Несуча здатність гвинтових паль - розрахунок за двома основними показниками

Зведення навіть легкої споруди, не кажучи вже про капітальний будинок, має супроводжуватись проектною документацією. Особлива увага при цьому приділяється підземній частині фундаменту, від надійності якої залежить довговічність будови, а також відсутність серйозних проблем при експлуатації. Зокрема, розрахунок визначає, якою має бути несуча здатність гвинтових паль, яке навантаження вони зможуть витримати, які розміри та крок слід вибрати. Розрахунок фундаменту є основним під час виконання проекту будь-якого будинку чи господарської споруди. Він бере до уваги не тільки вертикальні та горизонтальні навантаження, а й ґрунтові умови будівельного майданчика, тому навіть готова інженерна документація вимагає прив'язки до місцевості.

Що таке несуча здатність

Несуча здатність підземної частини споруди багато в чому залежить від типу та щільності ґрунтових шарів, до того ж – від їх насиченості вологою.

Гвинтові палі тримають навантаження завдяки ширині лопатей, що спираються на більш щільний і менш стисливий, ніж вище, пласт грунту, що знаходиться нижче точки промерзання грунту, що не допускає виштовхування фундаменту навіть при його установці на пучинистих глинах і суглинках. За рахунок гвинта відбувається своєрідна фіксація ствола, що запобігає вдавлюванню паль нижче допустимої позначки, так як їх гладка бічна поверхня сама по собі не здатна витримувати вертикальні навантаження.

З вищесказаного можна зробити висновок, що несуча здатність гвинтової палі меншою мірою залежить від розмірів металевої труби, з якої вона виготовлена, а більшою:

від площі опорних лопат;
від показників розрахункового опору ґрунтів, або їх несучоїМожливості.

Розрахунок площі підошви палі

Лопаті здавлюють та ущільнюють ґрунт під собою, забезпечуючи розподіл вертикальних навантажень. Розумно буде припустити, що площа гвинта і показник несучої здатності гвинтової палі знаходяться в прямій залежності один від одного, хоча для вічномерзлих ґрунтів розмір лопат має менше значення, але це відноситься до особливих випадків.

Розрахунок допустимих зусиль на пальовий стовп починають із визначення площі гвинта. Досить часто цей показник вказується виробником у технічній документації, але його можна обчислити самостійно, знаючи радіус або діаметр кола в проекції, в який вписується лопата, розташована на стрижні паль. Як радіус приймається відстань від осі палі до крайньої від неї точки на гвинті, виміряне чітко перпендикулярно положенню стовбура, а діаметр вимірюється між двома найбільш віддаленими в плані один від одного точками на лопаті. Але обміряти самостійно підошву палі слід лише у разі відсутності з різних причин паспорта на виріб. У рядових ситуаціях слід просто заглянути в техдокументацію, щоб з'ясувати точний діаметр труби та лопаті у міліметрах.

Формула, що визначає площу пальової підошви, виглядає наступним чином:

S = 3,14*R 2 або S = 3,14*D 2 /4,

де R і D – радіус та діаметр відповідно.

Опір ґрунту

Розрахунок несучої здатності пальово-гвинтового фундаменту ґрунтується на несучій здатності ґрунту, яка визначається після геологічних вишукувань на будівельному майданчику. У процесі польових робіт з'ясовується склад ґрунтових шарів, лабораторні ж дослідження дають повну картину їх фізико-механічних характеристик та хімічних властивостей ґрунтових вод, на підставічого складається звіт.

Для малоповерхових будинків, які не підпадають під обов'язкове державне приймання, допускається передпроектну підготовку не проводити.

У цьому випадку дослідження виконують самостійно, а при розрахунках користуються готовими таблицями, в яких є середні показники розрахункового опору грунтів, що залежать від їх типу. Для цього на майданчику висвердлюють свердловину за допомогою будівельного або простого садового бура. Її глибина має бути нижчою за рівень промерзання ґрунту, характерного для регіону будівництва. При виїмці ґрунту враховується:

склад ґрунтових пластів та їх товщина;
ступінь вологості;
наявність підземних вод.

Існують таблиці, що допомагають з'ясувати на кшталт грунту його опір і встановлюють несучу здатність гвинтових паль для певного розміру. Наприклад наведемо готовий розрахунок для паль діаметром 89мм, мають лопаті – 300мм, за її заглибленні на 1,5-3м.

Тип ґрунту

Дізнатися, з якого ґрунту складається шар, можна самостійно, не вдаючись до допомоги спеціалістів. Пісок кожному відомий з дитинства – при розтиранні між долонями він розсипається. Піщини видно неозброєним оком, а градація піску проводиться за їх розміром:

від 2,5 до 5мм – великий;
від 1,5 до 2,5 мм – середній;
від 1 до 1,5 мм – дрібний;
до 1мм - пилуватий.

Супісок та суглинок є сумішшю піску з різними пропорціями глини. У першому випадку ґрунт відноситься до малопластичних, а другий - до більш пластичних. При скочуванні грудочки з супіску, на долонях відчувається присутність піщин, але кулька відразу ж руйнується при легкому натисканні на нього. Сформований руками грудка суглинку при натисканні сплющується в корж,краї якої виходять рваними.

Глина відрізняється високою пластичністю та нагадує пластилін. Скатанна кулька змінює свою форму без появи тріщин. Слід розуміти, що глинисті ґрунти схильні до пучення.

Лес є м'якопластичною вапняною породою світло-жовтих і палевих відтінків. Його пористість видно неозброєним поглядом. Він малопоширений на території України.

Вологість ґрунту визначається візуально після просвердлювання у ньому вертикальної свердловини. Якщо через якийсь час у ній не з'явиться вода, то можна вважати, що ґрунт сухий, і навпаки. Ступінь вологонасиченості встановлюється за швидкістю наповнення отвору рідким середовищем.

Самостійне визначення несучої здатності палі

Знаючи опір ґрунту і площу гвинтової лопаті, можна зробити приблизний розрахунок несучої здатності окремої палі. Для цього обидва показники просто перемножуються. Але для влаштування надійного фундаменту цього показника буде недостатньо. Потрібно ще врахувати коефіцієнт надійності конструкції, що залежить від кількості гвинтових паль під будовою. Ця цифра може коливатися в межах від 1,2 до 1,75.

Більш точний результат обчислень виходить при розподілі показника несучої здатності палі на коефіцієнт надійності, що змінює кінцевий результат меншу сторону.

Розрахунок необхідної кількості фундаментних стовпів здійснюється на підставі постійних та тимчасових навантажень, а також додаткових зусиль, що впливають на підземну частину будівлі. Вони визначаються проектувальниками та фіксуються у технічній документації. Сумарний показник ділиться на несучу здатність однієї палі і округляється в більшу сторону.

Відповідно до плану будинку, розрахункова кількість пальрозподіляється по периметру несучих стінок. В обов'язковому порядку вони повинні загвинчуватися по кутах і в місцях сполучення огороджувальних конструкцій, а кількість опор, що залишилася, розміщується з кроком 2-3 метри. При необхідності допускається збільшення певного розрахунком числа паль, а при занадто великій кількості – їхнє ближче розміщення у стрічці або кущах.

Висновок

Описаний вище розрахунок пальово-гвинтового фундаменту є приблизним. Для більш точних показників несучої здатності палі необхідно враховувати глибину залягання лопаті та нормативні дані, зазначені в таблицях СНиП 2.02.03-85. Зокрема, це стосується:

коефіцієнта умов роботи;
значення тертя ґрунту, прилеглого до гвинтової лопаті палі;
опору ґрунту, що діє вздовж бічної стовбурової поверхні і т.д.

Розширена формула допомагає отримати точні результати при розрахунку несучої здатності пальтово-гвинтового фундаменту.