Расчеты для свайно-ростверковых фундаментов

Когда его можно использовать

Рекомендуют ставить свайно-ростверковые фундаменты в следующих случаях:

Когда на достаточно большую глубину уходят нестабильные и слабонесущие грунты. Это карстовые, лесовые, торфяные почвы, плывуны, растительные и плодородные почвы большой толщины (более 1,4-1,5 метра). В этом случае нагрузку нужно передать на расположенные ниже плотные грунты с нормальной несущей способностью. Докопаться до них не всегда возможно, а если и можно, то фундамент получается слишком уж дорогой. Потому передача нагрузки при помощи свай — лучший выбор.
На участках с большими перепадами высот. В этом случае часто намного дешевле использовать сваи разной высоты, чем проводить работы по выравниванию грунта или заливать глубокую ленту, которая сможет компенсировать перепад высот.
Один из видов свайно-ростврекового фундамента — со сваями ТИСЭ

При высоком уровне грунтовых вод. Свайные фундаменты — единственные, для которых уровень грунтовых вод не имеет значение

Важно, чтобы под пяткой был грунт с несущей способностью. Уровень расположения вод влияет только на тип ростверка: если вода находится близко к поверхности, ростверк делают высоким, если она залегает глубоко — можно делать низкий.
При строительстве в жестких грунтах

В этом случае положительно сказываются небольшие объемы земельных работ (по сравнению с ленточными или плитными фундаментами).
Если вы решили строить дом по каркасной технологии. Делать под него ленту — напрасно тратить деньги: получится слишком большой запас прочности, который, в данном случае, ни к чему. В этом случае свайный или свайно-ростверковый фундамент — оптимальный выбор.
При большой массе здания (больше 350 тонн). Тогда получается, что лента или плита должны быть очень массивными, а, следовательно, дорогими. Более дешевым в этом случае часто оказывается свайно-ростверковый фундамент.

Иногда все еще проще: исходят из наименьшей стоимости. Но всегда нужно помнить, что любой тип свайного фундамента менее надежен, чем плитный и ленточный. А все потому, что мы не можем точно знать, какой грунт находится под каждой из свай. Именно поэтому при расчете параметров в конструкцию закладывается повышенный запас прочности. Не 1,2, как обычно считают, а 1,4. И все равно, гарантировать никто ничего не может.

Виды и особенности

Каждая опора фундамента – это цельный или полый внутри стержень, предназначенный для вертикального заглубления в грунт. По материалу изготовления опоры для свайно-ростверкового фундамента могут быть такими:

1. Деревянные. Делаются из толстого бруса или других пиломатериалов. Используются довольно редко из-за огромного количества минусов – малого срока службы, разрушения от влаги, гниения, влияния микроорганизмов. Возможная сфера применения – стройка небольших хозяйственных сооружений.
2. Железобетонные. Считаются наиболее популярными благодаря высокой несущей способности. Сваи приобретают в готовом виде или заливают непосредственно на площадке, делая внизу небольшое расширение – «пятку» для заякоривания в почве. Любые бетонные опоры при заливке надо армировать. Глубина их заглубления может достигать 3 метров.
3. Металлические. Хорошо подходят для частного домостроения, для домов и бань из дерева, каркасных зданий. На слишком большие нагрузки они не рассчитаны, а коррозия делает такие опоры менее долговечными, чем железобетонные. Для изготовления металлических опор используют отрезки двутавров, швеллеров, балок, рельс.

Заглублять сваи в грунт можно разными способами. Классификация фундаментов по способу погружения такова:

1. Винтовые. Сваи для конструкции изготавливаются на заводе из толстых труб со стенкой от 4 мм. Нижняя часть опор представляет собой лопасть, вращающуюся по спирали, с соответствующей конфигурацией. Наконечник опор острый (литой или приваренный), поэтому они работают наподобие саморезов – завинчиваются в почву. Обычно монтаж винтовых конструкций производится с привлечением специальной техники, но небольшие сваи могут вкручиваться даже вручную. Большой плюс – возможность повторного использования винтовых свай.
2. Забивные. Выполняются из металла или бетона с армированием, могут быть пустотелыми. Забиваются в заранее подготовленные скважины с помощью особых механизмов. Построить фундамент с такими опорами несложно, процесс движется очень быстро. Минус – сильные подвижки грунта при забивании. Необходимо помнить, что это может вызвать разрушение расположенных рядом построек.
3. Буронабивные (набивные). Каждая опора заливается непосредственно на месте в установленную в скважину несъемную опалубку. Формы для заливки делают из рубероида, асбестоцементных труб, пластика. Внутрь обязательно ставят прутки арматуры, после чего вливают бетон. Преимущество – возможность сделать все работы своими руками, недостаток – длительный период застывания раствора. (Читайте статью на тему «Бурение фундамента — особенности, плюсы и минусы, этапы работы»)

Кроме того, сваи для фундаментов различаются по техническим возможностям и переносимости нагрузок:

• Висячие. Несущие способности обусловлены конкретными показателями — прочностью грунта под нижним концом, а также силой трения, влияющей на боковые стенки. Висячие опоры хорошо зарекомендовали себя в местности с низким уровнем грунтовых вод, а также при глубоком пролегании плотных пластов почвы.
• Стойки. На сваи этого типа могут воздействовать самые высокие нагрузки. Они представляют собой прочные опорные конструкции, формируют жесткое сцепление с плотными слоями грунта.

Разновидности ростверков

При выборе плана постройки здания и типа фундамента нужно определиться и с ростверком, который будет изготовлен. По материалу исполнения и конструктивным особенностям ростверк может быть таким:

• Монолитно-железобетонный. Применяется чаще всего, пригоден в качестве основания под здания разной этажности. Внешне представляет собой ленту или цельную плиту, заливается на месте. Удобен для формирования пола по его верхней части.
• Сборный. Изготавливается из металла, выглядит как обвязка или сварной каркас. Обычно применяется при возведении каркасных домов, либо гаражей, бань, хозпостроек.
• Сборно-монолитный. Отдельные элементы из бетона собираются на площадке в единое целое с помощью специальных замков и других стыковочных деталей.

Ростверк для фундамента может находиться на поверхности почвы или углубляться вниз. Самый надежный тип ростверка – заглубленный. По сути, он напоминает обычный ленточный фундамент, поскольку располагается ниже промерзающего пласта. Для заглубленных ростверков действует ограничение: их не применяют на сложных, обводненных, сильно пучинистых грунтах из-за высоких нагрузок на боковые стенки.

Схема создания незаглубленного ростверка для основания здания еще проще, ведь такая конструкция ставится над почвой с зазором и не требует рытья траншеи. Этот вариант идеален для рыхлых, пучинистых, постоянно смещающихся грунтов.

Расчет осадки

Определить осадку для представленного типа основания возможно, если создать условный фундамент – АБСД. Для этого используется величина угла а, которая определяется по следующей формуле:

• φ_ср – среднее значение угла внутреннего трения слоев почвы, которых пересекает ствол сваи.
• α – угол рассеивания напряжений относительно длине ствола свайного элемента.

Какова стоимость раствора для фундамента, указано в статье.

После того, как вы определили угол а, необходимо определить длину условного основания АБСД:

Давление можно определить с учетом подошвы условного основания. Для этого нужно использовать следующую формулу:

Расчётное сопротивление почвы основания для условного фундамента:

Следите, чтобы условие Русл ≤ Rусл. фун обязательно удовлетворялось. После такого расчета нужно выполнить построение эпюры для условного основания, а затем определить процент его усадки. Для этих целей вам придется воспользоваться методом послойного суммирования, в ходе которого вы сможете определить условную границу сжимаемой толщины.

Как происходит устройство винтовых свай, указано в статье.

Технология расположения свайных конструкций

• Схема устройства свайного фундамента

  одиночные конструкции – ростверк делается ленточный, соединенный армированием, несущие плиты расположены каждая над своей сваей;

• ленточные – предусмотрено большое количество опор, расположенных по всему периметру будущего здания, а поверх будет монтироваться ленточный монолитный ростверк;
• полосная установка – используется для массивных сооружений на почвах, склонных к сезонному смещению. Опоры связывают между собой арматурой, могут быть одиночными полосами;
• кустами (пучком) – монтаж проводят только под конкретными опорными элементами, чаще всего на углах основания, где будет предусмотрена основная нагрузка;
• сплошным полем под всем зданием. Практикуется, если будет строиться железобетонный монолитный ростверк.

Общие сведения по результатам расчетов

1. Общая длина ростверка — Периметр фундамента, с учетом длины внутренних перегородок.

2. Площадь подошвы ростверка — Соответствует размерам необходимой гидроизоляции.

3. Площадь внешней боковой поверхности ростверка — Соответствует площади необходимого утеплителя для внешней стороны фундамента.

4. Общий Объем бетона для ростверка и столбов — Объем бетона, необходимого для заливки всего фундамента с заданными параметрами. Так как объем заказанного бетона может незначительно отличаться от фактического, а так же вследствие уплотнения при заливке, заказывать необходимо с 10% запасом.

5. Вес бетона — Указан примерный вес бетона по средней плотности.

6. Нагрузка на почву от фундамента в местах основания столбов — Нагрузка на почву от веса фундамента в местах основания столбов/свай.

7. Минимальный диаметр продольных стержней арматуры — Минимальный диаметр по СНиП, с учетом относительного содержания арматуры от площади сечения ленты.

8. Минимальное кол-во рядов арматуры ростверка в верхнем и нижнем поясах — Минимальное количество рядов продольных стержней в каждом поясе, для предотвращения деформации ленты под действием сил сжатия и растяжения.

9. Минимальный диаметр поперечных стержней арматуры (хомутов) — Минимальный диаметр поперечных и вертикальных стержней арматуры (хомутов) по СНиП.

10. Минимальное кол-во вертикальных стержней арматуры для столбов — Количество вертикальных стержней арматуры на каждый столб/сваю.

11. Минимальный диаметр арматуры столбов — Минимальный диаметр вертикальных стержней для столбов/свай.

12. Шаг поперечных стержней арматуры (хомутов) для ростверка — Шаг хомутов, необходимых для предотвращения сдвигов арматурного каркаса при заливке бетона.

13. Величина нахлеста арматуры — При креплении отрезков стержней внахлест.

14. Общая длина арматуры — Длина всей арматуры для вязки каркаса с учетом нахлеста.

15. Общий вес арматуры — Вес арматурного каркаса.

16. Толщина доски опалубки — Расчетная толщина досок опалубки в соответствии с ГОСТ Р 52086-2003, для заданных параметров фундамента и при заданном шаге опор.

17. Кол-во досок для опалубки — Количество материала для опалубки заданного размера.

Как найти нагрузку на основание

Нагрузка на фундамент определяется как суммарный вес постройки и всех дополнительных элементов:

• Стены дома.
• Перекрытия.
• Стропильная система и кровля.
• Наружная обшивка, утеплитель.
• Эксплуатационная нагрузка (вес мебели, бытовой техники, прочего имущества).
• Вес людей и животных.
• Снеговая и ветровая нагрузка.

Производится последовательный подсчет всех слагаемых, после чего вычисляется общая сумма. Затем необходимо увеличить ее на величину коэффициента прочности.

Необходимо решить, возможны ли какие-либо дополнительные пристройки или дополнения, увеличивающие вес дома и изменяющие величину нагрузки на основание. Если подобные изменения входят в планы, лучше сразу заложить их в несущую способность фундамента, чтобы упростить себе задачу в будущем.

Общие положения

4.1 Основное назначение свай – это прорезка залегающих с поверхности слабых слоев грунта и передача действующей нагрузки на нижележащие слои грунта, обладающие более высокими механическими показателями. Свайные фундаменты должны проектироваться на основе и с учетом:

а) результатов инженерных изысканий для строительства;

б) сведений о сейсмичности района строительства;

в) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия их эксплуатации;

г) действующих на фундаменты нагрузок;

д) условий существующей застройки и влияния на нее нового строительства;

е) экологических требований;

Изучение характеристик грунта

Несущая способность буронабивной сваи будет во многом зависеть от прочностных характеристик основания. В первую очередь стоит выяснить прочностные показатели грунтов на участке. Для этого пользуются двумя методами: ручным бурением или отрывкой шурфов. Грунт разрабатывается на глубину на 50 см больше, чем предполагаемая отметка фундамента.

Схема буронабивного фундамента

Перед тем, как рассчитать свайный фундамент рекомендуется ознакомиться с ГОСТ «Грунты. Классификация» приложение А. Там представлены основные определения, исходя из которых, тип грунта можно определить визуально.

Далее потребуется таблица с указанием прочности грунта в зависимости от его типа и консистенции. Все необходимые для расчета характеристики приведены на картинках ниже.

Глинистая почва в области подошвы сваи

Глинистая почва по длине сваи

Песчаный грунт

Крупнообломочные породы

Это интересно: Отмостка своими руками — пошаговая инструкция

Пошаговая инструкция сооружения фундамента

Для изготовления ленточно-ростверкового фундамента необходимо подготовить сваи круглого сечения. Их установка выполняется при помощи специального инструмента – строительного бура. Когда скважины будут готовы, в них перед установочными работами создается песчаная подушка слоем 30 см. Следует иметь в виду, что это работа большого количества свай, которые устанавливают в основание стен, на углах ленты, выдержав между элементами шаг 1,8-2 м друг от друга. Не следует забывать про гидроизоляцию, в качестве которой применяются асбестоцементные или трубы, изготавливаемые из рубероида с помощью лески.

Чаще всего при возведении свайно-ростверкового фундамента выбирается вариант, при котором сваи устанавливают на глубину 2 м при шаге 3 м, при этом ростверк должен уйти на глубину 20 м. Конструкцию ростверка можно использовать для изготовления подпола на песчаной подушке или стяжке. Таким образом, можно отказаться от выполнения гидроизоляции.

Этапы работ

Этап 1. В самом начале необходимо выполнить разведывательно-изыскательные геологические работы для определения характеристик грунта на участке и степени его однородности. Если обстоятельства не позволяют воспользоваться услугами специалиста, то необходимо проделать эту операцию хотя бы самым примитивным способом. Следует учесть, что даже на небольшой площади грунт может отличаться по своим характеристикам

Следует уделить внимание и другим факторам – ветровой нагрузке, весу стройматериалов и величине уклона рельефа.
Этап 2. Выполняется изготовление песчаной подушки для железобетонной ленты основания

Эта операция поможет обеспечить максимальную защиту основания от механического воздействия грунта.
Этап 3. Изготавливается опалубка. Ее делают по той же схеме, что и в случае с ленточным фундаментом. Однако при возведении свайно-ростверкового фундамента с несъемной опалубкой имеются свои нюансы. В качестве емкости используют экструдированный пенополистирол «Пеноплекс» или «Термомонолит». Всё это позволит качественно утеплить и гидроизолировать основание. Для ликвидации мостиков холода используют стеклопластиковую арматуру и СВТ-стяжки.
Этап 4. Изготовление свай. Для их установки потребуется спецтехника, которой бурят скважины. Далее их стенки обсаживают рубероидом либо обладающим аналогичными свойствами листовым материалом. Эта работа проводится с учетом того, что верхняя часть будет находиться на уровне земли. Асбестоцементная труба в этом случае может выполнять роль обсадки. В скважину устанавливают четыре нитки арматуры, которые нужно соединить друг с другом таким образом, чтобы их верхняя часть выходила из сваи и соединялась с ростверковой арматурой. Туда впоследствии заливают бетонный раствор.

Прежде чем проводить армирование ростверка, необходимо уложить между ним и верхней частью сваи гидроизоляцию. Для расчета материала необходимо предварительно замерить площадь нуждающейся в защите поверхности. Часть арматуры, которая будет выходить из сваи, необходимо надежно соединить с арматурой ростверка. Когда конструкция наберет половину прочности, подсыпку убирают, и тогда ростверк будет располагаться полностью над землей. При этом у него не должно быть опоры на грунт.
Этап 5. Выполняется крепление ленты и сваи в единую конструкцию, после чего их заливают бетонной смесью. Лучше всего это делать строительной вибротехникой. В конечном итоге должен получиться тот самый ленточный фундамент на сваях, официально именуемый «свайным фундаментом с монолитным ростверком». Технология его установки предполагает вначале заливку сваи. Когда пройдет достаточно времени, можно переходить к бетонированию железобетонной ленты.
Обычно выжидают 7 дней – по прошествии этого времени бетон набирает 50% заявленной прочности. После этого переходят к работам по ростверку. Сперва необходимо построить опалубку, заполнить ее песком или пенополистиролом. В результате этой операции ростверк поднимется над землей и днище опалубки будет выровнено по верхней части сваи. Владельцы, которые пожелают сэкономить, могут использовать для заливки бетон собственного производства.
Обязательно нужно учитывать недостатки, которые присущи свайно-ростверковому фундаменту. Конструкция не будет иметь общего цокольного этажа с парной, основание не предназначено для тяжелых стен, выполнить расчёты свайно-ростверкового фундамента непрофессионалу достаточно сложно. Однако при возведении русской бани он является самым подходящим среди доступных вариантов.

Ростверк: что это за элемент и зачем он необходим

Рассматривать данный вопрос необходимо начать с определения: что такое ростверк фундамента. Внутренний строительный элемент представляет собой горизонтальную бетонную, стальную или деревянную перемычку, связывающую разрозненные элементы столбчатого или свайного фундамента между собой, в результате чего создается ровная площадка для монтажа окладного венца. Ростверк воспринимает нагрузку от несущих конструкций здания и равномерно распределяет ее на опоры, которые передают нагрузку на грунт.

Ростверк сэкономит время, деньги и силы на строительство основания

Такая конструкция по своей жесткости и прочности не уступает традиционному ленточному фундаменту, но цена ростверкового фундамента будет намного ниже, что связано с меньшими трудозатратами и трудоемкостью работ.

Конструкция основания создается с использованием каркасной технологии, где столбы или сваи воедино связываются между собой для образования прочного основания. Фундамент с ростверком сооружается на глинистых, торфяных, лессовидных, суглинистых, пучинистых и илистых грунтах. Строительство дома может быть выполнено на территориях с витиеватым рельефом или на склонах.

Основные схемы размещения

Существует несколько разновидностей схем расположения свай:

• Свайное поле.
• Свайный куст.
• Свайная полоса.

Свайное поле представляет собой участок с равномерно распределенными по всей площади опорами.

Используется для жилых или вспомогательных построек, обладающих подходящим весом, этажностью и материалом для использования винтовых свай. Свайные кусты применяются для создания опорной конструкции под точечные объекты — вышки электропередач или мобильной связи, колонны, трубы котельных и т.п.

Свайные полосы служат фундаментом для линейных сооружений — ограждений, заборов, набережных и т.п.

При проектировании схемы расстановки опор учитывается конфигурация, геометрические и функциональные особенности всех элементов сооружения. Нередко используются смешанные, или комбинированные схемы расположения свай, когда совместно со свайным полем наблюдаются участки с кустами и полосами.

Необходимо учитывать, что минимальное расстояние между соседними сваями не должно превышать 2 диаметра, а между соседними рядами — 3 диаметра режущих лопастей

Это важно, так как при погружении грунт теряет свою плотность, на восстановление которой уходит большое количество времени

Виды ростверков

Ростверк является объединяющей сваи конструкцией, основное предназначение которой равномерно распределить нагрузки от дома на фундаментные опоры. При этом необходимо учитывать, что сами сваи выставляются в процессе сооружения строго по вертикали, ростверк по горизонтали.

В строительстве домов на буронабивных сваях используются разные ростверковые конструкции, которые отличаются друг от друга материалами, а также местом расположения элемента. По материалам разделение такое:

Монолитный ростверк. Его заливают из бетонного раствора с возведением опалубки и укладки в нее армирующего каркаса.

• Сборный. Для этого обычно используют или металлические профили, или деревянные брусы. Вариант – сложный в производстве монтажных работ и низкой прочности соединения элементов фундамента.
• Сборно-монолитный. В частном домостроении не используется, потому что связан со сложностью изготовления элементов конструкции, которые соединяются между собой при помощи замков, шпонок и других деталей.

По способу расположения ростверка эта разновидность фундамента делится на два типа:

• с висячим ростверком;
• с заглубленным.

В первом случае горизонтальная конструкция не касается земли, во втором она частично погружена в грунт.

Устройство буронабивных свай

Буронабивные сваи по технологии ТИСЭ

Фундамент буронабивной ленточный

Устройство ростверка

В частном строительстве чаще всего используют ленточный железобетонный ростверк, который подходит для зданий из разных материалов. Ширину и высоту ростверка рассчитывают заранее.

Этапы строительства монолитного ростверка:

• Монтаж основания и опалубки – низкий ростверк предполагает применение песчано-гравийной подушки толщиной 10-20 сантиметров, на которую сверху укладывают 5 сантиметров тощего бетона и слой гидроизоляции (гидроизол или рубероид). Опалубку делают из деревянных щитов по всему периметру ростверка.
• Армирование – арматурой ростверка выступают стальные стержни, скрепленные в несколько слоев. Они связываются между собой и с опорами.
• Заливка бетоном – таким же, как и скважины. После того, как с заливкой ленты покончено, слой трамбуется, периодически увлажняется, накрывается полиэтиленом. Ростверк будет готов через 28 дней.

Быстрый результат

На строительных сайтах можно рассчитать свайный фундамент для своего дома при помощи программы – онлайн калькулятора.

Выглядеть она будет приблизительно так:

Расчеты такого калькулятора проводятся по СНиПу 3.03.01-87, СНиПу 52-01-2003, а также ГОСТу Р 52086-2003.

Большинство параметров свайно-ростверкового фундамента изменяют свое значение в каждом конкретном случае. К ним относятся: форма и материал изделия, способы воздействия на грунты, вид монтажа, геометрия ростверка. Для точного учета всех составляющих надежного решения надо произвести все необходимые замеры и дополнительные расчёты, поэтому в сложных случаях лучше пригласить квалифицированных специалистов.

Устройство и расчет фундаментов на вечномерзлых грунтах

Установка винтовых свай своими руками

Устройство свайного фундамента своими руками

Оборудование для монтажа винтовых свай

Порядок срубки оголовков свай

Устройство фундамента на жб сваях

Расчет свайного фундамента с ростверком

Для проведения расчетов такого плана следует обращаться к специалистам, специализирующихся в этом профиле. Перед этим проводятся геологические изыскания, позволяющие разработать проект, соответствующий почве на стройплощадке.

Совет эксперта! Если работы по геодезическому изысканию проведены не будут, то произвести точные расчеты основания с ростверком будет невозможно. Объясняется это тем, что несущая способность определяется только на основании силы сопротивления почвы.

Рис: Схема свайно-ростверкового фундамента

Для проведения изысканий на участке бурится отверстие в почве для ее пробы и анализа. Только потом можно проводить важные расчеты.

При разработке проекта учитываются такие параметры по сваям:

• Глубина погружения.
• Диаметр сваи.
• Количество свай.
• Схема их расположения.

По ростверку:

• Форма ростверка (3 вида: высокий, повышенный, низкий).
• Диаметр.
• Устойчивость на изгиб и продавливание.
• Метод армирования.

Рис: Схематическое положения ростверка свайного фундамента

Совет эксперта! Определить высоту ростверка следует исходя из веса будущего сооружения и уровня пучинистости грунта.

Устройство

Свайно-ростверковый фундамент состоит из вертикальных опор, установленных рядами, кустами или в виде свайного поля. Порядок расположения свай определяется материалом и габаритами постройки, ее конфигурацией и сосредоточением массивных элементов, нуждающихся в прочной и надежной опорной конструкции.

Так же от расчетных параметров будущей постройки зависит глубина погружения свай, нередко их тип и материал. Погруженные сваи обрезаются на одинаковую высоту, чтобы образовалась горизонтальная площадь.

Если использованы железобетонные сваи, обрезке подлежат только бетонные части, а арматуру оставляют для сварки с армпоясом ростверка.

Если планируется металлический или деревянный ростверк, арматуру также обрезают, а на верхушки свай устанавливают специальные конструкционные элементы — оголовки, представляющие собой род колпака с посадочной площадкой под монтаж балок обвязки.

Вычисление осадки

Перед определением осадки необходимо сравнить напряжение под подошвой (р) с допустимой нагрузкой грунта (R). Если выполняется условие, то можно воспользоваться линейной моделью и считать осадку методом послойного суммирования.

Вычисляют ординаты эпюр природного давления для первого слоя грунта:

1. γ_n — коэффициент, зависящий от типа грунта;
2. h_n- высота слоя;
3. n – порядковый номер слоя.

Следующем шагом находят значение параметра для каждого последующего слоя, прибавляя к основной формуле: Q_(n-1).

Расчет стабилизированной осадки проводят по формуле:

• β – коэффициент, принимаемые исходя из заданных условий по нормативной документации;
• Е – модуль деформации грунтов (определяется по результатам изысканий).