Как рассчитать количество свай для фундамента каркасного дома

Что такое железобетонные сваи и как они устанавливаются

Устройство такой сваи достаточно простое. Она представляет собой цельный стержень чаще всего квадратного сечения, верхняя часть которого называется оголовком, а заостренный нижний конец — носиком. Внутри железобетонной сваи размещен стальной каркас из арматурных прутков, позволяющий повысить несущую способность сваи.


Сваи, подготовленные к установке

Надо признать, что использование небольших железобетонных свай для дачного строительства делает сейчас в России первые шаги. Дело в том, что до самого последнего времени под свайными работами подразумевались технологические процессы, связанные с непременным использованием действительно тяжелой гусеничной техники (сваебойных копров) и стандартных свай длиной от 6 до 8 м. Да и какой даче потребовался бы свайный фундамент глубиной 8 м? Подобный «индустриальный» размах совершенно не вязался с патриархальной тишиной садоводческих товариществ. И тут надо понять наших коллег-дачников — кому охота целый день слышать по соседству надрывное уханье дизель-молота (42 удара в минуту), разносящееся далеко за пределы садоводческой ограды! К этому следует прибавить и совсем не благовонные ароматы отработанного сгоревшего топлива. И это еще не все — известны случаи, когда хрупкие, не рассчитанные на такие вибрации земли соседские дачи покрывались сеткой трещин от неизбежного сотрясения окружающего грунта.


Представляете себе масштаб работы индустриальной копровой установки?

Ситуация на фундаментном рынке заметно изменилась в связи с появлением в Российской Федерации импортной малогабаритной сваебойной техники. Та была рассчитана на небольшие сваи с сечением 15×15 см и 20×20 см и длиной от 3 до 4 м. Такие размеры погружаемых в грунт конструкций вполне отвечали требованиям, предъявляемым к фундаментам малоэтажных зданий. Попутно следует отметить и улучшение экологической составляющей процесса забивки свай. Так, используемый в свайной установке гидропривод нового типа заметно снизил акустический дискомфорт, сопутствующий погружению железобетонных «карандашей» в поверхность планеты Земля.


Фундамент из ж/б свай предлагается купить уже в обычном строительном гипермаркете. Фото автора

Сколько весит ваш дом

В качестве канонического примера для расчета количества опорных свай предлагаю взять условный одноэтажный каркасный дом популярного размера 6×6 м с высотой комнат 3 м и двускатной крышей. Давайте попробуем приблизительно разобраться, сколько же он весит в конечном облачении.




Попробуем взвесить дом?

Примите на веру, что для его сооружения требуется 8 кубометров разных деревянных пиломатериалов. Памятуя, что плотность древесины чаще всего составляет 850 кг на 1 м³, получаем массу древесины около 7 т.

Теперь считаем массу теплоизоляции. Чтобы достойно, по-современному утеплить каркасный дом, его требуется «одеть» в минераловатную «шубу» толщиной до 0,15 м. С учетом вышеназванных размеров условного дома суммарная площадь утепляемых стен, пола и потолка составит около 150 м². Значит, объем теплоизоляции составит 22,5 м³. Для выяснения массы теплоизоляции я принимаю самый тяжелый вариант ее плотности — 0,2 т/м³. Перемножив две последние цифры, получаем массу теплоизоляции, равную 5 т.


«Пирог» утепления весит немало!

Для облицовки нашего условного дома предлагаю взять сайдинг, суммарная масса с оснасткой которого вряд ли превысит тоже 2 т.

Тяжелая кровля типа глиняной черепицы, на мой личный эстетический взгляд, не подходит для легкой конструкции каркасного дома. Чаще всего используется металлочерепица, профилированные кровельные листы либо гибкая черепица. В любом случае это будет весить не более 2 т. Каркасники чаще всего выполняются с достаточно острой крышей в надежде обустроить там жилую мансарду. Тем не менее снеговую нагрузку надо обязательно учесть. Она зависит от региона, в котором расположено строение, и определяется по СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия». В данном случае принимаем регион расчета — Подмосковье, для которого величина снеговой нагрузка равна 180 кг/м² (хотя зимой 2020-2021 гг. эта величина была более солидной). Таким образом, после суровой метели на такой остроконечной крыше задержится не более 0,18 т/м² × 36 м² = 6,5 т снега.

Суммировав предложенные выше цифры, получаем, что общая масса каркасника в «сборе» потянет примерно на G = 22,5 т. Именно от этой цифры мы и будем отталкиваться при расчете количества свай под каркасным домом.

Как рассчитать количество свай

Для использования в фундаменте нашего условного каркасника выберем самые бюджетные железобетонные сваи поперечным сечением 0,15×0,15 м и длиной 4 м. Тип грунта на участке — мелкий песок.


Схема погружения свай

Строго говоря, все вопросы расчетов свайных фундаментов исчерпывающе рассмотрены в СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты», представляющих результаты многолетних натурных испытаний и сопровождающие математические расчеты. Однако во всем этом многостраничном труде нас интересует только одна формула расчета несущей способности P забивной сваи. Ее величина складывается из двух составляющих: 1) сопротивления R грунта под основанием сваи, 2) сопротивления Y грунта на боковой поверхности сваи.

Формула для расчетов:
P = R + Y,
где R = R0 × S

R0 — нормативное сопротивление грунта под основанием сваи. Для грунта типа мелкий песок на глубине 4 м эта величина составляет 160 тс/м².
S — площадь опирания на грунт сваи, м². В нашем случае эта величина составит 0,15 × 0,15 = 0,0225 м².


Установка фундамента из железобетонных свай. Фото с сайта sdelai-lestnicu.ru

Максимально упрощая расчет для наших дачных условий мелкого заглубления свай, предлагаю обнулить величину Y, так как на небольшой глубине она не является сколь-либо определяющей.

Тогда P = R0 × S = 160 × 0,0225 = 3,6 т

После вычисления несущей способности одной сваи вычисляется их количество:
1) для чего нагрузка G = 22,5 т на основание умножается на коэффициент надежности, равный 1,2;
2) делится на несущую способность P.
Если получилось нецелое число, значение округляется до целого в бóльшую сторону.

В нашем случае:
1) 22,5 × 1,2 = 27 т
2) 27 т: 3,6 т = 7,5 штук свай

Таким образом, для надежного удержания нашего условного дома массой 22,5 т будет достаточно 8 железобетонных свай сечением 150×150 мм и глубиной погружения до 4 м.


Каркас дома собран. Фото с сайта martand.ru

Отлично сознаю, что те из инженеров-конструкторов, кто является скрупулезным последователем нормативных документов, могут упрекнуть автора в упрощении расчета, осознанно допущенного для столь «неответственного» объекта, каким является каркасная дача. С чистым сердцем признаю этот грех, так как исчерпывающий расчет дал бы меньшее количество опорных элементов для дачи. А для сооружения с пятном застройки 36 квадратных метров 6 или 7 свай все равно бы не хватило с точки зрения конструкционной жесткости каркасной коробки.

Расстановка свай на первом уровне постройки

Итак, в исходных данных у нас имеется опорный квадрат 6×6 м, который следует удержать с помощью как минимум 8 свай. Достаточно ли их? Разумеется, нет, так как конструкция дома рассчитывается не только по несущей способности (что мы уже выполнили), но и по пространственной жесткости. Под этим термином в применении к каркасному дому подразумевается практически нулевой прогиб горизонтальных балок при воздействии на них поперечных сил.


Сваи для фундамента будущего дома

Скажем, если мы в основание каркасного дома заложим закладной брус сечением 200×150 мм, то его длина между опорами может быть принята до 3 м. Исходя из этого, 8 рассчитанных нами свай можно расположить строго по периметру дома с шагом в 3 м. Если же мы пожалеем дорогой древесины и пустим на основание балки похлипче, придется сокращать шаг между сваями до 2 м. Однако я бы советовал в основание положить не древесину, а стальной швеллер №14-№18, тогда уверенность в отсутствии прогиба швеллерной балки на долгие лета будет стопроцентная.

Кроме периметральных свай, следует установить сваи под внутренними перегородками с принятым в проекте шагом. И там, где предполагается установка печи или каминного очага, предусмотрите не менее пары отдельных свай, опять-таки учитывая размер отопительной конструкции, иначе не избежать критической нагрузки на фундамент.

Еще один, чисто психологический момент. Не раз и не два бывали случаи, когда после завершения строительства каркасного дома у хозяев возникало желание перенести одну или две несущие стенки. Перенести-то можно, только они зависнут в пространстве без опорной сваи. Об этой «безысходности» будущие хозяева каркасника должны быть проинформированы заранее.

Подводя итог сказанному, следует отметить, что уточненное количество забивных свай является функцией интерьерной расстановки несущих конструкций внутри дачного контура.

Винтовые сваи как альтернативный вариант

Было бы несправедливо, если бы мы не упомянули такой популярный ныне вариант свайного фундамента, как собранный из винтовых свай. Для каркасных домов это очень даже хороший вариант. Однако при сравнении их с забивными сваями они заметно проигрывают при эксплуатации фундамента. В чем же тут причина?


Для исключения бокового раскачивания свай их требуется объединить в единый ростверк. Фото от DOM TECHNONICOL

Дело в том, что при забивке в грунт бетонной сваи последняя солидно уплотняет его вокруг себя и создает единый массив между сваей и окружающей землей. А винтовая свая при погружении создает вертикальный шурф и никак не касается его стенок. О грунт свая опирается только лопастями «винта». До свободного болтания верхнего оголовка дело не доходит, но подобная тенденция иногда имеет место. Расчет несущей способности винтовой сваи схож с алгоритмом, рассмотренным для забивной сваи.