Несущая способность сваи

Несущая способность сваи

Типы грунтов

Прежде всего, нужно определить тип грунта. Для этого тщательно изучают состав почвы, полученный с помощью бура.

Использование свай позволяет соорудить надежное основание на торфяных почвах

Рассмотрим качественные характеристики грунтов:

  • Песок считают крупным, если средний размер песчинок достигает размеров от 0,25 мм до 5 мм. Песчаное основание не подвержено пучинистости. Грунт такого типа при увеличении уровня влажности не меняет свой объём и не теряет своих свойств;
  • Супесь – это песок с примесью глины не более 10%.

    Шар, скатанный из супеси, непластичен и легко разрушается от лёгкого надавливания. Высокое содержание песка в составе породы практически делает её непластичной. Малая пористость грунта положительно влияет на его стойкость к пучению;

  • Суглинок формируется из смеси 70% песка и 30% глины. Раздавленный шар из суглинка, образует блин с трещинами по краям. Такое явление показывает то, что данный грунт обладает большой пористостью и подвержен пучению;
  • Глина наиболее часто встречающееся грунтовое основание. Если в образце почвы содержание глинистых частиц составляет 30% и более, то породу определают, как глину. Раздавленный шар из глины образует сплошной блин без трещин и разрывов. Почва такого типа наиболее подвержена пучению при замерзании;
  • Торф по своей сущности является грунтом органического происхождения, не обладающим несущей способностью. Строительство объектов на таких участках можно производить на винтовых сваях, при условии прохождения этих опор через торфяной слой к плотному грунту. Глубина залегания плотного основания является основным фактором при расчете длины винтовых свай.

Уровень грунтовых вод и глубина промерзания почвы свая

При неправильной установке свая может быть выдавлена пучением грунта

Присутствие грунтовых вод вызывает сезонное пучение грунта. Происходит это явление в зимний период. Вода в составе грунта под воздействием низких температур кристаллизуется в ледяную структуру. Лёд занимает объём на 9% больше, чем вода.

Замерзший грунт, увеличиваясь в объёме, начинает своё движение вверх так, как двигаться вниз не даёт нижележащий слой почвы. Поэтому винтовые опоры должны быть такой длины, которая позволяет винту опоры, закрепится в слое почвы ниже залегания грунтовых вод.

Во время наступления весны промерзший грунт оттаивает и двигается вниз. Гладкая боковая поверхность свай обеспечивает стойкость к движению промерзающих слоёв почвы во время сезонных колебаний температуры.

Уровень присутствия грунтовых вод можно выяснить методом пробного бурения. В тёплое время года в пробуренной скважине определяют глубину залегания грунтовых вод или отсутствие таковой.

Рекомендуем посмотреть видео о том, как оценить результаты пробного бурения.

Применение фундаментного основания на винтовых сваях позволяет избежать сезонного поднятия дома вверх и повреждения его конструкций. Суммируя вышеперечисленные показатели, определяют длину опоры.

Пример расчета несущей способности винтовой сваи

Зная количество опор и общую нагрузку от веса проектируемого строения с учётом снеговой нагрузки, определяют силу давления на одну сваю.

Несущая способность опор определяется путём произведения опорной площади опоры и сопротивления грунта.

Зная диаметр винтовой части опоры – 32 см, опорная площадь будет равна 162 х 3,14 = 804 см2. В результате изыскательских работ и согласно справочным данным несущее сопротивление глинистого основания равно 6 кг/см2.

Расчет прочности одной опоры производится умножением опорной площади сваи на величину сопротивления грунта – 804 х 6 = 4,8 т. То есть опорная конструкция способна выдержать нагрузку величиной 4,8 тонн.

При расчете несущей способности нужно обязательно применять коэффициент запаса прочности. Величина коэффициента определяется по справочной таблице. В данном случае, принимая в расчет количество 20 опор, коэффициент будет равен 1,4. Количество свай зависит от размеров свайного поля, его длины и ширины.

Посмотрите видео, как производится измерение несущей способности уже установленной опоры.

Окончательный расчет несущей способности опоры производят по формуле N = F/Y, где N – нагрузка на одну опору, F – предварительная расчетная нагрузка, в данном случае она равна 4,8 т. Коэффициент Y равен 1,4.

Несущая способность сваи будет равна 4,8/1,4 = 3,43 т. В результате сопоставления полученных данных: несущей способности опоры, типа грунта, глубины промерзания почвы, уровня грунтовых вод, величины нагрузки на опору, длины и ширины свайного поля, определают марку винтовой сваи – ВС 133 длиной 2,5 м.

Правильный расчет несущей способности винтовой сваи обеспечит надёжное фундаментное основание будущего домостроения.

Расчет винтового фундамента — ответственный этап проектирования.

Если при его выполнении допустить ошибку, то можно не правильно задать шаг свай или их сечение. Ошибки приводят к снижению надежности опор под знание и возникновению вероятности сильной усадки или крена строения, вследствие которых образуются трещины и повреждения основных строительных конструкций здания. Одним из самых важных характеристик свайновинтового фундамента (как и любого другого) является его несущая способность.

Допустимая нагрузка на винтовую сваю зависит от следующих факторов:

  1. диаметр трубы и лопастей;
  2. прочность грунта основания;
  3. длина сваи.

При выполнении простейших расчетов для частного дома потребуется знать только прочностные характеристики основания и площадь лепестковой подошвы (лопасти).

Расчет выполняется по следующей формуле: N = F/γk .

В этой формуле:

  • N — несущая способность винтовой сваи (сколько она способна выдержать),
  • F — значение несущей способности (неоптимизированное),
  • γк — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый в зависимости от количества опор для здания и способа выполнения геологических изысканий.

Коэффициент γk назначается равным следующим значениям:

1,2 при проведении точных геологических испытаний грунта основания, путем выполнения зондирования и лабораторных исследований. Выполнить это самостоятельно невозможно. Способ не подходит для частного домостроения из-за высокой стоимости, которая сильно увеличит бюджет строительства.

  • 1,25 при проведении испытаний с помощью сваиэталона. Хотя этот способ проще, чем предыдущий, определить, сколько сможет выдержать грунт, способен только человек, имеющий знания в области геологии.
  • При самостоятельных исследованиях почвы и использовании табличных показателей прочности коэффициент принимается в зависимости от количества опор. Если несущая способность определяется для винтовой сваи с низким ростверком, то значение составит 1,41,75 при количестве опорных элементов в пределах 520 штук.

Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле: F = S*Rо .

Здесь:

  • S — площадь лопасти, которая вычисляется по формуле для круга (S = πR² = (πD²)/4). Исходные данные приводятся производителем винтовой сваи.

После того, как определено, сколько составляет площадь лепестковой подошвы винтовой сваи, нужно выяснить прочностные характеристики грунта основания (в формуле буква Rо). Для этого потребуется выполнить как минимум простейшие геологические изыскания с помощью ручного бурения или отрывки шурфов. Грунт можно изучить визуально и на ощупь, рекомендуется выполнять определение с применением ГОСТ «Грунты. Классификация».

Зная сколько способен выдержать грунт на один квадратный сантиметр и площадь опорной части винтовой сваи можно найти предварительное значение несущей способности F (без учета коэффициента по надежности). Значение подставляют в первую формулу и находят окончательную максимально допустимую нагрузку на один элемент фундамента. Более подробно определить, сколько сможет выдержать свая можно по формуле 7.15 пункта 7.2.10 СП «Проектирование и устройство свайных фундаментов». Здесь учитываются все моменты, которые способны повлиять на несущую способность, а именно:

  1. условия работы;
  2. характеристики грунта;
  3. глубина залегания лопасти (прибавляется боковое трение);
  4. диаметр лопасти;
  5. характер работы сваи (на выдергивание или на сжатие).

Выполнить расчет достаточно сложно, потребуется найти множество коэффициентов и характеристик грунта (здесь учитывается не только несущая способность, но и угол внутреннего трения, удельное сцепление, удельный вес и др.). Для упрощения работы можно воспользоваться таблицами, которые приводятся для наиболее распространенных диаметров свай (чаще всего для частного домостроения используют 89 мм, 108 мм, 133 мм). Для свай диаметром 89 и 108 мм можно привести следующую таблицу:

Несущая способность элементов диаметром 89 достаточна для того, чтобы использовать их в качестве фундаментов под одноэтажные дома из легких материалов (каркасные, бревенчатые, брусовые). При возведении двухэтажных строений лучше вместо 89 диаметра выбрать 108 или больший. Если опирать на такие свайные фундаменты кирпичные и бетонные здания, при расчете получится очень большой диаметр элементов и частое их расположение (зависит от характеристик грунта), да и не в каждой компании найдется специалист способный рассчитать массивное здание на винтовых сваях. Выгоднее использовать другие типы фундаментов.

Пример упрощенного расчета

Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:

  1. грунты на участке — глина;
  2. диаметр используемых свай — 133 мм, диаметр лопасти — 350 мм;
  3. масса дома, полученная в результате сбора нагрузок от стен, перегородок, перекрытий, полезного и снегового нагружения — 59 тонн.
  4. периметр наружных стен — 24 м, внутренних несущих стен нет.

Сначала находится прочность грунта основания. Воспользовавшись приведенной ранее таблицей находим, что для имеющегося типа почвы она составляет 6,0 кг/см². Коэффициент надежности по нагрузке принимаем 1,75 (для обеспечения запаса по надежности).

Остается вычислить площадь лепестковой подошвы: S = (πD²)/4 = 3,14*352/4 = 961,6 см² (значение диаметра лопасти в расчет берется в сантиметрах).

Находим неоптимизированную несущую способность: F = S*Rо = 961,6*6,0 = 5770 кг.

Вычисляем допустимую нагрузку: N = F/γk = 5770/1,75 = 3279 кг ≈ 3,3 т.

Для дальнейшего расчета определяем минимальное количество свай, которые способны удержать данный дом: 59 т/3,3т = 17,87 шт, округляем до целых в большую сторону и принимаем в дальнейший расчет 18 шт.

Чтобы завершить вычисления для возведения фундаментов, нужно определить шаг между сваями. Для этого длину стен дома делят на количество опорных элементов: 24 м/18 шт = 1,33 м — максимальный шаг фундаментов. Получилось довольно большое количество свай для такого небольшого дома, т.к. мы приняли что геологические изыскания не проводились, и пришлось принять γk = 1,75, если провести исследования хотя бы пробным вкручиванием (эталонным), тогда количество свай можно снизить до 1213 штук, а это существенная экономия.

В каждом случае нужно считать что обойдется дешевле — геологические изыскания или самостоятельный расчет и перестраховка по несущей способности. Определение максимальной нагрузки на сваю — только часть вычислений для проектирования. Как показано выше, на этом расчет не заканчивается.

Окончательными результатами вычислений должны стать следующие данные для свай:

  1. сечение;
  2. длина;
  3. шаг;
  4. распределение под несущими стенами.

Расчитать количество винтовых свай на калькуляторе онлайн

Определение прочности свай по материалу

Наибольшие напряжения сжатия сваи получают в момент забивки. При вертикальной нагрузке от сооружения материал свай, забитых в грунт, чаше всего недогружен. При проверке сваи на сжатие продольный изгиб учитывают как для стержня в упругой среде только на участках относительно мощных слоев слабых грунтов (торф, ил).

В остальных грунтах продольный изгиб не учитывают. Если на сваю передаются горизонтальные усилия или моменты, то ее рассчитывают на поперечный изгиб, как стержень в упругой среде.

При сваях, изготовляемых в грунте, качество бетона часто бывает низкое, особенно если бетонирование производится под­водным способом. В связи с этим на прочность материала вво­дится снижающий коэффициент условий работы.

Расчеты свай по прочности материала производят в соот­ветствии с методами проектирования железобетонных и бетон­ных конструкций.

Несущая способность сваи-стойки зависит от прочности грунта под ее нижним концом и определяется по первой группе предельных состояний по формуле

где γс— коэффициент условий работы, принимаемый равным 1; R — расчет­ное сопротивление крупнообломочного грунта или скальной породы под ниж­ним концом сваи; А — площадь поперечного сечения сваи у нижнего конца.

Для забивных, вдавливаемых и погружаемых вибрированием свай, опирающихся нижним концом на разрушенные скальные породы и крупиообломочные грунты с песчаным заполнителем, обычно принимают R = 20 МПа. Высокое расчетное сопротив­ление грунта объясняется сильным уплотнением грунта под нижним концом свай.

Под набивными сваями вскрываемый плотный пылевато-гли-нистый или крупиообломочиый грунт разуплотняется, поэтому нормативное сопротивление такого грунта можно установить лишь путем испытания его штампами или загрузкой свай ста­тической нагрузкой. Если’нижний конец набивной сваи опирает­ся на невыветрелуго скальную породу, расчетное сопротивление. ее под сваей устанавливается по формуле

где Rc.n —нормативное (среднее арифметическое значение) временное со­противление скальной породы одноосному сжатию в водойасыщеииом со­стоянии; yg— коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным 1,4.

Для повышения значения R приходится заделывать нижний конец сваи в скальную породу. Тогда

где ld — расчетпая глубина заделки набивной сван или сваи-оболочки в скальную породу, принимаемая не менее 0,5 м; df— диаметр заделанной в скальную породу части сван.

Длина и поперечное сечение свай

Принимаю забивные железобетонные свай сплошного квадратного сечения стержневой арматурой С-13-40

Длина свай определяется положением подошвы ростверка и кровли прочного грунта, в который целесообразно заделывать сваю. Слабые грунты должны прорезаться сваями. При песках средней крупности не менее 0,5м

Глубина погружения сваи от поверхности грунта должна быть не менее 4,0м

Принимаем сплошные сваи с поперечным армированием ствола:

Сечением 400х400мм;

Длина свай d=13,000мм=13м

Длиной острия/=350мм=0,35м

Вес одного погонного метра 0,00403мН;

Марка бетона 300

4.3Определение расчётной нагрузки, допускаемой на сваю

При небольших горизонтальных нагрузках и низких ростверках свай, как правило, размещается вертикально.

Расчётное сопротивление сваи (допустимая нагрузка на сваю) определяется по прочности материала и прочности грунта.

Для дальнейших расчётов принимается меньшее полученного значение. Расчёт висячих свай по материалу, как правило, не требуется, т.к. оно обычно больше, чем грунту. Расчётное сопротивление висячей сваи по грунту определяем по формуле:

γс- коэффициент условий работы сваи, принимаемый γс=1

γg-коэффициент надежности по грунту, принимаемый γg=1,4

R- расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, (при z0=14,6м) R=4,20мПа

А- площадь поперечного сечения свай, 0,40х0,40=0,16м2

U- наружный периметр сваи 1,6м

fi-расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания по боковой поверхности свай

hi-толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью, м

γсR и γсf – коэффициенты условий работы под нижним концом и по боковой поверхности сваи, зависящие от способа погружения свай γсR и γсf=1

Разбиваем пласты грунта под подошвой ростверка на слои не более 2м, определяем глубину от поверхности до середины расчетного слоя, по таблице находим расчётное сопротивление по боковой поверхности сваи. Для удобства расчёт ведем в табличной форме:

№ слоя Толщина слоя, hi,м Глубина от поверхности до середины расчетного слоя, Z0,м Расчетное сопротивление fi по боковой поверхности сваи, МПа
2,0 2,7 0,058
1,4 4,4 0,007
2,0 6.1 0,006
2,0 8,1 0,062
1,0 9.6 0,063
1,2 10,7 0,07
1,6 11,5 0,067
1,3 12,15 0,068

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *