Свайно-винтовой фундамент для каркасного дома

Одним из самых ответственных и серьезных этапов в строительстве домов является возведение фундамента. Самым распространенным и часто применяемым видом основания считается ленточный фундамент, глубина заложения которого (расстояние от почвы до нижней части основания) зависит от разных факторов. Планируя строительство, важна глубина ленточного фундамента, поскольку от этого показателя зависит безопасность и срок эксплуатации постройки.

Что это такое и для чего он нужен?

Он состоит из обреза (верхняя часть) и подошвы (нижняя часть). Расстояние между ними является высотой фундамента, а расстояние между подошвой и поверхностью земли принято называть глубиной заложения или заглублением.

По сути, фундамент является связующим звеном между стенами здания и грунтом. Его задачей становится восприятие всей тяжести конструкции и эксплуатационных нагрузок, обеспечение устойчивости сооружения при любых изменения в грунте и природных воздействиях.

Он должен исключить проседание, деформации, растрескивание и наклонение стен при любых нагрузках в течение всего срока эксплуатации здания.

От прочности и долговечности фундамента зависит надежность, безопасность и срок службы всего сооружения. Так какие же виды фундаментов бывают?

Виды фундаментов для дома

Столбчатый

Такой фундамент размещается в точках, где на грунт передаются наибольшие усилия нагрузки от строения. При этом, столбы из бетона или кирпича закапываются глубже, чем промерзает почва. Это защитит ваш фундамент от деформации при морозном пучении грунтов.

Ленточный

Выделяют два вида ленточного фундамента: мелкозаглубленный (МЗЛФ) и полнозаглубленный.

Полнозаглублённый — позволяет построить дом любого размера.

  • Плюсы: простой и надёжный.
  • Минусы: требуется большой объем материала, так как необходимо заглубление ниже уровня промерзания.

Мелкозаглублённый — монолитное сооружение в форме ленты.

  • Плюсы: экономия материалов, небольшой объем работ, подходит при высоком уровне грунтовых вод.
  • Минусы: необходимо строго соблюдать методику исполнения.

Свайный

Существуют винтовые и буронабивные свайные фундаменты.

Винтовые сваи работают так: металлические сваи с лопастями закручиваются в почву, как винт и уже на сваях возводится строение. Этот вариант самый быстровозводимый. Специалисты выполняют такой фундамент за 1 — 2 дня. Буронабивные сваи устанавливаются следующим образом: бурится отверстие в земле, в него помещается каркас из арматуры, и заливается бетоном.

Плюсы:

  • Меньше работы с землёй, по отношению к остальным видам фундаментов.
  • Можно возвести массивный каменный дом на слабых верхних грунтах.

Минусы:

  • Винтовые сваи возможно использовать только на определенного рода грунтах.
  • Буронабивная свая непроста исполнении, в случае, если почва, в которой бурят отверстия, осыпается.

Подробнее о фундаменте на винтовых сваях мы рассказывали в предыдущей статье.

Плитный

Плитные фундаменты — часто выполняемые и надёжные разновидности фундаментов.

Плюсы: располагается неглубоко, надежная конструкция.

Минусы: большой расход материалов.

По глубине исполнения фундаменты разделяются на:

  • Мелкозаглублённые (их строят там, где не бывает сил морозного пучения);
  • Глубокозаглублённые (сооружаются ниже уровня промерзания грунта, это позволяет защититься от морозного пучения).

Также плитные фундаменты делятся по способу исполнения на:

  1. Монолитные — исполняются из армированного бетона, методом его заливки в специальные деревянные формы — опалубку. Этот вариант считается самым надёжным.
  2. Сборные — собираются из готовых бетонных блоков на месте строительства.
  3. Комбинированные — это промежуточная форма, при которой готовые бетонные фрагменты фундамента соединяются между собой раствором.

Пример расчета свайного фундамента с ростверком

Требуется построить одноэтажный жилой дом в Сургуте. Длина 8 м., ширина 9 м. Болотная почва. Опоры – винтовые, размером 86х250х2500. Итак, как правильно рассчитать свайно-ростверковый фундамент?

  1. П.Н = 8 * 9 * 100 кг = 7200 кг
  2. Нормативная снеговая нагрузка в Сургуте – 180 кг/м2. С.Н = 180 * 8 * 9 = 12960 кг.
  3. Предположим, что сумма веса облицовки, крыши и бруса – 30126 кг.
  4. С. Н = (М + П.Н + С. Н) * К.Н = (30126 + 7200 + 12960) * 1,2 = 60343 кг. (так как дом жилой, К.Н – 1,2).
  5. Предположим, что Fd (грузонесущая способность сваи) – 2000 кг. Следовательно, n = С.Н / Fd = 60343 / 2000 = 30. Таким образом, для строительства понадобится 30 столбов. Между опорами 2 м.
  6. Допустим, что грунт имеет 6 пластов: растительный, супесь, глина, суглинок, глина, песок средней крупности. Опора углубляется на 1 м. в твердую породу – песок, суммарная высота остальных слоев — м. Дополнительно прибавляется 40 см. для соединения с обвязкой. Высота свай = 1 + 7,25 + 0,4 = 8,65 м.
  7. Стандартное сечение обвязки – 40 * 30 см. Масса рамки формируется из бетона, армируется каркасом из арматуры.

Дом – это крепость, основа которой — фундамент. В слабых грунтах со сложным рельефом давление на опоры увеличивается в разы. Рама – единая конструкция, выдерживающая изгибающие силы, вертикальный и горизонтальный навал. Точный расчет свайно-ростверкового фундамента делает проживание в здании безопасным.

Читайте также:  Можно ли утеплить деревянный дом пенопластом?

Необходимая информация

Чтобы ответит на вопрос: какой тип фундамента лучше в той или иной ситуации, нужно в полном объёме эту ситуацию представлять, то есть владеть всей необходимой для этого информацией. Сюда входит:

  • тип грунтов;
  • уровень грунтовых вод;
  • вес здания со всеми снеговыми ветровыми и эксплуатационными нагрузками;
  • тип здания;
  • особенности рельефа;
  • глубина промерзания почвы;
  • и даже вид планируемого стенового материала.

Другими словами, перед тем как узнать какой тип фундамента выбрать, нужно иметь на руках геодезические исследования грунта и готовые инженерные расчёты по планируемому зданию. Без этого ни один профессионал вам ничего не посоветует.

Заглубление ленточного фундамента

Перед тем, как выявить глубину ленточного фундамента, следует определиться с его типом. При сооружении фундамента для одноэтажного дома из пеноблоков, древесины или кирпича подойдет мелкозаглубленный тип. Стандартная глубина равняется 70 см.

Заглубленный тип используют для построек с немалым весом, а также применяется при сооружении домов, где предполагается наличие подвалов. В этой ситуации глубина будет составлять ГПП (глубина промерзания почвы) + 20-30 см.

Для отапливаемых построек разрешается рассчитывать, на сколько заглублять основание, без учета ГПП. Однако следует учитывать, что работы нужно будет завершить до наступления заморозков.

Минимальная глубина ленточного фундамента для объектов без отопления равна: средняя ГПП + 20-30 см. Для отапливаемых значение уменьшается на 20-30%. Если постройка подразумевает подвальное помещение, то замеры совершают от его пола.

При размещении основания на песчаных грунтах разрешено заглубление выше линии ГПП, если подошва расположена к уровню почвы не ближе 50-60 см. Если рядом проходят воды, или почва является сильнопучинистой или глубокопромерзающей, то от ленты лучше отказаться.

Важно: фундаменты основной постройки и примыкающих к ней мелких сооружения должны располагаться на одной глубине. Разный уровень допускается только в том случае, если существует большое различие в нагрузках на основание.

Сбор нагрузок свайного фундамента

Для определения нагрузки рассчитывают вес строительных материалов

При расчете свайно-винтового фундамента требуется найти сумму воздействующих на него нагрузок в единицах массы (для крупных зданий это тонны). Их можно разделить на константные и временные. В последнюю категорию входят:

  • Длительные – стационарное оборудование с его наполнением, временные ограждения.
  • Кратковременные – факторы климата (снег и т.д.), передвижное оборудование, транспорт, воздействия живых существ.
  • Специфические – действие пожаров, взрывов, повреждений фундамента (влияющие на внутреннее строение грунта), сейсмического фактора. Их значение может быть отрицательным.

Подсчет общей нагрузки на фундамент реализуется посредством простого суммирования значений нагрузок по всем приведенным категориям. Чтобы узнать сумму константных воздействий, нужно определить удельный вес затрачиваемых на строительные работы материалов. Требуемую информацию может предоставить их поставщик. Зная материал, его толщину и тип конструкции, можно воспользоваться табличным значением параметра. Наибольший удельный вес на каждый квадратный метр имеет железобетон. Это относится к стеновым конструкциям и к перекрытиям. Обязательно учитывается вес кровли.

