Расчет свайного фундамента: простая и надежная методика

Когда его можно использовать

Рекомендуют ставить свайно-ростверковые фундаменты в следующих случаях:

Когда на достаточно большую глубину уходят нестабильные и слабонесущие грунты. Это карстовые, лесовые, торфяные почвы, плывуны, растительные и плодородные почвы большой толщины (более 1,4-1,5 метра). В этом случае нагрузку нужно передать на расположенные ниже плотные грунты с нормальной несущей способностью. Докопаться до них не всегда возможно, а если и можно, то фундамент получается слишком уж дорогой. Потому передача нагрузки при помощи свай — лучший выбор.
На участках с большими перепадами высот. В этом случае часто намного дешевле использовать сваи разной высоты, чем проводить работы по выравниванию грунта или заливать глубокую ленту, которая сможет компенсировать перепад высот.
Один из видов свайно-ростврекового фундамента — со сваями ТИСЭ

При высоком уровне грунтовых вод. Свайные фундаменты — единственные, для которых уровень грунтовых вод не имеет значение

Важно, чтобы под пяткой был грунт с несущей способностью. Уровень расположения вод влияет только на тип ростверка: если вода находится близко к поверхности, ростверк делают высоким, если она залегает глубоко — можно делать низкий.
При строительстве в жестких грунтах

В этом случае положительно сказываются небольшие объемы земельных работ (по сравнению с ленточными или плитными фундаментами).
Если вы решили строить дом по каркасной технологии. Делать под него ленту — напрасно тратить деньги: получится слишком большой запас прочности, который, в данном случае, ни к чему. В этом случае свайный или свайно-ростверковый фундамент — оптимальный выбор.
При большой массе здания (больше 350 тонн). Тогда получается, что лента или плита должны быть очень массивными, а, следовательно, дорогими. Более дешевым в этом случае часто оказывается свайно-ростверковый фундамент.

Иногда все еще проще: исходят из наименьшей стоимости. Но всегда нужно помнить, что любой тип свайного фундамента менее надежен, чем плитный и ленточный. А все потому, что мы не можем точно знать, какой грунт находится под каждой из свай. Именно поэтому при расчете параметров в конструкцию закладывается повышенный запас прочности. Не 1,2, как обычно считают, а 1,4. И все равно, гарантировать никто ничего не может.

Методы определения несущей способности грунта

Несущая способность почвы — один из важнейших параметров, учитываемых во время проектирования свайных оснований.

Данная величина демонстрирует, какую нагрузку из вне способна переносить условная площадь грунта (она, как правило, существенно ниже несущей способности самой сваи). Несущая способность почвы рассчитывается в двух показателях — тонн/м2 либо кг/см2.

На несущую способность грунта оказывают непосредственное влияние следующие факторы:

Тип почвы;
Насыщенность влагой;
Плотность.

Совет эксперта! Почва, чрезмерно насыщенная влагой, относится к категории проблемных грунтов, поскольку чем большее количество влаги она содержит, тем меньшими будут ее несущие характеристики.

Чтобы определить несущие свойства грунта необходимо проводить геодезические изыскания — для этого выполняется бурение пробной скважины, из которой берутся пробы разных слоев почвы. Все исследования и расчеты проводятся в строительно-испытательных лабораториях с применением специального оборудования.

Представляем вашему вниманию таблицу несущей способности основных типов грунтов:

Таблица 1.1: Несущая способность разных видов грунтов

При отсутствии возможности провести геодезические исследования вы можете самостоятельно определить ориентировочную несущую способность грунта, для этого с помощью ручного бура создайте скважину (до двух метров), опознайте тип почвы и сопоставьте ее с табличными данными.

Что такое свайный фундамент и из чего он состоит

Основой для этого типа фундамента служат полые стальные сваи, равномерно распределяемые по периметру будущих несущих стен дома. Внешняя поверхность покрывается защитным антикоррозионным слоем на основе цинка или полимерного материала, а внутренняя поверхность защищается бетоном, заливаемой в установленную сваю. Верхняя часть свай для фундамента соединяется посредством сварки с оголовком, который в свою очередь будет поддерживать ростверк – конструкцию, объединяющую отдельные сваи в единую основу. Чаще всего для изготовления ростверка используется бетон, стальные швеллеры и двутавры, реже – деревянный брус.

В отличие от ленточного или монолитного фундамента, также нагруженного по всему периметру здания, для монтажа не потребуется значительный объем земляных работ. Фундамент на сваях рекомендуется использовать в следующих случаях:

Грунты, находящиеся под стройплощадкой, характеризуются неустойчивостью, высокой влажностью, усадкой под воздействием сезонных факторов;
Застройка проводится на территории со сложным рельефом, на котором крайне сложно или невозможно установить обычные фундаменты;
Климатические условия в местности, а также уровень грунтовых вод, согласно действующим правилам СНиП, вынуждают сооружать массивный бетонный фундамент, требующий значительных денежных вложений;
При сооружении каркасного здания, как правило, используется именно свайный фундамент.

Расчет осадки методом послойного суммирования

Расчет осадки

слоистых оснований выполняетсяметодом послойного суммирования , в основу которого положена выше разобранная задача (основная задача). Сущность метода заключается в определении осадок элементарных слоев основания в пределах сжимаемой толщи от дополнительных вертикальных напряжений σZP, возникающих от нагрузок, передаваемых сооружениям.

Так как в основу этого метода положена расчетная модель основания в виде линейно-деформируемой сплошной среды, то необходимо ограничить среднее давление на основание таким пределом, при котором области возникающих пластических деформаций лишь незначительно нарушают линейную деформируемость основания, т.е. требуется удовлетворить условие

(7.11)

Для определения глубины сжимаемой толщи Нс вычисляют напряжения от собственного веса σZqи дополнительные от внешней нагрузки σZP. Нижняя граница сжимаемой толщи ВС основания принимается на глубине z = Нс от подошвы фундамента, где выполняется условие

(7.12)

т.е. дополнительные напряжения составляют 20% от собственного веса грунта

При наличии нижеуказанной глубины грунтов с модулем деформации Е≤5 МПа должно соблюдаться условие

(7.13)

Для оснований гидротехнических сооружений по СНиП 2.02.02—85 «Основания гидротехнических сооружений» нижняя граница активной зоны находится из условия

(7.14)

Расчет осадки

удобно вести с использованием графических построений в следующей последовательности (рис. 7.1 1):

строят геологический разрез строительной площадки на месте рассчитываемого фундамента;
наносятся размеры фундамента;
строятся эпюры напряжений от собственного веса грунта σZg и дополнительного σZP от внешней нагрузки;
определяется сжимаемая толща Нс;
разбивается Нс на слои толщиной hi≤0,4b;
определяется осадка элементарного слоя грунта по формуле (7.15)

Тогда полную осадку можно найти простым суммированием осадок всех элементарных слоев в пределах сжимаемой толщи из выражения

(7.16)

где β— безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента относительных поперечных деформаций, принимаемый равным 0,8; hi— высота i-го слоя; Ei — модуль деформации i-го слоя грунта;

— среднее напряжение i-го элементарного слоя.

Метод послойного суммирования

позволяет определять осадку не только ценфальной точки подошвы фундамента. С его помощью можно вычислить осадку любой точки в пределах или вне пределов фундамента. Для этого пользуются методом угловых точек и строится эпюра напряжений вертикальной, проходящей через точку, для которой требуется расчет осадки.

Рис. 7.11.

Расчетная схема для определения осадки методом послойного суммирования: DL — отметка планировки; NL — отметка поверхности природного рельефа; FL — отметка подошвы фундамента; ВС — нижняя граница сжимаемой толщи; Нс — сжимаемая толща

Таким образом, метод послойного суммирования

в основном используется при расчете небольших по размерам фундаментов зданий и сооружений и при отсутствии в основании пластов очень плотных малосжимаемых грунтов.

Выбор типа основания

От того, какими будут фундаментные сваи, расчет сильно различается. В данном случае будет рассмотрен буро-набивной свайный фундамент, который способен выдержать сильные нагрузки даже на очень сложных и текучих грунтах.

Схема залегания сваи.

Это необходимо учитывать при выполнении всех проводимых расчетов.

Для свайного фундамента важно выбрать необходимый размер опор, так как именно это позволяет обеспечить надежность не только основания, но и всего строения в целом. Допустим, что будет использован свайный буро-набивной фундамент, для которого расчетная нагрузка равна 1,09 МН при нормативной в 0,96 НМ

На участке строительства наблюдаются сложные почвы с признаками текучести. Тогда у подошвы сваи необходимо устраивать уширенную пяту с диаметром в 1,4 м при диаметре ствола в 0,4 м, что полностью удовлетворяет такому условию 2≤D/d≤ 3,5. Если глубина заложения свай составляет 1,1 м, они будут опираться на второй слой грунта из полутвердой глины, то длина каждой сваи должна быть 3,4 м.

Какие параметры нужно рассчитать для правильного выбора свайного фундамента

Параметры, необходимые для обоснованного выбора свайного фундамента, можно разделить на две группы:

Измеряемые.
Расчетные.

К измеряемым могут быть причислены все свойства грунта на данном участке:

Состав слоев.
Уровень залегания грунтовых вод.
Особенности гидрогеологии, возможность сезонного подтопления, подъемы и понижения водоносных горизонтов.
Глубина залегания и состав плотных слоев.

К расчетным параметрам относятся:

Величина нагрузки на основание.
Несущая способность опоры.
Схема расположения стволов.
Параметры свай и ростверка.

Указаны только самые общие параметры, в ходе создания проекта нередко приходится рассчитывать большое количество дополнительных позиций.

ВАЖНО!

Расчет фундамента — ответственная и очень сложная задача. Ее решение можно поручить только грамотному и опытному специалисту, имеющему соответствующую профессиональную подготовку и квалификацию. Кроме того, заказ на выполнение расчета должен быть оформлен официальным порядком, чтобы проектировщик нес полную ответственность за результат своих действий. Проект, составленный неформальным порядком, может стать приговором как самой постройке, так и людям, проживающим в ней.

Правила расположения винтовых свай под фундаментом

Для поддержания строения и обеспечения равномерной нагрузки опоры должны располагаться согласно установленному порядку в местах с наибольшей нагрузкой.

Можно выделить следующие зоны:

в углах соединения фасадных стен;
в точках пересечения несущих стен и межкомнатных перегородок;
возле входного проема;
на внутренней площади с интервалом не более 2 метров;
под печью или камином (от 2 свай и более);
под несущей стеной, на которой располагается дополнительная конструкция типа балкона или мезонина, локально усиливающая нагрузку на стену.

После нахождения точного количества свай наступает этап схематического расположения опор в плане фундамента. При этом должны учитываться вышеуказанные правила их размещения под несущими элементами и в критических точках строения. Остаток должен равномерно размещаться в интервалах между ключевыми опорами. Так определяется шаг в расстановке винтовых свай.

Расчет одиночной сваи в составе фундамента по первой группе предельных состояний (по несущей способности грунта основания сваи)

Расчет предусматривает проверку выполнения условия I предельного состояния:

F – расчетная нагрузка передаваемая на сваи т.е. фактическая нагрузка:

– расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая способность сваи по грунту);

– расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

– коэффициент надежности.

Вычисление фактической нагрузки F, передаваемой на сваю.

Вес ростверка QP = 1,6·1·0,5·24 = 19,2кН;

Вес надростверковой конструкции Qнк (одного пог. м стены подвала) из 5 блоков ФБС24.4.6: Qнк = (0,4·0,6·1·4) ·22 = 26,4 кН;

Общий вес Q ростверка и надростверковой конструкции:

= QP + Qнк = 19,2 + 26,4 = 45,6 кН;

При вычислении QP и Qнк приняты удельные веса:

Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала GП:П = 0,1·0,2·1·22 = 0,44 кН.

Общий вес G пригрузки ростверка грунтом и полом подвала:= GП = 0,44 = 0,44 кН.

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю

Условие F < Pсв выполняется.

Принятые размеры свайного фундамента будут считаться окончательными при удовлетворении условия расчета по второму предельному состоянию – по деформациям.

Оптимальное расстояние

Оптимальное расстояние между сваями — это абстрактное понятие, не имеющее реального числового выражения.

Некоторые источники приводят вполне конкретные значения, но они вызывают больше сомнений, чем полезной информации.

Прежде всего, необходимо учесть нагрузку на каждую опору, которая должна быть меньше предельно допустимых величин.

Кроме этого, необходимо обеспечить такую длину пролетов между сваями, чтобы балки ростверка сохраняли неподвижность и не прогибались.

В этом отношении оптимальное расстояние определяется материалом и размерами ростверка, величиной нагрузки и прочими факторами воздействия.

Поэтому общего оптимального значения расстояния между сваями нет и не может быть. Это величина расчетная, зависит от многих факторов и в каждом конкретном случае имеет собственное значение.

Перепад между высотами участка

Как говорилось ранее, чтобы не ошибиться со сваями и правильно рассчитать их длину, необходимо определить разницу высоты разных точек участка. Если вы убедились в том, что такой перепад существует и, согласно плотности почвы, подходят сваи длиной 2,5 м, то их необходимо монтировать в самом верхнем ряду.

Те опоры, которые будут фиксироваться в низинах, должны быть длиннее на разницу высоты между точками их установки. Разницу вычисляют при помощи водяного уровня или нивелира с применением отвеса и рулетки. При существенном перепаде высот (более 0,5 м) рекомендуется прибавить 50 см к полученной длине свай для фундамента, так как в самых низких местах может не доставать до 20 см их высоты.

Учет разницы высоты

Поможем с расчётами и работами по свайному фундаменту

Мы опытная компания по погружению железобетонных свай и шпунтов, с большим парком техники и большим количеством сданных объектов. Поможем Вам с возведением свайного фундамента любой сложности, примеры наших работ на фото. Видео наших работ. Ждём Вашего обращения по заявке:

Цены на услуги

…

Подробнее

Расчёт нагрузки на фундамент

Неприятно наблюдать, как в недавно построенном доме появляются на стенах трещины. Самое печальное в этой ситуации, что исправить практически ничего изменить нельзя,…

Подробнее

Смета на забивку свай — техкарта на забивку свай

Существуют 2 типа сметы — коммерческая смета смета Данная смета составляется с учетом спроса и предложений, загруженности оборудования и специфики конъюнктуры. Наша…

Подробнее

Расчёт нагрузки на фундамент

Ознакомьтесь с материалом о том зачем это делается, а также как грамотно и верно выполнять расчёт нагрузки на фундамент.

Плюсы и минусы свайно-ростверкового фундамента

Конструкция свайно-ростверкового фундамента представлена свайными опорами, объединёнными вверху плитами или балками…

Расчет одиночной сваи в составе фундамента по первой группе предельных состояний (по несущей способности грунта основания сваи)

Расчет предусматривает проверку выполнения условия I предельного
состояния:

F —
расчетная нагрузка передаваемая на сваи т.е. фактическая нагрузка:

—
расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая
способность сваи по грунту);

— расчетная
нагрузка, допускаемая на сваю.

—
коэффициент надежности.

Вычисление
фактической нагрузки F, передаваемой на сваю.

Вес
ростверка QP = 1,6·1·0,5·24 = 19,2кН;

Вес
надростверковой конструкции Qнк (одного пог. м стены подвала) из 5 блоков
ФБС24.4.6: Qнк = (0,4·0,6·1·4) ·22 = 26,4 кН;

Общий
вес Q ростверка и надростверковой конструкции:

=
QP + Qнк = 19,2 + 26,4 = 45,6 кН;

При
вычислении QP и Qнк приняты удельные веса:

Пригрузка
внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала GП:П = 0,1·0,2·1·22 = 0,44
кН.

Общий
вес G пригрузки ростверка грунтом и полом подвала:= GП = 0,44 = 0,44 кН.

Расчетная
допускаемая нагрузка на сваю

Условие
F < Pсв выполняется.

Принятые
размеры свайного фундамента будут считаться окончательными при удовлетворении
условия расчета по второму предельному состоянию — по деформациям.

Проектирование свайного фундамента

При проектировании свайного фундамента необходимо участь ряд факторов, влияющих на его устойчивость:

Глубина залегания толщина и надежность пород;
Масса здания;
Условия строительства и эксплуатации;
Конструктивные особенности здания.

При проектировании инженеры опираются на данные геологических изысканий и на их основе определяют возможность строительства, рассчитывают количество свай, выбирают их вид, форму и материал.

Второй важный фактор — это нагрузка от здания.

Она складывается из нескольких видов нагрузки:

Постоянная. Включает в себя вес самого здания;
Долгосрочная временная — это вес станков, оборудования и других тяжелых конструкций;
Краткосрочная временная складывается из веса мебели и людей в здании;
Снеговая и ветровая нагрузки рассчитываются отдельно для каждого здания на основании климатических данных региона согласно СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

Карта снеговых районов России

Вид сваи зависит от технико-экономических показателей строительства. Подбирается самый дешевый вариант, удовлетворяющий все требования и обеспечивающий надежность конструкции.

На этапе проектирования инженеры предусматривают запас прочности, обеспечивающий длительный срок эксплуатации фундамента даже при больших нагрузках.

Рассчитываем ростверк

Свайная основа может быть сконструирована из одних опор, по которым укладывают нижнюю обвязку строения.

Ростверком называют балку или железобетонную плиту, по горизонтали соединяющую верхушки каждого винтового элемента. Свайно-ростверковые основы одинаково хорошо подходят для строительства деревянных и пеноблочных зданий. Ленточный ростверк может быть монолитным или сборным, главное, чтобы он был вылит из бетона, марка которого не ниже 150.

Чтобы ростверк был грамотно сооружен и создал прочную связку между винтовыми элементами, нужно правильно рассчитать его габариты. Существует ряд специальных расчетов, мы же ограничимся минимальными размерами связующей ленты:

Фундамент с железобетонным ростверком

Высота – 30 см.
Ширина – 40 см.

Чтобы придать ростверку необходимую жесткость, его нужно усилить продольной и поперечной арматурой (в диаметре 10-12 мм). Прутья соединяются при помощи проволоки по принципу армопояса. Расстояние от арматуры до края ростверка должно составлять не менее 2,5 см, чтобы металлические прутья полностью загерметизировались бетонным раствором и не подвергались коррозийным процессам.

Соединение ростверка с опорами может быть жестким, когда его арматура связывается с прутьями свай, или свободным, когда ростверк без дополнительной подвязки лежит на опорах фундамента. В обоих случаях нагрузка между сваями распределяется равномерно.

3.2. Заливка скважин. Армирование свай фундамента

Перед заливкой бетоном каждая из скважин армируется. Арматура раскладывается продольно по всей длине сваи. Для каждой из столбовых опор достаточно 4-6 прутьев диаметром 12-10 мм. Для придания устойчивости каждая из арматур предварительно сваривается между собой проволокой. Получается своеобразный каркас (закладная), который вставляется в подготовленную скважину. Арматура обязательно должна выступать над сваей – ее длина должна быть такова, чтобы сцепление с ростверком было достаточным. Расстояние от стен скважины (в случае установки опалубки – от стен опалубки) до прута – не менее 5 см.

Во избежание появления воздушных карманов бетонирование должно осуществляться послойно по 25-30 см. Каждый последующий слой плотно утрамбовывается лопатой-штыковкой или вибратором. Чтобы не допустить швов на стыках, заливка каждого последующего слоя производится до высыхания предыдущего.

Пример расчета сваи по формуле 2

По формуле (1) можно определить диаметр свай и их количество, если известен общий вес, Р строения. Можно определить вес, Р сооружения, которые выдержат сваи, то есть решить обратную задачу.

Решим прямую задачу. Примерный вес строения можно определить, если известна этажность, материалы стен и перекрытий, вес кровли.

Площадь грунта, на которую опирается основание сваи, определим через ее диаметр d:

a периметр сваи равен

подставив (4) и (5) в (2), после элементарных преобразований получим:

Пусть глубина погружения сваи равна 3 м и при этом верхний глинистый слой имеет толщину1,5 м, и нижний слой составляет крупный песок. Пусть коэффициент пористости е≤0,55, и в верхнем слое глина находится в мягкопластичном состоянии, то есть показатель текучести IL=0,6.

По таблице 1 определяем расчетное сопротивление глинистых грунтов, fгл=25(2,5)кПа (тс/м 2 ) и по таблице 2 расчетное сопротивление песчаных грунтов, fпес=85(8,5) кПа (тс/м 2 ). По таблице 4 определяем расчетное сопротивление песчаного слоя Rпес=4100(410) кПа (тс/м 2 ). Подставим эти значения в тс/м 2 в формулу (6).

Fd=π[410d 2 /4+d(2,5·1,5+8,5·1,5)]= π[410d 2 /4+d(2,5·1,5+8,5·1,5)]= = π(410d 2 /4+16,5d).

При диаметре d = 30 см=0,3 м, Fd=44,5 т.

При диаметре d = 20 см, Fd= 23т.

Требуемое количество свай N необходимо определять, проверяя условие:

где Р – вес сооружения.

Понятно, что одновременно с решением прямой задачи можно выполнить расчет размера свай.

Для свай, имеющих в сечении квадратную форму со стороной а, формулу (6) необходимо преобразовать, и она примет вид:

Подводя итог, следует отметить, что выполнен, пожалуй, самый простой расчет. И цель его состояла в определении приблизительного количества свай. Намного сложнее выполнить расчет на воздействие сил морозного пучения. А его также необходимо выполнять. Для такого расчета потребуется определять удельную касательную силу морозного пучения, но это можно выполнить только опытным путем. Поскольку фундамент требует серьезного к себе отношения, то целесообразно воспользоваться услугами специалиста.

Как посчитать шаг

Наибольшее расстояние между буронабивными опорами определают как отношение несущей способности сваи (Р) к нагрузке строения на один погонный метр фундамента (Q). В свою очередь, Р представляет собой суммарный показатель боковой поверхности и основания.

Росн = 0,7 * Rн * F,

где Rн — нормативная несущая способность, F — площадь основания буронабивной сваи, а 0,7 — коэффициент однородности грунта.

Рбок. пов-ти = 0,8 * U * fiн * h,

где 0,8 — коэффициент условий работы, U — периметр сваи по сечению, fiн — нормативное сопротивление грунта у боковой поверхности сваи, h — высота слоя грунта, контактирующего с фундаментом.

Расположение буронабивных свай

Разделив массу здания на его периметр, получим Qк примеру, 6,2 т/м. В размер приплюсовывается длина основания не только наружных, но и внутренних стен, находящихся под нагрузкой (если есть). Предварительно выберем сваю Ø 30 и длиной 3 м. Р= 12,31 т.

Максимальное расстояние составит 1,98 м.

Теперь начинаем привязку промежутка между опорами к геометрии проектируемого здания. Учитывать необходимо кратность сторон периметра расстоянию между столбами. Увеличить размер просвета можно, приняв расчетную деталь с большим диаметром или длиной (увеличиваем числовое значение Росн, Рбок. пов-ти).

Строительные правила рекомендуют соблюдать расстояние между буронабивными колоннами от 3 до 6 их диаметров. То есть, в свету минимальный зазор 2 диаметра. Уменьшение возможно, ноне рационально. При бурении не происходит такого сдавливания грунта, как при забивании. Однако, близкое расположение столбов (менее 1 м) распределяет нагрузку на поверхность основания с взаимным наложением зон деформации основания. Получаем принцип куста. При расчете трения по боковой поверхности в кусте учитывается только внешний условный периметр всего куста опорных стержней, что уменьшает общее значение этого показателя. Также растет напряжение деформации под подошвой, что может увеличить осадку. Взаимовлияние в кусте рассчитывается по СП 50-102-2003 (п.7.4.4).

Подведем итоги

Когда строится здание с буронабивным свайным основанием, расстояние от одной опоры до следующей принимается из условий:

Не меньше 1 м;
От 3 до 6 диаметров сваи;
На основании расчета. Нормы относятся к требованиям, а не к рекомендациям;
Для нужного значения можно изменить в расчете параметры бетонного столба -площадь основания или боковой поверхности (глубину прохождения грунта);
Результат практических исследований отличается от табличных данных;
Застройщик, имеющий опыт работы на этом участке, сокращает затраты на подготовительные исследования и минимизирует вероятность просчета.