Определение несущей способности свайного фундамента пример

Пример 2.2. Определение несущей способности забивной сваи по грунту

Требуется определить допустимую нагрузку, которую может воспринять забивная висячая железобетонная свая. Глубина погружения сваи L = 7 м. Се­чение сваи квадратное с размером стороны b = 0,3 м. Свая забита при помощи дизель — молота.

Грунт № 1: супесь с показателем текучести I_L = 0,3 Мощность слоя: H₁ = 3,5 м.

Грунт № 2: супесь с показателем текучести I_L = 0,4. Мощность слоя: H₂= 1,5 м.

Грунт № 3: глина с показателем текучести I_L =0,5.

Решение

Площадь поперечного сечения сваи A = b 2 = 0,3 2 = 0,09 м 2

Периметр сечения сваи: и = 4b = 4*0,3 = 1,2 м.

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи R = 1,4 МПа = 1400 кПа.

При определении сопротивления грунта по боковой по­верхности сваи при толщине прорезаемого слоя более 2 м этот слой следует разбивать на несколько слоем с толщиной каждого не более 2 м.

Слой №1 мощностью 3,5 м, поэтому разбиваем его на два толщиной 2 и 1,5 м.

Средняя глубина расположения слоев (см. рис. 1):

Расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи в первом слое грунта (I_L = 0.3) при его средней глубине заложения h₁ = 1,0 м, f₁ = 23 кПа

Расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи в первом слое грунта (I_L = 0.3) при его средней глубине заложения h₂ = 2,75 м, f₂ = 33,8 кПа.

Расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи во втором слое грунта (I_L = 0,4) при его средней глубине заложения h₃= 4,25 м, f₃ = 27,5 кПа.

Расчетное сопротивление по боковой поверхности сваи в третьем слое грунта (I_L = 0,5) при его средней глубине заложения h₄ = 5,75 м, f₄ = 24.7 кПа.

Коэффициент условий работы сваи в грунте: γ_с = 1.0.

Коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи γ_сR = 1,0.

Коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи γ_сf = 1,0.

Несущая способность одиночной висячей сваи :

= 1,0(1,0 * 1400 * 0,09 + 1,2 * 1,0 (23*2 + 33,8*1.5 + 27.5*1,5 + 24.7*1.5)) = 336 кН.

Допустимая расчетная нагрузка на сваю по грунту:

Источник

Расчет несущей способности сваи по грунту

Сваи широко применяют в строительстве. Они позволяют устраивать фундамент на неустойчивых почвах, ограждать котлованы, возводить подпорные стенки и укреплять грунт.

Это экономичный, устойчивый вариант установки фундамента, применяемый практически в любых условиях.

В статье мы расскажем о видах свай, порядке и различных методах расчета фундамента.

Расчет свай начинается с выбора их типа.

По способу заглубления в грунт различают:

• Забивные сваи. Самый популярный вид. Погружаются в грунт путем забивки пневматическим молотом на рассчитанную глубину;
• Буронабивные сваи устанавливаются в самые короткие сроки. Сначала методом шнекового бурения разрабатывают скважину и уплотняют грунт вокруг нее. Потом одновременно с извлечением бура под давлением закачивают в скважину бетонную смесь. Сразу после этого в ней устанавливают армирующий каркас. Его изготавливают из металлических стержней на заводе или строительной площадке;
• Вибропогружаемые опускаются в толщу пород под действием собственного веса. Специальная установка передает вибрацию через сваю на грунт, за счет этого уменьшается сила трения между конструкцией и частицами почвы и свая постепенно погружаются в породу. Метод применяется на площадках с песчаным или насыщенным влагой грунтом;
• Винтовые конструкции имеют лопасти на концах, благодаря им конструкция погружается в землю. Хорошо работают на неустойчивых грунтах и плывунах при наличии недалеко от поверхности прочной породы. При монтаже не издают шума, не повреждают почву, могут устанавливаться на площадках с плотной застройкой. Монтаж осуществляется вручную или с применением легкой техники;
• Вдавливаемые устанавливаются без сильных толчков и вибраций, создают минимальную нагрузку на почву и фундаменты расположенных вблизи сооружений. Подходят для строительства крупных объектов в местах с плотной застройкой и вблизи зданий с неустойчивыми или старыми фундаментами.

По виду материала:

• Железобетон. Самый популярный материал для возведения крупных объектов. Металл, составляющий каркас обеспечивает стойкость к изгибающим нагрузкам, а бетон защищает металлоконструкцию от воздействия окружающей среды, обеспечивает стойкость к вертикальным нагрузкам и увеличивает силу трения с грунтом;
• Дерево. Применяется в индивидуальном строительстве на сухих почвах. Дешевый и доступный материал, но требует дополнительной гидроизоляции;
• Металл. Из этого материала выполняют винтовые сваи. После изготовления их покрывают специальным составом, защищающим их от коррозии.

Сваи отличаются по виду конструкции и форме. Это могут быть квадратные, прямоугольные, многоугольные и круглые сечения. Последний вид приобрел наибольшую популярность благодаря простоте изготовления и расчета нагрузки на такую конструкцию.

По характеру работы:

• Сваи-стойки работают за счет установки их нижней части на прочную породу. Они передают нагрузку на устойчивое основание, миную другие, менее надежные слои;
• Висячие сваи работают за счет силы трения между ними и сжатыми грунтами вокруг.

На выбор типа конструкции влияют условия работы, особенности грунтов, конструкция и вес здания. Для правильного расчета необходимо обратиться к специалистам, способным провести все необходимые измерения и изыскания.

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».

Карта 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.

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.

Количество свай в ростверке находят по формуле:

• 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».

Алгоритм расчета свайного фундамента

Процесс расчета начинается с определения общего веса здания.

Он состоит из суммы массы всех конструкций:

При расчете толщина каждого слоя конструкции умножается на ее высоту и на плотность. В результате рассчитывается нагрузка на 1 м2 конструкции.

Кратковременные равномерно распределенные нагрузки (вес людей и мебели) берутся с расчетом 150 кг/м2. Сумма нагрузок вычисляется путем умножения значения на общую площадь здания. После этого определяется нагрузка от веса снега. Она будет зависеть от климатического района и форму крыши.

Чем больше угол наклона крыши, тем меньше будет снеговая нагрузка.

После этого определяется несущая способность каждой сваи и их количество в ростверках. Полученные значения дополнительно проверяют и только после этого приступают к дальнейшему проектированию и строительству здания.

Расчет несущей способности по грунту

Несущая способность — это значение, необходимое для выполнения правильных расчетов. Выполнить расчет можно с помощью нескольких методов.

Предварительный теоретический расчет по формуле Fd = Yc * (Ycr * R * A + U * ∑ Ycri * fi * li), где:

• А — площадь опирания на грунт нижней части единицы конструкции;
• Yc, Ycr, Ycri — коэффициенты, учитывающие условия работы фундамента, основания, сил трения;
• U — периметр разреза сваи;
• fi — сила трения на боковых стенках;
• R — величина несущей способности грунта в месте опирания;
• li — длина боковых частей.

Метод статических нагрузок — это комплекс полевых работ, связанных с практическим нахождением несущей способности.

Это наиболее точный метод:

• На площадке устанавливают пробную сваю;
• Дают конструкции набраться прочности в течение положенного срока;
• Установленный на сваю ступенчатый домкрат передает на нее нагрузку;
• Специальный прибор замеряет усадку сваи;
• На основе полученных данных проводятся расчеты.

Метод динамической нагрузки -на уже установленный свайный фундамент передают ударную нагрузку и после каждого удара определяют усадку и проводят необходимые расчеты.

Метод зондирования — пробную сваю оснащают датчиками, погружают на расчетную глубину и определяют сопротивление грунтов.

После выполнения теоретического расчета необходимо дополнительно выполнить одно или несколько полевых испытаний и дополнительных расчетов на их основании. Это поможет проверить правильность расчетов и изысканий на практике.

Для упрощения расчетов инженерами был создан калькулятор несущей способности грунта с использованием макросов в Excel.

Он способен:

• Построить график изменения несущей способности;
• Разбить толщу пород на слои, основываясь на введенных данных;
• Найти коэффициент работы всей поверхности сваи;
• Учесть коэффициенты, уменьшающие несущую способность.

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:

Табличные значения сопротивлений для разных типов грунта

Формула для расчета сваи-стойки:

• 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.

Заключение

Расчет несущей способности сваи по грунту — это непростой процесс, требующий опыта и внимания со стороны инженеров. Расчет выполняется в несколько этапов, теоретически полученные значения проверяют в ходе полевых испытаний, полностью исключая возможность ошибки.

Расчет свайного фундамента могут выполнять только профессионалы с инженерным образованием и разрешением на подобную деятельность.

Источник

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.

Методы определения несущей способности сваи

При проектировании свайных фундаментов используются четыре метода определения несущей способности свайных конструкций:

• Способ теоретического расчета;

Совет эксперта! данный метод является предварительным, полученные результаты в последствии корректируются на основании фактических данных о характеристиках грунта.

Расчет несущей способности выполняется по формуле: Fd = Yc * (Ycr * R * A + U * ∑ Ycri * fi * li)

• Yc — совокупный коэфф. условий работы;
• Ycr — коэфф. сопротивления почвы под опорной подошвой сваи;
• R — сопротивление почвы под опорной подошвой сваи;
• А — диаметр опорной подошвы;
• U — периметр сечения свайного столба;
• Ycri — коэфф. условий работы грунта по боковым стенкам сваи;
• fi — сопротивление почвы по боковым стенкам;
• li — длина боковых поверхностей.

Практический способ реализуемый в полевых условиях. После отдыха сваи (спустя 2-3 дня после забивки столба), на конструкцию с помощью ступенчатого домкрата передается статическая нагрузка.
Посредством специального прибора — прогибометра, определяется величина усадки сваи и производятся необходимые расчеты. Данный метод считается одним из наиболее точных.
Рис 1.1: Определение несущей способности сваи методом пробных статистических нагрузок

Исследования проводятся на уже погруженных сваях по истечению периода отдыха столбов. На конструкцию посредством дизель молота передается ударная нагрузка (до 10 ударов). После каждого удара прогибометром определяется степень усадки сваи. Данный способ реализуется в комплексе со статическим методом.

Рис 1.2: Прогибометр — прибор для измерения усадки сваи

Для реализации метода зондирования свая снабжается специальным датчиками, после чего выполняется ее погружение на проектную глубину посредством ударной нагрузки (динамическое зондирование) либо вибропогружателями (статическое зондирование).

Датчики определяют сопротивление грунта боковой и нижней стенки свайного столба, по которой рассчитывают несущую способность конструкции в конкретном типе почвы.

Рис. 1.3: Схема метода зондирования свай

Методы определения несущей способности грунта

Несущая способность почвы — один из важнейших параметров, учитываемых во время проектирования свайных оснований.

Данная величина демонстрирует, какую нагрузку из вне способна переносить условная площадь грунта (она, как правило, существенно ниже несущей способности самой сваи). Несущая способность почвы рассчитывается в двух показателях — тонн/м2 либо кг/см2.

На несущую способность грунта оказывают непосредственное влияние следующие факторы:

• Тип почвы;
• Насыщенность влагой;
• Плотность.

Совет эксперта! Почва, чрезмерно насыщенная влагой, относится к категории проблемных грунтов, поскольку чем большее количество влаги она содержит, тем меньшими будут ее несущие характеристики.

Чтобы определить несущие свойства грунта необходимо проводить геодезические изыскания — для этого выполняется бурение пробной скважины, из которой берутся пробы разных слоев почвы. Все исследования и расчеты проводятся в строительно-испытательных лабораториях с применением специального оборудования.

Представляем вашему вниманию таблицу несущей способности основных типов грунтов:

Таблица 1.1: Несущая способность разных видов грунтов

При отсутствии возможности провести геодезические исследования вы можете самостоятельно определить ориентировочную несущую способность грунта, для этого с помощью ручного бура создайте скважину (до двух метров), опознайте тип почвы и сопоставьте ее с табличными данными.

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».

Несущая способность буронабивной сваи

Буронабивные сваи — конструкции, обладающие наибольшими несущими характеристиками среди всех видов свай.

Это сваи, сформированные в результате заполнения бетоном предварительно пробуренной скважины, они укреплены арматурным каркасом и, как правило, обладают уширенной опорной пятой, которая способствует равномерному распределению оказываемой на почву нагрузки.

Рис. 1.4: Этапы создания буронабивных свай

Расчет несущих свойств буронабивных свай выполняется по формуле: Fdu = R×A+u×∫ ycf ×Fi×Hi, в которой:

• R — нормативное сопротивление почвы под опорной пятой сваи;
• А — площадь опорной пяты;
• u — периметр сечения свайного столба;
• Ycf — коэфф. условий работы грунта на боковой стенке столба (=1);
• Fi — среднее сопротивление боковой поверхности опорной пяты;
• Hi — толщина слоев почвы контактирующих с боковой стенкой свайного столба.
• R, Fi и Hi — это нормативные данные, которые вы можете взять из нижеприведенных таблиц.

Таблица 1.2: Расчетные сопротивления на боковых стенка свай (Fi)

Таблица 1.3: Расчетная толщина слоев почвы контактирующей с боковыми стенками сваи (Hi)

Таблица 1.4: Сопротивление разных типов грунтов под опорной подошвой сваи (R)

Увидеть усредненные показатели несущих характеристик буронабивных свай вы можете в нижеприведенной таблице.

Таблица 1.5: Несущая способность буронабивных свай

Несущая способность забивной ЖБ сваи

Фактические несущие характеристики забивных ЖБ конструкций (Fd) рассчитывается как совокупность сопротивления почвы под нижней частью свайного столба (Fdf) и сопротивления по отношению к ее боковым стенкам (Fdr).

Формула расчета следующая: Fd=Ycr ×(Fdf+Fdr), где:

Fdf = u * ∑Ycf * Fi * Hi

• u — внешний периметр сечения ЖБ столба;
• Ycr — коэф. условий работы столба в почве (=1);
• Fi — сопротивление слоев почвы на боковой стенке сваи;
• Hi — общая толщина слоев почвы контактирующих с боковой стенкой свайного столба
• Fdr = Ycr * R * A
• R — нормативное сопротивление почвы под нижним концом сваи;
• А — площадь опорной подошвы.

Несущие характеристики забивных железобетонных свай вы можете посмотреть в таблице

Таблица 1.6: Несущие характеристики забивных ЖБ свай

Несущая способность винтовой сваи

Винтовые сваи — наиболее распространенный тип в свай в частном строительстве. Монтаж винтовых свай выполняется в кратчайшие сроки, а их несущих характеристик с запасом хватает для обустройства надежного фундамента под строительство 1-2 этажного дома из легких материалов.

Рис 1.5: Виды винтовых свай

Формула расчета несущей способности винтовой сваи: Fd=Yc*((a1с1+a2y1h1)A+u*fi(h-d))

Yc — коэф. условий работы столба в почве;
a1 и a2— нормативные коэфф. из таблицы:

Таблица 1.7: Нормативные коэффициенты угла внутреннего трения грунта

• с1 — коэфф. линейности почвы (для песчаных грунтов) либо значение удельного сцепления (для глинистых);
• y1 — удельный вес почвы расположенной выше лопастей сваи;
• h1 — глубина расположения сваи;
• А — диаметр винтовых лопастей за вычетом диаметра столба сваи;
• fi — сопротивление почвы по боковым стенкам сваи;
• u — периметр свайного столба;
• h — общая длина ствола сваи;
• d — диаметр опорных лопастей.

Предлагаем вашему вниманию характеристики несущих способностей наиболее распространенных в строительстве типоразмеров винтовых свай.

Таблица 1.8: Несущая способность винтовых свай диаметром 76 мм.

Таблица 1.9: Несущая способность винтовых свай диаметром 89 мм.

Как улучшить несущую способность сваи

Среди технологий увеличения несущей способности свайных оснований существуют как универсальные способы, применимые к свай любого типа, так и индивидуальные методы, которые реализуются отдельно для забивных и винтовых конструкций.

Инъектирование грунта

Это максимально эффективный метод увеличение несущих характеристик любых свай расположенных в дисперсных грунтах с невысокой плотностью.

Инъекции в грунт песчано-цементного раствора выполняются в пространство между сваями на глубину в 1-2 метра ниже крайней точки свайного столба.

Для подачи раствора используются специальные строительные инъекторы, при этом раствор нагнетается под постоянно возрастающим давлением (от 2 до 10 атмосфер) в результате чего в грунте создаются полости радиусом до 2 метров.

Рис 1.6: Усиление несущей способности свайного фундамента инъектированием (1 — бетон, 2 — сваи)

Сетка инъекций рассчитывается так, чтобы расположенные по периметру свайного основания бетонные полости примыкали друг к другу.

Совет эксперта! После отвердевания бетона в грунте наблюдается серьезное повышение несущей способности почвы (при качественно реализованной технологии — двукратное).

Увеличение диаметра опорной подошвы сваи

Пята сваи — основная опорная точка заглубленного в грунт столба. При обустройстве свайных фундаментов в грунтах с низкой несущей способностью рационально использовать сваи с уширенной опорной подошвой, так как с увеличением ее диаметра значительно несущие характеристики конструкции.

При обустройстве оснований на сваях винтового типа с этим проблем не возникает, поскольку механизированный способ погружения позволяет завинчивать металлические сваи с достаточно большим диаметром лопастей, тогда как забивные ЖБ сваи с уширением погрузить невозможно ни ударным ни вибрационным методом из-за высокого сопротивления грунта.

Совет эксперта! Для создания опорного уширения забивных ЖБ свай используется два метода — обустройство камуфлетных свай и бурение лидерных скважин буром-расширителем.

Рис 1.7: Схема создания камуфлетных буронабивных свай

Камуфлетные буронабивные сваи — конструкции, уширение в нижней части которых создано посредством взрыва детонирующего вещества внутри лидерной скважины. После камуфлетирования полученное уширение заполняется бетонным раствором и в скважину погружается ЖБ свая.

Наши услуги

Мы, строительная компания «Богатырь», базируемся на услугах: забивка свай, лидерное бурение, забивка шпунта, а так же статических и динамических испытаниях свай. В нашем распоряжении собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и мы готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке. Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку.

Источник