Расчет свайного фундамента – Расчет свайного фундамента: простая и надежная методика

5 Расчёт свайных фундаментов.

Расчет свайных фундаментов и их оснований производится по двум группам предельных состояний.

По первой группе определяют несущую способность сваи по грунту, прочность материалов свай и ростверков. По второй группе предельных состояний рассчитываются осадки оснований фундаментов.

5.1 Расчёт ленточного свайного фундамента

Определим длину сваи:

lсв=l0+∑lгр+lн.сл=0,1+2+6+0,5=8,6 м (10)

Принимаем сваю С 9-30.

Рисунок 4 – Расчетная схема к определению несущей способности сваи под наружную стену.

По таблице СНиП подбираем R при глубине погружения свай 11,8м- R=5190 кПа

При погружении свай забивкой молотом

Несущую способность сваи определяется по формуле (11) как сумма расчётных сопротивлений грунтов оснований под нижним концом сваи и на её боковой поверхности:

(11)

где -коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый=1

R-расчётное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа.

А - площадь опирания на грунт сваи, м.

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, м.

fi – расчётное сопротивление итого слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа.

hi – толщина итого слоя грунта соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м.

-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 А2 [3].

Первый слой- песок рыхлый, поэтому начинаем со второго слоя.

-суглинок текучепластичный J=0.79:

при z1=5,9 м, суглинок текучепластичный

при z2=7,9 м, суглинок текучепластичный

при z3=9,9 м, суглинок текучепластичный

-песок средней крупности

при z4=11.35 м,

Несущая способность свай под колону :

Расчётная нагрузка, допускаемая на одну сваю:

(12)

где - коэффициент надежности, принимаемый 1,4.

5.2 Определение количества свай и размещение их в ростверке

Необходимое количество свай в грунте определяется по формуле

(13)

Определим расчетное расстояние между осями свай на 1 п.м. стены:

Принимаем однорядную систему расположения свай.

Определяем размеры ростверка в плане:

-расстояние от края ростверка до боковой грани сваи ;

-ширина ростверка :

где - расстояние между рядами свай;

- расстояние от края ростверка до боковой грани свай;

- число рядов

Тогда b=0,3+2*0,11=0,52м

Принимаем ширину ростверка b=0,52м и высоту h=0,5м.

Рисунок 5 - Схема конструирования ростверка

Определяем фактическую нагрузку, приходящуюся на однусваю, которая должна быть меньше допустимой:

(14)

Условие выполняется, фундамент запроектирован правильно.

5.3 Проверка прочности основания куста свай.

Удовлетворение условия (14), для каждой сваи не означает, что основание свай будет работать надежно. С цель проверки прочности основания свайный фундамент рассматривают как условный массивный фундамент ( схему условного фундамента для свайного фундамента под колонну смотри рисунок 7).

Для внецентренно-загруженного фундамента:

(15)

Рисунок 7-К определению размеров условного фундамента

aусл, bусл - соответственно длина и ширина подошвы условного фундамента,

(16)

М - расчетный момент, действующий в уровне нижних концов свай, т.е. по подошве условного свайного фундамента и равен М = М0II + F0II,h ·dусл;

W - момент сопротивления подошвы условного свайного фундамента.

Rусл - расчётное сопротивление грунта в плоскости подошвы условного фундамента, кПа

Если условия (15) не выполняются, то необходимо либо увеличить количество свай, либо изменить расстояние между сваями, либо изменить размеры свай, или же увеличить глубину погружения свай.

Определяем ширину условного фундамента:

(17)

Объем условного фундамента AБВГ:

(18)

Объем ростверка:

Объем свай:

Объем грунта в пределах условного фундамента:

(19)

Вес грунта в объеме условного фундамента:

(20)

где II -средний удельный вес грунтов, лежащих выше уровня подошвы:

Вес свай и ростверка:

Вертикальная составляющая нормальных сил в уровне нижних концов свай:

(21)

Момент в уровне нижних концов свай:

M= MOI I + F0II,h ∙hp = 11+161,4=33,4кН∙м. (22)

(23)

Расчетное давление на грунт основания условного свайного фундамента в уровне его подошвы, при котором еще возможен расчет оснований по II группе предельных состояний:

(24)

с1 = 1,4; с2 = 1,2.

При =18,270 Mγ= 0,44; Mg= 2,76; Mс = 5,35; Сn = 0,6 кПа.

<R=325,73кПа

<1,2R=390,88 кПа

>0

Все условия соблюдаются.

studfiles.net

Расчет свайно-винтового фундамента | К-ДОМ

Установка свайно-винтового фундамента требует скрупулезного расчета. Для любого столбчатого фундамента определение места установки опор и расчет их несущей способности принципиально отличается от расчета монолитных фундаментов. В данном случае вес конструкции и прочие нагрузки распределяются не равномерно по всему монолиту, а приходятся на каждую отдельную сваю.

1. Нагрузки на фундамент

Основные нагрузки на фундамент несет вес будущей конструкции. Если строится дом, то для определения общей нагрузки необходимо знать вес

  • Обвязки фундамент
  • Нижнего перекрытия
  • Стен внешних и внутренних
  • Верхнего перекрытия и потолка
  • Стропильной системы крыши
  • Кровельного материала
  • Инженерных коммуникаций
  • Оконных и дверных блоков
  • Отделочных материалов
  • Крыльца и веранды, если они находятся на одном фундаменте с домом

Кроме того, на грунт, как конечную опору строения, оказывают нагрузки и сами винтовые сваи – чем больше будет диаметр применяемых труб, тем больше вес.

Основные нагрузки на фундамент

Все перечисленные параметры являются исходными и неизменными после постройки и ввода дома в эксплуатацию. Эксплуатация дома привносит новые нагрузки на фундамент, в частности

  • Вес людей в доме
  • Вес оборудования
  • Вес мебели и бытовых приборов
  • Вес снега на кровле

Очевидно, что эксплуатационные нагрузки будут непостоянными, но учитывать их в расчете нужно по максимуму.

Все указанные нагрузки являются вертикальными. Но кроме них при эксплуатации дома добавляются боковые воздействия:

  • Сила ветра, давящая на стены и скат крыши
  • Сейсмические нагрузки
  • Силы пучинистости грунта зимой
  • Конструкционные нагрузки, связанные с изменениями линейных размеров элементов здания (усушка древесины, увлажнение и проч)

Все нагрузки различаются не только по своей силе, но и по месту приложения, а также по времени воздействия. Различают следующие виды нагрузок:

  1. Равнораспределенные – вес самого здания или снега на кровле
  2. Сосредоточенные, такие как вес оборудования или мебели на ограниченном участке дома
  3. Статические – постоянные во времени
  4. Динамические – например, ударная нагрузка порывов ветра или вибрация от работы тяжелого оборудования

В некоторых случаях нагрузки могут совпадать, усиливая общее воздействие на опору, и это тоже должно быть учтено в расчете фундамента.

2. Основные опорные точки

При расчете необходимо иметь представление о том, как действуют те или иные нагрузки – отсюда можно определить положение опорных точек столбчатого фундамента. Для этого рассмотрим конструкцию здания и то, как перераспределяются по ней нагрузки.

Так, вес кровли и снега на нем передается на стропильную систему. Та, в свою очередь установлена на боковые стены и в некоторых случаях на верхнее перекрытие. Перекрытие тоже опирается на боковые и внутренние несущие стены. В некоторых случаях крыша может выступать за периметр основания дома и опираться на отдельные опоры – столбы или колонны – в этом случае часть нагрузок на стены уменьшается, но в устройстве фундамента должны быть предусмотрены дополнительные опорные точки.

Таким образом, очевидно, что вертикальные нагрузки со стороны кровли и крыши в основном направлены на стены здания.

Это означает, что опорные точки  фундамента должны быть расположены в первую очередь под стенами. Как правило, опоры ставятся по периметру всего здания и по линиям  расположения несущих стен. Сами стены со своим весом и нагрузками, переданными от верхней части здания, давят на обвязку фундамента.

Нижнее перекрытие оказывает давление в первую очередь на боковые опоры, т.е. на балки нижней обвязки фундамента – по периметру и в более сложном по поперечным балкам.

Как упоминалось выше, в здании могут иметься дополнительные элементы, повышающие общий вес дома. Примером может служить массивное котельное оборудование. Несмотря на то, что вес любых предметов, находящихся в помещении, передается более-менее равномерно на нижнее перекрытие, в таких особо нагруженных местах создаются дополнительные локальные нагрузки на сами балки перекрытия, точнее на участки, расположенные непосредственно под местом расположения оборудования.

Очевидно, что они требуются создания отдельных опорных точек.

Винтовые сваи в опорных точках

3. Учет характеристик грунта

Характеристики грунта с точки зрения установки фундамента определяют в первую очередь его несущую способность, то есть устойчивость к нагрузкам со стороны установленных на нем конструкций без проседания. Она измеряется в тн/м2  или кгс/см2. Наиболее значимыми для несущей способности грунта являются

  • Тип грунта
  • Степень уплотнения
  • Влажность

Для изучения параметров грунта в общем случае необходимо проводить геологические изыскания. Однако стоимость их достаточно высока, и на практике строители пользуются наработанными опытом обобщенными параметрами для тех или иных грунтов, а также пользуются упрощенными методами определения свойств грунта.

Во-первых, существуют определенные известные характеристики для основных видов грунта, на котором планируется постройка – песчаных или глинистых.

Во-вторых, проводится пробное вкручивание свай.

Для самостоятельного определения типа грунта можно использовать известный способ —

скатать шарик из земли и растереть ладонями. При этом можно увидеть, что:

  1. Шар из песка практически не скатывается, и при растирании чувствуются отдельные песчинки
  2. Шар из песчаного грунта (до 90% состава) формируется, но разрушается при самых небольших нагрузках
  3. Шар из суглинка (до 30% глины) держит форму, но при воздействии нагрузками трескается по краям
  4. Шар из глины отлично формируется и при надавливании не дает трещин

Плотность различных типов грунтов и их несущая способность определена практикой и приводится в таблицах. Приведем некоторые параметры для наиболее употребимых грунтов:

  • Крупнозернистый песок – 5-6 т/м2
  • Средний песок – 4-5 т/м2
  • Мелкозернистый зернистый песок – 3-4 т/м2
  • Мелкозернистый влажны песок – 2-3 т/м2
  • Супесь – 2,5-3 т/м2
  • Увлажненная супесь– 2-2,5 т/м2
  • Крупнозернистый песок – 5-6 т/м2
  • Суглинок – 2-3 т/м2
  • Глина – 2,5-6 т/м2
  • Влажная глина – 1-4 т/м2

Насыщенность влагой тоже можно определить простым проверенным способом. Отрыть небольшую (до полуметра глубиной) ямку: если через некоторое время в ней будет скапливаться вода, то грунт можно считать влажным. В противном случае – сухим.

Обобщая сказанное, можно с уверенностью сказать, что для самостоятельного расчета фундамента можно смело использовать данные, приведенные выше. Как правило, тип грунта в данной местности известен.

Пробное вкручивание поможет выявить, насколько общий тип грунта, характерный для близлежащих участков может локально отличаться от среднего.

4. Определение параметров свай

Для того, чтобы определить параметры свай, устанавливаемых в качестве фундамента, необходимо знать их несущую способность. Расчеты показывают, что допустимая нагрузка на сваю зависит от диаметра трубы, толщины стенки, длины сваи и ширины лопасти.

Теоретически несущая способность сваи рассчитывается по формуле

F=S*Ro

S – площадь опоры, т.е. лопасти

Ro – прочностная характеристика грунта

Поскольку учет параметров грунта взят не из геологических исследований, а из таблиц, необходимо применить понижающий коэффициент. В большинстве случае он берется равным порядка 1,4-1,7, то есть фундамент рассчитывается с запасом прочности до 70%.

Опытным путем установлены усредненные характеристики различных свай. Так сваи диаметром 108 мм способны выдерживать нагрузку до 5-7 тонн. При диаметре 89 мм – предельная несущая нагрузка – около 3-5 тонн. Самые тонкие сваи  диаметром 73 мм способны выдержать до 3 тонн веса.

Выбор длины винтовой сваи зависит в основном от типа грунта, на которую будет опираться лопасть. Так на участках с устойчивым грунтом достаточно длины сваи 2,5 метра. Окончательный выбор должен учитывать запас на перепад высот на участке под строительство.

5. Расчет количества свай

Из предыдущего параграфа видим, что количество свай на тот или иной фундамент можно определить, разделив общий вес дома на несущую способность одной сваи.

Приведем приблизительный расчет количества свай для обычного дома.

Так, вес его будет складываться из веса всего здания, умноженного на коэффициент надежности для того или иного типа конструкций. Он равен при постоянной нагрузке:

  1. Для деревянных конструкций – 1,05
  2. Металлических конструкций – 1,2
  3. Стяжек, изоляции – 1,3
  4. Для снеговой нагрузки – 1,4

6. Распределение свай по площади фундамента

Существуют основные правила распределения свай:

  1. В обязательном порядке сваи устанавливаются под углы здания. Это самые напряженные точки, так как здесь сходятся нагрузки как минимум от двух стен.
  2. При необходимости под каждую стену устанавливается еще одна или несколько свай, в зависимости от длины стен, в том числе и внутренних несущих
  3. В участки с повышенной нагрузки сваи также устанавливаются по углам.

Приведем расчет количества свай для дома с мансардой, который оказывает нагрузку на фундамент до 50 тонн с учетом приведенных коэффициентов.

Количество, необходимое для возведения фундамента для такого дома:

  • Сваи диаметром 108 мм – 50/6= 8,3 сваи. Реально требуется 9 свай.
  • Сваи диаметром 89 мм – 50/4=12,5 свай. С запасом берется 13 свай.

При прямоугольном сечении 6х4,5м и одной несущей стене 6х3 м сваи устанавливаются: 4 по углам, остальные вдоль стен.

Рассмотрим применение сваи 89 мм. По углам здания ставится 4 сваи. Две сваи устанавливаются по концам внутренней несущей стены. Таким образом, остается 13-6=7 свай. Одну целесообразно установить под среднюю точку несущей стены, а остальные распределить по периметру. Если добавить еще две сваи, то на каждую из боковых стен (кроме угловых) будет приходиться по 2 сваи. Тогда шаг их установки оставит 1.5 метра, что вполне соответствует хорошему запасу прочности.

План свайного поля

7. Заключение

Расчет фундамента имеет большое значение в закладке основы под строительства, особенно на слабых грунтах и естественных уклонах площадки под постройку дома. Его можно провести самостоятельно, но при строительстве большого дома лучше обратиться к специалистам.

Фирма «К-ДОМ» специализируется в возведении фундаментов на винтовых сваях и имеет наработки в расчете фундаментов любой сложности. Мы готовы оказать консультационные услуги, провести контрольное вкручивание и дать компетентные рекомендации по использованию того или иного типа фундамента, а также установить свайно-винтовой фундамент под ключ.

k-dom74.ru

Расчет фундамента из свай

 

Расчет несущей способности бутобетонной буронабивной сваи.
Несущую способность буронабивных бутобетонных свайных фундаментов, воспринимающих вертикальную сжимающую нагрузку, определяют исходя из сопротивления материала фундамента и сопротивления грунта основания (под нижним концом и на боковой поверхности сваи), принимая меньшее из двух значений.
Несущая способность буронабивной сваи глубиной от 1,5 м до 3 м по грунту, работающей на осевую сжимающую нагрузку (Р), определяется по формуле:

P несущая способность сваи = 0,7 коэфф. однородности грунта х (нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи х F площадь опирания сваи (м2) + u  периметр сваи (м) х  0,8 коэфф. условий работы х fiн нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола сваи х li - толщина несущего слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (м)

- нормативное сопротивление грунта в тоннах под нижним концом сваи, принимается по таблицам №№1, 2, 3; fiн - нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола сваи, т/м2, принимаемается  по таблице №4. При разных слоях грунта на глубине залегания сваи сумма сопротивления грунта на боковой поверхности сваи рассчитывается отдельно для каждого слоя грунта и полученный результат умножается на периметр сваи.

Таблица №3 Нормативные сопротивления глинистых грунтов в плоскости нижних концов бутобетонных буронабивных свай.

Вид грунта

Коэффициент пористости

Нормативные сопротивления Rн, т/м2 глинистых грунтов различной консистенции

Твердые

Полутвердые

Туго пластичные

Мягко пластичные

Супеси

0,5

47

46

45-43

42-41

Супеси

0,7

39

38

37-35

34-33

Суглинки

0,5

47

46

45-43

42-41

Суглинки

0,7

37

36

35-33

32-31

Суглинки

1,0

30

29

27-24

23-21

Глины

0,5

90

87

84-78

76-72

Глины

0,6

75

72

69-63

60-57

Глины

0,8

45

43

42-39

37-36

Глины

1,1

37

35

33-28

26-24

Таблица №4 Нормативные сопротивления грунтов на боковой поверхности буронабивных свай.

 

Средняя глубина расположения грунта, м

Нормативные сопротивления Rн, т/м2 глинистых грунтов различной консистенции

Полутвердые

Тугопластичные

Мягкопластичные

0,5

2,8

1,7-0,8

0,3

1

3,5

2,3-1,2

0,5

2

4,2

3,0-1,7

0,7

3

4,8

3,5-2,0

0,8

Таблица. Признаки визуального определения консистенции глинистых грунтов в поле *

Консистенция грунта

Визуальные признаки

Твердая и полутвердая

При ударе грунт разбивается на куски, при сжатии в руке рассыпается.

Тугопластичная

Брусочек грунта при попытке его сломать заметно изгибается до излома, достаточно большой кусок грунта разминается с трудом.

Мягкопластичная

Разминается руками без особого труда, при лепке хорошо сохраняет форму.

Текучепластичная

Грунт легко разминается руками, плохо держит форму при лепке.

Текучая

Течет по наклонной плоскости толстым слоем (языком).

* Указания  по инженерно-геологическим обследованиям при изысканиях автомобильных дорог. М.-1963г.- Приложение №1

Пример ориентировочного расчета свайного фундамента на буронабивных сваях .  Требуется рассчитать расстояние между висячими (без опоры на скальные грунты) буронабивными короткими сваями (до 3 м) под здание с центрально приложенной вертикальной расчетной нагрузкой Np = 5,5 т/погонный метр.
Грунтовые условия, по данным инженерно-геологических изысканий представлены суглинками, залегающими с поверхности земли до глубины 3 м. Причем, до глубины 2 м – залегают суглинки тугопластичные, а с глубины 2м  до 3 м - суглинки полутвердые. Далее, до глубины 9,2 м - пески крупные, плотные влажные. Грунтовые воды находятся на глубине 9,2 м от поверхности. Буровая скважина сухая.

Схема: Грунтовые условия и глубина буронабивных свай, расчет которых необходимо произвести.

Принимаем размеры свай (вариант A):  диаметр буронабивной сваи d = 0,5 м;  длина буронабивной сваи  l = 3,0 м. Нагрузка, приходящаяся на одну сваю составляет x метров (шаг свай) х 5,5 тонн (нагрузка на погонный метр фундамента ).
Несущую способность набивных свай исходя из грунтовых условий рассчитывают по формуле

P несущая способность сваи = 0,7 коэфф. однородности грунта х (нормативное сопротивление грунта под нижним концом сваи х F площадь опирания сваи (м2) + u  периметр сваи (м) х  0,8 коэфф. условий работы х fiн нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола сваи х li - толщина несущего слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (м)

В плоскости нижних концов свай залегает крупный песок, плотный влажный с несущей способностью Rн = 70 т/м2.
Площадь сечения (основания) круглой сваи составляет   S= 3,14 D2/4
S= 3,14 х 0,25 / 4 = 0,785/4 = 0,196 м2
Периметр сваи u = 3,14 D = 3,14 x 0,5 = 1,57 м;
Дополнительный коэффициент условий работы mf = 0,8; В глинах и в скважинах с водой коэффициент работы сваи вместо 0,8 принимается равным 0,6. (Таблица 7.5 СП 50-102-2003 Проектирование и устройство свайных фундаментов).
Нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола, принимаемое по табл., составит:  

  1. Для первого тугопластичного слоя грунта (суглинка) глубиной от 0 до 2 метров (среднее – 1 метр) – нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола составит от 1,2 до 2,3 т/м2  (См. строку для грунта на глубине 1 метр).  Принимаем самое малое значение сопротивления грунта с запасом 1,2 т/м2
  2. Для второго полутвердого слоя грунта (суглинка) глубиной от 2 до 3 метров (среднее – 2,5  метра) – от 4,2 до 4,8 т/м2 .  Принимаем самое малое значение сопротивления грунта с запасом 4,2 т/м2

Несущая способность сваи по грунту будет:
Р = 0,7 х 1 [70  х 0,196 + 1,57 х 0,8 (1,2 х 2 + 4,2 х 1)] = 15,4 т.
Минимально допустимый шаг свай составит 15,4 тонны / 5,5 тонн/м =2,8 метра. Разумно достаточным будет использование шага между сваями 2,5 метра.

Посмотрим, как изменится несущая способность сваи по грунту  при уменьшении диаметра сваи до 40 см (вариант Б):
Площадь сечения (основания) круглой сваи составляет   S= 3,14 D2/4
S= 3,14 х 0,2 / 4 = 0,16/4 = 0,125 м2
Периметр сваи u = 3,14 D = 3,14 x 0,4 = 1,25 м;
Несущая способность по грунту сваи диаметром 40 см составит:
Р = 0,7 х 1 [70  х 0,125 + 1,25 х 0,8 (1,2 х 2 + 4,2 х 1)] = 10,7 т.  Такие сваи придется ставить через 2 метра.

Посмотрим, как изменится несущая способность сваи диаметром 50 см при уменьшении глубины ее заложения с 3 до 2-х метров (вариант В):

При глубине заложения на 2 метра, буронабивная свая будет опираться на слой полутвердого суглинка, а боковые поверхности ствола сваи будут соприкасаться с 2 метровым слоем тугопластичного суглинка.
В плоскости нижних концов свай залегает полутвердый суглинок, с несущей способностью Rн = 36 т/м2.
Площадь сечения (основания) круглой сваи составляет   S= 3,14D2/4
S= 3,14 х 0,25 / 4 = 0,785/4 = 0,196 м2
Периметр сваи u = 3,14 D = 3,14 x 0,5 = 1,57 м;
Дополнительный коэффициент условий работы mf = 0,8;
Нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола для тугопластичного слоя грунта (суглинка) глубиной от 0 до 2 метров (среднее – 1 метр) – нормативное сопротивление грунта на боковой поверхности ствола составит от 1,2 до 2,3 т/м2  (См. строку для грунта на глубине 1 метр).  Принимаем самое малое значение сопротивления грунта с запасом 1,2 т/м2
Несущая способность по грунту сваи диаметром 50 см и глубиной 2 метра составит:
Р = 0,7 х1 [36  х 0,196 + 1,57 х 0,8 (1,2 х 2) = 7 т.  Такие сваи придется ставить уже через 1,2 метра.

Из вышеприведенного примера можно сделать два важных вывода:

  1. При  устройстве фундамента важно проводить исследование подлежащего грунта для определения его несущих способностей.  
  2. Обычно увеличение несущей способности по грунту для коротких висячих свай дает увеличение глубины их заложения. При этом необходимо соблюдать минимальный рекомендованный диаметр для буровых свай глубиной до 3 м  величиной не менее 30 см (требования пункта 15.2.Свода правил СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция  СНиП 2.02.03-85 и пункта 1810.3.5.2.2 Международного строительного кода  IBC -2009).

dom.dacha-dom.ru