Свайного кустового фундамента расчеты

Свайного кустового фундамента расчеты

Библиографическая ссылка на статью:
Мельников В.А., Алексеев Н.С., Ионов К.И. Сравнительный анализ методик расчета осадки свайных фундаментов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 9. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2015/09/57462 (дата обращения: 17.08.2021).

На современном этапе развития фундаментов одной из главных задач является повышение эффективности проектировочных решений, разработка экономически обоснованных и конкурентоспособных решений

В настоящее время большой размах приобретает строительство на слабых водонасыщенных грунтах, когда строители используют под объекты площадки, которые ранее признавались геологами невыгодными для возведения сооружений.

В сложных инженерно-геологических условиях свайный вариант зачастую оказывается единственно возможным видом фундаментов. Свайные фундаменты применятся в тех случаях, когда грунты основания представлены насыпью большой мощности, илистыми отложениями, связными грунтами в текучем и текуче-пластичном состоянии и т.п. [13, 15].

Так как затраты на устройство подземной части здания составляют до 25% от общей стоимости, снизить эти показатели позволяет применение более экономичных и индустриальных свайных фундаментов.

Важнейшим резервом повышения эффективности свайных фундаментов является совершенствование определения их осадок на стадии проектирования.

Сложность работы сваи в грунте делает невозможным создание математически строгой теории надежности расчета. Поэтому используются различные инженерные методики расчета. Используемая в настоящее время нормативная литература в области проектирования свайных фундаментов содержит недостаточно информации и позволяет получать неоднозначные результаты.

Целью данной работы является сравнение результатов расчета осадок свайных фундаментов здания каркасного типа в заданных геологических условиях. Параметры здания и геологический разрез приняты одинаковыми для того, чтобы выявить влияние различных теоретических подходов к расчету осадок в СНиП 2.02.03.-85 «Свайные фундаменты» и СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» (актуализированная редакция).

2. Расчет несущей способности свай
Характеристики грунтов и мощности слоев, слагающих грунтовое основание заданного сооружения, представлены в таблице 1.

Расчеты проводятся по двум группам предельных состояний [2]:Будем рассматривать висячие железобетонные сваи, призматической формы, квадратного поперечного сечения с заостренным концом. При этом размеры поперечного сечения принимаем 40 х 40 см, длину сваи 13 м.

1) по несущей способности – по прочности материала свай и материала ростверка (ведется на основное сочетание расчетных нагрузок);
2) по деформациям – по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок (на основное сочетание нормативных нагрузок).

Сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия [6]:

, (1)

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);

F _d — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;
— коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным 1,15 при кустовом расположении свай;
— коэффициент надежности по назначению (ответственности) сооружения, принимаемый равным 1,15;
— коэффициент надежности примем равным 1,4, т. к. несущая способность сваи определена расчетом.
Несущую способность F _d , висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле [6]:

где _c — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый _c = 1;
R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по таблице (табл. 7.2 [4]): R =5360 кПа;
A — площадь опирания на грунт сваи, м 2 , принимаемая равной площади поперечного сечения сваи: A =0,16 м 2 ;
u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м: u =1,6 м;
f _i — удельное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по таблице (табл. 7.3, [4]) в зависимости от глубины H _i и вида грунта на этой глубине;
H _i — глубина погружения средней точки i-го однородного участка грунта;
h _i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
_cR , _cf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта (табл. 7.4, [4]): .
Определим f _i и и результаты сведём в таблицу 2:
Таблица 2

Источник

Выбор конструкции свайного кустового фундамента

Выбор конструкции данного вида фундаментов заключается в подборе вида свай, типа свайного фундамента и ростверка, производится исходя из конкретных условий строительной площадки, конструктивными и технологическими особенностями проектируемых зданий и сооружений, расчетных нагрузок путем сравнения вариантов.

Тип, вид и размеры свай выбираются в зависимости от геологических условий площадки, наличия технологического оборудования и уровня расположения подошвы ростверка. В обычных грунтах нижние концы свай должны заглубляться в более прочные грунты на глубину, не менее одного метра, в твердых глинистых, гравелистых и средней крупности песках на глубину, не менее 0,5 м.

Предпочтительным является низкий ростверк, который располагается ниже пола подвала.

7.3.2. Определение числа свай и размещение их в плане

Рассматривается центрально нагруженный свайный кустовой фундамент. При условии, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи фундамента при определенной несущей способности сваи F_d, необходимое число свай в кусте

N_oI – расчетная нагрузка на куст, кН.

Для отдельно стоящего куста свай получаемое по расчету число свай округляется в сторону увеличения до целого числа.

Рис. 14. Схема свайного кустового фундамента:

1 – свайный куст; 2 – низкий ростверк

Сваи в кусте можно располагать в шахматном порядке или на прямоугольной сетке с тем, чтобы ростверк получился компактным. Рекомендуется расстояние между осями свай принимать a = 3d, расстояние от оси крайнего ряда свай до грани ростверка – 1d.

Ростверки кустовых фундаментов конструируются как обычные фундаменты мелкого заложения и рассчитываются на продавливание колонной или угловой сваей, на поперечную силу в наклонных сечениях и на изгиб.

Расчеты производятся с учетом требований для железобетонных конструкций.

После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяется нагрузка N на каждую сваю

N = ≤ F_d /ɤ _k

где: G_f и G_g – расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на образе ростверка, кН.

Расчетная нагрузка на кустовой фундамент N ₀₁ = 2490 кН.

Расчетная несущая способность сваи по грунту F_d = 996 кН.

Определить число свай в кусте, распределить их в плане, спроектировать ростверки и свайный кустовой фундамент.

Необходимое число свай в кусте

Принимается n = 4 с округлением значения в большую сторону.

Распределение свай в плане производится в шахматном порядке с расстоянием между осями свай а=3d = 3‧0,4=1,2 м.

Конструктивная схема свайного кустового фундамента показана на рис.14

Размеры ростверка в плане

7.4. Расчет осадки свайного кустового фундамента

Значения передаваемых кустовым фундаментом нагрузок на грунт зависят от числа свай в фундаменте, их длины, расстояния между сваями, свойств грунта.

Рис.15 Монтажная схема свайного кустового фундамента:

1 – колонна; 2 – ростверк; 3 – сваи

В большинстве случаев расчет осадок в настоящее время производится по методу условного массивного фундамента, что означает, что сваи, грунт межсвайного пространства и грунт, примыкающий к наружным сторонам свай фундамента, рассматривается как единый массив АБВГ (см. рис. 16), ограниченный снизу плоскостью БВ, проходящей через нижние концы свай, а с боков массивного фундамента – вертикальными плоскостями АБ и ВГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии

где: h – глубина погружения сваи в грунт;

φ_mt – осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта

где: φ _i – расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта мощностью h_i.

Размеры подошвы условного квадратного фундамента

где: a – расстояние между осями свай;

m – количество рядов свай по ширине фундамента;

d – диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи.

Расчет осадки свайного кустового фундамента, как условного массивного, выполняется теми же методами, что и расчет фундамента мелкого заложения с соблюдением условия

где: A_y — площадь подошвы условного фундамента;

N – расчетная нагрузка по второй группе предельного состояния

где: N_o – расчетная нагрузка от веса здания на уровне верхнего обреза фундамента;

N_f – вес свай и ростверка;

N_q – вес грунта в объеме условного фундамента.

Рис.16. Схема условного массивного фундамента

Расчетное сопротивление грунта основания R определяется как и при расчете фундамента мелкого заложения по формуле, но с заменой фактической ширины и глубины заложения фундамента на условные.

Осадка кустового фундамента S определяется методом элементарного суммирования. Последовательность расчета та же, что и для фундамента мелкого заложения. Полная осадка фундамента

S = β

Она не должна превышать ее предельного нормативного значения по условию S ≤ S_u .

8. Проектирование свайных ленточных фундаментов

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Источник

Расчет свайного фундамента — как рассчитать?

На данной странице мы хотим сравнить разные типы фундаментов и покажем как делается расчет свайного фундамента, а вы уже сами сможете решить какой фундамент вам выгоднее.

• Свайный фундамент — расчет количества свай
• Расчет совокупных нагрузок
• Расчет несущих характеристик сваи
• Стоимость фундамента под ключ
• От чего зависит цена
• Расчет ростверка свайного фундамента
• Расчет фундамента для частного строительства
• Расчет фундамента на забивных сваях
• Расчет стоимости буронабивных свай
• Ростверк
• Наши услуги

Выбор и расчет свайного фундамента логичнее делать исходя из его площади. Если вы строите небольшой дом, то вам дешевле будет сделать ленточный фундамент (монолитный) при условии что грунты твердые.

Если площадь фундамента более 200-300 м 2 то экономически выгоднее будет строить фундамент на сваях, потому что цена свай и работ по их погружению обойдется вам дешевле чем строительство монолита (материалы на опалубку, бетон, рабочая сила).

Свайный фундамент — расчет количества свай

Все расчетные работы по определению количества винтовых свай в фундаменте можно условно разделить на два этапа — вычисление общих нагрузок на фундамент и расчет несущей способности одной сваи в конкретном типе грунта.

Расчет совокупных нагрузок, которые будет испытывать свайный фундамент

Нагрузки, оказываемые на свайное основание дома, определяются исходя из трех основных факторов:

• Фактической массы здания;

При определении проектной массы постройки учитывается вес стен, кровли, половых и междуэтажных перекрытий. Расчетные данные удельного веса распространенных стройматериалов вы можете увидеть в нижеприведенных таблицах..

Стены из кирпича при полуторной кладке (толщина 15 см)	От 30 до 50 кг/м2
Деревянные стены из бруса и сруба	От 70 до 100 кг/м2
Стены из железобетонных плит толщиной в 15 см.	От 300 до 350 кг/м2
Стены из каркасных панелей толщиной 15 см, заполненные утеплителем	От 30 до 50 кг/м2

Таблица 1.1: Расчетный вес квадратного метра стен

Чердачное перекрытие на деревянных балках (с плотностью утеплителя до 200 кг/м3)	От 70 до 100 кг/м2
Чердачное перекрытие по деревянным балкам (плотность утеплителя до 500 кг/м3)	От 150 до 200 кг/м2
Перекрытие цоколя по балкам (утеплитель плотностью до 200 кг/м3)	От 100 до 150 кг/м2
Перекрытие цоколя по балкам (утеплитель плотностью до 500 кг/м3)	От 200 до 300 кг/м2
Междуэтажное перекрытие из ЖБ плит	500 кг/м2

Таблица 1.2: Расчетный вес квадратного метра перекрытий

Кровля изготовленная из шифера	От 20 до 30 кг/м2;
Кровля изготовленная из жести	От 40 до 50 кг/м2;
Кровля изготовленная из гончарной черепицы	От 65 до 80 кг/м2;
Вес рубероидной гидроизоляции	От 3 до 5 кг/м2

Таблица 1.3: Расчетный вес квадратного метра кровли

• Расчетные снеговые нагрузки;

Исходные данные для определения снеговых нагрузок, которые необходимо добавлять к нагрузке от веса дома, можно взять в нормативном документе СНиП № 2.01.07-85 «Нагрузки в воздействия на строительные сооружения» (пункт 5.2).

Важно! Согласно данному документу снеговые нагрузки составляют: в южной части России — 50 кг/м2, в центральной части — 100 кг/м2, в северных регионах — 190 кг/м2.

• Полезные нагрузки;

К полезным нагрузкам на фундамент относится вес мебели, предметов интерьера и людей, проживающих в конкретном здании. Согласно положениям пункта 3.11 СНиП №2.01.07.85, для расчетов фундамента жилых домов необходимо брать усредненную полезную нагрузку в 150 кг на м2.

После вычисления всех вышеуказанных нагрузок данные нужно просуммировать и умножить на коэффициент запаса 1.2

Расчет несущих характеристик сваи на основании грунтовых условий стройплощадки

Несущие способности отдельно взятой сваи невозможно правильно определить в отрыве от несущих характеристик грунта, в который она погружена.

Совет эксперта! Если рассчитывать количество свай без учета характеристик почвы можно столкнуться с ситуацией, когда несущие характеристики винтовой сваи будут превышать возможности сопротивления грунта, что чревато усадками почвы и, как следствие, самого фундамента под неравномерно распределенным весом здания.

Для определения несущих свойств почвы необходимо проводить геодезические исследования строительного участка. Если возможность их выполнения отсутствует, нужно определить тип грунта и сопоставить его с несущими характеристиками разных типов почвы, которые представлены в таблице 1.4.

Таблица 1.4: Несущие характеристики разных видов грунтов (кг/см2)

На основании результатов геодезии строительного участка производится определение несущей характеристики винтовых свай. Все расчеты выполняются согласно требованиям СНиП №2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

Для примера приводим таблицу несущих характеристик широко используемой в индивидуальном строительстве винтовой сваи 89*300 мм (диаметр ствола — 89 мм, лопастей — 300 мм)

Таблица 1.5: Несущие характеристики сваи 89*300 в зависимости от типа грунта и глубины погружения

Зная совокупные нагрузки, оказываемые зданием на фундамент, и несущие характеристики одной винтовой сваи можно определить требуемое количество свай в основании дома.

В качестве примера приводим расчет количества свай под двухэтажный дом из бруса площадью 10*8 метров, масса которого составляет 43,92 тонн:

• Определяем полезную нагрузку на один этаж здания: 10*8*0.15 = 12 тонн, общая полезная нагрузка с учетом двух этажей составит 24 тонны;
• Определяем снеговую нагрузку (здание строится в северной широте России, где номинальная расчетная масса снежного покрова составляет 190 кг/м2): 10*8*0,19= 15.2 тонны;
• Рассчитываем общую нагрузку на фундамент учитывая коэффициент запаса: (43,92+24+15,2)*1,2 = 99,75 тонн;
• Делим общую нагрузку на несущую способность одной винтовой сваи 89*300 мм. в мягкопластичной лессовой почве (при глубине погружения в 2,5 метра): 99,75/3,6 = 28

Итого расчет показал, что для строительства фундамента необходимо использовать 28 винтовых свай.

Рис: Винтовая свая 89*300

Стоимость фундамента под ключ

Цена возведения фундамента «под ключ» складывается из

• стоимости материала
• транспортировки техники (если необходимо)
• работ по погружению свай
• установки ростверка

Можно обозначить общий порядок цен, конкретные случаи всегда считаются отдельно.

От чего зависит цена

Определяющими факторами являются условия работы и объем: характер грунта, размер объекта, его удаленность.

От характера грунта зависит:

• Тип фундамента
• Глубина забивки свай
• Технические характеристики свай (диаметр, длина, конструкция).пункт 3

От объёма работ:

• Количество свай
• Тип ростверка (монтаж монолитного бетонного покрытия гораздо дороже по цене и дольше по срокам)
• Тип и количество единиц используемого оборудования

От удаленности объекта зависит километраж перебазировки техники.

Расчет ростверка свайного фундамента

Ростверк — ключевой составной элемент свайно-винтового фундамента, который объединяет отдельно стоящий стволы в монолитную систему и способствует равномерному распределению нагрузки, передающейся от веса здания на грунт.

Совет эксперта! В отличие от определения количества свай, расчет ростверка должен выполняться исключительно специалистами занимающимися проектированиям фундаментов, поскольку самостоятельно учесть все факторы, влияющие на обвязку основания крайне сложно.

Рис: Варианты ростверков для обвязки винтовых свай

Расчеты выполняются по двум группам предельных состояний ростверка. К первой группе относится:

• Нормативная прочность материала (железобетона, бруса, двутавровой балки либо швеллера), которыми используются для обвязки фундамента;
• Несущие характеристики грунта, в который погружены сваи;
• Несущая способность опорных столбов.

К второй группе предельных состояний относится:

• Нормативная усадка свай под воздействием вертикальных нагрузок от массы здания;
• Возможность смещения либо крена свай под воздействием горизонтальных нагрузок, оказываемых на опоры в результате сдвигов грунта;
• При обустройстве железобетонных ростверков дополнительно рассчитывается фактор появления трещин и их влияние на прочность обвязки.

Совет эксперта! Расчеты ведутся согласно требованиям СНиП 2.03.01-84 «Пособие по проектированию ростверков под свайные фундаменты».

Ключевым этапом расчетов является определение устойчивости ростверка к изгибающим воздействиям, которая вычисляется для каждой отдельной грани обвязки индивидуально. Для этого используются формулы:

• Мхі и Муі — момент изгибающей силы на сечениях ростверка;
• Fі — проектная нагрузка на свайную опору;
• хі и уі — расстояние от оси сваи до рассчитываемого сечения ростверка.

На основании расчетных данных определяются размеры ростверка и высота его поднятия над почвой. При обустройстве монолитного железобетонного ростверка за минимальную ширину ленты принято брать 40 сантиметров, высота ленты должна составлять не менее 30 сантиметров.

Для формирования железобетонной обвязки необходимо использовать бетон марок М200 и М150, вся конструкция в обязательном порядке должна укрепляться каркасом из арматурных стержней класса А2 и А3 диаметром от 10 мм.

Расчет фундамента для частного строительства

В зависимости от грунта и пожеланий клиента для загородной застройки (загородных домов, коттеджей) могут применяться фундаменты на забивных и винтовых сваях.

На примере брусового дома:

Примерная стоимость одной сваи D=10,8 см с толщиной стенки 4 мм и диаметром лопасти 30 см при длине ствола 3 м – 1800 рублей.

Для закладки фундамента 6 на 9 метров потребуется 12 свай. Минимальная стоимость материала – 21600 р.

Погружение – 350 р. за погонный метр. 12 свай – 12600 р.

Дополнительные затраты:

• Оголовок для монтажа обвязки – 200, всего 2400.
• При использовании сварных наконечников для свай – 500 р. на 12 – 6 тыс.
• Усиленная лопасть для сваи – 450, всего 5400.

ИТОГО:

Монтаж фундамента обойдется от 48 тыс. рублей. Сюда еще следует добавить использование крана (2000 руб. в час), доставку материала (зависит от километража), срочность (наличие/отсутствие сверхурочных часов работы).

Исходя из полученной суммы в 48 тысяч рублей можно смело утверждать, что свайно-винтовой фундамент является одним из самых экономичных видов оснований для индивидуального строительства. Одни только затраты на расходные материалы (бетон, арматуру, уплотняющую подушку) при обустройстве ленточного фундамента глубокого заложения полностью перекроют совокупную стоимость свайного основания.

При этом в отличие от любых железобетонных фундаментов, после заливки которых нужно выжидать 28-30 дней, необходимых для набора бетоном проектной прочности, при обустройстве свайно-винтового фундамента к дальнейшим строительным работам можно приступать уже на следующий день после погружения свай.

Преимущества винтовых свайных фундаментов:

• Быстрота монтажа
• Возможность использования на слабом грунте
• Отсутствие вибрации при погружении свай
• Возможность неоднократного использования свай

• Не подходят для использования на скалистых или твердых известковых грунтах
• Коррозия (если сваи дешёвые и не покрыты антикоррозийным покрытием)
• Малая несущая способность свай (для тяжелых многоэтажных домов не подойдет)

Расчет фундамента на забивных сваях

Примерная стоимость одной железобетонной сваи 30 на 30 см при длине до 12 м – 730 р. за метр.

При длине сваи 3 метра 20 свай обойдется в 43 800 р.

Забивка 1 погонного метра сваи – 425 р.

Всего: 20 на 3 на 425 – 25 500 р.

Стоимость перебазировки сваебойного оборудования – 20 тыс. рублей.

ИТОГО:

Минимальная стоимость – 89 300 без монтажа ростверка.

Важно! Чтобы узнать актуальные цены, воспользуйтесь калькулятором на сайте: Калькулятор

Цена ростверка зависит от стоимости материала (брус, армированный бетон), трудозатрат, использования техники.

Преимущества забивных свайных фундаментов:

• Неограниченная несущая способность
• Неподверженность коррозии
• Подходят для любого грунта

• Требуется спецтехника
• Вибрация
• Энергоемкость работ
• При установке бетонных ростверков – длительные сроки

Расчет стоимости буронабивных свай

Для тяжелых конструкций, промышленных корпусов и многоэтажных зданий используются железобетонные свайные фундаменты. Небольшие промышленные объекты могут возводиться на винтовых фундаментах.

Цена буронабивной сваи – от 23 тыс. за кубический метр.

Для монтажа фундамента одноэтажного промышленного корпуса весом 100 тонн потребуется 50 свай диаметром 25 см и глубиной 2 м.

ИТОГО : 575 тыс. рублей — Сюда входит стоимость бетона, арматуры, бурения и бетонирования.

Ростверк

Цена материала монолитного ростверка:

• Бетон марки 100 – 2 тыс. руб. за кубометр.
• Арматура – 25 тыс. за тонну.
• Опалубка – от 2 тыс. руб. за кв. метр – покупка, от 450 – аренда.

Ленточный монолитный ростверк (материал вместе с работой) оценивается в среднем от 3 тыс. р. за погонный метр.

Источник