Расчет винтовых свай для фундамента

Параметры элементов для строительства крепкого фундамента

Производители предлагают опорные элементы, отличающиеся между собой диаметром, длинной и массой.

От этих параметров меняется сопротивляемость фундамента нагрузкам, поэтому их обязательно нужно учитывать в предпроектных расчетах.

Под строительство легких и малоэтажных сооружений обычно используют трубы с диаметром наружного сечения в пределах 57 – 159 мм. Но для участков со сложным грунтом и для тяжеловесных построек целесообразно выбирать опоры с диаметром трубы более 200 мм.

Для почв с близким залеганием подземных источников и точкой промерзания на глубине 1,5 м подойдут сваи длиной 1,65 м, но в условиях переувлажненных грунтов высота столба может достигать 9 м. При этом толщина стен стальной трубы и лопастей должна быть равной или больше 4-5 мм.

Зависимость между параметрами отражена в таблице:

D, мм	Масса (кг) в зависимости от длины опоры (м)
1,6	2	2,5	3	3,5	4	5	6	7	8	9
57	11	12	14	16	18	20	24	28	32	36	40
76	12	14	17	19	22	25	30	36	42	48	53
89	14	17	20	23	26	29	36	42	48	54	60
108	22	25	30	35	40	45	55	65	75	85	95
133	27	31	38	44	51	57	70	84	94	110	124
159	38	45	55	64	74	83	102	121	140	159	178

В большинстве случаев для частного домостроения строители выбирают трубы диаметром 108 мм и не менее 2 м.

При возведении беседок, бань и гаражей можно использовать опоры с меньшими габаритами:  d 76мм на 1,5 м или d 89 мм на 2,0 м.

Под некоторые типы ограждений также требуется закладка фундамента, при этом диаметр сваи может быть равным от 54 до 108 мм.

Несущие конструкции, диаметр которых равен 108 мм, считаются самым распространенным типом

Что это такое?

Винтовая свая представляют собой трубу с острым наконечником и навинченной лопастью. Благодаря такой конструкции опора ввинчивается в грунт, уплотняя его с каждым витком. Несущая способность фундамента определяется размером труб и конфигурацией их лопастей.

Преимущества и недостатки такого фундамента

Технология с применением свайно-винтового фундамента выгодно отличается такими особенностями:

• монтаж от одного дня;
• возможность строительства на сложных ландшафтах;
• более дешевая цена стержней по сравнению с железобетонными опорами;
• завинчивание возможно ручным и механическим способом;
• подходит для большинства видов грунта, кроме скальных пород;
• допускается многократное использование свай.

Недостатки технологии:

• трудности при обустройстве подвалов и цокольных этажей;
• разрушением металла под действием коррозийных процессов и биологической среды;
• не подходят для строительства многоэтажных и тяжеловесных сооружений.

Подробнее о преимуществах и недостатках свайно-финтового фундамента расскажет эта статья.

Сравнение винтовых свай с другими типами основания

Буронабивной фундамент, в свою очередь, выдерживает гораздо большие нагрузки, чем металлические стержни, но он требует значительных финансовых, временных и трудовых затрат на строительство.

Последнюю проблему можно решить применением винтовых железобетонных опор, но это приведет к удорожанию фундамента.

Долговечность опор

На практике продолжительность эксплуатации зависит от таких факторов:

1. Соответствие прочности стали ГОСТу.
2. Качества антикоррозийного покрытия.
3. Соблюдения технологии при монтаже.

Стержни, защищенные от влаги методом горячего оцинкования, служат на 20 лет дольше изделий, на которые нанесено полимерное покрытие, битумная мастика, грунтовка или другие виды гидроизоляционного материала.

Можно ли устанавливать стержни в воду?

Винтовые сваи применяются для строительства надводных объектов: мостов, пирсов и т.д. На срок службы фундамента влияет качество антикоррозийного покрытия. С этой целью используют металлические сваи с защитным слоем, нанесенным методом горячего оцинкования.

В качестве альтернативы, в воду также можно установить железобетонные винтовые опоры, но в поры бетона попадает влага и с годами разрушает такой фундамент.

В таких условиях эксплуатации за несущую способность свайного фундамента отвечает размер лопастей. Винтовая часть также обеспечивает необходимую устойчивость опорам во время весеннего ледохода.

Порядок расчета допустимых нагрузок на сваи

На запас прочности опорного столба влияет его длина и диаметр. Пример зависимости этих показателей можно увидеть в таблице 1.

Таблица 1. Несущая способность винтовых свай.

Большое значение для расчетов имеет тип грунта на участке застройки, глубина залегания плотного несущего слоя, уровень промерзания почвы. При проектировании фундамента нужно подбирать такое количество стержней, чтобы проектная нагрузка на основание была меньше табличной, то есть обязательно должен быть запас прочности.

Основные составляющие расчетов нагрузки на сваи:

• диаметры ствола и лопастей;
• длина свайной конструкции;
• характеристики грунта.

Самый простой способ расчета выполняется при помощи формулы H = F / уk, где:

• H — вес, который выдерживает свайная конструкция;
• F — «чистая» нагрузка;
• уk — поправочный коэффициент.

Коэффициент надежности зависит от количества столбов в свайном поле, нагрузки на почву. Для определения поправочного коэффициента используют следующие данные:

• Коэффициент 1,2. Его используют в том случае, если были проведены точные геологические исследования с зондированием почвы, сбором образцов, лабораторными исследованиями грунта. Этот способ редко используют при строительстве частных домов из-за высокой стоимости геологической экспертизы.
• Значение 1,25. Такой коэффициент используется если было проведено пробное бурение. Сваю-эталон вкручивают в нескольких точках на участке застройки. Таким способом определяют глубину залегания несущего пласта, его толщину. Для выполнения пробного бурения нужны практические навыки, а также определенные познания в области геологии.
• Значение 1,75. Этот показатель применяется при самостоятельном исследовании грунта и использовании справочных данных. Он подходит для свайных фундаментов при количестве опорных столбов до 22 штук.

Для частного строительства лучше применять 2 способ, поскольку провести полноценную геологическую экспертизу своими силами невозможно.

Чтобы рассчитать неоптимизированную несущую нагрузку нужно выполнить вычисления по следующей формуле F = S x Rо, где Ro это прочность основания, а S — площадь лопасти. Ее вычисляют по специальной формуле или используют исходные данные, которые предоставляют изготовители винтовых свай.

Таблица 2. Размеры и вес свайных конструкций.

Диаметр столба, мм

Диаметр лопасти, мм

Толщина стали (ствол), мм

Толщина стали (лопасть), мм

При определении длины опорных конструкций нужно учитывать тип грунта и особенности климата данной местности. Поскольку сваи вкручивают ниже точки промерзания необходимо знать на какую глубину промерзает почва. Средние показатели для Москвы и Московской области:

• глинистые почвы и суглинки — 135 см;
• песчаные — от 164 до 176 см;
• каменистые — 200 м.

Для определения прочности основания (Ro) применяют табличные данные.

Таблица 3. Тип почвы и ее несущая способность.

Rо на глубине 150 см и более, кг/см2

Галька с включениями глины

Гравелистый с включениями глины

Песчаные почвы (крупная фракция)

Песчаные почвы (средняя фракция)

Песчаный (мелкая фракция)

Глинистые почвы и супеси

Вязкие глинистые почвы

Просадочный грунт или насыпное основание (с уплотнением)

Насыпной грунт (без уплотнения)

Данные из таблиц подставляют в формулу и находят ориентировочную нагрузку на основание. Полученное число умножают на коэффициент надежности и определяют проектную нагрузку на один опорный столб.

Более точное значение можно получить, используя множество коэффициентов: от глубины залегания лопастей и силы бокового трения до характера работы опоры, величины выдергивающих или сжимающих сил. Чтобы упростить работу используют данные из таблиц.

Таблица 4. Несущая способность одной свайной опоры (Ф ствола 108 мм, Ф лопасти 300 мм).

Несущая способность сваи в кг при глубине залегания лопасти, см

песчаные (крупная и средняя фракция)

песчаные (мелкая фракция)

Запас прочности свайных опор диаметром 108 мм позволяет использовать их в качестве основания для строительства каркасных, бревенчатых, брусовых домов в один этаж. Для двухэтажных построек, а также сооружений из кирпича и блока используют сваи большего диаметра.

Как выбрать стержни?

Выбирая изделия, нужно учитывать:

1. Тип и вес сооружения.
2. Несущую способность опоры.
3. Геологические условия участка.

Рассчитав суммарные нагрузки и используя справочную информацию о сопротивлении грунта, выбирают количество свай с учетом их несущей способности. Последний параметр напрямую связан с диаметром и длиной опоры. Длину выбирают, исходя из глубины промерзания грунта и высоты цоколя.

Рекомендации по выбору диаметра свай:

• Ø57 мм – заборы из сетки, легковесные конструкции;
• Ø76 мм – тяжелые ограждения из кирпича и профнастила;
• Ø89 мм – пристройки, террасы, гаражи, хозяйственные постройки;
• Ø108 мм – малоэтажные дома, дачи, бани, ангары;
• Ø 133 мм – тяжеловесные постройки весом до 12 т.

О размерах и диаметрах винтовых свай читайте в этой статье, как выбрать опоры для разных типов фундаментов — в этой. О винтовых сваях 108 расскажет эта статья.

Виды винтовых свай

В зависимости от материала изготовления винтовые сваи различаются на типы:

1. Металлические сваи – стальные изделия из профильной трубы. Отличаются недорогой стоимостью и возможностью ручного монтажа.
2. Железобетонные сваи – изделия, изготовленные из бетона, упрочненные армированным каркасом (подробнее об армировании свай читайте тут). Столбы имеют винтовую часть и оснащены металлическим наконечником. Отличаются повышенной несущей способностью и сроком службы от 100 лет за счет стойкости бетона к коррозийным процессам.

Металлические винтовые сваи по конфигурации лопастей различаются на:

• лопастные;
• спиральные;
• комбинированные.

По способу изготовления наконечников:

• литые;
• сварные;
• кованные.

По способу нанесения антикоррозионного покрытия:

• нанесение обмазочных материалов;
• холодное оцинкование;
• горячее оцинкование.

Подробнее о том, каких видов бывают винтовые сваи, можно узнать здесь, об оцинкованных винтовых сваях читайте здесь, о бетонных — тут, о металлических — тут.

Заводское производство и самостоятельное изготовление

Бетонные винтовые сваи изготавливают только на заводах, поскольку технология производства предполагает использование виброоборудования и сушильных камер. Металлические сваи можно сделать в домашних условиях при умении обращаться со сварочным аппаратом и болгаркой.

нужно учитывать такие факторы:

Использовать профильные трубы из высокопрочных марок стали.
Для лопастей применять листовую сталь толщиной не ниже 4–5 мм.
Уделять внимание прочности сварочных швов.
Выбирать качественные гидроизоляционные материалы.

Заводские изделия изготовлены по ГОСТУ и соответствуют заявленным техническим характеристикам. В свою очередь для самодельных труб сложно рассчитать несущую способность, что предполагает риски в процессе монтажа и эксплуатации. Как сделать винтовые сваи своими руками, можно узнать тут.

Размеры опор

Характеристики винтовых свай:

• длина трубы – от 1 м;
• диаметр сечения – от 57 мм;
• толщина стенки трубы – от 3,5 мм;
• толщина лопасти – 4–5 мм;
• диаметр лопасти – 150–300 мм.

Сваи с такими размерами обеспечивают необходимую несущую способность для легковесных сооружений, построенных на суглинистых почвах, которые преобладают на территории Московского региона и других областей РФ.

Нагрузка

Допустимая нагрузка на фундамент определяется типом грунта, а также несущей способностью одной опоры. Характеристика винтовой металлической сваи зависит от длины столба, а также диаметра трубы и лопастей. Подробнее о нагрузке на винтовые сваи можно узнать тут.

Зависимость параметров отражена в таблице:

Тип грунта	Несущая способность сваи (тонны) диаметром 108 мм при диаметре лопастей 300 мм
длина столба – 1,5 м	длина столба – 2,5 м	длина столба – 3м
Пластичные глины	3,7	4,4	5,0
Полутвердые глины	4,7	5,4	6,0
Суглинки, супеси	3,7	4,5	5,0
Пески средней фракции	Не используются	9,5	10,5

Уменьшающие коэффициенты

Обобщая вышесказанное, можно утверждать, что для простейших расчетов необходимо знать только прочностные характеристики грунта и площадь лопасти. При этом прочность грунта увеличивается с глубиной.

Однако, при упрощенной оценке данных параметров требуется ввести дополнительные коэффициенты, определяющие несущую способность с запасом надежности. Это связано с тем, что подробные изыскания не всегда проводятся, а данные берутся из таблиц для того или иного региона или приблизительного вида грунта.

Так, окончательный расчет следует вести по формуле:

N=F/yk

Где N – несущая способность сваи, F – сила давления, которую мы рассмотрели в предыдущем разделе, а yk – это коэффициент надежности.

Коэффициент надежности принимается с учетом количества опор и способов геологической разведки.

Его значение берется равным:

1,2 – при полном геологическом обследовании грунта. Он включает в себя зондирование и лабораторные исследования. Выполняется такое исследование специализированными лабораториями и, как правило, достаточно затратно. В частном строительстве практически не применяется.

1,25 – при проведении пробного вкручивания. Для этого в различные участки вкручивается эталонная свая, но определить нагрузочные параметры достаточно непросто без специальных знаний

1,4-1,75 – при использовании табличных (весьма приблизительных) значений для грунтов.

Таким образом, видим, что в расчет закладывается обычно до 75% надежности, т.е берется или количество свай, почти вдвое превышающих расчетные параметры.

Прочность трубы на сжатие

Почему в качестве опор для строительства выбираются металлоконструкции в виде трубы? Она имеет замкнутый контур, что придает опоре повышенную жесткость по сравнению с открытыми контурами швеллера или уголка. При равной массе металла конструкция трубы жестче, следовательно, расходы на трубные опоры оказываются ниже.

Существуют методики определения жесткости тех или иных труб, позволяющие выбрать их в качестве опор свайного фундамента.

В результате расчетов оптимальными для возведения фундаментов признаны трубы, выполненные из конструкционных марок стали, диаметром от 73 до 300 мм, с толщиной стенки от 4 мм для самых мелких труб. Чаще всего берутся рядовые трубы со сталью 20, как наиболее распространенные на рынке.

Большое значение имеет замкнутость и надежность контура трубы

Важно отметить, что для свай рекомендовано использовать только бесшовные трубы

Типовые опоры, их диаметр и выдерживаемый вес

Размеры свай и их длина должны соответствовать категории строения. Типовые размеры конусных опор, задействованных в частном строительстве, имеют следующие параметры:

• СВ89х250;
• СВ108х300;
• СВ133х350.

Первое цифровое значение обозначает диаметр стволовой части (мм), а второе – диаметр винтовой лопасти. Для конструкций, имеющих легкий вес, к которым можно отнести ограждения и садовые постройки, подойдет опора, ствольный диаметр которой равен 76 мм. Забор с кирпичными столбами, дачные пристройки, навесные конструкции и беседки устанавливают на конусы, у которых диаметр составляет 89 мм. Для небольшого деревянного дома из бруса и бревна, а также каркасных построек подходят оцинкованные лопастные стержни чуть большего размера (108 мм). Ну и завершают наш рейтинг самые мощные образцы несущих элементов фундамента (133 мм), с лихвой выдерживающие натиск тяжелой бревенчатой избы и пеноблочного сооружения. Чтобы точно рассчитать размеры необходимых свай с наконечником, нужно знать хотя бы приблизительный вес будущих хором.

Параметры часто используемых опор

Как определить допустимую надежность фундамента

Если вы будете использовать этот вариант расчета, то не получите достаточно обобщенный результат запаса прочности. Для окончательного определения несущих возможностей необходимо руководствоваться следующей формулой:

N=F/ γ,

в которой N – это расчетная нагрузка, F – это неоптимизированное значение несущей способности, для определения которого необходимо умножить площадь винтовой опоры на возможность почвы. Что касается последнего обозначения γ, то это коэффициент, показывающий запас прочности конструкции. Значение этого параметра напрямую зависит от точного вычислительных операций несущей способности опорной почвы. Также на значение этого параметра оказывает влияние общее количество свай в фундаменте.

Оголовок винтовой сваи размер и другие особенности можно прочесть из данной статьи.

С учетом указанных данных, необходимо отметить, чему будет равняться приведенный коэффициент надежности:

1. Если общее число свай составляет 5-20, то этот коэффициент принимает значение 1,75-1,4. Принимают в расчет этот параметр при условии, когда определяется несущая возможность винтовых элементов с низким ростверком, монтаж которого выполняется на опорах висящего типа.
2. Коэффициент будет равен 1,25, когда процесс расчета опорной возможности ведется на почве, отделяемой в ходе зондирования при помощи саи-эталона. Провести такие исследования могут начинающие геологи, которые обустроили измерительную площадку с эталонной сваей на участке возведения основания.
3. Если точно была определена опорная способность почвы, которая рассчитывается в ходе ее зондирования и исследующих лабораторных исследований, то коэффициент надежности примет значение 1,2.

Винтовые сваи плюсы и минусы такой конструкции указаны в статье.

На основании указанной информации можно вычитать несущую способность для винтовых элементов 133, она будет составлять 3,5 т. Получить такой результат удается при точном определении аналогичной характеристики почвы. Еще можно получить результат на основании усредненных сведений о несущей способности почвы и сведений об общем количестве опор. В результате усредненное значение будет составлять 2,4 т.

На видео рассказывается, какую нагрузку выдерживают винтовые сваи:

Буронабивные сваи с ростверком технология установка указана в данной статье.

Технические характеристики

К техническим характеристикам винтовых свай относится:

• длина и материал ствола;
• диаметр ствола;
• вид лопастей, способ их соединения с телом сваи.

Диаметр

Диаметр свайных стволов подбирают из стандартного ряда, соотнося с расчётной нагрузкой:

• ᴓ89мм (лопасть ᴓ250мм) — под несущую нагрузку не выше 5 тонн (каркасно-щитовые строения в 1 этаж);
• ᴓ108мм (лопасть ᴓ300мм) — под несущую нагрузку до 7 тонн (дома из бруса, пеноблоков, каркасные двухэтажные);
• ᴓ133мм (лопасть ᴓ350мм) — под несущую нагрузку до 10 тонн (строения из кирпича, газобетона, швеллера).

Длина

Длину свай подбирают, основываясь на показателях плотности грунта (по таблице) и перепадах высот на участке застройки:

• при залегании суглинков до 1 м от поверхности длина сваи — 2,5 м;
• рыхлый грунт или плывун — длина сваи определяется по длине бура, достигшего плотных слоёв;
• при перепадах высот рельефа длина свай может отличаться на 0,5 м для разных участков.

Количество опор и расстояние между ними

Оптимальное расстояние между опорами:

• 2-2,5 м — для деревянных каркасов и блочных строений;
• 3 м — для домов из бруса и бревна.

Важно: для обеспечения надёжности цоколь строения не должен подниматься над землёй выше, чем на 60 см, а длина сваи должна иметь запас 20-30 см. Произведя вычисления по формуле К = P*k/S, необходимо распределить положение свай в периметре для сбалансированности принимаемой ими нагрузки:

Произведя вычисления по формуле К = P*k/S, необходимо распределить положение свай в периметре для сбалансированности принимаемой ими нагрузки:

• под каждый угол сооружения;
• в местах пересечения несущих стен и внутренних перегородок;
• у входной группы;
• внутри периметра, руководствуясь шагом в 2 метра;
• под печью или камином (не менее двух свай);
• под несущими стенами со стороны балкона или мезонина.

К сведению! Объективные условия могут потребовать увеличения количества свай по сравнению с расчётным — такой запас прочности позволит не бояться перемен, возникающих в процессе эксплуатации.

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.

Заводские сваи с остроконечной лопастью

Различные виды наконечников винтовой сваи

Различают основные типы наконечников винтовых свай по способу соединения с телом трубы:

• Наконечники, выполненные из тела трубы
• Наконечники, приваренные к трубе

По форме наконечники могут быть:

• Крестообразные
• Круглые
• Трубы, обрезанные под углом
• Заостренные концы трубы

Обычно крестообразные наконечники изготавливают из самой трубы. Для этого на окончании трубы вырезаются лепестки и сбиваются к центру.

Рис. Крестообразный наконченик

Круглые наконечники чаще всего изготавливаются методом литья и привариваются к концу трубы.

Помимо труб с наконечниками, используются и сваи без наконечника – тело трубы может быть обрезано под углом, или иметь заостренные зубцы на конце. Такая обрезка труб облегчает их углубление. Использование таких свай возможно в достаточно плотных грунтах. Кроме того, зубы на конце сваи помогают преодолеть сопротивление грунтов с высоким содержанием мелких каменистых включений.

Резьбовой наконечник

Конструктивные особенности свайного фундамента

Винтовой фундамент состоит из двух конструктивных элементов — свайных опор и их обвязки (ростверка). Опоры передают нагрузку, исходящую от здания, на грунт, минуя поверхностные низкоплотные пласты земли и перенося вес дома на глубинную, уплотненную почву.

В зависимости от схемы размещения свай, выделяют два типа винтовых фундаментов:

• с последовательным расположением опор — сваи размещаются на равноудаленном расстоянии друг от друга по периметру внешних и внутренних стен дома;
• с расположением в виде свайного поля — опоры равномерно распределены по всей площади здания.

Исходя из схемы расположения свай выбирается способ их обвязки. Для последовательных свай применяются ленточные ростверки, тогда как сваное поле обвязывается сплошным, плитным ростверком.

Ростверк винтового фундамента выполняет три функции:

• равномерно распределяет между опорами вес дома;
• выступает в качестве опорной поверхности для цокольного перекрытия;
• увеличивает устойчивость свай в грунте.

Устойчивость опор достигается за счет того, что сваи соединяются между собой и начинают работать как единая конструкция, что дает повышенное сопротивление к опрокидывающим нагрузкам и защищает опору от крена, который может произойти с одиночной сваей.

В зависимости от материала, ростверк на сваях может быть монолитным (железобетон) из бруса либо швеллера. Для строительстве тяжелых домов предпочтительна железобетонная обвязка винтового фундамента, для легких домов — брусовая.

Типы используемых свай

Используемые в фундаментном строительстве винтовые сваи отличаются типом лопастей и диаметром:

• сваи ∅ 57 мм — применяются для возведения легких заборов и навесов;
• сваи ∅ 57 мм — пригодны для возведения легких вспомогательных помещений (сараев, беседок) и тяжелых заборов;
• сваи ∅ 89 мм — используются для каркасных домов, гаражей и одноэтажных построек из легких материалов;
• сваи ∅ 108 мм — имеют высокую несущую способность по материалу (до 6 тонн), позволяют строить дома высотой 1-2 этажа из бруса, сруба, пенобетона.

В малоэтажном строительстве применяются широколопастные сваи, соотношение диаметра ствола и лопастей в которых превышает 1,5.

Конструкция винтовых свай

Вопреки расхожему мнению, сваи винтовые стальные (СВС) создавались не для снижения бюджета строительства, а для гарантированной компенсации сил пучения на элементы фундамента, легкого достижения нижних опорных пластов. Существуют различные виды винтовых свай для малоэтажного строительства, однако их конструкция во многом схожа:

• тело – бесшовная труба (4 – 4,5  мм стенка), обычно из стали Ст3, максимальным ресурсом обладают конструкции из сталей 30ХМА, толщиной стенки 6 – 10 мм;
• лопасти – навариваются на тело или имеют вид самостоятельного наконечника (сварка, литье), привариваемого к телу сваи.

Подобная конструкция многофункциональна – лопасти преобразуют крутящий момент в продольное перемещение при погружении, компенсируют горизонтальные усилия, обеспечивая стабильность геометрии. Поэтому на СВС дома можно строить на вечномерзлых, слабых и пучнистых грунтах.

Разновидности винтовых свай

Рис. 1. Виды винтовых свай.

Перед тем, как выбрать винтовые сваи для фундамента дома, необходимо изучить требования нормативов СНиП от 1985 года за номером 2.02.03 (проектирование свайных полей), точнее последнюю редакцию от 2011 года – СП 24.13330 для расчета несущей способности основания.

Для различных сооружений существуют несколько типов СВС:

• узколопастные – многовитковый аналог шурупа, литой наконечник соединяется с телом сваи сваркой, для вечной мерзлоты используются варианты с зубьями по периметру нижнего среза (Рис. 1, Вар. 4), для почв с большим содержанием камней, осколков и плотных пород применяются заостренные наконечники (Рис. 1, Вар. 3);
• широколопастные – одна лопасть литого наконечника с 1– 1,5 заходом (Рис. 1, Вар. 1);
• многолопастные – несколько лопастей по длине для улучшенного опирания, компенсации вертикальных подвижек (Рис. 1, Вар. 2).

Здания максимально разрешенной этажности (3 уровня с мансардой) в малоэтажном строительстве можно строить исключительно на многолопастных СВС. Для легких построек достаточно однолопастных модификаций с широким винтом либо узкой спиралью наконечника в зависимости от типа грунта. Для винтовых свай предусмотрена стандартная маркировка:

• СВС – сварной наконечник;
• ВСЛ – литой наконечник;
• СВК – конусная модификация, может обозначаться СВС-К;
• СВП – конструкция дополнена пикой, варрант обозначения СВС-П;
• ВАУ – анкерное устройство винтового типа (сборная конструкция).

Литой наконечник винтовой сваи.

Для решения специфических задач производители выпускают сваи переменного диаметра, сложной конфигурации:

• серия Z – винтовой анкер для легких конструкций;
• серия Т – пластина оголовка с монтажными отверстиями;
• серия U – П-образный оголовок;
• серя F – круглый фланец;
• серия R – квадратный фланец.

Стандартными диаметрами СВС, СВЛ являются 57 – 325 мм. Изделия специальных серий имеют размер 159 мм, максимум. В маркировке последовательно отражается тип сваи, диаметр ствола, толщина стенки, размеры лопасти, общая длина изделия. Существуют особенности маркировки отдельных производителей. Например, фирма Фундэкс добавляет Ф1, Ф2 после стандартного обозначения (две, одна лопасть, соответственно).

Схема винтовой сваи.

В середине 20-го столетия для нужд армии выпускались максимально прочные СВЛ со следующими характеристиками:

• литой наконечник;
• винт 14 мм, 6 мм (возле конуса, с края, соответственно);
• бесшовная труба (Ст20);
• горячее цинкование (140 – 200 микрон).

При заявленном 100 – 180 летнем ресурсе эти изделия эксплуатируются до сих пор, поэтому реальный эксплуатационный период пока не известен.

Область использования

Лестница на винтовых сваях.

В 70% случаев индивидуальные застройщики не подозревают, что СВС можно использовать, не только для опирания коттеджей и бань, но и для изготовления фундаментов следующих конструкций, значительно сокращая время строительства:

• шумозащитные экраны, заборы;
• беседки, теплицы, малые архитектурные формы;
• усиление монолитных фундаментов (плита, лента);
• оттяжки, анкеры, столбы ЛЭП;
• временные сооружения с возможностью демонтажа (аттракционы, павильоны);
• мосты, причалы, укрепление откосов;
• рекламные конструкции.

В нормативах СНиП приведены детальные инструкции, как выбрать винтовые сваи для конкретных эксплуатационных условий. Для большей надежности рекомендуется красить изделия специальными антикоррозионными ЛКМ.

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.

Виды опор для фундамента

В домостроении используют такие типы оснований:

• буронабивные опоры (бетонные и железобетонные);
• забивные столбы (железобетонные, металлические и деревянные);
• винтовые стержни (стальные и железобетонные).

Расчет нагрузок

Допустимая нагрузка на один конструктивный элемент определяется, исходя из ее несущей способности. Основные требования и описания расчетов приведены в нормативном документе СНиП 2.02.03-85.

Теоретическая формула расчета показателя: 

где:

• Yc — коэффициент условий работы;
• Ycr – коэффициент сопротивления грунта;
• R – сопротивление почвы;
• A– диаметр сваи;
• U – периметр сечения опоры;
• Ycri – коэффициент, отражающий воздействие почвы на поверхность опоры;
• fi – сопротивление почвы относительно поверхности силового элемента;
• li – длина боковой грани одной сваи.

Формула для расчета сопротивления буронабивных опор:

где:

• Ycf  – коэффициент условий действия почвы на боковые поверхности опоры;
• Hi – толщина грунта, контактирующего с поверхностью сваи.

Предельную нагрузку для забивных свай находят по формуле:

Формула для расчета несущей способности винтовых опор:

где:

• a1 и a2 – коэффициенты, зависящие от угла внутреннего трения почвы;
• c1 – коэффициент линейности или удельного сцепления для различных грунтов;
• y1 – удельный вес грунта, расположенного выше винтовой части сваи;
• h1 – глубина опоры;
• h – общая длина трубы;
• d – диаметр винтовой части.

Как видно из формул, несущая способность силовой конструкции зависит от геологических условий на участке, а также размеров свай. Табличные коэффициенты условий работы берут из СНиП 2.02.03-85.

Выбор типа свай обусловлен такими факторами:

1. Экономической целесообразностью в заданных условиях.
2. Возможностью строительства своими руками.
3. Физико-химическими и механическими свойствами грунта.
4. Периодом года, когда планируется строительство.

Типовые размеры свайных опор

Размеры и несущая способность опорных элементов для усредненных условий всегда проводится в характеристиках изделий при продаже.

Типовые характеристики винтовой сваи:

• диаметр ствола 108мм, лопасти – 300мм;
• длина трубы – 2,0–2,5 м;
• толщина стенки трубы – 4–5мм;
• толщина лопасти – 5–6 мм.

Популярный размер бетонных винтовых свай:

• диаметр сечения – 300 мм;
• длина ствола – 4 м.

Популярные забивные сваи имеют следующие размеры:

• железобетонные столбы: длина ствола – 3 м, сторона – 150–200 мм;
• металлические стволы: диаметр 150 мм, толщина стенки – 3,5 мм, длина ствола – 1,5 – 2 м.
• деревянные: подбирается индивидуально.

Типовой размер буронабивных свай:

• диаметр – 150 мм;
• глубина – 3–4 м.

Сколько винтовых свай нужно под дом?

Какую нагрузку способны нести винтовые сваи как фундамент? — вот часто задаваемый вопрос в начале строительства. Винтовые сваи с каким диаметром выбрать для своего строения? Какой длины винтовые сваи необходимы? Как распределяется нагрузка постройки на свайное поле? Ведь фундамент это основа любого сооружения. При выборе свай необходимо учесть все конструктивные особенности будущего строения. Учитываются материалы из которых возводится сооружение, конструкция здания и его особенности, нагрузка сооружения на фундамент в целом. Как правило расчет будущих нагрузок делают с запасом. При загородном строительстве не трудно произвести расчет самому и выбрать необходимые винтовые сваи и их количество. Далее приведены винтовые сваи с обеспечением несущей способности: для Ø57 мм – 1,5 т для Ø89 мм – не менее 3,5 т для Ø108 мм – не менее 4,5 т для Ø133 мм – не менее 7,0 т для Ø159 мм – не менее 10,0 т Каждая винтовая свая несет нагрузку пропорционально от общей массы строения. Наиболее часто используемые сваи в загородном строительстве каркасных и домов из бруса — 89 мм. и 108 мм. Длина винтовых свай зависит от качества грунтов. Наиболее ходовой и часто используемый размер это 108 мм. свая длиной 2500 мм. Для строений с использованием газобетона, кирпича, швеллера и т.п. используются сваи диаметром от 133 мм. и больше. При необходимости, установленные винтовые сваи «обвязывают» швеллером, или устанавливают железобетонный ростверк на основе свай. В любом случае использование винтовых свай позволяет сэкономить деньги и время.