Как рассчитать несущую способность сваи по материалу

Несущая способность свай

Несущая способность свай — это максимальная величина нагрузки, которую способна выдерживать погруженная в грунт свая, не подвергаясь деформациям.

• Методы определения несущей способности сваи
• Методы определения несущей способности грунта
• Несущая способность свай СНИП
• Несущая способность буронабивной сваи
• Несущая способность забивной ЖБ сваи
• Несущая способность винтовой сваи
• Как улучшить несущую способность сваи
  • Инъектирование грунта
  • Увеличение диаметра опорной подошвы сваи

Существует два типа несущей способности свай — по материалу изготовления и по грунту. Данные о несущей способности конструкции исходя из ее материала могут быть получены при проведении теоретических расчетов, тогда как определение несущей способности сваи по грунту требует проведения практических исследований на месте строительства.

Определение несущей способности фундамента

Чтобы сделать расчет фундамента на прочность, собирают нагрузки от наземной части постройки и прибавляют вес свайных элементов вместе с ростверком и монолитной плитой.

Масса дома складывается из веса элементов:

• вертикальных ограждений (стен, перегородок);
• междуэтажных и подвальных перекрытий;
• системы стропил, ферм и кровельного покрытия;
• наружной отделки со слоями изоляции;
• оборудования, коммуникаций, техники, людей;
• снега и ветрового давления;
• фундамента.

Все составляющие тщательно высчитывают, затем складывают, применяют коэффициент прочности и получают общую нагрузку на основание. Если предполагают пристройки со временем, давление от них также учитывают при нахождении несущей способности.

Если полученное значение меньше расчетного, вариант принимается и строительство ведется по плану. В ином случае используют метод уширения подошвы сваи или увеличения количества стержневых элементов. Расширение опорной части лучше предусматривать для винтовых свай, когда можно значительно увеличить диаметр лопастей.

Для жб элементов используют метод сверления буром-расширителем или делают камуфлетные сваи. Максимально повышает несущие свойства способ инъектирования грунта, когда в пространство между свайными стержнями подается раствор из песка и цемента на 1,5 – 2,0 метра ниже опоры столба.

Виды свай и их параметры

Разнообразие типоразмеров этих изделий связано с применением их под конкретные виды возводимых объектов.

В частном домостроении преимущественно используются винтовые элементы фундаментов с диаметрами трубы от 89 до 159мм. Так, допустимая нагрузка на винтовую сваю 89мм делает возможным их применение при возведении каркасных одноэтажных домов, веранд и беседок. С увеличением диаметра трубы увеличивается цена и расширяется диапазон их применения: 108мм, 133мм и 159мм – для устройства фундаментов двухэтажных каркасных домов, а также одноэтажных из бруса, пенобетона и кирпича.

А допустимая нагрузка на винтовую сваю 325мм приемлема при использовании её в проектировании тяжёлых конструкций домов или промышленных объектов.

При расчётах допустимых нагрузок на сваи используют такой важный параметр, как площадь её конструктивного элемента – лепестковой подошвы.

При этом за радиус подошвы принимают расстояние от центра сваи до крайней (образующей контур лепестка) точки.

Для вычисления площади используют известную математическую формулу: возведённый в квадрат радиус лопастей умножают на 3,14 (число Пи). Для разных диаметров труб она составляет:

• 89мм – 490см2;
• 108мм –706см2;
• 159мм – 1590см2;
• 325мм – 9567см2 (для расчётов значения диаметров лопастей всегда берут в сантиметрах).

На выбор длины детали влияют характер грунта (в том числе уровень его промерзания) и перепады высот на стройплощадке.

Длина свай стандартизована и составляет:

• для коротких – 160-250см;
• для длинных – до 11,5м (с шагом 50см).

При правильной установке они должны упираться лопастями в плотный слой грунта.

Испытание свай статическими горизонтальными нагрузками

Пpибоpы для измеpения гоpизонтальных пеpемещений испытываемой сваи устанавливают в плоскостях, паpаллельных плоскости действия силы, не менее двух: на уpовне повеpхности гpунта и на уpовне пpиложения гоpизонтальной нагpузки.

Hагpужение сваи статической гоpизонтальной нагpузкой (рисунок 4) и снятие отсчетов по пpибоpам пpоизводят в соответствии с тpебованиями  как для испытаний натуpной сваи вдавливающими и выдергивающими нагрузками.

Рисунок 4– Схема установки стенда для испытания свай горизонтальными нагрузками

За кpитеpий условной стабилизации дефоpмации пpинимают скоpость гоpизонтального пеpемещения сваи на каждой ступени пpиложения гоpизонтальной нагpузки, не пpевышающую 0,1 мм за последние 2 ч наблюдений по пpибоpам, pасположенным на уpовне пpиложения гоpизонтальной нагpузки. Hагpузка пpи испытании гpунтов гоpизонтальной нагpузкой пpи инженеpных изысканиях для стpоительства должна быть доведена до значения, вызывающего гоpизонтальное пеpемещение сваи не менее 40 мм на уpовне пpиложения нагpузки, назначенном пpогpаммой испытаний. Hагpузка пpи контpольном испытании сваи гоpизонтальной нагpузкой пpи стpоительстве не должна пpевышать pасчетную гоpизонтальную нагpузку на сваю, указанную в пpоекте свайного фундамента.

Расчет ростверка

Схематическое отображение соединения свай фундамента с роствертком

Конструкция свайно-ростверковых фундаментов подразумевает установку специальной подушки, на которой уже монтируются несущие стены. Этот ростверк равномерно распределяет нагрузку от здания на все опоры одновременно и проектируется отдельно.

Ростверк – это бетонная, железобетонная или сборная лента, жестко соединенная методом армирования со сваями. Она распределяет массу по всем сваям одновременно, поэтому нужно обязательно рассчитать его размеры и габариты.

Тут используются специальные расчеты, найти их можно в специальной литературе, а профессиональные проектировщики делают их обязательно, ведь от этого зависит количество установленных свай.

Для соединения свай и обеспечения дополнительной жесткости ростверк дополнительно армируют стальными прутьями диаметром 12 мм в различных направлениях. Арматуру нужно полностью спрятать в бетон, чтобы не допустить распространения коррозии. Рассчитать, сколько и какой арматуры нужно использовать, можно по готовым формулам или с учетом поясности ростверка.

Нормативные документы

Главное меню

СНиП (2003) СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

г. 12. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ ОПОР ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

12.1. Свайные фундаменты опор воздушных линий электропередачи (ЛЭП) и открытых распределительных устройств (ОРУ) подстанций допускается применять во всех видах грунтов, в которых обеспечиваются возможность их погружения и экономическая целесообразность.

12.2. Для свайных фундаментов опор воздушных линий электропередачи не допускается применение булавовидных, пирамидальных и ромбовидных свай.

12.3. Глубина погружения свай в грунт, воспринимающих выдергивающие или горизонтальные нагрузки, должна быть не менее 4,0 м, а для фундаментов деревянных опор – не менее 3,0 м.

12.4. Деревянные сваи для фундаментов деревянных опор воздушных линий электропередачи допускается применять независимо от наличия и положения уровня подземных вод. При этом в зоне переменной влажности необходимо предусматривать усиленную защиту древесины от гниения.

12.5. Несущую способность забивных висячих и набивных свай, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять соответственно по формулам (8) и (11) с учетом указаний, приведенных в и 12.8; при этом коэффициент условий работы gс в формулах (8) и (11) следует принимать:

для нормальных промежуточных опор 1,2

в остальных случаях 1,0

12.6. Несущую способность забивных и набивных свай, работающих на выдергивание, следует определять по формулам (10) и (14) с учетом дополнительных указаний, приведенных в пп. ; при этом коэффициент условий работы gс в формулах (10) и (14) следует принимать для опор:

нормальных и промежуточных 1,2

анкерных и угловых 1,0

если удерживающая сила веса свай и

ростверка равна расчетной

выдергивающей нагрузке 1,0

если удерживающая сила составляет

65 % и менее расчетной

выдергивающей нагрузки 0,6

в остальных случаях по интерполяции

12.7. Расчетные сопротивления грунта под нижним концом забивных свай R и расчетные сопротивления на боковой поверхности забивных свай fi в фундаментах опор воздушных линий электропередачи принимаются по табл. 1 и 2, причем в фундаментах нормальных опор расчетные значения fi для пылевато-глинистых грунтов при их показателе текучести IL 3 0,3 следует повышать на 25 %.

12.8. Расчетные сопротивления грунта на боковой поверхности забивных свай fi, вычисленные в соответствии с требованиями п. 12.7, должны быть умножены на дополнительные коэффициенты условий работы приведенные в табл. 19.

Вид фундамента, характеристика грунта и нагрузки	Дополнительные коэффициенты условий работы gс при длине сваи
l 3 25d	l 0,6	1,5	1,5	1,35	0,9
б) одиночных свай на сжимающие нагрузки и свай в составе куста на выдергивающие нагрузки:
в песчаных грунтах и супесях	0,9	0,9	0,9	0,9
в глинах и суглинках при IL 0,6	1,5	1,5	1,5	1,5
2. Фундамент под анкерную, угловую концевую опоры, под опоры больших переходов при расчете:
а) одиночных свай на выдергивающие нагрузки:
в песчаных грунтах и супесях	0,8	0,8	0,7	0,6
в глинах и суглинках	1,0	1,0	0,9	0,6
б) свай в составе куста на выдергивающие нагрузки:
в песчаных грунтах и супесях	0,8	0,8	0,8	0,8
в глинах и суглинках	1,0	1,0	1,0	1,0
в) на сжимающие нагрузки во всех грунтах	1,0	1,0	1,0	1,0
В табл. 19 приняты обозначения: d – диаметр круглого, сторона квадратного или большая сторона прямоугольного сечения сваи; Н – горизонтальная составляющая расчетной нагрузки; N – вертикальная составляющая расчетной нагрузки, Примечание. При погружении одиночной сваи с наклоном в сторону действия горизонтальной составляющей нагрузки при угле наклона к вертикали более 10° дополнительный коэффициент условий работы следует принимать как для вертикальной сваи, работающей в составе куста (по поз. 1, б или 2, б).

12.9. При расчете на выдергивающие нагрузки сваи, работающей в свайном кусте из четырех свай и менее, расчетную несущую способность сваи следует уменьшить на 20 %.

Для свай, воспринимающих выдергивающие нагрузки, допускается предусматривать погружение их в лидерные скважины, при этом разница между поперечным размером сваи и диаметром лидерной скважины должна быть не менее 0,15 м.

Расчет осадки свай

В СП предусматривается несколько расчетных схем, учитывающих размещение свай относительно друг друга. При этом все они основываются на линейно-деформируемой модели грунта, но при надлежащем обосновании могут применяться и другие варианты. Основным условием расчета на осадки любого типа свайных фундаментов является определение значения его возможных деформаций, не превышающих предельных показателей.

где S– общая осадка;

Su – предельная деформация.

По СНиП висячие сваи рассчитываются на осадки как условный фундамент, границы которого на уровне пяты выходят за пределы общей площади реально расположенных лент или кустов свай. В актуализированной версии СП предусмотрен несколько иной алгоритм расчета.

Одиночные сваи

Существует ряд формул, определяющих осадку:

висячие сваи, не имеющие уширения в зоне пяты

где N – принимаемая сваей вертикально направленная нагрузка, МН;

l – линейный размер сваи, а именно – ее длина, м;

здесь, d – наружный диаметр сваи, м.

Если поперечное сечение является не круглым, а квадратным, прямоугольным, тавровым или двутавровым, то для определения условного диаметра применяется формула:

здесь А – соответствует табличному значению площади поперечного сечения.

? – коэффициент Пуассона;

параметр, учитывающий увеличение расчетной осадки, возникающее по причине сжатия ствола –

стоячие сваи и висячие с уширением в зоне пяты

Значения модуля сдвига и коэффициента Пуассона зависят от характеристик грунтовых пластов. Они принимаются путем послойного суммирования и осреднения в результате деления полученной цифры на количество присутствующих слоев в пределах глубины погружения сваи.

Свайный куст

Расчет свайной группы на осадки основывается на взаимодействии подземных опор между собой. В этом случае определяется дополнительная деформация сваи, расположенной на определенном расстоянии (?) от нагружаемой сваи.

Если распределение нагрузок между сваями в одном кусте известно, то при вычислении осадки каждой из них используется формула:

где s(N) – определяемая по вышеприведенной формуле осадка (для одиночно расположенной сваи);

Свайное поле

Расчет, в данном случае, рекомендуется выполнять иначе, нежели в двух предыдущих вариантах. Для этого существует формула:

На размещенном ниже рисунке показано, что такое границы условного фундамента относительно крайних рядов свай:

а) вертикально расположенных;

б) наклонно расположенных.

Осадка свайного поля вычисляется методом послойного суммирования. В этом случае в зоне условного фундамента масса грунта в учет не принимается, а в качестве нагрузки учитывается лишь прямое воздействие расчетных усилий на свайный фундамент.

При расчетах методом послойного суммирования для свайного поля, берут во внимание то, что общая величина осадки находится в зависимости от шага свайных опор в пределах площади поля. Но здесь возникает определенная сложность, так как шаг может иметь переменную величину

В этом случае вариант послойного суммирования усложняют методом ячейки, используя при расчетах другие схемы и формулы, детально указанные в СП.

Принцип метода послойного суммирования

Его суть описана в СП , являющихся актуализированной редакцией СНиП *. Она состоит в следующем. Вертикальные усилия на фундамент расчленяют на несколько участков, соответствующих толщине грунтовых слоев, которые характеризуются однородным составом и свойствами. На расчетной схеме криволинейная эпюра изменяется на ступенчатую. В каждом слое определяют работу на сжатие без бокового расширения. При этом общую осадку вычисляют методом послойного суммирования.

В процессе расчета строят схему распределения напряжений, а при расчетах пользуются специальными формулами, указанными в СП, и размещенными там же таблицами. Пример схемы показан на рисунке ниже.

Комбинированный фундамент

Свайно-плитная конструкция подземной части дома применяется в целях снижения осадок и более равномерного распределения нагрузок. Такой фундамент эффективно работает в сложных грунтовых условиях, сочетая сопротивление нагрузкам как свай, так и плиты. Расчет осадки, в данном случае, включает в себя определение:

• усилий в сваях и плите;
• деформаций и перемещений комбинированного фундамента в целом, а также его отдельных составляющих;
• нагрузок в процентном отношении на каждую из свай и определенные участки плиты.

Правильные вычисления и выбор конструктивных элементов комбинированного фундамента обеспечит отсутствие существенных осадок, перекосов и кренов строения в период его эксплуатации. Дополнительные условия расчета приведены в СП

Расчет по формуле

Несущая способность сваи по грунту, которая влияет на оказываемую нагрузку, зависит от характеристик материала, из которого она изготавливалась и прочностных параметров почвы. Для подсчетов выбирается минимальный показатель, так как он иногда увеличивается.

Несущая способность сваи вычисляется по следующей формуле: P=ko*Rn*F+U*kp*Fin*Li, где P – непосредственно несущая способность; ko– показатель однородности почвы; Rn– возможное сопротивление почвы относительно фундамента; F -площадь базиса на сваях, см2; U – периметр участка, м; kp– рабочий коэффициент; Fin-допустимое сопротивление почвы по бокам используемых свай; Li– толщина грунта, который соседствует с боковой поверхностью столба, м.

Все необходимые данные грунтов нужно искать в приложениях СНиП в предназначенном для этого разделе. Если грунт является многослойным, то возможности сопротивление поверхности высчитываются для каждого слоя по отдельности, после чего показатели складываются воедино. Также при подсчете существующей несущей способности к давлению понадобится добавлять массу самих свай и ростверка.

После того как несущая способность свай была рассчитана, вычисляется их необходимое количество для создания базиса постройки. Необходимо учитывать, что самым большим интервалом между сваями является отметка в 2 м, а самым маленьким – сумма 3-х диаметров скважин.

Таблица несущей способности буронабивной сваи позволяет упростить процедуру расчетов.

Когда все необходимые исчисления проведены, осуществляется заливка.

Бетон для этого изготавливается прямо на участке, где проводятся строительные работы, что позволяет сэкономить на доставке. Можно использовать различные марки раствора, но необходимо следить за его качеством и сроком годности. Если будет применен некачественный бетон, это существенно повлияет на срок службы здания.

Как видно из статьи, соорудить свайный фундамент своими силами довольно трудно, но возможно. Основной процедурой является расчет несущей способности столбов.

Если все подсчеты будут выполнены правильно, то и результат будет на высоком уровне, а постройка прослужит большое количество времени. Существуют специальные таблицы, в которых уже собраны многие данные. С помощью них можно пропустить трудоемкий процесс сбора большого количества данных для подсчетов.

В силу некоторых особенностей земельных участков (проблемная структура грунта, наличие уклона или плотность возведения сооружений) при строительстве не всегда есть возможность поставить фундамент желаемого типа. В таких случаях оптимальный вариант – буронабивной фундамент с ростверком, который становится все популярнее благодаря многим его преимуществам.

Cхема буронабивных свай.