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.
- Зависимость от материалов опоры и видов грунта
- Определение несущей способности фундамента
- Методы расчета
- Теоретический
- Динамический
- Пробный
- 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.
Несущая способность свай
Несущая способность свай – это максимальная величина нагрузки, которую способна выдерживать погруженная в грунт свая, не подвергаясь деформациям.
- Методы определения несущей способности сваи
- Методы определения несущей способности грунта
- Несущая способность свай СНИП
- Несущая способность буронабивной сваи
- Несущая способность забивной ЖБ сваи
- Несущая способность винтовой сваи
- Как улучшить несущую способность сваи
- Инъектирование грунта
- Увеличение диаметра опорной подошвы сваи
Существует два типа несущей способности свай – по материалу изготовления и по грунту. Данные о несущей способности конструкции исходя из ее материала могут быть получены при проведении теоретических расчетов, тогда как определение несущей способности сваи по грунту требует проведения практических исследований на месте строительства.
Методы определения несущей способности сваи
При проектировании свайных фундаментов используются четыре метода определения несущей способности свайных конструкций:
- Способ теоретического расчета;
Совет эксперта! данный метод является предварительным, полученные результаты в последствии корректируются на основании фактических данных о характеристиках грунта.
Расчет несущей способности выполняется по формуле: Fd = Yc * (Ycr * R * A + U * ∑ Ycri * fi * li)
- Yc – совокупный коэфф. условий работы;
- Ycr – коэфф. сопротивления почвы под опорной подошвой сваи;
- R – сопротивление почвы под опорной подошвой сваи;
- А – диаметр опорной подошвы;
- U – периметр сечения свайного столба;
- Ycri – коэфф. условий работы грунта по боковым стенкам сваи;
- fi – сопротивление почвы по боковым стенкам;
- li – длина боковых поверхностей.
Практический способ реализуемый в полевых условиях. После отдыха сваи (спустя 2-3 дня после забивки столба), на конструкцию с помощью ступенчатого домкрата передается статическая нагрузка.
Посредством специального прибора – прогибометра, определяется величина усадки сваи и производятся необходимые расчеты. Данный метод считается одним из наиболее точных.
Рис 1.1: Определение несущей способности сваи методом пробных статистических нагрузок
Исследования проводятся на уже погруженных сваях по истечению периода отдыха столбов. На конструкцию посредством дизель молота передается ударная нагрузка (до 10 ударов). После каждого удара прогибометром определяется степень усадки сваи. Данный способ реализуется в комплексе со статическим методом.
Рис 1.2: Прогибометр – прибор для измерения усадки сваи
- Метод зондирования.
Для реализации метода зондирования свая снабжается специальным датчиками, после чего выполняется ее погружение на проектную глубину посредством ударной нагрузки (динамическое зондирование) либо вибропогружателями (статическое зондирование).
Датчики определяют сопротивление грунта боковой и нижней стенки свайного столба, по которой рассчитывают несущую способность конструкции в конкретном типе почвы.
Рис. 1.3: Схема метода зондирования свай
Методы определения несущей способности грунта
Несущая способность почвы – один из важнейших параметров, учитываемых во время проектирования свайных оснований.
Данная величина демонстрирует, какую нагрузку из вне способна переносить условная площадь грунта (она, как правило, существенно ниже несущей способности самой сваи). Несущая способность почвы рассчитывается в двух показателях – тонн/м2 либо кг/см2.
На несущую способность грунта оказывают непосредственное влияние следующие факторы:
- Тип почвы;
- Насыщенность влагой;
- Плотность.
Совет эксперта! Почва, чрезмерно насыщенная влагой, относится к категории проблемных грунтов, поскольку чем большее количество влаги она содержит, тем меньшими будут ее несущие характеристики.
Чтобы определить несущие свойства грунта необходимо проводить геодезические изыскания – для этого выполняется бурение пробной скважины, из которой берутся пробы разных слоев почвы. Все исследования и расчеты проводятся в строительно-испытательных лабораториях с применением специального оборудования.
Представляем вашему вниманию таблицу несущей способности основных типов грунтов:
Таблица 1.1: Несущая способность разных видов грунтов
При отсутствии возможности провести геодезические исследования вы можете самостоятельно определить ориентировочную несущую способность грунта, для этого с помощью ручного бура создайте скважину (до двух метров), опознайте тип почвы и сопоставьте ее с табличными данными.
Несущая способность свай СНИП
Важно! Исследования и расчеты направленные на определение несущих характеристик свай необходимо выполнять согласно требований СНиП № 2.02.03-85 “Свайные фундаменты”.
Несущая способность буронабивной сваи
Буронабивные сваи – конструкции, обладающие наибольшими несущими характеристиками среди всех видов свай.
Это сваи, сформированные в результате заполнения бетоном предварительно пробуренной скважины, они укреплены арматурным каркасом и, как правило, обладают уширенной опорной пятой, которая способствует равномерному распределению оказываемой на почву нагрузки.
Рис. 1.4: Этапы создания буронабивных свай
Расчет несущих свойств буронабивных свай выполняется по формуле: Fdu = R×A+u×∫ ycf ×Fi×Hi, в которой:
- R – нормативное сопротивление почвы под опорной пятой сваи;
- А – площадь опорной пяты;
- u – периметр сечения свайного столба;
- Ycf – коэфф. условий работы грунта на боковой стенке столба (=1);
- Fi – среднее сопротивление боковой поверхности опорной пяты;
- Hi – толщина слоев почвы контактирующих с боковой стенкой свайного столба.
- R, Fi и Hi – это нормативные данные, которые вы можете взять из нижеприведенных таблиц.
Таблица 1.2: Расчетные сопротивления на боковых стенка свай (Fi)
Таблица 1.3: Расчетная толщина слоев почвы контактирующей с боковыми стенками сваи (Hi)
Таблица 1.4: Сопротивление разных типов грунтов под опорной подошвой сваи (R)
Увидеть усредненные показатели несущих характеристик буронабивных свай вы можете в нижеприведенной таблице.
Таблица 1.5: Несущая способность буронабивных свай
Несущая способность забивной ЖБ сваи
Фактические несущие характеристики забивных ЖБ конструкций (Fd) рассчитывается как совокупность сопротивления почвы под нижней частью свайного столба (Fdf) и сопротивления по отношению к ее боковым стенкам (Fdr).
Формула расчета следующая: Fd=Ycr ×(Fdf+Fdr), где:
Fdf = u * ∑Ycf * Fi * Hi
- u – внешний периметр сечения ЖБ столба;
- Ycr – коэф. условий работы столба в почве (=1);
- Fi – сопротивление слоев почвы на боковой стенке сваи;
- Hi – общая толщина слоев почвы контактирующих с боковой стенкой свайного столба
- Fdr = Ycr * R * A
- R – нормативное сопротивление почвы под нижним концом сваи;
- А – площадь опорной подошвы.
Несущие характеристики забивных железобетонных свай вы можете посмотреть в таблице
Таблица 1.6: Несущие характеристики забивных ЖБ свай
Несущая способность винтовой сваи
Винтовые сваи – наиболее распространенный тип в свай в частном строительстве. Монтаж винтовых свай выполняется в кратчайшие сроки, а их несущих характеристик с запасом хватает для обустройства надежного фундамента под строительство 1-2 этажного дома из легких материалов.
Рис 1.5: Виды винтовых свай
Формула расчета несущей способности винтовой сваи: Fd=Yc*((a1с1+a2y1h1)A+u*fi(h-d))
Yc – коэф. условий работы столба в почве;
a1 и a2– нормативные коэфф. из таблицы:
Таблица 1.7: Нормативные коэффициенты угла внутреннего трения грунта
- с1 – коэфф. линейности почвы (для песчаных грунтов) либо значение удельного сцепления (для глинистых);
- y1 – удельный вес почвы расположенной выше лопастей сваи;
- h1 – глубина расположения сваи;
- А – диаметр винтовых лопастей за вычетом диаметра столба сваи;
- fi – сопротивление почвы по боковым стенкам сваи;
- u – периметр свайного столба;
- h – общая длина ствола сваи;
- d – диаметр опорных лопастей.
Предлагаем вашему вниманию характеристики несущих способностей наиболее распространенных в строительстве типоразмеров винтовых свай.
Таблица 1.8: Несущая способность винтовых свай диаметром 76 мм.
Таблица 1.9: Несущая способность винтовых свай диаметром 89 мм.
Как улучшить несущую способность сваи
Среди технологий увеличения несущей способности свайных оснований существуют как универсальные способы, применимые к свай любого типа, так и индивидуальные методы, которые реализуются отдельно для забивных и винтовых конструкций.
Инъектирование грунта
Это максимально эффективный метод увеличение несущих характеристик любых свай расположенных в дисперсных грунтах с невысокой плотностью.
Инъекции в грунт песчано-цементного раствора выполняются в пространство между сваями на глубину в 1-2 метра ниже крайней точки свайного столба.
Для подачи раствора используются специальные строительные инъекторы, при этом раствор нагнетается под постоянно возрастающим давлением (от 2 до 10 атмосфер) в результате чего в грунте создаются полости радиусом до 2 метров.
Рис 1.6: Усиление несущей способности свайного фундамента инъектированием (1 – бетон, 2 – сваи)
Сетка инъекций рассчитывается так, чтобы расположенные по периметру свайного основания бетонные полости примыкали друг к другу.
Совет эксперта! После отвердевания бетона в грунте наблюдается серьезное повышение несущей способности почвы (при качественно реализованной технологии – двукратное).
Увеличение диаметра опорной подошвы сваи
Пята сваи – основная опорная точка заглубленного в грунт столба. При обустройстве свайных фундаментов в грунтах с низкой несущей способностью рационально использовать сваи с уширенной опорной подошвой, так как с увеличением ее диаметра значительно несущие характеристики конструкции.
При обустройстве оснований на сваях винтового типа с этим проблем не возникает, поскольку механизированный способ погружения позволяет завинчивать металлические сваи с достаточно большим диаметром лопастей, тогда как забивные ЖБ сваи с уширением погрузить невозможно ни ударным ни вибрационным методом из-за высокого сопротивления грунта.
Совет эксперта! Для создания опорного уширения забивных ЖБ свай используется два метода – обустройство камуфлетных свай и бурение лидерных скважин буром-расширителем.
Рис 1.7: Схема создания камуфлетных буронабивных свай
Камуфлетные буронабивные сваи – конструкции, уширение в нижней части которых создано посредством взрыва детонирующего вещества внутри лидерной скважины. После камуфлетирования полученное уширение заполняется бетонным раствором и в скважину погружается ЖБ свая.
Наши услуги
Мы, строительная компания “Богатырь”, базируемся на услугах: забивка свай, лидерное бурение, забивка шпунта, а так же статических и динамических испытаниях свай. В нашем распоряжении собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и мы готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке. Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку.
Расчет несущей способности сваи по грунту
Сваи широко применяют в строительстве. Они позволяют устраивать фундамент на неустойчивых почвах, ограждать котлованы, возводить подпорные стенки и укреплять грунт.
Это экономичный, устойчивый вариант установки фундамента, применяемый практически в любых условиях.
В статье мы расскажем о видах свай, порядке и различных методах расчета фундамента.
Расчет свай начинается с выбора их типа.
По способу заглубления в грунт различают:
- Забивные сваи. Самый популярный вид. Погружаются в грунт путем забивки пневматическим молотом на рассчитанную глубину;
- Буронабивные сваи устанавливаются в самые короткие сроки. Сначала методом шнекового бурения разрабатывают скважину и уплотняют грунт вокруг нее. Потом одновременно с извлечением бура под давлением закачивают в скважину бетонную смесь. Сразу после этого в ней устанавливают армирующий каркас. Его изготавливают из металлических стержней на заводе или строительной площадке;
- Вибропогружаемые опускаются в толщу пород под действием собственного веса. Специальная установка передает вибрацию через сваю на грунт, за счет этого уменьшается сила трения между конструкцией и частицами почвы и свая постепенно погружаются в породу. Метод применяется на площадках с песчаным или насыщенным влагой грунтом;
- Винтовые конструкции имеют лопасти на концах, благодаря им конструкция погружается в землю. Хорошо работают на неустойчивых грунтах и плывунах при наличии недалеко от поверхности прочной породы. При монтаже не издают шума, не повреждают почву, могут устанавливаться на площадках с плотной застройкой. Монтаж осуществляется вручную или с применением легкой техники;
- Вдавливаемые устанавливаются без сильных толчков и вибраций, создают минимальную нагрузку на почву и фундаменты расположенных вблизи сооружений. Подходят для строительства крупных объектов в местах с плотной застройкой и вблизи зданий с неустойчивыми или старыми фундаментами.
По виду материала:
- Железобетон. Самый популярный материал для возведения крупных объектов. Металл, составляющий каркас обеспечивает стойкость к изгибающим нагрузкам, а бетон защищает металлоконструкцию от воздействия окружающей среды, обеспечивает стойкость к вертикальным нагрузкам и увеличивает силу трения с грунтом;
- Дерево. Применяется в индивидуальном строительстве на сухих почвах. Дешевый и доступный материал, но требует дополнительной гидроизоляции;
- Металл. Из этого материала выполняют винтовые сваи. После изготовления их покрывают специальным составом, защищающим их от коррозии.
Сваи отличаются по виду конструкции и форме. Это могут быть квадратные, прямоугольные, многоугольные и круглые сечения. Последний вид приобрел наибольшую популярность благодаря простоте изготовления и расчета нагрузки на такую конструкцию.
По характеру работы:
- Сваи-стойки работают за счет установки их нижней части на прочную породу. Они передают нагрузку на устойчивое основание, миную другие, менее надежные слои;
- Висячие сваи работают за счет силы трения между ними и сжатыми грунтами вокруг.
На выбор типа конструкции влияют условия работы, особенности грунтов, конструкция и вес здания. Для правильного расчета необходимо обратиться к специалистам, способным провести все необходимые измерения и изыскания.
Проектирование свайного фундамента
При проектировании свайного фундамента необходимо участь ряд факторов, влияющих на его устойчивость:
- Глубина залегания толщина и надежность пород;
- Масса здания;
- Условия строительства и эксплуатации;
- Конструктивные особенности здания.
При проектировании инженеры опираются на данные геологических изысканий и на их основе определяют возможность строительства, рассчитывают количество свай, выбирают их вид, форму и материал.
Второй важный фактор — это нагрузка от здания.
Она складывается из нескольких видов нагрузки:
- Постоянная. Включает в себя вес самого здания;
- Долгосрочная временная — это вес станков, оборудования и других тяжелых конструкций;
- Краткосрочная временная складывается из веса мебели и людей в здании;
- Снеговая и ветровая нагрузки рассчитываются отдельно для каждого здания на основании климатических данных региона согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».
Карта снеговых районов России
Вид сваи зависит от технико-экономических показателей строительства. Подбирается самый дешевый вариант, удовлетворяющий все требования и обеспечивающий надежность конструкции.
