Как правильно выполнить расчет свай по материалу

Основным способом строительства оснований сооружений на поверхностях со слабыми несущими свойствами являются свайные конструкции. Они обеспечивают необходимый уровень устойчивости построек, значительно снижая вероятность их разрушения и возможность возникновения подвижек.

Оборудование, производящее статическое вдавливание свай

Не все знают, как называется машина, которая статически вдавливает элементы свайного фундамента. Процесс силового погружения конструктивных элементов фундамента в грунт осуществляется специальным оборудованием:

  • сваевдавливающими машинами, известными также как гидравлические копры. Оборудование не нуждается во вспомогательных механизмах и функционирует самостоятельно. Поставляется на строительную площадку в разобранном виде и собирается из отдельных агрегатов. Конструкция позволяет выполнять поставленные задачи и перемещаться по свайному полю, имеющему наклон до 15%;
  • сваевдавливающими установками. Агрегат конструктивно отличается от сваевдавливающей машины, имеет невысокую стоимость. Он циклически перемещается на следующую позицию с помощью специального оборудования. Установка может монтироваться на самоходное шасси, что сокращает строительный цикл. Требует подготовки площадки и обеспечения горизонтальности.

Повышенную эффективность выполнения работ обеспечивает гидравлический копер, включающий следующие конструктивные элементы:

  1. Опорную раму, выполняющую функцию подвижного шасси.
  2. Грузоподъемное устройство, обеспечивающее перемещение колонн к рабочему органу.
  3. Зажимной узел, осуществляющий фиксацию с помощью гидравлических захватов.
  4. Силовой блок, производящий статическое погружение элементов фундамента.
  5. Грузовую раму, необходимую для размещения анкерных грузов.
  6. Гидравлическую станцию, создающую требуемое давление для выполнения работ.

Машина более оперативно устанавливает конструкции, а также имеет гидравлические цилиндры, которые отлично справляются с погружением свай в площадку

Агрегаты статического погружения имеют ряд преимуществ:

  • не создают при работе шума и вибрации в отличие от установки, которая забивает опоры ударным или вибрационным способом;
  • отличаются повышенной производительностью, которую не может развить машина для забивания свай;
  • не требуют специальной подготовки строительной площадки, необходимой для формирования свайного поля;
  • позволяют выполнять работы на подвижных почвах с близким расположением водоносных слоев, где проблематично использовать другие технологии;
  • позволяют создать надежный свайный фундамент, используя меньшее количество опорных элементов;
  • обеспечивают целостность силовых опор, которые могут разрушаться при погружении ударным путем или вибропогружателем;
  • гарантируют повышенную точность углубления, контролируемую компьютерной системой.

К основным недостаткам относятся:

  1. Увеличенные габариты оборудования, не позволяющие производить работы на малых стройплощадках.
  2. Необходимость использования техники, доставляющей сваевдавливающее оборудование к месту работы.
  3. Повышенная стоимость вдавливания по сравнению с ударным или вибрационным методом.

Виды испытаний, их нормирование и назначение

Сваи, прошедшие испытание, прочны и надежны

В строительстве при возведении фундаментов применяются опоры, отличающиеся как длиной, так и диаметром. Инженеры в проектах из расчета уровня максимально возможного нагружения определяют требуемые параметры свай. Они должны обеспечивать надежность возводимого сооружения.

Виды испытаний, их нормирование и назначение

Испытание свай призвано подтверждать точные пределы их прочности. Если они превышают расчетные показатели, то становится возможным уменьшение габаритов, и, как следствие, финансовых расходов.

Исследования проводятся по нескольким методикам:

  • теоретические математические выкладки по регламентированным правилам;
  • статические и динамические испытания.

Последний пункт называют иначе испытанием грунтов. Конкретный способ выбирается исходя из вида почв непосредственно на строительном объекте.

Виды испытаний, их нормирование и назначение

Все проверочные мероприятия подчиняются нормативным документам, представленным в таблице.

Читайте также:  Инструкция по устройству столбчатого фундамента
Вид документа Номер Название
ГОСТы 25358-2012 Грунты. Метод полевого определения температуры
5686-94 (2012) Грунты. Методики испытаний сваями
30672-99 Грунты. Полевые испытания. Общие положения
СНиПы Свайные фундаменты
Основания, земляные сооружения, фундаменты

Перед испытательными работами составляются: проект, планы строительного участка и геологического разреза, техническое задание.

Динамические испытания позволят смоделировать поведение свай при нагрузке

Динамические испытания имеют своей целью:

  • выяснение неоднородности геологических структур на рабочей площадке, определения их несущих возможностей;
  • оценивание реальной прочности испытуемых опор, ее сравнения с проектными требованиями;
  • получение достоверных несущих характеристик вбитых свай после времени их выстаивания.
Виды испытаний, их нормирование и назначение

Подвергание статическим воздействиям позволяет выбрать длину и диаметр опор.

После проведения теоретических расчетов и практических исследований выбирается оптимальный размер для свай. Испытание прочности буронабивных свай имеет огромное значение для постройки нефтяных и береговых платформ, фундаментов мостов. Данные статических исследований более точные, поэтому они часто применяются во время постройки больших, сложных объектов.

Расчет снеговой нагрузки

Снеговая нагрузка передается на фундамент через кровлю и стены, поэтому нагружены оказываются те же стороны фундамента, что и при расчете крыши. Вычисляется площадь снежного покрова, равная площади крыши. Полученное значение делят на площадь нагруженных сторон фундамента и умножают на удельную снеговую нагрузку, определенную по карте.

Таблица – расчет снеговой нагрузки на фундамент

  1. Длина ската для крыши с уклоном в 25 градусов равна (8/2)/cos25° = 4,4 м.
  2. Площадь крыши равна длине конька умноженной на длину ската (4,4·10)·2=88 м2.
  3. Снеговая нагрузка для Подмосковья по карте равна 126 кг/м2. Умножаем ее на площадь крыши и делим на площадь нагруженной части фундамента 88·126/8=1386 кг/м2.

Количество свай в ростверке

Количество свай п в ростверке при центральном сжатии можно определить по формуле

где Nd — расчетная нагрузка, приходящаяся на свайный фундамент с учетом веса ростверка; Pmin — минимальная расчетная нагрузка, которую способна выдерживать свая (по грунту или по материалу).

Для ленточных ростверков нагрузка на свайный фундамент Nd определяется на один погонный метр свайного фундамента и вместо количества свай обычно определяют требуемый шаг свай а:

где к — число рядов свай. При назначении шагов свай следует учитывать минимально допустимые расстояния между сваями, и если получается, что требуемый по расчету шаг свай меньше допустимого расстояния между ними, следует увеличивать количество рядов свай или изменять конструкцию свай.

Расчёт нагрузки на ленточный фундамент

Определение нагрузки на ленточное основание начинается с подсчёта массы самой ленты, для чего используется следующая формула:

Pфл= V × q.Расшифровка формулы: V – объём стен; q – плотность материала основания.

Необходимо произвести суммирование всех типов давления на фундамент, для чего можно воспользоваться следующей формулой: (Pд+Pфл+ Pсн+Pв)/ Sф.

Внимание! Важно, чтобы результат вычислений, выражающийся в удельной нагрузке, был меньше допустимых значений сопротивления почвы. Разница должна составлять порядка 25%, что необходимо для компенсации неточностей.

Получение точных сведений, возможно при учёте видов стен, надо определить, какие из них несущие и выполняют функцию удержания перекрытий, лестничных пролётов, стропил. Выявляются самонесущие стены, выполняющие функцию поддержания исключительно собственной массы.

Исходя из этих данных, определяют под какую сторону закладывать стены определённой ширины, с обязательной проверкой допустимых значений. Расчёты нагрузки в программе «APM Civil Engineering»

Расчет ленточного фундамента: определяем ширину подошвы

При расчете ленточного фундамента необходимо будет определить два его параметра:

  • глубина заложения + высота цоколя = высота;
  • ширина ленты;

Третий — длина — известен. Это сумма длин всех стен, под которыми будет закладываться фундамент.

Глубина заложения во многом определяется в зависимости от типа находящихся под подошвой грунтов. Общие рекомендации можно найти в таблице, а описание определения глубины заложения  читайте в статье «Какой глубины должен быть фундамент».

Таблица с рекомендуемой глубиной заложения фундамента в зависимости от типа грунта и уровня подземных вод (для увеличения размеров картинки щелкните по ней правой клавишей мыши)

Пусть мы примем, что глубина залегания фундамента для наших условий — ниже уровня промерзания грунта, высота цоколя — 20 см. Грунт промерзает в нашем регионе на 1,4 м. По рекомендациям фундамент должен находится на 15 см ниже уровня промерзания. Получаем общую высоту: 1,4 м + 0,2 м + 0,15 м = 1,75 м.

Теперь нужно рассчитать ширину ленточного фундамента. Она зависит от расстояния, на котором находятся стены и материала, из которого будем его строить. Рекомендованные значения  приведены в таблице.

Выбираете ширину фундамента в зависимости от материала и расстояния между стенами (для увеличения размеров картинки щелкните по ней правой клавишей мыши)

Расчет нагрузки на фундамент

Теперь нужно найти, с какой силой будет давить дом на фундамент. Для этого общую массу дома (масса всех элементов + полезная нагрузка + снеговая) делим на площадь фундамента.

Площадь ленточного фундамента находим умножив ее длину на выбранную в предыдущем пункте ширину. Потом общую нагрузку от дома делим на площадь фундамента в квадратных сантиметрах. Получаем удельную нагрузку на каждый квадратный сантиметр ленточного фундамента.

Пример. Пусть нагрузка от дома 408000 кг, площадь ленточного фундамента (длинна 4400 см, ширина 30 см)  — 132000 см2. Разделив эти значения, получаем: на каждый сантиметр давит 3,09 кг.

Теперь необходимо узнать, выдержат ли грунты под подошвой фундамента это значение. Любой грунт в состоянии выдержать какое-то давление. Эти значения просчитаны и занесены в таблицу. Находим тип грунта под подошвой фундамента (определяется геологическими исследованиями) и смотрим его удельную несущую способность.

Несущая способность грунтов — сравниваем найденную нагрузку от дома с нормативной для вашего грунта

Если несущая способность грунта больше чем нагрузка от дома, все выбрано правильно. Если нет, необходимо вносить корректировки.

Корректировка параметров

Если нагрузка, передаваемая через ленточный фундамент, для данных грунтов велика, выхода два: использовать при строительстве более легкие материалы или увеличить ширину ленты.

Изменение материала очень трудоемко: часто изменение одного материала тянет за собой цепочку изменений параметров целого ряда других. В результате расчет массы приходится переделывать. Потому чаще увеличивают толщину ленты в фундаменте. Этим увеличивается уменьшается удельная нагрузка.

Но слишком широкий ленточный фундамент (шире 60 см), особенно глубокого заложения,  невыгоден экономически: большой расход материала и трудозатараты. В этом случае необходимо сравнивать стоимость нескольких типов фундамента.

Ширину монолитно-ленточного фундамента подбирают исходя из рассчитанной нагрузки от дома и несущей способности грунтов

Не забудьте после изменения ширины ленты пересчитать ее массу и соответствующим образом откорректировать массу строения.

Корректировка расчетного количества свай

В процессе расчета числа свай определяется их минимально допустимое количество. Но иногда может потребоваться корректировка результата в сторону увеличения: максимальное расстояние между винтовыми опорами не должно превышать 3 м.

Оно лимитируется прочностью ростверка. Так что принятое количество свай может быть больше расчетного.

Корректировка расчетного количества свай

Как видите, расчет фундамента из винтовых свай для дома – дело не совсем простое. Если у вас нет склонности к такого рода работе – воспользуйтесь услугами инженеров: для них это дело привычное.

Специалист выполнит расчет гораздо быстрее, ведь у него есть опыт, да и вся необходимая литература всегда под рукой.

Расчет сваи

На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:

  • шаг свай;
  • длина сваи до края ростверка;
  • сечение.
Расчет сваи

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:

Расчет сваи
  • 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.

Расчет сваи

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).