Расчет сваи на выдергивание пример - AUGUST-DOM.RU

Расчет сваи на выдергивание пример

11.2.8. Сваи, работающие на выдергивание

Перемещению сваи вверх препятствует трение по ее бо­ковой поверхности и вес сваи.

Несущую способность сваи, работающей на выдергивание, определяют по формуле

£ + Y,Gp, (11.18)

где yt — коэффициент надежности по нагрузке, обычно принимаемый равным 0,9; др — вес сваи, кН; остальные обозначения даны в экспликации к фор­муле (11.4).

Коэффициент условий работы свай в грунте ус при их длине h

If//II II/

наблюдается выпор грунта. В связи с этим определить со­противление сваи при воздей­ствии горизонтальной нагруз­ки довольно сложно.

Поскольку сооружения, как правило, не допускают суще­ственных горизонтальных сме­щений, расчет чаще всего ве-

Рис. 11.16. Расчетные схемы при дей­ствии на сваю горизонтальной со­ставляющей и момента а — при свободном опирании ростверка на сваю; б—при заделке сваи в рост-» верке

дется по деформациям. При этом, если нет других ограничений, в качестве допустимого принимают смещение, равное 1 см. С целью увеличения жесткости системы ростверк — свая голову сваи прочно заделывают в ростверке. При этом горизонтальное смещение сваи уменьшается.

Расчет свай, воспринимающих горизонтальную силу и мо- мент, приводится в приложении 1 СНиП 2.02.03—85. Сопротив- ление свай горизонтальной нагрузке часто определяют экспери- ментальным путем. Для этого между двумя забитыми сваями устанавливают домкрат и прикладывают к сваям горизонталь­ную силу. С целью получения момента эту силу прикладывают на некоторой высоте над поверхностью грунта. Несущую спо­собность свай, работающих на горизонтальную нагрузку, опре­деляют по формуле (11.14).

11.3. Проектирование свайных фундаментов

П.3.1. Работа свай в кусте

Сваи трения передают усилия на грунты основания че­рез боковую поверхность и нижний конец. В зависимости от соотношения этих усилий эпюра вертикальных напряжений, возникающих в горизонтальной плоскости, проходящей через нижний конец сваи, будет иметь различное очертание. При блин женно такую объемную эпюру можно представить в форме ко­нуса, который проецируется на вертикальную плоскость в виде треугольника (рис. 11.17,д.). Под действием этой нагрузки в ос­новании ниже указанной плоскости будут развиваться дефор­мации грунтов.

При загрузке свайного куста конусообразные объемные эпюры пересекаются, и при некотором расстоянии а между

а)

г// in in /ft

‘ill HI III Ml »■ r /T7Z ‘// Ш У/I ill If/

Рис, 11.17, Эшоры давлений в плоскости, проходящей через нижние концы

Рис. 11.18. Схема развития зон деформаций под сваей

осями свай суммарная эпюра напря­жений в плоскости их нижних концов может быть представлена в разрезе в виде сложной фигуры (рис. 11.17,6), у которой максимальное напряжение существенно превышает напряжение, возникающее при загрузке одиночной сваи. Вследствие большей площади загружения в плоскости нижних кон­цов свай в кусте и большей интенсивности давления следует ожидать большую осадку свайного куста по сравнению с осад­кой одиночной сваи. В связи с этим максимальное сближение свай в кусте ограничивают, принимая расстояние между ося­ми а не менее 3d (здесь d — диаметр свай). Однако и при а = 3d наблюдаются значительно большие осадки, чем при за­грузке одиночной сваи.

По этой причине некоторые’специалисты считают, что несу­щая способность свай в кусте меньше, чем одиночных. Это, в принципе, неверно, так как несущая способность сваи зависит от прочности — устойчивости грунтов, окружающих сваю, а не от деформации уплотнения грунтов в основании.

Давление, передаваемое нижним концом одиночной сваи в начале загружения, будет вызывать только упругие деформа­ции грунта; по мере увеличения давления под сваей появится зона уплотнения, при некотором значении давления под сваей возникнет зона пластических деформаций, в которой грунт бу­дет находиться в предельном равновесии. Зона пластических деформаций станет передавать давление от сваи как вниз/ так и в стороны. В этом случае в основании одиночной сваи сле­дует различать три зоны (рис. 11.18): зону предельного равно­весия (пластических деформаций) /, зону уплотнения грунта 2, вону упругих деформаций 3.