На этапе проектирования инженеры предусматривают запас прочности, обеспечивающий длительный срок эксплуатации фундамента даже при больших нагрузках.
Расчет ростверка
Важный показатель для строительства — количество свай в ростверке. Этот показатель напрямую влияет на способность конструкции правильно передавать нагрузку на основание и обеспечивать прочность фундамента.
Ростверк — это балка, соединяющая верхние части свай и равномерно распределяющая между ними нагрузку.
Количество свай в ростверке находят по формуле:
- dp — заглубление ростверка;
- N0I — максимальное значение суммы нагрузок от веса здания;
- Yk — коэффициент надежности;
- F — максимальная нагрузка на одну сваю;
- A — площадь ростверка;
- Ymt — усредненный вес ростверков и грунта на его обрезах.
Полученное в результате вычислений число округляется всегда в большую сторону до целого значения.
Сваи распределяют согласно правилам:
- В шахматном порядке, в два ряда или в одну линию с равными промежутками;
- Расстояние между соседними сваями не менее трех их диаметров;
- Минимальное расстояние от края ростверка до ближайшей сваи равно одному ее диаметру;
- При возникновении только вертикальных нагрузок сваи заглубляют в ростверк всего на 5–10 см, в иных случаях соединение делают более надежным и дополнительно рассчитывают.
При расчетах ростверков инженеры работают, основываясь на СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции».
Алгоритм расчета свайного фундамента
Процесс расчета начинается с определения общего веса здания.
Он состоит из суммы массы всех конструкций:
- 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
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:
- Диаметра трубы;
- Длины трубы, погруженной в почву;
- 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.
Несущая способность фундаментов
На данной странице приведена информация по вопросу одного из наших клиентов по поводу особенностей расчета несущей способности фундамента:
“Здравствуйте! Полтора года назад мною был залит малозаглубленный ленточный фундамент (ширина ленты – 25 см, глубина – 50 см), на котором планировалось строить одноэтажный дом из бревен 7*7 м. Но в связи с финансовыми обстоятельствами реализация проекта была отложена, и вернулся к нему я только сейчас. Теперь хочу строить дом из кирпича, но сомневаюсь, выдержит ли уже существующий фундамент такое здание. На участке грунт представлен плотной суглинистой почвой. Не произойдет ли усадка фундамента и последующая деформация стен? Помогите пожалуйста с расчетами массы дома и несущей способности фундамента”
Из данной статьи вы узнаете, как правильно рассчитать несущую способность ленточных и свайных фундаментов, и какое оборудование для этого необходимо. Мы продемонстрируем технологию расчетов разных фундаментов на примере конкретного строения (кирпичного дома 7*7 м).
Используемые приборы
Решение возводить здание на уже существующем основании, которое простояло без нагрузки больше года, должно подкрепляться техническим обследованием железобетонного фундамента на предмет возникновения дефектов и определением его несущей способности.
Техническое обследование фундамента здания состоит из нескольких этапов, которые выполняются в следующей последовательности:
- Специалисты изучают проект фундамента и существующую исполнительную документацию по его возведению. Также анализируется геодезическая документация по состоянию грунтов на строительной площадке;
- Производится визуальный осмотр поверхностных элементов фундамента с целью выявления видимых дефектов;
- Производится инструментальное обследование фундамента – определяется прочность конструкции с помощью приборов неразрушающего (ультразвуковой, склерометрический анализ) и разрушающего действия, после чего дается оценка исправности и возможности дальнейшей эксплуатации фундамента;
- Собираются все нагрузки на фундамент, в число которых входит проектная масса здания, вес снегового покрова, давления ветра и полезная нагрузка на сооружение, которое планируется возводить на уже существующем фундаменте;
- Нагрузки на фундамент сопоставляются с силой сопротивления грунта строительной площадке, на основе чего делается вывод о достаточности несущей способности либо необходимости усиления фундамента.
Для определения геометрических параметров (слоя защитного бетона, расположения арматуры, ее класса и диаметра) железобетонных фундаментов используются приборы ультразвукового контроля по типу ИДС-1, ИЗС-10Ц , Пульсар 2.1 которые выполняют неразрушающий анализ конструкции. Наличие микротрещин в толще бетона определяется склерометром ИПС-МГ4.03.
Оценка прочностных характеристик фундамента выполняется с использованием прибора разрушающего контроля – ОНИКС-ОС, который функционирует по методу отрыва со скалыванием, фиксируя усилие, необходимое для деформации бетона.
Как определяется несущая способность фундаментов
Несущая способность фундамента – показатель, свидетельствующий о нагрузках, которые сможет выдерживать основание дома в конкретных грунтовых условиях.
Определение свойств почвы требует проведения геодезического исследования грунтов на строительной площадке, в процессе которого анализируются следующие характеристики:
- Тип грунта;
- Насыщенность почвы влагой и химический состав грунтовых вод;
- Уровень промерзания грунта;
- Коэффициент пористости и плотность породы.
Исходя из данных величин, определяемых вследствие лабораторного анализа взятых на участке проб почвы, выявляется сила сопротивления грунта – величина нагрузки, которую сможет выдерживать 1 см 2 почвы.
