Как правильно выполнить расчет свай по материалу

Прежде чем приступать в возведению какого-либо здания, необходимо знать, как правильно и с наиболее высокой точностью произвести расчет буронабивных свай. Делать это необходимо хотя бы потому, что экономия в строительстве особенно актуальна сегодня, а сэкономить по максимуму возможно, лишь произведя точный расчет.

В чем различия метровых понятий

С помощью погонной величины измеряют то, что можно свернуть в рулон. Она подразумевает только длину изделия, а ширина ее при этом не учитывается. С ее помощью облегчается расчет, уменьшается стоимость продукции. Ведь часто ширина строительного материала является стандартной величиной, и иногда нет смысла обращать на нее внимание.

Эта величина также состоит из 100 см. В самом слове «погонный» прямо указывает на то, что во внимание принимается только длина. Ведь «гнать» — значит, разворачивать в одном направлении, строго по прямой линии. Можно представить, что сам материал, свернутый в рулон, является просто прямой линией.

На упаковках рулонов многих стройматериалов можно видеть ценник, где написано, сколько стоит линейная величина. Но есть и те, которые имеют цену за определенную площадь. В данном случае как раз учитывается не только длина, но уже и ширина изделия. Площадь, равную 1 м2, имеет квадратный участок с размерами каждой стороны – 1 м.

Чтобы рассчитать площадь прямоугольного участка или сырья для строительства, нужно длину умножить на ширину. Полученный результат — это и есть площадь, выраженная в м2. Линейный и квадратный метры имеют только одно сходство. Это длина 100 см. Во всем остальном они отличаются.

Линейным способом нельзя измерить площадь, он предназначен только для измерения длины. Но его можно легко перевести в квадратный метр, если известна ширина изделия, которую для расчета нужно перемножить с метрами.

Знакомимся с буронабивным фундаментом

Идея буронабивного основания очень простая: там, где невозможно с минимальными затратами докопаться до плотного грунта, можно использовать длинные столбики-стойки. Для соединения их в общую конструкцию используется ростверк – монолитная железобетонная лента, связывающая оголовки свай.

Полезно знать о том, что сваи сильно отличаются от обычных массивных фундаментов по характеру взаимодействия с грунтом. Свая передает нагрузку двумя путями: через нижний торец (пятку) и через боковую поверхность за счет сил трения между стенкой и грунтом.

В зависимости от того, какая часть конструкции включена в работу, все буронабивные сваи делят на два типа:

  • Стойки.
  • Висячие.

Свая-стойка опирается на плотный почвенный слой. Висячая конструкция держит нагрузку только за счет силы контакта с окружающим грунтом. Поскольку плотное природное основание залегает достаточно глубоко, то значительная часть буронабивных конструкций относится к висячему типу.

Классификация, расчет и другие важные параметры, без которых невозможно выполнить устройство буронабивных свай, содержатся в СНиП – настольной книге всех проектантов и подрядчиков. Застройщик может руководствоваться готовыми таблицами из этого норматива. В них указывается несущая способность опорных стоек. Зная ее и определив вес здания, можно подобрать нужное количество свай. Таблица для определения несущей способности 1 м/п буронабивной сваи-стойки

Данные, указанные в таблице, ориентировочные. Точное значение несущей способности буронабивной сваи рассчитывают по формуле, учитывающей несколько параметров:

  • диаметр;
  • марку бетона;
  • вид армирования;
  • глубину бурения;
  • механическую прочность грунта.

После всего сказанного, возникает вопрос: для каких зданий оправдано строительство буронабивного фундамента с ростверком? Некоторые застройщики считают, что такая конструкция не способна выдержать большие нагрузки, поэтому используют ее только для легких каркасных зданий, а также домов из бруса, газо или пенобетона. Это не так. На сваях сегодня стоят тысячи кирпичных девятиэтажек и никто не сомневается в их надежности.

Прочность буронабивной стойки, изготовленной в полевых условиях немного ниже, чем у конструкции, прошедшей полный цикл заводской обработки. Тем не менее, ее с запасом хватит для возведения кирпичного дома.

Главным условием качества в этом случае является правильный расчет и точное соблюдение технологии, включающей несколько этапов:

  1. Бурение скважины под буронабивные сваи (ручной мотобур или более мощная передвижная установка).
  2. Монтаж обсадной трубы (в сыпучих и сырых грунтах).
  3. Установку арматурных каркасов.
  4. Бетонирование скважины.
  5. Отсыпку песчано-щебеночной подушки под ростверк (толщина 10-15 см), компенсирующей подъем грунта в результате морозного пучения.
  6. Монтаж опалубки над поверхностью земли, установку арматуры и заливку ростверка, связывающего сваи.

Особенности фундамента на сваях

Свайный фундамент подходит исключительно для зданий из легких материалов, к примеру, каркасников.

Монтаж осуществляют ручным, механизированным способом, а также с использованием специальной техники. Алгоритм работ следующий: 1. Выбор строительной площадки. Удаление всей растительности. Важно, чтобы в этой зоне не проходили никакие коммуникации. 2. Выполнение разметки. Проводят ее в соответствии с проектом, где указано место под каждую сваю. Допустимая погрешность — максимум 2 см. 3. Собственно монтаж. Под каждую опору делают углубление 0,15-0,2 м. Это облегчит установку. В углубление помещают сваю и вкручивают. Диаметр углубления должен быть меньше на 10 см, чем соответствующий параметр лопастей винтовой сваи.

Читайте также:  Когда используют свайный фундамент с монолитным ростверком?

Ручной способ вкручивания сваи

Перед началом монтажных работ опору собирают — в отверстие, имеющееся в верхней части сваи, вставляют лом. Впоследствии на него устанавливают рычаг с целью облегчить процесс вкручивания.

Опору легче вращать посредством длинного рычага. Роль последнего может играть 3 м труба. В землю столб должен входить ровно, поэтому процесс контролируют при помощи строительного уровня. Его прикладывают к свае при ввинчивании.

При непосредственном закручивании сваи два человека с противоположных сторон берутся за рычаг и начинают вращение против оси, передавая крутящий момент. Третий работник должен контролировать угол наклона. Полный оборот позволяет погрузить опору в землю на глубину около 0,2 м.

В начале работы могут возникнуть сложности — винт не будет поворачиваться. Чтобы разрешить проблему, углубляют скважину под опору сантиметров на 15. На рычаги увеличивают вертикальную нагрузку, подвесив на них дополнительный груз. Как только вращение станет свободным, груз убирают.

Механизация процесса завинчивания

Винтовые сваи большого диаметра и длины закручивают при помощи механизированных приспособлений. Они имеются в продаже, но чаще их изготавливают своими руками.

Состоит приспособление из следующих элементов:

· электрического инструмента — мотобура, дрели с двигателем мощностью не менее 2 кВт; · понижающего редуктора на 4,7 кНм; · переходников (2 шт.) объединяющих последовательно дрель, стержень, вывод редуктора; · рычага.

Переходники из болта и головки аналогичных размеров делают для связи редуктора и силовой установки. В патрон дрели устанавливают болт, на редукторе закрепляют головку. Роль свайного переходника играет монтажный оголовок. Его надевают на опору, наконечник по всем параметрам должен соответствовать размерам вала редуктора.

Спецтехника для монтажа свай

Современная техника автоматически закручивает сваи, строго контролирует их вертикальность. Посредством прижимных и подъемных домкратов сваи удерживаются в правильном положении.

Автоматические сваеверты, если у них нет полноприводного шасси, устанавливают в кузов грузовой машины. Питание установка получает от сети 380 V либо от генератора.

Расчет сваи и ее несущей способности по формуле

Применение существующих формул и данных будет актуально в том случае, если минимальная глубина погружения сваи составляет 2 м и максимальная 3 м. Если длина буровых свай меньше 3 м, то толщина щебня, которым утрамбовывают грунт, должен быть не менее 0,1 м.

Для определения несущей способности свай используют формулу:

Fd=?c(?cRRA+u??cf fihi) (1)

Несущая способность висячих свай:

Fdu=?cu??cf fihi (1а)

где ?c, – коэффициент условий работы.

?cR — коэффициент условий работы грунта под нижним концом висячих свай,

?cf — коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности.

При этом коэффициенты равны 1 для песчаных, глинистых и пылевато-глинистых грунтов, в которые заглубляются висячие сваи и другие виды.

С учетом этого формулу (1) запишем:

где R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа(тс/м2); А – площадь грунта, на которую опирается свая, м2. u – наружный периметр сваи, м; fi — расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, кПа(тс/м2); hi — толщина i-го слоя грунта, вдоль боковой поверхностью сваи, м.

Применение металлических свай

Применение металлических винтовых свай особенно привлекательно если рельеф участка слишком сложный, а грунт имеет слишком большой уровень влажности. При этом не требуется проводит усложненные земляные работы, металлические сваи можно установить даже самостоятельно без помощи механизмов. Металлические конструкции винтового типа — основной тип свай в индивидуальном строительстве. Их несущая способность, в сравнении с железобетонными сваями, ограничена, что не позволяет использовать их в качестве фундаментных опор для тяжелых многоэтажных зданий, однако при обустройстве быстровозводимых каркасных и деревянных домов это лучший из возможных вариантов.

Рис. 1.5: Виды металлических винтовых свай

Популярность фундаментов на винтовых сваях обусловлена минимальными сроками их монтажа — полноценный фундамент под здание стандартных размером 10*10 м. может быть обустроен в течении 2-3 дней — один из них уходит на завинчивание свай, второй — на обвязку свай ростверком, тогда как классические железобетонные фундаменты требуют по меньшей мере 30 дней на обустройство, необходимые для набора бетоном прочности.

Важно: винтовые сваи позволяют вести строительство на участках с уклонным рельефом, они не требуют выравнивания площадки под возведение дома — для обустройства фундамента используются сваи разной длины, которые после погружения выравниваются по одному нулевому уровню.

Рис. 1.6: Дом с фундаментом из винтовых свай на уклонном участке

Сферы применения металлических винтовых свай следующие:

  • Возведение фундаментов для легких построек из каркасных и щитовых панелей, бруса, сруба, пенобетона;
  • Опоры для заборов, ограждений;
  • Опоры для гидротехнических объектов — мостов, причалов, пирсов;
  • Укрепление неустойчивых склонов и откосов;
  • Обустройство временных фундаментов для переносных сооружений — аттракционы, торговые павильоны, рекламные щиты;
  • Использование в качестве анкерных свай при укреплении котлованов.
Читайте также:  Армирование грунтовых сооружений с помощью геосинтетических материалов

Также винтовые сваи широко применяются при реконструкции и укреплении обветшалых фундаментов. Они могут погружаться как под контуром стен здания (дом поднимается над существующим основанием с помощью гидравлических домкратов), так и вблизи от стен, после соединяясь с фундаментом с помощью выносных балок.

Рис. 1.7: Усиление фундамента винтовыми сваямиИнтересный материал:

  1. Как выбрать фундамент
  2. Сколько стоит фундамент для дома

Как рассчитать кубатуру фундамента

Учитывать массу фундамента лучше рассчитывая его объем: эта цифра вам пригодится при заливке фундамента: будете знать, сколько заказывать бетона или сколько материалов потребуется закупить.

Все исходные данные уже известны: высота, ширина и длина ленты. Их перемножаете, получаете кубатуру фундамента.

Например, посчитаем объем фундамента для рассчитанной ранее ленты: длинна 44 м, ширина 30 см (0,3 м), высота 1,75 м.  Перемножаем: 44 м * 0,3 м * 1,75 м = 23,1 м3. Фактически расход, скорее всего, будет немного больше: порядка 25 кубов. На эту цифру и ориентируйтесь при заказе бетона.

Кубатура фундамента рассчитывается исходя из найденных (предполагаемых) размеров ленты: длины, высоты и ширины путем их перемножения

Рекомендуем прочитать: Расположение и расчет арматуры в ленточном фундаменте Ленточный фундамент: типы и особенности Фундамент ТИСЭ: строим самостоятельно Какой фундамент под двухэтажный дом лучше, расчёт глубины и его толщина Свайный фундамент с ростверком: устройство своими руками Монолитный ленточный фундамент для дома Марка бетона для фундамента частного дома Какой глубины должен быть фундамент Опалубка для фундамента: как сделать и установить + способы сэкономить

Как определить допустимую надежность фундамента

Если вы будете использовать этот вариант расчета, то не получите достаточно обобщенный результат запаса прочности. Для окончательного определения несущих возможностей необходимо руководствоваться следующей формулой:

N=F/ γ,

в которой N – это расчетная нагрузка, F – это неоптимизированное значение несущей способности, для определения которого необходимо умножить площадь винтовой опоры на возможность почвы. Что касается последнего обозначения γ, то это коэффициент, показывающий запас прочности конструкции. Значение этого параметра напрямую зависит от точного вычислительных операций несущей способности опорной почвы. Также на значение этого параметра оказывает влияние общее количество свай в фундаменте.

Оголовок винтовой сваи размер и другие особенности можно прочесть из данной статьи.

С учетом указанных данных, необходимо отметить, чему будет равняться приведенный коэффициент надежности:

  1. Если общее число свай составляет 5-20, то этот коэффициент принимает значение 1,75-1,4. Принимают в расчет этот параметр при условии, когда определяется несущая возможность винтовых элементов с низким ростверком, монтаж которого выполняется на опорах висящего типа.
  2. Коэффициент будет равен 1,25, когда процесс расчета опорной возможности ведется на почве, отделяемой в ходе зондирования при помощи саи-эталона. Провести такие исследования могут начинающие геологи, которые обустроили измерительную площадку с эталонной сваей на участке возведения основания.
  3. Если точно была определена опорная способность почвы, которая рассчитывается в ходе ее зондирования и исследующих лабораторных исследований, то коэффициент надежности примет значение 1,2.

Винтовые сваи плюсы и минусы такой конструкции указаны в статье.

На основании указанной информации можно вычитать несущую способность для винтовых элементов 133, она будет составлять 3,5 т. Получить такой результат удается при точном определении аналогичной характеристики почвы. Еще можно получить результат на основании усредненных сведений о несущей способности почвы и сведений об общем количестве опор. В результате усредненное значение будет составлять 2,4 т.

На видео рассказывается, какую нагрузку выдерживают винтовые сваи:

Какой методикой СП расчёта свай на прочность по материалу пользоваться ?

Прошу разъяснить несколько моментов касательно расчёта свай. СП «Свайные фундаменты» разрешает считать сваи на прочность по материалу свай по двум методикам, если правильно понял.

Первый способ 7.1.8 При расчете свай всех видов по прочности материала сваю допускается рассматривать как стержень, жестко защемленный в грунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии L1.

Второй способ Приложение В (рекомендуемое). Расчет свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента

Даже по картинкам это разные расчётные схемы. СП не разъясняет какой именно методикой обязательно пользоваться при расчёте свай и от чего это зависит.

1) Прошу подсказать какой именно методикой пользоваться при расчёте свай. Или от чего это зависит ? Или эти методики дополняют друг друга и всегда надо пользоваться обоими ?

2) Много раз видел что люди назначают в моделях МКЭ разные длины пеньков из-под свай. Кто-то берёт 100 мм и считает руками, кто-то 1 м, кто-то 1,5 м. Чем руководствуются короткопенёчники мне ясно. А как назначают длины пеньков в SCAD длинопенёчники ? Ведь по расчётам по п. 7.1.8. длина пеньков у меня лично всегда получается за 3 м, а длиннее 1,5 м пеньков я ещё не видел.

3) Пожалуйста, порекомендуйте почитать классику жанра по сваям.

Tyhig
Посмотреть профиль
Посетить домашнюю страницу Tyhig
Найти ещё сообщения от Tyhig
UnAtom
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от UnAtom
RomanM
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от RomanM
vanAvera
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от vanAvera
SergeyKonstr
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от SergeyKonstr
UnAtom
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от UnAtom
vanAvera
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от vanAvera
UnAtom
Посмотреть профиль
Найти ещё сообщения от UnAtom

Оснащение проходки горных выработок, ПОС, нормоконтроль, КР, АР

То есть правильно ли я понял алгоритм действий ?

1) Предварительно считаем нагрузку на сваю и осадку свай и составе куста или одиночной (смотря что в реальности). 2) Делим Нормативную длительную нагрузку / «нормативную» осадку сваи (от длительной нормативной нагрузки с учётом всех коэффициентов этажности и площади по СП 20) = жёсткость по оси Z низа пенька сваи в кН/м. 2) Создаём модель с моделированием ростверков и свай короткими пеньками 100-200 мм. Каркас стоит на жёсткости по Z, а сбоку назначаются любые стартовые горизонтальные жёсткости спецэлемента для первой итерации. Допустим горизонтальные 200 кН/м. 3) Из модели получаем усилия в пеньках по верху пеньков (или узлах спецэлементов) — N, My, Mx, Qy, Qx, Т. 4) Из п. 7.1.8. СП 24 получаем L1 5) Разбиваем грунты и ИГЭ на слои около 0,5 м. По каждому слою из приложения В СП 24 получаем Кi кН/м4 и Сi кН/м3. 6) Сi кН/м3 это коэффициент постели грунта на боковой поверхности сваи. То есть Сi * площадь места контакта слоя 0,5 м и сваи шириной допустим 0,4 м = жёсткость в точке. То есть Сi*0,5*0,4=0.2*Ci — это жёсткость каждого слоя в точке. 7) Берём самую нагруженную сваю и моделируем отдельно от ростверка заменяя его нагрузками на сваю. Сваю моделируем заделанной в грунт на длину L1+L0 (если высокий ростверк), снизу спец элемент с жёсткостью по Z, по бокам каждые 0,5 м упругие спецэлементы с жёсткостью по х, у. 8) Верхние сколько-то метров толщины грунта не учитываем в расчёте ? Сколько и где это написано ? 9) По итогам расчёта отдельной сваи получаем её армирование и перемещение верха сваи. 10) Горизонтальная нагрузка / перемещение = новая горизонтальная жёсткость 11) Вторая итерация, — пересчёт всего здания + то же самое с рассчитанной новой горизонтальной жёсткостью пеньков свай. 12) После 2-3 итераций жёсткости сходятся. 13) Итого в итоге — Сваю считаем на прочность по материалу отдельно от схемы по последним нагрузкам. Схему считаем по последним жёсткостям пеньков.

14) Для плитных ростверков, видимо, надо выделять хотя бы 2 типа свай — средние и крайние. И считать их отдельно. Так ли это ?

Тогда остаются вопросы. При применении коротких пеньков, если назначать пенькам просто жёсткость на перемещение по х и у то потеряется поворот головы сваи от нагрузки. Как тут быть ? Моделировать в пеньках схемы ещё и жёсткость вращения по осям х и у ? Как её найти ? Но и в таком случае не вижу связи между моментами в коротких пеньках и моментами в реальной конструкции в головах свай. Как тут быть ?

Интуитивно кажется более верной методика с моделированием всей сваи целиком (все 4 м пенька) в расчётной схеме. Почему так нельзя ? Зачем их считать отдельно ?

Особенности столбчатого основания

Основание, выполненное таким способом, гораздо удешевляет работу и делает ее менее трудоемкой

Такой фундамент напоминает свайный, с той разницей, что готовые сваи вбиваются (ввинчиваются) в грунт, а столбы выливаются или выкладываются на месте в приготовленных углублениях. Основание, выполненное таким способом, гораздо удешевляет работу и делает ее менее трудоемкой.

Однако устройство столбчатого фундамента подходит не всегда. Если масса надземной части здания значительна (стены выполнены кирпичом, бетоном, шлакоблоком или другим тяжелым стройматериалом), предполагается большая площадь опоры на грунт. В этом случае лучше предпочесть сооружение заглубленного или мелкозаглубленного (в зависимости от структуры почвы) ленточного основания с достаточной площадью подошвы.

Если же дом предполагается возводить из легких стройматериалов (дерево, пенобетон, материалы для каркасного строительства), столбчатого фундамента, вернее площади его опоры на грунт, хватает.

Важно! Площадь подошвы столбчатого фундамента также рассчитывается. Регулируется этот показатель количеством вертикальных опор и их собственной поперечной площадью.

Симбиозом между ленточным вариантом устройства основания дома и столбчатым, является столбчато-ростверковый фундамент, когда вертикальные опоры дополнительно усиливаются и связываются между собой мелкозаглубленной железобетонной лентой. Так делают не только для усиления столбов, но и в тех ситуациях, когда обычное мелкозаглубленное ленточное основание постройки может быть ненадежно из-за рыхлых или склонных к пучению грунтов на участке. В этом случае столбы, опираясь подошвой на более глубокие и надежные грунтовые пласты, выполняют функцию свай, укрепляющих основную ленту.

Связь размеров и нагрузки

Нагрузка на винтовые опоры первым делом зависит от типа почвы и технологических габаритов изделия. Именно эти критерии так важно учитывать при расчете. Инновационные сваи, произведенные по стандартам, обладают несущей способностью от 2 до 8 тонн. Если правильно выполнить расчет несущей способности и определить количество свай, то возводимое здание получит прочное и надежное основание, которые прослужит более 100 лет.

Как правильно сделать ленточный фундамент для дома из газобетона можно увидеть из данной статьи.

На видео – размеры винтовых свай и их нагрузка: