Винтовые сваи несущая способность

На сегодняшний день винтовые сваи применяются при возведении сооружений на ослабленных грунтах, а так же если есть необходимость проводить строительные работы в зимний период, когда устройство обычных бетонных фундаментов невозможно из-за промерзания грунтов.

  1. Особенности строения винтовых свай
  2. Винтовые сваи: нюансы монтажа
  3. Достоинства и недостатки винтовых свай
  4. Область использования
  5. От чего зависит несущая способность винтовых свай?
    5.1. Определение площади подошвы сваи
    5.2. Вычисляем несущую способность грунта
  6. Несущая способность винтовой сваи: расчёт
    6.1. Как учесть надёжность конструкции при расчётах?
    6.2. Определяем максимальную несущую способность одного свайного элемента

винтовые сваи несущая способность
винтовые сваи несущая способность

Винтовые сваи  Для надёжности сооружения на нестабильных грунтах большое значение имеет несущая способность винтовых свай, которая обеспечивает запас прочности и устойчивости всей постройки. Целесообразно применять винтовые сваи на грунтах в районах с вечной мерзлотой, в заболоченных местах или при строительстве в зимний период, когда грунт сильно промёрз.  На таких территориях обычные фундаменты либо дают трещины и усадки из-за деформации влажных грунтов, либо подвержены пучению под действием мёрзлых почв. Высокая несущая способность винтовых свай в данном случае объясняется возможностью хорошо заглубить их в почву и тем самым уменьшить отрицательное влияние неблагоприятных грунтовых оснований на фундамент.

винтовые сваи несущая способность
винтовые сваи несущая способность
Несущая способность винтовых свай зависит от площади опоры

Содержание

Особенности строения винтовых свай

Что же такое винтовые сваи? По сути это трубы из стали с винтовыми лопастями на заострённом конце. Отличная несущая способность винтовых свай обеспечивается благодаря использованию бесшовных цельнотянутых стальных труб. Отсутствие шва на корпусе сваи делает её менее уязвимой для коррозионных процессов. Толщина стенок труб, используемых в конструкции сваи, составляет 4-7 мм. На строительном рынке можно встретить сваи различной длины, но самые короткие изделия выпускаются длиной не меньше метра.
Благодаря винтовому наконечнику с лопастями облегчается монтаж сваи. Кроме этого существенно возрастают показатели сопротивления сваи сжатию и выдёргиванию. Обычные сваи необходимо бетонировать, а винтовые сваи используются без этого, что существенно уменьшает расходы на фундаменты.
винтовые сваи несущая способность

Винтовые сваи: нюансы монтажа

В зависимости от габаритов одной опоры и масштабов сооружения в целом винтовые сваи могут устанавливаться двумя способами:

  • вручную;
  • при помощи гидравлической техники.

Несущая способность винтовых свай не зависит от выбранного способа установки. В обоих случая установка происходит по принципу закручивания сваи в землю наподобие шурупа. Это возможно благодаря наличию винтовых лопастей на  заострённом конце сваи.
Однако в некоторых случаях, чтобы не пострадала несущая способность винтовых свай, выполняется  их установка с некоторыми особенностями:

  1. Если монтаж сваи выполняется в грунт, где есть прослойки твёрдых пород, или в мёрзлые почвы, то необходимо произвести бурение лидерной скважины. Только после такой предварительной подготовки почвы в скважину вкручивается свая.
  2. Для свай, находящихся в заводненных почвах, нужно предусмотреть защитные антикоррозионные мероприятия. С этой целью в тело ствола сваи заливается бетонный раствор. Данная процедура поможет уменьшить коррозию трубы изнутри, а несущая способность элемента станет ещё выше.
  3. Чтобы увеличить несущую способность свай длиной больше двух метров, необходимо выполнить их дополнительное армирование.

Важно: расчётная несущая способность винтовых свай обеспечивается только при условии их правильного монтажа. Любые отступления от технологического процесса в ходе монтажа могут привести к снижению прочности всего фундамента. Только профессионал может выбрать правильный способ монтажа в зависимости от характеристик грунта и особенностей рельефа.
винтовые сваи несущая способность
винтовые сваи несущая способность
Винтовые сваи

Достоинства и недостатки винтовых свай

То, что отличная несущая способность винтовых свай является их главным достоинством, – мы уже поняли. Но кроме этого есть и другие преимущества таких конструкций основания:

