Добавить в закладки
Текущий рейтинг статьи:
Статьи

Пример расчета буронабивных свай: технологии, армирование, масса дома, прочность сваи, несущая способность грунта и подсчет количества опор

Как выглядит расчет буронабивных свай с ростверком? Вместе с читателем мы изучим основные этапы проектирования фундамента частного дома.

   X

Кроме того, в рамках статьи будут затронуты терминология и некоторые аспекты технологии строительства.

Устройство фундамента на буронабивных сваях.

Устройство фундамента на буронабивных сваях.

Почему сваи

Для начала давайте разберемся, когда стоит остановить свой выбор именно на буронабивных сваях.

В общем случае свайный фундамент обходится на 20-50% дешевле ленточного и в разы дешевле плитного. При этом благодаря значительному заглублению сваи опираются на плотные слои грунта ниже уровня промерзания.

Уточнение: на торфяных и песчаных почвах расстояние от поверхности до плотного основания может составлять до 8-10 метров.
В таких случаях с учетом затрат на материалы и бурение более осмысленное решение — плавающий плитный фундамент.

От основной альтернативы — винтовых свай для фундамента — буронабивные выгодно отличаются большей долговечностью. Даже будучи оцинкованной, стальная труба не полностью защищена от коррозии: при вкручивании цинковый слой неизбежно нарушается; именно поэтому срок службы винтового фундамента обычно оценивается в 50-70 лет. Впрочем, заполнение полой трубы бетоном способно заметно увеличить ее ресурс.

Технологии

  Реклама


 

Классический алгоритм создания буронабивной сваи прост и понятен:

  1. На глубину ниже уровня промерзания бурится скважина. Для этого может использоваться ручной или механический бур.
Бурение скважины под свайный фундамент.

Бурение скважины под свайный фундамент.

  1. В нее погружается свернутый в трубу рубероид.
  2. Внутрь трубы помещается арматурный каркас.
  3. Затем полость заполняется жидким бетоном марки М200 или выше.
  4. После застывания и набора бетоном прочности мы получаем готовую опору с уже присутствующим слоем гидроизоляции (рубероид остался в грунте, помните?). Осталось лишь связать опоры ростверком (как правило, железобетонным) — и фундамент готов.

Однако потенциальному самостоятельному строителю полезно знать ряд тонкостей и альтернативных технологий.

  • Устройство буронабивных свай раскатчиком позволяет создать вокруг каждой опоры слой уплотненного грунта и тем самым увеличить и устойчивость фундамента, и его несущую способность. Суть метода — в том, что при бурении грунт не вынимается из скважины, а уплотняется в ней.
  • Минимальное расстояние между буронабивными сваями в свету (то есть между ближними друг к другу точками поверхности соседних опор) в общем случае не должно быть менее одного метра. При бурении скважин ближе друг к другу возможна их деформация. Исключение — скальные грунты и заливка элементов фундамента внутри обсадной трубы из стали, асбестоцемента и т.д.
Асбестоцементная обсадная труба предотвратит осыпание стенок скважин.

Асбестоцементная обсадная труба предотвратит осыпание стенок скважин.

  • В общем случае ростверк отделяет от поверхности грунта расстояние как минимум в 100 — 150 миллиметров. Оно необходимо, чтобы избежать влияния пучения грунта.
    Однако ростверк может быть и заглубленным: в этом случае под ним засыпается песчаная подушка. Ее толщина определяется особенностями почвы на участке; однако при любом грунте она не должны быть тоньше 100 миллиметров.
  • На сыпучих и непрочных грунтах использование жестких обсадных труб предпочтительно. Осыпавшаяся стенка скважины будет означать значительное падение несущей способности участка фундамента. Из возможных решений минимальна цена картонных труб; однако асбестоцемент куда более долговечен и заодно обеспечит полноценную гидроизоляцию бетона.

Расчеты

Итак, нам предстоит своими руками рассчитать фундамент.

Что именно нуждается в расчетах?

  1. Сечение свай.
  2. Их количество.
  3. Толщина и количество арматуры в каждой свае.

Армирование

Начнем с последнего пункта.

Расчет армирования буронабивной сваи, применяемый при строительство промышленных объектов и многоквартирных домов, достаточно сложен и учитывает как нагрузку на сваю, так и тип грунта, и степень его подвижности.

Однако частное домостроение подразумевает умеренную нагрузку на отдельную опору и, что важнее, ее сравнительно небольшую длину. Если при строительстве промышленных объектов можно встретить сваи диаметром в метр и более при длине 50-60 метров, то в нашем случае длина редко превышает 2,5-3 метра, а диаметр — 35 сантиметров.

