Что такое кустовой эффект в свайном фундаменте

Обновлено: 15.05.2024

Винтовые сваи в международных стандартах и практических рекомендациях пользователей FORUMHOUSE

Винтовые сваи считаются универсальным видом фундамента, который делается за один день, подходит для любых грунтов, спокойно служит более ста лет (но это зависит от качества стали) и не наносит вред почвенному покрову участка. Строителям выгодно использовать винтовые сваи – на устройство фундамента уходит не пара месяцев, а пара дней, но чем это может обернуться для будущих владельцев дома? Особенно в российских условиях, когда нет ясности с официальными строительными нормативами и рекомендациями по применению винтовых свай в малоэтажном строительстве. Эта статья рассказывает о том, какие нормативы и рекомендации существуют в мировом строительном сообществе, и чем руководствуются при установке винтовых свай участники нашего портала.

Содержание

  • Преимущества винтовых свай
  • Ограничения для винтовых свай по Международным строительным нормам
  • Какой грунт не подходит для винтовых свай
  • Требования к элементам конструкции винтовой сваи

Преимущества винтовых свай


Почти 200 лет назад в США появилось первое строение на винтовых сваях. Это был маяк Стонингтон-Харбор в Коннектикуте: десятиметровая каменная башня, соединенная с каменным домом смотрителя. Этот маяк цел до сих пор.


Винтовые сваи разработал молодой ирландец Александр Митчел. На «винтовых сваях Митчела» строили маяки и причалы, железнодорожные мосты и путепроводы. Преимущества винтовых свай были очевидны:

  • скорость (готова к использованию сразу же после установки);
  • технологичность (понято, что вручную сваи для промышленного использования не ввинчиваются);
  • невысокая стоимость (они всегда дешевле железобетонных фундаментов);
  • независимость от климатических условий (их можно устанавливать хоть в мороз, хоть в жару от -35 до 35 градусов Цельсия).
  • независимость от УГВ: не надо волноваться из-за набухающих грунтов и осушать площадку.

Посмотрите видео о том, как легко можно бурить сваи даже зимой:

Ограничения для винтовых свай по Международным строительным нормам

Но все вышесказанное касается только фундаментов из свай, сделанных промышленным способом и по всем параметрам соответствующих Международным строительным нормами ICC AC358 Helical Foundation Acceptance Criteria (Критерии приемлемости фундаментов на основе винтовых свай). И даже для таких свай введен целый ряд ограничений.

  1. Винтовые сваи используются только для строений с классами сейсмостойкости от А до С, от «конструкции для сейсмобезопасных районов» до «конструкции для районов с умеренной сейсмической активностью».
  2. Удельное электрическое сопротивление грунта должно быть при этом более 1000 Ом-см (это связано с высокой скоростью электрохимической коррозии стали);
  3. РH грунта должен быть более 5,5.


  1. Грунт не должен содержать большое количество органики;
  2. Сульфация грунта должна быть менее 1000 ppm (иначе появляется угроза для незащищенного бетона железобетонных свай);
  3. Грунт не должен содержать отвалы грунта, мусор и пр;
  4. Грунт должен обеспечивать боковую поддержку свай. Рыхлые пылеватые пески, торф, мягкие осадочные породы тут неприемлемы.

Чтобы понять, с каким грунтом приходится иметь дело, обычно делают пробное вкручивание или бурение. Не лишним будет поговорить с соседями, которые уже поставили дом на винтовые сваи: все достоинства и недостатки они уже выявили эмпирическим путем.

Какой грунт не подходит для винтовых свай

Особенности грунта, для которого винтовые сваи будут нерациональными и даже опасными, сформулировал пользователь FORUMHOUSE c ником Игорь3.


Слабонесущий грунт – свая легко вкручивается на всю глубину или свободно вращается, не закручиваясь. Столкнувшись с этим явлением, обычно сваю наваривают до упора до прочного грунта, но:


Игорь3 Пользователь FORUMHOUSE

Глубина до прочного грунта может быть боле 7 метров, что делает этот тип фундамента уже не рациональным.

Твердый грунт. Это довольно распространенное явление: грунт настолько жесткий, что металл не выдерживает, обычную винтовую сваю с лопастями просто не вкрутить.

Каменистый грунт. Даже небольшие камни на пути лопастей усложняют вкручивание или делают его невозможным.

Как и для всех видов заглубленных фундаментов, для фундамента из винтовых свай обязательна боковая поддержка грунтов. В п. 1810.2.1 Международного строительного кода IBC для винтовых свай, которые устанавливаются в текучих грунтах или воде и не связанных между собой в группы обязательно требование:

Глубина заглубления сваи в плотные грунты - минимум 1542 мм, а в мягкие - минимум 3048 мм.

Требования к элементам конструкции винтовой сваи

Толщина металла стенок винтовой сваи зависит от двух параметров:

  • нагрузки на нее;
  • условий эксплуатации.

Под условиями эксплуатации в большей степени понимается, как будет истончаться металл из-за коррозии – именно от того зависит, прослужит свая 400 лет или проржавеет через 40 лет и дом рухнет.


Игорь 3 Пользователь FORUMHOUSE

Допустим, у вас на участке обычный суглинок (не солончак и не кислые почвы) и труба ГОСТ 10704-91 «трубы стальные электросварные прямошовные» с толщиной стенки 3,8мм (самый ходовой размер). Свая не покрашена, или покрашена дешевой, но не специальной краской. По моим наблюдениям, такая свая может прослужить около 50 лет. А если сталь защищена специальной краской, а лучше цинком, то срок нормальной эксплуатации сваи намного больше.

Требование использовать цинковые покрытия свай в грунтах с высокой коррозионной активностью предъявляет международный стандарт ICC AC358 Helical Foundation Acceptance Criteria. Ниже в таблицу мы собрали требования этого документа к конструкции винтовой сваи:

Параметр

Величина

Толщина стенки ствола в неагрессивных грунтах

Толщина стенки ствола в агрессивных грунтах

Толщина полимерного покрытия

Большинство свай российского производства этим параметрам не соответствует. Их делают из сварных труб (стойкость к коррозии бесшовных труб из горячего проката значительно выше, и именно из таких труб должен был делаться ствол сваи согласно советскому справочнику «Сваи и свайные фундаменты», выпущенному в 1977 году). Как уже говорилось, «самый ходовой размер» толщины стенки у нас 3,8 мм (но почти всегда до 4 мм). А покрытие от коррозии настолько тонкое, что не часто не переживает даже транспортировку.


Игорь3 Пользователь FORUMHOUSE

Очень важно, чтобы на сваю было нанесено качественное, износостойкое покрытие. Можно проверить качество краски, царапнув ее рядом с просверленном отверстием в конце сваи. Качество сварки можно увидеть по шву: он должен быть сплошной, ровный, красивый, без соплей и раковин. И металл должен быть гладкий. Нужна уверенность, что перед вами – не покрашенная ржавая труба.

Если перевернуть сваю и постучать по ней, из нее не должна сыпаться ржавчина.

Популярное в нашей стране «обваривание» стальных винтовых свай связями из стальных швеллеров, двутавров и уголков ускоряет коррозию. В грунтах со слабой боковой поддержкой эта технология – суровая необходимость, без нее не обойтись. Но при этом может возникнуть гальваническая связь между сваями и другими стальными строительными элементами и арматурой железобетонных конструкций: это приводит к появлению блуждающих токов, ускоряющих коррозию. В пункте 3.9 ICC AC358 говорится о том, что той связи быть не должно. Также этот пункт запрещает совмещение в свайном фундаменте оцинкованных и неоцинкованных элементов.

В целом, если человек не знает степень коррозионной агрессивности грунта на своем участке, ему лучше не рисковать и использовать сваи со стволом:

Выводы

На нашем портале часто можно часто встретить мнение, что винтовые сваи не подходят для ответственных строений.


dimitrii37 Участник FORUMHOUSE

Винтовые сваи - удел сараев и бытовок, ну ни в коем случае для дома!

Но в реальности на винтовых сваях надежно и долго стоят даже большие дома. Самое главное здесь – высокое качество свай и правильный расчет. Учитывать нужно и особенности грунта, и степень его коррозивной агрессивности. Фундамент – основа дома, и легкомысленность в этом вопросе недопустима.

Больше узнать про винтовые сваи и определиться с их допустимость в малоэтажном строительстве помогут темы на FORUMHOUSE «Фундамент на винтовых сваях – 6» и «20 мифов про винтовые сваи». Почитайте нашу статью – она доказывает, что существует всего три причины построить свайно-винотовой фундамент. Посмотрите наше видео про утепленный финский фундамент, который рассказывает нюансы монтажа, конструкционные особенности, отличия от подобных типов плитных фундаментов.

Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник , страница 24

В процессе забивки свай вокруг них изменяется природное состояние грунта. В водонасыщенных глинистых грунтах при динамическом воздействии происходит их тиксотропное разупрочнение, в результате чего сопротивление грунта погружению сваи уменьшается (отказ сваи возрастает). После забивки сваи, во время ее «отдыха», в окружающем грунте происходит восстановление структурных связей и постепенное увеличение несущей способности сваи. Наблюдается так называемое явление засасывания свай, а ее отказ от контрольного удара в это время будет меньше, чем до «отдыха».

При забивке свай в песчаные грунты у ее нижнего конца образуется зона из сильно уплотненного грунта, а погружение свай замедляется (значение отказа уменьшается). В процессе «отдыха» сваи напряжения в уплотненной зоне грунта рассасываются (релаксируют), а сопротивление погружению сваи уменьшается (отказы увеличиваются). Отказ от сваи до ее «отдыха» называют ложным, а после «отдыха» — истинным. Для оценки несущей способности свай используют истинные значения отказов. При этом сваи после их погружения должны «выстояться» не менее 3 суток в песчаных грунтах и не менее 6 суток — в глинистых.

Расчетное значение несущей способности свай Fd по результатам динамических испытаний определяют в соответствии с формулой (4.8).

Динамический метод испытаний свай по сравнению со статическим дает менее точные результаты, что объясняется различным характером работы грунта у свай при динамическом воздействии на него в процессе забивки и при действии статических нагрузок от сооружения.

Динамическим испытаниям подлежат только забивные сваи. Набивные, буровые, а также сваи-оболочки большого диаметра, винтовые и камуфлетные сваи испытывают статическими пробными нагрузками.

4.4.5 Несущая способность свай по результатам статического зондирования грунтов

Статическое зондирование используют для приближенной оценки несущей способности забивных висячих свай [6, 7]. Суть его состоит в том, что в грунт вдавливают со скоростью не более 0,5 м/мин специальный зонд, позволяющий регистрировать раздельно силы трения по его боковой поверхности и сопротивление вдавливанию конического наконечника диаметром 36 мм с углом заострения 60°.

Частное значение предельного сопротивления сваи в точке зондирования определяют по формуле:

Fui = b1qsA + b2fsuh, (4.11)
где b1 и b2 — коэффициенты, определяемые по графикамрис. 4.23; qs — среднее значение сопротивления грунта вдавливанию наконечника зонда вблизи острия проектируемой сваи, полученное делением силы вдавливания наконечника на площадь его горизонтальной проекции; A и u — площадь и периметр поперечного сечения сваи; fs — среднее значение удельного сопротивления грунта трению по боковой поверхности грунта в пределах глубины погружения сваи h.

Расчетную несущую способность по результатам зондирования вычисляют так же, как и при испытании натурных свай, по формуле (4.8).

4.4.6 Совместная работа куста свай при вертикальной нагрузке

Работа в грунте группы висячих свай, размещенных друг от друга на близком расстоянии, существенно отличается от работы одиночной сваи, что связано с проявлением так называемого «кустового эффекта».

Несущая способность кустовой висячей сваи меньше одиночной, а осадка группы (куста) одинаково загруженных свай больше осадки одиночной сваи. Объясняется это тем, что после погружения группы близко расположенных свай грунт между ними сильно уплотняется и оказывается включенным в работу вместе со сваями в единый свайно-грунтовый массив. При этом нормальные напряжения на грунт от сил трения по боковой поверхности и лобового давления свай в уровне их нижних концов будут суммироваться (рис. 4.24),что усиливает напряженное состояние грунта по глубине основания фундамента и увеличивает его осадку в сравнении с осадкой одиночной сваи при одинаковых нагрузках на каждую сваю.

Рис. 4.24 Кустовой эффект: а - одиночная свая; б - группа свай;

1 - эпюры sz от одиночной сваи;

2 - суммарная эпюра напряжений от группы свай

Висячие сваи можно рассматривать работающими как одиночные, если расстояние между их осями составляет более 6d (d — размер поперечного сечения сваи). При расстоянии от 3d до 6d взаимное влияние свай хотя и имеет место, но на их несущей способности фактически не сказывается. Если расстояние между осями свай будет меньше 3d, то снижение их несущей способности может быть существенным.

