Как найти несущую способность сваи

Несущую способность
сваи (расчетное сопротивление сваи)
определяют по материалу сваи и по грунту
висячей сваи.

3.3.1 Определение несущей способности сваи по материалу

Расчетное
сопротивление (несущая способность)
сваи по материалу определяется по
следующей формуле:

,
(3.1)

где

— ко­эффициент
условий работы (
= 0,9 при
размере поперечного сечения свай

< 20 см и

= 1 при

≥ 20 см),
принимаем
=1;

— коэффициент,
учитывающий особенности загружения
(для свай, полностью на­ходящихся в
грунте,
= 1);

— расчетное
сопротивление бе­тона при осевом
сжатии (табл. 19),
=11500
кПа;

— расчетное
сопротив­ление арматуры сжатию
(табл.21),
= 210000 кПа;

— площадь поперечного
сечения сваи,
= 0,04 м²;

—
площадь поперечного сечения арматуры,
= 4,52∙10^-4
м².

Таблица 19

Класс бетона	В20	В25	В30	В35	В40
Расчетное сопротивление бетона (призменная прочность), кПа	11500	14500	17000	19500	22000

Таблица 20

Марка сваи	Длина сваи, м	Сечение сваи, см	Марка бетона	Класс сваи, т	Продольная арматура А-1
С3-20 С3-30	3	20×20 30×30	В20 В20	0,33 0,70	412
С3,5-20 С3,5-30	3,5	20×20 30×30	В20 В20	0,38 0,83	412
С4-20 С4-30	4	20×20 30×30	В20 В20	0,43 0,93	412
С4,5-20 С4,5-25 С4,5-30	4,5	20×20 25×25 30×30	В20 В20 В20	0,48 0,73 0,93	412
С5-20	5	20×20	В20	0,53	412
С5-25 С5-30	5,3	25×25 30×30	В20 В20	0,80 1,15	412
С5,5-20 С5,5-25 С5,5-30	5,3	20×20 25×25 30×30	В20 В20 В20	0,58 0,88 1,28	412
С6-20 С6-25 С6-30	6	20×20 25×25 30×30	В20 В20 В20	0,63 0,95 1,38	412
С7-30	7	30×30	В20	1,60	412
С8-30 С8-35	8	30×30 35×35	В25 В25	1,83 2,50	412
С9-30 С9-35	9	30×30 35×35	В25 В25	2,05 2,80	412
С10-30 С10-35	10	30×30 35×35	В25 В25	2,28 3,10	412
С11-30 С11-35	11	30×30 35×35	В25 В25	2,50 3,43	416
С12-30 С12-35	12	30×30 35×35	В25 В25	2,73 3,73	416
С13-35 С13-40	13	35×35 40×40	В30 В30	4,03 5,25	416
С14-35 С14-40	14	35×35 40×40	В30 В30	4,33 5,65	416
С15-35 С15-40	15	35×35 40×40	В30 В30	4,65 6,05	416
С16-35 С16-40	16	35×35 40×40	В30 В30	4,95 6,45	416

Таблица 21

	Расчетное сопротивление арматуры для предельных состояний первой группы, кПа
Стержневая	растяжению
арматура	продольной и попереч-	поперечной при рас-	сжатию,
класса	ной при расчете на мо­мент	чете на поперечную силу
A-I	210000	170000	210000
A-II	270000	215000	270000
A-III	340000	270000	340000

кН.

Определение несущей способности одиночной сваи

Расчёт производится в соответствии с СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» (с изменениями №1, 2, 3)

Файл задачи

1. Напластование грунтов

2. Характеристики грунта

3. Высотные отметки

Отметка рельефа по скважине 1 = 0 м, отметка головы сваи находится в интервале от +1 до -3 м с шагом 1 м в абсолютных координатах модели грунта. Длину сваи принимаем = 6 м. Свая целиком находится в ИГЭ №4 В инженерно-геологическом разрезе находится только один слой грунта.

4. Геометрические размеры

h (глубина заложения нижнего конца сваи от рельефа) = 5…9 м
U (периметр) = 4*d = 4*0.3 = 1.2 м
А (площадь) = d² = 0.3² = 0.09 м²

5. Коэффициенты при расчётах

Y_c = 1, для забивных свай, по п.7.2.2;
Y_cr = 1 (погружение сплошных свай дизель-молотами), таблица 7.4, п.1;
Y_cf = 1 (погружение сплошных свай дизель-молотами), таблица 7.4, п.1.

6. Определение несущей способности каждой сваи

Определение расчётного сопротивления грунта под нижним концом сваи выполняется по таблице 7.2:

Определение расчётного сопротивления грунта по боковой поверхности сваи выполняется по таблице 7.3:

Свая №1

Расчёт несущей способности сваи

Определение расчётного сопротивления под нижним концом сваи №1 по таблице 7.2:
R =2800 кПа; Площадь поперечного сечения сваи А =0.3х0.3=0.09, м²;
Периметр сваи u =0.3х4=1.2 м;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3:
f₁=11.5 кПа (глубина 0.5), f₂=26.5 кПа (глубина 1.5), f₃=32.5 кПа (глубина 2.5), f₄=36.5 кПа (глубина 3.5), f₅=39 кПа (глубина 4.5).

Свая №2

Расчёт несущей способности сваи

Определение расчётного сопротивления под нижним концом сваи №2 по таблице 7.2:
R=3050 кПа; Площадь поперечного сечения сваи А =0.3х0.3=0.09, м²;
Периметр сваи u =0.3х4=1.2 м;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3:
f₁=11.5 кПа (глубина 0.5), f₂=26.5 кПа (глубина 1.5), f₃=32.5 кПа (глубина 2.5), f₄=36.5 кПа (глубина 3.5), f₅=39 кПа (глубина 4.5), f6=41 кПа (глубина 5.5);

Свая №3

Расчёт несущей способности сваи

Определение расчётного сопротивления под нижним концом сваи №3 по таблице 7.2:
R=3300 кПа; Площадь поперечного сечения сваи А =0.3х0.3=0.09, м²;
Периметр сваи u =0.3х4=1.2 м;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3:
f₁=26.5 кПа (глубина 1.5), f₂=32.5 кПа (глубина 2.5), f₃=36.5 кПа (глубина 3.5), f₄=39 кПа (глубина 4.5), f₅=41 кПа (глубина 5.5), f₆=42.5 кПа (глубина 6.5);

Свая №4

Расчёт несущей способности сваи

Определение расчётного сопротивления под нижним концом сваи №4 по таблице 7.2:
R=3367 кПа; Площадь поперечного сечения сваи А =0.3х0.3=0.09, м²;
Периметр сваи u =0.3х4=1.2 м;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3:
f₁=32.5 кПа (глубина 2.5), f₂=36.5 кПа (глубина 3.5), f₃=39 кПа (глубина 4.5), f₄=41 кПа (глубина 5.5), f₅=42.5 кПа (глубина 6.5), f₆=43.5 кПа (глубина 7.5);

Свая №5

Расчёт несущей способности сваи

Определение расчётного сопротивления под нижним концом сваи №5 по таблице 7.2:
R=3433 кПа; Площадь поперечного сечения сваи А =0.3х0.3=0.09, м²;
Периметр сваи u =0.3х4=1.2 м;

Определение расчётного сопротивления по боковой поверхности сваи №1 по таблице 7.3:
f₁=36.5 кПа (глубина 3.5), f₂=39 кПа (глубина 4.5), f₃=41 кПа (глубина 5.5), f₄=42.5 кПа (глубина 6.5), f₅=43.5 кПа (глубина 7.5), f₆=44.5 кПа (глубина 8.5).

