На какую глубину сваи должны уходить в грунт? Правильный ответ на этот вопрос — залог того, что фундамент простоит долго и будет надёжным и безопасным. Для расчета величины необходимого заглубления свай учитывается ряд показателей, касающихся самой возводящейся конструкции и свойств грунта в месте застройки.
Характеристики грунта и глубина свайно-винтового фундамента
Определяя глубину погружения винтовых свай, проектировщики основываются на расчете нагрузок, воспринимаемых фундаментом в целом и каждой сваей в отдельности. Однако независимо от конструктивных особенностей сооружения, существуют два фактора, без учета которых верные значения глубины закручивания свай установить невозможно: несущая способность грунта и уровень промерзания.
Наиболее полный объем информации об этих особенностях предоставляют развернутые инженерно-геологические изыскания, но для простых лёгких конструкций типа каркасного дома, бани или хозблока достаточно пробного бурения в нескольких местах участка.
Расположение массива грунта с необходимой несущей способностью
Несущая способность — это та нагрузка, которую грунт выдерживает без разрушения. Естественно, при проектировании в расчет берется не максимальное значение такого напряжения, а та сила, при которой деформация грунта только приближается к критическому состоянию. Превышение этого порога может привести к тому, что фундамент или отдельная свая будут постепенно проваливаться глубже и глубже, угрожая обрушением конструкции.
Несущая способность грунта зависит от его плотности и влажности — они влияют на силу сцепления частиц породы друг с другом.
- Несущая способность разных пород
Наиболее устойчивыми к нагрузкам среди подходящих для винтовых свай грунтов являются крупнозернистые пески, супеси и суглинки малой и средней увлажненности. Самые слабые грунты — пылевидные влажные пески и глины, а также торфосодержащие почвы.
- Несущая способность внутри пласта однородного грунта
Массив однородного по геологическому составу грунта отличается показателями выносливости к нагрузкам, если измерять их на разных глубинах. У поверхности плотность грунта, как правило, ниже, чем на глубине: в нижележащих слоях частицы грунта спрессовываются под давлением веса верхних.
Чаще всего геологическая схема такова: у поверхности располагаются более рыхлый грунт, ниже залегают плотные слои — того же состава либо другие устойчивые к нагрузкам породы.
Лопасть винтовой сваи должна находиться в массиве грунта с несущей способностью, достаточной для расчетной нагрузки на эту опору. Толщина устойчивого слоя для надежного закрепления сваи не может быть меньше трех диаметров лопасти.
Таким образом, при проектировании фундамента необходимо помнить, что длина винтовых свай должна позволять им достигать глубины залегания грунта с необходимой несущей способностью.
- Степень промерзания грунта
Морозное пучение — сезонный процесс, отрицательно влияющий на устойчивость фундамента. Влага, содержащаяся в грунте, замерзает при температуре ниже 0 °С. Грунт вместе с превращающейся в лёд жидкостью также увеличивается в объёме. Силы пучения выдавливают на поверхность находящиеся в грунте предметы и конструкции. Промерзание грунта происходит с поверхности вглубь, на определенной глубине грунт не промерзает совсем.
Глубина промерзания почвы зависит от нескольких факторов, действующих комплексно:
- Сила и длительность морозов в данном климатическом районе. Чем суровее зимы, тем больше промерзает почва;
- Структура грунта. Наименее подвержены пучению твёрдые породы, щебень, гравий, крупнозернистые пески. К среднепучинистым, увеличивающимся в морозный сезон на 10-20%, относятся мелкозернистые пески, супеси, суглинки и глины. Очень пучинистыми считаются пылевидные пески, глины и торфяники.
- Уровень грунтовых вод. Высоко подходящие к поверхности грунтовые воды усиливают промерзание;
- Особенности рельефа. Рельеф тесно связан с влагонасыщенностью. На возвышенностях, где вода не скапливается, грунты слабопучинистые. Почвы равнин, пологих склонов, небольших холмов и впадин обычно среднепучинистые за счёт увлажнения осадками и частично подземными водами. Котловины, низины, заболоченные места со скоплением грунтовых вод промерзают значительно;
- Прогрев почвы под зданиями. Непосредственно под отапливаемыми домами земля промерзает меньше из-за утечек тепла.
Свайно-винтовой фундамент — наименее подверженный выталкиванию, если установлен правильно. Когда лопасть сваи закреплена в стабильном грунте ниже уровня промерзания, грунт скользит по узкому стволу сваи, практически не оказывая влияния на ее положение. Важно отметить, что лопасть должна целиком находиться в непромерзающей толще массива.
Глубина установки свай в зависимости от конструктивных особенностей сооружения
Чтобы понять, какая несущая способность грунта будет достаточной для винтовой сваи, нужно представлять всю нагрузку на основание в целом. Разделив её на количество задействованных в фундаменте опор, получим силу воздействия на одну сваю. В расчет при этом включаются сумма нагрузок и характер их распределения:
- Вес строительных материалов и оснащения. Стены, перекрытия, кровля, внутренние перегородки, оборудование для обогрева и другие коммуникации, мебель — вот неполный перечень элементов, из которых складываются постоянные нагрузки на фундамент;
- Ветровые и снеговые нагрузки имеют не постоянное, но весомое действие, которое нельзя не учитывать;
- Необходимость усиления фундамента в ключевых точках с максимальной нагрузкой. Под наиболее нагруженными узлами конструкции монтируются более мощные опоры или свайные кусты.
- Количество свай и частота их расположения. Чем больше свай в фундаменте, тем меньше нагрузка на каждую из них.
Несущая способность самой сваи зависит от диаметра ствола, толщины стенок и лопасти, а также от длины ствола — более длинные сваи выдерживают более значительные нагрузки.
Основное в расчете глубины установки свай
Как мы видим, грамотный расчет глубины монтажа винтовых свай должен быть комплексным: нельзя опираться только на средний уровень промерзания по региону или единичное пробное закручивание. При проектировании глубины свайно-винтового фундамента обязательно учитываются:
- Конструктивные нагрузки на фундамент;
- Несущая способность грунта;
- Глубина промерзания на участке.