В фундаментах выгоднее использовать максимальную несущую способность свай по грунту при наименьшем расстоянии между сваями. Поэтому расстояние между осями забивных висячих свай в фундаментах назначают не менее 3d. При этом несущую способность свай принимают, как для одиночных, а их взаимное влияние на осадку фундамента учитывают особо.

«Кустовой эффект» у групповых свай-стоек не проявляется, и их размещают в фундаментах, исходя из конструктивных соображений.

4.5 Конструирование свайных фундаментов

Разнообразие геологического строения оснований и свойств грунтов не позволяют разработать типовые конструкции свайных фундаментов в зависимости только лишь от расчетных нагрузок, передающихся надземным сооружением на фундаментную часть. Поэтому и для свайного основания выполняется индивидуальное проектирование и расчет фундамента.

Прежде всего назначается положение обреза фундамента и устанавливаются расчетные нагрузки, действующие в его уровне. Далее выбирается тип свайного фундамента и предварительно составляется его схема. Основными параметрами свайного фундамента являются: тип сваи, глубина погружения свай в грунт, число свай и их размещение, т.е. свайное поле. Затем можно назначить необходимые размеры плиты ростверка, объединяющей головы свай и выполнить чертеж предварительной конструкции свайного фундамента. Окончательные параметры свайного основания могут быть утверждены после выполнения необходимых расчетов по предельным состояниям.

Какие расстояния рекомендуются между сваями в свайном фундаменте?

Расстояние между осями забивных висячих свай должно быть не менее 3d, где d - диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи. Максимальное расстояние обычно не превосходит 6d. Минимальное расстояние между сваями-стойками 1,5d. При редком расположении свай они начинают работать как одиночные, исчезает кустовой эффект. При одинаковой нагрузке осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи. В глинистых грунтах несущая способность сваи в кусте получается меньшей, чем у одиночной сваи.

Что такое “кустовой эффект” в свайном фундаменте?

Кустовой эффект - это взаимное влияние свай при небольшом расстоянии между ними. Работа свай в кусте отличается от работы одиночных свай. Осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи, поскольку сопротивляющиеся этому силы бокового трения полностью не мобилизуются.

Как выбрать несущий слой грунта?

Под несущим слоем грунта понимается слой, который обладает прочностью, достаточной для восприятия нагрузок от веса сооружения. Как правило, такой слой залегает в глубине грунтовой толщи, а выше располагаются более слабые слои грунтов. Поэтому длина сваи принимается такой, чтобы свая могла прорезать слабые слои грунтов (насыпных, рыхлых песков, илов, текучих глин и т.п.) с заглублением острия свай по крайней мере на 0,5-1 м в прочный грунт.

35. Проектирование центрально нагруженных свайных фундаментов под колонны. Проектирование свайных фундаментов под стены.

Глубину заложения подошвы ростверка выбирают, сообра­зуясь с особенностями сооружения.

Тип и вид свай выбирают, исходя из характера напласто­вания грунтов, в зависимости от оборудования и опыта устрой­ства свайных фундаментов, имеющегося у строительной органи­зации.

Размеры свай также выбирают с учетом характера напла­стования грунтов.

Число свай в фундаменте устанавливают исходя из допуще­ния, что ростверк осуществляет равномерное распределение на­грузки на свайный куст или свайный ряд под стену. Расчет ве­дут по первой группе предельных состояний.


где γk— коэффициент надежности, принимаемый равным 1,2 при статиче­ских испытаниях свай, 1,25 — при статическом зондировании, испытании эта­лонной сваи и динамическом испытании с учетом упругих деформаций и 1,4 — при определении Fd расчетом или динамическим методом без учета упругих деформаций; No — расчетная нагрузка, действующая по обрезу фун­дамента; a —шаг свай; d — глубина заложения подошвы ростверка; γm - средний удельный вес материала ростверка, фундамента и грунта.

Зная число свай, их размещают в плане и конструируют ростверк. В центрально нагруженном свайном фундаменте сваи располагают рядами или в шахматном порядке.

Ростверк (обычно железобетонный) рассчитывают на продавливание колонной или сваей и на изгиб (при значительном его развитии в плане) в соответствии с расчетом фундаментов пo нормам на железобетонные конструкции.

Сваи, работающие только на сжатие, заделывают в рост­верке обычно на глубину 5. 10 см. Сборные ростверки при воз­можности контроля допускается устанавливать непосредственно на головы свай на растворе. Сваи, работающие на выдергива­ние или изгиб, следует прочно заделывать в ростверк. Для этого бетон головы свай разбивают и обнаженную арматуру заделывают в ростверк.

88. Сколько времени рекомендуется обычно отводить на "отдых" сваи?

Продолжительность "отдыха" сваи, после которого замеряется истинный или действительный отказы для песчаных грунтов, составляет 3-5 суток. В глинистых грунтах он больше: в супесях  5-10 суток, в суглинках  15-20 суток, в глинах  25-30 суток и более (см.Ф.14.33).

89. Какие расстояния рекомендуются между сваями в свайном фундаменте?

Расстояние между осями забивных висячих свай должно быть не менее 3d, где d  диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи. Максимальное расстояние обычно не превосходит 6d. Минимальное расстояние между сваями-стойками 1,5d. При редком расположении свай они начинают работать как одиночные, исчезает кустовой эффект. При одинаковой нагрузке осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи. В глинистых грунтах несущая способность сваи в кусте получается меньшей, чем у одиночной сваи.

90. Что такое "кустовой эффект" в свайном фундаменте?

Кустовой эффект  это взаимное влияние свай при небольшом расстоянии между ними. Работа свай в кусте отличается от работы одиночных свай. Осадка сваи в кусте превышает осадку одиночной сваи, поскольку сопротивляющиеся этому силы бокового трения полностью не мобилизуются.

91. Как определяется несущая способность сваи-стойки?

Несущая способность сваи-стойки определяется минимальным значением предельной нагрузки либо по прочности грунта под ее нижним концом, либо разрушением сваи по ее материалу. При низком ростверке сваи рассчитываются без учета их продольного изгиба. Сопротивление под нижним концом сваи, опирающейся на скальные и малосжимаемые грунты, принимается равным 20 МПа. У песчаных грунтов сопротивление под нижним концом зависит от крупности песчаных грунтов, их плотности, а также от глубины их нахождения. В глинистых грунтах это сопротивление зависит также от глубины и от показателя текучести IL. Величина сопротивления дается на единицу площади поперечного сечения сваи.

92. Как определяется несущая способность висячей сваи?

Несущая способность висячих свай определяется либо расчетным методом, либо путем забивки опытных свай, а также применением статического зондирования.

Висячие сваи рассчитываются по грунту. Сопротивление погружению сваи возникает под ее пятой-острием (лобовое сопротивление) и по боковой поверхности (сопротивление благодаря мобилизации сил трения). Как и для свай-стоек, лобовое сопротивление зависит от грунтов (плотности и вида песчаных грунтов и показателя текучести глинистых грунтов), а также от глубины погружения нижнего конца. Боковое сопротивление зависит от вида песчаных грунтов, показателя текучести IL глинистых грунтов, от глубины слоя, для которого определяется коэффициент трения. Лобовое сопротивление дается на единицу площади поперечного сечения сваи, поэтому полученная величина R умножается на площадь поперечного сечения A. Боковое сопротивление трению дается на 1 м2 боковой поверхности, поэтому оно умножается на соответствующую площадь боковой поверхности рассматриваемого"пояса". С глубиной сопротивление трению увеличивается. Сопротивления под острием и по боковой поверхности суммируются. Однако предварительно они умножаются на коэффициент условий работы, который зависит от способа погружения свай.

Geotekhnika_2_Lektsia / Лекции / Курс лекции МГОФ / ОиФ / lecture_20 / № 20 Проектирование свайных фундаментов

Проектирование свайных фундаментов выполняется в следующем порядке:

Выполняется оценка инженерно-геологических условий (определяется слой грунта, в который наиболее рационально заглубить острие сваи)



Определяется тип и размер сваи

Определяется несущая способность сваи (расчетная нагрузка, допустимая на сваю):

расчетом с использованием таблиц;

по данным статического зондирования (SPT)

Определяется необходимое количество свай.

Производится размещение свай в плане и конструирование ростверка.

Проводится проверка давления, приходящегося на одну сваю. (При несоблюдении данного условия производится перерасчет свайного фундамента, а при выполнении условия п.6 переходят к выполнению п. 7).

Определяется осадка свайного фундамента.


Последовательность расчета в п. 1, 2, 3 нами уже рассматривалась ранее, поэтому переходим сразу к рассмотрению условий п. 4.

4. Определение необходимого количества свай.

(для центрально нагруженного свайного фундамента)




Тогда можно определить Ррост – среднюю интенсивность давления по подошве ростверка:


где  - расчетная нагрузка, допускаемая на сваю.

Тогда, для центрально нагруженного ростверка получим приближенную площадь ростверка Арост:


где N01 – расчетная нагрузка по обрезу ростверка (1 предельное состояние);

f – коэффициент перегрузки.

Зная площадь ростверка, находят его вес Np и вес грунта на его обрезах Nгр:


Тогда, необходимое число свай будет равно:



5. Размещение свай в плане и конструирование ростверка

При размещении принятого количества свай (nсв) в плане необходимо стремиться к минимальным размерам ростверка !



6. Проверка давления, приходящегося на 1 сваю

Выполнив конструирование ростверка, находят его фактический вес Nр.факт. и фактический вес грунта на обрезах Nгр.факт., затем осуществляют проверку давления на 1 сваю:


При удовлетворении данного условия переходят к определению осадки свайного фундамента.

Определение осадки свайного фундамента.


АБСД – условный фундамент


ср – средневзвешенный угол внутреннего трения слоев грунта, которых пересекает ствол сваи

 - угол рассеивания напряжений по длине ствола сваи. Определив (), и используя графические построения, находят ширину и длину условного фундамента АБСД:


Определяют давление по подошве условного фундамента:


Обычно условие удовлетворяется. Далее строят эпюры 0z и бz для условного фундамента и определяют его осадку, используя метод послойного суммирования.

Необходимое соблюдение условия SSu. (Расчет по II предельному состоянию)

Особенности работы одиночной сваи и куста свай


Для длинных свай, порядка ≈ 30 м

(Васильевский остров – Санкт-Петербугр)

Эпюра напряжений под остриём сваи получается неоправданно большой, что не соответствует действительной работе сваи. В

этом направлении ведутся исследования.

Явление кустового эффекта


(осадка свайного куста при равных нагрузках на сваю больше, чем осадка одиночной сваи) – это положение при (С<33,5d). Взаимное влияние свай друг на друга. При С>3d – это влияние уже практически незначительно.



Грунт находится в уплотненном состоянии и включается в работу совместно со сваями. (увеличение несущей способности)



Проектирование внецентренно нагруженных свайных фундаментов


При наличии момента, действующего на свайный ростверк, расчет ведется по формулам внецентренного сжатия.

Необходимо выравнивать нагрузки по сваям, для этого смещают центр свайного основания, стремясь его к совмещению с центром давления.



Задаются числом рядов свай и эпюру под ростверком делят на равновеликие по площади трапеции.

Центр тяжести каждой трапеции будет указывать положение рядов свай.

Какую нагрузку будет воспринимать максимально нагруженная свая?

Для этого определяют положение смещенного ц.т. свайного основания (а0).



S стат – статический момент площади основания относительно оси «0»


- суммарная площадь сечения свай



Для свай одинаковых размеров получим


Тогда можно записать:


(1)  - момент инерции свайного основания


 0 - момент инерции площади поперечного сечения ствола сваи, относительно своей собственной оси (мал – пренебрегаем).


Умножаем правую и левую часть выражения (1) на Fсв (получим усилие, приходящиеся на сваю)


По данному выражению можно определять усилия, приходящиеся на любую сваю. (Расчет по I предельному состоянию).

Проектирование свайных фундаментов при действии горизонтальных сил.

1. Угол наклона равнодействующей  6; Горизонтальная составляющая на одну сваю Т 0,5 т.

Сваи забиваются вертикально, при проектировании учитывается действие М (момента).




2. Угол наклона равнодействующей 6 <  < 10; Т  1т.

Сваи стремятся забить наклонно (параллельно равнодействующей).




3. Угол наклона равнодействующей  >10; Т > 1т.

Устраивают «козловые сваи», т.к. при больших углах наклона равнодействующей возможна работа свай на выдергивание.


Влияние размеров фундамента на напряженное состояние грунтов

Сваи позволяют уменьшить осадку сооружения путем передачи нагрузки на более плотные нижние слои грунта.

В каких случаях целесообразно проектировать свайные фундаменты?

Узкий свайный ростверк и длинные сваи: Свайное поле и короткие сваи



Здесь передача нагрузки на более плотные нижние слои – малая осадка

Здесь разница в передаче давления очень незначительна, т.е. сваи практически не меняют напряженного состояния грунта. Нагрузка на грунт фактически передается одинаковая в том и другом случае


Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Определение осадки свайного фундамента кустовой эффект


Определим осадку кустового свайного фундамента, состоящего из пяти забивных свай С6-30 из бетона класса В30, законструированного в п. 5.4. Расстояние между осями соседних свай a = 0,9 м. Грунтовые условия представлены на рис.5.6.1

Расчет осадки одиночных висячих свай в линейно-деформируемом полупространстве при выполнении условия l/d > G1l/G2d > 1 производят по формуле:

При расчете осадок группы свай необходимо учитывать их взаимное влияние. Дополнительная осадка сваи, находящейся на расстоянии а (расстояние измеряется между осями свай) от сваи, к которой приложена нагрузка N, равна

Расчет осадки i-й сваи в группе из п свай при известном распределении нагрузок между сваями производится по формуле

Характеристики деформативности грунтов, прорезаемых сваей:


Рис.5.4. Свая и деформативные параметры основания

Определим деформационные характеристики приведенного трехслойного основания:

Осредненное значение модуля сдвига и коэффициента Пуассона грунтов, прорезаемых сваей:

Модуль сдвига и коэффициент Пуассона грунта под нижним концом сваи:

Подсчитаем все необходимые для расчета коэффициенты и параметры:

Модуль упругости материала ствола сваи Е = 32,5×МПа (бетон класса В30), поэтому жесткость ствола на сжатие:

Относительная жесткость сваи:

Определяем осадку одиночных свай 1 и 2:

где N1, N2 – вертикальная нагрузка, передаваемая на сваи 1 и 2 (п. 5.5)

Определяем осадку одиночных свай 3 и 4:

Определяем осадку одиночной сваи 5:

Определяем дополнительные осадки сваи от взаимного влияния соседних свай, находящихся на расстоянии а (см.рис.5.5).


Рис.5.5. Схема расположения свай

Вычисляем коэффициенты δij для соседних свай:

Вычисляем коэффициенты δij для свай, расположенных по диагонали:

Осадки каждой сваи куста, состоящего из 5 свай, при известном распределении нагрузок между ними производим по формулам:

Общую осадку отдельностоящего свайного фундамента определяем, как среднюю осадку для всех свай:

Условие выполняется, осадки фундамента не превышают предельно допустимые значения.

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 b = 2,3 м и l = 3,5 м:

Вес условного массива

Полное давление под подошвой условного фундамента

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/м 3 – 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/м 3 – средневзвешенное значение удельного веса грунта в пределах глубины заложения условного фундамента;

Проверяем давление на грунт по подошве фундамента


р = 643 кПа

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 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.

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 h от точки О; h =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 ; l – свободная длина сваи (для низкого ростверка l =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, м 2 ; 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.

Свайный фундамент: технология монтажа

К возведению здания надо подходить обдуманно, тщательно просчитав все этапы строительства. И в первую очередь необходимо определиться с типом фундамента. Но что делать, если на своём участке вы столкнулись с так называемыми «сложными» грунтами, к которым относятся:

  • Торфяники;
  • Заболоченные участки;
  • Участки с грунтовыми водами;
  • Участки подверженные силам морозного пучения;
  • Затопляемые участки.

В таком случае одним из самых быстрых и надёжных способов решения проблемы является использование свайно-винтового фундамента.

Можно выделить основные плюсы свайно-винтового фундамента:

  • Монтаж производится в течение одного-двух дней;
  • Не требуется выравнивание рельефа участка;
  • Отсутствуют масштабные земляные работы;
  • Вкручивание свай ведётся при любых погодных условиях.

К основным недостаткам свайно-винтового фундамента относятся:

  • Невозможность монтажа на скалистой местности и на участках с твердыми известняковыми прослойками либо каменистым грунтом;
  • Фундаментные сваи невозможно установить ближе, чем на 0.5 метра к уже построенному дому, а монтаж в этом случае затруднён из-за применения специальных рычагов;
  • При выборе свайного фундамента значительно осложняется строительство дома с подвалом. А цена такого фундамента для здания становится неоправданно высокой.
  • О конструктивных особенностях свайно-винтового фундамента;
  • О том, что нужно знать для расчёта необходимого количества свай;
  • О секретах монтажа свайного фундамента;
  • Об основных ошибках при вкручивании свай.

Конструктивные особенности свайного фундамента


Фундамент на винтовых сваях – это группа свай ввинченных в землю и представляющих собой единой поле. При возведении домов чаще всего используются изделия диаметром ствола 108мм, длиной 2.5 метра и диаметром лопасти в 300мм. После того как свая вкручена в землю, на поверхности остается примерно 50 см от её ствола. Затем на ствол сваи приваривается оголовок. В стандартном исполнении оголовок имеет размеры 250х250мм.

Оголовок нужен для крепления на него обвязочного бруса, швеллера или ростверка на который затем монтируется строение.

Свая – это металлическая труба с заострённым концом и лопастью специальной конфигурации прикреплённой в её нижней части. Благодаря лопасти она ввинчивается в грунт, уплотняя его, пока не достигнет нужной глубины и не упрётся в надежное основание. В силу этого она может нести расчетную нагрузку сразу же после монтажа.

Сваи отличаются по длине, диаметру и своему предназначению, а именно:

  • Винтовая свая Ø76 мм – используется при строительстве заборов,
  • беседок и лёгких пристроек;
  • Винтовая свая Ø89 мм – подходит для строительства бытовок,
  • и причалов;
  • Винтовая свая Ø108 мм – универсальный вариант для строительства каркасных и брусовых домов;
  • Винтовая свая от Ø133 мм и выше – используется для возведения домов из оцилиндрованного бревна, пенобетонных блоков и промышленных объектов.
  • Толщина металла стенки ствола. У качественной сваи толщина составляет от 4 до 4.5 мм;
  • Толщина металла лопасти. Она должна составлять не менее 5 мм;
  • Качество сварного шва. Недопустимы раковины и непроваренные участки;
  • Защитное покрытие. Если слой краски тонкий или некачественный, то его просто сотрет о грунт при закручивании сваи.

Существуют сваи с литым наконечником. Их особенность в том, что наконечник и лопасть представляют собой единую деталь, изготовленную на литейном производстве, которую затем приваривают к стволу.


Такая свая более надежна, чем обычная сварная, так как она имеет большую толщину лопасти и имеет всего лишь один сварной шов. А также может ввинчиваться в грунт, где сохранились корни деревьев или попадаются небольшие камни.

Как рассчитать необходимое количество свай

Часто можно слышать утверждение, что сваи необходимо ввинчивать в землю с определённым шагом. И поэтому рассчитать их необходимое количество достаточно просто – надо лишь знать длину, ширину и вес строения. Но как показывает практика – это в корне неверно! Попробуем понять, сколько свай необходимо для фундамента вашего здания.

Для расчета свайного фундамента можно воспользоваться таблицей, с помощью которой можно определить несущую способность винтовой сваи в зависимости от грунта.


Минимальная глубина завинчивания свай для Москвы и Московской области составляет 1.5 метра, что гарантирует установку свайного фундамента ниже глубины промерзания грунта. Правильно установленная винтовая свая Ø108 мм способна нести нагрузку в 5 тонн.

Особенности монтажа свайного фундамента

Вкручивание винтовых свай может производиться как механическим способом – с помощью машины оборудованной гидробуром, так и ручным методом – силами нескольких человек.

При механическом способе монтажа проще контролировать необходимое усилие вкручивания. Также данный способ позволяет более точно сцентрировать ствол. Тем самым достигается более высокая точность монтажа. Максимальное отклонение ствола вкрученной сваи от вертикальной оси не должно превышать 2-х градусов.

После того как свая ввинчена на необходимую глубину, производится отрезание её верхней части. Чтобы урез всех свай был выставлен по одному уровню, необходимо использовать лазерный нивелир.

Затем, в ствол сваи заливается бетонный раствор. Вопреки распространенному мнению бетон заливается не для усиления сваи, а для того чтобы вытеснить из нее кислород и тем самым предотвратить коррозию металла изнутри ствола. Если открытую сваю не забетонировать, то с приходом зимы она может заполниться водой и её разорвет.

Читайте также: