Определение глубины заложения свайных фундаментов

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;

h_i — толщина i-того слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, h_i = 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

Какая глубина необходима для заложения свайного фундамента и как ее определить?

Для расчета надежного и устойчивого фундамента необходимо грамотно определить глубину закладывания опор.

Заказать проектирование силовой конструкции можно у профессионалов, но доступность технологии позволяет самостоятельно определить значение параметра.

Что такое глубина заложения свайного фундамента, как ее определить и от чего она зависит, расскажем в статье.

От чего зависит?

Размер части свайного основания, которая находится под нулевым уровнем участка, зависит от ряда факторов:

1. Веса проектной конструкции.
2. Несущей способности грунта.
3. Уровня подземных источников.
4. Глубины промерзания земли.
5. Типа силовых элементов.
6. Материальных возможностей собственника.

Углубление в зависимости от свойств почвы и расположения грунтовых вод

Чтобы возводимое сооружение дало минимальную осадку, не деформировалось и не шаталось в процессе эксплуатации, необходимо закладывать фундамент таким образом, чтобы сваи опирались на твердый пласт земли. Затруднения в выборе оптимальных по размеру конструктивных элементов вызваны тем, что состав грунта на участке может быть неоднородным.

Несущая способность почвы зависит от ее состава и уплотненности, но в первую очередь – от насыщенности влагой. Чем ближе к поверхности находятся подземные источники, тем ниже сопротивление грунта нагрузкам.

Заказать геологические исследования можно у профессионалов или самостоятельно выкопать скважину на глубину не менее двух метров, чтобы оценить характеристики пород и степень увлажненности.

Соотношение между уровнем промерзания и степенью заглубления опорных элементов

Пучинистые почвы подвержены силам морозного пучения. К таким грунтам относятся глинистые породы, суглинок, пылеватые пески и т.д. За счет высокого содержания влаги земельный массив при минусовой температуре может увеличиваться в объеме до 12%.

В результате на боковые части опорных элементов начинают действовать выдергивающие сваи. Поэтому так важно заглубить сваи ниже точки промерзания.

Узнать точку промерзания можно расчетным путем по формуле:

где:

• Tm – среднемесячная отрицательная температура зимой в конкретном регионе;
• Ko – коэффициент, учитывающий состав почвы.

Параметр для различных геологических условий будет равным:

• глины, суглинки – 0,24;
• пески, супеси – 0,28;
• пески большой крупности – 0,3;
• гравий – 0,35.

Точный расчет глубины промерзания земли под зданием зависит от теплового режима в доме и рассчитывается по формуле:

где Kh – коэффициент промерзания, регламентируемый нормами СНиП.

Как меняется значение в связи с типом опор?

Особенности проведения вычислений и рекомендации по выбору глубины свайного основания изложены в СНиП 2.02.01-83. При этом для разного типа опорных элементов учитывают отдельные нюансы.

Особенности расчета для винтовых столбов

Винтовые стержни заглубляются в почву ниже точки промерзания грунта, как правило, на 15%. При этом лопасти должны быть ввинчены в твердый пласт толщиной, равной не меньше трех диаметрам трубы. На участках, где уровень промерзания незначительный, важно учесть высоту почвенно-растительного слоя.

Для закладывания буронабивных

Для монтажа буронабивных элементов конструкции бурят скважины на глубине залегания тугоплавких пород.

Если почва характеризуется склонностью к пучению, то по технологии на дне шурфа рекомендуется устраивать утрамбованную песчаную подушку высотой не менее 20 см под нижним концом опоры.

Недостатком технологии для частного строительства фундамента с буронабивными сваями является тот факт, что сложно быть уверенным в тугоплавкости пород на назначенной глубине скважины. Поэтому для строительства малоэтажных домов и построек шурфы бурят на 1,5–2 м, что ниже точки промерзания и грунт на этом уровне достаточно уплотнен.

Но на особо зыбких почвах глубина закладывания буронабивных свай может достигать 30 м и более. В этом случае в обязательном порядке перед армированием и заливкой бетона необходимо устраивать в скважине обсадную трубу.

Согласно нормативам, заглубление опорных элементов в тугоплавкие породы должно составлять:

• для крупнообломочных, гравелистых грунтов, а также пылеватых песков – от 50 см;
• для других нескальных грунтов – от 1 м;
• для слоев погребенного торфа – от 2 м.

Для забивных

Технология позволяет устраивать сваи забивным способом на глубине не больше 16 м. В остальных случаях используют составные силовые элементы.

Согласно СНиП, минимальная длина свай – от 3 м, для полых конструкций – от 4 м.

Как рассчитать для одноэтажного дома?

Для примера определим, какие сваи нужны для частного домостроения. В ходе расчетов можно узнать, на какую глубину необходимо бурить скважины под фундамент.

Исходные условия:

1. Типовой одноэтажный каркасный дом площадью 6 на 6 м.
2. Вес конструкции – 35 т.
3. Стройка ведется на глинистом грунте с глубиной промерзания – 1,5 м.
4. Средняя высота снежного покрова в регионе – 30 см.

Предварительно выбираем 9 винтовых свай диаметром 108 мм с несущей способностью 5 тонн. Предельная нагрузка такого фундамента позволяет выдержать вес конструкции. Для стержней с таким размером сечения длина может составлять от 1 до 12 м.

Учитывая глубину промерзания и рекомендации, что ствол должен уходить в землю ниже определяющего параметра на 15%, подземная часть сваи будет составлять: 1,5м + 15% = 1,75м.

Принимая во внимание уровень снежного покрова в регионе, предварительно выберем высоту цоколя 0,4 м. Таким образом, для строительства в заданных условиях понадобятся сваи длиной 2,5м.

Все, что необходимо знать об устройстве и возведении свайного фундамента, найдете здесь.

Заключение

Нормативные документы не регламентируют единые правила для заглубления свай, но остается обязательным требованием, что этот параметр будет зависеть от геологических условий участка, а именно, от точки промерзания, типа грунта и уровня подземных источников.

Допустимые нагрузки на фундамент практически не зависят от размера подземной части опорных элементов, поскольку большее значение имеет опорная площадь. Рекомендованные соотношения длины свай и их диаметра приведены в таблицах СП и СНиП.

Источник