Свайно-винтовой фундамент: полное руководство по проектированию, расчёт нагрузки и марок стали

Инженерная база и нормативные документы

Проектирование свайно-винтовых фундаментов выполняется на основании СП 24.13330.2011 и СП 50-102-2003. Эти документы регламентируют определение несущей способности свай, расчёт по осадкам и проверку устойчивости грунтового массива. Для оценки геометрии и металлоконструкции применяются положения ГОСТ Р 59106-2020 «Сваи стальные винтовые. Технические условия». Испытания свай и проверка сопротивления выполняются по ГОСТ 5686-2020.

Исходные данные для проектирования

Перед расчётом формируется техническое задание, включающее архитектурные размеры здания, этажность, материал стен и перекрытий, климатическую нагрузку и тип грунта. В Московском регионе преобладают суглинки, супеси и глины с прослойками песков — для них требуется определение расчётного сопротивления основания по таблицам СП 22.13330.2016.

Инженерно-геологические изыскания включают бурение скважин, зондирование и лабораторные испытания. По результатам определяются: глубина плотного слоя, уровень грунтовых вод, наличие органических включений и степень пучинистости. Эти данные формируют основу для подбора длины и диаметра винтовых свай.

Расчёт несущей способности свай

Несущая способность сваи определяется по двум составляющим: сопротивлению под лопастью и боковому трению по стволу. Расчёт производится по формуле:

R = Rb·Ab + f·u·l

где Rb — расчётное сопротивление грунта под лопастью; Ab — площадь лопасти; f — среднее удельное сопротивление по боковой поверхности; u — периметр сваи; l — длина погружённой части. Значения Rb и f берутся из таблиц 7.3 и 7.4 СП 24.13330.2011.

Для винтовых свай диаметром 108 мм при глубине 2,5 м на плотных суглинках несущая способность составляет 2,5–3,2 т, для 133 мм — до 5 т. Важно учитывать коэффициент надёжности по материалу (γm = 1,1–1,15) и по грунту (γs = 1,25–1,4).

Определение количества свай и шаг свайного поля

Общая нагрузка от здания складывается из собственного веса конструкций, временных эксплуатационных нагрузок и климатических воздействий. Расчётная нагрузка распределяется на все сваи поля с учётом коэффициента неравномерности. Для каркасного дома 6×8 м с деревянным перекрытием достаточно 16–20 свай ⌀ 108 мм, расположенных с шагом 2–2,5 м. Для тяжёлого кирпичного дома 10×10 м шаг уменьшают до 1,8 м, диаметр увеличивают до 133 мм, а длину — до 3 м.

При проектировании следует избегать совмещения осей свай с внутренними перегородками без опорных элементов — нагрузки должны передаваться через ростверк или балочную систему.

Расчёт ростверка и передача нагрузки

Ростверк объединяет сваи в единую пространственную конструкцию. Он воспринимает изгибающие моменты и перераспределяет нагрузку при неравномерной осадке. Для лёгких зданий применяют обвязку швеллером или двутавром, для тяжёлых — сварной ростверк из профильной трубы 100×100×4 мм или монолитный железобетон. Расчёт ростверка ведётся по изгибающему моменту и допускаемым прогибам согласно разделу 8 СП 50-102-2003.

Выбор марки стали для винтовых свай

Согласно ГОСТ Р 59106-2020, для стволов свай допускается использование конструкционной стали марок Ст3сп, Ст20, 09Г2С и С245. На заводе «Вертикаль» применяется сталь СТ3 повышенной прочности с содержанием углерода 0,2–0,25 %, что увеличивает предел текучести и стойкость к изгибу при вкручивании. Толщина стенки — 3–4 мм, что соответствует классу повышенной надёжности по климатическому исполнению У1.

Для условий высокой влажности и агрессивных сред рекомендуется использование труб из 09Г2С с оцинкованным или эпоксидным покрытием. Контроль качества сварных швов проводится по ГОСТ 23118 и ГОСТ 5264 с обязательной визуальной и ультразвуковой проверкой.

Антикоррозионная защита и долговечность

Срок службы стальной сваи зависит от толщины стенки и качества покрытия. При толщине 4 мм и двухслойной защите (фосфатирование + эмаль ЭП-140) срок службы достигает 40–50 лет при глубине погружения более 2 м, где отсутствует кислород и активные ионы. На открытых участках рекомендуется дополнительная обработка цинксодержащими составами или горячее цинкование.

Винтовые сваи «Вертикаль» проходят трёхэтапный контроль качества: механическую зачистку, грунтование, нанесение эпоксидного покрытия толщиной 120–160 мкм. Это соответствует требованиям раздела 5.4 ГОСТ Р 59106-2020 и обеспечивает стойкость к перепадам температуры от –40 до +50 °С.

Глубина погружения и устойчивость

Минимальная глубина погружения определяется расчётным промерзанием грунта и расположением плотного несущего слоя. Для Московской области глубина промерзания — 1,4–1,6 м; нижний конец сваи должен находиться не менее чем на 0,3 м ниже этой отметки. При расчёте устойчивости поля учитывают силы отрицательного трения, возникающие при сезонных колебаниях влажности. В пучинистых грунтах рекомендуется увеличение длины сваи на 0,5 м и применение термоусадочной защиты в верхней зоне.

Расчёт на боковые и выдёргивающие нагрузки

Для лёгких сооружений боковое давление ветра и неравномерное промерзание могут создавать выдёргивающие силы до 0,3–0,5 т на сваю. Для их компенсации применяют заглубление до 3 м и использование свай с лопастью > 300 мм. Расчёт проводится по методике СП 24.13330.2011, раздел 7.4, где принимаются коэффициенты надёжности и схемы деформирования грунта.

Проверка несущей способности по результатам испытаний

Контрольные испытания винтовых свай выполняются статическими вдавливающими нагрузками согласно ГОСТ 5686-2020. Осадка сваи не должна превышать 10 мм при достижении расчётной нагрузки. Испытания позволяют откалибровать расчётные значения сопротивления и подтвердить соответствие проектным данным. При необходимости проводится повторное испытание после монтажа ростверка для проверки групповой работы свайного поля.

Пример расчёта свайного поля

Для одноэтажного каркасного дома 8×10 м с нагрузкой на основание 60 кН/м² и применением свай ⌀ 108 мм длиной 2,5 м на суглинке с расчётным сопротивлением 250 кПа несущая способность одной сваи ≈ 32 кН. При общей нагрузке 480 кН требуется 15 свай с запасом 30 %. Распределение — три ряда по 5 свай с шагом 2,0 м. Проверка осадки по упруго-пластической модели даёт значение 6 мм, что находится в пределах допустимого (до 20 мм).

Особенности монтажа и контроля

Монтаж выполняется механизированным способом с контролем вертикальности не более 2°. Погружение ведётся до проектной отметки с регистрацией крутящего момента. После установки проводится нивелировка оголовков и сварка обвязки. Качество сварных соединений проверяется визуально и ультразвуком, допускается отклонение не более 2 мм по высоте ростверка на 10 м длины.

Приёмка свайного поля оформляется актом скрытых работ и протоколом испытаний. Только после этого разрешается устройство надземных конструкций.

Требования к эксплуатационному контролю

Во время эксплуатации рекомендуется периодически проверять уровень осадок и состояние покрытия свай. Через 5 лет эксплуатации проводится обследование открытых частей, измеряется толщина металла и оценивается состояние сварных швов. При необходимости выполняется локальное восстановление защитного слоя или антикоррозионная покраска.

Заключение

Свайно-винтовой фундамент при правильном инженерном расчёте обеспечивает устойчивость сооружений на любых грунтах Московской области. Проектирование по СП 50-102-2003 и ГОСТ Р 59106-2020 гарантирует точность расчёта несущей способности и долговечность конструкции. Ключевые факторы надёжности — корректный выбор марки стали, качество сварных соединений и контроль погружения каждой сваи. Такой подход позволяет получать прогнозируемый ресурс до 50 лет без капитальных ремонтов, сохраняя геометрию и прочность фундамента.