РАЗДЕЛ III: Расчет свайного фундамента
3.1. Выбор длины, сечения свай, глубины заложения и толщины плиты свайного ростверка.
Свайный фундамент состоит из свай и ростверка. Применяют их при слабых грунтах или вследствие технико-экономических преимуществ.
Свая – стержень, погруженный в готовом виде в грунт или изготовленный непосредственно в скважине в грунтовом массиве.
Ростверком называется балка или плита, объединяющая группу свай в единый фундамент. Расчет свайных фундаментов производится по двум группам предельных состояний:
─ по первой группе – расчет несущей способности сваи и проверка прочности свай и ростверков;
─ по второй группе – расчет по деформациям свайных фундаментов.
Тип свай, их длина, размер поперечного сечения назначаются исходя из конкретных инженерно-геологических условий строительной площадки.
При назначении глубины заложения подошвы свайного фундамента необходимо учитывать вид и состояние грунтов строительной площадки, положение уровня грунтовых вод, конструктивные особенности сооружения.
Глубина заложения свайного ростверка в непучинистых грунтах назначается независимо от глубины промерзания (не менее 0,5 м от поверхности планировки), в пучинистых грунтах – ниже расчетной глубины промерзания не менее чем на 0,25м.
В промышленных и гражданских зданиях обрез ростверка принимается на 15….20 см ниже уровня отметки пола. Толщина ростверка должна быть не менее 40 см. Окончательная его толщина определяется проверочным расчетом на изгиб или на продавливание головами свай. Величина заделки головы железобетонной сваи в ростверке составляет:
а) при отсутствии горизонтальных нагрузок на фундамент – не менее 5…10 см. При этом заделка выпусков арматуры в ростверк необязательна;
б) при наличии горизонтальных нагрузок на фундамент – не менее поперечного сечения сваи или на 5…10 см с обязательным выпуском в ростверк арматуры периодического профиля на длину 25 ее диаметров.
В работе примем сечение сваи 30 х 30 см. Длина сваи определяется глубиной залегания слоя грунта и отметкой заложения подошвы ростверка. Рабочую длину сваи примем ℓр = 6 м. Нижний конец сваи рекомендуется заглублять в несущий слой грунта на 1 – 1,5 м.
3.2. Определение расчетного сопротивления сваи, количества свай и расчет условия соответствия фактической нагрузки на сваю с расчетным сопротивлением сваи.
Расчетное сопротивление сваи (допустимая нагрузка на сваю) определяется по прочности материала и прочности грунта. Для дальнейших расчетов принимается меньшее полученное, как правило, значение. Расчета висячих свай по материалу не требуется, т.к. его результат обычно больше, чем по грунту. Расчетное сопротивление висячей сваи по грунту определяем по формуле:
,
где gс – коэффициент условий работы сваи, gс = 1;
gк – коэффициент надежности по грунту, gк = 1,4;
R= 1143,8 кПа – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи,(табл.6)
А= 0,09 м² – площадь поперечного сечения сваи;
U = 1,2 м – наружный периметр сваи;
hi — толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, hi = 2м (толщину грунта, прорезаемую сваей, разбиваем на слои толщиной по 2 м);
ƒi – расчетное сопротивление i –го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа. (табл.7)
Определим среднюю глубину заложения слоя Zi :
Z1 =3,5м и ƒ1 = 15кПа;
Z2 = 5,5 м и ƒ2 = 17,5кПа;
Z3 = 6,95 м и ƒ3 = 18,35кПа;
Z 4 =7,75м и ƒ4 =18,5кПа;
gсR , gсƒ – коэффициенты условий работы под нижним концом и по боковой поверхности сваи, зависящие от способа погружения свай (для свай, погружаемых забивкой gсR = gсƒ = 1).
Глубина погружения: 1,5 + 6 + 0,25 = 7,75м. Для такой глубины погружения, с помощью метода интерполяции, принимаем расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи равным R = 1143,8кПа (по табл. 6).
В качестве примера на рис.4 дана схема для определения расчетного сопротивления сваи.
Рис.4 Расчетная схема ( значения даны в сантиметрах).
Таблица 6. Расчетные сопротивления R
Примечания: 1. в случаях, когда значения R указаны дробью, числитель относится к пескам, знаменатель – к пылевато-глинистым грунтам.
2. Для плотных песков значения R увеличиваются на 60%, но не более, чем до R = 20 МПа.
Результаты интерполяции запишем в таблицу 6.1:
| при I L = 0,5 | I L = 0,6 | Zо = 7,75 |
| Zо = 7 R = 1400 Zо = 7,75 R = 1425 Zо = 10 R = 1500 | Zо = 7 R = 850 Zо = 7,75 R = 862,5 Zо = 10 R = 900 | I L = 0,5 R = 1425 I L = 0,55 R = 1143,8 I L = 0,6 R = 862,5 |
Острие сваи заводят в несущий слой. Слои грунта, прорезаемые сваей, делят на полоски толщиной не более 2м. по табл. 7 определим ƒi в зависимости от величины Zi и характеристик грунтов.
Таблица 7. Расчетные сопротивления ƒ
Расчет производим методом интерполяции и результаты запишем в таблицу 7.1
| Zо , м | ƒi при I L = 0,55 | Zо , м | ƒi при I L = 0,55 |
| 20,5 21,5 22,5 | 3,5 5,5 6,95 7,75 | 22,4 |
Полученные значения подставим в формулу и вычислим сопротивление сваи
F = 1 / 1,4 [1 х 1143,8 х 0,09 + 1,2 (1 х 18 х 2 + 1 х 21 х 2 + 1 х 22 х 1,45 + 1 х 22,4 х 0,8)] = 1/1,4 [102,9+1,2(36+42+31,9+17,9)]= 1/1,4 [102,9+1,2х127,8] = 183 кН
Определяем количество свай по формуле
— коэффициент надежности, равный 1,4;
— коэффициент надежности по нагрузке, равный 1;
— осредненное значение удельного веса грунта и ростверка, принимаемое 
;
a — шаг свай; a =3d = 3 х 0,3 = 0,9;
— наименьшая несущая способность сваи.
n = (1,4 х 460) /(183 – 1 х 0,9² х 1,5 х 20)= 644 / 158,7 = 4 сваи
Рассчитаем фактическую нагрузку на сваю по формуле
Nф = Nn / n + Mn /W.
где n – количество свай в фундаменте;
W = ( b2² L) / 6 = 0,86
Nф = 460 / 4 + 28 / 0,86 = 115+32,6 = 147,6кН
Источник
Глубина и высота свайных фундаментов
Ни одно возведение фундамента не обходится без определения необходимых для этого параметров. К перечню таких характеристик, которые нужно выявить перед началом работ, можно отнести глубину заложения и высоту фундамента над поверхностью земли. Чтобы безошибочно провести расчеты, следует разобраться в сути таких параметров.
Высота свайного фундамента над землей
Все правила и положения, на которых основаны расчеты, указаны в основном нормативном документе СНиП под номером 24.13330.2001 (актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 ). Зачастую, высота свай над землей устанавливается в 200см.
Также указания к возведению ростверков свайного типа можно узнать из СНиПа 2.03.01-84 , в котором содержатся сведения о проектировании подобной разновидности ростверков. Еще при расчетах следует взять во внимание такой фактор, как искривление почвенного рельефа, это параметр влияет на расчет глубины для отдельных свай.
Двухэтажное здание на сваях.
В первую очередь, пред тем, как проводить расчеты и определять высоту установки свай над землей, обращают внимание на следующий ряд факторов:
- каков температурный режим в зимний период в окружающей среде и в помещении;
- высота снежного покрова зимой;
- количество выпадающих осадков;
- какова вероятность затопления здания;
- на какой глубине располагаются грунтовые воды.
Важно: часть конструкции фундамента, которая находится над уровнем земли, больше всего подвержена воздействию факторов окружающей среды, в частности, на нее влияют атмосферные осадки и могут становиться причиной разрушения.
Более детально проектирование высоты свайного фундамента рассчитывается исходя из следующих параметров, которые учитываются на максимально возможном для конструкции уровне:
- качество материала конструкции, ее прочность;
- каков уровень плотности грунта и его несущая способность;
- какой степенью несущей способности обладает фундамент, когда имеет горизонтальную нагрузку;
- какова степень усадки с горизонтальной нагрузкой на конструкцию;
- возможность появления трещин в фундаменте во время его возведения.
Пример высокого свайно-винтового фундамента.
Также, для точного определения высоты свай над землей, необходимо рассчитать конструкцию на продавливание, иными словами, после того, как известно количество свай и их расположение – проверить достаточно ли в такой системе уровня несущей способности.
Расчет величины продавливания фундамента (F) можно провести по специальной формуле:
- a – коэффициент, который варьирует в зависимости от качества выбранного бетона и равен для тяжелого – 1, мелкозернистый – 0.85, легкий – 0.8;
- Rbt обозначается классом бетона относительно его прочности, указывается в единицах измерения кг/см2;
- u – это значение среднего арифметического, высчитанное из значений периметров опорной пирамиды (верхний и нижний);
- h – значение плиты в толщину.
Стоит учесть, что свайные фундаменты (как и любые другие) имеют ряд своих плюсов и минусов, узнать о которых было бы весьма полезным:
В случае если результат получается больше расчетной нагрузки, которая была определена в проекте, то такой уровень высоты фундамента допустим для возведения. Если же результат меньше, то проект подлежит пересмотру.
Применение СВФ на песчаном склоне.
Когда участок строительства обладает достаточно плотными грунтами, то расположение свай над почвой может равняться 15 см, располагаются в такой ситуации сваи одним или несколькими рядами под каждой стеной вдоль. Такие параметры могут быть в случае отсутствия в здании подвала.
Подробнее узнать о расчетах нагрузки и осадки можно из отдельной статьи:
Глубина заложения свайных фундаментов
Глубину, на которою забиваются сваи, вычисляют, отталкиваясь от следующих характеристик:
- Тип почвы на местности.
- Уровень, на котором почва промерзает.
- Уровень расположения грунтовых вод.
- Какого типа конструкция дома.
В местности с пучинистыми грунтами глубина выбирается таким образом, чтобы она превышала уровень промерзания почвы. Если здание имеет промышленное значение, то располагают сваи ниже, чем уровень подвального помещения.
Мелкозаглубленный свайный фундамент
Как и у других типов фундаментных конструкций, у свайного имеется различие в зависимости от уровня, на который он закладывается. Мелкозаглубленным фундамент называется в том случае, если его расположение находится выше, чем проходящий уровень промерзания.
Зачастую почва имеет такое строение и качественные характеристики, что до уровня промерзания грунт находится нестабильный и не обладающий высоким уровнем несущей способности. Такие свойства почвы не подходят для того, чтобы в них проводить установку свайного фундамента, поскольку не будут обеспечивать надежность сооружения.
Однако в некоторых ситуациях такие свойства стали преимуществом. На пучинистых грунтах такая разновидность заложения фундамента встречается достаточно часто, ведь основание мелкозаглубленного типа в данном случае позволяет передвигаться конструкции основания вместе с грунтами.
Ситуации, в которых применяется такой тип заложения свайного фундамента, могут быть следующими:
- если очень большой уровень расположения вод в грунте;
- небольшая площадь сооружаемого дома;
- нестабильные грунты;
- сейсмически активные зоны;
- здание не более двух этажей в высоту.
Важно: конструкция в мелкозаглубленном типе свайного фундамента изготавливается прочная и имеет рамный тип – это позволяет сохранять целостность во время движения грунтов, а соответственно, и конструкции.
Фундамент глубокого заложения
Другой вариант заложения свайного фундамента – глубокий. Для определения глубины пользуются также качественными показателями почвы, на которой возводится конструкция. При изысканиях выявляют максимально плотный грунт, на который опора будет надежной и устойчивой, в этом месте и ставят отметку глубины заложения.
Бурение и установка свай бригадой рабочих.
Используется глубокий тип заложения в таких случаях:
- когда необходимо возвести сооружения большой массы, высотных, построенных из кирпича;
- когда уровень, на котором промерзает почва в данном районе не больше 2.5 метров;
- расположение уровня вод в грунте меньше ГПГ.
Важно: в местах, которые характеризуются уровнем вод в грунте достаточно высоким, закладывать фундамент на большую глубину нецелесообразно, потому как будущая конструкция вероятнее всего не сможет быть устойчивой при таких показателях.
Источник