Расчет свайного фундамента СП, допустимая осадка сваи

Расчет комбинированного свайно-плитного фундамента

7.4.10 Комбинированный свайно-плитный (КСП) фундамент, сочетающий сопротивление свай и плиты, должен применяться для уменьшения общей и неравномерной осадки сооружений. Допустимы проектные решения как с переменным в плане шагом свай, так и с постоянным шагом.

7.4.11 Большеразмерные свайные кусты и поля свай в случае, если их основание сложено песком средней плотности и плотными, а также глинистыми грунтами с показателем текучести ниже 7.4.12 Расчет комбинированного свайно-плитного фундамента должен включать:

определение усилий в элементах конструктивной системы (в рядовых и крайних сваях, а также в плите ростверка);

7.4.13 Выбор длины свай и их шаг в составе КСП производится на основании расчета по деформациям с обеспечением допустимой величины осадок, кренов и относительной разности осадок возводимого сооружения в соответствии с СП 22.13330.

7.4.14 Величина сжимаемой толщи Н при определении осадки комбинированного свайно-плитного (КСП) фундамента должна определяться как для условного фундамента в соответствии с рекомендациями 7.4.7.

7.4.15. Расчет свайно-плитного фундамента может осуществляться как плиты на упругом основании с использованием переменного в плане коэффициента упругого отпора грунта. При этом средняя величина упругого отпора грунта может быть назначена как непосредственно из пространственного нелинейного расчета, так и путем решения осесимметричной задачи для ячейки, включающей сваю и окружающий ее массив грунта (рисунок 2). При назначении величины коэффициента упругого отпора в краевых зонах и других местах концентрации напряжений следует учитывать пространственную работу фундаментов. Плановое распределение жесткостных характеристик в этом случае определяется на основании численного моделирования с использованием геотехнических программ или иных решений.

7.4.16 При проведении предварительных расчетов осадки свайно-плитного фундамента следует учитывать, что ее величина не может превысить осадки плитного фундамента, определенной в соответствии с методикой СП 22.13330, и оказаться менее осадки свайного фундамента, полученной по схеме условного фундамента.

7.5 Особенности проектирования большеразмерных кустов и полей свай и плит ростверка

7.5.1 Расчет конструктивной системы “свайное основание – изгибаемая плита – верхнее строение” в общем случае следует производить в пространственной постановке с учетом совместной работы надземных и подземных конструкций зданий, свайных фундаментов и их основания. Определение внутренних усилий в сваях и плите ростверка следует выполнять численными методами на ЭВМ с использованием апробированных программ, описывающих такое взаимодействие.

7.5.2 При расчете большеразмерных свайных фундаментов деформационные характеристики материала свай, ростверка и надфундаментных конструкций допускается считать упругими, ограничивая расчетные усилия пределами линейной пропорциональности. Механическое поведение грунта должно преимущественно описываться нелинейными моделями.

7.5.3 Механическая работа грунта при определении внутренних усилий в сваях в составе большеразмерных свайных фундаментов преимущественно должна описываться моделями, использующими характеристики грунта, определение которых регламентировано действующими ГОСТ. С целью выявления особенностей механической работы фундаментов и надземных конструкций в отдельных случаях могут применяться более сложные упругопластические модели, учитывающие упрочнение и разупрочнение грунтов, дилатансию и др. (многопараметрические упругопластические модели). Возможность выбора такой модели должна определяться полнотой инженерно-геологических изысканий и уровнем ответственности проектируемых сооружений. При проведении расчетов по многопараметрическим упругопластическим моделям в составе проекта необходимо проводить сопоставление результатов расчета по различным моделям и учитывать возможное увеличение внутренних усилий для всех конструктивных элементов.

7.5.4 При построении расчетной модели основания должны быть назначены необходимые габариты расчетной области и конфигурация конечно-элементной или конечно-разностной разбивки. Размеры области основания, примыкающей к свайному фундаменту и учитываемой при расчете свайного основания, должны обеспечивать отсутствие существенного влияния граничных условий на результаты расчетов.

7.5.5 При проведении расчетов фундаментов следует учитывать влияние устройства котлована, его ограждающих конструкций, последовательности возведения блоков, частей и очередей сооружения, неоднородности в геологическом строении.

7.5.6 Расчетная модель большеразмерных кустов и полей свай должна строиться таким образом, чтобы содержать погрешность в сторону запаса надежности проектируемых фундаментных и надземных конструкций. Если заранее такая погрешность не может быть определена, необходимо проведение уточняющих расчетов и определение наиболее неблагоприятных воздействий на конструкции. Также следует учитывать возможные неопределенности, связанные с назначением расчетной модели и выбором деформационных и прочностных показателей грунтов основания. Для этого при проведении компьютерных расчетов большеразмерных групп свай и свайно-плитных фундаментов рекомендуется проводить сопоставление отдельных результатов расчета элементов расчетной схемы с аналитическими решениями, выполнять сопоставительные или альтернативные расчеты по различным геотехническим программам.

7.5.7 При расчетах, использующих для каждого i-го слоя грунта только стандартные деформационные параметры грунтов ( – модуль деформации i-го слоя грунта по ветви первичного нагружения, – модуль деформации i-го слоя грунта по ветви вторичного нагружения и – коэффициент Пуассона i-го слоя грунта), допускается глубину расчетной области назначать так же как и при расчетах осадок по схеме условного фундамента подраздела 7.4. При проведении расчетов по многопараметрическим моделям глубина сжимаемой толщи должна определяться на основании проведенных расчетов.

7.5.8 По результатам расчетов должна быть выявлена качественная и количественная картина группового и краевого эффектов в свайном основании, т.е. особенности работы свай, находящихся на разных участках свайного поля. Необходимо учитывать увеличение податливости свай, работающих в составе свайной группы (поля, куста) по сравнению с работой одиночных свай, а также переменность сопротивления свай и грунта в зависимости от их местоположения (краевого: углового, торцевого и пр.; внутреннего: центрального, промежуточного и пр.; в разреженной или сгущенной части и пр.) в группе.

7.5.9 При расчете надземных и фундаментных конструкций зданий допускается свайное основание описывать с помощью линейных и нелинейных контактных элементов податливости. Характеризующие эти элементы зависимости “нагрузка – осадка” для голов свай и межсвайной подошвы плиты-ростверка рекомендуется определять путем пространственного расчета свайного основания по деформациям в диапазоне нагрузок, характеризующем возможные перепады расчетных реакций в головах свай и межсвайного грунта. Допускается описывать работу нелинейных контактных элементов податливости путем нескольких итераций с изменением (пересчетом) жесткостей линейных контактных элементов.

7.5.10 Для определения жесткостных характеристик основания допускается заменять пространственный расчет свайного основания в целом расчетом его характерных фрагментов. При проведении таких расчетов допустимо изгибаемый ростверк принимать абсолютно жестким.

7.5.11 Концентрацию сдвиговых деформаций и пластическое течение грунта по границе “свая – грунт” следует описывать путем использования специальных “интерфейсных” (контактных) элементов или надлежащего сгущения конечно-элементной (конечно-разностной) разбивки.

7.5.12 Для сооружений I уровня ответственности (ГОСТ 27751) расчет ростверков большеразмерных свайных фундаментов должен осуществляться только в нелинейной постановке. Для сооружений II и III уровней ответственности допускается выполнять расчет изгибаемого ростверка с использованием модели упругого основания, характеризуемого переменными в плане коэффициентами жесткости. Эти коэффициенты назначаются по результатам расчета свайного фундамента по деформациям согласно подразделу 7.4. При этом при проектировании конструкции плитного ростверка следует выбирать наиболее неблагоприятные случаи возможного распределения сопротивлений свай в плане. Выбор толщины ростверка определяется расчетом на продавливание.

7.5.13 Армирование плиты ростверка выполняется арматурными сетками или отдельными стержнями в соответствии с СП 63.13330. При этом необходимая величина рабочего армирования ростверка определяется по действующим в его сечениях усилиям, определенным согласно требованиям настоящего раздела.

Расчет свайного фундамента СП, допустимая осадка сваи

Сведения о своде правил

1 ИСПОЛНИТЕЛИ – Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им.Н.М.Герсеванова – институт АО “НИЦ “Строительство” (НИИОСП им.Н.М.Герсеванова)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации (ТК 465) “Строительство”

3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики

5 ЗАРЕГИСТРИРОВАН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт). Пересмотр СП 24.13330.2010

Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе “Национальные стандарты”, а текст изменений и поправок – в ежемесячно издаваемых информационных указателях “Национальные стандарты”. В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе “Национальные стандарты”. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет

ВНЕСЕНЫ правки на основании информации об опечатках, опубликованной в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 6, 2011 г.

Правки внесены изготовителем базы данных

Изменения N 1, 2, 3 внесены изготовителем базы данных по тексту М.: Стандартинформ, 2017 год; М.: Стандартинформ, 2019

Введение

Настоящий свод правил устанавливает требования к проектированию фундаментов из разных типов свай в различных инженерно-геологических условиях и при любых видах строительства.

Разработан НИИОСП им.Н.М.Герсеванова – институтом ОАО “НИЦ “Строительство”: д-ра техн. наук Б.В.Бахолдин, В.П.Петрухин и канд. техн. наук И.В.Колыбин – руководители темы; д-ра техн. наук: А.А.Григорян, Е.А.Сорочан, Л.Р.Ставницер; кандидаты техн. наук: А.Г.Алексеев, В.А.Барвашов, С.Г.Безволев, Г.И.Бондаренко, В.Г.Буданов, A.M.Дзагов, О.И.Игнатова, В.Е.Конаш, В.В.Михеев, Д.Е.Разводовский, В.Г.Федоровский, О.А.Шулятьев, П.И.Ястребов, инженеры Л.П.Чащихина, Е.А.Парфенов, при участии инженера Н.П.Пивника.

Изменение N 2 разработано институтом АО “НИЦ “Строительство” – НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы – д-р техн. наук Б.В.Бахолдин, канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук Д.Е.Разводовский; исполнители – д-р техн. наук Н.З.Готман, д-р техн. наук Л.Р.Ставницер, канд. техн. наук А.Г.Алексеев, канд. техн. наук А.М.Дзагов, канд. техн. наук В.А.Ковалев, канд. техн. наук А.В.Скориков, канд. техн. наук В.Г.Федоровский, канд. техн. наук О.А.Шулятьев, канд.техн. наук П.И.Ястребов) при участии д-ра техн. наук В.В.Знаменского, д-ра техн. наук В.А.Ильичева.

Изменение N 3 к своду правил подготовлено АО “НИЦ “Строительство” – НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы – д-р техн. наук Б.В.Бахолдин, канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук Д.Е.Разводовский, д-р техн. наук Н.З.Готман, канд. техн. наук А.Г.Алексеев, канд. техн. наук А.М.Дзагов, канд. техн. наук В.В.Сёмкин, канд. техн. наук А.В.Скориков, канд. техн. наук В.Г.Федоровский, канд. техн. наук А.В.Шапошников, канд. техн. наук П.И.Ястребов, при участии д-ра техн. наук В.В.Знаменского, д-ра техн. наук В.А.Ильичева).

1 Область применения

Настоящий свод правил распространяется на проектирование свайных фундаментов вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений (далее – сооружений).

Свод правил не распространяется на проектирование свайных фундаментов сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, свайных фундаментов машин с динамическими нагрузками, а также опор морских нефтепромысловых и других сооружений, возводимых на континентальном шельфе.

2 Нормативные ссылки

ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик

ГОСТ 5686-2012 Грунты. Методы полевых испытаний сваями

ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент

ГОСТ 8734-75 Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент

ГОСТ 9463-2016 Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия

ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент

ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава

ГОСТ 19804-2012 Сваи железобетонные заводского изготовления. Общие технические условия

ГОСТ 19804.6-83 Сваи полые круглого сечения и сваи-оболочки железобетонные составные с ненапрягаемой арматурой. Конструкция и размеры

ГОСТ 19912-2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием

ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости

ГОСТ 20295-85 Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия

ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

ГОСТ 26633-2015 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия

ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения

ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния

СП 14.13330.2018 “СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах”

СП 20.13330.2016 “СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия” (с изменением N 1)

СП 21.13330.2012 “СНиП 2.01.09-91 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах” (с изменением N 1)

СП 22.13330.2016 “СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений”

СП 25.13330.2012 “СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах” (с изменением N 1)

СП 26.13330.2012 “СНиП 2.02.05-87 Фундаменты машин с динамическими нагрузками” (с изменением N 1)

СП 28.13330.2017 “СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии” (с изменением N 1)

СП 38.13330.2018 “СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)”

СП 40.13330.2012 “СНиП 2.06.06-85 Плотины бетонные и железобетонные”

СП 41.13330.2012 “СНиП 2.06.08-87 Бетонные и железобетонные конструкции гидротехнических сооружений”

СП 47.13330.2016 “СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения”

СП 58.13330.2012 “СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения” (с изменением N 1)

СП 63.13330.2012 “СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения” (с изменениями N 1, 2, 3)

СП 64.13330.2017 “СНиП II-25-80 Деревянные конструкции” (с изменением N 1)

СП 71.13330.2017 “СНиП 3.04.01-87 Изоляционные и отделочные покрытия”

СП 126.13330.2017 “СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве”

СП 131.13330.2012 “СНиП 23-01-99* Строительная климатология” (с изменениями N 1, 2)

Примечание – При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю “Национальные стандарты”, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя “Национальные стандарты” за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов.

3 Термины и определения

Термины с соответствующими определениями, используемые в настоящем СП, приведены в приложении А.

Наименования грунтов оснований зданий и сооружений приняты в соответствии с ГОСТ 25100.

4 Общие положения

4.1 Основное назначение свай – это прорезка залегающих с поверхности слабых слоев грунта и передача действующей нагрузки на нижележащие слои грунта, обладающие более высокими механическими показателями. Свайные фундаменты должны проектироваться на основе и с учетом:

Читайте также:  Рожковый гаечный ключ: виды и функции, особенности применения

а) результатов инженерных изысканий для строительства;

б) сведений о сейсмичности района строительства;

в) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия их эксплуатации;

Расчет свайного фундамента СП, допустимая осадка сваи

Мельников Виктор Алексеевич 1 , Алексеев Николай Сергеевич 2 , Ионов Константин Игоревич 3
1 ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, к.т.н., доцент
2 ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, магистрант
3 ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, магистрант

Аннотация
В статье рассматриваются различные методики расчета осадок свайных фундаментов описанные в нормативных документах – СНиП 2.02.03.-85 «Свайные фундаменты» и его актуализированной редакции СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты». Произведен расчет для висячих железобетонных свай, призматической формы, квадратного поперечного сечения с заостренным концом. В качестве нагрузки принято центральное воздействие без изгибающих моментом. Рассмотрен новый метод расчета осадки свайного фундамента состоящего из групп свай. Полученные результаты проанализированы и на их основании сделаны выводы.