Существуют нормативные таблицы сопротивления разных видов грунта, однако проведение геодезических изысканий на объекте крайне желательно, поскольку один и тот самый вид почвы, обладающий разной влажностью и плотностью, будет иметь отличающиеся характеристики сопротивления.
Следующим этапом расчет является сбор нагрузок, которые фундамент будет испытывать в процессе эксплуатации. Данные нагрузки состоят из следующих факторов:
- Масса здания ;
- Нагрузки от снегового покрова;
- Нагрузки от давления ветра;
- Полезные эксплуатационные нагрузки.
Чтобы рассчитать массу здания необходимо определить вес составляющих его конструкции – стен, кровли и перекрытий. Сделать это можно умножив габаритные характеристики здания на удельный вес одного м 2 стройматериалов.
Атмосферные нагрузки добавляются к рассчитанной массе здания. Нормативные снеговые нагрузки на 1 м 2 горизонтальной плоскости здания указаны в действующих строительных нормативах.
Для определения ветровых нагрузок нормативное давление ветра необходимо умножить на площадь одной стороны здания (высота от нулевого уровня до конька крыши).
К сумме полученных результатов необходимо добавить полезные нагрузки, величина которых для жилых зданий составляет 100 кг на м 2 половых и междуэтажных перекрытий.
Расчёт несущей способности фундамента
Определение несущей способности оснований осуществляется на основе проектной площади опирания фундамента на грунт, сопротивления почвы и испытываемых фундаментом нагрузок, однако особенности и порядок расчетов для разных видов фундаментов будет отличаться.
Ленточного железобетонного
Определение несущей способности ленточного фундамента осуществляется через расчет фактической опорной площади, которой должна обладать фундаментная лента. Делается это по формуле: S>Yn*F/Yc*Ro, в которой:
- S – опорная площадь фундамента (см2);
- F – совокупная нагрузка на фундамент дома;
- Yn – коэф. надежности (1.2);
- Yc – коэф. работы фундамента в грунте;
- Ro – расчетное сопротивление грунта.
Величина Yc представлена в нижеприведенной таблице:
Для примера произведем расчет фундамента по несущей способности под кирпичный дом7*7 м (длина ленты с учетом внутренней стены – 35 м)., совокупные нагрузки от которого составляют 190 тонн. Здание возведено на суглинистой почве с сопротивлением 3.6 кг/см 2
- S>1.2*190 000/1*3.6 = 63 333 см 2 = 6,33 м 3 ;
Исходя из расчетов мы получаем, что фундамент, несущей способности, которого будет достаточно под вышеуказанное здание, должен обладать опорной площадью в 6,33 м 2 . Если учитывать периметр фундамента в 35 м., ширина ленты должна составлять как минимум: 6,33/35 = 0,18 м.
Исходя из сопротивления грунта, несущая способность такого ленточного фундамента составит: 63 333 * 3,6 = 227,99 тонн.
На винтовых сваях
Расчет несущей способности фундамента на винтовых сваях выполняется на основе определения несущих характеристик одной сваи и умножения полученного результата на количество свай в фундаменте.
Для примера произведем расчеты с аналогичными исходными данными – нагрузки от здания 190 тонн, периметр стен – 35м, грунт – суглинок к сопротивлением 3,6 см/м 2 . В фундаменте будут использоваться винтовые сваи с диаметром ствола 133 мм.
Рис. 1.8: Схема работы винтовых свай в грунте
- Определяем опорную площадь одной сваи 133 мм., диаметр лопастей у которой составляет 30 см, по формуле “R 2 *3.14” – 15*15*3,14 = 706.5 см 2 ;
- Рассчитываем несущую способность сваи по силе сопротивления суглинка: 706,5*3,6 = 2.55 тонн;
- Расчитываем общую несущую способность фундамента: 14*2,55 = 35,7 тонн.
Как вы видите, несущей способности винтовых свай не достаточно для возведения тяжелого кирпичного здания, нагрузка от которого составляет 190 тонн. На таких фундаментах могут возводиться лишь легкие здания из каркасных панелей либо дерева.
На железобетонных сваях
Железобетонные сваи, в отличие от винтовых, работаю в грунте не только своей опорной подошвой, но и боковыми стенками ствола, поэтому они обладают большей несущей способностью.
Расчет основания из ЖБ свай производится по формуле: P = 10Rh*F+u*l*f>P, где
- Rh – сопротивление почвы под острием сваи;
- F – поперечное сечение сваи (м 2 );
- u – периметр поперечного сечения (м);
- l – глубина погружения сваи;
- f – сопротивление грунта боковым стенкам сваи.
Для примера произведем расчет несущей способности фундамента под вышеуказанный дом, состоящего из 14 ЖБ свай сечением 30*30 см, погруженных на глубину 9 м.
В первую очередь определяется сопротивление грунта под острием сваи, на глубине 9 м. с учетом характеристик суглинистой почвы:
Далее рассчитывается сопротивление грунта боковым стенкам ствола:
Определяем несущую способность сваи по приведенной в начале главы формуле:
у какого фундамента наивысшая несущая способность
Как можно увидеть по приведенным расчетам, несущая способность разных фундаментов кардинально отличается – основания из винтовых свай отличаются минимальными сроками обустройства, однако их надежности достаточно лишь для возведения легких домов из дерева.
Ленточные фундаменты более надежны, они подходят под строительство тяжелых кирпичных домов в нормальных грунтовых условиях, однако при наличии пучинистых грунтов, когда нужно заглублять фундаментную ленту ниже уровня промерзания почвы, их обустройство становится экономически невыгодным.
Фундаменты на железобетонных сваях – универсальный вариант. Они обладают максимальной несущей способностью и устойчивостью в любых типах грунтов. Если вы решили строить кирпичный дом и делаете упор на максимальной надежности и долговечности конструкции, такой фундамент будет лучшим решением.
Заказ испытаний свай и обследования фундаментов
Компания “Установка Свай” предлагает услуги по обследованию фундаментов и проведению испытаний железобетонных свай статическим и динамическим методом. Данные испытания, проводимые в полевых условиях, позволяют узнать фактическую несущую способность сваи, что дает возможность составить максимально точный проект фундамента.
Также мы выполняем работы по погружению железобетонных и винтовых свай. Мы готовы обустроить свайный фундамент под ключ , взяв на себя выполнение всего спектра работ – от поставки высококачественных свай до сдачи полноценного свайного поля.
Все работы мы выполняем быстро, качественно и не дорого. Звоните нам по контактным телефонам, либо воспользуйтесь формой “Отправить заявку”, и мы предложим вам лучшие условия сотрудничества!
Полезные материалы
Особенности проектирования ЖБ фундаментов
Правильное проектирования фундамента на железобетонных сваях – основополагающее условие его надежности и долговечности.
Виды фундаментов по конструкции и способу изготовления
Классификация фундаментов включает несколько типов оснований, имеющих разную конструкцию и обустраиваемых по определённым технологиям.
Стоимость фундамента под дом 10 на 10
Возведение объекта, неизбежно сопряжено с обустройством фундамента. Наиболее популярны следующие типы оснований .
Методика расчета свайного буронабивного фундамента с ростверком
Расчет свайного фундамента выполняется в зависимости от его типа. Важно понимать, что расчет буронабивных свай будет отличаться от вычислений для винтовых. Но во всех случаях требуется выполнить предварительную подготовку, которая включает в себя сбор нагрузок и геологические изыскания.
Изучение характеристик грунта
Несущая способность буронабивной сваи будет во многом зависеть от прочностных характеристик основания. В первую очередь стоит выяснить прочностные показатели грунтов на участке. Для этого пользуются двумя методами: ручным бурением или отрывкой шурфов. Грунт разрабатывается на глубину на 50 см больше, чем предполагаемая отметка фундамента.
Схема буронабивного фундамента
Перед тем, как рассчитать свайный фундамент рекомендуется ознакомиться с ГОСТ «Грунты. Классификация» приложение А. Там представлены основные определения, исходя из которых, тип грунта можно определить визуально.
Далее потребуется таблица с указанием прочности грунта в зависимости от его типа и консистенции. Все необходимые для расчета характеристики приведены на картинках ниже.
Глинистая почва в области подошвы сваи
Сбор нагрузок
Перед расчетом буронабивного фундамента также необходимо выполнить сбор нагрузок от всех вышележащих конструкций. Потребуется два отдельных вычисления:
- нагрузка на сваю (с учетом ростверка);
- нагрузка на ростверк.
Это необходимо потому, что отдельно будет выполнен расчет ростверка свайного фундамента и характеристик свай.
При сборе нагрузок необходимо уесть все элементы здания, а также временные нагрузки, к которым относится масса снегового покрова на крыше, а также полезная нагрузка на перекрытие от людей, мебели и оборудования.
Для расчета свайно-ростверкового фундамента составляется таблица, в которую вносится информация о массе конструкций. Чтобы рассчитать эту таблицу, можно пользоваться следующей информацией:
| Конструкция | Нагрузка |
|---|---|
| Каркасная стена с утеплителем, толщиной 15 см | 30-50 кг/кв.м. |
| Деревянная стена толщиной 20 см | 100 кг/кв.м. |
| Деревянная стена толщиной 30 см | 150 кг/кв.м. |
| Кирпичная стена толщиной 38 см | 684 кг/кв.м. |
| Кирпичная стена толщиной 51 см | 918 кг/кв.м. |
| Гипсокартонные перегородки 80 мм без утепления | 27,2 кг/кв.м. |
| Гипсокартонные перегородки 80 мм с утеплением | 33,4 кг/кв.м. |
| Междуэтажные перекрытия по деревянным балкам с укладкой утеплителя | 100-150 кг/кв.м. |
| Междуэтажные перекрытия из железобетона толщиной 22 см | 500 кг/кв.м. |
| Пирог кровли с использованием покрытия из | |
| листов металлической черепицы и металлических | 60 кг/кв.м. |
| керамочерепицы | 120 кг/кв.м. |
| битумной черепицы | 70 кг/кв.м. |
| Временные нагрузки | |
| От мебели, людей и оборудования | 150 кг/кв.м. |
| от снега | определяется по табл. 10.1 СП “Нагрузки и воздействия” в зависимости от климатического района |
Собственный вес фундаментов и ростверка определяется в зависимости от геометрических размеров. Сначала требуется вычислить объем конструкции. Плотность железобетона при этом принимается равной 2500 кг/куб.м. Чтобы получить массу элемента, нужно объем умножить на плотность.
Каждую составляющую нагрузки нужно умножить на специальный коэффициент, который повышает надежность. Его подбирают в зависимости от материала и способа изготовления. Точное значение можно найти в таблице:
| Тип нагрузки | Коэффициент |
|---|---|
| Постоянная для: – дерева – металла – изоляции, засыпок, стяжек, железобетона – изготавливаемых на заводе – изготавливаемых на участке строительства |
1,1 1,05 1,1 1,2 1,3 |
| От мебели, людей и оборудования | 1,2 |
| От снега | 1,4 |
Расчет сваи
На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:
- шаг свай;
- длина сваи до края ростверка;
- сечение.
Чаще всего размеры сечения определяют заранее, а остальные показатели подбирают исходя их имеющихся данных. Таким образом, результатом расчета должны стать расстояние между сваями и их длина.
Всю массу здания, полученную на предыдущем этапе, требуется разделить на общую длину ростверка. При этом учитываются как наружные, так и внутренние стены. Результатом деления станет нагрузка на каждый пог.м фундаментов.
Несущую способность одного элемента фундамента можно найти по формуле:
P = (0,7 • R • S) + (u • 0,8 • fin • li), где:
- P — нагрузка, которую без разрушения выдерживает одна свая;
- R — прочность почвы, которую можно найти по таблицам, представленным ниже после изучения состава грунта;
- S — площадь сечения сваи в нижней части, для круглой сваи формула выглядит следующим образом: S = 3,14*r2/2 (здесь r — это радиус окружности);
- u — периметр элемента фундамента, можно найти по формуле периметра окружности для круглого элемента;
- fin — сопротивление почвы по боковым сторонам элемента фундамента, см. таблицу для глинистых грунтов выше;
- li — толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (находят для каждого слоя почвы отдельно);
- 0,7 и 0,8 — это коэффициенты.
Шаг фундаментов рассчитывается по более простой формуле: l = P/Q, где Q—это масса дома на пог.м фундамента, найденная ранее. Чтобы найти расстояние между буронабивными сваями в свету, из найденной величины просто вычитают ширину одного элемента фундамента.
При выполнении расчетов рекомендуется рассмотреть несколько вариантов с разными длинами элементов. После этого будет легко подобрать наиболее экономичный.
Армирование буронабивных свай выполняется в соответствии с нормативными документами. Арматурные каркасы состоят из рабочей арматуры и хомутов. Первая берет на себя изгибающие воздействия, а вторые обеспечивают совместную работу отдельных стержней.
Каркасы для буронабивных свай подбираются в зависимости от нагрузки и размеров сечения. Рабочая арматура устанавливается в вертикальном положении, для нее используют стальные стержни D от 10 до 16 мм. При этом выбирают материал класса А400 (с периодическим профилем). Для изготовления поперечных хомутов потребуется закупить гладкую арматуру класса А240. D = минимум 6-8 мм.
Сортамент стальной арматуры
Каркасы буронабивных свай устанавливаются так, чтобы металл не доходил за край бетона на 2-3 см. Это нужно для обеспечения защитного слоя, который предотвратить появление коррозии (ржавчины на арматуре).
Размеры ростверка и его армирование
Элемент проектируется так же, как и ленточный фундамент. Высота ростверка зависит от того, насколько нужно поднять здание, а также от его массы. Самостоятельно можно выполнить расчет элемента, который опирается вровень с землей, или немного заглублен в нее. Основа расчетов висячего варианта слишком сложна для неспециалиста, поэтому такую работу стоит доверить профессионалам.
Пример правильной вязки арматурного каркаса
Размеры ростверка вычисляются так: В = М / (L • R), где:
- B — это минимальное расстояние для опирания ленты (ширина обвязки);
- М — масса здания без учета веса свай;
- L — длина обвязки;
- R — прочность почвы у поверхности земли.
Арматурные каркасы обвязки подбираются так же, как и для здания на ленточном фундаменте. В ростверке требуется установить рабочее армирование (вдоль ленты), горизонтальное поперечное, вертикальное поперечное.
Общую площадь сечения рабочего армирования подбирают так, чтобы она была не меньше 0,1% от сечения ленты. Чтобы подобрать сечение каждого стержня и их количество (четное), пользуются сортаментом арматуры. Также необходимо учитывать указания СП по наименьшим размерам.
| Рабочая арматура | длина стороны ленты 3м | от 12 мм |
| Горизонтальные хомуты | от 6 мм | |
| Вертикальные хомуты лента высотой 80 см | от 8 мм | |
Пример расчета
Чтобы лучше понять принцип выполнения вычислений, стоит изучить пример расчета. Здесь рассматривается одноэтажное здание из кирпича с вальмовой крышей из металлочерепицы. В здании предполагается наличие двух перекрытий. Оба изготавливаются из железобетона толщиной 220 мм. Размеры дома в плане 6 на 9 метров. Толщина стен составляет 380 мм. Высота этажа — 3,15 м (от пола до потолка — 2,8 м), общая длина внутренних перегородок — 10 м. Внутренних стен нет. На участке найдена тугопластичная супесь, пористость которой — 0,5. Глубина залегания этой супеси — 3,1 м. Отсюда по таблицам находим: R = 46 тонн/кв.м., fin = 1,2 тонн/кв.м. (для расчетов среднюю глубину принимаем равной 1 м). Снеговая нагрузка берется по значениям Москвы.
Сбор нагрузок делаем в форме таблицы. При этом не забываем про коэффициенты надежности.
| Вид нагрузки | Расчет |
|---|---|
| Стены из кирпича | периметр стен = 6+6+9+9 = 30 м; площадь стен = 30 м*3м = 90 м2; масса стен = (90 м2* 684)*1,2 = 73872 кг |
| Перегородки изготовленные из гипсокартона не утепленные высотой 2,8 м | 10м*2,8*27,2кг*1,2 = 913,92 кг |
| Перекрытие из ж/б плит толщиной 220 мм, 2 шт. | 2шт*6м*9м*500 кг/м2 *1,3 = 70200 кг |
| Кровля | 6 м*9 м*60 кг*1,2 /соs30ᵒ (уклон крыши) = 4470 кг |
| Нагрузка от мебели и людей на 2 перекрытия | 2*6м*9м*150кг*1,2 = 19440 кг |
| Снег | 6м*9м*180кг*1,4/cos30° = 15640 кг |
| ИТОГО: | 184535,92 кг ≈ 184536 кг |
Предварительно назначаем ростверк шириной 40 см, высотой 50 см. Длину сваи — 3000 мм, D сечения = 500 мм. Используем примерный шаг свай 1500 мм.
Чтобы рассчитать общее количество опор нужно 30 м (длину ростверка) поделить на 1,5 м (шаг свай) и прибавить 1 шт. При необходимости значение округляется до целого числа в сторону уменьшения. Получаем 21 шт.
Площадь одной сваи = 3,14 • 0,52/4 = 0,196 кв.м., периметр = 2 • 3,14 • 0,5 = 3,14 м.
Найдем массу ростверка: 0,4м • 0,5 м • 30 м • 2500 кг/куб.м.• 1,3 = 19500 кг.
Найдем массу свай: 21 • 3 м • 0,196 кв.м. • 2500 кг/куб.м. • 1,3 = 40131 кг.
Найдем массу всего здания: сумма из таблицы + масса свай + масса ростверка = 244167 кг или 244 тонн.
Для расчета потребуется нагрузка на пог.м ростверка = Q = 244 т/30 м = 8,1 т/м.
Расчет свай. Пример
Находим допустимое нагружение на каждый элемент по формуле указанной ранее:
P = (0,7 • 46 тонн/кв.м. • 0,196 кв.м.) + (3,14 м • 0,8 • 1,2 тонн/кв.м. • 3 м) = 15,35 т.
Шаг свай принимается равным P/Q = 15,35/8,1= 1,89 м. Округляем до 1,9 м. Если шаг получается слишком большим или маленьким, нужно проверить еще несколько вариантов, меняя при этом длину и диаметр фундаментов.
Для каркасов применяются пруты D = 14 мм и хомуты D = 8 мм.
Расчет ростверка. Пример
Нужно посчитать массу здания без учета свай. Отсюда М = 204 тонн.
Ширина ленты принимается равной М / (L • R) = 204/ (30 • 75) = 0,09 м.
Такой ростверк использовать нельзя. Свесы стен кирпичного здания с фундамента не должны превышать 4 см. Ширину назначаем конструктивно 400 мм. Высота остается равной 500 мм.
Армирование ростверка свайного фундамента:
- Рабочее 0,1%*0,4*0,5 = 0,0002 кв.м. = 2 кв.см. Здесь достаточно будет 4 стержней диаметром 8 мм, но по нормативным требованиям используем минимально возможный диаметр 12 мм;
- Горизонтальные хомуты — 6 мм;
- Вертикальные хомуты — 6 мм.
Выполнение расчетов займет определенный промежуток времени. Но с их помощью можно сберечь деньги и время в процессе строительства.
Также вы можете рассчитать фундамент при помощи онлайн калькулятора. Просто нажмите на ссылку Расчет фундамента столбчатого типа и следуйте инструкциям.
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.
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:
- масса 1 м2 пирога крыши с покрытием из металлочерепицы — 60 кг;
- керамической черепицы — 120 кг;
- 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).
- 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);
- масса перегородок = 1,2 * 2,7 м (высота) * 20 м (общая длина) * 0,03 т/м² (масса квадратного метра перегородок) = 2 тонны;
- 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;
- масса кровли = 1,2 * 4 м * 8 м * 0,06 т/м² = 2,3 тонны;
- снеговая нагрузка = 1,4 * 4 м * 8 м * 0,18 т/м2 = 8,1 тонн;
- 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.
