Сваи — это специальные стержни, изготовленные из металла, бетона или древесины, которые заглубляют в грунт при строительстве фундаментов различных строений.
Использование свай целесообразно в том случае, когда верхние слои грунта по разным причинам не могут являться естественным основанием, для опирания на них фундаментов от зданий.
Расчет количества винтовых свай с помощью калькулятора
- Укажите длину сторон вашего строения, выбрав по форме от 3-х до 15-ти метров.
- Укажите тип строения – дом, гараж, бытовое сооружение и пр.
- Укажите «этажность», если появляются соответствующие графы. Заполняя графы, обратите внимание на то, что дом с мансардой будет считаться полутора этажным строением.
- Выбирайте материал вашего строения.
- Укажите тип грунта на участке.
- Укажите количество углов планируемого дома.
- Укажите высоту цокольного этажа из предложенных вариантов.
- Отметьте, собираете ли вы устанавливать камин/печку.
- Кликнете «Рассчитать».
Через несколько секунд появится результат подсчета необходимого количества свай для вашего объекта.
Рассмотрим пример
Имеется торфяной участок с глубиной торфа 3 метра. Вы решили построить деревянный дом (брус 150х150), площадью 10 на 10 метров. Дом планируется оригинальной формой с девятью углами и мансардой. На высоте 50 см над землей будет расположен пол. Чтобы зимой вам было тепло, было решение установить в доме камин.
После того, как были внесены все данные, калькулятор подсчета количества винтовых свай выдал нам результат – 32 сваи, диаметром 108 мм и длиной в 4,5 метра.
Конечно, данный расчет является предварительным. Он служит ориентиром при планировании бюджета и дальнейшего заказа. Для более точного результата необходим выезд специалиста на объект для детального осмотра участка под планируемую застройку, где будут учтены все факторы.
Расчет осадок свайного фундамента
Расчет осадок фундаментов на сваях-стойках не производится, так как они передают нагрузку на практически несжимаемое или малосжимаемое основание. Величина осадки свайного фундамента из свай, защемленных в грунте, определяется расчетом по предельным состояниям второй группы.
Фундаменты из свайных полей размером более 10´10 м рекомендуется рассчитывать по схеме линейно деформируемого слоя. При этом размеры условного фундамента принимают равными размеру ростверка в плане, а расчет производят по среднему давлению на основание в плоскости подошвы плитного ростверка, увеличив расчетную толщину слоя на величину, равную глубине погружения свай, и приняв модуль деформации слоя, прорезаемого сваями, равным бесконечности или модулю упругости материала свай.
Расчет осадки в прочих случаях рекомендуется выполнять с использованием метода послойного суммирования. Границы условного фундамента показаны на рисунке 2.4. Вертикальные грани условного фундамента отстоят от наружных граней крайних рядов свай на расстоянии
,
где h – длина части сваи, соприкасающейся с грунтом; φII,m – средневзве-шенное значение угла внутреннего трения грунтов, прорезаемых сваями;
jII,i – расчетные значения угла внутреннего трения для отдельных слоев грунта, прорезаемых сваей, толщиной hi.
Это вызвано тем, что за счет трения по боковой поверхности между стволом сваи и грунтом часть грунта также вовлекается в совместную работу и может рассматриваться как часть фундамента.
Таким образом, размеры условного фундамента определятся по формулам:
,
где b и l – расстояния между наружными гранями крайних рядов свай по ширине и длине фундамента, м.
Расчет производится в той же последовательности, что и для фундамента на естественном основании. Напряжения в основании условного массивного фундамента определяются так же, как и для фундамента на естественном основании под действием Nо1 и собственного веса условного фундамента, в который входит вес ростверка, вес свай и вес грунта в пределах объема abcd (см. рисунок 2.4).
Полученное расчетом значение осадки не должно превышать предельное значение, определяемое по таблице 1.16 или по таблице Б.1 [1].
Расчеты свайного фундамента завершаются подбором сваебойного оборудования. Можно использовать методику, описанную в справочной литературе [2, с. 207-210].
Пример. Выполняем проверку давления на грунт от условного фундамента ABCD (рисунок 2.5). Определим средневзвешенное значение угла внутреннего трения jII,m и размеры подошвы условного фундамента ly и by, учитывая, что расстояние между наружными гранями крайних рядов свай b0 = 2,3 м и l0 = 3,5 м:
jII,m = SjII,ihi/Shi = (16×8+18×3,2)/(8+3,2) = 16,5°;
by = b0 + 2 htg(jII,m/4) = 2,3+2tg(16,5/4) = 3,85 м;
ly = l0 + 2 htg(jII,m/4) = 3,5+2tg(16,5/4) = 5,05 м.
Вес условного массива
Ny=bylySgIIihi= 3,85×5,05(16×1,2 + 19×1,3 + 19×2,2 + + 10×2,2 + 18×3,2)=6225 кН.
Полное давление под подошвой условного фундамента
pII = (NoII+Ny)/(byly) = (6275 + 6225)/(3,85 × 5,05) = 643 кПа.
Расчетное сопротивление грунта R под подошвой условного фундамента определим по формуле (В.1) [1], принимая d = dy и b = by и учитывая, что gс1 = 1,25; gс2 = 1; k = 1; kz = 1; My = 0,43; Mq = 2,73; Mc = 5,31 (для jII = 18° несущего слоя); b = 3,85 м; gII = 18 кН/м3 – удельный вес грунта, расположенного под подошвой условного фундамента; d = 17 м; сII = 30 кПа – сцепление несущего слоя грунта; = (16×1,2+19×4,8+19×8+18×3)/(1,2+4,8+8+3)= = 18,6 кН/м3 – средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения условного фундамента;
Проверяем давление на грунт по подошве фундамента
р = 643 кПа < R = 1315 кПа.
Требование п. 5.10 СНБ 5.01.01-99 удовлетворено. Расчет осадки можно выполнять, используя решения теории упругости. Так как ширина фундамента менее 10 м, можно использовать метод послойного суммирования.
Рисунок 2.5 – Расчетная схема к определению осадки фундамента
Природное давление на отметке подошвы условного фундамента
Дополнительное давление по подошве условного фундамента
Определяем природные и дополнительные напряжения в основании (таблица 2.6) и строим эпюры этих напряжений (см. рисунок 2.5) при h = = ly/by = 5,05/3,85 = 1,31 и hi = 0,4b = 0,4×3,85 = 1,54 м.
|
Т а б л и ц а 2.6 – Определение природных и дополнительных давлений
| Номер границ слоев | Грунт | z, м | x = 2z/b | a | szg, кПа | szр, кПа | szр,ср, кПа |
| Глина Е=19 МПа | 1,000 | ||||||
| 1,54 | 0,8 | 0,848 | |||||
| 3,08 | 1,6 | 0,532 | |||||
| 4,62 | 2,4 | 0,325 | |||||
| 6,16 | 3,2 | 0,210 | |||||
| Sszр,ср= |
Расчет осадки фундамента определим по формуле
Полученное значение осадки фундамента меньше предельно допустимой осадки фундамента su = 8 см для зданий с железобетонным каркасом.
2.8 Принципы расчета горизонтально нагруженных свайных фундаментов
Фундаменты ряда сооружений (мостовые опоры, путепроводы, эстакады и др.) могут испытывать горизонтальные нагрузки, соизмеримые по величине с вертикальными. Расчет таких фундаментов включает в себя два этапа: первый – на вертикальную нагрузку, как это изложено выше, и второй – проверка сваи на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок.
Расчет одиночных свай в статическом отношении сводится к тому, что свая рассматривается как балка, имеющая заданные размеры и заданные нагрузки на одном конце, на упругом винклеровском основании, характеризуемом коэффициентом постели, линейно увеличивающимся с глубиной.
На основе решений строительной механики получены формулы для определения горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка u и угла ее поворота y, расчетного давления s, оказываемого на грунт боковыми поверхностями свай, а также для определения изгибающих моментов М и поперечных сил Q в различных сечениях по длине сваи. Последовательность расчета включает:
а) расчет свай по деформациям, который сводится к проверке условий допустимости расчетных значений горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота:
u < uu; y < yu,
где uu и yu – предельно допустимые значения соответственно горизонтального перемещения головы сваи, м, и угла ее поворота, рад, устанавливаемые в задании на проектирование сооружения;
б) расчет устойчивости грунта основания, окружающего сваю (только для свай с d > 0,6 м), заключающийся в сопоставлении расчетного давления s с несущей способностью грунта;
в) проверку прочности свай как внецентренно сжатых элементов, сопротивления материала по предельным состояниям первой и второй групп.
Свайные фундаменты с наклонными сваями рассматриваются как пространственные статически неопределимые рамные конструкции, взаимодействующие с упругим (винклеровским) основанием. Стойками этой рамы являются сваи, а ригелем – ростверк. Взаимодействие грунта и свай может быть учтено двумя способами: как жесткая условная заделка свай в грунте или как деформация гибкого стержня в упругой среде. В любом случае расчет ведется методом перемещений.
Кроме того, для низких ростверков дополнительно учитывается сопротивление грунта по его боковым поверхностям.
Расчетные схемы для высокого и низкого ростверков приведены на рисунке 2.6.
а) б)
Рисунок 2.6 – Расчетные схемы свайных фундаментов: а – с высоким ростверком; б – с низким ростверком
Для упрощения расчета вводятся «характерные центры» стержневой системы: С – упругий центр (если сила приложена в этой точке, то она вызывает только поступательное движение всей системы); Q – центр нулевых перемещений (сила, проходящая через него перпендикулярно оси OZ, вызывает поворот ростверка вокруг точки О).
Расчет усилий и перемещений выполняют в следующем порядке:
1 Определяют усилия, передающиеся на плоскую расчетную схему (расчетный ряд свай), по формулам:
,
где– расчетная нормальная сила в уровне подошвы ростверка, кН; Т – расчетная горизонтальная нагрузка, действующая на расстоянии h0 от точки О; h0 =M/F; kр – количество расчетных рядов; М – суммарный момент от всех сил относительно точки О, действующий в расчетной плоскости.
2 Вычисляют относительные значения единичных реакций системы по формулам:
;
;
;
,
где ai – проекции углов наклона свай на расчетную плоскость (положительные при отклонении свай от вертикальной оси влево); п – число свай в расчетном ряду; пф – число фиктивных свай (при расчете низкого ростверка); хi – расстояния от оси, проходящей через центр тяжести свайного поля в уровне подошвы фундамента, до осей свай (положительные – влево от точки О); ln – расчетная длина сжатия свай, м; lм – расчетная длина изгиба свай, приближенно принимаемая ; l0 – свободная длина сваи (для низкого ростверка l0 =0).
3 Для низкого ростверка находят количество фиктивных горизонтальных свай по формуле
,
где Fp – реактивный отпор грунта при единичном горизонтальном перемещении ростверка; Асв – площадь сечения сваи, м2; Еb – модуль упругости бетона сваи, кПа.
Значение Fp можно определить по формуле
где b – ширина боковой грани ростверка, перпендикулярной к плоскости расчетной схемы, м; Ег – модуль деформации грунта, расположенного у боковой грани ростверка, кПа.
4 Определяют положение характерных центров С и Q по формулам:
При этом должно выполняться условие c0 < h0 < l. Величины c0, l, bQ могут иметь как положительные, так и отрицательные значения.
5 Вычисляют относительные и абсолютные перемещения ростверка:
поворот
горизонтальное перемещение
вертикальное перемещение
6 Находят горизонтальное смещение верха фундамента и сравнивают его значение с предельно допустимым:
.
7. Определяют продольные усилия и моменты в свах по формулам:
8. Проверяют несущую способность свай по грунту:
,
где Fd – несущая способность свай по грунту или материалу (меньшая).
Для фундаментов с низким ростверком и вертикальными сваями (ai = 0) расчетные формулы значительно упрощаются. Продольные усилия и моменты в этом случае могут быть найдены по приближенным формулам:
.
Для высокого свайного ростверка, содержащего только вертикальные сваи (пф = 0), приближенные формулы будут иметь вид
.
Самостоятельный расчет на месте
Такой же расчет можно сделать самостоятельно и без использования калькулятора. Полученный таким способом результат в большинстве случаев менее точный. Вам нужно будет определить тип и плотность грунта, проанализировать природный рельеф, определить расстояние, на котором находятся более плотные слои почвы.
Еще одним вариантом, как можно узнать необходимое количество свай – это рассчитать их по плану первого этажа. Здесь вам необходимо посчитать количество углов и стыки внешних стен с несущими перегородками. В указанных местах и должны располагаться сваи, они должны идти по периметру с шагом не более трех метров. Если вы планируете установить камин, то, в зависимости от его веса, вам необходимо установить под него от одной до четырех свай.
Проведите расчет на калькуляторе и по плану первого этажа и сравните результаты.
Расчёт несущей способности сваи
Для расчёта несущей способности свай сначала проводят всевозможные испытания:
- Статистическое зондирование.
- Испытание свай (статистические и динамические).
- Исследование грунтов.
Расчёт производится согласно СНИП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».
Формула расчёта
Где:
- А – поперечная площадь сваи;
- М – специальный коэффициент категории грунтов;
- Ed — расчётная энергия от удара молота по стержню
- m1 — масса ударяемого приспособления;
- m2 — масса стержня и наголовника;
- m4 — масса ударяемого элемента;
- Sa — остаточный отказ сваи
- Sel — упругий отказ сваи
Применение расчётов на практике
Применение расчётов на практике очень важная задача для рационального использования материалов, а также соблюдения требований безопасности строительного производства.
Если применить материалы недостаточной прочности, то можно не получить заявленные эксплуатационные характеристики фундаментов. При необоснованном применении более массивных конструкций в результате получим значительный перерасход средств.
Устройство свай — это довольно сложная и трудоемкая процедура, к которой нужно подходить очень серьёзно. Пренебрежение к расчётам может обернуться неприятными последствиями. Самое оптимальное решение при выборе такого типа фундаментов это обратиться к профессионалам.
Что называют отказом сваи
В общем виде, отказ сваи это вычисленная или, практическим путем, установленная отметка глубины, на которой происходит затруднение погружения сваи из-за состава и характеристик грунта. Перед выполнением работ по возведению свайного поля нужно не только точно определить и вынести в натуру фактическое местоположение свай. Кроме этого, важно точно провести геологические изыскания на объекте и вычислить глубину отказа сваи – так удастся оптимально использовать возможности свайного основания и предотвратить его разрушение.
Проектный отказ сваи это определенный на основе множества исходных данных уровень грунта, на котором погружение сваи становится проблемным. Отказ измеряется в миллиметрах.
В процессе забивания сваи молотом или вдавливания сваи специальной установкой может произойти два варианта развития событий: либо свая в какой-то момент упрется в прочный горизонт и перестанет уходить в грунт, либо она провалиться в землю полностью. Для строительства важен выход на заданную отметку, поэтому предварительное определение проектного отказа сваи крайне важно для эффективности всего строительства.
Истинный и ложный отказ сваи
Важным понятием в производстве забивных работ является залог сваи. Это величина, на которую опора готова погружаться. В процессе забивки можно проследить тенденцию, на которую свая уходит вглубь. Обычно для этого применяют отметку за 10 ударов молота: отмечается глубина, на которую опора уходит вглубь. Если погружение осуществляется вибрационным способом, то отсчет залога определяют по временному промежутку.
Истинный отказ свай
Важная особенность: работы по погружению сваи выполняются вплоть до момента, когда она прочно сядет в грунт и дальнейшее погружение окажется невозможным.
Ложный отказ сваи может произойти из-за медленного или слишком часто ритма забивания опоры. Также такую задержку могут вызвать особенности слоев грунта. В любом случае, если остановка погружения происходит до выхода на заданную расчетную глубину, или до отметки залога, то следует продолжать работы.
Истинный отказ сваи является конечной целью. Благодаря проектным работам и предпроектным изысканиям удается выявить эту отметку и необходимо на неё выходить. В таком случае основание получает достаточную прочность и надежность.
Отказ сваи, определение которого заключается в плановом погружении опоры на установленную глубину, крайне важно для успеха всего строительства. Рассчитанный отказ свай при забивке должен соответствовать практическому в пределах допустимого несоответствия.
Ложный отказ свай
Просто знать, что такое отказ сваи при забивке недостаточно для грамотного производства работ. Важно правильно выполнить проектные расчет, потому что это определяет последующий порядок работ.