Melnikov Victor Alekseevich 1 , Alekseev Nikolai Sergeyevich 2 , Ionov Konstantin Igorevich 3
1 VPO St. Petersburg State Polytechnic University, Ph.D., Associate Professor
2 VPO St. Petersburg State Polytechnic University, undergraduate
3 VPO St. Petersburg State Polytechnic University, undergraduate

Abstract
The article discusses different methods of calculating the sediment pile foundations described in the regulations – SNIP 2.02.03.-85 “Pile foundations” and the updated version of its SP 24.13330.2011 “Pile foundations.” The calculation for hanging concrete piles, a prismatic shape, a square cross-section with a pointed end. The load taken a central impact without bending moments. A new method for calculating the rainfall pile foundation consisting of a group of piles. The results are analyzed on the basis of their conclusions.

Библиографическая ссылка на статью:
Мельников В.А., Алексеев Н.С., Ионов К.И. Сравнительный анализ методик расчета осадки свайных фундаментов // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 9. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: https://web.snauka.ru/issues/2015/09/57462 (дата обращения: 28.01.2022).

На современном этапе развития фундаментов одной из главных задач является повышение эффективности проектировочных решений, разработка экономически обоснованных и конкурентоспособных решений

В настоящее время большой размах приобретает строительство на слабых водонасыщенных грунтах, когда строители используют под объекты площадки, которые ранее признавались геологами невыгодными для возведения сооружений.

В сложных инженерно-геологических условиях свайный вариант зачастую оказывается единственно возможным видом фундаментов. Свайные фундаменты применятся в тех случаях, когда грунты основания представлены насыпью большой мощности, илистыми отложениями, связными грунтами в текучем и текуче-пластичном состоянии и т.п. [13, 15].

Так как затраты на устройство подземной части здания составляют до 25% от общей стоимости, снизить эти показатели позволяет применение более экономичных и индустриальных свайных фундаментов.

Важнейшим резервом повышения эффективности свайных фундаментов является совершенствование определения их осадок на стадии проектирования.

Сложность работы сваи в грунте делает невозможным создание математически строгой теории надежности расчета. Поэтому используются различные инженерные методики расчета. Используемая в настоящее время нормативная литература в области проектирования свайных фундаментов содержит недостаточно информации и позволяет получать неоднозначные результаты.

Целью данной работы является сравнение результатов расчета осадок свайных фундаментов здания каркасного типа в заданных геологических условиях. Параметры здания и геологический разрез приняты одинаковыми для того, чтобы выявить влияние различных теоретических подходов к расчету осадок в СНиП 2.02.03.-85 «Свайные фундаменты» и СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» (актуализированная редакция).

2. Расчет несущей способности свай
Характеристики грунтов и мощности слоев, слагающих грунтовое основание заданного сооружения, представлены в таблице 1.

Расчеты проводятся по двум группам предельных состояний [2]:Будем рассматривать висячие железобетонные сваи, призматической формы, квадратного поперечного сечения с заостренным концом. При этом размеры поперечного сечения принимаем 40 х 40 см, длину сваи 13 м.

1) по несущей способности – по прочности материала свай и материала ростверка (ведется на основное сочетание расчетных нагрузок);
2) по деформациям – по осадкам оснований свай и свайных фундаментов от вертикальных нагрузок (на основное сочетание нормативных нагрузок).

Сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия [6]:

где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю (продольное усилие, возникающее в ней от расчетных нагрузок, действующих на фундамент при наиболее невыгодном их сочетании);

F d — расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи;
— коэффициент условий работы, учитывающий повышение однородности грунтовых условий при применении свайных фундаментов, принимаемый равным 1,15 при кустовом расположении свай;
— коэффициент надежности по назначению (ответственности) сооружения, принимаемый равным 1,15;
— коэффициент надежности примем равным 1,4, т. к. несущая способность сваи определена расчетом.
Несущую способность F d , висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи и на ее боковой поверхности по формуле [6]:

где c — коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый c = 1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по таблице (табл. 7.2 [4]): R =5360 кПа;
A — площадь опирания на грунт сваи, м 2 , принимаемая равной площади поперечного сечения сваи: A =0,16 м 2 ;
u — наружный периметр поперечного сечения сваи, м: u =1,6 м;
f i — удельное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, принимаемое по таблице (табл. 7.3, [4]) в зависимости от глубины H i и вида грунта на этой глубине;
H i — глубина погружения средней точки i-го однородного участка грунта;
h i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
cR , cf — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта (табл. 7.4, [4]): .
Определим f i и и результаты сведём в таблицу 2:
Таблица 2

Особенности свайных фундаментов и нормы СНиП

При возведении любого здания или сооружения, от небоскреба, до забора или хозблока, первым по порядку и важности следует устройство фундамента. Для строительства на сложных грунтах хорошо себя зарекомендовали свайные фундаменты. Произвести правильный расчет свайного фундамента могут только специалисты, так как приходится учитывать все нюансы основания для конкретного здания и типа грунтов. Все остальные способы дадут только приблизительный результат.

Руководство и пособия по регулированию

Общий свод правил по проектированию и строительству свайного фундамента отражен в нормативных документах СП 50-101-2004 и СП 50-102-2003 — актуализированных версиях СНиП , СНиП и СНиП Руководства регламентируют формулы расчета и технологические этапы монтажа различных типов свай в разных гидрогеологических условиях.

Параллельно СП 11-105-97, СП 11-104-97, СП 11-102-97 и ГОСТ 5686-94 описывают требования к инженерно-геологическим, геодезическим и экологическим исследованиям для строительства. Свайные фундаменты, предназначенные для эксплуатации в агрессивной среде, следует проектировать согласно правилам ГОСТ 27751. Чтобы грамотно оценить климатические условия, конструктор должен руководствоваться СНиП 23-01-99 и СНиП 23-01.

Мельников В.А., Алексеев Н.С., Ионов К.И. Сравнительный анализ методик расчета осадки свайных фундаментов

Требования к железобетонным сваям с различными конструктивными особенностями изложены в ГОСТ 19804-91, №, №*, №, № и №

Назначение проектирования свайного фундамента – обоснованный расчетами выбор типа конструкции, параметров, материалов. В процессе инженерных расчетов принимаются решения по необходимости проведения мероприятий для уменьшения влияний деформаций силовой конструкции на пригодность проектируемого сооружения.

Типы свайных фундаментов

Свайные фундаменты имеют несколько преимуществ перед обычными ленточными или плитными, такие как:

  • Снижение расхода материалов.
  • Возможность устройства на сильнопучинистых грунтах.
  • Возможность монтажа на участках с большим уклоном.
  • Высокая скорость монтажа в случае применения винтовых свай. Фундамент под обычный загородный дом монтируется за 1-2 дня, нет необходимости ждать полного набора прочности бетоном в течение 28 суток.

Сваи применяются 3 видов:

  • Забивные.
  • Буронабивные. Как один из вариантов буронабивных свай монтируют так называемые сваи ТИСЭ, с уширением внизу. Такая конструктивная особенность снижает нагрузку на грунт и позволяет фундаменту эффективно противостоять силам выталкивания, возникающим при морозном пучении грунтов.
  • Винтовые.

Забивные элементы в частном строительстве применяются крайне редко, т.к. требуют привлечения тяжелой строительной техники.

Разновидности свайных фундаментов Источник

Нормативные документы

Основным документом, описывающим конструкцию и типы фундаментов на свайных опорах, а также регламентирующий их конструирование и расчет считается СНиП «Свайные фундаменты».

Более современным документом, разработанным не так давно, является СП В современной редакции СНиП каких-либо значительных изменений не добавлено, хотя некоторые замены и уточнения после появления новых технологий и материалов были внесены. При сомнениях и существенных разногласиях ориентироваться, все же, следует на СП, в которых приведены конкретные примеры.

В Правилах озвучиваются основные запросы, предъявляемые к разработке конкретного типа основания – свайного.

В СП описываются различные типы опор, инженерно-геологические характеристики, рассматриваются нюансы и частные примеры расчетов вновь возводимых зданий, реконструируемых построек. Положения СП , равно как и СНиП не применяются к свайным основаниям, строящимся:

Нормативные документы

  • для сооружений, находящихся под нагружением динамического характера;
  • в вечной мерзлоте;
  • на заглублении, превышающем 35 м;
  • для сооружений, относящихся к предприятиям нефтепереработки.

Нормативные документы

Нормативные документы

Расчёт свайных фундаментов по несущей способности

Расчёт фундамента по оси 1-В

Определяем суммарную нагрузку в уровне обреза ростверка из расчёта фундамента по I группе предельных состояний.

Определяем количество свай в ростверке:

Необходимое количество свай и в свайном фундаменте в первом приближении можно определить по формуле

где NI = 1512 кН – расчетная вертикальная нагрузка в уровне обреза фундамента.

Конструктивно принимаем 6 сваи.

Размещение свай в плане.

Размещение свай в плане

Определение расчётной нагрузки, передаваемой на сваю и уточнение количества свай.

Проверку фактической расчетной нагрузки на каждую сваю для внецентренно нагруженного фундамента осуществляют исходя из условия:

где N – фактическая расчетная нагрузка на максимально нагруженную сваю, кН;

F – допускаемая расчетная нагрузка на сваю, кН.

где n – число свай в фундаменте;

МоyI, МохI – расчетные изгибающие моменты, относительно главных центральных осей в плоскости подошвы ростверка, кН·м;

yi, xi – расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

ymax, хmax – расстояния от главных осей до оси максимально нагруженной сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

Схема к определению расчетной нагрузки при эксцентриситете относительно двух осей инерции.

Определение осадки свайного куста из висячих свай.

Расчет свайного куста из висячих свай по деформациям производится как для условного фундамента на естественном основании методом послойного суммирования.

Границы условного фундамента определяются следующим образом: снизу – плоскостью AD, проходящей через нижние концы свай; с боков – вертикальными плоскостями АВ и CD, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии (рисунок 16):

Осредненное значение угла внутреннего трения грунта определяется:

где h – глубина погружения сваи в грунт,

– расчетное значение углов внутреннего трения для отдельных, пройденных сваями слоев грунта толщиной Hi.

Определение границ условного фундамента при расчёте свайных фундаментов по деформациям

Размеры подошвы условного фундамента определяют по формулам

Lусл = 1.2 + 2 · = м;

Bусл = 1.2 + 2 · = м;

Площадь подошвы условного фундамента определяется по формуле

Aусл = Bусл · Lусл.

СП 24.13330.2011 Свайные фундаменты Актуализированная редакция СНиП 2.02.03-85 (с Опечаткой, с Изменениями N 1, 2, 3) – действующий статус на 2019 год

При определении деформации основания необходимо выполнение следующего условия:

где Pcp – среднее фактическое давление на грунт в плоскости нижних концов свай, кН/м;

R – расчетное сопротивление грунта в плоскости нижних концов свай, кН/м2.

Расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного фундамента определяется по формуле

где гс1, гс2 – коэффициенты условий работы;

Мг, Мq, Мс – коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ц под подошвой условного фундамента;

гII – удельный вес грунта под подошвой условного фундамента, кН/м2;

Вусл – ширина подошвы условного фундамента, м;

dI = hycл – глубина заложения подошвы условного фундамента, м;

CII – расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента кПа;

– осредненное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента.

Фактическое давление, действующее по подошве условного фундамента, определяется по формуле

Вес условного фундамента определяется по формуле:

GH = Gp + Gcв + Gгр,

где Gp = Vpocm · гбет – вес ростверка,

Vрост – объем ростверка, м3;

гбет = 25 – удельный вес железобетона, кН/м3;

Gсв = n · Vсв · гбет – вес свай,

Vсв – объем сваи, м3;

Gгp = ( – Vрост -Vсв) – вес грунта в межсвайном пространстве.

= Аусл · hусл =·7.4= – объем условного фундамента, m3.

Gp = (0.7·2.6·3.1·1.5+1.1·1·1.2) · 25= кН,

Gгp = () · 19.7 = 1017.9 кН,

GII = + 52.5 + 1017.9 = кН,

Расчет осадки условного фундамента на естественном основании ведется методом послойного суммирования.

Толщина слоя составляет

Подсчёт напряжений на границах элементах слоёв сводим в таблицу.

Параметры для определения величины осадки фундамента

Расчет осадки выполняется по формуле:

Применение свайного фундамента

Широко применяются свайные фундаменты в промышленном, гражданском и дачном строительстве.

Предпосылками для возведения этого вида конструкции являются:

  1. Слабые грунты в месте строительства, а именно:
    • глина, суглинки;
    • плывуны;
    • торфяные и илистые грунты;
    • места с высоким уровнем грунтовых вод;
    • заболоченные, подтопляемые территории;
    • почвы с большой глубиной промерзания, более 2 м.
  2. Желание сэкономить — если при расчетах ленточного фундамента его ширина получается более 1,5 м, для сокращения расхода материалов можно применить свайный фундамент.
  3. Участки под строительство с неровными поверхностями, склоны.

Выбор конструкции

Схематическое отображение расчета несущей способности свай оснований

Материал и конструкцию несущих конструкций свайно-ростверкового фундамента подбирают исходя из местных условий. Если почва содержит достаточно большое количество влаги, тогда рекомендуются бетонные и железобетонные несущие конструкции с большим сечением, ведь железные быстро будут уничтожены коррозией. Но при их выборе нужно также учитывать конструктивные особенности, достоинства и недостатки, а также финансовой фактор.

Читайте также:  Основные элементы конструкции гарпунного крепления

Длина сваи зависит от типа и структуры грунта на строительной площадке. По правилам, винтовые сваи вкручиваются ниже глубины промерзания почвы, а бетонные конструкции устанавливаются широкой подошвой на прочный грунт. Расчет сваи по первой группе предельных состояний производится по двум параметрам:

Прочность материала опоры

Сопротивление материала опор можно посчитать по формуле без учета продольного изгиба:

F dm = Yc (Ycb RbAb+RscAs)

Где Yc – стандартный коэффициент, для набивных свай 0,6, для остальных – 1; Y cb – коэффициент используемого строительного материала, для свай – 1; Rb – сопротивление строительных материалов сжатию, кПа, это табличные данные; Ab – площадь подошвы опоры, м2; Rsc – сопротивление арматурного каркаса, кПа; As – площадь сечения арматурного каркаса, м2

Выбор конструкции

Расчет несущей способности грунта

В зависимости от характера передачи нагрузки от здания на почву, все опоры делятся на две группы: стойки и висячие конструкции. Стойки – это конструкции, которые опираются на прочный слой почвы своей подошвой или ввинчиваются в грунт. Объем используемого строительного материала для наполнения может быть разным для каждой отдельной несущей опоры в зависимости от ее длины, максимально допустимого диаметра подошвы, сечения по всей длине. Висячие опоры передают нагрузку на грунт своим нижним концом и боковыми поверхностями, к этой группе относятся буро-набивные сваи. При выборе несущих конструкций важную роль играет сечение подошвы, ведь чем оно больше, тем большие нагрузки способно выдержать основание.

Несущую способность стойки можно рассчитать по формуле:

Где: Yc – это коэффициент опоры, принимается за 1; А – площадь подошвы; R – расчетное сопротивление почвы, табличные данные, для скальных пород составляет до 20 МПа.

Расчет висячей сваи делается намного сложнее, ведь все они устанавливаются без выемки почвы и за время монтажа деформируются с расширением.

Осадка свайного фундамента

После возведения здания фундамент начинает оседать под действием нагрузок. Осадка может привести к перекосу конструкции с последующим ее разрушением. Чтобы этого избежать, производится расчет осадки.

Полученный результат сравнивают с допустимой осадкой (СНиП). Если расчетное значение больше, проект фундамента надо корректировать.

Что такое осадка свайного фундамента

Определение осадки – это расчет по деформациям (предельным состояниям) грунта. Оптимум – S ≤ Su, где Su – предельная осадка, S – расчетная.

Если это условие не соблюдается, нужно усиливать фундамент за счет увеличения длины свай таким образом, чтобы их концы опирались на более глубокие и устойчивые слои грунта.

Осадка свайного фундамента

Сваи создают нагрузку на грунт во всех направлениях, своей боковой поверхностью и нижними концами. На расчет нагрузок влияют следующие факторы:

  • Свойства грунта, его сжимаемость, степень уплотнения.
  • Длина свай.
  • Количество.
  • Расстояние между сваями.

При определении осадки принимается ряд допущений, облегчающих расчет, но снижающих его точность.

Расчет осадки свайного фундамента методом послойного суммирования

Расчетная осадка получается при суммировании сжатий всех слоев грунта, на которые давит фундамент.

Для этого определяется осадка отдельных слоев:

– Р – среднее уплотняющее давление в слое (берется из графика);

– m – сжимаемость грунта, коэффициент, полученный по результатам компрессионных испытаний;

– h – толщина слоя.

Соответственно, S = ∑ Si.

Или S = ∑ (h * β/E * P),

– E – модуль деформации слоя (если он известен);

– β – коэффициент 0,8 (СНиП).

Перед Вами расчетная схема для определения осадки фундамента методом послойного суммирования, где: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности естественного рельефа; FL — метка подошвы фундамента; ВС — нижняя граница сдавливаемой толщи; Нс — сжимаемая (сдавливаемая) толща.

Изображение схемы распределения вертикальных давлений и напряжений в линейно-деформируемом полупространстве расчета осадок основания с использованием метода послойного суммирования.

Определение осадки свайного фундамента

Расчет производится по аналогии с массивным фундаментом, т.е. принимается, что нагрузка равномерно распределена по всей площади фундамента, условно принятого за монолитный блок.

  • Верхняя поверхность условного монолита проходит через оголовки свай.
  • Нижняя – через их наконечники.
  • Боковые — по крайним рядам свай.

По составленному разрезу фундамента выстраивается график Р (уплотняющих напряжений слоев).

Допустимая осадка свайного фундамента

Осадка свайного фундамента

Допустимые (предельные) значения осадки фундаментов приведены в СНиП , приложение 4. Они зависят от типа здания:

  • Сооружения с железобетонным каркасом – 8 см
  • Со стальным каркасом – 12 см
  • Панельные и блочные бескаркасные – 10 см, и т.д.

Наши услуги

Наша компания «Богатырь» базируется исключительно на услугах: забивка свай, лидерное бурение, забивка шпунта, а так же статических и динамических испытаниях свай. В нашем распоряжении собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и мы готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке. Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку.

Как рассчитать количество ленты?

При строительстве шлакоблочных и кирпичных домов ширину ленты выбирают в диапазоне от 40 до 60 см. При этом высота ростверка не должна быть меньше 45 см с учетом того, что 10 см отведено на погружение сваи в ленту.

Инженерные вычисления для определения параметров ростверка основаны на расчете устойчивости конструкции к различным деформациям, возникающим в процессе монтажа и эксплуатации. Таким образом, расчет ростверка согласно принципам, описанным в СНиП, – трудоемкая и кропотливая работа, которую стоит доверить профессионалам.

Расчет осадки свайного фундамента – нормативные документы, требования, формулы

Расчет осадки свайного фундамента – нормативные документы, требования, формулы

Осадка свайного фундамента — это изменение уровня размещения свай в грунте, возникающие в процессе их эксплуатации. Основная причина осадки — неправильные расчеты устойчивости фундамента к нагрузкам на стадии его проектирования, которые приводят к использованию опор недостаточной длины либо меньшего, чем того требуют фактические условия, сечения.

Проседания свай возникают под воздействием следующих факторов:

  • Недостаточной несущей способности почвы, в которой размещена опорная подошва свай;
  • Нагрузок, передающихся на фундамент в процессе работы в грунте, исходящих от массы здания, давления снега и эксплуатационных воздействий.

Несущая способность почвы увеличивается пропорционально уровню ее расположения — чем глубже находится пласт, тем большей плотностью и силой сопротивления он обладает, тогда как поверхностные слои почвы, как правило, представлены низкоплотными породами, неспособными выдержать исходящую от фундамента нагрузку.

Схема осадки свайных фундаментов

Рис. 1.1: Схема осадки свайных фундаментов

Грузонесущуя способность железобетонной опоры по материалу будет всегда больше, чем аналогичная характеристика грунта. Если в расчетах фундамента допущены ошибки, то пласт грунта в котором расположена опорная часть свай, под весом здания будет уплотняться и проседать, что приведет к уменьшению нулевого уровня фундамента (его осадке).

Схема работы свай в грунте

Рис. 1.2: Схема работы свай в грунте — а) сваи-стойки; б) висячие сваи.

Данная проблема особенно характерна для висячих свай, которые получают устойчивость за счет трения почвы с боковыми стенками опоры. Сваи стойки, опирающиеся на глубинные, несжимаемые пласты грунта, ввиду высокой плотности породы практически не подвергаются осадке.

Нормативные документы

Основным документом, описывающим конструкцию и типы фундаментов на свайных опорах, а также регламентирующий их конструирование и расчет считается СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

Дом на сваях

Дом на сваях

Более современным документом, разработанным не так давно, является СП 24.13330.2011. В современной редакции СНиП каких-либо значительных изменений не добавлено, хотя некоторые замены и уточнения после появления новых технологий и материалов были внесены. При сомнениях и существенных разногласиях ориентироваться, все же, следует на СП, в которых приведены конкретные примеры.

В Правилах озвучиваются основные запросы, предъявляемые к разработке конкретного типа основания – свайного.

В СП описываются различные типы опор, инженерно-геологические характеристики, рассматриваются нюансы и частные примеры расчетов вновь возводимых зданий, реконструируемых построек. Положения СП 24.13330.2011, равно как и СНиП 2.02.03-85 не применяются к свайным основаниям, строящимся:

  • для сооружений, находящихся под нагружением динамического характера;
  • в вечной мерзлоте;
  • на заглублении, превышающем 35 м;
  • для сооружений, относящихся к предприятиям нефтепереработки.

Основные положения

Свайный фундамент

Свайный фундамент

Разработка проектов и расчет фундаментов на свайных опорах основаны на:

  • данных инженерно-геологической разведки;
  • сейсмической категорийности области проектирования;
  • конструктивных, технологических, эксплуатационных характеристиках сооружения;
  • значении и направленности приложения постоянных и кратковременных нагрузок;
  • ТЭР при сопоставлении с конкурирующими вариантами.

Виды расчетов

СП 24.13330.2011 указывает, что расчет фундаментных оснований выполняется по критическим состояниям, разделяемым на две группы.

Процесс монтажа свай

Процесс монтажа свай

По предельным состояниям первой группы высчитываются и устойчивость, и несущая способность, учитываются прочностные характеристики материалов. Вторая группа касается осадки свай под воздействием вертикально приложенных нагрузок, различным сдвигам основания в горизонтальной плоскости совместно с пластами грунта, образования трещин значительной глубины в теле конструкции оснований из железобетона.

Допустимую осадку подземного основания здания, согласно СНиП 2.02.03-85, необходимо рассчитывать по второй группе состояний.

Важнейший нюанс расчетов – обязательное принятие запаса надежности. Итоговое значение принимается по расчету по различным альтернативным вариантам и сопоставления полученных данных.

В СП 24.13330.2011 представлены требующиеся расчетные значения и постоянные, уточнены нагрузки на основание и их возможные сочетания.

Виды свайных опор

Согласно СНиП 2.02.03-85 и более современному СП 24.13330.2011 сваи разделаются на следующие виды:

  • По способу заглубления – винтовые, забивные, вибропогружаемые и вдавливаемые, буровые и набивные;
  • По виду давления на грунт – висячие и стоячие;
  • По форме поперечного и продольного сечений;
  • По типу «пятки»;
  • По материалам изготовления – металлические, деревянные, железобетонные и бетонные;
  • По наличию и способу армирования.

Расчет количества и величины осадки свай

Сваи необходимо размещать в наиболее нагружаемых точках фундамента, а именно:

  • По углам наружного периметра;
  • В точках пересечения внутренних стен;
  • В точках пересечения внутренних и наружных стен.

Вариант схемы расположения свай

Вариант схемы расположения свай

Проще всего расположение свай определить, вычертив на бумаге в определенном масштабе план фундамента. Расстояние между сваями следует принимать не более 3 м, в противном случае следует устанавливать дополнительные опоры.

Затем следует определить, способно ли получившееся по расчету количество свай и находящийся под ними грунт выдержать вес здания.

В СП 24.13330.2011 приведено несколько примеров схем взаимного расположения свай, базирующихся на линейно-деформируемой теории грунтов, однако, при должном обосновании могут быть применены иные варианты.

При определении осадки свайных фундаментов любого типа основой можно назвать вычисление величины суммарной осадки S, которая не должна превысить предельно допустимой деформации Su. То есть, должно соблюдаться неравенство:

формула

Если это условие не соблюдается, то необходимо сделать перерасчет с большим погружением свай до той глубины, при которой будет достигнуто требуемое значение.

По СНиП осадка висячих свай определяется как условный фундамент, границы которого на линии пяты покидают суммарную площадь реальных лент либо «кустов» свай. В актуальной версии СП 24.13330.2011 допустимая осадка определяется несколько иным методом.

Расчет осадки свай

В СП предусматривается несколько расчетных схем, учитывающих размещение свай относительно друг друга. При этом все они основываются на линейно-деформируемой модели грунта, но при надлежащем обосновании могут применяться и другие варианты. Основным условием расчета на осадки любого типа свайных фундаментов является определение значения его возможных деформаций, не превышающих предельных показателей.

1

где S– общая осадка;

Su – предельная деформация.

При несоблюдении условия производят перерасчет с увеличением заглубления свайных опор до тех пор, пока не будет достигнуто необходимого результата.

По СНиП висячие сваи рассчитываются на осадки как условный фундамент, границы которого на уровне пяты выходят за пределы общей площади реально расположенных лент или кустов свай. В актуализированной версии СП предусмотрен несколько иной алгоритм расчета.

Одиночные сваи

Существует ряд формул, определяющих осадку:

  • висячие сваи, не имеющие уширения в зоне пяты

2

где N – принимаемая сваей вертикально направленная нагрузка, МН;

G1 – модуль сдвига;

l – линейный размер сваи, а именно – ее длина, м;

3

4

здесь, d – наружный диаметр сваи, м.

Если поперечное сечение является не круглым, а квадратным, прямоугольным, тавровым или двутавровым, то для определения условного диаметра применяется формула:

5

здесь А – соответствует табличному значению площади поперечного сечения.

6

υ – коэффициент Пуассона;

7

параметр, учитывающий увеличение расчетной осадки, возникающее по причине сжатия ствола –

8

.

  • стоячие сваи и висячие с уширением в зоне пяты

9

Значения модуля сдвига и коэффициента Пуассона зависят от характеристик грунтовых пластов. Они принимаются путем послойного суммирования и осреднения в результате деления полученной цифры на количество присутствующих слоев в пределах глубины погружения сваи.

Разнородные слои

Свайный куст

Расчет свайной группы на осадки основывается на взаимодействии подземных опор между собой. В этом случае определяется дополнительная деформация сваи, расположенной на определенном расстоянии (ɑ) от нагружаемой сваи.

10

Если распределение нагрузок между сваями в одном кусте известно, то при вычислении осадки каждой из них используется формула:

11

где s(N) – определяемая по вышеприведенной формуле осадка (для одиночно расположенной сваи);

i иj – i-тая и j-тая свая;

12

Если же распределение неизвестно, то расчет производится по той же формуле, но с учетом дополнительных нюансов и использованием знаний по строительной механике.

Свайное поле

Расчет, в данном случае, рекомендуется выполнять иначе, нежели в двух предыдущих вариантах. Для этого существует формула:

13

На размещенном ниже рисунке показано, что такое границы условного фундамента относительно крайних рядов свай:

а) вертикально расположенных;

б) наклонно расположенных.

Схема 1

Осадка свайного поля вычисляется методом послойного суммирования. В этом случае в зоне условного фундамента масса грунта в учет не принимается, а в качестве нагрузки учитывается лишь прямое воздействие расчетных усилий на свайный фундамент.

При расчетах методом послойного суммирования для свайного поля, берут во внимание то, что общая величина осадки находится в зависимости от шага свайных опор в пределах площади поля. Но здесь возникает определенная сложность, так как шаг может иметь переменную величину. В этом случае вариант послойного суммирования усложняют методом ячейки, используя при расчетах другие схемы и формулы, детально указанные в СП.

Расчёт осадки — методы

Специалисты, занимающиеся проектированием фундаментов, определяют расчетную осадку свай исходя из второй группы предельных состояний железобетонных опор, для чего используется два метода:

  • Способ послойного суммирования;
  • Способ эквивалентного слоя.
Читайте также:  Подвесная тумба с раковиной: навесная модель с умывальником для ванной комнаты высотой 50 и 60 см, 70 и 80 см, тонкости выбора и установки

Способ послойного суммирования

Данный метод рекомендован к применению действующим СНиП, он является наиболее часто используемым способом вычислением осадок свайных оснований.
При использовании способа послойного суммирования свайное основание принимается за условную монолитную конструкцию, размеры которой считаются по контуру крайних точек свайного поля. На нижеприведенной схеме размеры свайного основания представлены границами АВДС.

Рис. 1.3: График работы свай в грунте при реализации метода послойного суммирования
Первоначально составляется габаритная схема основания АБСД, при расчетах используется величина уклона «а», выводящаяся из следующих формул:

  • φcp — усредненный угол внутреннего трения контактирующих со сваей слоев почвы, определяемый посредством геодезических изысканий;
  • а — эпюра рассеивания нагрузок по высоте свайной опоры.

После определения величины «а» производится расчет длины и ширины основания AБCД по формуле:
Полученные габаритные характеристики применяются в формуле расчета давления на опорную часть фундамента (Р усп). Давление сопоставляется с удельным сопротивлением контактирующих со сваями пластов грунта (R усл. фун).

Удельное сопротивление почвы, в свою очередь, выводится по формуле:

Если в результате сопоставления нагрузок и сопротивления грунта получается соблюдение условий, составляются эпюры нагрузок на сваи «σ0z»и «σбz» (приведены на схеме), и по формуле S выводится величина осадки основания.

Если полученная в результате расчетов величина осадки превышает предельный допустимый показатель, в проект свайного фундамента вносятся коррективы, направленные на увеличения длины применяемых опор (что приводит к передаче нагрузки от здания на более плотные, глубинные пласты почвы) и расчеты выполняются повторно.

Принцип метода послойного суммирования

Его суть описана в СП 22.13330.2011, являющихся актуализированной редакцией СНиП 2.02.01-83*. Она состоит в следующем. Вертикальные усилия на фундамент расчленяют на несколько участков, соответствующих толщине грунтовых слоев, которые характеризуются однородным составом и свойствами. На расчетной схеме криволинейная эпюра изменяется на ступенчатую. В каждом слое определяют работу на сжатие без бокового расширения. При этом общую осадку вычисляют методом послойного суммирования.

В процессе расчета строят схему распределения напряжений, а при расчетах пользуются специальными формулами, указанными в СП, и размещенными там же таблицами. Пример схемы показан на рисунке ниже.

Схема 2

Несущая способность грунта – Таблица СНиП

Для определения несущей способности глинистых грунтов, нам необходимо получить еще два коэффициента – показатель текучести грунта (IL) и коэффициент пористости (е). Первый показатель можно достаточно легко определить на глаз, если почва откровенно сырая и вязкая – выбирайте IL = 1, если сухая и грубая – IL = 0. Второй коэффициент можно получить только в таблицах из СНиП. Так как все данные находятся в открытом доступе, для вашего удобства мы скопировали таблицы расчетного сопротивления грунта из СП 22.13330.2011.

Расчет осадки свайного фундамента

дом на сваях

При разработке проекта дома одним из важнейших этапов работ является проведение геологических изысканий, позволяющих определить состав залегающих грунтов, на основе чего проводятся расчеты всех конструктивных элементов сооружения. Определение размеров, структуры, формы как подземных, так и находящихся на поверхности частей здания тесно связано со способностью грунтов воспринимать определенные виды нагрузок. При возведении основания на слабых почвах может произойти осадка свайного фундамента, во избежание чего необходимо выполнение вычислений, определяющих предельные состояния грунтов.

Нормативные документы

Основным документом, описывающим конструкцию и типы фундаментов на свайных опорах, а также регламентирующий их конструирование и расчет считается СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

Дом на сваях

Дом на сваях

Более современным документом, разработанным не так давно, является СП 24.13330.2011. В современной редакции СНиП каких-либо значительных изменений не добавлено, хотя некоторые замены и уточнения после появления новых технологий и материалов были внесены. При сомнениях и существенных разногласиях ориентироваться, все же, следует на СП, в которых приведены конкретные примеры.

В Правилах озвучиваются основные запросы, предъявляемые к разработке конкретного типа основания – свайного.

В СП описываются различные типы опор, инженерно-геологические характеристики, рассматриваются нюансы и частные примеры расчетов вновь возводимых зданий, реконструируемых построек. Положения СП 24.13330.2011, равно как и СНиП 2.02.03-85 не применяются к свайным основаниям, строящимся:

  • для сооружений, находящихся под нагружением динамического характера;
  • в вечной мерзлоте;
  • на заглублении, превышающем 35 м;
  • для сооружений, относящихся к предприятиям нефтепереработки.

Основные положения

Свайный фундамент

Свайный фундамент

Разработка проектов и расчет фундаментов на свайных опорах основаны на:

  • данных инженерно-геологической разведки;
  • сейсмической категорийности области проектирования;
  • конструктивных, технологических, эксплуатационных характеристиках сооружения;
  • значении и направленности приложения постоянных и кратковременных нагрузок;
  • ТЭР при сопоставлении с конкурирующими вариантами.

Виды свайных опор

Согласно СНиП 2.02.03-85 и более современному СП 24.13330.2011 сваи разделаются на следующие виды:

  • По способу заглубления – винтовые, забивные, вибропогружаемые и вдавливаемые, буровые и набивные;
  • По виду давления на грунт – висячие и стоячие;
  • По форме поперечного и продольного сечений;
  • По типу “пятки”;
  • По материалам изготовления – металлические, деревянные, железобетонные и бетонные;
  • По наличию и способу армирования.

Виды расчетов

СП 24.13330.2011 указывает, что расчет фундаментных оснований выполняется по критическим состояниям, разделяемым на две группы.

Процесс монтажа свай

Процесс монтажа свай

По предельным состояниям первой группы высчитываются и устойчивость, и несущая способность, учитываются прочностные характеристики материалов. Вторая группа касается осадки свай под воздействием вертикально приложенных нагрузок, различным сдвигам основания в горизонтальной плоскости совместно с пластами грунта, образования трещин значительной глубины в теле конструкции оснований из железобетона.

Допустимую осадку подземного основания здания, согласно СНиП 2.02.03-85, необходимо рассчитывать по второй группе состояний.

Важнейший нюанс расчетов – обязательное принятие запаса надежности. Итоговое значение принимается по расчету по различным альтернативным вариантам и сопоставления полученных данных.

В СП 24.13330.2011 представлены требующиеся расчетные значения и постоянные, уточнены нагрузки на основание и их возможные сочетания.

Выполнение вычислений

Выполнение полного расчета свайного основания – процедура достаточно длительная и сложная. Эта работа может выполняться проектной организацией на протяжении нескольких дней с использованием соответствующего программного обеспечения, такое же время обычному человеку потребуется только на изучение теоретической информации и методических рекомендаций.

Для расчета фундамента частного дома можно воспользоваться несколько упрощенным методом, разобраться с которым без труда сможет каждый.

Расчет количества и величины осадки свай

Сваи необходимо размещать в наиболее нагружаемых точках фундамента, а именно:

Проще всего расположение свай определить, вычертив на бумаге в определенном масштабе план фундамента. Расстояние между сваями следует принимать не более 3 м, в противном случае следует устанавливать дополнительные опоры.

Затем следует определить, способно ли получившееся по расчету количество свай и находящийся под ними грунт выдержать вес здания.

В СП 24.13330.2011 приведено несколько примеров схем взаимного расположения свай, базирующихся на линейно-деформируемой теории грунтов, однако, при должном обосновании могут быть применены иные варианты.