Когда расчет свай и фундамента производится собственноручно, нужно брать во внимание, что показатель нагрузки определяется как нормативный параметр, перемноженный на коэффициент надежности γf. Последнее значение зависит от материала конструкции и его плотности и обычно находится в границах 1,05-1,3.

К примеру, периметр P внутренних и внешних стен деревянного дома равен 50 м, высота h – 5 м, а удельный показатель сырья – 70 кг/м2. Тогда нагрузка будет рассчитываться по формуле P*h*удельный вес=50 м*5 м*70 кг/м² = 17500 кг = 17,5 т. Аналогичные показатели вычисляют для крыши и перекрытий. В первом случае удельный вес материала умножают на площадь. Во втором добавляют еще один множитель – количество перекрывающих элементов. Эти три значения – для каркасных конструкций, крыши и перекрытий – суммируют. Результат, перемноженный на коэффициент надежности (для постройки из дерева он равен 1,1), будет являть собой значение константной нагрузки.

Примерная нагрузка на квадратный метр составляет 150 кг

Поскольку на стадии проектирования нельзя точно узнать общую массу мебели, техники и живых существ, воздействующих на перекрытия, для расчетов используют принятый в нормативах показатель равномерно распределенной нагрузки на квадратный метр (Pt). В жилищах его значение считают равным 150 кг/м². Формула расчета имеет такой вид: S*Pt*n, где n – число использованных перекрытий.

Также при строительстве учитывается снеговая нагрузка на здание, свойственная данному региону. В центральной части ЕТР расчетный показатель считают равным 180 кгс/м². В ряде мест это число значительно выше – в некоторых сибирских регионах оно может достигать 400 кгс/м². Узнать искомое значение можно по карте снеговых районов. Формула для нагрузки состоит из трех множителей: площади крыши, расчетного показателя и коэффициента наклона. Последний параметр для самых типичных покрытий с наклоном в 30-45 градусов считают равным 0,7.

Ветровой нагрузочный показатель часто выражается отрицательным числом (что означает снижение общей массы). Из-за этого при постройке массивных сооружений им часто пренебрегают. Для небольших парусных конструкций, напротив, он очень важен, так как при их возведении нужно представлять влияние на сваи выдергивающих и иных действий. Определяют ветровое давление по формуле: W=0,7* k(z)*c*g, где k(z) – коэффициент для высоты z (находится по таблице для типов местности), с – аэродинамический показатель (зависит от наклона крыши и от того, куда чаще дует ветер – во фронтон или в скат), g – коэффициент надежности, равный 1,4. Чтобы рассчитать общую нагрузку на кровлю, получившееся число W умножают на площадь крыши.

Читайте также:  Как определить глубину фундамента для двухэтажного дома?

Выбор свай

После того, как расчеты нагрузки будут завершены, можно сколько свай потребуется и какие. Обычно для индивидуального малоэтажного строительства используются сваи диаметром 108 миллиметров. К примеру, они вполне выдержат каркасный дом в два этажа высотой. Заявлено производителями, что одна такая свая выдерживает вес в пять-семь тонн. Для каркасного дома меньшего веса (например, одноэтажного) достаточно будет свай диаметром 89 миллиметров – каждая из них выдерживает нагрузку до пяти тонн.

Для такого фундамента обычно используются сваи длиной два с половиной метра. Это в том случае, если грунт, на котором закладывается фундамент, является устойчивым. Однако рассчитывать фундамент нужно, предусматривая запас по длине. Даже в случае, если окажется, что свая длиннее, чем нужно, ее можно обрезать. Учитывать при определении длины свай нужно и рельеф местности. В любом случае, все сваи должны находиться на одном уровне, чтобы основание дома, который будет на них лежать, было ровным.

Если строительство дома предполагается на неустойчивом грунте (например, при наличии плывунов), то длину сваи определяют «экспериментальным» путем. В грунт вкручивают бур до тех пор, пока он не войдет в глинистый слой. Длина сваи определяется с таким расчетом, чтобы она погрузилась в этот слой. Можно также вкрутить сваю в грунт до тех пор, пока она не начнет закручиваться с трудом – эта и будет глубина залегания несущего пласта.

Теперь определимся, сколько свай нужно для каркасного дома. Здесь не удастся просто ткнуть пальцев в места, где хотелось бы закрутить сваи. Придется считать. Для этого нужно использовать упомянутую выше нагрузку дома. Она умножается на коэффициент надежности, а затем полученное частное делится на несущую способность одной сваи. Для специалистом ничего сложного в расчете количества свай нет.

Но определиться с количеством свай – это одно, а рассчитать шаг свай – несколько иное. Он, конечно, также сугубо индивидуален, однако имеется и среднее рекомендованное значение. В частности, расстояние между винтовыми сваями не должно превышать трех метров. Меньше двух метров его также не рекомендуется делать, но уже из соображений экономии. То есть расстояние между сваями должно примерно составлять два метра.

Глубина залегания грунта с достаточной несущей способностью

Для надлежащего восприятия проектных нагрузок нижняя лопасть сваи (если речь идет о модификациях с двумя лопастями, подробнее о которых в статье Особенности расчета двухлопастных винтовых свай) должна закрепиться в грунте с достаточной несущей способностью. При этом мощность слоя плотного грунта под сваей, как правило, должна быть не менее 1 метра.

Согласно статистическим данным, грунтовые слои с достаточной несущей способностью, как правило, залегают с отметки 1,8 метра от поверхности земли. И только в 5-7% случаев они располагаются выше. То есть глубина заложения свайно-винтового фундамента не может составлять менее 1,8 метра.

Уровень залегания грунта с достаточной несущей способностью можно определить с помощью адаптированной под малоэтажное строительство процедуры – геолого-литологических изысканий (подробнее Экспресс-геология (геолого-литологические изыскания) и измерения коррозионной активности).

Экспресс-геология также позволяет определить:

тип, свойства грунта;

уровень залегания грунтовых вод;

сложные грунтовые условия;

потенциально опасные геологические объекты и процессы и т.д.

Чтобы в процессе погружения сваи структура основания нарушилась минимально, и не произошло снижение его несущей способности, нужно на этапе проектирования подобрать рациональную конфигурацию лопасти (больше информации в материале Ключевые принципы подбора параметров лопастей).

Глубина промерзания грунта

Некоторые грунты подвержены морозному пучению. Осенью поры такого основания начинают заполняться водой, а затем лед, образовавшийся при замерзании, начинает вытеснять его вверх (при кристаллизации вода увеличивается в объеме в среднем на 12%).

Если оставить нижнюю лопасть сваи в таком слое, то она неизбежно начнет подниматься вместе с основанием. Даже если конструкцию не выдернет из почвы, сооружение все равно сместится или деформируется. Это, возможно, будет незаметно глазу, но окна, двери неизбежно весной станут открываться и закрываться не так хорошо как осенью. И эта ситуация будет повторяться из года в год, вынуждая Вас бесконечно что-то подгонять или ремонтировать.

Это требование не означает, что Вы можете пренебречь необходимостью расположения лопасти в слое грунта с достаточной несущей способностью. Винтовой свае в этом случае следует пройти отметку нормативной глубины промерзания, после чего нужно продолжать завинчивание до тех пор, пока лопасть не закрепится в грунте с достаточной несущей способностью, а мощность слоя такого грунта под сваей не составит не менее 1 м, о чем мы уже говорили ранее.

Читайте также:  Как сделать фундамент под теплицу своими руками?

Не забывайте, что за уровнем промерзания должна находиться именно лопасть сваи, а не острие конуса. К примеру, для свай компании ГлавФундамент это расстояние составляет 0,2 м. Следовательно, при расчете этот показатель должен суммироваться с остальными.

Расчет глубины свайного фундамента

Таким образом, можно вывести следующую формулу:

Глубина расположения лопасти + Уровень залегания грунта с достаточной несущей способностью/Уровень промерзания грунта = Глубина заложения фундамента

Центральные и южные регионы (Москва, Пенза, Санкт-Петербург, Краснодар, Ростов-на-Дону и т.д.): 0,2 м + 1,8 м (грунты с достаточной несущей способностью) = 2 м;

Урало-Поволжье (Екатеринбург, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Киров, Магнитогорск, Набережные Челны, Нижний Новгород, Нижний Тагил, Оренбург, Пермь, Саратов, Уфа, Челябинск и т.д.): 0,2 м +1,8 м (грунты с достаточной несущей способностью и уровень промерзания) = 2 м;

Западная Сибирь (Барнаул, Кемерово, Красноярск, Новокузнецк, Новосибирск, Томск, Тюмень и т.д.): 0,2 м + 2,3 м (уровень промерзания) = 2,5 м;

Восточная Сибирь (Иркутск и т.д.): 0,2 м + 2,8 м (уровень промерзания) = 3 м.

Стоит учесть, что на Юге России глубина промерзания либо незначительна, либо отсутствует вовсе, но есть большая толща слабонесущего слоя чернозема. Рассчитывая длину свай в этом регионе также необходимо опираться, прежде всего, на уровень залегания грунта с достаточной несущей способностью.

Чтобы определить грунтовые условия Вашего участка, запишитесь на выезд геолога.

Определение расчетной нагрузки на одну сваю

Расчетная нагрузка на 1 сваю определяется по формуле

, (33)

где Fd– несущая способность одиночной сваи;γк – коэффициент надежности, принимаемый 1,4.

На основании исходных данных относительно грунтовых условий для проектирования свайных фундаментов [1] определяем классификационный тип свай по их работе в грунте.

Для «висячих» свай несущую способность одиночной сваи определяем по формуле

, (34)

где γС, γCR, γCf – коэффициенты условий работы сваи и грунта под острием сваи и по боковой поверхности принимаются равными 1;

u – периметр сваи квадратного сечения равен4·bсв;

А – площадь поперечного сечения сваи равна;

hi – длины расчетных участков, определяем на основании геологического строения района строительства и положения свай в грунте по схеме рис. 19, расчетные сопротивления грунта под нижним концом сваиRи трению по боковой поверхностиfопределяем по табл. 21 и 22.

Рис. 19 — Схема к расчету несущей способности одиночной сваи

Максимальное значение для расчетной длины hiрекомендуется принять 2 м.

Таблица 21 — Расчётные сопротивления свай под нижним концом

Таблица 22 — Расчётные сопротивления свай трению по боковой поверхности

По какой формуле определяется глубина заложения фундамента?

Уровень промерзания почвы можно рассчитать самостоятельно. Можно использовать формулу, актуальную для местностей с промерзанием меньше 2,5 м.

Формула: dн=√M*d0,

где dн – нормативный уровень промерзания;

M – сумма отрицательных температур за последние 12 месяцев (эти данные можно получить у местной метеослужбы);

d0 – эмпирический коэффициент, значение которого зависит от типа грунта.

Сделать точные расчеты может только опытный инженер. Не рекомендуется пытаться все рассчитать самостоятельно, т.к. ошибки при планировании и проектировании могут привести к тому, что здание очень быстро выйдет из строя. Лучше обратиться в профессиональную компанию.

Нормативно-законодательная база

Если вы собираетесь строить ленточный фундамент, то данные ГОСТа и Снип вам обязательно пригодятся:

  • Основы строительных работ по созданию фундаментов из железобетонных плит записаны в Гост 13580-85;
  • Все нормы к фундаментам постройки сведены в Снип ;
  • Документ о несущих и ограждающих постройках называется Снип ;
  • Все нормы и требования к возведению фундаментов и других земельных зданиях занесены в Снип

Если вы будете следовать данной нормативно-законодательной базе, то можете не переживать надежности вашего строительного проекта.

Технология выполнения бурений

Процесс бурения на сегодняшний день имеет большой спрос для заложения фундамента. Чтоб избежать обрушения земли, нужно укреплять скважину патрубком из металла. Большое количество помещений строятся именно на основе свайного элемента и ростверка. Все это помогает добиться более высокой устойчивости и прочности, которые выше, чем у ленточного основания при таких условиях.

Стоит отметить, что бурение максимально способствует созданию более крепкого свайного фундамента и ростверка в его конструкции. Если использовать эту методику, то можно максимально снизить размер нагрузки постройки на почву. Заложения оснований нового здания возле уже возведенного происходит за счет применения забивки шпунтового ограждения. Данное действие спасет здание от дополнительного давления.

Технология выполнения бурений

Это действие достаточно востребовано для строительных работ на неустойчивом грунте, который имеет низкий уровень плотности и повышенную сейсмическую деятельность. Заложения такого свайного фундамента и ростверка может происходить в различных сезонных периодах. Наиболее популярные скважины считаются буронабивные виды.

Внимание! Очень часто происходит ситуация с обсыпкой земли. Решить эту проблему можно выполнив монтаж специальных труб в скважины.