Расчет сваи – Расчет свайного фундамента: количество свай, нагрузки, крена

пример для здания весом 100 т

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.

Свайно-ростверковый 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/см2.

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.

Преимущества винтовых свай:

  • 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.

Вернуться к оглавлению

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.

Вернуться к оглавлению

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 м3 раствора.

Вернуться к оглавлению

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.

Вернуться к оглавлению

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/см2. По условию, нагрузка на грунт не должна превышать его несущей способности. Следовательно, на одну сваю не должна действовать сила Fсв более, чем:

Fсв=(πd2/4)·R =707,7·4=2826 кг.

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:

Fсв=(πd2/4)·R =1962,5·4=7850 кг

Следовательно, потребуется:

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.


moifundament.ru

Расчет свайных фундаментов.Пример расчета — Энциклопедия

Заключается в определением числа свай ф-те< n >, необходимо для восприятия вертикальной нагрузки N от веса здания, ростверка и рациональном размещение свай в плане

Предварительно определяют расчетное сопротивление <Ф> одиночной сваи, погруженной в грунт до расчетной глубины, затем число свай <n>

 

Определение расчетного сопротивления одиночной сваи-стойки.

 

Свая –стойка работает на сжатие как стержень, передающий на грунт нагрузку <N> только острием. Трением грунта о боковую поверхность сваи пренебрегают и считают, что свая стойка по длине сжата постоянной нагрузкой N, приходящейся на нее от ростверка. Влияние продольного изгиба на сваю-стойку, окруженную по всей длине грунтом, также не учитывают и принимают, что свая центрально сжата.

Несущая способность сваи определяется из условий работы материала, из которого она изготовлена, и грунта в который она погружена. Для определения несущей способности свай по грунту существует несколько способов: практический, расчет по формулам и таблицам, динамический и по данным испытания статической нагрузкой.

По несущей способности грунта основания сваи рассчитывают по формуле:

(2) N≤Ф/g =F. где N-расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, Ф- расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (иначе несущая способность сваи), g — коэффициент надежности (при определении несущей способности сваи расчетом: по результатом динамичного испытанияg =1.4; при ее определение по результатам полевых испытаний сжатия нагрузкойg =1.25; F- расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

Несущую способность сваи-стойки по грунту определяется по формуле:

(3) Ф=c *R*A, гдеc — коэффициент условия работы, принимаемый =1;

А-площадь опирания сваи на грунт;

 R- расчетное сопротивление сжатого грунта или скальной породы под нижним концом свай, назначаемое для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные породы, глинистые грунты твердой консистенции, равным 20мПа.

Несущая способность висячих свай по грунту определяется двумя составляющими: первая зависит от сопротивления грунта под нижним концом сваи, а вторая от сопротивления грунта по ее боковой поверхности:

(4) Ф=c *(cR*R*A+u∑cfi * fi*li), гдеc -коэффициент условий работы сваи в грунте=1, cR иcfi -коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом сваи и по ее боковой поверхности; R- расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

А- площадь опирания сваи на грунт, принимаемая по площади поперечного сечения сваи; fi — расчетное сопротивление i-го cлоя грунта основания по боковой поверхности сваи; li- толщина i-го слоя грунта, прорезываемого сваей.

Расчетную нагрузку, допускаемую на железобетонную сваю по материалу определяется по формуле:

 (5) N=c (cb*Rb*A+Rcs*As), где c — коэффициент условий работы, принимаемый для свай, изготовляемых в грунте, равным 0,6; для остальных =1, cb — коэффициент условий работы бетона,

Rb- расчетное сопротивление бетона сжатию,

A- площадь поперечного сечения бетона свай,

Rsc- расчетное сопротивление арматуры сжатию,

As- площадь арматуры

Из этих двух значений выбирают наименьшее, принимаемое за несущую способность сваи.

Расчет и проектирование свайных фундаментов осуществляется в такой последовательности:

1.Рассчитывают нагрузки на уровне спланированной отметки земли

2. Назначают глубину заложения подошвы ростверка.

3.Выбирают тип, вид и назначают предварительные размеры свай.

4. Определяют несущую способность свай по грунту и материалу.

5. Рассчитывают требуемое число свай в фундаменте по формуле :

(6) n=N g /Ф, где — коэффициент надежности, равный 1.4;

Ф- наименьшая несущая способность одной сваи.

6.Размещают сваи в плане и устраивают ростверк.

 

Определение несущей способности сваи.

Пример №1

 

Определить расчетную нагрузку, допускаемую на железобетонную висячую сваю по грунту. Марка сваи С 4,5-30. длина сваи-L=4.5м, ширина В-0.3м: длина l-0,25м. Грунт основания – песок средней крупности, средней плотности, мощностью слоя 4,5м. Свая забита с помощью дизель-молота до глубины 4м.

Решение

по т.VI.3 приложенияVI определяют значение коэффициента cR =1 иcf =1.

Площадь поперечного сечения сваи А = ВхВ=0,09м2. периметр поперечного сечения сваи и=0,3*4=1,2м. По таблице VI.1 для песка средней плотности, средней крупности и при глубине погружения сваи 4м, находим R=3.2 мПа.

Для определения расчетной силы трения по боковой поверхности пласт грунта, прорезываемый сваей, делим на слои высотой не более 2м.

По т.VI.2 при средней глубине первого слоя грунта h2=1м для песка средней плотности, средней крупности определяем fi=0.035; находим h3=2м+1м=3м, f2=0,048.

По формуле (4) Ф=c *(cR*R*A+u∑cfi * fi*li) = 1(1,0*3,2*0,09+1,2*1,0(0,035*2+0,048*2))(100)=504000Н= 504кн

Допускаемая расчетная нагрузка на сваю по формуле

(2) N≤Ф/g =504/1,4=360Кн.

Пример №2.

 

Определить расчетную нагрузку, допускаемую на сваю-стойку С10-40, имеющую ширину в=0.4м, опирающуюся нижним концом на скальный грунт. Свая армирована продольной арматурой из 4¯18А-II бетон В15 d =1.4

 Решение:

Площадь поперечного сечения сваи A=0,4*0,4=0,16м2.

Несущая способность сваи стойки по грунту определяется по формуле:

Ф= c *R*A , допустимая расчетная нагрузка на сваю-стойку

N=F=Ф/g =3200/1,4 = 2286кН

c =1; R=20 мПа;

Ф=1*20*1600(100)=3200000Н=3200кН = 3.2Мн

Несущая способность сваи — стойки по материалу.

N=c (cb*Rb*A+Rcs*As),

c=1        cb=1

Rb=8.5мПа

Rsc=280Мпа

As=10,18 см2( по таб.7)

N=1(1*8.5*1600+280*10.18)(100)=1645040Н =1645кН

Из 2-х значений выбираем меньшее:N = 1645кН – допускаемая нагрузка на сваю – стойку.

 ЛИТЕРАТУРА

1.  Цай Т. П., Бородин М. К. «Строительные конструкции» М: Стройиздат, 1984. Т.1

2.  Цай Т. П.. Бородин М. К. «Строительные конструкции» М.: Стройиздат, 1984. Т.2

3.  Павлова А. И. «Сборник задач по строительным конструкциям» М.:Инфра-М, 2005.

4.  Кувалдин А. Н., Клевцова Г. С. «Примеры расчёта жезобетонных конструкций зданий» М: Стройиздат, 1976.

5.  Берлинов М. В., Ягупов Б. А. «Примеры расчёта оснований и фундаментов» М.: Стройиздат, 1986.

6.  Гаевой А. Ф., Усик С. А. «Курсовое и дипломное проектирование промышленных и гражданских зданий»

Л.: Стройиздат, 1987.

 

olymp.in

Расчет свайных фундаментов — Фундаменты

Навигация:
Главная → Все категории → Фундаменты

Расчет свайных фундаментов

Расчет свайных фундаментов

Общие положения. Расчет свайных фундаментов и их оснований выполняют по двум группам предельных состояний.

По первой группе предельных состояний расчет производят из условия обеспечения несущей способности ростверка, свай и грунта свайных фундаментов. Несущую способность грунта свайного фундамента проверяют по формуле (10.2). Если в фундаменте имеется несколько свай, то учитывают их количество.

По второй группе предельных состояний расчет выполняют только для фундаментов из висячих свай и свай-оболочек по условию (4.6), ограничивающему развитие значительных деформаций. Свайные фундаменты, состоящие из свай-стоек, одиночные висячие сваи, доспринимающие вне кустов вдавливающие или выдергивающие нагрузки, а также свайные кусты, работающие на выдергивающие нагрузки, рассчитывать по деформациям не требуется.

Рис. 10.5. Схемы передачи давления на грунт основания за счет сопротивления грунта по боковой поверхности и под нижним концом сваи

Последовательно суммируясь по высоте висячей сваи, силы трения вместе с усилием, возникающим под нижним концом сваи, передаются на грунты основания, находящиеся ниже плоскости, проходящей через ее острие. В расчетной схеме принимается, что вокруг сваи образуется напряженный массив грунта, ограниченный по боковой поверхности усеченным конусом или пирамидой в зависимости от формы поперечного сечения сваи, а под нижним концом сваи — выпуклой криволинейной поверхностью (рис. Ю.5, с).

При расположении свай трения в кусте эпюры реактивных давлений в плоскости нижних концов свай пересекаются (рис. 10.5, б) и вследствие большего загружения грунта происходит большая осадка свайного куста по сравнению с осадкой одиночной сваи.

Если деформативность сваи в кусте возрастает по сравнению с Деформативностью одиночной сваи, что отрицательно сказывается на работе свайного фундамента, то несущая способность сваи в кусте будет выше, чем несущая способность одиночной сваи, Что оказывает положительное влияние на эксплуатацию свайного фундамента. Последний факт объясняется увеличением сил трения по боковой поверхности свай, происходящим за счет уплотнения грунта вследствие забивки соседних свай, а также ограничения значительного развития зон пластических деформаций под нижним острием свай вследствие возникновения напряженного состояния от загружения соседних свай.

Проектирование свайных фундаментов включает в себя решение следующих вопросов: выбор глубины заложения ростверка, типа; и конструкции свай; определение несущей способности свай, назначение требуемого количества свай в фундаменте; конструирование фундамента; расчет ростверка; определение усилий, действующих на наиболее нагруженные сваи, и их сравнение с предельно до-1 пустимыми по грунту и материалу; расчет деформаций фундаментов и их сравнение с предельно допустимыми.

При проработке этих вопросов, исходя из наиболее экономичного и рационального решения, которое может быть получено на основе вариантного и оптимального проектирования с применением ЭВМ.

Глубину заложения подошвы ростверка назначают в соответствии с конструктивными и эксплуатационными особенностями зданий и сооружений и климатическими условиями района строительства. Как правило, подошву ростверка закладывают на глубине большей, чем глубина подвалов, приямков и коммуникаций, а также ниже глубины сезонного промерзания в пучинистоопасных грунтах. В некоторых случаях ростверк располагают в пределах зоны пучения, при этом между ростверком и грунтом создают воздушный зазор, исключая тем самым воздействие нормальных сил морозного пучения на подошву ростверка. Однако в данном случае следует учитывать касательные силы морозного пучения, действующие на ростверк и сваи. Для получения наиболее экономичного решения подошву ростверка необходимо располагать как можно выше, сводя к минимуму объем земляных работ.

Тип и конструкцию свай назначают, исходя из особенностей инженерно-геологических данных грунтов основания на строительной площадке, а также применяемого оборудования при устройстве фундаментов. В условиях современного строительства наиболее целесообразное решение удается получить при использовании забивных свай. Однако в некоторых случаях при необходимости применения свай повышенной несущей способности устраивают фундаменты из набивных свай, в том числе и с уширенной пятой.

Требуемое количество свай в фундаменте определяют на основании результатов расчета на центральное или внецентренное действие внешней нагрузки после предварительной оценки несущей способности одиночной сваи.

Определив необходимое количество свай в фундаменте, назначают его конструкцию, размещая сваи рядами или в шахматном порядке, при этом расстояние между сваями принимают равным d, где d — диаметр круглой или сторона квадратной сваи, разместив сваи, конструируют ростверк, который обычно выполняют из монолитного или сборного железобетона. Ростверк рассчитывают на продавливание сваями и опирающимися конструкциями здания (колоннами, стенками и т. д.) в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций, а также производят расчет ростверка на изгиб.

Высоту ростверка и его армирование назначают на основании результатов расчета, при этом по конструктивным соображениям его высота должна быть равна Ао+0,25 м, но не менее 0,3 м (Л0 — высота заделки сваи в ростверке).

Соединение свай с ростверком может быть свободным или жестким. Свободное закрепление сваи применяют, если сваи работают в основном на сжатие, когда же они воспринимают значительные горизонтальные или выдергивающие нагрузки, используют жесткое закрепление головы сваи в ростверке. При свободном соединении сваи заделывают в ростверк на высоту 5… 10 см, при жестком — верхняя часть головы сваи разбивается и обнаженная арматура замоноличивается в ростверк, при этом целая часть головы сваи заделывается в ростверк также на глубину 5…10 см. Жесткое соединение иногда получают за счет замоноличивания целой головы сваи в ростверк на необходимую глубину.

Расстояние от оси крайнего ряда свай до края ростверка чаще всего принимают равным размеру поперечного сечения сваи. При жестком соединении это расстояние дополнительно уточняется по результатам расчета заделки свай.

По завершении конструирования производят расчет свайного фундамента, в частности уточняют усилия, действующие на сваи, и рассчитывают деформации. При необходимости в конструкцию фундамента вносят необходимые корректировки относительно количества свай, изменения конструкции ростверка и расчет повторяют.

Расчет центрально нагруженных свайных фундаментов. После назначения глубины заложения подошвы ростверка свайного фундамента, в котором равнодействующая внешних нагрузок проходит через его центр тяжести, расчет начинают с выбора типа свай, для которой с помощью формул (10.1), (10.3) и (10.6) определяют несущую способность по грунту или материалу в зависимости от особенностей напластования грунтов на строительной площадке, материала и конструкции сваи. В качестве расчетного принимают наименьшее значение несущей способности.

Число свай в фундаменте определяют, исходя из предположения, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи, расположенные в кусте или свайном ряду.

Фундамент считается правильно рассчитанным, если удовлетворяется условие (10.2), характеризующее несущую способность из основного условия первой группы предельных состояний. Если это условие не выполняется, то необходимо выбрать другой тип сваи, имеющий более высокую несущую способность, и повторить расчет.

Для свайных фундаментов из висячих сваи необходимо еще и выполнение основного требования расчета по второй группе предельных состояний (по деформациям), для фундаментов из свай стоек этот вид расчета не требуется.

Расчет осадки свайного фундамента из висячих свай производят как для условного фундамента на естественном основании, контур которого ограничен размерами ростверка, свай и некоторым объемом грунта в межсвайном пространстве (рис. 10.6, а).

В расчетной схеме принимается, что нагрузка на грунт передается по подошве условного фундамента и воспринимается слоем грунта, расположенным ниже плоскости острия свай. Реактивные напряжения по подошве условного фундамента считаются равномерно распределенными.

Размеры условного фундамента определяют следующим образом.

Рис. 10.6. Схемы условных фундаментов для расчета по второй группе предельных состояний

Расчетное сопротивление грунта основания, входящее в выражение (10.38), определяют по формуле (4.10) в соответствии с требованиями второй группы предельных состояний для условного фундамента, показанного на рис. 10.6.

Расчет выецентреыно нагруженных свайных фундаментов. Внецен-тренно нагруженным считают свайный фундамент, в котором точка приложения равнодействующей внешних нагрузок не совпадает с Центром тяжести поперечных сечений свай в кусте.

При небольших эксцентриситетах, когда краевые напряжения в уровне подошвы ростверка подчиняются соотношению «r^^
Количество свай во внецентренно нагруженном фундаменте находят по формуле (10.36) с увеличением его приблизительно на 20…25% для воспринятая момента от внешних нагрузок.

Усилие, найденное по формуле (10.39), должно удовлетворять условию (10.2), если оно не удовлетворяется, расчет повторяют несколько раз с помощью метода последовательных приближений.

Расчет внецентренно нагруженного фундамента по второй группе предельных состояний выполняют для условного фундамента, показанного на рис. 10.6, г.

Расчет свайных фундаментов с помощью ЭВМ можно выполнить с помощью следующего алгоритма, блок-схема которого показана на рис. 10.7.

1. Ввод исходных данных об инженерно-геологических условиях строительной площадки, внешних нагрузках, глубине расположения ростверка и типе применяемых свай.
2. Выбор конструкции сваи.
3. Проверка условия, залегает ли в основании слой плотного грунта: если да, то переход к п. 4; если нет, то переход к п. 6.
4. Проверка условия, работает ли данная свая по схеме сваи стойки:
если да, то переход к п. 5;
если нет, то переход к п. 6.