При определении осадки свайных фундаментов любого типа основой можно назвать вычисление величины суммарной осадки S, которая не должна превысить предельно допустимой деформации Su. То есть, должно соблюдаться неравенство:

Если это условие не соблюдается, то необходимо сделать перерасчет с большим погружением свай до той глубины, при которой будет достигнуто требуемое значение.

По СНиП осадка висячих свай определяется как условный фундамент, границы которого на линии пяты покидают суммарную площадь реальных лент либо “кустов” свай. В актуальной версии СП 24.13330.2011 допустимая осадка определяется несколько иным методом.

Одиночные сваи

Для расчета свайного фундамента СП с различными видами свай используются разные формулы.

Для свай, висячих без расширения в зоне пяты, справедлив следующее выражение:

Конструкция висячей сваи

Конструкция висячей сваи

где N – вертикально направленная нагрузка, принимаемая сваей, МН;

G1 – модуль сдвига;

l – длина сваи, м;

β – коэффициент, равный:

В этой формуле значения α и ß определаются из выражений:

здесь, d – диаметр сваи по наружному контуру, м.

Если поперечное сечение сваи имеет прямоугольную, квадратную, тавровую либо двутавровую форму, то диаметр d определяется из тождества:

В этой формуле А – площадь поперечного сечения, принимаемая из таблиц СП, м2.

где υ – коэффициент Пуассона;

Относительная жесткость сваи определяется из выражения:

В этой формуле индексом ЕА обозначается жесткость ствола на сжатие.

Параметр, определяющий увеличение полученной по расчету осадки из-за сжатия ствола может быть определен из соотношения:

Для стоячих и висячих свай с уширением в зоне пяты общая осадка определяется по формуле:

В которой db означает диаметр свайного расширения внизу.

Значения коэффициента Пуассона и модуля сдвига находятся в зависимости от свойств пластов грунта и принимаются по методу послойного суммирования и получения среднего значения при делении полученной величины на число слоев грунта в пределах заглубления сваи.

Расчет осадки свайного “куста”

Свайный куст

Свайный куст

Расчет осадки группы свай основан на их взаимодействии между собой. При этом необходимо определить дополнительную деформацию сваи, размещенную на расстоянии а от сваи, работающей под нагрузкой.

Для этого применяется следующее выражение:

формула

При известном распределении нагрузок между сваями, значение величины осадки любой из них может быть вычислено из равенства:

в котором s(N) – осадка, высчитываемая из выражения для одиночной сваи.

При неопределенном распределении расчет выполняется по той же формуле, но при этом необходимо учитывать некоторые нюансы и обладать определенными знаниями в области строительной механики.

Расчет свайного поля

В таком случае вычисления производятся иным методом, отличающимся от уже рассмотренных вариантов, по формуле:

Свайное поле

Свайное поле

где sef – оседание условного основания;

∆sp – величина дополнительной осадки, возникающей при продавливании свай на уровне подошвы условного основания;

∆sc – значение дополнительной осадки, возникающей при сжатии ствола свай.

Осадка свайного поля также определяется способом послойного суммирования. При этом в области условного фундамента весом грунта можно пренебречь, а за нагрузку принимается только непосредственное влияние расчетных усилий на свайное основание.

Для выполнения расчетов способом послойного суммирования необходимо принять, что общее значение величины осадки зависит от интервала между свайными опорами в свету в границах площади свайного поля.

В данном случае можно столкнуться со значительными трудностями, потому как расстояние между сваями может быть различным. Тогда способ послойного суммирования приходится усложнить до метода ячейки, применяя при выполнении расчетов иные формулы и схемы, также имеющиеся в СП 24.13330.2011.

Общие принципы послойного суммирования

Способ подробно изложен в Строительных Правилах 2011 года. Вкратце его можно изложить так.

дом на сваях

Вертикальные нагрузки на основание разделаются на более мелкие участки, совпадающими по толщине со слоями грунта, характеризующимися одинаковым составом и идентичным свойствами по всему объему. В схеме расчета криволинейная эпюра заменяется ступенчатой. Работа на сжатие каждого слоя определяется без учета бокового расширения грунтов. Значение общей осадки высчитывается способом послойного сложения.

Параллельно расчетам вычерчивается эпюра распределения напряжений, а для расчетов применяются указанные в СП специальные выражения и табличные значения некоторых показателей. Также в СП присутствует и пример схемы расчета.

Расчет комбинированного фундамента

Конструкция свайно-плитная подземной части сооружения используется зачастую и для снижения осадок, и для равномерного приложения действующих нагрузок. Основания такого типа достаточно эффективно использовать для сложных грунтов, предполагающих одновременное сочетание сопротивления нагрузкам и плиты, и свай.

Для выполнения расчета необходимо определить:

  • Нагружение в плите и сваях;
  • Процентное соотношение нагрузок, передающихся на каждую из свай и каждую из зон плиты;
  • Деформирование и сдвиги комбинированного основания и отдельных его элементов.

По завершении расчетов высчитывается шаг и длина свайных опор с обязательным применением коэффициента надежности, величина которого принимается по СП 24.13330.2011 в зависимости от принятого количества свай.

Точность расчетов и правильный подбор элементов конструкции комбинированного основания позволяют гарантировать отсутствие существенной осадки, а также крены, перекосы, появление трещин на поверхности стен сооружения.

Как не ошибиться при отсутствии опыта

С группой грунта

Свайный фундамент - удачный выбор для глинистых грунтов

Свайный фундамент – удачный выбор для глинистых грунтов

Основой в расчете и определении целесообразности возведения свайного, как, впрочем, и любого другого основания, считается выявление вида грунта.

Грунты условно можно разделить на несколько групп:

  • Каменистый (скалистый) грунт сам по себе может представлять надежное основание для строительства дома, потому свайный фундамент на нем возводить нет никакого смысла;
  • На песчаных грунтах (также как и на “хрящеватых” – смеси песка, гравия, глины) также нет особой необходимости в установке свай – на них лучше всего устраивать мелкозаглубленные ленточные фундаменты, естественно, ниже глубины промерзания;

Для глинистых грунтов, обладающими диаметрально противоположными характеристиками (пучинистостью, пластичностью) свайные фундаменты – идеальное и, зачастую, единственно верное решение.

  • На суглинках и супесях, равномерно сложенных, вполне можно построить дом и на ленточном фундаменте;
  • Торфяники позволяют возводить лишь легкие строения на плитном основании. Посмотрите видео, как не ошибиться с типом фундамента.

С количеством свай

Чтобы пользоваться достаточно сложными вычислениями, описанными выше, разработаны простые правила подбора количества свай в соответствии с распределением опорных точек по периметру строения:

  • Под каркасно-щитовыми и деревянными домами интервал между сваями не должен превышать 3 м;
  • Для легкобетонных конструкций расстояние между заглубленными опорами следует принимать не более 2м.

Наиболее простым и понятным является следующий пример.

На листе бумаги в масштабе рисуется план дома. По углам и пересечениям стен намечаются точки, в которых сваи следует устанавливать прежде всего. Далее, применяются описанные чуть выше правила расстановки опор в зависимости от материала, из которого возводится постройка. Посмотрите видео, как рассчитать количество свай.

Под печи и массивные камины следует предусмотреть установку двух свай, а также учесть наличие веранды и прочих пристроек.

Из каких бы материалов ни строился бы дом, каких бы размеров и конструктивных особенностей он ни имел – расчет свайного основания в качестве несущей конструкции всего строения можно назвать главнейшим нюансом успешного строительства.

Ссылка на основную публикацию