Частное домостроение - это умеренная нагрузка на фундамент при его скромных габаритах.

Частное домостроение — это умеренная нагрузка на фундамент при его скромных габаритах.

Основные нагрузки опора, понятное дело, испытывает на сжатие; между тем продольная арматура противостоит совсем другим нагрузкам — на излом и срезающим.

Именно поэтому при самостоятельной подготовке свайного фундамента достаточно придерживаться нескольких простых правил:

  • Общая длина арматурного каркаса должна уступать длине сваи не более чем на 10 сантиметров.
  • Через каждые 70 сантиметров продольная арматура перевязывается горизонтальными перемычками. Для соединения можно использовать как сварку, так и вязальную проволоку.
  • В общем случае достаточно трех прутков рифленой арматуры диаметром 14 миллиметров или четырех 12-миллиметровых. Поперечные перемычки выполняются из гладкой арматуры сечением 6-8 миллиметров.
Устройство арматурного каркаса хорошо видно на фото.

Устройство арматурного каркаса хорошо видно на фото.

Важный момент: арматурный каркас должен отстоять от внешней поверхности сваи как минимум на 3 сантиметра.
Слой бетона защищает сталь от коррозии.

Масса дома

От чего зависит минимально необходимое количество свай?

  1. От несущей способности одной опоры. Она, в свою очередь, определяется сечением площади опоры и несущей способностью грунта.
  2. От массы здания.

Как выяснить, сколько весит дом?

Инструкция по расчету должна быть довольно сложной, ведь предстоит учесть немало факторов:

  • Массу несущих стен и внутренних перегородок;
  • Массу перекрытий, утепления и кровли;
  • Количество домашней утвари, которое, к сожалению, подчиняется собственным законам и нарастает буквально лавинообразно;
  • Снеговую нагрузку, которая, в свою очередь, зависит от климата;
  • Запас прочности на неоднородности грунта и прочие неучтенные факторы.

На практике, однако, можно сильно упростить себе задачу. Для сбалансированных конструкций приблизительно оценить массу строения без коэффициента прочности можно, умножив массу несущих стен на 2: вес перекрытий, кровли, мебели, обитателей дома и снеговой шапки в пике примерно равен весу внешних стен.

Важный момент: для каркасных строений и домов из sip-панелей стоит использовать коэффициент 3.
Стены этих сооружений обладают большой несущей способностью при довольно незначительной собственной массе.

Полученный примерный результат умножается на коэффициент 1,3 для того, чтобы обеспечить гарантированный запас прочности.

Для расчета недостает лишь справочной информации о плотности популярных строительных материалов.

Приведем несколько значений:

  • Известняк средней плотности — 1600 кг/м3.
  • Полнотелый кирпич — 1800 кг/м3.
  • Тяжелый бетон — 2400 кг/м3.
  • Пенобетон — 300 — 1400 кг/м3 в зависимости от марки.
  • Поризованный кирпич — 1200-1400 кг/м3.
  • Сосновый брус — 500 кг/м3.
  • Пенополистирол — 45 — 150 кг/м3.
Параметры некоторых строительных материалов.

Параметры некоторых строительных материалов.

Давайте в качестве примера попробуем оценить нагрузку на сваи, которую создаст дом из соснового бруса с толщиной стен, равной 25 сантиметрам. К массе бруса нам придется прибавить вес железобетонного ростверка сечением 35 (ширина) на 30 (высота) сантиметров.

Дом — одноэтажный, с высотой стен 3,5 метра и размером 10*10 метров.

  • Объем ростверка будет равным (10+10+10+10)*0,35*0,3=4,2 м3. Масса — 4,2*2400=10080 кг.
  • Объем стен равен (10+10+10+10)*3,5*0,25=35 м3. Весят они 35*500=17500 кг.
  • Для дома с деревянными перекрытиями можно смело использовать коэффициент 2. Ориентировочная масса дома может быть оценена как (10080+17500)*2=55160 кг.
  • С учетом запаса прочности несущая способность свайного фундамента должна быть не менее 55160*1,3=71708 кг.

Прочность сваи

Несущая способность опоры определяется двумя факторами:

  1. Ее механической прочностью по отношению к нагрузке на сжатие.
  2. Несущей способностью грунта.

В абсолютном большинстве случаев первым параметром можно пренебречь — просто потому, что прочность железобетона многократно превышает несущую способность почвы. Давайте, однако, перестрахуемся и выполним несложный расчет.

Прочность бетона марки М200 позволяет ему выдержать нагрузку в 200 кг/см2. При диаметре сваи в 30 сантиметров площадь ее сечения будет равна 3,14159265*0,15м^2=0,0707м2, или 707 квадратных сантиметров.

Стало быть, разрушающая нагрузка на сжатие будет не менее 707*200=141400 кг. Одна свая способна с двухкратным запасом принять всю массу нашего здания!

Не стоит забывать: бетон набирает прочность, близкую к максимальной, примерно за месяц. Лишь по прошествии этого срока можно продолжать строительство.

Не стоит забывать: бетон набирает прочность, близкую к максимальной, примерно за месяц. Лишь по прошествии этого срока можно продолжать строительство.

Несущая способность грунта

Чтобы выполнить расчет буронабивной сваи, нам опять-таки понадобится справочная информация.

Ниже приведены расчетные нагрузки в килограммах на квадратный сантиметр грунта, не приводящий к его просадке.

  • Крупные и гравелистые пески — плотные 4,5, средние — 3,5.
  • Средние пески — плотные 3,5, средние 2,5.
  • Мелкие пески при низкой влажности — плотные 3,0, средние 2,0.
  • Насыщенные водой мелкие пески — плотные 3,5, средние 2,5.
  • Твердые глины — плотные 6,0, средние 3,0.
  • Пластичные глины — плотные 3,0, средние 1,0.
  • Крупнообломочные грунты, щебень, гравий, галька — плотные 6,0, средние 5,0.

Давайте в качестве примера рассчитаем максимальную нагрузку на буронабивную сваю диаметром 30 сантиметров на плотном влажном мелком песке. Площадь опоры нами уже рассчитана и равна 707 см2. Несущая способность грунта в нашем случае берется равной 3,5 кгс/см2. Стало быть, на одну опору должно приходиться не более 3,5*707=2474, 5 килограмма.

Капитан Очевидность подсказывает: опоры конического сечения с расширением книзу позволяют при меньшем расходе бетона увеличить площадь опоры и ее несущую способность.
В приведенном выше случае увеличение сечения нижней части сваи всего на 10 сантиметров сделает ее несущую способность равной 4396 килограммам; соответственно, общее количество свай можно будет уменьшить в полтора с лишним раза.

Несущая способность опоры зависит от типа грунта и площади ее подошвы.

Несущая способность опоры зависит от типа грунта и площади ее подошвы.

Расчет количества свай

Его методика очевидна: достаточно просто разделить предполагаемую массу здания с учетом запаса прочности на несущую способность каждой опоры. В нашем случае при использовании свай сечением 30 см с расширением внизу до 40 см необходимо как минимум 71708/4396=16 свай.

При выборе количества опор и их сечения стоит учитывать еще один фактор: на опоры должны приходиться все углы здания и точки соединения внутренних перемычек. Если 16 точек опоры недостаточно для того, чтобы обезопасить ростверк от значительных изгибающих нагрузок — количество свай может быть увеличено.

Сваи располагаются во всех углах внешних стен и под массивными перегородками.

Сваи располагаются во всех углах внешних стен и под массивными перегородками.

Необходимое сечение при этом рассчитывается методом, так сказать, от обратного. Предположим, что конфигурация стен дома нуждается как минимум в 24 точках опоры.

В этом случае:

  • Расчетная несущая способность каждой сваи должна быть не менее 71708/24=2987 кг.
  • На нашем грунте опорная поверхность каждой сваи будет равной как минимум 2987/3,5=853 см2.
  • Радиус основания сваи будет равен квадратному корню из (853/3,14159265), то есть 16,5 сантиметрам. Диаметр — 16,5*2=33 см. При этом выше основания диаметр может быть значительно меньше: как мы уже выяснили, прочность железобетона заведомо избыточна.

Вывод

Приблизительный расчет свайного фундамента не представляет особых сложностей даже для человека, далекого от строительства. Все, что для него необходимо — здравый смысл, знание основ геометрии и немного справочной информации о свойствах грунтов и стройматериалов. Как обычно, в представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.

Успехов в строительстве!



Добавить в избранное Версия для печати
Поделитесь:
Рейтинг статьи:
Опубликовано: 26.03.2014

Оставить комментарий

ОБЯЗАТЕЛЬНО приложите ФОТО проблемы - так ответ эксперта будет гораздо точней

Оставляя комментарий, Вы принимаете пользовательское соглашение

Ваше имя:
Ваш e-mail:




Top