Надёжность свайных и столбчатых оснований напрямую зависит от количества опорных элементов. При проектировании и разметке фундаментного поля необходимо определить расстояние между сваями таким образом, чтобы нагрузка от постройки распределялась равномерно между всеми опорами. Перед началом работ необходимо изучить требования и рекомендации нормативных документов.
Проектирование фундаментов
Главным руководящим документом, регламентирующим проектирование фундаментов, является Свод Правил 24.13330.2011г. «Свайные фундаменты».
Раздел 4 документа обязывает при проектировании учитывать:
- результаты инженерных изысканий;
- сведения о сейсмической опасности в районе строительства;
- данные о назначении, конструктивных особенностях сооружения и условия эксплуатации;
- нагрузки, действующие на фундамент;
- существующую застройку и влияния на неё нового строительства;
- экологические требования;
- технико-экономическое сравнение возможных проектных решений;
- состояние грунтовых вод;
- выданные уполномоченными организациями технические условия.
Основываясь на результатах анализа, выбирают проектные решения о необходимом количестве свай и способе их распределения.
Виды свай
Количество необходимых опор зависит от типа и размеров, способа установки, площади основания.
В промышленном и гражданском строительстве используют типы свай:
- Забивные, железобетонные или стальные. При установке механизированный молот производит удары, углубляя опору. Грунт вокруг сваи уплотняется, а часть нагрузки в дальнейшем будет восприниматься боковыми стенками.
- Буронабивные. Для сваи бурят отверстие необходимой глубины и диаметра. Монтируют в шурфе каркас арматуры и заливают отверстие бетоном. При обустройстве отверстий возможно расширить нижнюю часть шахты, тем самым увеличить площадь сечения. Исходя из этого расстояние между буронабивными сваями может быть больше, чем у других видов.
- Вибропогружаемые утапливают без больших ударных нагрузок. Свае придают вибрацию, и она под собственным весом продавливает грунт. Способ используют для пустотелых труб большого диаметра, выдавленную во внутреннюю полость землю извлекают и удаляют со стройплощадки.
- Винтовые основания чаще применяют при возведении каркасных или деревянных жилых домов, так как монтаж опоры можно провести без использования тяжёлой техники. К нижней части конструкции приварены лопасти, что значительно увеличивает площадь опоры. Поэтому расстояние между винтовыми сваями может быть больше чем при других типах конструкции.
- Вдавливаемый тип подходит для небольших строений и ограждений. Для монтажа необходима специальная техника.
В качестве материала используют железобетон, металл, дерево.
Для оптимального распределения нагрузки сваи соединяют обвязкой или ростверком. Частный случай — объединение свайного поля и ленточного фундамента.
Сбор информации для проектирования
Критически важными показателями, влияющими на количество необходимых опорных элементов, являют несущая способность грунтов и действующие на фундамент нагрузки.
Теоретический расчёт свай по грунту
Для проведения анализа проводят разведочные выработки грунта в месте строительства. Согласно п.5.5. Свода Правил если нагрузка на куст свай будет превышать 3 Нм, то шурф бурят на глубину 5 метров ниже опорного конца.
На лёгких грунтах — насыпных, песчаных, слабоглинистых и набухающих — бурение проводят до подстилающих плотных пород, на которые будут опираться сваи.
Для самостоятельного расчёта количества опор «по грунту» произвести не всегда возможно, для этого надо обладать инженерными знаниями.
Формула выглядит так: F = Yc * (Ycr * R * A + U * ∑ Ycri * f * l).
Обозначения параметров:
- F — несущая способность;
- Yc, Ycr, Ycri — коэффициенты из таблиц Свода Правил;
- А — площадь опоры;
- U — периметр стенок сваи;
- F — сила трения боковых стенок;
- R — несущая способность грунта, полученная по таблице или в результате натурных испытаний;
- L — длина сваи.
Подставив требуемые значения в формулу, вычисляют, какую нагрузку способна выдержать одна опора.
Инструментальное измерение параметров грунта
Существуют способы опытным путём определить несущую способность грунтов.
Метод статических нагрузок заключается в проведении следующего комплекса работ:
- На стройплощадке устанавливают пробные стойки фундамента, выдерживают время для набора прочности, если свая буронабивная.
- Прикладывают к опоре нагрузку от ступенчатого домкрата.
- Точными измерительными приборами замеряют усадку после приложения нагрузки.
- По специальному алгоритму и таблицам вычисляют несущую способность.
По опыту строителей такой способ считается наиболее точным.
Метод динамических нагрузок предусматривает ударные нагрузки на контрольную сваю с одновременным замером усадки основания после каждого воздействия. По результатам получают искомую величину максимальной возможной нагрузки.
Зондирование с помощью пробной сваи и установленных к ней датчиков позволяет получить данные по сопротивлению каждого слоя грунта, если они неоднородные.
Вычисление нагрузки
Полную нагрузку на фундамент определяют расчётным путём.
Складывают:
- массу свай и ростверка;
- вес стен, перекрытий, кровли;
- снеговую, ветровую и эксплуатационную нагрузку.
Удельные веса строительных материалов можно получить из справочников и данных производителей.
Снеговая нагрузка принимается по результатам многолетних наблюдений в регионе постройки. Значения отражены в строительных справочниках.
Для регионов с сильными ветрами давление потоков воздуха составляют значительные величины. Пренебрегать ими при расчётах нельзя, особенно для крыш с крутыми скатами.
Под эксплуатационной нагрузкой понимают массу людей, проживающих или находящихся в доме временно. Добавляют вес предметов мебели и бытовых электрических и сантехнических приборов.
Полученную нагрузку при расчётах фундамента необходимо увеличить на 10–15%. Часто возникают плановые и непредвиденные ситуации, например, появилось желание обшить дом пластиковым или металлическим сайдингом, что увеличит нагрузку на фундамент.
Определения количества свай
После сбора данных по несущей способности грунта и общей массе нагрузки можно вычислить минимально необходимое количество свай.
Последовательность вычислений:
- Общую нагрузку в кг делят на несущую способность грунтов, измеряемую в кг/см2. В результате получают общую потребную площадь опор.
- Вычисляют площадь одной опоры.
- Разделив необходимую площадь фундамента на сечение одной опоры получают их необходимое количество.
Если получается большое количество свай, лучше использовать опоры с большей площадью основания.
Распределение по площади
Расставляя места установки упор, учитывают минимально и максимально допустимые дистанции.
Расстояние между забивными сваями не может быть меньше 3 диаметров опоры, в противном случае бывает отрицательное взаимное влияние.
При распределении опор по фундаментному полю учитывают требование равномерного распределения нагрузок.
Обязательно монтируют сваи в углах постройки и пересечении любых стен между собой. Большее количество опор монтируют под тяжёлыми капитальными стенами.
Нельзя допускать разницу весов между наиболее и наименее нагруженными сваями более 15%. Постоянные нагрузки на опоры не должны различаться более чем на 5% и кратковременных более чем на 20%. Это важно, например, для фундамента под встроенный в дом гараж.
Максимальный шаг свай обусловлен наличием или отсутствием ростверка. В большей части случаев сваи не должны располагаться более чем на 1,5 м друг от друга.
Выделяют способы установки:
- одиночный;
- кустовой;
- лентой;
- сплошным полем.
Выбор варианта зависит от ранее произведённых расчётов, конфигурации здания, мест максимальных и минимальных нагрузок.
Одиночные сваи предназначены для установки столбов освещения или небольших по площади сооружений.
Кусты монтируют при больших нагрузках на единицу площади, например, под стенами многоэтажных зданий.
Ленты в один ряд чаще всего применяют в строительстве подпорных стенок большой протяжённости.
Для частных двухэтажных домов и вообще построек большой площади проводят установку фундаментных полей, с шагом свай, рассчитанным исходя из нагрузки.
Постройки небольшой массы
Для строений небольшого веса, например, террас и сараев с животными, применяют упрощённый способ расчёта и монтажа. Достаточно установить сваи по углам здания и сделать обвязку брусом.
На таком фундаменте можно ставить каркасные сооружения с заполнением плитами ОСБ.
Правильный расчёт фундамента при отсутствии специального образования лучше доверить специализированной организации. От верного проекта зависит прочность всей конструкции и безопасность использования. Перед началом строительства желательно изучить основные требования, которые пригодятся для контроля подрядной организации.