Doma-artek.ru

Стройка и ремонт
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Расчет несущей способности буронабивной сваи

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.

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 способыКонсистенция
Глинистые основания
Если грунт сжимают или ударяют, он рассыпается на кускиПолутвердый или твердый грунт
Образец трудно разминать, при попытке разлома бруска, перед тем как распасться на две части он сильно изгибаетсяТугопластичный
Сохраняет вылепленную форму, легко поддается лепкеМягкопластичный
Мнется руками без затруднений, но не сохраняет вылепленную формуТекучепластичный
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 влагиСухие
Проверку выполняют с помощью фильтровальной бумаги, она должна оставаться сухой или сыреть через промежуток времени. При сжатии в ладони образец дает ощущение прохладыМаловлажные
Образец кладут на фильтровальную бумагу и наблюдают сырое пятно. При сжатии создается ощущение влажности. Способен в течении некоторого времени сохранять формуВлажные
Встряхивают образец на ладони, он должен превращаться в лепешкуНасыщенные 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, смНормативное сопротивление с учетом консистенции, т/м 2
полутвердая и твердаятугопластичнаямягкопластичная
502,800,800,30
1003,501,200,50
2004,201,700,70
3004,802,000,80

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:

  1. масса 1 м2 пирога крыши с покрытием из металлочерепицы — 60 кг;
  2. керамической черепицы — 120 кг;
  3. битумной (гибкой) черепицы — 70 кг.
Читать еще:  Винтовые сваи шаг установки расчет

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.

Кроме буронабивных мы изготавливаем буроинъекционные, буросекущие и бурокасательные сваи

  • боковое сопротивление тугопластичного суглинка – 2,8 тонн на метр квадратный;
  • тот же показатель для полутвердой глины – 4,8;
  • толщина слоя суглинка – 2 метра;
  • толщина слоя глины – 1 метр;
  • сопротивление малопористой глины у основания – 90;
  • для расчета берем сваю 3 метра длиной и 0,3 диаметром.

Подставляем цифры в вышеприведенные формулы, получаем:

  • Q1 (несущая способность по основанию) = 0,7 * 90 * 3,14 * 0,32 /4 = 4,47 тонн;
  • Q2 (по боковой поверхности) = (4,8 + 2,8 * 2) * 0,942 (периметр стержня) * 0,8 = 7,84;
  • суммарное значение Q = 4,47 + 7,84 = 12,31.

Фотоотчет по установке свай специалистами ООО «ПСК Основания и Фундаменты»

Устройство буроинъекционных свай при строительстве свиноводческого комплекса

Фотоотчет установки шпунтового ограждения при строительстве жилого дома

Фотоотчет установки ограждения котлована при строительстве многоэтажного дома в г. Мытищи

Фотоотчет монтажа буросекущихся свай при устройстве бетонной форшахты в Москве

Фотоотчет устройства буронабивных свай при реконструкции транспортной развязки

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.

Способы определения несущей способности сваи

Существует несколько методов, как произвести подобные расчеты. К ним относятся:

  1. Расчетный метод. Он не отличается высокой эффективностью, но применяется довольно часто, так как в отличие от других довольно простой.
  2. Пробные статические нагрузки. Крайне эффективная методика, но она требует много времени и сил. Довольно часто применяется профессионалами.
  3. Динамическое испытание. Производится посредством нескольких ударов молотка по установленным сваям, после чего фиксируется осадка. Преимуществом такого способа является то, что его можно использовать непосредственно на строительном участке, но в отличие от предыдущего метода, он не столь эффективен.
  4. Зондирование. Этот способ подразумевает комбинирование статического и динамического метода. Он производится путем регистрации данных несущей способности на поверхность базис с заранее установленных специальных датчиков. Оборудование стоит довольно дорого, поэтому такие вычисления зачастую выполняются только специалистами.
Читать еще:  Поднятие дома на винтовые сваи

Расчетный способ часто используется простыми обывателями, так как для этого не потребуется специального оборудования или большого количества опыта. Понадобится лишь собрать определенные данные, которые пригодятся для расчетов. Остальные методики также могут использоваться, но для их реализации понадобятся знания и приспособления, которые у новичков в строительном ремесле зачастую отсутствуют.

Чтобы увеличить количеству знаний по теме вычисления несущей способности свай, рекомендуется к просмотру следующее видео.

По мере увеличения количества столбов для базиса, увеличивается и его прочность.

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).

Определение характеристик и параметров фундамента

Для того, чтобы спроектировать фундамент, необходимо произвести расчеты по следующему алгоритму:

  1. Вычислить общую массу строящегося здания.
  2. Определить типы грунтов и вычислить их физико-механические параметры. Для этого берут образцы грунта на разной глубине из пробных скважин.
  3. Определить силу, с которой дом давит на фундамент.
  4. Произвести расчет несущей способности буронабивной сваи.
  5. Определить общее количество буронабивных свай и их конфигурацию.

Определение массы здания

1. Массу подсчитывают для каждого элемента конструкции – стен, перегородок, перекрытий и кровли. Сначала рассчитывают объем:

L, D, H – соответственно длина, ширина и высота элементов дома.

2. Вычисляют вес:

где p – плотность материала.

Для подсчета используют нормативные значения удельных масс. Плотность бетона составляет, к примеру, 2494 кг, а удельный вес древесины – 480–520 кг.

3. Рассчитывают вес полезной нагрузки – добавляют массу полов, штукатурки, декоративных отделочных материалов. Эта величина – постоянная, нормативная. Она зависит от общего размера помещений дома на всех этажах. Значение веса полезной нагрузки равно 150 кг/м2.

4. Увеличивают общую массу на коэффициент запаса прочности: конструкция должна противодействовать давлению снега зимой. Величину коэффициента берут из СП «Нагрузки и воздействия». Для средней полосы России значение коэффициента надежности равно:

  • 1,3 – для бетонных монолитных сооружений;
  • 1,2 – для сборных кирпичных и плитных конструкций;
  • 1,1 – для домов из бруса и бревен;
  • 1,05 – для сооружений из стали.
Читать еще:  Монтаж цокольного сайдинга на винтовые сваи

Определение физико-механических параметров грунтов

1. Несущую способность грунта можно определить по таблице 1:

Свая опирается на грунт не только нижним торцом, но и всей боковой поверхностью. Это сопротивление также учитывается при расчете фундамента.

Важно: глубина шурфов должна быть на 0,3–0,5 м большей, чем глубина промерзания. Обобщенные сведения о параметрах промерзания грунтов изложены в СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Для выполнения расчетов пользуются актуализированными данными из СНиП 23-01-99 (действует с 2013 года).

Определение параметров, влияющих на несущую способность свай

Опоры изготавливаются из бетона марки 100 и выше. Для того, чтобы опора выдерживала поперечные нагрузки, ее армируют стальными прутками. Чтобы перераспределить и выровнять между сваями весовую нагрузку, придать конструкции жесткость, вершины опор обвязывают бетонным ростверком. Монолитную ленту армируют стальными прутками.

Расчет основных характеристик буронабивных свай

Перед началом строительства нужно совершить расчет несущей способности и выбрать материал изготовления, который напрямую будет влиять на показатели будущего основания.

Расчет несущей способности

Просто недопустимо выпускать из виду этот показатель в ситуациях, когда планируется сооружать здание на основании из свай. От него напрямую зависит количество используемых материалов и количество столбов, которые будет необходимо использовать при строительстве.

Таблица несущей способности свай

Несущая способность свай, на которые действует вертикальная нагрузка, зависит от уровня сопротивления основания (влияют используемые материалы), а также показатель сопротивляемости грунта. Чтобы провести расчет несущей способности свай, можно воспользоваться формулой:

Несущая способность = 0.7 КФ х (Нс х По х Пс х 0.8 Кус х Нсг х Тсг)

КФ – коэфф. однородности грунта.

Нс – нижнее сопротивление грунта.

По – площадь опирания столба (м2).

Пс – периметр столба (м).

Кус – коэффициент условий работы.

Нсг – нормативное сопротивление грунта боковой поверхности.

Тсг – толщина слоя грунта (м).

Для поиска некоторых значений можно использовать СНиП 2.02.03-85 (там содержится каждая необходимая таблица).

Проводя расчет несущей способности, также нужно учитывать размер столба. Как пример, столб диаметром 30 см выдерживает 1700 кг, а свая толщиной 50 см – уже целых 5000 кг. Это говорит об большом влиянии каждого сантиметра на уровень нагрузки, который будет выдерживать диаметр.

Таблица сопротивления свайных столбов в зависимости от глубины погружения

Расчет несущей способности свай

Несущая способность каждой буронабивной сваи, которая определяет вертикальную нагрузку на нее, зависит от сопротивления материала, из которого она изготовлена, и сопротивления подстилающих грунтов. За основу берется наименьшее значение.

Несущая способность сваи, на которую действует осевая сжимающая нагрузка, определяется по формуле:

где Р – несущая способность сваи; ko – коэффициент однородности подстилающего грунта; Rn – нормативное сопротивление грунта основанию опоры; F -площадь свайного основания, см²; U – периметр основания, м; kp – коэффициент рабочих условий; Fin -нормативное сопротивление грунта боковым граням столба; Li – толщина грунта, который соприкасается с боковой поверхностью столба, м.

Коэффициенты и нормативные сопротивления грунтов можно найти в приложениях СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». Если подстилающий грунт неоднороден и состоит из нескольких слоев на протяжении длины сваи, то нормативное сопротивление грунта боковым граням рассчитывается для каждого слоя по отдельности и суммируется. При подсчете несущей способности в нагрузку необходимо включать вес самих свай и ростверка.

После того как несущая способность каждой сваи определена, рассчитывается их общее количество для фундамента здания. Следует учесть, что максимальным расстоянием между соседними сваями является 2 м, а минимальным – 3 диаметра скважины.

Когда количество и размеры столбов определены, выполняется их заливка. Бетон для заливки готовится непосредственно на месте, что снижает его стоимость.

Возведение фундамента из буронабивных свай сложное, но выполнимое мероприятие, которое вполне можно сделать самостоятельно. Расчет буронабивных свай – ключ к определению прочности фундамента. Главное – тщательно высчитать все параметры этой конструкции. Явным их преимуществом перед другими типами фундамента является то, что каждая свая заливается по отдельности, то есть нет необходимости в больших объемах замешиваемого бетона. Кроме того, заливка ленточного или плитного фундамента должна быть непрерывной, чтобы конструкция была монолитной. Каждую сваю нужно заливать также непрерывно, однако учитывая количество необходимого для этого бетона и времени, такая работа не доставит больших неудобств.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector