Расчет несущей способности сваи по грунту

Расчет несущей способности сваи

Расчет несущей способности сваи

Планируя строительство жилого дома на свайном фундаменте того или иного вида жизненно важно правильно выполнить расчет несущей способности сваи. От качества данной работы зависит не только целостность и надежность строения в целом, но и величина затрат. Рассмотрим основные параметры, влияющие на определение нагрузки, которую может выдержать каждый элемент свайного фундамента дома, и способы выполнения расчетов.

  • Способы вычисления несущей способности по различным параметрам
  • Расчет фундамента на винтовых сваях
  • Особенности фундамента на забивных сваях
  • Буронабивные сваи – оптимальный вариант фундамента
  • Расчет несущей способности сваи в конкретных условиях.

Способы вычисления несущей способности по различным параметрам

Несущая способность сваи зависит от целого ряда параметров. Главные из них – материал опоры и виды грунта, с которыми она контактирует при заглублении. Опираясь на данные характеристики можно легко рассчитать необходимое количество элементов свайного фундамента и их геометрические параметры.

Среди получивших наибольшее распространение в частном домостроении можно выделить следующие свайные фундаменты:

  • На винтовых сваях;
  • На забивных опорах;
  • С помощью буронабивных свай.

Каждый вариант хорош в тех или иных случаях и может использоваться при строительстве зданий различной конструкции и этажности.

Расчет фундамента на винтовых сваях

Винтовые сваи представляют собой стальные трубчатые опоры, оснащенные в нижней части лопастями, облегчающими процесс внедрения в грунт. Для строительства домов используют элементы диаметром 133, 108 и 89 мм. Более тонкие сваи можно применять для монтажа легких конструкций типа беседок и террас.

Фундамент на винтовых сваях

Несущая способность сваи с лопастями зависит от следующих параметров опоры:

  1. Диаметра трубы;
  2. Длины трубы, погруженной в почву;
  3. Диаметра лопастей, распределяющих конечную нагрузку на грунт.

Даже трубы самого большого диаметра не позволяют использовать их для строений из таких сравнительно тяжелых строительных материалов, как кирпич и бетонные стеновые блоки. Для соответствия нагрузке дома даже на таких мощных почвах, как глиняные шаг установки винтовых свай может составлять 0,3 метра, что невыгодно с точки зрения технологии и экономики строительства.

Особенности фундамента на забивных сваях

Максимально возможная несущая способность забивной сваи позволяет широко использовать подобный вид фундаментов даже при строительстве многоэтажных жилых домов. Это способствует их распространению при возведении конструкций высотой до 40-60 метров.

Применение специализированной строительной техники позволяет использовать опоры, длина боковой поверхности которой может составлять десятки метров. Забитая свая нижним концом опирается на высокопрочные скальные породы, передавая им нагрузку от конструкции дома. Прочность материала опоры достаточна для сохранения ее целостности под такой высокой нагрузкой.

В частном домостроении фундамент на забивных сваях распространен очень слабо. Связано это с высокой стоимостью аренды пневматического забивного оборудования и его операторов. Только в крайних случаях строительные инженеры склоняются в пользу такого вида фундамента для двухэтажных частных домов.

Буронабивные сваи – оптимальный вариант фундамента

Буронабивные сваи аналогичны забивным, но монтаж тела опор осуществляется непосредственно на месте строительства. Для этого в грунте бурится отверстие, в которое опускается полая цилиндрическая опалубка в виде труб. Внутрь устанавливается стальной усиливающий каркас и полость заполняется бетоном. Для увеличения несущей способности сваи возможно изготовление ее нижнего конца в виде полусферического или конического расширения.

Важный аспект – материал, из которого изготовлена опора и способ ее изготовления. Максимальная величина характерна для железобетонных заводских стоек. Несущая способность сваи по материалу в расчетах характеризуется коэффициентами, величина которых определяется по соответствующим таблицам.

Фундамент на буронабивных сваях

В процессе бурения первого или пробного шурфа на месте строительства необходимо как можно тщательнее изучить имеющиеся слои грунта, ибо каждый из видов почв обладает различной несущей способностью сваи. Конкретные цифры по каждому виду почв легко найти в соответствующем ГОСТе, который называется «Грунты. Классификация». Эти величины учитывают, когда определяется несущая способность сваи по грунту.

Буронабивная свая, как и забивная, благодаря плотной посадке в почву нагрузку от конструкции дома передает не только своим нижним концом, но и по всей боковой поверхности. Это отличает их от свайных опор и служит неоспоримым преимуществом. Для более тщательного изучения технологии расчета несущей способности сваи рассмотрим ее на конкретном примере.

Расчет несущей способности сваи в конкретных условиях.

Перед началом строительства дома из пеноблоков были проведены исследования грунта на глубине 3 метров. Результаты показали следующее распределение почв:

  • 0-2 метра – суглинистые почвы;
  • 2-3 метра – глинистые почвы.

Расчет несущей способности сваи по грунту зависит от параметров самой опоры. В соответствии со Строительными правилами «Свайные фундаменты» предположим первоначально ее длину 3 метра. Минимальный рекомендуемый диаметр для таких опор составляет 300 мм.

Исходя их геометрии и почвенных условий, можно рассчитать несущую способность сваи по ее торцевой части и боковой поверхности. Для этого высчитаем площадь нижнего конца опоры:

Sторца=3,14D 2 /4=3,13*0,3*0,3/4=0,07,

где D – диаметр круга. Следующий параметр, необходимый для определения несущей способности свай – периметр опоры:

Исходя из перечисленного, несущая способность буронабивной сваи по грунту будет определяться по следующей формуле:

где Pтор – несущая способность по торцу сваи, 0,7 – общепринятый коэффициент по грунту, Pнорм – нормативная несущая способность (табличная величина из соответствующих справочников), S – площадь основания. Аналогично рассчитаем несущую способность буронабивной сваи по ее боковой поверхности:

где Pбок – несущая способность по боковой поверхности сваи, 0,8 – коэффициент по условиям работы сваи в почве, U – периметр боковой поверхности, fiн – сопротивление грунта воль боковой поверхности (также табличная величина, зависящая от вида грунта и глубины его расположения), h – высота того или иного слоя грунта, через который проходит свая. Подставляя известные и рассчитанные величины получим:

Pбок=0,8* (2,8*2 + 4,8*1)*0,942=7,8т.

Исходя из проведенных вычислений, можем выполнить определение несущей способности свай. Для этого достаточно суммировать Рбок и Ртор:

То есть каждая свая с указанными выше параметрами в том грунте, который располагается в зоне строительства согласно нашему примеру, способна выдержать нагрузку в 12 тонн 210 кг. Исходя из этой величины, необходимо рассчитать необходимое и достаточное количество опор буронабивного фундамента. Для этого определим общую массу строения.

Пример расчета несущей способности свай

Вес дома определяется как сумма веса всех входящих в него частей – перекрытий, перегородок, стен, стропильной системы, кровельного материала, переменной нагрузка от снега и ветра, массы отделки снаружи и внутри строения, а также предполагаемой к установке в доме мебели и бытовой техники. Предположим, что посчитав все искомые величины, получили общую массу строения, равную 124 тонны.

Следующий необходимый параметр – длина стен и перегородок, под которыми предполагается установка свай. Данная величина позволит распределить опоры дома равномерно с равным шагом. Предположим, что длина стен составила 29 метров. Тогда нагрузка на 1 п.м. будет определяться по формуле:

Шаг установки опор определим как отношение несущей способности сваи на величину Q:

Используя полученные данные, рассчитаем и количество опор буронабивного свайного фундамента через отношение периметра стен к шагу установки опор:

Принимаем ближайшее большее количества для получения определенного запаса прочности фундамента.

Таким образом, даже не обладая необходимым инженерным строительным образованием можно самостоятельно рассчитать несущую способность свай фундаментов того или иного вида, а также шаг установки опор и их количество. Необходимо это и для контроля работ, проводимых нанятой строительной бригадой, и для предварительного экономического расчета расходов на строительство основания дома.

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.
Читайте также  Геотермальное отопление дома — высокая эффективность и долговечность

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:

  • Кровля;
  • Стены;
  • Перекрытия;
  • Железобетонный каркас.

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.

Расчет несущей способности сваи

Несущая способность забивной сваи состоит из двух составляющих: несущая способность за счет бокового трения и сопротивление под торцом сваи. В зависимости от того, какая составляющая больше, свая называется «висячей», либо «сваей-стойкой». Ниже приведен пример расчета сваи.

Fd – несущая способность сваи определяется по формуле:

где γс – коэффициент условной работы сваи в грунте; γс=1;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа

A – площадь поперечного сечения сваи, м2;

U – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

fi – расчетное сопротивление i -го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 2[9] или аналогичных таблиц 11.2 [1] или 9.2 [2];

hi – толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

γ CR , γс f – коэффициенты условной работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые по таблице.

В данном случае γ CR = γс f =1, [9].

Находим значения R и fi для наших инженерно-геологических условий .

— для суглинка тугопластичного с IL =0,4 на глубине 8,7 м R =2313, 33 кПа

— для глины тугопластичной с IL =0,28 на средней глубине слоя z 1=1,5 м, f 1=28,9 кПа

— для супеси пластичной с IL =0,2 на средней глубине слоя z 2=2,3 м, f 2=43,8 кПа

— для песка крупного средней плотности на средней глубине слоя z 3=4 м, f 3=11,10 кПа

— для суглинка тугопластичного с IL =0,4 на средней глубине слоя z 3=6,25м, f 4=31,25 кПа

Площадь поперечного сечения сваи A =0,32=0,09 м2.

Периметр площади поперечного сечения сваи U =1,2 м.

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю Рсв определяется по формуле: =264,63 кН где

γ k – коэффициент надежности. Если Fd определена расчетом, как в нашем случае, γk =1,4 (п 3.10 [8]).

8 d 2 – осредненная грузовая площадь вокруг сваи, на которую предается нагрузка от собственного веса ростверка, надростверковой конструкции и грунта на ростверке;

d – диаметр (сторона сваи);

h – высота ростверка и надростверковой подземной конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении NI ;

γ CP – средний удельный вес грунта и бетона над ростверком

Произведение 8 d 2 h γ CP приближенно учитывает собственный вес ростверка, надростверковой конструкции и грунта на обрезе ростверка, приходящийся на одну сваю.

=1,92 сваи/пог.м

Определяем расстояние a между осями свай.

=0,52 м

Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии, равном (3-6) d между их осями. Очевидно, что наиболее экономичным был бы ростверк с однорядным расположением свай при расстоянии а между их осями, равном 3 d =0,9 м. Но, так как полученное значение a =0,52 м d =0,9 м, а по длине ростверка – 0,52 м. При этом расстояние СР между рядами свай определяется из треугольника abc (рис. 10.2).

=0,53 м

Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края ростверка принимается равным 0,2 d +5 см при однорядном размещении свай и 0,3 d + 5 см при двух и трех рядном ( d – в см), но не менее 10 см. Исходя из этого получаем ширину ростверка (рис.10.2):

bp =0,53+2 ? 0,15+2(0,3 ? 30+5)=1,11 м.

Высота ростверка ленточного двухрядного фундамента должна определяться по условию продавливания его сваей. Но, так как в данном случае расстояние от внутренней грани сваи до внешней грани стены подвала составляет 120 мм > 50 мм, то есть почти половина площади поперечного сечения сваи попадает под стену, то продавливание ростверка оказывается невозможным и расчет на продавливание не производится. Поэтому, из конструктивных соображений и практики строительства, оставляем hp =0,5 м и не делаем пересчетов по п.п. 2, 3, 4 и 5. Итак полученные размеры ростверка составляют:

ширина bp =1,11 м, высота hp =0,5 м.

Расчет предусматривает проверку выполнения условия I предельного состояния:

, где

F – расчетная нагрузка передаваемая на сваи, то есть фактическая нагрузка;

Fd – расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая способность сваи по грунту);

– расчетная нагрузка допускаемая на сваю.

γ k – коэффициент надежности, равный 1,4.

Вычисление фактической нагрузки F , передаваемой на сваю.

Вес ростверка Qp =1,11 ? 1 ? 0,5 ? 24=13,32 кН;

Вес надростверковой конструкции Q НК (одного погонного метра стены подвала) из 3 блоков ФБС24.4.6 и одного доборного ФБС12.4.3:

Q НК=(0,6 ? 0,4 ? 1 3+0,3 ? 0,4 1)22=18,48 кН;

Общий вес Q ростверка и надростверковой конструкции:

, ,

Вес грунта на внешнем обрезе ростверка G гр=1,9 ? 0,35 ? γср,

где γср – средний удельный вес засыпки пазухи, 18 кН/м3:

G гр=1,9 ? 0,35 ? 18=11,97 кН

Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала G П

G П=0,405 ? 0,2 ? 1 ? 22=1,78 кН.

Общий вес G пригрузки грунтом и полом подвала:

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю

= =253,5 кН

Проверяем выполнение условия первого предельного состояния:

, или, что то же, ,253,5≤264,63– условие выполняется.

Следовательно, размещение свай в плане и ширина ростверка принимается для дальнейших расчетов. Принятые размеры свайного фундамента будут считаться окончательными при удовлетворении условия расчета по второму предельному состоянию – по деформациям.

Стоит отметить, что расчет по грунту является чисто теоретическим и основан на геологических данных. Учитывая факт того, что изыскатели далеко не всегда ответственно подходят к своей работе, а также что часть данных получается методом интерполяции, основой для принятия окончательного решения о длине и количестве свай, должны быть результаты полевых испытаний свай .

Пример расчета буронабивных свай: по несущей способности, минимальному расстоянию

Возведение любого фундамента начинается с проектирования. Расчеты и чертежи могут быть выполнены без привлечения специалистов, самостоятельно. Конечно, эти вычисления не будут иметь высокую точность и представят собой упрощенный вариант расчета, но они могут дать представление о том, как обеспечить несущую способность фундамента. Далее рассмотрены буронабивные сваи и пример их расчета.

Порядок вычислений

Конструкторские работы выполняют в следующем порядке:

  • изучение характеристик грунта;
  • сбор нагрузок на фундамент;
  • расчеты по несущей способности, определение расстояния между сваями и их сечения.

О каждом пункте по порядку.

Геологические изыскания

При массовом строительстве характеристики для расчетчиков подготавливают геологи. Они берут пробы грунта, проводят лабораторные испытания и дают точные значения несущей способности того или иного слоя, расположение грунтов с различными характеристиками. Если буронабивные сваи используются для частного домостроения, проводить такие мероприятия экономически невыгодно. Работу выполняют самостоятельно двумя способами:

  • шурфы;
  • ручное бурение.

Важно! Характеристики изучаются в нескольких точках, все из них располагаются под пятном застройки здания. Одна — обязательно в самой низкой части поверхности земли. Глубину разработки грунта при исследовании характеристик почвы назначают на 50 см ниже предполагаемой отметки подошвы фундамента.

Шурф — яма прямоугольной или квадратной формы, грунт изучают, анализируя почву стенок отрытого шурфа. При бурении выполняют анализ почвы на лопастях бура. Ознакомившись с ГОСТ «Грунты. Классификация», определяют тип почвы. Для некоторых типов оснований, потребуется определить консистенцию или влажность. С данным вопросом поможет таблица1.

Внешние признаки и способы Консистенция
Глинистые основания
Если грунт сжимают или ударяют, он рассыпается на куски Полутвердый или твердый грунт
Образец трудно разминать, при попытке разлома бруска, перед тем как распасться на две части он сильно изгибается Тугопластичный
Сохраняет вылепленную форму, легко поддается лепке Мягкопластичный
Мнется руками без затруднений, но не сохраняет вылепленную форму Текучепластичный
Если образец поместить на наклонную поверхность, то он будет медленно по ней сползать (стекать) Текучий
Песчаные основания
Рассыпается при сжатии в руке, не имеет внешних признаков наличия влаги Сухие
Проверку выполняют с помощью фильтровальной бумаги, она должна оставаться сухой или сыреть через промежуток времени. При сжатии в ладони образец дает ощущение прохлады Маловлажные
Образец кладут на фильтровальную бумагу и наблюдают сырое пятно. При сжатии создается ощущение влажности. Способен в течении некоторого времени сохранять форму Влажные
Встряхивают образец на ладони, он должен превращаться в лепешку Насыщенные влагой
Растекается или расползается без внешнего механического воздействия (в покое) Переувлажненные

Определив по внешним признакам тип и консистенцию основания с применением ГОСТ «Грунты. Классификация» и таблицы, приступают к выяснению нормативных сопротивлений. Эти значения нужны для вычисления несущей способности фундамента и расчета расстояния между сваями.

Буронабивные сваи предают нагрузку не только на тот слой грунта, на который опираются, но и по всей боковой поверхности. Это увеличивает их эффективность.

В таблице 2 приводятся нормативные сопротивления оснований, в местах опирания на них подошвы буронабивных свай.

Коэффициент пористости грунта — это отношение объема пустот к общему объему породы. Чтобы вычислить размеры пор связных пород (глинистых) применяют такие величины как удельный и объемный вес.

Также при вычислении несущей способности буронабивных свай необходимо учитывать сопротивление по боковой поверхности. Значения для глинистых пород представлены в таблице 3.

Глубина, на которой залегает грунт, см Нормативное сопротивление с учетом консистенции, т/м 2
полутвердая и твердая тугопластичная мягкопластичная
50 2,80 0,80 0,30
100 3,50 1,20 0,50
200 4,20 1,70 0,70
300 4,80 2,00 0,80

Выяснив все необходимые данные, связанные с сопротивлением грунтов приступают к следующему пункту расчета по несущей способности фундамента.

Сбор нагрузок

Здесь необходимо учесть массу всех конструкций. К ним относятся:

  • стены и перегородки;
  • перекрытия;
  • кровля;
  • временные нагрузки.
Читайте также  Как можно сделать из поликарбоната навес над крыльцом дома

Первые три нагрузки относятся к постоянным. Они зависят от того, из каких материалов будет строиться дом. Чтобы вычислить массу стен, перекрытий или перегородок берут плотность материала, из которого планируется их изготавливать, и умножают на толщину и площадь. При расчете кровли все немного сложнее. Нужно учесть:

  • подшивку;
  • нижнюю и верхнюю обрешетку;
  • стропильные ноги;
  • утеплитель (если он есть);
  • кровельное покрытие.

Можно привести средние значения для трех самых распространенных типов кровельного покрытия:

  1. масса 1 м2 пирога крыши с покрытием из металлочерепицы — 60 кг;
  2. керамической черепицы — 120 кг;
  3. битумной (гибкой) черепицы — 70 кг.

К временным нагрузкам относят снеговую и полезную. Обе принимаются по СП «Нагрузки и воздействия». Снеговая зависит от климатического района, который определяют по СП «Строительная климатология». Полезная назначается в зависимости от назначения здания. Для жилого — 150 кг/м² перекрытий.

Вычислить все нагрузки недостаточно, каждую из них требуется умножить на коэффициент надежности.

  • коэффициент для расчета постоянных нагрузок зависит от материала и способа изготовления конструкции и принимается по таблице 7.1 СП «Нагрузки и воздействия»;
  • коэффициент для снеговой нагрузки — 1,4;
  • коэффициент для полезной в жилом доме — 1,2.

Все значения складывают и приступают к расчету буронабивных свай по несущей способности.

Формулы для вычислений

P = Росн + Рбок. пов-ти,

где Р — несущая способность сваи, Росн — несущая способность сваи у основания, Рбок. пов-ти — несущая способность боковой поверхности.

Росн = 0,7 * Rн * F,

где Rн — нормативная несущая способность из таблицы 2, F — площадь основания буронабивной сваи, а 0,7 — коэффициент однородности грунта.

Рбок. пов-ти = 0,8 * U * fiн * h,

где 0,8 -коэффициент условий работы, U — периметр сваи по сечению, fiн — нормативное сопротивление грунта у боковой поверхности буронабивной сваи по таблице 3, h — высота слоя грунта, контактирующего с фундаментом.

где Q — нагрузка на погонный метр фундамента от здания, М — сумма всех нагрузок от конструкций здания, вычисленная ранее, Uдома — периметр здания.

Важно! Если дом имеет большую площадь и предусмотрен монтаж внутренних стен, под которые будет устроен фундамент, их длину прибавляют к периметру для расчета расстояния между буронабивными сваями фундамента.

где P и Q — найденные ранее значения, а L — максимальное расстояние между сваями.

Расчет для вычисления расстояния между сваями фундамента обычно проводится несколько раз. При этом подбираются разные сечения и глубина заложения.

Важно! За счет того, что работает не только опорная часть буронабивного фундамента, несущая способность с увеличением глубины заложения в большинстве случаев повышается (зависит от характеристик основания для фундамента). При проектировании опоры для будущего дома рекомендуется рассмотреть несколько примеров, изменяя сечение и глубину заложения. Рассчитывается расстояние между сваями и их количество. После этого «прикидывается» смета (точные вычисления могут быть трудоемки, поэтому достаточно примерных значений), и выбирается наиболее экономичный вариант.

Перед расчетом нужно ознакомиться с СП «Свайные фундаменты». По требованиям этого норматива буронабивные сваи длиной до 3 метров рекомендуется предусматривать диаметром от 30 см.

Пример расчета

  • Геологические условия местности: на глубине 2 метра от поверхности почвы залегают суглинки тугоплатичные, далее на всю глубину исследования располагаются твердые глины с коэффициентом пористости 0,5.
  • Снеговая нагрузка — 0,18 т/м².
  • Требуется спроектировать фундамент под одноэтажный дом с мансардой. Размеры дома в плане — 4 на 8 метров, кровля с покрытием из металлочерепицы вальмовая (высота наружной стены по всем сторонам одинаковая), стены из кирпича толщиной 0,38 м, перегородки гипсокартонные, перекрытия — железобетонные плиты. Высота стен в пределах первого этажа — 3 метра, на мансардном этаже наружные стены имеют высоту 1,5 метра. Внутренних стен нет (только перегородки).
  1. масса стен = 1,2 * (24 м (периметр дома) * 3м (первый этаж) + 24 м * 1,5 м (мансарда))*0,38 м * 1,8 т/м³ (плотность кирпичной кладки) = 88,65 т (1,2 — коэффициент надежности по нагрузке);
  2. масса перегородок = 1,2 * 2,7 м (высота) * 20 м (общая длина) * 0,03 т/м² (масса квадратного метра перегородок) = 2 тонны;
  3. масса перекрытий с учетом цементной стяжки 3 см = 1,2 * 0,25 м (толщина) * 32 м²(площадь одного перекрытия) * 2(пол первого этажа и пол мансарды) * 2,5 т/м² = 48 тонн;
  4. масса кровли = 1,2 * 4 м * 8 м * 0,06 т/м² = 2,3 тонны;
  5. снеговая нагрузка = 1,4 * 4 м * 8 м * 0,18 т/м2 = 8,1 тонн;
  6. полезная нагрузка = 1,2 * 4 м * 8 м * 0,15 т/м² * 2 (2 перекрытия) = 11,5 тонн.

Итого: М = 112,94 т. Периметр здания Uдома = 24 м, нагрузка на погонный метр Q= 160,55/24 = 6,69 т/м. Предварительно подбираем сваю диаметром 30 см и длиной 3 м.

По формулам для определения расстояния между сваями

Все необходимые формулы приведены ранее, нужно просто воспользоваться ими по порядку.

1. F= 3,14 D²/4(площадь круглой сваи) = 3,14 * 0,3 м * 0,3 м / 4 =0,071 м², U = 3,14 D = 3,14*0,3 м = 0,942м; (периметр сваи по кругу);

2. Pосн = 0,7 * 90 т/м² * 0,071 м2 = 4,47 т;

3. Рбок. пов-ти = 0,8 * (2,8 т/м² * 2 м + 4,8 т/м² * 1) * 0,942 = 7,84 т;

В этой формуле 2,8 т/м² — расчетное сопротивление боковой поверхности сваи в тугопластичном суглинке, 2м — высота слоя суглинка, в котором располагается фундамент. Сопротивление находят по таблице 3. Там представлены значения для подходящей в данном случае глубины 50, 100 и 200 см. В расчет принимаем минимальное для того, чтобы обеспечить запас по несущей способности.

4,8 т/м² — расчетное сопротивление боковой поверхности сваи в полутвердой глине, 1м — высота фундамента, располагающегося в этом слое. Последнее число в формуле — найденный в первом пункте периметр сваи. Значения 0,7 и 0,8 в пунктах 2 и 3 — коэффициенты из формул.

4. Р = 4,47 т + 7,84 т = 12,31 т (полная несущая способность одной сваи);

5. L = 12,31 т/6,69 т/м = 1,84 м — максимальное значение расстояния между сваями (между центрами).

Назначаем расстояние 1,8 м. Т.к. длина наших стен кратна 2 м метрам, удобнее чтобы и расстояние между сваями было 2 м, для этого нужно немного увеличить несущую способность сваи, например увеличив её диаметр. Если полученное значение шага достаточно велико, разумнее найти минимальное, поскольку, чем больше расстояние между сваями, тем больше понадобиться сечение ростверка, что приведет к дополнительным затратам. По такому же принципу выполняют расчеты для уменьшенного диаметра. Рассчитывают применое количество материала для нескольких вариантов и подбирают оптимальное значение.

Совет! Если вам нужны строители для возведения фундамента, есть очень удобный сервис по подбору спецов от PROFI.RU. Просто заполните детали заказа, мастера сами откликнутся и вы сможете выбрать с кем сотрудничать. У каждого специалиста в системе есть рейтинг, отзывы и примеры работ, что поможет с выбором. Похоже на мини тендер. Размещение заявки БЕСПЛАТНО и ни к чему не обязывает. Работает почти во всех городах России.

Если вы являетесь мастером, то перейдите по этой ссылке, зарегистрируйтесь в системе и сможете принимать заказы.

Как произвести расчет свайного фундамента при помощи онлайн-калькулятора + вычисление количества свай и несущей способности

01.12.2018 9,521 Просмотров

Фундамент выполняет важную и ответственную функцию, не допускающую никаких сомнений в возможностях или надежности основания.

В этом отношении свайные опорные конструкции позволяют получить полноценный вариант решения проблемы без опасности просадок или деформаций, которые возможны у традиционных видов фундамента.

Особенно ярко эта способность проявляется в сложных условиях, на слабонесущих или обводненных грунтах, торфяниках.

Если традиционные основания базируются на верхних, неустойчивых слоях грунта, то сваи опираются на плотные горизонты, расположенные на значительном расстоянии от поверхности.

Единственной задачей, встающей перед проектировщиком, является грамотный и корректный расчет опорной конструкции.

Какие параметры нужно рассчитать для правильного выбора свайного фундамента

Параметры, необходимые для обоснованного выбора свайного фундамента, можно разделить на две группы:

  • Измеряемые.
  • Расчетные.

К измеряемым могут быть причислены все свойства грунта на данном участке:

  • Состав слоев.
  • Уровень залегания грунтовых вод.
  • Особенности гидрогеологии, возможность сезонного подтопления, подъемы и понижения водоносных горизонтов.
  • Глубина залегания и состав плотных слоев.

К расчетным параметрам относятся:

  • Величина нагрузки на основание.
  • Несущая способность опоры.
  • Схема расположения стволов.
  • Параметры свай и ростверка.

Указаны только самые общие параметры, в ходе создания проекта нередко приходится рассчитывать большое количество дополнительных позиций.

Расчет с помощью онлайн-калькулятора

Тип грунта определяется по результатам бурения пробной скважины. Она имеет глубину до появления контакта с плотными слоями, или до момента погружения на достаточную глубину для установки висячих свай.

Некоторую информацию можно получить в местном геологоразведочном управлении, но она будет усредненной и не сможет дать максимально полные данные о качестве и параметрах грунта на данном участке.

Участок способен иметь специфические инженерно-геологические условия, не свойственные данному региону в целом, поэтому всегда следует производить специализированный геологический анализ.

Глубина промерзания грунта — табличное значение, которое находят в приложениях СНиП.

Существует специальная карта, на которой все регионы России разделены на специальные зоны, обладающие соответствующей глубиной промерзания.

Тем не менее, в действующем ныне СП 22.13330.2011 «Основания зданий и сооружений» имеется методика специализированного расчета глубины промерзания, производимого по теплотехническим показателям грунта и самого здания.

Как найти нагрузку на основание

Нагрузка на фундамент определяется как суммарный вес постройки и всех дополнительных элементов:

  • Стены дома.
  • Перекрытия.
  • Стропильная система и кровля.
  • Наружная обшивка, утеплитель.
  • Эксплуатационная нагрузка (вес мебели, бытовой техники, прочего имущества).
  • Вес людей и животных.
  • Снеговая и ветровая нагрузка.

Производится последовательный подсчет всех слагаемых, после чего вычисляется общая сумма. Затем необходимо увеличить ее на величину коэффициента прочности.

Необходимо решить, возможны ли какие-либо дополнительные пристройки или дополнения, увеличивающие вес дома и изменяющие величину нагрузки на основание. Если подобные изменения входят в планы, лучше сразу заложить их в несущую способность фундамента, чтобы упростить себе задачу в будущем.

От каких факторов зависит шаг?

Минимальным расстоянием между двумя соседними винтовыми сваями является двойной диаметр лопасти.

Максимум ограничивается несущей способностью опор и жесткостью ростверка, испытывающего нагрузку от веса дома.

Каждый пролет между опорами можно рассматривать как балку, жестко закрепленную с двух концов.

Тогда величину нагрузки необходимо рассчитать таким образом, чтобы балка не была деформирована или разрушена, а прогиб в центральной точке не превышал допустимых значений.

На практике обычно поступают проще — на основании многочисленных расчетов и эксплуатационных наблюдений выведено максимальное расстояние между соседними сваями, равное 3 (иногда — 3,5) м.

Эту величину считают критической, если по несущей способности опор получаются пролеты больше 3 м, то добавляют 1 или несколько свай для уменьшения шага.

Пример вычисления необходимого количества опор

Для простоты примем общий вес дома со всеми нагрузками равным 30 т. Это приблизительно соответствует весу одноэтажного брусового дома 6 : 4 м, расположенного в средней полосе со снеговой нагрузкой до 180 кг/м2.

Определяется несущая способность одной сваи. Площадь опоры (лопасти) при диаметре 0,3 м составит 0,7 м2. (700 см2). Несущая способность грунта обычно принимается равной среднему арифметическому от значений всех слоев, встречающихся на участке. Допустим, она выражается в 3-4 кг/см2. Тогда каждая свая сможет нести 2,1-2,8 т.

Получается, что для дома в 30 т надо использовать 11-15 свай. Помня о необходимости иметь запас прочности, принимаем максимальное значение. Схему размещения можно принять как свайное поле из 3 рядов по 5 свай в каждом.

Глубину погружения и, соответственно, длину свай принимаем равной глубине залегания плотных грунтовых слоев.

Она определяется практически, методом пробного погружения сваи или бурением скважины.

Пример расчета буронабивной основы

Прежде всего следует вычислить несущую способность одной сваи. Для примера возьмем наиболее распространенный вариант — диаметр скважины 30 см, несущая способность грунта составляет 4 кг/см2. По таблицам СНиП определяем, что несущая способность на песках средней плотности составит около 2,5 т.

Затем производится подсчет общего веса дома. Он делается по обычной методике, но к нему понадобится прибавить вес ростверка, для чего следует вычислить объем ленты и умножить его на удельный вес бетона.

После этого нагрузку на сваи делят на несущую способность единицы и округляют до большего целого значения. Это — количество буронабивных свай, необходимое для дома заданного веса, выстроенного в заданных условиях.

Даже состав грунта редко соответствует лабораторным показателям из-за различных примесей, включений или прочих напластований, изменяющих все параметры.

Поэтому в любом случае надо делать запас прочности, превышающий обычные коэффициенты, заложенные в формулы. Рекомендуется увеличивать его на 10-15%.

Читайте также  Что такое телескопическая стойка для опалубки

Основные схемы размещения

Существует несколько разновидностей схем расположения свай:

  • Свайное поле.
  • Свайный куст.
  • Свайная полоса.

Свайное поле представляет собой участок с равномерно распределенными по всей площади опорами.

Используется для жилых или вспомогательных построек, обладающих подходящим весом, этажностью и материалом для использования винтовых свай. Свайные кусты применяются для создания опорной конструкции под точечные объекты — вышки электропередач или мобильной связи, колонны, трубы котельных и т.п.

Свайные полосы служат фундаментом для линейных сооружений — ограждений, заборов, набережных и т.п.

При проектировании схемы расстановки опор учитывается конфигурация, геометрические и функциональные особенности всех элементов сооружения. Нередко используются смешанные, или комбинированные схемы расположения свай, когда совместно со свайным полем наблюдаются участки с кустами и полосами.

Необходимо учитывать, что минимальное расстояние между соседними сваями не должно превышать 2 диаметра, а между соседними рядами — 3 диаметра режущих лопастей. Это важно, так как при погружении грунт теряет свою плотность, на восстановление которой уходит большое количество времени.

Как правильно рассчитать шаг

Расчет шага производится в зависимости от схемы размещения свай и от конфигурации постройки.

Если известно общее количество, опоры расставляются по выбранной схеме — сначала по углам, затем заполняются наиболее нагруженные линии, расположенные под несущими стенами, после чего расставляют оставшиеся сваи по площади комнат для поддержки лаг перекрытий.

Задаче проектировщика является обеспечение максимальной жесткости ростверка, установка опор в точках максимальных нагрузок и равномерное распределение веса дома между остальными стволами.

Для построек обычного типа распределение свай проблемы не вызывает, намного сложнее расстановка опор на сооружениях сложной конфигурации с неравномерным распределением массы элементов.

В таких ситуациях сначала размещают кусты свай под наиболее нагруженными точками, после чего размещают остальные опоры.

Оптимальное расстояние

Оптимальное расстояние между сваями — это абстрактное понятие, не имеющее реального числового выражения.

Некоторые источники приводят вполне конкретные значения, но они вызывают больше сомнений, чем полезной информации.

Прежде всего, необходимо учесть нагрузку на каждую опору, которая должна быть меньше предельно допустимых величин.

Кроме этого, необходимо обеспечить такую длину пролетов между сваями, чтобы балки ростверка сохраняли неподвижность и не прогибались.

В этом отношении оптимальное расстояние определяется материалом и размерами ростверка, величиной нагрузки и прочими факторами воздействия.

Поэтому общего оптимального значения расстояния между сваями нет и не может быть. Это величина расчетная, зависит от многих факторов и в каждом конкретном случае имеет собственное значение.

Пример нахождения размеров ростверка

Рассмотрим порядок расчета железобетонного ростверка. Ширина ленты должна быть равна толщине стен.

Если стены дома в 1,5 кирпича, то ширина стен составит 38 см. Такой же будет и ширина ростверка.

Высота ленты при такой ширине должна составить 50 см — это обеспечит необходимую жесткость на прогиб.

Арматурный каркас Будет состоять из двух горизонтальных решеток по 2 стержня 12 мм.

Общий объем бетона, необходимого для отливки, составит 0,5 · 0,38 · 30 м (общая длина ростверка) = 5,7 м3.

Учитывая возможность непроизводительных потерь, лучше заказывать 6 м3 готового бетона марки М200 и выше, или изготовить его самостоятельно прямо на площадке.

Полезное видео

В данном разделе вы сможете ознакомиться с пособием по расчету свайно-ростверкового, плитно-свайного, а также свайно-ленточного фундамента:

Заключение

Большинство пользователей не производит расчет фундамента, так как это слишком сложная и ответственная задача.

Чаще всего для этого привлекают опытных специалистов.

Как минимум, используются онлайн-калькуляторы, позволяющие получить нужные данные быстро и совершенно бесплатно.

Кроме того, такие ресурсы позволяют найти необходимое количество всех материалов и нередко даже рассчитывают их стоимость для монтажа.

Следует учитывать, что всецело полагаться на качество подсчета при помощи неизвестного алгоритма опасно, надо хотя бы продублировать расчет на другом, подобном ресурсе.

В целом, самостоятельный расчет можно производить только для вспомогательных или хозяйственных построек, чтобы не слишком рисковать своим имуществом, здоровьем и жизнью людей.

Как рассчитать несущую способность сваи по материалу

Сваи выполняются из бетона, железобетона, металла и представляют собой полые или цельные стержни, которые закладываются на глубину в землю наклонно или вертикально. Элементы устанавливаются под строением и передают на грунт нагрузки сжатия, кручения и среза от наземной части. Несущая способность сваи зависит от материала изготовления и типа почвы.

  1. Зависимость от материалов опоры и видов грунта
  2. Определение несущей способности фундамента
  3. Методы расчета
  4. Теоретический
  5. Динамический
  6. Пробный
  7. Расчет несущей способности свай в конкретных условиях

Зависимость от материалов опоры и видов грунта

При строительстве свайного фундамента нужно вычислить несущую способность свай в зависимости от типа грунта

Свая контактирует с земляными слоями, поэтому ее способность сопротивляться нагрузкам зависит от категории почвы. Нужное число свайных элементов рассчитывают, опираясь на характеристики материала и грунта.

В строительстве частных домов получили распространение виды фундаментов:

  • на забивных сваях;
  • на винтовых опорах;
  • с буронабивными оболочками.

Учитывают несущую способность грунта во время определения вида свайной основы. Она характеризует давление, которое выдерживает условная площадь слоя. Эта величина ниже аналогичной характеристики свайного стержня и зависит от вида пласта, насыщенности его водой и плотности. Геодезические изыскания проводят для определения свойств земельного слоя в области строительства.

Железобетонные сваи ставят под зданиями с большой нагрузкой, промышленными предприятиями. Они хорошо работают на сжатие и изгиб, т. к. внутри имеют металлический каркас. Стальные элементы сопротивляются срезу, динамическому воздействию и кручению, поэтому применяются под строениями с аналогичными нагрузками. Деревянные стержни используются в стабильных грунтах и воспринимают давление от небольших частных построек.

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.

Методы расчета

Несущая способность грунта

Оболочки в условиях строительной площадки проходят несколько испытаний. Число контрольных исследований выбирает автор проекта с учетом полевых условий, конструкции здания, проектной способности свай по рекомендациям строительных ГОСТ на изыскание грунтов. Ревизионные испытания выполняют в начале погружения, чтобы не перерасходовать бетон и металл и полностью использовать проектную прочность.

Контрольные изыскания проводят методами:

  • статического давления на сваю;
  • динамического действия;
  • изучением грунта при погружении эталонного стержня;
  • исследованием почвы статичным зондом.

Статичному испытанию подвергается 1% от количества свай на площадке, результат зависит от сложности грунта, формата нагрузок и количества разновидностей вертикальных опор. Динамической нагрузке подвергается 2% от количества стержней, но не меньше 6 – 9 в зависимости от класса строения.

Несущие характеристики сваи и грунта можно рассчитать по формулам теоретическим, динамическим и пробным способом.

Теоретический

Качественный результат расчета взаимодействия свай и почвы получается с учетом пластики грунтового слоя, сжимаемости фундаментного стержня. Определяются локальные области предельного напряжения и перераспределение касательных нагрузок. Минимальное расстояние между винтовыми элементами принимается в размере двойного лопастного диаметра, а максимум выбирается по способности ростверка и опоры сопротивляться давлению.

Пролет между столбами рассматривают жестко закрепленной балкой с двух торцов, нагрузку определяют так, чтобы не возникали деформации, а центральный прогиб был не больше нормативов.

Теоретически расчет несущей способности сваи выражается формулой W = H / d, где:

  • H — расчетная несущая характеристика стержня;
  • d — коэффициент прочности, учитывающий запас сопротивления давлению.

Величина H определяется умножением площади опоры или на расчетное сопротивление почвы там, где она закладывается в землю. Для распространенных почвенных слоев такие показатели приводятся в строительных таблицах при условии заглубления больше 1,5 метра. При погружении земля теряет плотность, начальные характеристики длительно восстанавливаются. Принимается максимальное расстояние между опорами на уровне трех метров. Если при расчете получаются большие промежутки, добавляют несколько стержней для уменьшения пролета.

Динамический

Контрольные испытания проводят зондированием и специальным расчетом, но таких итогов недостаточно и требуется испытание почвенных слоев погружением эталонных опор. Сваи отягощаются на уровне расчетной нагрузки, которая находится по нормативным документам СП 24.13330 – 2011, где регламентируется проектирование свайных фундаментов.

Технология динамического метода заключается в том, что при заглублении столба увеличивается сопротивление почвенного слоя. Принимается во внимание связь между силой удара при погружении и несущей характеристикой элемента. Забивка выявляет слабые места свайного поля и оболочек для вычисления диаметра и протяженности опорного столба.

Динамические изыскания не требуют дорогого оборудования и больших затрат, подходят для испытания разных типоразмеров. Минусом считается факт, что меняющаяся нагрузка иногда завышает показатель прочности, и появляется неточность при проведении расчета. Динамические испытания проводят опытные техники, для этого метода не подходят нестабильные или сыпучие основания.

Вид свай выбирают по свойствам пласта, который располагается под острием стержня. Сваи-стойки монтируют, если используется малосжимаемые скальные почвы. В других вариантах ставят сваи трения (защемленные в земле). Длина выбирается с учетом того, что стержень заделывается в тело ростверка на 5 – 10 см при вертикальной нагрузке.

Пробный

Процесс пробного заглубления сопровождают техническими документами, где проставляют размер, вид и расчетную нагрузку на сваю. Для проведения требуется подробный план фундамента с приведенными шурфами зондирования, которые исследовались геологами. Указывается прохождение коммуникаций и электрических кабелей.

Пробные забивки проводят в случае:

  • присутствия слабых почв, техногенных насыпных участков;
  • количества свай больше 2 тыс.;
  • строительства многоэтажек свыше пяти этажей;
  • если есть сомнения в правильности теоретической части расчета.

Погружение сопровождается техническими документами с указанием расчетных нагрузок, типа оболочек. Результаты испытания заносятся в журнал, где описываются полученные повреждения, категория молота и число ударов до конечного погружения.

Расчет несущей способности свай в конкретных условиях

Забивные ЖБ сваи

Несущие свойства забивных железобетонных стержней вычисляются как сумма сопротивления почвы под подошвой и боковой обструкции F = y · (Fd + Fr), где:

  • Fd = u · Σ y · Fl · Hl;
  • u — наружный периметр столба;
  • y — коэффициент функционирования;
  • Fl — боковое сопротивление земли;
  • Hl — толщина почвенных слоев в области контакта;
  • Fr = y · R · S;
  • R — сопротивление грунта под острием по норме;
  • S — площадь опоры внизу.

Формирование буронабивной сваи

Расчет ведется и для буронабивных оболочек. Для таких свай несущая способность вычисляется по формуле F = R · S + u · ∫ y · Fl · Hl, где:

  • R — сопротивление грунта под острием по норме;
  • S — площадь опоры внизу;
  • u — наружный периметр столба;
  • y — коэффициент функционирования;
  • Fl — боковое сопротивление земли;
  • Hl — толщина почвенных слоев в области контакта.

Виды винтовых свай

Формула вычисления показателя для винтовой сваи отличается от предыдущих выражений, т.к. требуются иные характеристики: F = yc · ((a1 · c1 + a2 · y1 · h1) · D + u · G · (h – d)), где:

  • yc — коэффициент функционирования;
  • a1 и a2 — табличные коэффициенты;
  • c1 — коэффициент линейности грунта для песка или удельное сцепление для глины;
  • y1 — удельный вес земли выше лопасти;
  • h1 — величина заглубления;
  • D — диаметр лопастей за вычетом диаметра самой сваи;
  • u — периметр основания сваи;
  • G — боковое сопротивление грунта;
  • h — протяженность сваи;
  • d — диаметр опорного винта.

Несущая способность после динамического, статического исследования и зондирования проверяется расчетом нагрузок и действий сопротивления материала. Если один из видов испытания не подтверждает расчетные показатели, такие сваи не допускаются к установке.