Расчет свайного фундамента: простая и надежная методика

Дата: 19-06-2015Просмотров: 1855Рейтинг: 20 Несущая способность сваи — это величина нагрузки, которую может воспринимать свая,…

Как определяется несущая способность опоры

Схема устройства свайного фундамента.

partnery-02

Несущую способность сваи обычно определяют, учитывая условия работы материала, служащего для ее изготовления, а также особенности грунта, куда обычно погружается свая.Вот почему сопротивление сваи действию нагрузки в вертикальном положении считают наименьшей величиной, используемой при вычислении, в ходе которого учитывают условия прочности материала сваи и грунта.

Прочность материала для изготовления сваи, механические свойства грунта и метод ее погружения оказывают влияние на несущую способность одиночной сваи. Следует отметить и то, что, независимо от вида одиночных свай, на их несущую способность влияют лишь два условия. А именно: сопротивление грунта основания сваи и сопротивление материала, из которого она изготовлена.

Расчет несущей способности опорного элемента — достаточно сложный и трудоемкий процесс. Специалист, проектирующий фундамент свайного типа, должен учитывать не только прочность элементов, но и экономический аспект, поскольку каждая запасная свая стоит немалых денег.

partnery-02

Несущая способность сваи с учетом материала определяется главным образом в фундаментах, имеющих низкий ростверк, согласно условиям прочности в грунтах с плотной структурой и устойчивости в грунтах со слабой структурой. Определить несущую способность сваи можно как посредством отдельных методов, так и посредством их комплексного использования.

Вернуться к оглавлению

Таблица определения несущей способности свай.

Испытание сваи гидравлическим молотом

Расчетный метод (не очень эффективный).Пробные статистические нагрузки. Весьма эффективная методика, но требующая высоких затрат материальных средств и времени.Динамическое испытание. Осуществляется посредством нескольких ударов свайного молотка по установленным сваям, а затем фиксируется ее осадка.

Данный метод хорошо тем, что его можно применять прямо на объекте, но он не так точен, как предыдущий.Зондирование. Этот метод включает комплексное применение статического и динамического методов. Его суть состоит в регистрации нагрузок на поверхность и на основание посредством установленных датчиков.

Вернуться к оглавлению

Ложный и истинный отказы свай

Чтобы обеспечить прочность фундамента, изготавливаемого из свай-стоек, и предотвратить его продавливание в подстилающий слабый грунт, необходимо наличие достаточной мощности в несжимаемом слое грунта. Если отдельные опорные элементы располагаются предельно далеко друг от друга, то эпюрам давления в грунте не свойственно пересекаться. Если слишком близко — пересечение эпюр давления на грунт неизбежно.

Следовательно, если опоры располагаются часто, их несущая способность становится меньше. Однако, несмотря на это, во время расчетов свайных фундаментов, возводящихся из висящих свай, кустовой эффект не учитывается.

Вернуться к оглавлению

формула

Схема сопряжения голов свай с ростверком.

Опоры также можно классифицировать по типу конструктивного материала, из которого они изготовлены. Согласно данной классификации опоры бывают деревянные, металлические и железобетонные. Деревянные опоры, как правило, применяются для строительства небольших сооружений, таких как бани, сараи или подсобные помещения.

Иногда с их помощью возводят малые архитектурные формы. Раньше на основе деревянных опор строили старинные венецианские дома. Поскольку стоимость деревянных свай достаточна низкая по сравнению со стальными и железобетонными, их используют для каркасных строений и домов из бруса.

формула

Несмотря на то, что на дворе двадцать первый век, деревянные опоры остаются популярными и по сей день. Их изготавливают из различных видов деревьев, например сосны, дуба, ели и т.

п. Причем изготавливается свая из свежеспиленного дерева. То есть ствол бревна предварительно не обрабатывается.

Перед изготовлением опоры достаточно снять кору и обрубить сучья. На стройплощадку их доставляют в виде цельных или сборных опор. Диаметр целой сваи составляет от 18 до 25 см.

Буронабивная свая

Несущая способность железобетонных опор намного выше, чем у деревянных.

Это объясняется более высокой прочностью материала, из которого они изготавливаются. Такие сваи выше по цене, но при этом их эффективность намного выше. Одним из недостатков данного вида опор является экономическая неоправданность при их транспортировке и хранении, поскольку они имеют весьма габаритные размеры, что составляет трудность при погрузке и разгрузке.

При монтаже на глубину более 12 м применяют не монолитные, а сборные опоры. Учитывая разновидность габаритов и форм сечения, классификация литых свай становится практически невозможной.

Сваебойная машина для проверки несущей способности свай

Что касается металлических опор, то их не производят специально. В их качестве можно использовать обсадные трубы, двутавровые балки либо швеллеры.

Единственное, что необходимо, — это сварить швеллеры попарно. Так мы получим трубу квадратного профиля. Или наварить лопасти на концах обсадных труб — таким образом мы получим винтовые сваи.

Следовательно, несмотря на то, что устойчивость опорных элементов принято классифицировать по двум признакам, а именно по материалу и грунту, они все равно взаимосвязаны. Поэтому чаще всего классифицируют их согласно материалу, из которого они сконструированы.

Монтаж бетонных свай

Несущая способность опоры по грунту основания нуждается в проверке, так как грунту, находящемуся вокруг ствола сваи, свойственно воспринимать значительно меньшую нагрузку. Ее определение для свай-стоек и висячих опор значительно отличается, поэтому применяются различные методики в зависимости от типа опорных элементов.

В любом случае недостаточно использовать лишь расчетный метод для определения несущей способности свайных элементов, поскольку часто расчеты не совпадают с результатами, полученными при испытаниях. Поэтому для более точного результата рекомендуется проводить испытания свайпрямо на стройплощадке.

Правильный подход высококвалифицированного специалиста для решения данной задачи, тщательное проведение испытаний с использованием комплекса методов поможет правильно определить все необходимые параметры для возведения устойчивого прочного фундамента свайного типа и обеспечить долговременную эксплуатацию данного построения.

Схема сопряжения голов свай с ростверком

Несущая способность свай – это способность строительной конструкции уравновешивать нагрузку от веса строения и сопротивление грунта.

Расчёт сопротивления опоры этим двум силам даёт определение несущей способности сваи. Когда опорные стержни в одном фундаменте расположены на отдалённом расстоянии друг от друга, несущая способность опорного стержня используется полностью. Современные методы расчётов определают нужное количество опорных стержней с оптимальной точностью.

Методы расчета несущей способности свай

Несущая способность свай рассчитывается с учетом следующих факторов:

Таблица несущей способности свай

  • Материал сваи (деревянный столб, железобетонный стержень, буронабивная конструкция и другие);Одиночная опора или свайная группа;Положение опор в грунте (висячая конструкция, кустовое расположение, свая на плотном грунтовом основании);Характеристика свойств грунта (плотность, структура почвы, пучинистость, глубина промерзания, уровень грунтовых вод).

При подсчёте несущей способности свайного поля, суммируют показатели несущей способности отдельных опорных стержней.

Монтаж бетонных свай

Однако следует учитывать, что при чрезмерном количестве опорных стержней, общая несущая способность свай будет сокращаться за счёт уменьшения силы бокового трения грунта о свайный стержень. Может возникнуть ситуация, при которой опоры могут продавить слабое грунтовое основание.

При определении несущей способности опор используют три метода:

Схема устройства свайного фундамента

  • Теоретический метод, основанный на применении формул и таблиц СНиП 11-17-77;Динамический метод получения результатов опытной забивки свай;Пробный метод статической нагрузки опор и исследования грунта.

Рассмотрим все три метода исследования несущей способности опорных стержней.

Проектирование свайного фундамента

При проектировании свайного фундамента необходимо участь ряд факторов, влияющих на его устойчивость:

  • Глубина залегания толщина и надежность пород;
  • Масса здания;
  • Условия строительства и эксплуатации;
  • Конструктивные особенности здания.

При проектировании инженеры опираются на данные геологических изысканий и на их основе определяют возможность строительства, рассчитывают количество свай, выбирают их вид, форму и материал.

Второй важный фактор — это нагрузка от здания.

Она складывается из нескольких видов нагрузки:

  • Постоянная. Включает в себя вес самого здания;
  • Долгосрочная временная — это вес станков, оборудования и других тяжелых конструкций;
  • Краткосрочная временная складывается из веса мебели и людей в здании;
  • Снеговая и ветровая нагрузки рассчитываются отдельно для каждого здания на основании климатических данных региона согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

Foto3Карта снеговых районов России

Вид сваи зависит от технико-экономических показателей строительства. Подбирается самый дешевый вариант, удовлетворяющий все требования и обеспечивающий надежность конструкции.

На этапе проектирования инженеры предусматривают запас прочности, обеспечивающий длительный срок эксплуатации фундамента даже при больших нагрузках.

Результаты расчета

Расчет выполняется после нажатия кнопки Вычислить. Результаты расчета в установленных в настройках единицах выдаются на странице Результаты и включают следующие величины:

а) для сваи-стойки — несущая способность сваи, работающей на вертикальную нагрузку Fd;

б) для висячей сваи — несущая способность сваи, работающей на вертикальную нагрузку Fd, и несущая способность сваи, работающей на выдергивающую нагрузку Fdu. Кроме того, для висячих свай строятся графики зависимости Fd и Fdu от глубины погружения сваи.

По результатам расчета может быть сформирован отчет (кнопка Отчет), который создается в RTF формате и автоматически загружается в ассоциированное с этим форматом приложение (например, MS Word).

Пример расчёта несущей способности буронабивной сваи

Буронабивная свая

Буронабивная свая представляет собой обсадную трубу, погруженную на глубину до проектной отметки, Трубу заполняют бетоном. Такие трубы применяют при строительстве крупных промышленных объектов с повышенными эксплуатационными нагрузками. Максимальный диаметр трубы достигает 1,5 метра, а максимальная длина бывает  около 40 метров.

Расчёт несущей способности сваи по материалу производят, используя результаты статического зондирования.

Согласно СНиП, несущая способность свай определяется по формуле:

R (сопротивление грунта под подошвой сваи) = 800 кПа;

А (площадь поперечного сечения обсадной трубы) = 0,6 м2;

u (периметр поперечного сечения  опоры) = 2,7 м;

fi (среднее сопротивление боковой поверхности опоры);

hi (толщина слоя грунта);

Σ γcf ∙ fi ∙ hi (табличное значение СНиП) = 230

В итоге получим результат:

Несущая способность свай буронабивного вида в данных условиях будет равна 102,1 т.

Выбор строительной площадки

Местоположение строительной площадки определяется в соответствии с назначением возводимого здания и типом его конструкций. Строительная площадка выбирается без наличия наледи и отсутствия паводковых вод.

Участки земли, расположенные у подножия гор, зачастую насыщены наледями, вздутиями пучинистых грунтов и глубинными прожилками льда. На пологих склонах такие явления не наблюдаются. Такие участки наиболее приемлемы для строительства.

Для оценки пригодности участка под строительство производят геодезическую съёмку. Также делают съёмку окружающей местности. Это позволит обрисовать всю картину направления естественных водных потоков, возможность их отвода и устройства канализационных каналов.

Расчет ростверка

Важный показатель для строительства — количество свай в ростверке. Этот показатель напрямую влияет на способность конструкции правильно передавать нагрузку на основание и обеспечивать прочность фундамента.

Ростверк — это балка, соединяющая верхние части свай и равномерно распределяющая между ними нагрузку.

Foto4Крепление ростверка к разным видам свай

Количество свай в ростверке находят по формуле:

где:

  • dp — заглубление ростверка;
  • N0I — максимальное значение суммы нагрузок от веса здания;
  • Yk — коэффициент надежности;
  • F — максимальная нагрузка на одну сваю;
  • A — площадь ростверка;
  • Ymt — усредненный вес ростверков и грунта на его обрезах.

Полученное в результате вычислений число округляется всегда в большую сторону до целого значения.

Сваи распределяют согласно правилам:

  • В шахматном порядке, в два ряда или в одну линию с равными промежутками;
  • Расстояние между соседними сваями не менее трех их диаметров;
  • Минимальное расстояние от края ростверка до ближайшей сваи равно одному ее диаметру;
  • При возникновении только вертикальных нагрузок сваи заглубляют в ростверк всего на 5–10 см, в иных случаях соединение делают более надежным и дополнительно рассчитывают.

При расчетах ростверков инженеры работают, основываясь на СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции».

Пример упрощенного расчета

Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:

  • грунты на участке — глина;
  • диаметр используемых свай — 133 мм, диаметр лопасти — 350 мм;
  • масса дома, полученная в результате сбора нагрузок от стен, перегородок, перекрытий, полезного и снегового нагружения — 59 тонн.
  • периметр наружных стен — 24 м, внутренних несущих стен нет.

Сначала находится прочность грунта основания. Воспользовавшись приведенной ранее таблицей находим, что для имеющегося типа почвы она составляет 6,0 кг/см². Коэффициент надежности по нагрузке принимаем 1,75 (для обеспечения запаса по надежности). Остается вычислить площадь лепестковой подошвы:

S = (πD²)/4 = 3,14*352/4 = 961,6 см² (значение диаметра лопасти в расчет берется в сантиметрах).

Находим неоптимизированную несущую способность:

F = S*Rо = 961,6*6,0 = 5770 кг.

Вычисляем допустимую нагрузку:

N = F/γk = 5770/1,75 = 3279 кг ≈ 3,3 т.

Для дальнейшего расчета определяем минимальное количество свай, которые способны удержать данный дом:

59 т/3,3т = 17,87 шт, округляем до целых в большую сторону и принимаем в дальнейший расчет 18 шт.

Чтобы завершить вычисления для возведения фундаментов, нужно определить шаг между сваями. Для этого длину стен дома делят на количество опорных элементов:

24 м/18 шт = 1,33 м — максимальный шаг фундаментов.

Получилось довольно большое количество свай для такого небольшого дома, т.к. мы приняли что геологические изыскания не проводились, и пришлось принять γk = 1,75, если провести исследования хотя бы пробным вкручиванием (эталонным), тогда количество свай можно снизить до 12-13 штук, а это существенная экономия. В каждом случае нужно считать что обойдется дешевле — геологические изыскания или самостоятельный расчет и перестраховка по несущей способности.

Определение максимальной нагрузки на сваю — только часть вычислений для проектирования. Как показано выше, на этом расчет не заканчивается. Окончательными результатами вычислений должны стать следующие данные для свай:

  • сечение;
  • длина;
  • шаг;
  • распределение под несущими стенами.

Несущая способность свай СНИП

Важно! Исследования и расчеты направленные на определение несущих характеристик свай необходимо выполнять согласно требований СНиП № 2.02.03-85 “Свайные фундаменты”.

Расчет сваи-стойки, опирающейся на несжимаемое основание

Данные для расчета берут в СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты».

В таблице указаны значения расчетных сопротивлений свай:

Foto5Табличные значения сопротивлений для разных типов грунта

Формула для расчета сваи-стойки:

Fd=gcRA, где:

  • gc — коэффициент, учитывающий работу грунта;
  • R — взятое из таблицы сопротивление грунта;
  • А — площадь разреза сваи.

Результат расчета используется для дальнейшего нахождения количества свай в ростверке.

Пример нахождения размеров ростверка

Рассмотрим порядок расчета железобетонного ростверка. Ширина ленты должна быть равна толщине стен.

Если стены дома в 1,5 кирпича, то ширина стен составит 38 см. Такой же будет и ширина ростверка.

Высота ленты при такой ширине должна составить 50 см — это обеспечит необходимую жесткость на прогиб.

Арматурный каркас Будет состоять из двух горизонтальных решеток по 2 стержня 12 мм.

Общий объем бетона, необходимого для отливки, составит 0,5 · 0,38 · 30 м (общая длина ростверка) = 5,7 м3.

Учитывая возможность непроизводительных потерь, лучше заказывать 6 м3 готового бетона марки М200 и выше, или изготовить его самостоятельно прямо на площадке.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...