Тонкости расчета свайно-ленточного фундамента и формулы для вычисления

На этапе проектирования свайно-ленточного основания необходимо подобрать и рассчитать конструкционные особенности силовых элементов.

Несмотря на сложность методики и необходимость соблюдения нормативных требований. Некоторые собственники с целью экономии не обращаются в специализированные компании, а сами берутся за инженерные расчеты.

Разберем в статье подробно нюансы расчета, формулы для вычисления и какими сервисами можно воспользоваться для получения точных значений.

Исходные данные

Перед проектированием любого типа фундамента необходимо провести геологические изыскания почвы на участке.

Сведения, которые понадобятся при вычислении параметров основания:

• тип грунта;
• физико-механические свойства почвы;
• наличие слоев в грунте, склонных к плывучести, карманов выветривания;
• глубина сезонного промерзания;
• уровень грунтовых вод;
• возможность размыва пластов около фундамента и т.д.

Результаты исследования позволят судить о несущей способности участка и, как следствие, подобрать количество опорных элементов, а также опорную площадь фундамента.

На значение параметров также оказывают влияние суммарные нагрузки в результате давления проектного сооружения на грунт. При этом учитывают вес стен, перекрытий, кровли, а также полезную и снеговую нагрузку.

Требования к проведению вычислений изложены в нормативной документации для строительства свайно-ростверковых оснований:

1. СП 63.13330.2018;
2. СНиП 3.03.01-87;
3. СНиП 2.02.03-85.

Сколько необходимо свай?

Глубина свай определяется, исходя из расположения в грунте твердого несущего пласта, а также линии сезонного промерзания почвы. Если тока промерзания грунта находится на глубине не больше 2,5 м, то ее значение (определяют по формуле:

d_fn=d_0 ?(M_t ), где:

1. M_t – сумма среднемесячных отрицательных температур за всю зиму;
2. d_0  – коэффициент учитывающий тип грунт на участке.

Тип почвы	Значение
Глина, суглинок	0,23
Супесь, мелкий и пылеватый песок	0,28
Песок гравелистый, средней и большой крупности	0,30
Крупнообломочная порода	0,34

Чтобы исключить действие сил морозного пучения на фундамент, сваю заглубляют ниже точки промерзания на 30 см.

Ленточный ростверк может лежать на земле, быть заглубленным или нависать над участком.

В последнем случае высота сваи зависит от таких факторов:

• количества осадков;
• уровня снега;
• глубины подземных источников;
• вероятности подтопления;
• температурного режима в помещении.

Минимально возможная высота цоколя – 20 см при условии, что сооружение проектируется на плотных грунтах. В противном случае выбирают высоту в диапазоне 35–45 см, проверяя несущую конструкцию на уровень несущей способности относительно возможным деформациям.

Для этого рассчитывают величину деформации F по формуле:

F=axR_btxuxh, где:

• a – коэффициент, который зависит от качества бетона (выбирается от 1 до 0,8 в зависимости от тяжести и зернистости);
• R_bt – класс бетона по прочности;
• u – периметр опорной конструкции;
• h – высота сваи.

Если полученное значение больше проектных нагрузок на грунт, то высота опорных элементов подобрана корректно. В противном случае необходимо пересмотреть значение параметра.

Описание расчета деформации свайно-винтового основания на продавливание приведено в СНиП 2.02.03-85.

Как правило, средний шаг между опорами в таком основании равен 1,5 – 2,5 м. Силовые элементы располагают по углам конструкции и под точками пересечения несущих стен, где преобладают проектные нагрузки.

Количество опор определяется, исходя из суммарного веса сооружения и несущей способности одной сваи. Уменьшая шаг между силовыми элементами, можно при необходимости увеличить допустимую нагрузку фундамента.

Как рассчитать количество ленты?

При строительстве шлакоблочных и кирпичных домов ширину ленты выбирают в диапазоне от 40 до 60 см. При этом высота ростверка не должна быть меньше 45 см с учетом того, что 10 см отведено на погружение сваи в ленту.

Инженерные вычисления для определения параметров ростверка основаны на расчете устойчивости конструкции к различным деформациям, возникающим в процессе монтажа и эксплуатации. Таким образом, расчет ростверка согласно принципам, описанным в СНиП, – трудоемкая и кропотливая работа, которую стоит доверить профессионалам.

Для частного домостроения можно воспользоваться упрощенной формулой:

B = M / (L x R), где

• B – минимально возможная ширина ростверка (принимается на 20 см больше толщины опор и при этом не должна быть меньше ширины несущих стен);
• М – суммарные нагрузки проектного сооружения (без веса фундамента);
• L – периметр ростверка;
• R – допустимая нагрузка на грунт у поверхности.

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:

Q_n=?_nxh_n, где:

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

Значение коэффициента  для различных типов грунта, кН/м3
Слежавшаяся насыпь	17
Слежавшаяся супесь	21
Песок средней фракции	18,9
Грунт перенасыщенный влагой	10,25
Тугопластичный суглинок	19,1

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

Расчет стабилизированной осадки проводят по формуле:

S=?/E ? (Q_n+Q_(n+1))/2 h_i, где :

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

Подробнее о расчетах расписано в документе СП 24.13330.2011, а также в методических указаниях по проектированию оснований для гражданских зданий, которые можно скачать по ссылке.

Вычисление с помощью программ

Исходя из вышеизложенного очевидно, что самостоятельно провести расчеты достаточно сложно.

На практике можно воспользоваться онлайн-ресурсами:

1. Сервис для расчета размеров силовой конструкции, выбора характеристик арматуры, а также определения потребностей в расходуемом бетоне.
2. Онлайн-калькулятор. Программа помогает выбрать количество и качество арматуры, узнать необходимый объем бетона. Для этого нужно ввести в соответствующие поля такие исходные параметры как: марка бетона, количество свай и т.д.
3. Программа для расчета просадки основания методом послойного суммирования.

Заключение

Ввиду трудоемкости инженерных расчетов для свайно-ленточного основания под жилые сооружения целесообразно воспользоваться услугами профессионалов.

Только так можно гарантировать, что выбранные параметры обеспечат долговечность и надежность опорной конструкции. Проводить расчеты по упрощенным схемам рекомендуется только для хозяйственных построек и других сооружений III степени ответственности.