7. Сравнение с результатами расчёта в LIRA SAPR версии 2021 R1.2

Параметр	Результаты ручного расчёта (вычисление глубины погружения от рельефа)	Результаты ЛИРА-САПР	Погрешность (вычисление глубины погружения от рельефа)
Несущая способность Свая №1	44.97 т	44.97 т	0.0 %
Несущая способность Свая №2	52.28 т	52.28 т	0.0 %
Несущая способность Свая №3	56.96 т	56.96 т	0.0 %
Несущая способность Свая №4	59.65 т	59.65 т	0.0 %
Несущая способность Свая №5	61.73 т	61.73 т	0.0 %

Определение несущей способности сваи-стойки

В рамках данной статьи выполним определение несущей способности сваи-стойки.

Рассмотрим три вида свай:

1. Свая прорезает пылевато-глинистые и песчаные грунты и опирается на полускальный грунт, нижняя граница которого не установлена и условно считается что мощность данного слоя не ограничена;
2. Свая, аналогичная свае №1, но мощность полускального грунта ограничена и составляет 7 м (2 м вдоль ствола и 5 м под нижним концом сваи). Под полускальным грунтом залегает пылевато-глинистый грунт;
3. Свая прорезает пылевато-глинистые и песчаные грунты, а также полускальный грунт. Нижний конец сваи опирается в пылевато-глинистый грунт;

Расчёт несущей способности производится в соотв. с СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» с Изм. 1, 2, 3/СП 24.13330.2021.

1. Результаты инженерно-геологических изысканий

Напластование грунтов в геологической выработке показано на иллюстрации:

Расположение скважин 1, 7, 2, соответствует расположению свай 1, 2, 3. Характеристики грунта показаны на иллюстрации.

2. Высотные отметки

Отметка рельефа по скважине 1 = 100 м, отметка головы сваи = 100 м в абсолютных координатах модели грунта. Длину сваи принимаем = 10 м. Свая целиком прорезает ИГЭ №1, 2, 3, 4 и частично проходит ИГЭ №6 с заглублением в слой на 2 м. В скважинах 1, 7 нижний конец сваи упирается в слой ИГЭ №6, в скважине 2, свая целиком прорезает ИГЭ №6 и нижний конец упирается в ИГЭ №5

3. Геометрические размеры

h (глубина заложения нижнего конца сваи от рельефа) 10 м U (периметр) = 3.14159265*d = 3.14159265*0.6 = 1.88495559 м А (площадь) = (3.14159265*d2)/4 = (3.14159265*0.62)/4 = 0.28274334 м2;

Число участков разбиения сваи принимается таким образом, чтобы длина участка между соседними конечными элементами КЭ57 составляла не более 0.25 м, в соответствии с требованиями п.В.6 СП 24.13330.2011 (Б.6 СП 24.13330.2021).

4. Коэффициенты при расчётах

Для определения коэффициентов, принимаемых при расчёте несущей способности свай, зададим следующие параметры определения теоретической несущей способности:

Вид погружения свай 1, 2, 3: «Висячие набивные, буровые и сваи-оболочки, погружаемые и заполняемые бетоном (сваи трения);

Способ устройства сваи для определения расчётного сопротивления под нижним концом:

Свая 1 – сваи по п.6.4а* или набивные виброштампованные, устраиваемые в пробитых скважинах путём заполнения скважин жёсткой бетонной смесью;

Свая 2 – набивная и буровая свая с уширением и без уширения, свая-оболочка, погружаемая с полным удалением грунтового ядра;

Свая 3 – свая- оболочка, погружаемая с сохранением грунтового ядра на высоту 0.5 м;

Следует помнить, что в случае выбора способа погружения «набивная и буровая свая с уширением и без уширения, погружаемая с полным удалением грунтового ядра, расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи будет определяться по формуле (7.12) СП 24.13330.2011 (формула (7.14) СП 24.13330.2021), о чём программа оповещает в соответствующей всплывающей подсказке:

5. Определение несущей способности сваи-стойки

Требования норм по расчёту несущей способности свай-стоек

Определение несущей способности сваи выполняется по формуле (7.5а) СП 24.13330.2011 (формула (7.5) СП 24.13330.2021):

Fd=Fdb;

Несущую способность основания под нижним концом сваи Fdb следует определять, используя расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи по формуле (7.5) СП 24.13330.2011 (формула (7.6) СП 24.13330.2021):

Fdb=Yc*R*A;

где Yc = 1;

R — расчётное сопротивление под нижним концом сваи-стойки, кПа;

А — площадь опирания на грунт сваи, м2, принимаемая для свай сплошного сечения и полых свай с закрытым нижним концом равной площади поперечного сечения брутто, для свай полых круглого сечения с открытым нижним концом и свай-оболочек — равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров.

Для набивных, буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном, опирающихся на невыветрелые скальные грунты (без слабых прослоек) при ld<0.5 м, R следует определять по формуле (7.6) СП 24.13330.2011 (формула (7.7) СП 24.13330.2021):

R=Rm=Rc,m,n/Yg;

где Rm — расчетное сопротивление массива скального грунта под нижним концом сваи-стойки, определяемое по Rc,m,n — нормативному значению предела прочности на одноосное сжатие массива скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяемому, как правило, в полевых условиях;

Yg=1.4 — коэффициент надежности по грунту

В любом случае значение следует принимать не более 20000 кПа и не менее величины расчетного сопротивления под нижним концом сваи для крупнообломочных грунтов с песчаным заполнителем и с углом внутреннего трения Фi=32° согласно 7.2.7 СП 24.13330.2011 (п.7.2.11 СП 24.13330.2021):.

Определение расчётного сопротивления скального грунта по п.7.2.1 СП 24.13330.2011/24.13330.2021

Расчётное сопротивление скального грунта определяется по формуле (7.7) СП 24.13330.2011 (формула (7.8) СП 24.13330.2021):

R=Rm*(1+0.4*ld/df);

Для расчёта R, следует определить величину Rm.

Определение расчётного сопротивления скального грунта по п.7.2.1 СП 24.13330.2011/24.13330.2021

Rm=Rc=20 тс/м2 – из исходных данных в системе ГРУНТ;

Определение расчётного сопротивления скального грунта по п.7.2.7 СП 24.13330.2011 (п.7.2.11 СП 24.13330.2021)

Посчитаем удельный вес грунта по слоям:

Y(1)=17.652 кН/м3= – удельный вес ИГЭ1;

Y(2)=17.1616 кН/м3= – удельный вес ИГЭ2;

Ysb(2)=(Ys-1)/(1+e)=(21.143091-10)/(1+0.54)=7.23577338 кН/м3 – удельный вес ИГЭ2 с учётом взвешивающего действия воды

Ys(2)=Y*(1+e)/(1+W)=17.1616*(1+0.54)/(1+0.25)=21.143091 кН/м3 – удельный вес частиц грунта ИГЭ2;

Y(3)=17.8481 кН/м3= – удельный вес ИГЭ3;

Ysb(3)=(Ys-1)/(1+e)=(24.364073-10)/(1+0.72)=8.35120523 кН/м3 – удельный вес ИГЭ3 с учётом взвешивающего действия воды

Ys(3)=Y*(1+e)/(1+W)=17.8481*(1+0.72)/(1+0.26)=24.364073 кН/м3 – удельный вес частиц грунта ИГЭ3;

Y(4)=18.3384 кН/м3 – удельный вес ИГЭ4;

Y(6)=18.8288 кН/м3 – удельный вес ИГЭ6;

Расчётное сопротивление грунта по формуле (7.13) СП 24.13330.2011 (формула (7.15) СП 24.13330.2021), для сваи 1:

R = α4*(α1*Y’1*d + α2*α3*Y1*h)=

=0.255*(41.6*19.61*0.6+75.8*0.68164*14.2857*10)=2007.01464 кПа = 204.669 тс/м2

Расчётное сопротивление грунта по формуле (7.12) СП 24.13330.2011 (формула (7.14) СП 24.13330.2021), для сваи 2:

R = 0.75*α4*(α1*Y’1*d + α2*α3*Y1*h)=

=0.75*0.255*(41.6*19.61*0.6+75.8*0.68164*14.2857*10)=1505.3 кПа = 153.502 тс/м2

Осреднённое значение удельного веса грунта выше нижнего конца сваи

Y1=(Y(1)*2+Ysb(2)*2+Ysb(3)*3+Y(4)*2+Y(5)*2)/10=(17.652*2+7.23577338*2+8.35120523*2+18.3384*2+18.8288*2)/10=14.08123572 кН/м3;

Коэффициенты alfa_1, alfa_2, alfa_4:

		α1	α2	α4
jn	31	34.6	64	0.26
ji	32	41.60000	75.80000	0.25500
jn+1	33	48.6	87.6	0.25

Коэффициент alfa_3:

		(h/d)n	(h/d)i	(h/d)i+1
		31	32	33
jn	15	0.68	0.69500	0.71
ji	16.67	0.66664	0.68164	0.69664
jn+1	17.5	0.66		0.69

h/d=10/0.6=16.67

Коэффициенты определены по таблице 7.7 СП 24.13330.2011/24.13330.2021, при значении угла внутреннего трения 32 градуса:

Расчетное сопротивление скального грунта под нижним концом

Расчетное сопротивление скального грунта R для набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек) не менее чем на 0.5 м, определяется по формуле (7.7) СП 24.13330.2011 (формула (7.8) СП 24.13330.2021):

Для сваи 1

R=Rm*(1+0.4*ld/df)= 204.669*(1+0.4*2/0.6)=477.56 тс/м2;

где R=204.669 тс/м2 – принято наибольшее значение из определяемого по формуле (7.13) СП 24.13330.2011 (формула (7.15) СП 24.13330.2021) и из исходных данных в системе ГРУНТ;

Для сваи 2

R=Rm*(1+0.4*ld/df)= 153.502*(1+0.4*2/0.6)=358.17 тс/м2;

где R=154.431 тс/м2 – принято наибольшее значение из определяемого по формуле (7.12) СП 24.13330.2011 (формула (7.14) СП 24.13330.2021) и из исходных данных в системе ГРУНТ;

Определение несущей способности свай по формуле (7.5) СП 24.13330.2011 (формула (7.6) СП 24.13330.2021) Подставим значения R, A, Yc в формулу (7.5) СП 24.13330.2011 (формула (7.6) СП 24.13330.2021) и определим несущую способность для сваи 1 Fdb=Yc*R*A=1*477.56*0.28274334=135.02690945 тс. Для сваи 2 Fdb=Yc*R*A=1*358.17*0.28274334=101.27018209 тс.

Определение несущей способности свай по формуле (7.5) СП 24.13330.2011 (формула (7.6) СП 24.13330.2021)

Подставим значения R, A, Yc в формулу (7.5) СП 24.13330.2011 (формула (7.6) СП 24.13330.2021) и определим несущую способность для сваи 1

Fdb=Yc*R*A=1*477.56*0.28274334=135.02690945 тс.

Для сваи 2

Fdb=Yc*R*A=1*358.17*0.28274334=101.27018209 тс.

Определение расчётного сопротивления сваи прорезающей слой скального грунта насквозь

Для сваи №3 определение несущей способности выполним по приложению Б СП 24.13330.2011 (приложение Д СП 24.13330.2021).

Несущая способность Fd набивной, буровой сваи и сваи-оболочки, заполняемой бетоном, прорезающей толщу невыветрелых скальных грунтов, определяется с учетом расчетного сопротивления грунтов основания на ее боковой поверхности (рисунки Б.1, Б.2 СП 24.13330.2011, рисунки Д.1, Д.2 СП 24.13330.2021),

Fds – несущая способность сваи с учетом только сопротивления скальных грунтов на ее боковой поверхности определяется по формуле:

Fds = u * ΣRsi *Hi;

где u – наружный периметр поперечного сечения ствола сваи;

Rsi – расчетное сопротивление i-го слоя скального грунта на боковой поверхности сваи;

Hi – толщина i-го слоя скального грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи;

Rsi = 0.63*(Pa*Rci)^0.5;

где Pa = 100 кПа = 10.1972 тс/м2;

Rci – расчетное значение предела прочности на одноосное сжатие i-го слоя скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа.

Rsi=0.63*(10.1972*20)^0.5=8.99696 тс/м2;

Fds = u * ΣRsi *Hi=1.88496*8.99696*1.8=30.52604 тс;

Сравнение с результатами расчёта в ЛИРА-САПР

Несущая способность свай, опирающихся на ИГЭ6 составляет:

Свая №1 Fd=135.02690945 тс;

Свая №2 Fd=101.27018209 тс;

Несущая способность сваи №3, прорезающей ИГЭ6, составляет Fd=30.52604;

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.

Виды

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».

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:

где:

• 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:

Формула для расчета сваи-стойки:

Fd=gcRA, где:

• 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.

Как определить несущую способность свай?

От того, насколько большой вес может выдержать свая, с учетом деформации почвы во время эксплуатации, зависит срок службы здания, его безопасность и ремонтопригодность в будущем. Перед тем, как устанавливать сваи, определяют их несущую способность — максимальную нагрузку, которую способна выдержать конструкция.

Оценивают несущую способность несколькими методами: с помощью расчетов, испытаний со статическими и динамическими нагрузками. Динамическое испытание считается наиболее точным методом, так как во время проверки создаются условия, приближенные к реальным.

Особенности динамических испытаний

Во время такой проверки используют специальный молот, которым наносят удары по свае. После каждого удара фиксируют степень осадки конструкции, «поведение» грунта под ней. Инженеры оценивают, как реагируют и сама свая во время ударной нагрузки. Определяется состояние всех слоев грунта.

Главный показатель, который интересует исследователей, — это «отказ», глубина погружения сваи после удара. Любопытно, что на песчаных грунтах отказ почти равен нулю: под сваей формируется плотный комок грунта, из-за которого конструкция не погружается или почти не погружается глубже.

Как проводят расчет несущей способности свай?

Чтобы оценить несущую способность, недостаточно простых испытаний. Нужно провести и расчеты, которые помогут выявить предельно допустимые показатели как для самого грунта, так и для свайных конструкций.

В случае с буронабивными сваями используют два вида расчетов — по материалу и грунту.

Формула расчета по материалу:

P=Yc Ф (RnpA+RacAc)

Под P понимают несущую способность, под ф — продольный изгиб, под Yc — условия работы.

Важно учитывать и то, как будет вести себя свая во время хранения, перевозки, установки. Это зависит от оборудования, которое применяют во время забивки. Его также рассчитывают по определенной формуле.

По грунту несущая способность свай рассчитывается так: P = Yc/Yq R A. Под Yc и Yq понимают коэффициенты условий работы и надежности, под А — площадь, под R — сопротивление почвы под острием. Данный показатель влияет на будущую прочность здания, так как грунт воспринимает ту же нагрузку, что и сама свая.

Приведенная выше формула используется для свай-стоек. Несущая способность свай трения рассчитывается по другой формуле — Ф=N0+N6. Это сумма сопротивления сваи под острием и по сторонам.

Как определить несущую способность точно?

В строительных организациях используют сразу несколько методов. Простые расчеты не позволят точно оценить будущую максимальную нагрузку, которую смогут выдержать сваи и грунт. Дело в том, что во время расчетов используют усредненные показатели, которые могут отличаться от реальных в меньшую сторону. Чтобы предотвратить разрушение будущего здания или конструкции, инженеры сочетают расчеты с реальными испытаниями, прежде всего, динамическими.

Альтернативой динамическим испытаниям может стать зондирование, при котором сочетают статические нагрузки и динамическими. Получив реальные данные, инженеры могут рассчитать несущую способность максимально точно. А следовательно, обеспечить долговечность, безопасность и прочность будущему строению или конструкции.

18 августа 2017