Рис. 10.7. Блок-схема расчета свайного фундамента

5. Определение несущей способности свай по грунту по формуле (10.3) и переход к п. 7.
6. Определение несущей способности свай по грунту из выражения (10.6).
7. Вычисление несущей способности свай по материалу по формуле (10.1).
8. Выбор наименьшей несущей способности.
9. Определение требуемого количества свай в фундаменте по формуле (10.36).
10. Размещение свай в плане и назначение конструкции ростверка.
11. Проверка условия, является ли данный фундамент центрально нагруженным
если да, то переход к п. 14;
если нет, то переход к п. 12.
12. Увеличение количества свай на 20%.
13. Изменение размеров ростверка.
14. Вызов из библиотеки программ подпрограммы расчета конструкции ростверка в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций.
15. Вычисление нагрузки, приходящейся на каждую сваю, по формуле (10.39).
16. Проверка условия (10.2):
если да, то переход к п. 17;
если нет, то увеличение количества свай в фундаменте и переход к п. 13.
17. Проверка условия, работают ли в данном фундаменте сваи по схеме свай-
стоек:
если да, то переход к п. 32; если нет, то переход к п. 18.
18. Определение осредненного угла внутреннего трения грунтов, прорезываемых сваей, по формуле (10.35).
19. Вычисление основных размеров условного фундамента АБВГ.
20. Проверка условия, является ли данный фундамент центрально сжатым:
если да, то переход к п. 21;
если нет, то переход к п. 26.
21. Вычисление реактивных напряжений под подошвой условного фундамента по формуле (10.38).
22. Определение расчетного сопротивления грунта основания под подошвой условного фундамента по формуле (4.10).
23. Проверка условия:
если условие выполняется, то переход к п. 24;
если нет, то увеличение количества свай и переход к п. 13.
24. Выбор метода расчета осадок по схеме линейно деформируемого полупространства или линейно деформируемого слоя в зависимости от грунтовых условий строительной площадки.
25. Вычисление осадки по выбранной расчетной схеме с помощью вызова в оперативную память соответствующей подпрограммы и переход к п. 29.
26. Вычисление краевых и средних реактивных напряжений под подошвой условного фундамента (рщ^р).
27. Определение расчетного сопротивления грунта основания по формуле (4.10).
28. Проверка условий /?тах 0;p^R:
если условия выполняются, то переход к п. 24;
если нет, то увеличение количества свай и переход к п. 13.
29. Вычисление крена свайного фундамента по формуле (6.22).
30. Проверка условия /„ с помощью обращения к массиву информации,
содержащему данные о предельных кренах /j,:
если да, то переход к п. 31;
если нет, то увеличение количества свай и переход к п. 13.
31. Проверка условий s ^su с помощью обращения к массиву информации,
содержащему данные о предельных осадках su:
если условие выполняется, то переход к п. 32;
если нет, то увеличение количества свай и переход к п. 13.
32. Печать результатов об основных размерах фундамента, типе выбранных свай и значениях деформаций.
33. Конец расчета.

Пример 10.1. Рассчитать ленточный свайный фундамент под наружную стену жилого дома с несущими стенами из крупных блоков. Здание имеет подвал на отметке 1,600 м и жесткую конструктивную схему. Отношение длины здания к высоте Ь/Я»4,35. В уровне спланированной отметки земли действует центрально приложенное усилие: от нормативной нагрузки интенсивностью АГоП«0,36 МН, от расчетной нагрузки #01=0,4 МН на 1 м длины. Грунтовые условия строительной площадки приведены на рис. 10.8, а.

Похожие статьи:
Основания под фундаменты зданий и сооружений

Навигация:
Главная → Все категории → Фундаменты

Статьи по теме:

Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум

stroy-spravka.ru

Расчет несущей способности сваи, пример, методы, определение прочности буронабивных свайных элементов и ТИСЭ своими руками, устойчивость опор по грунту, инструкция, фото и видео-уроки, цена






Расчет несущей способности сваи – это одна из важнейших задач, которая стоит перед специалистом, занимающимся проектированием фундамента свайного типа. С одной стороны, использование недостаточно прочных элементов приведет к понижению механических характеристик основания. С другой же стороны, необходимо принимать во внимание экономический аспект, ведь за каждую сваю, установленную «про запас», нужно платить.

В нашей статье мы приведем краткий обзор методов, по которым провидится расчет механических характеристик опорных конструкций, а также продемонстрируем несколько примеров вычислений.

Несущая способность  — один из важнейших параметров

Общие положения

  Реклама




 

Сопротивление материала и грунта

Большинством инженеров несущая способность свай определяется наименьшим значением из двух параметров:

  • С одной стороны – сопротивление материала, из которого изготовлен стержень вертикальной или наклонной опоры.
  • С другой стороны – сопротивление грунта, в который погружена вертикальная или наклонная опора.

Поскольку оба эти фактора воздействуют на конструкцию одновременно, то именно наименьшая величина является той критической точкой, которая определяет предел нагрузки на отдельный элемент фундамента. Проще говоря, не важно, что первым начнет деформироваться – опора или грунт, в любом случае целостность конструкции будет под угрозой.

Сопротивление, воздействующее на вертикальную опору

Если говорить об идеальном соотношении, то несущая способность сваи по материалу должна быть равна этому же параметру по грунту. Естественно, реализовать это на практике практически нереально, потому при проектировке фундаментов стараются, чтобы указанные значения были максимально близкими.

Обратите внимание! Чем сильнее отличаются несущая способность сваи по грунту и по материалу, тем не менее, проект свайного фундамента является эффективным с экономической точки зрения.

Применяемые методы

На сегодняшний день существует несколько методик, позволяющих подобрать оптимальное соотношение механических характеристик опор для того или иного грунта.

В зависимости от сложности объекта и поставленных перед проектировщиками задач, методы определения несущей способности свай могут использоваться как по отдельности, так и в комплексе:

  • Расчетное определение несущей способности свай осуществляется согласно требованиям СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты». Данный метод является наименее точным, однако именно он дает возможность осуществить предварительную оценку ситуации. Именно на этом методе определения будут основаны примеры, приведенные ниже.
  • Пробные статические нагрузки.  Суть методики заключается в испытании погруженной до условной отметки сваи под различными вертикальными нагрузками. Регистрируемые показатели осадки и деформации дают возможность оценить, насколько данная конструкция пригодна к использованию. Методика весьма эффективна, а главными ее недостатками являются длительность испытаний и высокая цена.

Фото в процессе  испытания

  • Динамическое испытание. Установленная свая подвергается нескольким ударам свайного молота, после чего регистрируется ее осадка. Данный метод является мене точным, чем предыдущий, но зато позволяет провести тестирование прямо на объекте.
  • Зондирование (статическое и динамическое). Методика заключается в регистрации нагрузок на основание и боковую поверхность с помощью установленных датчиков.

Как правило, при масштабных строительных работах определение несущей способности сваи выполняется с помощью нескольких дублирующих методов.  Мы же попробуем воспользоваться расчетными технологиями, и проанализируем, как можно вычислить механические характеристики свай разного типа.

Устройство для зондирования грунта

Технология расчета

Буронабивные сваи

В качестве одного из примеров возьмем буронабивную конструкцию.

Конструкция буронабивных свайных фундаментов представляет собой заглубленную в грунт систему, основу которой составляет обсадная труба, заполненная бетоном. Сваи данного типа применяются при повышенных эксплуатационных нагрузках, потому их диаметр может доходить до 1,5 м, а глубина – до 40 м.

Создание буронабивной конструкции

Расчет несущей способности буронабивной сваи чаще всего приходится осуществлять на основании данных так называемого статистического зондирования – обязательного испытания для грунтов, на которых планируется возведение фундамента свайного типа.

Пример расчета несущей способности сваи в одной из точек зондирования приводится ниже.

Для расчета используется формула:

Fdu= R*А + u*Σ γcf∙fi∙hi, где:

  • R – сопротивление грунтового основания под подошвой сваи (табличное значение, выражается в кПа).
  • А – площадь основания сваи.
  • u – периметр сечения основания вертикальной опоры.
  • fi – усредненное значение сопротивлениябоковой поверхности опоры.
  • hi – толщина слоя грунта.

Обратите внимание! При сухой бетонировке свай коэффициент γcf принимается равным единице.

Начинаем расчет:

  • R для глинистого грунта – 794 кПа.
  • А = π∙d2/4 = 3,14 * 0,8/4 = 0,5 м2.
  • u = π∙d = 3,14 * 0,8 = 2,5 м.
  • Σ γcf∙fi∙hi  = 222 (определяем с помощью табличных значений fi и hi).

