Определение длины свай существующих зданий

В этой статье:

Как рассчитывается несущая способность сваи

Несущая способность свай – это способность строительной конструкции уравновешивать нагрузку от веса строения и сопротивление грунта. Расчёт сопротивления опоры этим двум силам даёт определение несущей способности сваи.

Когда опорные стержни в одном фундаменте расположены на отдалённом расстоянии друг от друга, несущая способность опорного стержня используется полностью.

Современные методы расчётов определают нужное количество опорных стержней с оптимальной точностью.

Методы расчета несущей способности свай

Несущая способность свай рассчитывается с учетом следующих факторов:

Материал сваи (деревянный столб, железобетонный стержень, буронабивная конструкция и другие);
Одиночная опора или свайная группа;
Положение опор в грунте (висячая конструкция, кустовое расположение, свая на плотном грунтовом основании);
Характеристика свойств грунта (плотность, структура почвы, пучинистость, глубина промерзания, уровень грунтовых вод).

При подсчёте несущей способности свайного поля, суммируют показатели несущей способности отдельных опорных стержней.

Монтаж бетонных свай

Однако следует учитывать, что при чрезмерном количестве опорных стержней, общая несущая способность свай будет сокращаться за счёт уменьшения силы бокового трения грунта о свайный стержень. Может возникнуть ситуация, при которой опоры могут продавить слабое грунтовое основание.

При определении несущей способности опор используют три метода:

Теоретический метод, основанный на применении формул и таблиц СНиП 11-17-77;
Динамический метод получения результатов опытной забивки свай;
Пробный метод статической нагрузки опор и исследования грунта.

Рассмотрим все три метода исследования несущей способности опорных стержней.

Теоретический метод

Сваебойная машина для проверки несущей способности свай

Разрабатывая проектную документацию, специалисты часто применяют теоретический метод подбора конструкций опор. Он заключается в анализе вертикальной съёмки грунта по месту привязки генерального плана строительства объекта, общей нагрузки на свайное основание.

Учитывая равномерность залегания однородных грунтов, уровня грунтовых вод под стройплощадкой, с помощью формул и таблиц СНиП определяется несущая способность стержня. Определают материал опор, частоту распределения их по свайному ростверку.

Помимо этого выбирают способ забивки опор, вид механизма, массу его молота. Например, масса ударной части молота должна быть не менее общего веса сваи. Если длина сваи более 12 метров, то масса молота будет составлять 1,25 массы стержня. Когда опорный стержень забивают в плотный грунт, то используют сваебойную машину с массой ударной части молота равной 1,5 всей массы опорного стержня.

Зазор между боковой поверхностью конца сваи и стенкой оголовника не должен быть больше одного сантиметра.

Пример расчёта несущей способности буронабивной сваи

Буронабивная свая

Буронабивная свая представляет собой обсадную трубу, погруженную на глубину до проектной отметки, Трубу заполняют бетоном. Такие трубы применяют при строительстве крупных промышленных объектов с повышенными эксплуатационными нагрузками. Максимальный диаметр трубы достигает 1,5 метра, а максимальная длина бывает около 40 метров.

Расчёт несущей способности сваи по материалу производят, используя результаты статического зондирования.

Согласно СНиП, несущая способность свай определяется по формуле:

R (сопротивление грунта под подошвой сваи) = 800 кПа;

А (площадь поперечного сечения обсадной трубы) = 0,6 м2;

u (периметр поперечного сечения опоры) = 2,7 м;

fi (среднее сопротивление боковой поверхности опоры);

hi (толщина слоя грунта);

Σ γcf ∙ fi ∙ hi (табличное значение СНиП) = 230

В итоге получим результат:

Несущая способность свай буронабивного вида в данных условиях будет равна 102,1 т.

Динамический метод

Забитые опорные стержни в песчаный грунт и выдерживают 3 суток. Опоры в глинистой почве выдерживают 6 суток. Потом приступают к динамическим испытаниям. Посмотрите видео, как проводятся испытания динамическим методом.

Это объясняется тем, что возникает ложный отказ и засасывание опорных стержней. После серии ударов по оголовнику, опора перестаёт погружаться в основание. Через несколько суток опора опять продолжает погружаться под ударами молота. Такое явление называют ложным отказом.

Ложный и истинный отказы свай

Происходит ложный отказ при погружении опор в грунтовое основание средней плотности из-за частых ударов молота.

Вокруг конца опорного стержня образуется грушевидное уплотнение почвы, которое оказывает повышенное сопротивление продвижению сваи вглубь.

За время остановки забивки опор на несколько суток, уплотнение вокруг свайного стержня рассасывается за счёт медленного отжима воды из этой области. При возобновлении забивки, свая продолжает погружаться. Весь процесс повторяют, пока опора не займёт своё проектное положение.

Погружение свай в глинистую почву может вызвать её разжижение, то есть происходит нарушение грунтового основания. Такое нарушение вызывает поднятие грунтовой воды вверх вдоль ствола опоры.

Это значительно уменьшает сопротивление почвы погружению сваи. Происходит засасывание опоры. Погружение сваи прерывают. Через несколько суток сопротивление основания восстанавливается. Забивку свай продолжают до полной установки.

Посмотрите видео, как монтировать сваю до проектного положения.

Пробный метод

Испытывая опоры статическими осевыми нагрузками, можно определить несущую способность свай. Применяют этот метод к монолитным, набивным сваям и сваям-оболочкам.

Нагружают опору испытательными грузами двумя способами:

Ступенчатый. Постепенно увеличивают груз;
Циклические нагрузки. Несколько раз опору нагружают и затем постепенно освобождают от груза.

Пробные нагрузки помещают на специальную площадку, установленную на оголовке опоры. По мере увеличения грузов, индикаторы фиксируют степень осадки опоры. Индикаторы отмечают осадку с точностью до 0,1 мм. Затем площадку разгружают и демонтируют. Через некоторое время всю операцию повторяют.

Испытание сваи гидравлическим молотом

Испытывают опоры также с помощью анкерных свай и гидравлических домкратов. Вокруг испытуемого образца погружают несколько анкерных свай, на которые устанавливают специальную конструкцию Конструкция, скреплённая с анкерными опорами, служит упором для гидравлического домкрата.

Домкрат, упираясь в площадку, создаёт нужное давление на оголовок сваи. Нагрузку увеличивают ступенчато, добавляя каждый раз 0,1 предельного сопротивления опоры. Загружать сваю продолжают, пока величина осадки не достигнет 40 мм.

Очередной раз увеличивают давление лишь тогда, когда осадка прекращается от предыдущей нагрузки.

Прекращение осадки наступает в том случае, когда в течение 2 часов индикаторы показывают погружение не более 0,2 мм в песчаной и 0,1 мм в глинистой почве.

На основе специальной расчётной методики и разных способов измерений, определают несущую способность опоры. Все изменения величины осадки во времени фиксируют в журнале. На основании материала исследований, строят график изменения величины осадки в зависимости от увеличения нагрузки.

Задача статьи состоит в том, чтобы донести до читателя в популярной форме суть методик определения несущей способности свайных конструкций. Поэтому статья не загружена сложными графиками и громоздкими формулами.

Испытания динамическим и пробным методами свай проводят в основном там, где на местности нет возможности произвести точные геолого-изыскательские работы.

В обжитых районах страны местность, как правило, тщательно обследована изыскательскими организациями. В местном управлении архитектуры всегда можно получить копию вертикальной съёмки грунта стройплощадки. Применяя метод теоретического расчёта, можно определить несущую способность свайного основания, не прибегая к испытательным методам.

Источник: http://FundamentAya.ru/dop/raschet/nesushhaya_sposobnost_svai.html

Рис. 13. 43 Схема определения длины и типа свай под колонну

Сохрани ссылку в одной из сетей:

Рис.13.43 — Схемаопределения длины и типа свай под колонну

одноэтажного промышленногоздания

В качестве опорного слоя принят6-й горизонт – песок средней крупностии средней плотности. Нижний конец сваидолжен быть заглублен в этот слой наглубину .

Верх ростверков под колонныпромышленных зданий располагается науровне планировочной отметки. Высотуростверка назначают исходя из условийнадежной заделки колонны и на продавливаниеростверка:

где -глубина стакана; -расстояние от низа стакана до подошвыростверка.

По таблице унифицированныхразмеров подколонников [47] для колонны 0,6х0,4 м глубина .Значение должно быть не менее 0,4 м. Следовательно,минимальная высота ростверка .

По табл.13.11 принимаем унифицированнуювысоту .

В соответствии с рис.13.43 расстояниемежду подошвой ростверка и кровлейопорного слоя .

Инженерно-геологические условия(слабые грунты вокруг ствола сваи)вызывают необходимость жесткой заделкисваи в ростверке. Принимаем .

В итоге требуемая длина забивнойсваи

Среди серийно поставляемых свайдля рассматриваемого случая может бытьвыбрана предварительно напрягаемаясвая с поперечным армированием С9-30.

Пример 2. Определитьнеобходимую длину забивных свай сечением30х30 см для устройства ленточныхфундаментов жилого дома с техническимподпольем. Приложение нагрузокцентральное. Геологические строениеплощадки показано на рис.13.44. Уровеньпола технического подполья принять 0,8м ниже планировочной отметки.

Рассматривая геологическоестроение площадки, назначаем в качествеоснования под свайный фундамент грунтшестого слоя – песок средней крупностии плотности. В этот слой сваю необходимопогрузить не менее чем на 1 м.

Располагая верх ростверкатолщиной 0,4 м на уровне пола техническогоподполья, находим расстояние междуподошвой ростверка и кровлей шестогослоя, равное 7,5 м (см. рис.13.44).

По условию приложения нагрузокназначаем свободное соединение свай вростверке с заделкой на глубину 10 см.

С учетом изложенного необходимаядлина сваи

При отсутствии твердых прослоекгрунта с учетом особенности загруженияфундамента принимаем высокоэкономичнуюсваю без поперечного армирования маркиСЦ9-30.

Пример 3. По данным к примеру2 определить расчетную нагрузку и несущуюспособность сваи марки СЦ9-30, погружаемойв грунт с помощью дизель-молота.

Свая является висячей, посколькупесок средней плотности под ее нижнимконцом относится к сжимаемым грунтам.

Для висячей сваи находим несущуюспособность по (13.5):

Рис.13.44 — Схемаопределения длины и несущей способностисвай

под стены жилого дома

Значения расчетных сопротивленийгрунта под нижним концом сваи и побоковой поверхности определяем, пользуясьданными табл.13.1, 13.2 и геологическогоразреза на рис.13.44.

;

при ;

при .

Геометрические характеристикисваи:

площадьсечения ;

периметр.

Согласно табл.13.3 и пояснениям к(13.5) коэффициенты условий работы равны единице.

Подставляя полученные результатыв (13.5), находим несущую способность сваи:

Расчетную нагрузку на сваюопределяем по (13.6):

Пример 4.Определитьдлину и несущую способность буронабивнойсваи диаметром 0,6 м без уширения дляфундамента многоэтажного промышленногоздания. Геологическое строение площадкипоказано на рис.13.45. Бетонированиепроизводится сухим способом.

При передаче на свайный фундаментзначительных нагрузок в данном случаеболее рационально принять вариант сопиранием свай на грунт седьмогогоризонта, представленного плотнымкрупным песком.

Верх ростверка располагаем науровне планировочной отметки, т.е. на0,3 м выше уровня природного рельефа.

В соответствии с рекомендациямипо фундированию многоэтажных промышленныхзданий принимаем высоту ростверка с заглублением его на 1,35 м ниже уровняприродного рельефа. Принимаем длинусваи с погружением ее нижнего конца в опорныйслой на глубину 0,95 м.

Рассматривая принятую сваю каквисячую, находим ее несущую способностьпо (13.5):

Здесь расчетное сопротивлениегрунта под нижним концом сваи в свою очередьопределяется зависимостью [50]:

Рис.13.45- Схема определения длины и несущейспособности сваи

подколонну многоэтажного промышленногоздания

Находим значения, входящие вприведенные формулы, пользуясь даннымитабл.13.16, 13.17 и геологического разрезана рис.13.45:

;

— для песков и суглинков и — для глин.

При глубине заложения нижнегоконца сваи относительно уровняестественного рельефа и диаметра сваи с учетом значения в опорном слое находим:

при ;

при .

Таблица13.16 — Значения коэффициентов условийработы

взависимости от типа свай и способа ихустройства

Сваи и способы их устройства	Коэффициент условий работы сваи
в песках	в супесях	в суглинках	в глинах
1	2	3	4	5
1. Набивные при забивке инвентарной трубы с наконечником	0,8	0,8	0,8	0,7
2. Набивные виброштампованные	0,9	0,9	0,9	0,9
3. Буровые, в том числе с уширением, бетонируемые:
а) при отсутствии воды в скважине (сухим способом), а также при использовании обсадных инвентарных труб	0,7	0,7	0,7	0,6
Продолжение табл.13.16
1	2	3	4	5
б) под водой под глинистым раствором	0,6	0,6	0,6	0,6
в) жесткими бетонными смесями, укладываемыми с помощью глубинной вибрации (сухим способом)	0,8	0,8	0,8	0,7
4. Буронабивные, полые круглые, устраиваемые при отсутствии воды в скважине с помощью вибросердечника	0,8	0,8	0,8	0,7
5. Сваи-оболочки, погружаемые вибрированием с выемкой грунта	1,0	0,9	0,7	0,6
Сваи-столбы	0,7	0,7	0,7	0,6
6. Буроинъекционные, изготовляемые под защитой обсадных труб или бентонитового раствора с опрессовкой давлением 200…400 кПа (2…4 атм)	0,9	0,8	0,8	0,8

Площадь сечения сваи ,периметр .

Несущая способность сваи:

Расчетная нагрузка на сваю:

Пример 5.Разработатьконструкцию свайного фундамента подколонну одноэтажного промышленногоздания, возводимого на площадке,показанной на рис.13.44. В расчетах нужнопринять две комбинации нагрузок: ,и

,,вычисленных с коэффициентом надежностипо нагрузке .

Сваи фундамента принимаемзабивные марки СЦ9-30 с расчетной нагрузкойна сваю .Колонна здания — сечением 0,6х0,4 м.

Для подбора куста свай используемданные табл.13.8 и рис.13.25.

Источник: https://gigabaza.ru/doc/36756.html

8.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАЙ И СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ

При проектировании свайных фундаментов производят следующие работы:

– собирают а изучают исходные данные;
– предварительно выбирают типы свайных фундаментов, «несущего слоя» и определяют отметки нижних концов свай;
– предварительно назначают глубины заложения ростверков, определяют размеры свай и расчетные нагрузки на них;
– проводят технико-экономическое обоснование принятого решения;
– рассчитывают число свай под несущей конструкцией;
– рассчитывают и проектируют ростверки;
– уточняют длины свай и проектируют свайное поле;
– оформляют документацию на свайные фундаменты, подсчитывают объемы работ и составляют сметную документацию.

8.3.1. Исходные данные для проектирования

Проектирование свайных фундаментов должно проводиться на основании полноценных исчерпывающих исходных данных, от которых в значительной степени зависит экономичность проектного решения.

Исходные данные для проектирования должны содержать:

– отчет об инженерно-геологических изысканиях на участке проектируемого объекта, включающий необходимые данные о физико-механических характеристиках грунтов, прорезаемых сваями и находящихся под нижними концами свай в пределах сжимаемой толщи, о гидрогеологических условиях площадки (уровень подземных вод, источники их питания, связь с ближайшими водоемами, химический состав воды, прогнозирование изменения уровня подземных вод), результаты статического или динамического зондирования, результаты испытаний опытных натурных или эталонных свай;
– генплан площадки, на котором нанесены контуры и оси объекта, геологические выработки, привязанные к осям, планировочные отметки и даны сведения о ближайших построенных и предполагаемых к строительству подземных сооружениях;
– общее конструктивное решение надземной части объекта;
– чертежи подземной части объекта с указанием несущих конструкций, их размеров и отметок низа, размеров и глубины заложения подземных помещений, каналов и фундаментов оборудования, расположения проемов в стенах, абсолютной отметки пола 1-го этажа или верха фундамента;
– данные о расчетных нагрузках на фундаменты в необходимых сочетаниях с указанием доли временных нагрузок в цикличности их действия, а также о расчетных нагрузках на полы и местах их приложения;
– характеристики фундаментов с расчетными нагрузками на них для сооружений, расположенных вблизи проектируемого объекта, с целью определения их влияния на осадку проектируемого объекта;
– сведения о возможном изменении в период эксплуатации нагрузок на фундаменты и характера их воздействия.

Для получения исчерпывающих материалов изыскания должны проводиться по заданию проектной организации — автора проекта фундаментов. В задании указываются:

– наименование объекта и его местоположение;
– стадия проектирования;
– характеристика объекта (назначение, серия, класс по капитальности, габариты, этажность, шаг несущих конструкций);
– назначение и заглубление подземных помещений, каналов, фундаментов оборудования;
– ориентировочные нагрузки от основных несущих конструкций и технологического оборудования;
– предполагаемые типы фундаментов;
– предполагаемые планировочные отметки;
– абсолютные и относительные предельные деформации объекта;
– особые требования к изысканиям, вызванные специфичностью расположения или уникальностью объекта (например, в оползневых или карстовых районах).

8.3.2. Выбор типа свайных фундаментов и нагрузок на них

Свайные фундаменты подразделяются на два типа: безростверковые и с ростверками.

К безростверковым относятся конструкции со сваями-колоннами и конструкции, состоящие из одиночных свай, насадок и колонн.

К конструкциям с ростверками относятся конструкции из свайных групп (кустов) с уменьшенным числом свай (не более 2—4 шт.) с высокой несущей способностью, объединенных железобетонным ростверком, а также свайных групп (количество свай более 4 шт.), в которых максимально используется прочность материала свай и грунтов основания.

В конструкции фундаментов типа свая-колонна могут быть использованы забивные железобетонные призматические сваи сплошного сечения.

В конструкции фундаментов типа свая-насадка-колонна могут быть использованы практически все конструкции свай, за исключением свай с центральным армированием и свай квадратного сечения с круглой полостью, имеющих ограничения на применение по прочности на вертикальные и горизонтальные нагрузки, а также по видам грунтов.

В конструкции фундаментов типа свайный куст с уменьшенным числом свай с высокой несущей способностью, а также типа свайный куст с высокой степенью использования прочности свай и грунтов несущего слоя (ростверк-колонна) могут быть использованы все конструкции свай, а сваи с центральным армированием и сваи квадратного сечения с круглой полостью применимы для легких производственных зданий.

При выборе типа свайных фундаментов и соответствующих конструкций свай необходимо предварительно проанализировать нагрузки на фундаменты и условия их приложения. Анализ нагрузок состоит в первую очередь в выявлении определяющего вида нагрузок: осевых (сжимающих или выдергивающих) и горизонтальных.

Если, например, определяющим видом нагрузок на свайные фундаменты будут являться горизонтальные нагрузки, то следует ориентироваться на применение свай больших сечений или диаметров.

В случае если определяющим видом нагрузок будут являться осевые сжимающие нагрузки, то следует ориентироваться на применение свай, опирающихся на прочные грунты, в том числе забивных или буронабивных с уширением (если их применение возможно по грунтовым условиям и если имеется соответствующее оборудование).

При значительных выдергивающих нагрузках конструкции и параметры свай следует назначать из условия восприятия сваями этих выдергивающих нагрузок: буронабивные сваи или сваи-оболочки большого диаметра с развитой боковой поверхностью, сваи с уширением в нижней части или сваи с анкером в нижней части и т.п.

Анализ нагрузок на фундаменты должен проводиться с учетом особенностей, которые могут возникнуть в строительный и эксплуатационный периоды. Например, могут возникнуть случаи обнажений свай на большую глубину в зонах сооружения заглубленных технологических помещений (тоннелей, подвалов) до монтажа каркаса здания или после его осуществления.

Рассмотрение типов фундаментов следует начинать с конструкций фундаментов с минимальным числом свай, увеличивая затем их число или изменяя конструкции свай при необходимости.

8.3.3. Выбор несущего слоя грунтов и определение размеров свай

В большинстве случаев сваи применяются для прорезания ненормируемых и слабых грунтов (насыпных, рыхлых песчаных, илов, торфов, текучих глинистых и т.п.) и передачи нагрузок от здания или сооружения на прочные грунты основания.

Так как и общей стоимости свайных фундаментов стоимость свай составляет до 70 %, рациональность конструкции свайных фундаментов определяется максимальным использованием прочности материала свай и грунтов основания при минимальных площади сечения и длине свай, а также минимальных удельных расходах материалов и характеризуется показателями технического уровня. Эти показатели следующие:

– коэффициент использования прочности материала сваи и грунтов основания

где Fh1, Fh2 — расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, соответственно по грунту и материалу сваи; Ks ≤ 1;

– коэффициент использования несущей способности сваи

где Np — фактическая нагрузка на сваю от здания; Kp ≤ 1,2;

– коэффициент унификации, учитывающий степень использования несущей способности свай в разнонагруженных фундаментах зданий и сооружений,

где Kpi — коэффициент использования несущей способности свай в i-м фундаменте; ni — число фундаментов в здании и сооружении; Кu ≤ 1,2;

– удельный расход материалов q (бетон, сталь) в расчете на единицу действующей нагрузки (осевой вдавливающей, горизонтальной).

Предварительная оценка расчетных нагрузок, допускаемых на сваи различных видов в различных грунтовых условиях, может быть принята по табл. 8.11. Целесообразность применения свай и свайных фундаментов для случаев, когда определяющими будут осевые сжимающие нагрузки, можно установить при использовании показателей технического уровня, приведенных в табл. 8.18 и 8.19.

После предварительного выбора типа конструкций и размеров свай по табл. 8.18 и 8.19 необходимо уточнить принятые размеры расчетом по СНиП 2.02.03-85.

Источник: http://xn--h1aleim.xn--p1ai/sorochan/g8-3-1.html