Несущая способность винтовых свай

Несущая способность сваи является важным параметром, который необходимо учитывать при подборе опор для возведения винтового фундамента. По сути, этот показатель отражает возможности свай выдерживать определенную нагрузку без потери своих функциональных качеств. При этом принимаются во внимание и возможные деформации грунта. У каждого грунта своя собственная прочность, а у свай может быть разная длина и диаметр трубы и лопастей. Исходя из этого, при расчете несущей способности сваи сначала требуется выяснить прочность почвы, которая определяется в ходе геологических изысканий участка, после чего можно подходить непосредственно к расчету несущей способности винтовой сваи.

Определение прочности грунта

Для определения прочностных характеристик грунта требуется проведение геологических изысканий застраиваемой площадки. Особенно это касается ситуаций, когда выполняется строительство фундамента для сооружений I и II степени ответственности. К таким сооружениям относятся жилые дома и гостиницы, предназначенные для постоянного проживания людей. Если же у застройщика нет возможности или финансовых средств для того, чтобы вызывать специалистов для проведения геологических изысканий, можно самостоятельно оценить залегающий грунт при помощи бурения в земле нескольких шурфов, необходимых для взятия образцов грунта. Образцы породы, извлеченные из скважины, осматриваются визуально, а затем из нормативного документа «СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений» следует выбрать несущую способность грунта.

Расчетное сопротивление при нагрузке наиболее популярных грунтов в российских регионах имеет следующие значения:

• рыхлая почва с большим содержанием песка и глины 3,5 кг/см²;
• песок мелкой фракции, гравий с глинистыми включениями 4 кг/см²;
• галька с некоторым содержанием глины 4,5 кг/см²;
• песок средней фракции 5 кг/см²;
• глина, песок крупной фракции 6 кг/см².

Стоит отдельно отметить, что очень часто на одном участке, где планируется установить винтовые сваи, может быть представлено сразу несколько типов почвы. Именно поэтому при использовании винтовых свай для строительства основания одноэтажного дома с даже с небольшой площадью нужно сделать примерно 4-5 шурфов. Это поможет избежать ошибок в расчетах несущей способности свай.

Виды свай и их допустимая нагрузка

На сегодняшний день существует достаточно большое количество типоразмеров винтовых свай. Благодаря этому можно без каких-либо проблем подобрать винтовые сваи с учетом особенностей возводимых объектов и нагрузок, которые будет испытывать фундамент в ходе дальнейшей эксплуатации.

Расчет несущей способности можно начинать с определения площади лепестковой подошвы. Для этого можно использовать классическую формулу:

Площадь лепестковой подошвы для разного диаметров винтовой сваи составляет:

• для винтовой сваи с диаметром 89 мм — 490 см²;
• для винтовой сваи с диаметром 108 мм — 706 см²;
• для винтовой сваи с диаметром 159 мм — 1590 см²;
• для винтовой сваи с диаметром 325 мм — 9567 см².

Таблица типоразмеров винтовых свай в зависимости от назначения винтовых фундаментов:

Расчет несущей способности винтовых свай

Определив несущую способность грунта и площадь подошвы винта, можно рассчитать максимальную нагрузку, которую сможет выдержать свая. Для расчета нагрузки сваи потребуется воспользоваться следующей формулой:

N = (Sп x Ro)/yk, где:

• N — максимально возможная нагрузка на основание (кг/см2);
• Sп — площадь подошвы лепестка (см2);
• Ro — сопротивление грунта (кг/см2);
• yk — коэффициент надежности.

Коэффициент «yk» напрямую зависит от числа опор, которые потребуются для возведения фундамента, а также для достоверности результатов геологических изысканий участка:

• yk = 1, 7, если количество свай меньше 5;
• yk = 1, 4, если использовано до 20 опорных элементов;
• yk = 1, 2, если сопротивление грунта определено в результате профессиональных геологических изысканий.

Например:

участок строится на глинистом участке (Ro = 6 кг/см²). В качестве опорного элемента планируется использовать винтовую сваю длиной 2,5 м, диаметром столба 108 мм и диаметром лопастей 300 мм. Тогда можно рассчитать точную площадь подошвы лепестков на винтовых сваях:

Sп = 3,14 х (30/2) 2=706 (см²).

При самостоятельном анализе грунта, а также при использовании табличных значений Ro принимают yk = 1,7. Определив все исходные данные, мы можем рассчитать, что искомая нагрузка на фундамент будет составлять:

N = (706×6)/1, 7 = 2491 кг или 2,5 тонн.

Ошибки при выборе сваи

Как правило, при подборе сваи основные ошибки возникают при определении сопротивления почвы, так как только этот параметр определяется опытным путем. Именно поэтому опытные специалисты, которые уже давно занимаются сваями, при расчете максимальных нагрузок всегда принимают во внимание коэффициент надежности. Это помогает нивелировать недостоверность данных при выборе сопротивления грунта. Если этого не сделать, то можно ошибиться с количеством опорных элементов и неправильно подсчитать шаг между ними. В итоге можно получить увеличение реальной массы проектируемой конструкции, что может стать причиной перерасхода финансовых затрат и снижения скорости строительства. Либо можно создать ненадежное основание, которое слишком быстро начнет разрушаться от преждевременного износа.