайном фундаменте, если на болоте свай надо будет 70 штук под небольшой дом? Не проще залить ленточку будет?
  •  
    граватар
    Артем
    5 Окт 2016 #
    0       
    Свайно-винтовая конструкция хороша, пока винт не соржавеет целиком. А он очень быстро соржавеет , потому что когда его вкручивают он о песок трется и теряет защитный слой из краски
    •  
      граватар
      Gurman
      7 Окт 2016 #
      0       
      Винт подвергается коррозии в наименьшей степени, потому что он максимально заглублен. Для коррозии необходимо попеременное или одновременное воздействие влаги и кислорода. Такие условия создаются в основном на отметке от нуля до - 30 см - там коррозия самая интенсивная. Кроме того, сваи ржавеют в местах где к ним приваривают поперечные элементы фундамента, ну и вообще на воздухе (если не защитить).
  •  
    граватар
    Метод76
    8 Окт 2016 #
    0       
    Здравствуйте!

    Планирую построить брусовой дом на свайном фундаменте. Грунты болотно-торфянистые, очень слабые. Беспокоюсь, не будет ли сваи вести в стороны "гулять" из-за слабости грунтов. Высота надземной части сваи около 50 см. Если усилить конструкцию по периметру брусом, хватит ли такого усиления?
    •  
      граватар
      Артем
      10 Окт 2016 #
      0       
      Существует мнение, что брусовой дом на фундаменте с перевязкой из бруса и воздухом снизу - очень нехорошо с точки зрения экономии тепла
    •  
      граватар
      Сидор
      17 Окт 2016 #
      0       
      Если торфяник подстилается песком достаточной толщины, можно попробовать свайный фундамент ТИСЭ с бетонными сваями-грибками. Если купить бур (специальная конструкция с рычагами, можно работать вдвоем вручную), то вообще без проблем и получается дешевле металлических свай.
  •  
    граватар
    Леонид Васильевич
    10 Окт 2016 #
    0       
    Ваши опасения по поводу того, что сваи в торфянистом грунте будут «гулять», совершенно разумны. Такой грунт удерживает сваи очень слабо. Чтобы верхняя часть не смещалась, необходимо собирать сваи в жесткую систему с треугольными элементами. Для этого необходимо к нижнему краю одной сваи приваривать уголок одним концом, а другим – как можно выше к соседней. В результате получается вертикальный треугольник и он хорошо работает на пространственные деформации. Если фундамент для брусового дома, это довольно критично
  •  
    граватар
    Зиновьев
    11 Окт 2016 #
    0       
    Скажите, а как долго фундамент может быть в ненагруженном состоянии? У меня сваи куплены, за один-два дня я могу их вкрутить и еще за пару дней сварить уголками, но зима скоро наступит и строить только с апреля планирую Не случится ничего с фундаментом или лучше как-то его законсервировать надо?
    •  
      граватар
      Леонид Васильевич
      13 Окт 2016 #
      0       
      Нет никаких ограничений, фундамент может быть незагруженным, пока не развалится. Единственное необходимо перед наступлением зимы залить полости свай (внутри труб пусто) бетоном, чтобы туда не попала вода. Замерзающая внутри труб вода разрывает их не раз, даже давление почвы не помогает
  •  
    граватар
    Sencov
    21 Окт 2016 #
    0       
    Спасибо за статью! Буквально 4 часа закончили закручивать 14 свай под баню. Закручивали сами, думали - нам конец. Выжили, фундамент на месте
    •  
      граватар
      Александр Павлович
      22 Окт 2016 #
      0       
      Скажите, а как вы закручивали и как контролировали вертикальность? Ведь свая так и норовит "гулять", особенно вначале, с нулевой отметки до глубины в метр. Она просто падает.
    •  
      граватар
      usadmin
      23 Окт 2016 #
      0       
      14 свай вручную за день - это, конечно, совершенно титанический труд. Вас тут сейчас быстро вопросами забросают. Пожалуй, мы и начнем: поделитесь с читателями, какой оголовок вы крепили на сваю, чтобы потом присоединять к нему рычаги? Ну и длина рычагов и сколько человек закручивало - тоже очень интересно
  •  
    граватар
    Sencov
    26 Окт 2016 #
    0       
    Мы крутили втроем - двое крутили, а сын с уровнем следил за вертикальностью. Сначала забурились садовым буром сантиметров на 70. Потом ставили сваю. В ней 4 отверстия по 2 с каждой стороны. В каждое вставляли старую автомобильную полуось (без признаков марки и модели, мы нашли их в сарае) в них ломы и крутили. Длина рычагов - метра три с половиной. Ломы немного погнуло.
  •  
    граватар
    Leonid
    28 Окт 2016 #
    0       
    Сваи оказались сплошным разочарованием. В прошлом году заказали расчет свайного фундамента, вышло 32 штуки 108. Заказали сваи, закрутили, оставили. Зима оттепель и их повыпирало разные стороны морозным пучением половина свай шатается. А если бы огрузили их домом, то и дом бы шатался. В этом году кризис и денег нет на продолжение. так и стоят столбы во все стороны
    •  
      граватар
      Леонид Васильевич
      2 Ноя 2016 #
      0       
      Тезка, свайному фундаменту пучение не страшно, если винтовая часть закручена ниже уровня промерзания грунта. Пучинистый грунт во вокруг ствола пучит со всех сторон одинаково и свая остается на месте. Скорее всего, вы недооценили глубину промерзания и стало смещать винтовую часть. Вот и получилось так печально. Сочувствую, теперь долго и дорого исправлять. Впрочем, ленточный вообще бы порвало при таком раскладе
  •  
    граватар
    Ян
    8 Ноя 2016 #
    0       
    Кто знает, допускается ли оставлять пространство между срубом и землей, в котором сваи, ничем не заделанным. Если не допускается, то как лучше его заделать, чтобы недорого?
написать комментарий
*Имя *e-mail
Минимальная длина комментария 20 символов.
Максимальная длина комментария 1000 символов. Осталось:
1000

 
Защита от автоматического заполнения
CAPTCHA
обновить изображение
Введите слово с картинки*: