Расчёт диаметра лопасти винтовой сваи при проектировании свайного поля

Вворачивая дюбель с несущей способностью 200 кг в лист гипсокартона, не следует полагать, что и сам лист способен выдержать ту же нагрузку. Различие может составить многие разы и даже десятки раз. Аналогично обстоит дело с грунтами: их несущая способность варьируется от близкой к нулю (болотная топь, пойменная низина) до близкой к бесконечности (скала, гранитный массив).

Чтобы свая не превратилась в иглу, свободно прошивающую земную твердь, необходимо учитывать несущую способность грунта. В профессиональном строительстве для этого проводят геологические изыскания: выемку грунта по предполагаемым горизонтам заглубления свай и их лабораторный анализ. Фактическая трудоёмкость таких работ может составлять десятки часов, отчего их стоимость нередко кажется несоразмерно высокой для частного застройщика.

Поэтому в индивидуальном строительстве принято предельно занижать расчётную несущую способность грунта. Это требует некоторого увеличения затрат на «металл», но в целом при обустройстве свайного поля даёт существенную экономию. Ниже рассматриваем особенности проектирования для геологических условий Прикамья.

Теоретическая основа

Согласно третьему закону Ньютона:

F1 — сила, равная весу здания;
F2 — реакция фундамента, действующая на здание.

Аналогично для системы «свайное поле — грунт»:

F3 — сила сопротивления вдавливанию сваи в грунт.

Из выражений (1) и (2) следует:

На практике законы статической механики уточняются коэффициентом запаса прочности. Для кранового и лифтового оборудования он составляет 5–6, для ракето- и авиастроения — минимальные 15–20%. Для частного малоэтажного строительства на свайно-винтовом фундаменте разумно принимать коэффициент в пределах 1,5–2. Тогда:

F4 — расчётная нагрузка, действующая на фундамент.

Сравнительно невысокий коэффициент запаса отчасти компенсируется конструкцией самой винтовой сваи: после усадки здания «отставшие» сваи можно довернуть на нужную отметку. Это резервный вариант, который при грамотном проектировании практически не должен понадобиться.

Пример расчёта

Предположим, несущая способность грунта в месте строительства составляет 3,2 кг/см². Здание весит 120 т. Тогда суммарная площадь опоры фундамента:

Пусть проектное число свай равно 48. Площадь опоры одной сваи:

Диаметр лопасти определяется по формуле:

Для нашего случая:

С учётом коэффициента запаса 1,5 расчётная нагрузка возрастает с 120 до 180 т, а диаметр лопасти — до 38,7 см. Ближайший стандартный размер на рынке — лопасть 400 мм.

Альтернативный путь: увеличить число свай

Вместо увеличения диаметра можно пересмотреть расстановку свай и увеличить их количество, например, до 102 штук. В этом случае по той же методике диаметр лопасти составит всего 110 мм — стандартный размер, доступный в любом прайс-листе.

Таким образом, задача проектирования свайного поля не имеет единственного решения. Выбор между большим диаметром при меньшем количестве свай и меньшим диаметром при большем количестве определяется экономикой проекта, особенностями грунта и удобством монтажа на конкретном участке.