Как рассчитать свайный фундамент? Геологические особенности и сброс нагрузок

Возведению любого промышленного, коммерческого или жилого объекта предшествуют тщательные инженерные расчеты. Как правило, эту работу выполняют сами компании-подрядчики, в штате которых работают целые инженерные отделы. Они занимаются расчетом всей конструкции будущего строения, включая фундамент.

Однако, в секторе ИЖС ситуация несколько другая. Владельцы загородных участков, чтобы сэкономить на общей смете, зачастую стараются обойтись собственными силами. Но уже на начальной стадии процесса проектирования будущего фундамента они сталкиваются с необходимостью расчета различных нагрузок. 

Зачем нужны расчеты

Некоторыми из нагрузок просто пренебрегают из-за отсутствия опытов выполнения расчетов или элементарного незнания. При возведении свайно-винтового фундамента многие собственники земли выбирают опоры «на глаз», не обосновывая диаметр и длину. Распространенный результат такого подхода – проседание дома уже в первые месяцы эксплуатации.

Среди всех аспектов, которые необходимо учитывать при расчетах свайного фундамента, два являются наиболее приоритетными:

• геологический состав грунта;
• рельеф местности.

Именно нагрузки, действующие на основание дома в различных направлениях, определяют несущую способность фундамента.

Наличие подробных сведений о составе грунта, уровне пролегания грунтовых вод, глубине несжимаемых слоев позволяет рассчитать, спроектировать и возвести качественное, надежное и долговечное основание.

Как уточнить геологические особенности участка

Проектирование фундамента под частный дом требует знания и представления о поведении грунтов в различные периоды года. Физико-механические свойства грунта определяются требованиями стандарта ГОСТ 30672-2019. В нем описываются прочностные и деформационные характеристики. Для оценки используются следующие методы:

• Инженерно-геологические изыскания. Это самый простой и распространенный вариант. Услугу исследования грунта можно заказать как у государственных, так и у частных компаний, имеющих лицензию на проведение данного вида работ. Самое простое исследование предполагает пробное бурение грунта на значительную глубину, выемку образцов почвы для исследования, составление мотивированного заключения специалистами. 
• Метод экспресс-исследования. Предусматривает проведение отдельной, конкретной процедуры, входящей в комплекс инженерно-геологических изысканий — ИГИ. Этот метод применяется преимущественно в полевых условиях и позволяет получить минимально необходимые данные о составе почвы для малоэтажного строительства. Бурение пробных скважин в данном случае не выполняется;
• Геотехническое исследование грунта. Предусматривает установку зонда в различных точках по периметру будущего фундамента. Датчиками фиксируется статическое сопротивление почвы, вибрации, динамические силы, действующие на определенной глубине. На основании полученных данных выбирается необходимый тип, диаметр и длина сваи.

Также важно учитывать и коррозионную активность породы. Она особенно губительна для незащищенного металла. Скорость коррозии может быть различной: в агрессивных почвах соли и химические элементы могут «съедать» до 0,2-0,3 мм толщины стенки сваи в год. 

Коррозионную опасность измеряют по удельному электрическому сопротивлению почвы. Если сопротивление ниже 20 Ом, это означает крайне высокую агрессивность грунта. Толщина стенки винтовых свай для таких грунтов должна составлять минимум 6-8 мм. Измерения выполняются специальными приборами высокой точности.

Сброс нагрузок: что это и как учитывать

Для многих, кто впервые сталкивается с проектированием фундамента, понимание нагрузки ограничивается лишь массой будущего строения, которая будет воздействовать на грунт. Однако, правильный и грамотный расчет предполагает учет абсолютно всех нагрузок. Они бывают постоянными и временными. 

К временным относятся нагрузки от массы оборудования, строителей, лесов, монтажных перегородок. Для расчета постоянных нагрузок нужно знать общую массу строительных материалов, их удельный вес, плотность. К примеру, для железобетонных перекрытий удельный вес на 1м² составляет 500 кг, для кровли из профнастила – 30 кг, для кирпичных стен толщиной 150 мм – 270 кг.

Путем умножения площади конструктивного элемента на удельную массу получается значение полного веса строения. Далее итоговый вес дома умножается на коэффициент надежности. Для бетонных изделий, изготовленных в заводских условиях, он составляет 1,2, для конструкций из металла – 1,05.

Также необходимо учитывать и кратковременные нагрузки — нагрузки на перекрытия, которые могут выражаться в различной степени и возникают из-за природных воздействий.

К ним относятся:

• Снеговые. Их величина зависит от угла наклона кровли и климатический условий в регионе. К примеру, в Санкт-Петербурге и его окрестностях масса снегового покрова в пик зимнего сезона может достигать 180 кг/м². Для расчета полной нагрузки, действующей на кровлю, необходимо умножить площадь кровли на нагрузку на 1 м², а также на коэффициент уклона покрытия и коэффициент надёжности по нагрузке. Эти коэффициенты составляют 0,7 и 1,4 соответственно;

• Ветровые. Представляют большой риск для конструкций с высокой парусностью. Их необходимо учитывать, в первую очередь, при проектировании фундаментов ограждений. Парусность кратно увеличивает горизонтальные нагрузки на сваи, пытаясь вырвать их из земли. Поэтому и глубина ввинчивания должна быть больше.

Сброс нагрузок — это сумма постоянных, временных и кратковременных, воздействующих на фундамент. Зная несущую способность одной винтовой сваи и суммарную величину всех нагрузок, можно рассчитать потребное количество свай для фундамента.