Подставив полученные данные в формулу, получаем:

Fdu = 794 * 0,5 + 2,5 * 222 = 952 кН = 95,2 т.

Именно такую нагрузку может выдержать буронабивная свая в данных условиях.

Данные статистического зондирования

Также несущая способность буронабивной сваи влияет на количество элементов в кусте под конкретной деталью конструкции.

Формула расчета имеет следующий вид:

n = N∙γn *  γk/(Fd∙ γ0), где:

  • n – минимально необходимое количество вертикальных опор.
  • N – расчетная масса элемента, опирающегося на фундамент (в нашем случае 250 т).
  • γn – показатель надежности сооружения (для 2го уровня ответственности составляет около 1,15).
  • ·         γk – показатель надежности грунта (1,25)
  • γ0 – условия работы сваи (1,15).

В результате:

n = 250 * 1,15 * 1,25 / (95,2 * 1,15) = 3,28 шт.

Следовательно, каждый куст должен содержать не менее четырех свай заданного типа.

Обратите внимание! Данная инструкция содержит условные табличные значения. Если вы будете осуществлять вычисления своими руками, то вам следует ориентироваться на результаты статистического зондирования именно вашего участка.

Сваи ТИСЭ

Отдельную категорию опор для капитального строительства составляют так называемые сваи ТИСЭ. Они представляют собой вертикальные столбы, в нижней части которых находится расширенная площадка.

Система ТИСЭ: конструкция и размеры

Глубина расположения опор определяется уровнем промерзания грунта. Для обеспечения сохранения формы опорной конструкции используются буры с оголовками особой формы, а также специальные опалубки.

Несущая способность сваи ТИСЭ рассчитывается с учетом массы возводимого здания, а также характеристик грунта, в который заглубляется фундамент. Поскольку наиболее часто в подобных основаниях используются опоры диаметром 600 мм, то именно они и будут рассматриваться в таблице ниже:

Особенности грунтового основания (тип почвы)

Расчетное сопротивление основания, кг/м2

Несущая способность опоры ТИСЭ диаметром 600 мм, т.

Глина

6,0

17,00

Суглинок средний и тяжелый

3,0

8,40

Супесчаный грунт

3,0

8,40

Песчаный грунт с примесями пылеватой фракции

2,0

5,60

Среднепесчаный грунт

5,0

14,00

Крупнопесчаный грунт

6,0

17,00

Приведенная  таблица может использоваться при проектировании любых жилых зданий и сооружений. При этом следует помнить, что ключевым моментом является верное определение гранулометрического состава грунта (т.е. соотношения в нем глинистых и песчаных частиц), а также – вычисление сопротивления грунтового основания.

Силы, воздействующие на расширенное основание

Рассчитав несущую способность одной опоры ТИСЭ, мы сможем без труда вычислить минимальное количество таких опор, необходимых для обеспечения максимальной надежности возводимой конструкции заданной массы.

Программы для расчета

Естественно, столь сложные вычисления под силу далеко не каждому, да и разобраться во всех тонкостях документов может исключительно специалист. Именно для этого и существуют программы, которые позволяют оптимизировать процесс вычисления механических характеристик опорных элементов для фундамента.

Пример использования программы

Данные программы обладают вполне доступным для понимания интерфейсом, что существенно облегчает работу даже неопытному пользователю компьютера. Но следует, все же, отметить, что по сложности они многократно превосходят широко распространенные в сети онлайн-калькуляторы, и для получения максимально объективной информации теоретическая подготовка, однако, понадобится.

Но если выбирать между «высшей математикой» формул СНиП и программой, облегчающей работу – то последняя находится вне всякой конкуренции»

Вывод

Выполненный по всем правилам расчет несущей способности свай, представляет собой достаточно сложную процедуру. Браться за нее «с наскока» не стоит, так как для полного понимания всех механизмов, влияющих на характеристику опор, нужно обладать солидным багажом знаний.

И все же время, которое потребуется на изучение данного материала, ни в коем случае не будет потрачено зря, ведь от правильного расчета зависит не только экономическая эффективность стройки, но и безопасность вашего дома.

В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме (узнайте также как делают фундамент на буронабивных сваях с монолитным ростверком).


ofundamentah.com