При сравнительно частом размещении свай в кустах раз­витие зон пластических деформаций ограничивается из-за воз­никновения в грунте напряженного состояния от загрузки со­седних свай. По этой причине устойчивость грунтов под свай­ным кустом, как правило, существенно выше, чем под одиноч­ными сваями. Однако осадка свайного куста вследствие боль­шого объема грунта, подвергающегося уплотнению в его осно­вании, превышает осадку одиночных свай при той же нагрузке на каждую сваю. Учитывая повышение устойчивости грунтов под свайным кустом, некоторые исследователи считают воз­можным уменьшать число свай в кусте, размещая их на боль­шем расстоянии друг от друга,

Рис. 11.19. Линии равных вертикальных напряжений в основании свайного и обыч* ного фундаментов при раз­личной их ширине

а — под узким свайным фундач ментол!; б — то же, под широ*

При устройстве свайных кустов с низким свайным ростверк ком часто возникает желание учесть работу ростверка, пере- дающего часть давления на грунт межсвайного пространства по своей подошве. Такой учет возможен, когда под подошвой ростверка залегает относительно хороший грунт и в пределах длины свай нет слоев снльносжимаемых грунтов. Кроме того, необходимо помнить, что учет сжимаемости грунтов межсвай- ного пространства приводит к уменьшению значения трения свай о грунт, так как последний перемещается вместе са сваями вниз. При учете работы межсвайного пространства под ростверком свайные фундаменты проектируют по второй группе предельных состояний (по деформациям).

Для выяснения особенностей работы грунта основания свай- ного куста сопоставим ее с работой естественного основания под обычными фундаментами. На рис. 11.19 приведены линии равных вертикальных напряжений под узким (а) и широким (б) свайными фундаментами (правые части схем). В левых ча- стях схем показаны аналогичные линии при отсутствии свай и той же ширине фундамента. Применение свай при узких фун- даментах позволяет заглубить напряженную зону. В таком слу­чае даже при однородных грунтах осадки существенно умень- шаются благодаря исключению осадок разуплотнения и воз- можного расструктуривания при отрывке котлована, а также вследствие того, что однородные грунты на глубине обладают, как правило, меньшей сжимаемостью.

Рассмотрение рис. 11.19,6 приводит к заключению, что при широких фундаментах применение висячих свай не позволяет существенно заглубить напряженную зону. В то же время про резать всю толщу слабых грунтов часто затруднительно.

Изложенное свидетельствует, что во многих случаях целее- сообразно применять сваи большей длины. К окончательному суждению о рациональности того или иного решения приходят на основе технико-экономического сравнения вариантов.

11.3.2. Проектирование центрально нагруженных свайных фундаментов

При проектировании свайных фундаментов необходимо:

выбрать глубину заложения подошвы ростверка, тип, вид и размеры (длину и поперечное сечение) свай;

найти несущую способность сваи;

определить необходимое число свай в фундаменте;

разместить сваи в плане и сконструировать ростверк;

произвести проверку нагрузки, приходящейся на каждую сваю;

определить осадку свайного фундамента.

При проработке этих вопросов в вариантах стремятся найти наиболее экономичное и рациональное решение, что легко до­стигается с применением ЭВМ.

Глубину заложения подошвы ростверка выбирают, сообра­зуясь с особенностями сооружения (наличие подвальных эта­жей, приямков и т. п.), а при пучинистых грунтах — также с глубиной промерзания, как это изложено для фундаментов в п. 9.5. Иногда в районах глубокого сезонного промерзания рос­тверки закладывают в пределах глубины возможного промер­зания даже в пучинистых грунтах. В этом случае под ними де­лают воздушный зазор размером, несколько большим величины ожидаемого пучения грунта под ростверком. Тем самым ис­ключается воздействие нормальных сил морозного пучения грунта на подошву ростверка. Однако надо учитывать, что промерзание пучинистого грунта в межсвайном пространстве может привести к поднятию свай. По этой причине сваи долж­ны быть рассчитаны на воздействие касательных сил пучения и в случае необходимости загружены до промерзания.

Меньшая глубина заложения подошвы ростверка обычно обеспечивает более экономичное решение. В ряде случаев пред­ставляется возможным вообще не заглублять ростверк в грунт (высокий или повышенный свайный ростверк, рис. 11.3), что позволяет свести к минимуму объем земляных работ.

Тип и вид свай выбирают, исходя из характера напласто­вания грунтов, в зависимости от оборудования и опыта устрой­ства свайных фундаментов, имеющегося у строительной органи­зации. Во многих случаях наиболее рационально устройство забивных свай. Однако при необходимости применения свай большой несущей способности целесообразнее набивные сваи с уширенным нижним концом.

Размеры свай также выбирают с учетом характера напла­стования грунтов. Длина свай обусловливается расположением слоя относительно плотного грунта, на который можно пере­давать большую часть нагрузки. Под этим слоем не должно быть слабых грунтов, способных привести к неравномерным осадкам сооружения.

Поперечное сечение свай принимают в зависимости от их длины, так как очень большая гибкость свай может вызвать искривление их ствола по мере погружения его в грунт, В то же время сечение свай стремятся принимать наименьшим, когда их несущая способность обусловливается удельным трением грунта по боковой поверхности сваи. При одном и том же рас­ходе бетона сваи меньшего сечения имеют большую боковую поверхность на 1 м 3 бетона и, следовательно, большее относи­тельное сопротивление их сдвигу. Однако это ведет к увеличе­нию числа свай в фундаменте.

Читайте также  Оборудование для производства винтовых свай

Несущую способность сваи определяют в соответствии с ре­комендациями п. 11.2. Иногда приходится уточнять размеры сваи и повторно находят Fa.

Число свай в фундаменте устанавливают исходя из допуще­ния, что ростверк осуществляет равномерное распределение на­грузки на свайный куст или свайный ряд под стену. Расчет ве-дут по первой группе предельных состояний. Ориентировочное число свай в центрально нагруженном кусте определяют по формуле

где у* — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2 при статиче­ских испытаниях свай, 1,25 — при статическом зондировании, испытании эта­лонной сваи и динамическом испытании с учетом упругих деформаций и 1,4 —при определении Fd расчетом или динамическим методом без учета упругих деформаций; No — расчетная нагрузка, действующая по обрезу фун­дамента; а — шаг свай; d— глубина заложения подошвы ростверка; ут-— средний удельный вес материала ростверка, фундамента и грунта.

Зная число свай, их размещают в плане и конструируют ростверк. В центрально нагруженном свайном фундаменте сваи располагают рядами (рис. 11.20, а) или в шахматном порядке (рис. 11.20,6).

Как отмечалось ранее, минимальное расстояние а между осями цилиндрических и призматических свай принимают рав­ным 3d (d размер поперечного сечения сваи). Расстояние от края ростверка до оси крайнего ряда свай а* зависит от точ« ности погружения свай в грунт или от способа их изготовления.

п)

12.1.4. Проектирование и расчет свайных фундаментов на подрабатываемых территориях (ч.2)

Б. РАСЧЕТ СВАИ С ШАРНИРНОЙ И ЖЕСТКОЙ ЗАДЕЛКОЙ ГОЛОВ В ВЫСОКИЙ И НИЗКИЙ РОСТВЕРКИ НА ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И НАГРУЗКИ

Расчет рассматриваемых свай на горизонтальные перемещения и нагрузки осуществляется при следующих допущениях:

  • а) основание принимается упругим, характеризуемым горизонтальным (боковым) модулем деформации, который увеличивается по глубине с нулевой ординатой на поверхности грунта или под подошвой низкого ростверка;
  • б) рассчитываются сваи гибкие и средней жесткости, не изменяющейся по глубине;
  • в) свободная высота сваи Н может быть как произвольной длины, так и равной нулю (низкий ростверк);
  • г) в результате взаимодействия упругой оси сваи с упругой грунтовой средой под воздействием горизонтальных перемещений в заглубленной части сваи возникают два участка — верхний длиной b и нижний длиной с (рис. 12.5 и 12.6), в пределах которых боковое давление грунта на сваю имеет противоположные направления;

  • д) максимальная ордината эпюры бокового давления p1 , располагаемая посередине участка b , принимается пропорциональной величине обжатия грунта сваей в точке Е ;
  • е) за расчетную принимается длина сваи, равная Н + b + с ;
  • ж) глубина погружения сваи l в грунт должна удовлетворять неравенству

Для практических целей приводимую ниже методику допускается применять при l ≥ 0,9(b + с) .

Ординаты поперечных сил и изгибающих моментов для характерных сечений сваи при шарнирной или жесткой заделке голов в высокий или низкий ростверк под воздействием горизонтальных перемещений грунта, равных Δl , определяются по формулам:

здесъ θ — коэффициент обжатия грунта посередине участка b ; ω — коэффициент, принимаемый в зависимости от коэффициента n (отношения глубины погружения сваи к ее размеру поперечного сечения d в направлении перпендикулярном расчетному направлению действие перемещения или горизонтальной нагрузки):

n 10 20 30 40 50
ω 2,25 2,64 2,68 3,07 3,22

v — коэффициент Пуассона; Еh — модуль горизонтальной деформации грунта:

γc — коэффициент условий работы, учитывающий анизотропность грунта; принимается равным для пылевато-глинистых грунтов 0,5, а для песка 0,65 (значение коэффициента γс допускается уточнять в зависимости от способа погружения свай, явлений засасывания, длительного действия нагрузки и т.п.); E — модуль деформации грунта, определяемый на уровне середины участка b [для грунтов с модулем E d , для грунтов с Е > 15 МПа на глубине (4÷5) d от поверхности грунта для свайных фундаментов с высоким ростверком или от подошвы ростверка для фундаментов с низким ростверком];

здесь EI — жесткость сваи; β — коэффициент, определяемый по рис. 12.7 или 12.8.

Для построения эпюр поперечных сил и изгибающих моментов в свае по рис. 12.7 и 12.8 следует определить коэффициенты: для поперечной силы — ql ( qA = qD ; qс = 0 ; qG = = 0,5qB ), а по формуле (12.32) — положение сечения в заглубленной части сваи с нулевым значением поперечной силы и максимальным значением сваи изгибающего момента; для изгибающего момента — m1 ( mc = 0 ; mG = 0,2mB ; при шарнирном сопряжении mA = 0 ) и расстояние l до точки с максимальной ординатой изгибающего момента в свае:

где — коэффициент, определяемый по рис 12.7 или 12.8.

Длину участка с и максимальную ординату эпюры бокового давления грунта p2 , находящуюся посередине нижнего участка с , определяют по формулам:

где α — коэффициент, определяемый по рис. 12.7

Для определения только максимальных значений поперечной силы и изгибающего момента в свае достаточно выбрать по рис. 12.7 или 12.8 максимальные значения коэффициентов qi и mi , и по формулам (12.27) и (12.28) вычислить Qmax и Мmax .

По рис. 12.7 и 12.8 можно построить прогиб упругой оси сваи.

Максимальный прогиб в уровне головы сваи определяют по формуле

где х — коэффициент, определяемый по рис. 12.7 или 12.8,

а в характерных точках D, Е и G — по формуле

Для характеристики шарнирного сопряжения сваи с ростверком кривые х и θG на рис. 12.7 увеличены соответственно в 5 и 10 раз.

Усилия в сваях, располагаемых в свайном поле и имеющих различные перемещения Δl , целесообразно определять через усилия Q1 и M1 , получаемые при единичном перемещении Δl1 = 1 см, а затем вычислять искомые Q и м при заданных перемещениях Δl по формулам:

где |Δl| — безразмерная величина заданного перемещения сваи.

Если по заданным горизонтальным нагрузкам, например от наклона земной поверхности и ветровой нагрузки (опорным реакциям свай T = QA ), требуется определить максимальные усилия в свае или построить эпюры давления грунта, Q, M и прогиба сваи, расчеты следует вести по значению опорной реакции QA1 , полученной при единичном перемещении l1 = 1 см. В этом случае искомые параметры находят по формулам:

где Mi1 и Qi1 — усилия в i -x сечениях при единичном перемещении.

В свайных фундаментах с высоким ростверком, когда коэффициент qB > 0,5, максимальное значение поперечной силы следует определять для заглубленной части сваи (точка В на рис. 12.5 и 12.6) по формуле

где qA — коэффициент для сечения А на уровне головы сваи.

Дополнительный изгибающий момент от внецентренного действия вертикальной нагрузки на изогнутую ось сваи (см. рис. 12.5 и 12.6) приближенно вычисляют по следующим зависимостям:

для свай с шарнирным сопряжением с ростверком (в заглубленной части сваи)

для свай с жесткой заделкой голов в ростверк (на уровне заделки)

где N — нормативная вертикальная нагрузка на сваю.

Приведенные (расчетные) максимальные усилия в свае от воздействия горизонтальных перемещений, наклона и ветровой нагрузки, а также от внецентренного действия вертикальной нагрузки находят по выражениям:

где Qh , Мh — максимальные значения поперечной силы и изгибающего момента в свае от воздействия горизонтальных перемещений грунта; Qb , Мb — то же, от наклона земной поверхности и ветровой нагрузки; 0,8 и 0,7 — коэффициенты, учитывающие сочетания нагрузок.

При расчете ростверка следует учитывать дополнительные нагрузки, возникающие в заделке свай (точка А на рис. 12,5 и 12.6); эти нагрузки определяются по формулам (12.42) и (12.43). Кроме того, необходимо учитывать усилия от свай, расположенных как под продольными стенами, так и под поперечными.

Пример 12.4. Рассчитать усилия в сваях сечением 30×30 см, погруженных в грунт на глубину l = 7 м, от перемещения грунта l = 2 см для четырех вариантов: с шарнирной и жесткой заделкой голов в ростверк; при низком ростверке ( H = 0) и высоком ( H = 2 м). Жесткость свай EI = 7,8 МПа·м 4 . Грунт — суглинок с модулем деформации E = 13,7 МПа и v = 0,35. В соответствии с формулой (12.30) принимаем Eh = 0,5 · 13,7 = 6,85 МПа.

Показатель Значения показателей
при шарнирном сопряжении при жесткой заделке
H = 0 H = 2 м H = 0 H = 2 м
0,39 0,35
β 50 26,5 138 59
α 0,62 0,76 0,45 0,59
θE 0,28 0,12 0,39 0,19
θD 1 0,4 1 0,64
qA 0,62 0,43 0,79 0,66
qB –0,38 –0,57 –0,21 –0,34
mА –0,5 –0,85
x 0,43 0,56 0,28 0,39
l , м 1,94 1,28 3,18 2,17
b , м 3,41 2,91 4,4 3,56
b + с , м 5,52 5,12 6,38 5,66
p1 , кH/м 16,2 6,9 22,4 11
QA , кН 22,8 5,8 52 17,2
Qb , кН 14 7,6 13,8 9
МA , кН·м –72,2 –39,2

Решение. Для свайных фундаментов с низким ростверком при = H/l = 0 по рис. 12.7 и 12.8 соответственно для шарнирного сопряжения и жесткой заделки свай определяем коэффициенты β, α и др. (табл. 12.5).

Для свайных фундаментов с высоким ростверком при α = 2/7 = > 0,286 по рис. 12.8 и 12.9 для шарнирного сопряжения предварительно находим коэффициенты β = 28,5 и α = 0,73 и вычисляем по формуле (12.31) при ω = 2,38 и μ = 0,35 значения b = 2,99 м; с = αb = 2,18 м и b + c = 5,17 м; для жесткой заделки — соответственно β = 0,66 и α = 0,57; b = 3,66 м; с = 2,08 м; b + c = 5,74 м.

Определяем уточненные коэффициенты

и по ним на рис. 12.8 и 12.9 находим искомые значения коэффициентов β, α и др. Уточненные значения коэффициентов для шарнирного сопряжения = 2/5,17 = 0,39 и для жесткой заделки = 2/5,74 = 0,35; найденные по рис. 12.7 и 12.8 значения коэффициентов β, α и др., вычисленные длины b, b+c и l , давления p1 и усилия сводим в соответствующие графы табл. 12.5.

Читайте также  Классификация свай по материалу

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Указания по расчету свайных фундаментов

Основные указании

Расчет свайных фундаментов и их оснований должен быть выполнен по предельным состояниям:
а) первой группы:
— 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.;
б) второй группы
— по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных на-грузок;
— по перемещениям свай (горизонтальным up , углам поворота головы свай ψp) 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 сван 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;
ag — коэффициент деформации. 1/м.

Если для буровых свай и свай — оболочек, заглубленных сквозь толщу нескального грунта и заделанных в скальный грунт, отношение 2/ag , 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 ld , в зависимости от диаметра свай d следует принимать равной:

при Е ≤ 2 МПа ld = 25d
при Е = 2 — 5 МПа ld = 15d.

В случае если ld превышает толщину слоя сильносжимаемого грунта расчетную длину следует принимать равной 2hg.
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 ϒb3 — коэффициент условий работы бетона, принимаемый ϒb3= 0,85 для свай, изготавливаемых на месте строительства;
ϒcb — коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ;
Rb — расчетное сопротивление бетона сжатию;
Ab — площадь сечения сваи нетто,
Rgc — расчетное сопротивление арматуры сжатию;
Ag — площадь сечения арматуры.
Пример 1.

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.
Решение:
Площадь сечения сваи нетто:
Ab = πd 2 /4 = 3,14 * 0,22 2 /4 = 0,0314 м 2 .
Площадь сечения 4d12 A400: Ag = 452 мм 2 = 452 * 10 -6 м 2 .
Расчетное сопротивление бетона сжатию: Rb = 11,5 МПа.
Расчетное сопротивление арматуры А400 сжатию:
Rgc = 355 МПа.
Коэффициент условии работы бетона: ϒb3 = 0,85.
Коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ: ϒcb = 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);
Fd — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи.
γk — 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:

где Nd — расчетная сжимающая сила, кН;
Mx , My расчетные изгибающие моменты, кНм, относительно главных центральных осей x и y плана свай в плоскости подошвы ростверка;

n — число свай в фундаменте.
xi, yi — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

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.

Пример 2.

Определение нагрузок на сваи во внецентренно-нагруженном фундаменте

Необходимо определить нагрузки, приходящиеся на сваи (см. рис.2). Количество свай в фундаменте n = 6. Нагрузки, действующие на фундамент:

Пример расчета забивной сваи

Тип грунта: Супеси, качество (или показатель текучести ): JL= 0.4, H грунта=2.000м, H сваи=2.000 м
Грунт талый — таблицы 1,2 ( СНиП 2.02.03-85 )

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ:

Таблица 2 для талых грунтов ( СНиП 2.02.03-85 ) :
F_i = 0.180 кгс/см2 ( Супеси/JL= 0.4/средняя глубина=1.500) (12)
F_up = ( Y_c * Y_cf * F_i * C_t * H_i) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 0.180 * 133.83 * 200.000) * 0.001 / 1.4 = 3.441
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 3.441 т
=============================================================


=============================================================
СЛОЙ 4

Тип грунта: Суглинки, качество (или показатель текучести ): JL= 0.3, H грунта=2.500м, H сваи=2.500 м
Грунт талый — таблицы 1,2 ( СНиП 2.02.03-85 )

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ:

Мощность слоя больше 2.0 м — требуется расчленение на 2 однородн. пласт. мощностью 1.250 м

Таблица 2 для талых грунтов ( СНиП 2.02.03-85 ) :
F_i = 0.354 кгс/см2 ( Суглинки/JL= 0.3/средняя глубина=3.125) (12)
F_up = ( Y_c * Y_cf * F_i * C_t * H_i) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 0.354 * 133.83 * 125.000) * 0.001 / 1.4 = 4.228
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 4.228 т

Таблица 2 для талых грунтов ( СНиП 2.02.03-85 ) :
F_i = 0.388 кгс/см2 ( Суглинки/JL= 0.3/средняя глубина=4.375) (12)
F_up = ( Y_c * Y_cf * F_i * C_t * H_i) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 0.388 * 133.83 * 125.000) * 0.001 / 1.4 = 4.630
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 4.630 т

СУММАРНАЯ НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ В СЛОЕ 4 = 8.858 т

Тип грунта: Глины, качество (или показатель текучести ): JL= 0.2, H грунта=1.500м, H сваи=1.500 м
Грунт талый — таблицы 1,2 ( СНиП 2.02.03-85 )

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ:

Таблица 2 для талых грунтов ( СНиП 2.02.03-85 ) :
F_i = 0.575 кгс/см2 ( Глины/JL= 0.2/средняя глубина=5.750) (12)
F_up = ( Y_c * Y_cf * F_i * C_t * H_i) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 0.575 * 133.83 * 150.000) * 0.001 / 1.4 = 8.245
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 8.245 т
=============================================================

Тип грунта: Пески, качество (или показатель текучести ): средние, H грунта=1.500м, H сваи=1.500 м
Грунт талый — таблицы 1,2 ( СНиП 2.02.03-85 )

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПО БОКОВОЙ ПОВЕРХНОСТИ:

Таблица 2 для талых грунтов ( СНиП 2.02.03-85 ) :
F_i = 0.605 кгс/см2 ( Пески/средние/средняя глубина=7.250) (12)
F_up = ( Y_c * Y_cf * F_i * C_t * H_i) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 0.605 * 133.83 * 150.000) * 0.001 / 1.4 = 8.675
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 8.675 т

Читайте также  Как правильно сделать обвязку винтовых свай брусом

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОД ОСНОВАНИЕМ:

Таблица 1 для талых грунтов (СНиП 2.02.03-85) :
R = 38.000 кгс/см2 (Пески/средние/глуб.=8.000) (11)

F_up = (Y_c * Y_cr * R * A_t ) * 0.001 / 1.4
(1.00 * 1.00 * 38.000 * 1425.31) * 0.001 / 1.4 = 38.687
Несущая способность под основанием сваи = 38.687 т

Несущая способность сваи на вертикальную нагрузку F_up = 67.91 т
Несущая способность по боковой поверхности сваи = 29.22 т
Несущая способность сваи на выдергивающую нагрузку = 23.38 т

Несущая способность по боковой поверхности по слоям грунта:
Слой_1 = 0.00 т
Слой_2 = 0.00 т
Слой_3 = 3.44 т
Слой_4 = 8.86 т
Слой_5 = 8.24 т
Слой_6 = 8.68 т

——— Расчетная сила морозного пучения ——————

Удельная сила морозного пучения T_fh =1.10
N = T_fh * H_sts * C_t * 0.7 * 100 * 0.001 = 1.10 * 2 * 133.83 * 0.7 * 100 * 0.001 = 20.61 т

Глубина СТС = 2 м Тип грунта:
Пылевато-глинистые при показателе текучести Il > 0.5,
пески мелкие и пылеватые при степени влажности Sr >0.95

Расчет количества винтовых свай — особенности метода

Винтовой фундамент — надежное и недорогое основание, широко востребованное в малоэтажном строительстве. На таком фундаменте можно возводить дома высотой в 1-2 этажа из дерева, пенобетона либо каркасных панелей. Он обладает повышенной устойчивостью в низкоплотных и пучинистых грунтах, в которых финансового не выгодно обустраивать стандартные ленточные фундаменты.

Дом на винтовых сваях

В данной статье представлены особенности расчета винтовых оснований. Мы рассмотрим расчет осадки свайного фундамента, грузонесущей способности опор, их количества и приведем пример составления схемы свайного поля.

Конструктивные особенности свайного фундамента

Винтовой фундамент состоит из двух конструктивных элементов — свайных опор и их обвязки (ростверка). Опоры передают нагрузку, исходящую от здания, на грунт, минуя поверхностные низкоплотные пласты земли и перенося вес дома на глубинную, уплотненную почву.

В зависимости от схемы размещения свай, выделяют два типа винтовых фундаментов:

  • с последовательным расположением опор — сваи размещаются на равноудаленном расстоянии друг от друга по периметру внешних и внутренних стен дома;
  • с расположением в виде свайного поля — опоры равномерно распределены по всей площади здания.

Исходя из схемы расположения свай выбирается способ их обвязки. Для последовательных свай применяются ленточные ростверки, тогда как сваное поле обвязывается сплошным, плитным ростверком.

Ростверк винтового фундамента выполняет три функции:

  • равномерно распределяет между опорами вес дома;
  • выступает в качестве опорной поверхности для цокольного перекрытия;
  • увеличивает устойчивость свай в грунте.

Устойчивость опор достигается за счет того, что сваи соединяются между собой и начинают работать как единая конструкция, что дает повышенное сопротивление к опрокидывающим нагрузкам и защищает опору от крена, который может произойти с одиночной сваей.

В зависимости от материала, ростверк на сваях может быть монолитным (железобетон) из бруса либо швеллера. Для строительстве тяжелых домов предпочтительна железобетонная обвязка винтового фундамента, для легких домов — брусовая.

Типы используемых свай

Используемые в фундаментном строительстве винтовые сваи отличаются типом лопастей и диаметром:

  • сваи ∅ 57 мм — применяются для возведения легких заборов и навесов;
  • сваи ∅ 57 мм — пригодны для возведения легких вспомогательных помещений (сараев, беседок) и тяжелых заборов;
  • сваи ∅ 89 мм — используются для каркасных домов, гаражей и одноэтажных построек из легких материалов;
  • сваи ∅ 108 мм — имеют высокую несущую способность по материалу (до 6 тонн), позволяют строить дома высотой 1-2 этажа из бруса, сруба, пенобетона.

В малоэтажном строительстве применяются широколопастные сваи, соотношение диаметра ствола и лопастей в которых превышает 1,5.

Расчет винтового фундамента своими руками

Расчет винтового фундамента сводится к определению типоразмера, количества свай и составления схемы их размещения в фундаменте. Чтобы рассчитать данные параметры своими руками нужно определить нагрузки на фундамент и грузонесущие характеристики одиночной сваи, на которые влияет сопротивление грунта и опорная площадь конструкции.

Определение нагрузок на фундамент

Первоначально необходимо рассчитать совокупные нагрузки на фундамент, состоящие из массы здания, давления снегового покрова и эксплуатационных нагрузок.

Расчет массы дома ведется посредством умножения площади его конструктивных элементов на вес материалов, из которых они изготовлены.

Приводим пример удельного веса разных частей здания (кг/м2):

  1. Кровля: листовая сталь (20-30), асбоцементный шифер (40-50), гончарная черепица (60-80).
  2. Перекрытия: чердачное из деревянных балок с утеплителем плотностью 200 кг/кубометр (70-100) либо 500 кг/м3 (160-200), цокольное из деревянных балок с теплоизоляцией плотностью 200 кг/м3 (120-150) либо 500 кг/м3 (250-300).
  3. Стены: каркасные с теплоизоляцией толщиной 150 мм. (30-50), из бревна или бруса (80-100).

Далее нужно рассчитать и добавить к массе здания давление от снеговых нагрузок — удельный вес снегового покрова в вашем регионе на м 2 (информация приведена в СНиП №23-01-99) умножается на площадь кровли дома.

Аналогично добавляем эксплуатационные нагрузки (мебель, оборудование, облицовка стен), определив их умножив площадь перекрытий дома на 210 кг (для цокольного и междуэтажного) и 100 кг (для перекрытия чердака).

Полученные нагрузки суммируем, умножаем на 1.2 (коэфф. надежности) и получаем совокупные нагрузки на винтовой фундамент дома.

Расчет несущей способности свай

Расчет несущей способности сваи всегда выполняется по грунту, тут необходимо знать тип и сопротивление почвы на вашем участке, данные о которых можно получить проведя геодезические изыскания (стоимость услуги 20-30 тыс. рублей).

Имея все исходные данные, расчет сваи можно выполнить по нижеприведенной формуле.

Формула расчета несущей способности винтовой сваи

На практике выполнить такой расчет сваи под силу лишь профессиональным проектировщикам, поэтому мы предлагаем вам воспользоваться таблицей усредненной несущей способности стандартной для малоэтажного строительства винтовой сваи 89 мм. в разных типах почвы:

Несущая способность винтовой сваи 87 мм

Чтобы определить пластичность почвы вам нужно сделать посредством ручного бура по периметру участка несколько пробных скважин на глубину 2-3 метров, оставить их на ночь и на следующее утро визуально оценить уровень грунтовых вод . Если поверхностные почвы сухие — грунт полутвердый либо тугопластичный, если УГВ высокий и почва влажная — грунт мягкопластичный.

Определение длины и количества опор в фундаменте

Расчет количества винтовых свай своими руками выполняется посредством деления совокупных нагрузок от дома на грузонесущую способность одной опоры, которые мы определили на предыдущих стадиях проектирования.

В качестве примера приводим последовательность расчета свай под дом из бруса площадью 7*8 м и высотой 3.5 м, возводимого на мягкопластичном суглинке, сопротивление которого составляет 3.5 кг/см 2 .

  1. Высчитываем площадь и вес кровли из шифера (50 кг/м 2 ): 7*8 = 48 м2; 48*50 = 2.4 т.
  2. Вес стен (брус — 100 кг/м 2 ), с учетом внутренних: (7+7+8+8+7+4)*3.5 = 143.5 м 2 ; 143.5*100 = 14.35 т.
  3. Чердачное перекрытие (70 кг/м 2 ) — 70*48 = 3,36 т, цокольное (100 кг/м 2 ) — 48*100 = 4.8 т.
  4. Снеговая нагрузка на кровлю (110 кг/м2): 48*110 = 5.28 т.
  5. Эксплуатационная нагрузка: чердачное перекрытие — 48*100 = 4.8 т, цокольное — 48*215 = 10,32 т.
  6. Суммируем и умножаем на коэфф. надежности: (2.4+14.35+3.36+4.8+5.28+4.8+10.32)*1.2 = 55 тонн.
  7. Учитывая несущую способность сваи в 4.2 тонны определяем количество опор: 55/4,2 = 13 винтовых свай.

После того как расчет сваи выполнен и их количество определено, осталось подобрать длину опор. Сваи должны углубляться нижним концом в пласт грунта, находящийся на 20-30 см ниже границы промерзания в вашем регионе. Таким образом сваи будут защищены от выдергивания под воздействием выталкивающих нагрузок пучинистой почвы.

Глубина промерзания грунта по регионам приведена в СНиП №23.01.99 «Климатология строительства».

При возведении дома в условиях низкоплотных поверхностных слоев грунта — илистой почвы, торфяников и плывунов, нужно использовать более длинные сваи (от 3 до 5 метров), которые вскрывают пласт неустойчивого грунта и опираются нижним концом на твердую, несжимаемую почву.

Также вы можете прочесть, где выгоднее купить винтовые сваи и сопутствующие товары в Новосибирске и Твери.

Определить конкретную длину тут поможет пробное завинчивание — если по мере углубления свая встретила сопротивление твердой почвы, делающее ее дальнейшее вкручивание невозможным, значит опора достигла несущего пласта грунта.

Размещение винтовых опор в фундаменте (видео)

Составление схемы свайного поля

Расчет свайного поля заключается в распределении проектного количества опор по периметру здания. Первоначально нужно установить по опоре в углах дома и в местах пересечения его внутренних и внешних стен — это обязательное условие. Далее оставшееся количество опор с одинаковым шагом разносится по контурам здания.

Типовая схема свайного поля

Нормативное расстояние между сваями зависит от типа дома:

  • строения из бруса, бревна либо каркасных панелей — 3 м;
  • здания из газобетона, пенобетона и шлакоблока — 2м;
  • дома из кирпича — 2 м.

Для соблюдения проектного расстояния между опорами можно добавить несколько свай сверх полученного в расчете числа — запас надежности никогда не помешает.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: