Как найти площадь сечения сваи

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 Глинистая почва по длине сваи Песчаный грунт Крупнообломочные породы

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:

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.

Расчет сваи

На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:

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.

Расположение арматуры

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.

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.

площадь стен = 30 м*3м = 90 м2;

масса стен = (90 м2* 684)*1,2 = 73872 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.

Расчет фундамента под дом: пример. Расчет свайного фундамента

Возведение любого здания или сооружения невозможно без устройства фундамента: эта конструкция воспринимает нагрузку от всех элементов строения и передает ее в грунт. Именно поэтому основание тщательным образом рассчитывают: определяют необходимый вид, материал, армирование, глубину заложения, частоту шага и т. д. В этой статье мы разберем алгоритмы расчета основных параметров на конкретных примерах.

С чего начать

Прежде чем начать непосредственный расчет фундамента, необходимо определить вид грунтов, на которых будет возводиться дом. Поскольку они обладают разной степенью плотности и жесткости, для разных их видов подходят разные типы фундамента. Например, на скалистой местности невозможно устроить свайное основание, а на участках с торфяниками допустимо создавать только плитный или мелкозаглубленный фундамент, поскольку здание с ленточным может просто уплыть по сильнопучинистой земле.

Как не ошибиться

Если не вдаваться в научные подробности, то грунты можно разделить на группы и подобрать к ним наиболее подходящие фундаменты следующим образом:

• Скалистый (каменистый) грунт представляет собой твердое надежное основание. Он может заменить отдельный фундамент. Конечно, если порода не рассыпается, а обладает достаточной целостностью и твердостью. Камень не подвергается промерзанию и сезонным деформациям, намоканию и расширению. Возведение дома можно производить непосредственно на природную основу, предварительно выровненную и обработанную.
• Пески, конечно, промерзают, но существенно не деформируются при этом. Хорошо пропускают воду, не задерживая ее. Эти основные параметры делают песчаные грунты пригодными для строительства, на них хорошо устраивать ленточные мелкозаглубленные фундаменты на глубину от 50 до 100 см, но ниже уровня промерзания в регионе.
• Хрящеватый грунт – смесь песка, глины, гравия, земли. Он является надежным основанием для домов любой этажности и массивности, нецелесообразно устраивать фундаменты свайные и столбчатые – мелкозаглубленного ленточного будет вполне достаточно.
• Глинистые породы могут иметь разные характеристики, но в чистом виде они непригодны для строительства: высокая подвижность, пучинистость, неспособность пропускать воду делают монтаж фундамента весьма хлопотным делом. В этом случае можно использовать только сваи.
• На суглинках и супесях при равномерном распределении породы можно строить дом на ленточном фундаменте.
• Торфяники подходят только для легких построек с плитным основанием.

Глубина промерзания

После определения типа грунтов и выбора вида фундамента необходимо выяснить, насколько грунты подвержены сезонному замерзанию. Расчет фундамента в большинстве случаев учитывает эту величину, от показателя зависит степень заглубления тела основания, устройства подвала, определяется размер элементов для строительства опоры. Основание подошвы ленточной конструкции или нижний конец сваи должны быть устроены ниже отметки промерзания минимум на 0,5 м. В этом случае они будут способны удерживать массивы домов без сдвигов и деформаций, которые могут возникнуть при сезонных изменениях в теле грунтов.

Чтобы определить значение для конкретного региона, стоит посмотреть на карту с соответствующей информацией.

Основной алгоритм

Расчет фундамента под дом производится в несколько этапов:

1. Определение несущей способности элементов и степень их заглубления.
2. Расчет необходимого количества свай/блоков (в зависимости от типа фундамента).
3. Подходящая арматура для фундамента, расчет каркаса.
4. Количество бетона, его вид.

Для каждого типа основания существуют свои дополнения и особенности.

Расчет свайного фундамента сводится к определению необходимых размеров составляющих элементов, величины их заглубления, шага между ними, планирования разбивки на чертежах. При крупном строительстве инженеры используют сложные вычислительные формулы для определения всех параметров. Мы рассмотрим упрощенный пример расчета фундамента с применением свай разного типа, используемых при частном строительстве.

Свайно-винтовой

Данный вид весьма распространен при строительстве коттеджей. Элементы для такого основания представляют собой металлические цилиндры с винтовым наконечником, который способствует удобному вводу в грунт. Диаметр таких свай под частные постройки составляет:

• 57 мм под легкие заборы;
• 76 мм под кладовые, сараи, заборы средней тяжести;
• 89 мм подходят для устройства фундаментов под одноэтажные дома облегченной конструкции (деревянные, каркасно-щитовые);
• 108 мм применяют для возведения оснований под одно- и двухэтажные дома из бруса, пено- и газобетона.

Используя эти данные, можно подобрать нужный диаметр, не прибегая к сложным вычислениям.

Расчет свайного фундамента продолжает определение длины рабочих элементов. В данном случае необходимо учитывать плотность грунтов и рельеф местности:

• Если нет данных геологических исследований, выкопайте 0,5-1 метр земли и посмотрите на поведение грунта: если удалось достичь плотных песков или глины, выбирайте сваи длиной 2,5 м. Если на данной глубине находятся грунтовые воды, торфяник или плывун, с помощью садового бура попробуйте добраться до плотных слоев, а затем по данной глубине определите нужный размер столбов.
• При колебаниях высот на участке следует определить размер их перепадов. Выбранная при исследовании грунта длина сваи будет располагаться на самых высоких точках. Длину элементов для более низких участков рассчитывайте по принципу «длина верхней сваи + величина перепада высоты + 0,5 м». Как правило, при монтаже разноуровневых оснований высота столбов может не сойтись с расчетной. Тогда лучше срезать лишнее, чем переустанавливать уже заглубленный элемент.

Определяем количество

Выполняя расчет свайного фундамента, посредством сложных вычислений определяют их количество, необходимое для надежной работы будущего основания. Чтобы не прибегать к таким формулам, специалисты вывели общие правила распределения опорных точек под периметром дома:

• Под деревянные и каркасно-щитовые строения используют шаг ≤ 3 м.
• Для домов из легких бетонов расстояние между сваями не должно превышать 2 м.

Количество определяем следующим образом:

1. Нарисуйте план фундамента.
2. Обозначьте опоры в углах и на пересечениях стен.
3. Далее распределите сваи согласно приведенным упрощенным параметрам с соответствующим шагом (в зависимости от материала и веса дома).
4. Под тяжелые печи и камины предусматривайте 2 сваи, учитывайте наличие веранды или пристроек.
5. Посчитайте количество металлических столбов по схеме.

В частном домостроительстве применяют преимущественно металлические винтовые сваи. Бетонные устраивают под высотные и массивные крупные здания, потому их расчет мы рассматривать не будем. Существуют также буронабивные сваи. Для них организуют скважины, в которые устанавливают каркас и заливают бетон. Такие иногда путают со столбчатым фундаментом, но это заблуждение.

Основной расчет винтового фундамента на этом закончен. Для небольших построек не требуются сложные вычисления технических показателей, достаточно ограничиться существующими нормами.

Нижняя обвязка стен дома должна на что-то опираться. В качестве основы может выступать как монолитный, так и сборный ленточный ростверк. Его ширина должна быть не менее 40 см, чаще принимают толщину по основному материалу стен (кирпич или блоки, деревянный брус). Высота ростверка – не менее 30 см для небольших домов.

Чтобы устроить ленту по сваям, необходимо определить количество арматуры, бетона. Предположим, что планируется строительство двухэтажного коттеджа из газоблоков, размеры по периметру – 6 х 8 метров, высота ростверка – 30 см, ширина – 40 см, для опоры выбраны винтовые или буронабивные сваи. С чего начать расчет фундамента под дом с такими параметрами?

Расчет каркаса

Должна быть выбрана арматура для фундамента. Расчет ее диаметра производим с помощью СНиП 52-01-2003 «Бетонные и железобетонные конструкции» и вспомогательных таблиц. Сечение продольной арматуры должно составлять не менее 0,1% от сечения конструкции. В нашем случае разрез ростверка: 40 х 30 = 1200 см 2 . Исходя из этого определяем сечение арматуры: 1200 х 0,001 = 1,2 см 2 . Смотрим в таблицу на расчетную площадь сечения.

Ищем ближайшее к полученному значение. Как видно, их может быть несколько, потому используем такое правило: при стороне более 3 м (как у нас) сечение арматурного прута должно быть не менее 12 мм 2 . Соответственно, меньший размер нам не подходит. Кроме того, для каркаса нам нужны минимум 2 ряда как горизонтальных, так и вертикальных. Всего 4. Теперь считаем количество метров, которое необходимо приготовить: 6 х 8 х 4 = 192 м арматуры диаметра 12 мм 2 .

Для поперечной обвязки используют гладкую проволоку диаметром 6-10 мм.

Что нужно учесть

Если имеет место другой вид основания – ленточный мелкозаглубленный фундамент, плита – расчет арматуры будет происходить по тому же алгоритму. Некоторые источники предлагают выбрать диаметр по средним значениям, но это не всегда верно, лучше определить его самостоятельно.

Расчет фундамента должен учитывать шаг меду прутьями каркаса: он не должен превышать 30 см. Для точного его определения существуют формулы, но можно ими пренебречь, просто взяв кратное габаритам сечения конструкции значение. Для ростверка высотой 30 см очевидно, что оптимально устройство 2 рядов. Если высота конструкции 60 см (600 мм), понадобится 2-3 обвязки (шаг 20 или 30 см соответственно), при этом сверяйтесь с таблицей по величине диаметра и количеству арматуры. Для горизонтальной плоскости принцип аналогичен.

Также при вязке каркаса учитывайте габариты бетонной формы: необходимо предусмотреть защитный слой, который не даст арматуре заржаветь. Обычно его принимают в размере 3 диаметров прутков.

Определяем количество бетона

После того как определили основные параметры каркаса для ростверка, его вяжут и монтирую в опалубку, приготовленную по уже известным параметрам размера дома. Теперь нужно произвести расчет бетона на фундамент, а точнее, на надземную его часть:

В – ширина конструкции, м;

L – длина ленты фундамента, м;

Для нашего фундамента считаем:

V = 0,4 х (6 х 2 + 8 х 2) х 0,3 = 3,36 м 3 бетона.

Если приняты буронабивные сваи, для них также требуется расчет количества бетонной смеси. Для этого пользуются той же простой формулой.

Дополнительно отметим, что следует использовать бетон марки М150 и выше.

Нужны ли расчеты

Многие строители-самоучки пренебрегают математическими определениями необходимых параметров конструкций и их составляющих, пользуясь общепринятыми нормами. Для возведения коттеджей это допустимо, поскольку небольшие дома не отличаются большим весом и сложностью возведения. Конечно, на крупном производстве расчет фундамента и остальных частей производится обязательно, причем самым тщательным образом.

В приведенном примере видно: даже при строительстве небольшого дома существуют определенные нюансы, которые не соответствуют общим значениям. К тому же многие желают максимально сэкономить на возведении своего дома и выбирают количество и качество материалов по минимуму, что может сказаться на общей безопасности и несущей способности конструкций.

Приведенный расчет монолитного фундамента на сваях включает в себя как общие значения и классификации, так и конкретные. По данным алгоритмам можно произвести необходимые вычисления для данного типа основания, при этом вы получите достоверные данные, которые позволят устроить надежную и долговечную опору дома.

Расчет свайных фундаментов

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:

— по прочности материала сван и свайных ростверков;

— по несущей способности грунта основания свай;

— но несущей способности оснований свайных фундаментов, если на них передаются значительные горизонтальные нагрузки (подпорные стены, фундаменты распорных конструкций и др.) или если основания ограничены откосами или сложены крутопадающими слоями фунта и т.п.;

— по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных на-грузок;

— по перемещениям свай (горизонтальным u_p , углам поворота головы свай ψ_p) совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов.

— по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо выполнять на основные и особые сочетания нагрузок, по деформациям — на основные сочетания.

Все расчеты свай, свайных фундаментов и их оснований следует выполнять с использованием расчетных значений характеристик материалов и фунтов.

При наличии результатов полевых исследований несущую способность грунта основания свай следует определять с учетом данных статического зондирования грунтов, испытаний грунтов эталонными сваями или по данным динамических испытаний свай. В случае проведения испытаний свай статической нагрузкой несущую способность грунта основания сваи следует принимать по результатам этих испытаний

Расчет свай по прочности материала

При расчете свай всех видов по прочности материала сваю следует рассматривать как стержень, жестко защемленный в фунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l₁ определяемом по формуле:

где l— длина участка сваи от подошвы высокого ростверка до уровня планировки грунта, м;

Если для буровых свай и свай — оболочек, заглубленных сквозь толщу нескального грунта и заделанных в скальный грунт, отношение 2/a_g , то следует принимать

(где h — глубина погружения сваи или сваи — оболочки, отсчитываемая от ее нижнего конца до уровня планировки грунта при высоком ростверке, подошва которого расположена над грунтом, и до подошвы ростверка при низком ростверке, подошва которого опирается или заглублена в нескальные грунты, за исключением сильносжимаемых, м).

При расчете по прочности материала буро-инъекционных свай, прорезающих сильносжимаемые грунты с модулем деформации Е = 5 МПа и менее, расчетную длину свай на продольный изгиб l_d , в зависимости от диаметра свай d следует принимать равной:

В случае если l_d превышает толщину слоя сильносжимаемого грунта расчетную длину следует принимать равной 2h_g.

Расчеты конструкций свай всех видов следует производить на воздействие нагрузок, передаваемых на них от здания или сооружения, а забивных свай, кроме того, на усилия, возникающие в них от собственного веса при изготовлении, складировании, транспортировании свай, а также при подъеме их на копер за одну точку, удаленную от головы свай на 0,3l (где l -длина сваи).

Усилие в свае (как балке) от воздействия собственного веса следует определять с учетом коэффициента динамичности, равного:

1,5 — при расчете по прочности;

1,25 — при расчете по образованию и раскрытию трещин.

В этих случаях коэффициент надежности по нагрузке к собственному весу сваи принимается равным единице.

Расчетная нагрузка, допускаемая на железобетонную сваю по материалу, определяется по формуле:

где ϒ_b3 — коэффициент условий работы бетона, принимаемый ϒ_b3= 0,85 для свай, изготавливаемых на месте строительства;

ϒ_cb — коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ;

R_b — расчетное сопротивление бетона сжатию;

R_gc — расчетное сопротивление арматуры сжатию;

Определение несущей способности сваи по материалу

Определить несущую способность буронабивной сваи диаметром d = 0,2 м по материалу. Свая выполняется в глинистом грунте без крепления стенок и отсутствии грунтовых вод. Материал сваи: бетон В20. Свая армирована 4 стержнями d12 A400.

Площадь сечения сваи нетто:

Площадь сечения 4d12 A400: A_g = 452 мм 2 = 452 * 10 -6 м 2 .

Расчетное сопротивление бетона сжатию: R_b = 11,5 МПа.

Расчетное сопротивление арматуры А400 сжатию:

Коэффициент условии работы бетона: ϒ_b3 = 0,85.

Коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ: ϒ_cb = 1,0.

Расчетная нагрузка, допускаемая на .железобетонную сваю но материалу:

N = 0,85* 1,0 * 11,5 * 0,0314 + 355 * 452 * 10 -6 = 0,467 МПа = 467 кН.

Расчет свай по несущей способности грунта

Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия:

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);

F_d — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи.

γ_k — коэффициент надежности по грунту.

При расчете свай всех видов как на вдавливающие, так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки N, следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности ио нагрузке, увеличивающим расчетное усилие.

Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20 % (кроме фундаментов опор линий электропередачи).

Если сваи фундамента опоры моста в направлении действия внешних нагрузок образуют один или несколько рядов, то при учете (совместном или раздельном) нагрузок от торможения, давления ветра, льда и навала судов, воспринимаемых наиболее нагруженной сваей, расчетную нагрузку допускается повышать на 10 % при четырех сваях в ряду и на 20 % при восьми сваях и более При промежуточном числе свай процент повышения расчетной нагрузки определяется интерполяцией.

Расчетную нагрузку на сваю N, кН. следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.

Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле:

M_{x ,} M_y расчетные изгибающие моменты, кНм, относительно главных центральных осей x и y плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n — число свай в фундаменте.

х , у — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

Рис. 1. Схема для определении нагрузки на сваю

Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент с вертикальными сваями одинакового поперечного сечения, допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.

Сваи и свайные фундаменты следует рассчитывать по прочности материала и производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения, если основание сложено пучинистыми грунтами.

РАсчет свайных фундаментов

При проектировании свайных фундаментов необходимо:

выбрать глубину заложения подошвы ростверка;

выбрать вид и тип свай;

выбрать размеры свай;

найти несущую способность сваи;

определить необходимое число свай в фундаменте;

разместить сваи в плане и сконструировать ростверк;

произвести проверку нагрузки, приходящуюся на каждую сваю;

определить осадку свайного фундамента.

Расчёт свайного фундамента по I-му предельному состоянию.

Свайный фундамент. Наружная стена.

По конструктивным особенностям здания глубина заложения ростверка d_pот планировочной отметкиDL= 124,1 определяется по вычислению:

2,2 – расстояние от отметки пола 1-го этажа до пола подвала;

0,2 – толщина пола подвала;

0,5 – h_p– высота ростверка;

0,6 – высота цоколя (от 0,000 до DL);

Принимаем железобетонную забивную сваю сечением 0,30,3 м, стандартной длины L = 8,0 м, С80.30 (ГОСТ 19804.1-79), длина острия 0,25 м. Заделку свай в ростверк принимаем жёсткой и равной 0,1м. Нижний конец сваи забивается в песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой на глубину 1,2 м до отметки 113,80.

Определяем несущую способность сваи по формуле:

, где

_с– коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый_с=1;

R– расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа,

принимаемый по таблице 1 (СНиП 2.02.02-85) R= 400;

А – площадь опирания на грунт сваи, м 2 , принимаемая по площади

поперечного сечения сваи брутто, A=0,09 м 2 ;

U– наружный периметр поперечного сечения сваиU= 1,2 м;

f_i – расчётное сопротивлениеi-го слоя грунта основания на боковой

поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 2 (СНиП 2.02.02-85);

h_i– толщинаi-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью

_СR,_Сf– коэффициенты условий работы грунта соответственно под

нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие

влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления

грунта и принимаемые по таблице 3 (СНиП 2.02.02-85).

Сопротивление грунта по боковой поверхности

для супеси пластичной с I_L = 0,643 на средней глубине слоя

для суглинка текучепластичного с I_L=0,99 на средней глубине слоя

для песка пылеватого средней плотности на средней глубине слоя

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи

на глубине 9,8 мR=1495 кПа

кН

Тогда расчётная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составит:

кН

_к=1,4 – коэффициент безопасности по грунту (зависит от вида

сооружения и погружения сваи).

Определение необходимого числа свай в свайном фундаменте для наружной стены:

Определяем количество свай на 1 пог. метр фундамента по формуле:

,

где N_I– расчётная нагрузка на фундамент поIпредельному состояния;

d– диаметр (сторона) сваи ;

d_р– высота ростверка и фундамента, не вошедшая в расчёт при

_ –удельный вес бетона, принимается равным 20 кН/м 3 .

(св./пог. м)

Определяем расчётное расстояние между осями свай на 1 пог. м стены:

м

Принимаем двухрядное расположение свай в ростверке расстоянием между центрами свай а_р=0.51 м;

Расстояние между рядами

м

Ширина ростверка определяется по формуле

м

с=0.3d+5= 17 см – расстояние от края ростверка до боковой грани свай

m– число рядов (m=2)

Принимаем ростверк 1830500 мм.

Определяем фактическую нагрузку, приходящуюся на одну сваю, по формуле

,

где Q=Q_P+Q_нк,Q_P– вес ростверка,Q_нк – вес надростверковой конструкции (2 ФБС 24.4.6, 2 ФБС 12.4.6)

Вес грунта на внешнем обрезе ростверка:

От пола подвала

Общий G=19.55+2.71= 22.26 кН

кН

Проверяем условия первого предельного состояния

N_СВ=259,16 кН <P_CB=280,43 кН- условие выполняется

Для ленточного фундамента А_УСЛ= В_УСЛ1 пог. м

Определим ширину условного фундамента по формуле

м

Тогда площадь условного фундамента на 1 пог. м:

Объём условного свайного фундамента:

V=2.6649.7=25.84 м 3

Объём части стены подвала, расположенной ниже верха условного фундамента (ниже DL):

Объём части пола подвала (справа от стены подвала):

Объём части подвала, примыкающего к стене и ограниченного справа стороной условного фундамента:

в) Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного фундамента и от сооружения:

Объём ростверка и всей надростверковой конструкции , то есть всей стены подвала, включая ее часть, расположенную выше отметки DL:

Сваи (1,9 сваи рабочей длины l_св =7,4 м):

Грунта в объеме условного фундамента:

γ_{11 ср.усл}=кН/ м 3 ;

г) Среднее давление Р под подошвой условного фундамента:

Р=кН

Вычисление расчетного сопротивления Rдля песка мелкого, залегающего под подошвой условного фундамента.

кПа

Условие P<R(335.46 кПа < 1344.70 кПа) выполняется. Расчет осадки методами, основанными на теории линейного деформирования грунта, можно проводить.

Свайный фундамент под колонны на оси Б.

Принимаем железобетонную забивную сваю сечением 0,40,4 м, стандартной длины L = 6,9 м, С69.40 (ГОСТ 19804.1-79), длина острия 0,25 м. Заделку свай в ростверк принимаем жёсткой и равной 0,1м. Нижний конец сваи забивается в пылеватый песок на глубину 1,6 м.

Определяем несущую способность сваи по формуле:

, где

_С– коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый_С=1;

R– расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа,

принимаемый по таблице 1 (СНиП 2.02.02-85);

А – площадь опирания на грунт сваи, м 2 ,принимаемая по площади

поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного

сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, или

по площади сваи-оболочки нетто;

U– наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

f_i – расчётное сопротивлениеi-го слоя грунта основания на боковой

поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 2 (СНиП 2.02.02-85);

h_i– толщинаi-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью

_СR,_Сf– коэффициенты условий работы грунта соответственно под

нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие

влияние способа погружения сваи на расчётные сопротивления

грунта и принимаемые по таблице 3 (СНиП 2.02.02-85).

Сопротивление грунта по боковой поверхности

для супеси пластичной с I_L = 0,643 на средней глубине слоя

для суглинка текучепластичного с I_L=0,99 на средней глубине слоя

для песка пылеватого средней плотности на средней глубине слоя

Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи

на глубине 9,8 мR=1495 кПа

кН

Тогда расчётная нагрузка, допускаемая на сваю по грунту, составит:

кН

_к=1,4 – коэффициент безопасности по грунту (зависит от вида

сооружения и погружения сваи).

Определяем количество свай на 1 пог. метр фундамента по формуле:

,

где N_I– расчётная нагрузка на фундамент поIпредельному состоянию;

d– диаметр (сторона) сваи ;

d_р– высота ростверка и фундамента, не вошедшая в расчёт при

_–удельный вес бетона, принимается равным 24 кН/м 3 .

для одной колонны

Принимаем свайный куст из 9ти свай.

Принимаем минимальное расстояние между сваями 3d = 1.2м

Расстояние от края сваи до края ростверка 0,1м.

Определяем фактическую нагрузку, приходящуюся на одну сваю, по формуле

,

где Q=Q_P+Q_нк,Q_P– вес ростверка,Q_нк –вес надростверковой конструкцииQ_P=(3 2 ∙0,5+1,2 2 ∙0,9+0,4 2 ∙1,9) ∙24+(3 2 ∙0,4 2 ) ∙22=330.32кН

кН

Проверяем условия первого предельного состояния

N_СВ=238 кН <P_CB=272 кН- условие выполняется

Проверяем давление на грунт под подошвой условного свайного фундамента в плоскости нижних концов свай по формуле:

N_II– нормативная вертикальная нагрузка, действующая по обрезу

Q– собственный вес ростверка и стеновой части фундамента

G– вес грунта и свай в объёме условного свайного фундамента

А_УСЛ– площадь подошвы условного фундамента

Для столбчатого фундамента А_УСЛ= В_усл 2

Определим ширину условного фундамента по формуле

м

Тогда площадь условного фундамента на 1 пог. м:

Объём условного свайного фундамента:

Нагрузки от собственного веса всех составных частей условного фундамента и от сооружения:

Вес грунта в объеме условного фундамента:

Вес свай Q_св=9,824=235,2 кН

Вес ростверка Q_р=4,524=108 кН

Вес подколонника Q_п-ка=0,8624=20,64 кН

Вес колонны Q_кол=0,40,4224=7,68 кН

Вес пола подвала Q_пп=(9-0,16)0,224=42,43 кН

Среднее давление Р под подошвой условного фундамента:

Р=кН

Вычисление расчетного сопротивления Rдля песка мелкого, залегающего под подошвой условного фундамента.

кПа

Условие P<R(260 кПа<1489 кПа) выполняется. Расчет осадки методами, основанными на теории линейного деформирования грунта, можно проводить.

Расчёт свайного фундамента: особенности и пример

• О винтовых сваях и их особенностях
• Закладка фундамента на основе винтовых свай
• Закладка фундамента на буровых железобетонных сваях
• О ростверке свайного фундамента
• Пример расчета буронабивной сваи

Необходимость применения свайного фундамента не всегда обусловлена экономическими соображениями или меньшими трудозатратами, например в сравнении с ленточным или плитным. Причиной может стать малая несущая способность грунта, когда даже при небольшой нагрузке на него нельзя использовать мелкозаглубленный ленточный фундамент.

На таких участках можно, не роя глубоких траншей для заглубленного основания, с помощью, например, винтовых свай выйти на слой грунта с большей несущей способностью. При этом усложняется расчет свайного фундамента.

При расчете ленточного фундамента учитывают только вертикально действующие нагрузки, для определения которых достаточно общий вес будущего строения разделить на площадь основания, опирающегося на грунт. Результат умножить на 1,4 (запас прочности) и сравнить с несущей способностью грунта, которая обычно указывается в кг/см 2 .

О винтовых сваях и их особенностях

Свайный фундамент состоит из отдельных элементов — свай.

Рисунок 1. Винтовая свая.

Сверху их объединяют ростверком. Ростверк можно выполнить из деревянных или железобетонных балок либо в виде сплошной железобетонной плиты.

Сваи изготавливают на производстве или самостоятельно. Если они изготовлены на месте строительства, то их основание делают плоским. Для расчета нагрузки, передаваемой от нее на грунт, знать только площадь опоры недостаточно. Необходимо учитывать и силы трения, которые возникают между боковой поверхностью стержня и грунтом и создают дополнительное сопротивление нагрузке, действующей на грунт.

На рис. 1 представлена винтовая свая. Такой тип в России в гражданском строительстве стали применять сравнительно недавно, хотя их широко применяли военные инженеры при строительстве мостов и переправ.

Ствол сваи — это стальная труба (диаметр от 80 до 130 мм, сталь марки ст10), конец которой делают в форме прямого конуса. Перед переходом цилиндра в конус приварена винтовая конструкция (лопасть), за счет которой и происходит вворачивание в грунт. На рис. 1 представлена винтовая свая с уже готовым оголовком. Однако есть элементы без оголовка, с отверстиями в конце ствола. В отверстие заводят рычаг для ее вращения. Такое исполнение позволяет при необходимости удлинить ствол.

• несложная и безопасная технология установки;
• применение возможно практически на любых грунтах, кроме скальных, на которых можно строить дом и без специального основания;
• при вворачивании винтовых свай отсутствует ударная нагрузка, что позволяет применять их в местах плотной застройки;
• после установки на винтовые элементы можно сразу же монтировать ростверки, то есть переходить к следующему этапу строительства;
• холмистая местность или неровные участки не являются препятствием для применения этого вида;
• винтовые сваи можно устанавливать практически в любых погодных условиях, в том числе и зимой в мороз;
• при необходимости их можно извлечь для повторного вворачивания.

Закладка фундамента на основе винтовых свай

Схема монолитно-литого ростверка: 1 – буронабивная свая из монолитного бетона и каркас из арматуры; 2-ростверк из монолитного бетона и каркаса из арматуры;3 – горизонтальная гидроизоляция; 4 – продух.

В первую очередь необходимо непосредственно на территории строительства обследовать структуру грунта и определить под слабыми грунтами нижний слой, который может выдержать вес дома. Длина сваи должна обеспечить заглубление в несущий слой на глубину 0,5-1 м.

Такое обследование выполняют путем предварительного бурения. Определяют уровень грунтовых вод и учитывают глубину промерзания грунта в районе строительства. Далее обозначим основные этапы строительства:

1. Разметка и выравнивание периметра. В процессе разметки первыми определяют места установки угловых свай. При этом место следует определить так, чтобы элемент впоследствии оказался посредине ростверка.
2. Размечают места установки остальных свай. Оптимальное расстояние между ними — 2 м, максимальное — 3 м. Они должны быть под всеми стенами дома, независимо от того, несущая это стена или внутренняя перегородка.
3. Завинчивание начинают с угловых элементов. В отверстия ее верхней части пропускают лом, а для удлинения рычага на лом надевают металлические трубы. Отклонение от вертикали окончательно ввинченной детали не должно превышать 2 градусов. Угол наклона с помощью магнитного уровня следует контролировать непрерывно в процессе вворачивания.
4. На угловых сваях с помощью шлангового уровня наносят метки, определяющие горизонтальную плоскость и нижнюю кромку ростверка. Элементы пока не обрезают.
5. Вворачивают остальные сваи. Глубину вворачивания делают такой, чтобы от верха трубы до горизонтальной плоскости, обозначенной на угловых деталях (определяют с помощью шлангового уровня), было не более 15-20 см.
6. По обозначенным уровням обрезают не несущую поверхность.
7. Делают водный раствор цемента и песка в соотношении 1:4 и заполняют им сваи.

Примечание. Если элемент имеет оголовок, как показано на рис. 1, то горизонтальная плоскость по угловым сваям устанавливается по самому высокому углу фундамента, а затем с помощью шлангового уровня определяют, насколько необходимо заглубить деталь.

Закладка фундамента на буровых железобетонных сваях

Опалубка для сваи.

Для такого фундамента необходимо выполнить расчет свайного основания, а затем буровые железобетонные сваи изготовить самостоятельно. Без ручного бензинового или электрического бура не обойтись, потому как неизвестно, какой глубины придется бурить скважину. С помощью этих механизмов можно пробурить скважину до 5 м глубиной и диаметром до 30 см.

Бурить скважину необходимо, как минимум, на 20 см ниже глубины промерзания. Но даже в северных районах европейской части России она не превышает 2 м. Если же ниже этого уровня окажется слой грунта с небольшой несущей способностью или грунтовые воды (верховодка), то придется углубляться, чтобы достичь слоя с большей несущей способностью.

С помощью специальных головок в конце скважины можно сделать расширение. Возможно, такое расширение потребуется, чтобы увеличить для свайного фундамента площадь опоры на грунт и тем самым уменьшить на него давление.

В качестве опалубки используют рубероид в 2-3 слоя или асбестовую трубу подходящего диаметра. В сыпучих грунтах опалубку необходимо делать обязательно. Это исключит попадание грунта в бетон, что уменьшит долговечность сваи, ибо ее шероховатая поверхность будет удерживать больше влаги и разрушение бетона от замерзания и размораживание будет происходить интенсивнее. В плотных грунтах, где ее длина будет зависеть только от глубины промерзания, можно обойтись без опалубки,

Схема свайно-ростверкового фундамента.

Сваю обязательно необходимо армировать. Без армирования они могут хорошо выдерживать сжимающие нагрузки, а вот от действия боковых сил одного бетона может оказаться недостаточно. Армирование сделает деталь устойчивой против растягивающих сил, которые могут возникнуть в результате замерзания грунта.

Для армирования используют металлические стержни диаметром 6-8 мм. По длине можно устанавливать 3-4 стержня, которые связывают между собой проволокой или закрепляют сваркой с шагом 500-600 мм. Армирование можно выполнить отдельными блоками, которые затем вставляют в скважину на всю глубину. Над скважиной арматура должна выступать примерно на 2-3 см ниже уровня ростверка.

Бетон в скважину заливаем слоями и так, чтобы предыдущий слой не успел застыть. Для этого на сваю диаметром 30 см и глубиной 5 м потребуется примерно 0,35 м 3 раствора.

О ростверке свайного фундамента

Схема металлического и железобетонного ростверка свайного фундамента.

Ростверк не менее важная часть фундамента, чем сваи. Он может быть заглубленным или незаглубленным. В первом варианте его необходимо защищать от сил пучения, возникающих при замерзании грунта.

Создавая ростверк из бетона, необходимо иметь в виду, что на изгиб и растяжение бетон работает примерно в 30 раз хуже, чем на сжатие. Поэтому армирование такой конструкции имеет определяющее значение. Между сваями необходимо обеспечить по возможности минимальный прогиб, поэтому и армировать усиленно необходимо нижнюю часть, которая будет растягиваться. Над ними необходимо усиливать верхнюю часть, так как именно над ней будут действовать максимальные растягивающие силы.

Заглубленный ростверк делаем в неглубокой траншее, проложенной между сваями по периметру и под внутренними несущими стенами. Создаем песчаную подушку, хорошо утрамбовываем и укладываем слой щебенки. Все это не должно выступать выше уровня сваи. Сверх щебня укладываем рубероид.

Опалубку делаем прочной с надежными подпорками. Металлический каркас изготавливаем из стержней толщиной 10-12 мм. Усиление в указанных выше местах можно выполнять, прокладывая дополнительно пару стержней.

С незаглубленным ростверком проще. Песок укладываем непосредственно на грунт, на него щебень и рубероид. Опалубка такая же.

Для того чтобы под здание не попадал ветер, к ростверку с внешней стороны делаем отмостку.

Пример расчета буронабивной сваи

Схема укрепления буронабивной сваи арматурой.

Расчет прочности одной буронабивной сваи позволяет определить, какое количество деталей потребуется для фундамента здания с известным весом. При этом учтем, что минимальное расстояние между сваями равно 2 м, а все опоры должны иметь общий ростверк.

Пусть буронабивной элемент имеет диаметр d=30 см, а вес всего сооружения составляет 100 т = 100000 кг. Несущая способность грунта R=4 кг/см 2 . По условию, нагрузка на грунт не должна превышать его несущей способности. Следовательно, на одну сваю не должна действовать сила F_св более, чем:

Чтобы выдержать общий вес в 100 т, потребуется:

N= 100000/2826=35,4, или 36 штук.

Теперь выполним расчет сваи, если увеличить площадь ее опоры. Пусть сделано расширение основания до диаметра d=50 см. Тогда:

N= 100000/7860=12,7, или 13 штук.

Подводя итог, необходимо отметить, что предварительный расчет свайного основания дома позволит существенно сэкономить средства. Пример выполненного расчета этому подтверждение: вместо 36 можно обойтись 13 шт.