  1. Отсутствие потребности в подготовке территории. Нет необходимости рыть котлован, как при устройстве ленточных бетонных фундаментов. Не нужно проводить осушительные и подготовительные мероприятия с почвами на территории строительства.
  2. Процесс монтажа свайных фундаментов занимает намного меньше времени, чем другие подобные технологии устройства оснований.
  3. Конечно, назвать фундамент на винтовых сваях самым дешёвым нельзя. Однако такая большая несущая способность винтовых свай позволяет существенно сэкономить средства на сооружении различных вспомогательных сооружений, поскольку винтовые сваи используются сами без каких либо дополнительных укрепляющих средств.
  4. Высокая эффективность винтовых свай позволяет использовать и нагружать их сразу же после монтажа в отличие от бетонных фундаментов, которым нужен длительный срок на набирание прочности.
  5. Антикоррозионное покрытие труб винтовых свай обеспечивает их  безопасную эксплуатацию даже в условиях повышенной влажности грунтов. Причём несущая способность винтовых свай в таких условия нисколько не пострадает, чего нельзя сказать о других видах оснований.
  6. Установка винтовых свай позволяет сэкономить время и технику. Например, для устройства блочных фундаментов по монолитным железобетонным лентам потребуется нанимать технику для рытья траншей или котлованов, ставить опалубку, сваривать арматуру, замешивать и заливать бетон, нанимать кран для монтажа бетонных блоков, выполнять другие вспомогательные работы. Всё это не нужно при устройстве свайных фундаментов, достаточно лишь нанять строительную технику с гидравлическим оборудованием.

винтовые сваи несущая способность
Из недостатков винтовых свай можно перечислить следующее:

  1. Если винтовые сваи устанавливаются в твёрдый грунт, то есть риск, что антикоррозионное покрытие будет повреждено. Это в дальнейшем может привести к разрушению стального корпуса. В результате этого несущая способность винтовых свай будет снижена.
  2. Если установка свайного поля производится вблизи мест размещения электрических подстанций или прохождения железнодорожных путей электропоездов, где в грунте могут скапливаться блуждающие токи, то это может приводить к деградации металла и снижению несущей способности винтовых свай.

винтовые сваи несущая способность
Винтовые сваи

Область использования

Высокая несущая способность винтовых свай и минимум расходов на их монтаж способствуют тому, что область применения данных оснований довольно широка:

  1. Винтовые сваи являются отличными основаниями для ЛЭП, рекламных бигбордов, различных мачт.
  2. При возведении каркасных зданий использование винтовых свай как нельзя кстати. При строительстве временных хозяйственных построек каркасного типа (теплиц, бытовок, сооружения ангаров) логичней использовать свайные фундаменты, чем массивные и дорогостоящие бетонные основания.
  3. Если выполняется реконструкция дома или достройка к нему, то используя фундамент на сваях, мы убережём смежные конструкции от разрушений, которые могут быть вызваны вибрациями при устройстве оснований другого типа.
  4. При проведении строительных работ на обводнённом грунте (мосты, пристани и т.п.) винтовые сваи просто незаменимы.
  5. Высокая несущая способность винтовых свай может использоваться и во вспомогательных целях, например, для укрепления бетонного основания.

винтовые сваи несущая способность
Несущая способность винтовых свай влияет на выбор элемента

От чего зависит несущая способность винтовых свай?

Несущая способность винтовых свай зависит от двух факторов:

  • площади подошвы винтовой сваи;
  • значения несущей способности грунта.

Бытует ошибочное мнение, что несущая способность винтовых свай зависит от прочности самого свайного элемента и его габаритов. Эти показатели не имеют никакого значения для несущей способности элемента.
винтовые сваи несущая способность
винтовые сваи несущая способность
Винтовые сваи 

Определение площади подошвы сваи

Навинченная на конец опоры лопасть в виде винта не только облегчает вкручивание элемента в почву, но и выполняет функции трамбовки грунта, поскольку лопасти сдавливают землю во время заглубления. После монтажа винтовая часть сваи выполняет функции свайной подошвы, на которую приходится вся нагрузка. Площадь этой свайной опоры мы и будем вычислять, ведь от неё зависит несущая способность винтовых свай.
Поскольку опорная плоскость подошвы фактически есть окружность, то необходимо вычислить её площадь, которая образуется винтовой лопастью. Для этого используем формулу: S=πR². В данном случае радиусом является расстояние от оси свайного элемента до наиболее удалённой точки на краю винтовой лопасти. Если вы не хотите производить никаких  сложных расчётов, то можете использовать данные из таблиц. Они есть для всех заводских винтовых свай, неважно, какой завод (Украины и России) их производит.

