Добавить в закладки
Текущий рейтинг статьи:
Статьи

Расчет несущей способности сваи. Сопротивление материала и грунта. Методы. Технология подсчета буронабивных изделий, ТИСЭ. Программы

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.

   X

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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).



Добавить в избранное Версия для печати
Поделитесь:
Рейтинг статьи:
Автор: Нестор
Опубликовано: 25.03.2014

Оставить комментарий

ОБЯЗАТЕЛЬНО приложите ФОТО проблемы - так ответ эксперта будет гораздо точней

Оставляя комментарий, Вы принимаете пользовательское соглашение

Ваше имя:
Ваш e-mail:




Top