Пример: для свайного элемента 108 нормированный диаметр равен 30 см. Это значит, что длина от оси ствола до крайней точки на винте (искомый радиус) равна 30_2=15 см. Следовательно, площадь опорного элемента сваи равна: 3,14х15 см=706,5 см².винтовые сваи несущая способность

Вычисляем несущую силу грунта

Несущая способность винтовых свай взаимосвязана с таким же показателем грунта. Чтобы найти несущую силу грунтов, необходимо воспользоваться данными инженерно-геологических изысканий, в результате которых будет определён состав почвы. Далее необходимо использовать таблицу, отображающую зависимость несущей возможности от типа грунта (находим в нужном нам столбце).
винтовые сваи несущая способность

Несущая способность винтовых свай зависит от такого же показателя грунта Пример: если в результате изысканий обнаружено, что на участке строительства находится песок, то согласно таблице несущая сила грунта равна 15 кг/см². Суглинки (мягкопластичная почва) способны нести не больше 5,5 кг/см², а вот глина понесёт не более 6 кг/см².винтовые сваи несущая способность

Винтовые сваи

Несущая способность винтовой сваи: расчёт

Несущая способность винтовых свай находится путём умножения площади опоры на несущую силу грунта. Рассмотрим этот расчёт на примере винтовой сваи 133, погружённой в глинистую почву:

  1. Сначала найдём площадь опоры. Используя табличные данные, узнаём, что диаметр винта равен 30 см, таким образом, площадь подошвы равна: 15х15х3,14=706,5 см².
  2. Теперь воспользуемся таблицей, чтобы определить несущую возможность грунта. Для глинистых почв она равна 6 кг/см².
  3. Теперь находим несущую способность свайных элементов: 706,5х6=4,2 т.

Вывод: один свайный элемент модели 133, с глубиной погружения в глинистую почву на 2-2,5 м, может выдержать нагрузку в 4,2 т.
винтовые сваи несущая способность
Винтовые сваи

Как учесть надёжность конструкции при расчётах?

Однако описанный в середине статьи расчёт является приближённым. В нём не учитывается показатель запаса прочности деталей. Для этого необходимо произвести итоговый расчёт по формуле: N=F/Y, где N – искомая нагрузка, F – её приближённое значение, полученное вышеописанным способом расчёта, Y – коэффициент запаса прочности.  Последний показатель зависит от правильности расчётов и числа свайных элементов. Его подбор осуществляется по таким параметрам:

  • при числе элементов равном 5-20 шт, коэффициент составляет 1,75-1,4 (в данном случае должен использоваться низкий ростверк на подвесных опорах);
  • коэффициент 1,25 используется при проведении испытаний на эталонном свайном элементе и является приблизительным;
  • для проведения более точных испытаний используется коэффициент равный 1,2.

Пример: в продолжение нашего расчёта для свайного элемента модели 133 найдём уточнённую несущую способность: 4,2/1,2=3,5 т. Этот показатель будет использоваться при проведении точных инженерно-геологических исследований. Если же используются усреднённые табличные показатели, то искомая величина равна 4,2/1,75=2,4т. 
винтовые сваи несущая способность
Винтовые сваи: габариты

Определяем максимальную несущую способность одного свайного элемента

Чтобы найти максимальную несущую способность одного свайного элемента, потребуются сразу несколько данных. Для наглядности возьмём следующие показатели:

  1. Установка свай будет выполняться на песчаных грунтах с несущей способностью 15 кг/см².
  2. Используется опора модели 219 с диаметром подошвы 600 мм.
  3. Поскольку у нас будут использоваться не больше пяти свай в поле, а несущая способность грунта определена точно, используем коэффициент равный 1,75.

Максимальную несущую способность вычисляем следующим образом:

  1. Находим площадь опоры винтовой сваи: 30х30х3,14=2826 см².
  2. Вычисляем приближённый показатель несущей способности: 2826х15=42,4 т.
  3. Теперь определяется точная несущая способность винтовых свай:  42,4х1,75=24,23 т.

Вывод: несущая способность одного элемента винтовых свай с диаметром опоры 300 мм составляет чуть больше 24 тонн. То есть допустимые нагрузки (вес стен, перекрытия, мебели и т.п.) на опоры при такой глубине залегания не должны превышать 24 тонны. 
Как видите, правильно рассчитанная несущая способность винтовых свай гарантирует, что наш фундамент выдержит вес перекрытий, стен, ветровую и снеговую нагрузку.
винтовые сваи несущая способность

Винтовые сваивинтовые сваи несущая способность

винтовые сваи несущая способность
Винтовые сваи

Всем известно, что несущая способность винтовых свай — это важный показатель, благодаря которому можно определить, какой уровень нагрузки фундамент сможет выдержать. При этом учитывается негативное воздействие грунта на каждую опору по отдельности. Винтовые трубы подразделяются на два вида:

  1. Висячие — имеют опору, которая располагается под нижними кольцами винта. Такие опоры применяются при строительстве домов на мягких грунтах. Эти конструкции имеют возможность противостоять сильным нагрузкам при помощи образования силы трения. Она может появляться между винтовыми трубами и грунтами. В случае если на участке плотные слои грунта, смысла в дополнительной установке опор нет.
  2. Опорного типа — применяют в местностях с твердым грунтом для строительства домов. Они играют роль посредника по передаче нагрузки от дома к основанию.

Прежде чем проводить установку такого фундамента, следует выяснить, какая несущая способность винтовых свай требуется для строительства.

винтовые сваи несущая способность

Нюансы установки

В большинстве случаев несущая способность винтовых свай зачастую зависит от размеров и диаметра опоры. Монтаж винтового основания можно выполнять при помощи двух способов:

  • ручного;
  • с использованием специальной техники.

Несущая возможность не зависит от вида проведения монтажа. Оба способа установки выполняются по принципу вкручивания винтовой трубы в структуру грунта. Это действие с легкостью выполняется благодаря лопастям, которые расположены на нижней части опоры. Для того чтобы не ухудшилась несущая способность, в некоторых ситуациях выполняется монтаж винтовой сваи иначе:

  • Установка винтовой опоры в почву, которая имеет твердую структуру, а также в мерзлый грунт. В обязательном порядке необходимо бурение небольших скважин. Это действие обеспечит безопасное вкручивание винтовой опоры в землю.
  • Если на строительной площадке преобладает заводненный грунт, поверхность винтовых свай в обязательном порядке дополнительно обрабатывают антикоррозийным средством. В тело металлической трубы необходимо залить бетонную консистенцию. За счет этого увеличится прочность фундаментного материала, и продлится срок его эксплуатации.

Если требуется дополнительное усиление прочности, сваи, которые имеют длину более чем 2 метра, следует армировать. За счет этого увеличится несущая способность винтовых свай по всему периметру.

Важно знать, что произвести верные расчеты несущей способности опор можно в том случае, если монтаж осуществлен правильно. Если будут нарушены даже малейшие правила, прочность всей конструкции намного снизится. Поэтому процесс монтажа лучше всего поручить специалисту, который обладает большим опытом работы с такими типами фундамента.

винтовые сваи несущая способность

Применение винтовой сваи с диаметром 133 мм

В момент устройства тяжелого строения на винтовой фундамент зачастую возникает вопрос: какие сваи по диаметру выставлять икаким должно быть их количество? Для массивных сооружений лучше всего использовать элементы с большим диаметром. Несущая способность винтовой сваи 133 мм с диаметром лопасти 350 мм позволяет выдерживать нагрузки весом 4 тонны. При их помощи можно устанавливать сооружения любого типа — от жилого дома до складских помещений.

Винтовые опоры довольно часто применяются в строительстве разнообразных причалов и пирсов. Для их устройства используются сваи с диаметром трубы 133 миллиметра. Кроме всего прочего, они имеют двойное защитное покрытие от образований коррозии. Благодаря таким характеристикам основание прочно размещается на участках с нестабильной почвой. Чтобы выяснить несущую способность фундамента, необходимо перемножить величину площади и значение сопротивляемости почвы.

Пример определения количества свай на фундамент

В расчет берется строение в два этажа по фундаменту 6 на 6 метров и используемый материал бруса. На строительном участке располагается грунт в виде глины. Общий вес строения со всеми нюансами составил 59 тонн. По периметру здание составляет 24 метра, внутренние перегородки отсутствуют. Первым делом необходимо уточнить по таблице прочность почвы. В нашем случае это значение будет равно 6 кг на квадратный сантиметр. Коэффициент выдерживаемой нагрузки составляет 1,75 (он нужен для предоставления запаса в случае необходимости). Проводится вычисление общей площади подошвы. Формула:

S = (ПД) х (ПД) : 4 = 3,14 x 352 : 4 = 961,6 сантиметра. Это определение диаметра лопастей.

Формула для вычисления неоптимизированной несущей возможности:

F = S x Ro = 961,6 x 6 = 5770 кг.

Вычисление допустимого веса на одну сваю:

N = F : yk = 5770 : 1,75 = 3279, то есть приблизительно (с округлением) 3 тонны 300 килограммов.

винтовые сваи несущая способность

Определение несущей характеристики

Если в строительстве фундамента используются винтовые сваи, расчет несущей способности просто необходим. От этого зависит множество факторов, в том числе и срок службы всего здания в целом. Для того чтобы провести расчетные работы, следует знать значение сопротивления почвы, а также площадь лопасти, которая расположена на концах винтовой опоры. Но этих значений не хватит, необходимо дополнительно подсчитать число опор, которые будут устанавливаться под здание.

Чтобы получился более верный расчет, следует поделить несущий коэффициент на показатель надежности. Все расчеты и испытания на прочность вписываются в проектную документацию. В соответствии с составленным планом строения, заранее рассчитанное количество свай равномерно расставляют по периметру всего фундамента.

винтовые сваи несущая способность

Расчет винтового основания

Основной фактор, который, в свою очередь следует выявить в период проведения расчетов, — это общий уровень нагрузки на все опоры. Количество свай и расстояние между ними определяется по диаметру опорной трубы и массе здания. К примеру, несущая способность винтовых свай 108-мм позволяет выдерживать вес в 3 тонны. Нагрузка на основание включает в себя вес строения вместе с влиянием ветра и скоплением снега.

На общий вес конструкции влияют следующие факторы:

  • нагрузка перекрытий;
  • вес несущих и второстепенных стен;
  • кровельная система;
  • бытовые предметы (мебель, техника).

Нагрузка от кровли, стен, а также перекрытий в обязательном порядке должна вычисляться по отдельности. Для этого используется таблица, в которой указан вес каждого типа материала.

винтовые сваи несущая способность

Область использования сваи с диаметром 89 мм

Сфера, в которой чаще всего применяются опорные сваи среднего диаметра, — строительство небольших конструкций. Это определяет несущая способность винтовых свай 89-мм диаметра в каждом случае отдельно. Вес, который можно распределять на каждую сваю по отдельности, составляет 2 тонны, не более. Они могут использоваться в возведении таких объектов:

  • сооружения среднего размера (баня, дача, гараж, склад);
  • опоры для оснований беседок, теплиц, бытовок;
  • металлические ворота и заборы;
  • причалы и пирсы;
  • опоры для рекламных баннеров.

Если выбор падет на сваи с таким диаметром, то необходимо заострять внимание на определенных факторах, таких как сфера использования и состав почвы. От этого будет напрямую зависеть надежность конструкции и срок ее эксплуатации.

винтовые сваи несущая способность

Винтовые опоры с маленьким диаметром

Прежде чем сделать выбор сваи, необходимо определиться с тем, какую максимальную нагрузку она должна вынести. К примеру, несущая способность винтовой сваи 57 мм в диаметре составляет допустимое колебание нагрузки на одну опору от 300 до 1000 кг. За счет такого минимального веса цена подобных элементов значительно ниже, чем у свай с большим диаметром. Также снижаются затраты на монтаж фундамента. Это происходит за счет того, что маленькую винтовую опору можно вкрутить собственноручно, без использования дорогостоящей строительной техники.

Установка фундамента выполняется всего лишь за один день, что значительно сокращает время на возведение всего здания в целом. Также важным достоинством этих винтовых свай является возможность монтажа в любом типе грунта.

винтовые сваи несущая способность

Сваи с диаметром 76 мм

Несущая способность винтовых свай 76 миллиметров в диаметре позволяет выдерживать массу в одну тонну. Помимо использования в строительстве различных по массе строений, эти сваи можно применять в ремонтных работах в качестве дополнительного укрепления.

Установку свай с диаметром 76 мм одинаково можно проводить собственноручно и при использовании строительного механизма. Стоимость такого материала дороже, чем у элементов с меньшим диаметром, но и возможностей применения гораздо больше. Поэтому, прежде чем приобретать материал, необходимо определить требования, которые будут предъявляться к опорам в момент строительства.

Определение величины подошвы винтовой сваи

В момент вкручивания винтовых свай происходит уплотнение почвы. После монтажа свайная опора принимает полностью всю нагрузку на себя. Для того чтобы определить величину нагрузки, которую сможет выдержать фундамент, состоящий из винтовых опор, необходимо вычислить размер площади подошвы. Затем, применяя формулу S = πR², производят полное вычисление необходимого показателя.

Преимущества винтовых свай значительно расширяют возможности строительства – здания можно возводить при любой погоде, на слабых и подтопляемых грунтах. При планировании свайного фундамента в первую очередь опираются на значение несущей способности винтовых изделий. Именно этот параметр определяет суммарную нагрузку, которую сможет выдержать опора возводимого строения.

винтовые сваи несущая способностьТаблица значение нагрузки, которую может вынести каждый тип грунта

Описание изделий и нюансы их монтажа

Под винтовыми сваями понимаются стальные трубы, имеющие заостренный конец и винтовые лопасти для вворачивания в грунт. Отсутствие каких-либо швов у свай объясняет их высокую прочность и незначительную подверженность коррозии. Стенки трубы могут иметь различную толщину – обычно эта цифра находится в диапазоне от 4 до 7 мм. Строительный рынок предлагает потребителю сваи любой длины, минимальная – 1 м.

Предназначение винтового наконечника не ограничивается монтажной функцией, лопасти препятствуют выталкиванию изделия грунтом. Невинтовой вариант свай требует бетонирования, в то время как изделия с нарезанной резьбой нет нужды закреплять в структуре почвы. Это позволяет снизить себестоимость работ по возведению фундамента.

Габариты фундамента и масштабы проекта являются теми факторами, которые определяют выбор технологии установки винтовых свай:

  • вручную;
  • с привлечением гидравлической спецтехники.

винтовые сваи несущая способностьРаботы по ввинчиванию свай

Метод монтажа не влияет на показатель несущей способности изделий. При любом сценарии трубы вворачивают в землю наподобие шурупа. Но для повышения прочности будущего фундамента монтаж винтовых изделий требует соблюдения ряда правил:

1) в мерзлом или имеющем включения твердых горных пород грунте предварительно необходимо сделать скважину буровой установкой. Это лидерное отверстие облегчит строительство и не повредит несущей способности будущего основания;

2) на заболоченных и часто подтопляемых почвах очень важно провести ряд антикоррозийных мероприятий. Сначала тело трубы внутри заливают бетонным раствором, потом обрабатывают стальную поверхность снаружи любым гидрофобным составом;

3) важная задача – повышение прочностных характеристик 2-метровых свай, их укрепляют изнутри арматурой.

Расчет несущей способности свай производится для идеальных условий монтажа. Даже небольшие отступления от технологии установки – отступления по прочности готовой конструкции. Важно правильно оценить структуру грунта и наметить точную последовательность рабочих операций.

Плюсы и минусы винтовых свайных изделий

Ключевая положительная черта винтовых свай – их высокая несущая способность. Помимо этого, у изделий из стали имеются и иные преимущества:

  • монтаж фундаментных элементов выполняется без всякой подготовки территории – надобности в выемке пластов почвы, проведении осушительных работ и иных манипуляций нет;
  • скорость строительства выгодно отличается от устройства, например, ленточного или плитного основания;
  • отсутствует необходимость дополнительного укрепления свайных винтов, что делает бюджет проекта вполне приемлемым;
  • ввинченные сваи можно нагружать сразу после завершения установки;
  • покрытие труб антикоррозийными средствами позволяет строить фундаменты даже в болотистых местностях, что широко используется  возведении ЛЭП при прокладке электротрасс;
  • из специальной техники требуется лишь один вид, оборудованный гидравликой. При устройстве блочного фундамента требуется экскаватор, кран, техника для перемещения подъемного механизма и транспорт для вывозки грунта из котлована.

винтовые сваи несущая способностьВнешний вид изделий

Винтовые сваи не лишены и своих недостатков:

1) при монтаже изделий в очень твердые слои грунта антикоррозийное покрытие может повредиться, что вызовет их постепенное поражение коррозией. Результат очевиден – сокращение значения несущей способности фундамента;

2) монтаж винтовых изделий вблизи электроподстанций и маршрутов электричек сопряжен с определенным риском — в структуре грунта вблизи таких объектов скапливается блуждающий электроток, который приводит к деградации стали и снижению прочности основания.

Сфера применения винтовых изделий

Применение свайно-винтовых изделий в различных отраслях жизнедеятельности человека имеет широкий диапазон:

  • возведение опор под линиями электропередач;
  • наружная ;
  • проведение спортивных мероприятий (установка больших мониторов, прочих высотных конструкций);
  • строительство мачтовых сооружений;
  • возведение всевозможных хозяйственных сооружений;
  • расширение дома за счет строительства дополнительных помещений;
  • работы в условиях высокой влажности (подземные сооружения, мосты, портовые пристани и т.д.);
  • дополнительное укрепление бетонных фундаментов.

Важно: на расчет предельной нагрузки на опору оказывают влияние не размеры самих изделий, а площадь их подошвы и несущие возможности грунта.

Как определить площадь свайной подошвы

Лопасти при ввинчивании в грунт, сдавливают его пласты и осуществляют почвенное уплотнение. Когда свая установлена, она начинает играть роль подошвы и воспринимает на себя нагрузку здания. Для расчета нагрузки, которую могут выдержать опоры-трубы, нужно вычислить площадь подошвы каждого изделия.

Вычисляемая площадь представляет собой окружность, и образуемая винтовой лопастью фигура – круг. Расчет основан на формуле:

S=πR².

Значение радиуса в данном случае равно удалению самой крайней точки на лопасти винта от оси сваи. Обычно завод-изготовитель винтовых изделий снабжает свою продукцию готовыми таблицами, в которых указана площадь подошвы каждого вида изделий.

винтовые сваи несущая способностьЗаводские сваи с остроконечной лопастью

Расчет: нормированным диаметром для сваи 108 является значение в 30 см. Получается, что радиус составляет ½ диаметра, или 15 см. Используя вышеупомянутую формулу для определения площади круга, получается 706,5 кв. см (3,14*15).

Как определить несущую силу почвы и каждой сваи

Расчет несущей силы каждого типа грунта уже давно произведен. Результаты точных геологических и инженерных изысканий сведены в таблицу, представленную в тексте (таблица 1).

Зная нагрузку, которую способен принимать на себя грунт и площадь сваи, можно выполнить расчет несущей способности винтового изделия 89 или 108. Для примера возьмем тип почвы – глина.

1) диаметр винтового элемента равен 30-ти см, площадь для этого примера рассчитана ранее и составляет 706,5 кв. см;

2) из таблицы несущих возможностей почвы возьмем значение для глинистой структуры – 6 кг/кВ. см;

3) перемножаем цифры и получаем результат 4,2 тонны.

Расчет нагрузки показал, что определенная свая (89, 108 или 133) при погружении в глинистый грунт выдержит нагрузку, не превышающую 4,2 тонн. При условии заглубления 200-250 см.

винтовые сваи несущая способностьСтроительство домов на неровном ландшафте

Для определения суммарной нагрузки на будущий фундамент необходимо произвести расчет для одного свайного элемента и умножить на число свай 108 (или иных, используемых по проекту моделей).

Важно: винтовая свая 108 расшифровывается как свайный элемент с 108-мм сечением стальной трубы-стержня.

Возведение даже легкой постройки, не говоря уже о капитальном доме, должно сопровождаться проектной документацией. Особое внимание, при этом, уделяется подземной части фундамента, от надежности которой зависит долговечность строения, а также отсутствие серьезных проблем при эксплуатации. В частности, расчет определяет, какова должна быть несущая способность винтовых свай, какую нагрузку они смогут выдержать, какие размеры и шаг следует выбрать. Расчет фундамента является основополагающим при выполнении проекта любого дома или хозяйственной постройки. Он принимает во внимание не только вертикальные и горизонтальные нагрузки, но и грунтовые условия строительной площадки, поэтому даже готовая инженерная документация требует привязки к местности.

винтовые сваи несущая способность

Что такое несущая способность

Под данным определением понимаются максимальные нагрузки, которые выдерживают конструктивные элементы и грунтовые основания без изменения их структурного строения, а также без потери функциональных характеристик. Для фундамента принимается во внимание, прежде всего, вес дома и наличие дополнительных усилий – постоянных или временных.

Важно знать о том, что несущая способность подземной части сооружения во многом зависит от типа и плотности грунтовых слоев, к тому же – от их насыщенности влагой.

Винтовые сваи держат нагрузки благодаря ширине лопастей, опирающихся на более плотный и менее сжимаемый, чем вышерасположенный, пласт грунта, находящийся ниже точки промерзания почвы, что не допускает выталкивания фундамента даже при его установке на пучинистых глинах и суглинках. За счет винта происходит своеобразная фиксация ствола, предотвращающая вдавливание свай ниже допустимой отметки, так как их гладкая боковая поверхность сама по себе не способна выдерживать вертикальные нагрузки.

винтовые сваи несущая способность

Из вышесказанного можно сделать вывод, что несущая способность винтовой сваи в меньшей степени зависит от размеров металлической трубы, из которой она изготовлена, а в большей:

  • от площади опорных лопастей;
  • от показателей расчетного сопротивления грунтов, или их несущей способности.

Расчет площади подошвы сваи

Лопасти сдавливают и уплотняют почву под собой, обеспечивая распределение вертикальных нагрузок. Разумно будет предположить, что площадь винта и показатель несущей способности винтовой сваи находятся в прямой зависимости друг от друга, хотя для вечномерзлых грунтов размер лопастей имеет меньшее значение, но это относится к особым случаям.

Расчет допустимых усилий на свайный столб начинают с определения площади винта. Довольно часто данный показатель указывается производителем в технической документации, но его можно вычислить самостоятельно, зная радиус или диаметр круга в проекции, в который вписывается лопасть, расположенная на свайном стержне. В качестве радиуса принимается расстояние от оси сваи до крайней от нее точки на винте, измеренное четко перпендикулярно положению ствола, а диаметр измеряется между двумя наиболее удаленными в плане друг от друга точками на лопасти. Но обмерять самостоятельно подошву сваи следует только в случае отсутствия по разным причинам паспорта на изделие. В рядовых ситуациях следует просто заглянуть в техдокументацию, чтобы выяснить точный диаметр трубы и лопасти в миллиметрах.

Формула, определяющая площадь свайной подошвы, выглядит следующим образом:

S = 3,14*R2или S = 3,14*D2/4,

где R и D – радиус и диаметр соответственно.

винтовые сваи несущая способность

Сопротивление грунта

Расчет несущей способности свайно-винтового фундамента основывается на несущей способности грунта, которая определяется после геологических изысканий на строительной площадке. В процессе полевых работ выясняется состав почвенных слоев, лабораторные же исследования дают полную картину их физико-механических характеристик и химических свойств грунтовых вод, на основании чего составляется отчет.

Для малоэтажных домов, не подпадающих под обязательную государственную приемку, допускается предпроектную подготовку не проводить.

В этом случае изыскания выполняют самостоятельно, а при расчетах пользуются готовыми таблицами, в которых имеются средние показатели расчетного сопротивления грунтов, зависящие от их типа. Для этого на площадке высверливают скважину с помощью строительного или обычного садового бура. Ее глубина должна быть ниже уровня промерзания грунта, характерного для региона строительства. При выемке грунта учитывается:

  • состав почвенных пластов и их толщина;
  • степень влажности;
  • наличие подземных вод.

Существуют таблицы, помогающие выяснить по типу грунта его сопротивление и устанавливающие несущую способность винтовых свай для определенного размера. Для примера приведем готовый расчет для свай диаметром 89мм, имеющих лопасти – 300мм, при их заглублении на 1,5-3м.

винтовые сваи несущая способность

Тип грунта

Узнать, из какого грунта состоит слой, можно самостоятельно, не прибегая к помощи специалистов. Песок каждому известен с детства – при растирании между ладоней он рассыпается. Песчинки видны невооруженным глазом, а градация песка производится по их размеру:

  • от 2,5 до 5мм – крупный;
  • от 1,5 до 2,5мм – средний;
  • от 1 до 1,5мм – мелкий;
  • до 1мм – пылеватый.

Супесь и суглинок являются смесью песка с разными пропорциями глины. В первом случае грунт относится к малопластичным, а второй – к более пластичным. При скатывании комочка из супеси, на ладонях ощущается присутствие песчинок, но шарик сразу же разрушается при легком надавливании на него. Сформованный руками комок суглинка при нажатии сплющивается в лепешку, края которой получаются рваными.

Глина отличается высокой пластичностью и напоминает пластилин. Скатанный шарик меняет свою форму без появления трещин. Следует понимать, что глинистые грунты подвержены пучению.

Лесс представляет собой мягкопластичную известковую породу светло-желтых и палевых оттенков. Его пористость видна невооруженным взглядом. Он малораспространен на территории России.

Влажность грунта определяется визуально после просверливания в нем вертикальной скважины. Если через какое-то время в ней не появится вода, то можно считать, что грунт сухой, и наоборот. Степень влагонасыщенности устанавливается по быстроте наполнения отверстия жидкой средой.

Самостоятельное определение несущей способности сваи

Зная сопротивление грунта и площадь винтовой лопасти, можно произвести примерный расчет несущей способности отдельной сваи. Для этого оба показателя просто перемножаются. Но для устройства надежного фундамента данного показателя будет недостаточно. Потребуется еще учесть коэффициент надежности конструкции, находящийся в зависимости от количества винтовых свай под строением. Данная цифра может колебаться в пределах от 1,2 до 1,75.

Более точный результат вычислений получается при делении показателя несущей способности сваи на коэффициент надежности, что изменяет конечный результат в меньшую сторону.

Расчет необходимого количества фундаментных столбов производится на основании постоянных и временных нагрузок, а также дополнительных усилий, воздействующих на подземную часть строения. Они определяются проектировщиками и фиксируются в технической документации. Суммарный показатель делится на несущую способность одной сваи и округляется в бóльшую сторону.

В соответствии с планом дома, расчетное число свай распределяется по периметру несущих стен. В обязательном порядке они должны ввинчиваться по углам и в местах сопряжения ограждающих конструкций, а оставшееся количество опор размещается с шагом 2-3 метра. При необходимости допускается увеличение определенного расчетом числа свай, а при слишком большом количестве – их более близкое размещение в ленте или кустах.

винтовые сваи несущая способность

Заключение

Описанный выше расчет свайно-винтового фундамента является приблизительным. Для более точных показателей несущей способности сваи, необходимо учитывать глубину залегания лопасти и нормативные данные, указанные в таблицах СНиП 2.02.03-85. В частности, это касается:

  • коэффициента условий работы;
  • значения трения грунта, прилегающего к винтовой лопасти сваи;
  • сопротивления грунта, действующего вдоль боковой ствольной поверхности и т.д.

Расширенная формула помогает получить точные результаты при расчете несущей способности свайно-винтового фундамента.