Расчет сваи по материалу

Обновлено: 11.05.2024

Несущая способность свай

Несущая способность свай - это максимальная величина нагрузки, которую способна выдерживать погруженная в грунт свая, не подвергаясь деформациям.

Оглавление:

Существует два типа несущей способности свай - по материалу изготовления и по грунту. Данные о несущей способности конструкции исходя из ее материала могут быть получены при проведении теоретических расчетов, тогда как определение несущей способности сваи по грунту требует проведения практических исследований на месте строительства.

Методы определения несущей способности сваи

При проектировании свайных фундаментов используются четыре метода определения несущей способности свайных конструкций:

Способ теоретического расчета;

Совет эксперта! данный метод является предварительным, полученные результаты в последствии корректируются на основании фактических данных о характеристиках грунта.

Расчет несущей способности выполняется по формуле: Fd = Yc * (Ycr * R * A + U * ∑ Ycri * fi * li)

Yc - совокупный коэфф. условий работы;
Ycr - коэфф. сопротивления почвы под опорной подошвой сваи;
R - сопротивление почвы под опорной подошвой сваи;
А - диаметр опорной подошвы;
U - периметр сечения свайного столба;
Ycri - коэфф. условий работы грунта по боковым стенкам сваи;
fi - сопротивление почвы по боковым стенкам;
li - длина боковых поверхностей.

Практический способ реализуемый в полевых условиях. После отдыха сваи (спустя 2-3 дня после забивки столба), на конструкцию с помощью ступенчатого домкрата передается статическая нагрузка.
Посредством специального прибора - прогибометра, определяется величина усадки сваи и производятся необходимые расчеты. Данный метод считается одним из наиболее точных.
Рис 1.1: Определение несущей способности сваи методом пробных статистических нагрузок

Исследования проводятся на уже погруженных сваях по истечению периода отдыха столбов. На конструкцию посредством дизель молота передается ударная нагрузка (до 10 ударов). После каждого удара прогибометром определяется степень усадки сваи. Данный способ реализуется в комплексе со статическим методом.

Рис 1.2: Прогибометр - прибор для измерения усадки сваи

Метод зондирования.

Для реализации метода зондирования свая снабжается специальным датчиками, после чего выполняется ее погружение на проектную глубину посредством ударной нагрузки (динамическое зондирование) либо вибропогружателями (статическое зондирование).

Датчики определяют сопротивление грунта боковой и нижней стенки свайного столба, по которой рассчитывают несущую способность конструкции в конкретном типе почвы.

Рис. 1.3: Схема метода зондирования свай

Методы определения несущей способности грунта

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

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

На несущую способность грунта оказывают непосредственное влияние следующие факторы:

Тип почвы;
Насыщенность влагой;
Плотность.

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

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

Представляем вашему вниманию таблицу несущей способности основных типов грунтов:

Таблица 1.1: Несущая способность разных видов грунтов

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

Несущая способность свай СНИП

Важно! Исследования и расчеты направленные на определение несущих характеристик свай необходимо выполнять согласно требований СНиП № 2.02.03-85 "Свайные фундаменты".

Несущая способность буронабивной сваи

Буронабивные сваи - конструкции, обладающие наибольшими несущими характеристиками среди всех видов свай.

Это сваи, сформированные в результате заполнения бетоном предварительно пробуренной скважины, они укреплены арматурным каркасом и, как правило, обладают уширенной опорной пятой, которая способствует равномерному распределению оказываемой на почву нагрузки.

Рис. 1.4: Этапы создания буронабивных свай

Расчет несущих свойств буронабивных свай выполняется по формуле: Fdu = R×A+u×∫ ycf ×Fi×Hi, в которой:

R - нормативное сопротивление почвы под опорной пятой сваи;
А - площадь опорной пяты;
u - периметр сечения свайного столба;
Ycf - коэфф. условий работы грунта на боковой стенке столба (=1);
Fi - среднее сопротивление боковой поверхности опорной пяты;
Hi - толщина слоев почвы контактирующих с боковой стенкой свайного столба.
R, Fi и Hi - это нормативные данные, которые вы можете взять из нижеприведенных таблиц.

Таблица 1.2: Расчетные сопротивления на боковых стенка свай (Fi)

Таблица 1.3: Расчетная толщина слоев почвы контактирующей с боковыми стенками сваи (Hi)

Таблица 1.4: Сопротивление разных типов грунтов под опорной подошвой сваи (R)

Увидеть усредненные показатели несущих характеристик буронабивных свай вы можете в нижеприведенной таблице.

Таблица 1.5: Несущая способность буронабивных свай

Несущая способность забивной ЖБ сваи

Фактические несущие характеристики забивных ЖБ конструкций (Fd) рассчитывается как совокупность сопротивления почвы под нижней частью свайного столба (Fdf) и сопротивления по отношению к ее боковым стенкам (Fdr).

Формула расчета следующая: Fd=Ycr ×(Fdf+Fdr), где:

Fdf = u * ∑Ycf * Fi * Hi

u - внешний периметр сечения ЖБ столба;
Ycr - коэф. условий работы столба в почве (=1);
Fi - сопротивление слоев почвы на боковой стенке сваи;
Hi - общая толщина слоев почвы контактирующих с боковой стенкой свайного столба
Fdr = Ycr * R * A
R - нормативное сопротивление почвы под нижним концом сваи;
А - площадь опорной подошвы.

Несущие характеристики забивных железобетонных свай вы можете посмотреть в таблице

Таблица 1.6: Несущие характеристики забивных ЖБ свай

Несущая способность винтовой сваи

Винтовые сваи - наиболее распространенный тип в свай в частном строительстве. Монтаж винтовых свай выполняется в кратчайшие сроки, а их несущих характеристик с запасом хватает для обустройства надежного фундамента под строительство 1-2 этажного дома из легких материалов.

Рис 1.5: Виды винтовых свай

Формула расчета несущей способности винтовой сваи: Fd=Yc*((a1с1+a2y1h1)A+u*fi(h-d))

Yc - коэф. условий работы столба в почве;
a1 и a2- нормативные коэфф. из таблицы:

Таблица 1.7: Нормативные коэффициенты угла внутреннего трения грунта

с1 - коэфф. линейности почвы (для песчаных грунтов) либо значение удельного сцепления (для глинистых);
y1 - удельный вес почвы расположенной выше лопастей сваи;
h1 - глубина расположения сваи;
А - диаметр винтовых лопастей за вычетом диаметра столба сваи;
fi - сопротивление почвы по боковым стенкам сваи;
u - периметр свайного столба;
h - общая длина ствола сваи;
d - диаметр опорных лопастей.

Предлагаем вашему вниманию характеристики несущих способностей наиболее распространенных в строительстве типоразмеров винтовых свай.

Таблица 1.8: Несущая способность винтовых свай диаметром 76 мм.

Таблица 1.9: Несущая способность винтовых свай диаметром 89 мм.

Как улучшить несущую способность сваи

Среди технологий увеличения несущей способности свайных оснований существуют как универсальные способы, применимые к свай любого типа, так и индивидуальные методы, которые реализуются отдельно для забивных и винтовых конструкций.

Инъектирование грунта

Это максимально эффективный метод увеличение несущих характеристик любых свай расположенных в дисперсных грунтах с невысокой плотностью.

Инъекции в грунт песчано-цементного раствора выполняются в пространство между сваями на глубину в 1-2 метра ниже крайней точки свайного столба.

Для подачи раствора используются специальные строительные инъекторы, при этом раствор нагнетается под постоянно возрастающим давлением (от 2 до 10 атмосфер) в результате чего в грунте создаются полости радиусом до 2 метров.

Рис 1.6: Усиление несущей способности свайного фундамента инъектированием (1 - бетон, 2 - сваи)

Сетка инъекций рассчитывается так, чтобы расположенные по периметру свайного основания бетонные полости примыкали друг к другу.

Совет эксперта! После отвердевания бетона в грунте наблюдается серьезное повышение несущей способности почвы (при качественно реализованной технологии - двукратное).

Увеличение диаметра опорной подошвы сваи

Пята сваи - основная опорная точка заглубленного в грунт столба. При обустройстве свайных фундаментов в грунтах с низкой несущей способностью рационально использовать сваи с уширенной опорной подошвой, так как с увеличением ее диаметра значительно несущие характеристики конструкции.

При обустройстве оснований на сваях винтового типа с этим проблем не возникает, поскольку механизированный способ погружения позволяет завинчивать металлические сваи с достаточно большим диаметром лопастей, тогда как забивные ЖБ сваи с уширением погрузить невозможно ни ударным ни вибрационным методом из-за высокого сопротивления грунта.

Совет эксперта! Для создания опорного уширения забивных ЖБ свай используется два метода - обустройство камуфлетных свай и бурение лидерных скважин буром-расширителем.

Рис 1.7: Схема создания камуфлетных буронабивных свай

Камуфлетные буронабивные сваи - конструкции, уширение в нижней части которых создано посредством взрыва детонирующего вещества внутри лидерной скважины. После камуфлетирования полученное уширение заполняется бетонным раствором и в скважину погружается ЖБ свая.

Наши услуги

Мы, строительная компания "Богатырь", базируемся на услугах: забивка свай, лидерное бурение, забивка шпунта, а так же статических и динамических испытаниях свай. В нашем распоряжении собственный автопарк бурильно-сваебойной техники и мы готовы поставлять сваи на объект с дальнейшим их погружением на строительной площадке. Цены на забивку свай представлены на странице: цены на забивку свай. Для заказа работ по забивке железобетонных свай, оставьте заявочку.

Какой методикой СП 24 расчёта свай на прочность по материалу пользоваться ?

Прошу разъяснить несколько моментов касательно расчёта свай.
СП 24.13330.2011 "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.

__________________
"Безвыходных ситуаций не бывает" барон Мюнгхаузен Последний раз редактировалось Tyhig, 11.02.2019 в 10:58 . 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 ? Из руководства А как назначают длины пеньков в SCAD длинопенёчники ? Длинные пеньки (с длиной по 7.1.8) в общей расчетной схеме назначать - ошибочно, поскольку они некорректно отражают работу самой сваи. Собственно, 7.1.8 адаптирован под ручной расчет прочности сваи, что есть хорошо. Но если ты определил усилия каким-либо другим способом - то СП 24 этому не препятствует.
Короткие пеньки этого недостатка лишены, поскольку предполагают что мы знаем поведение сваи и спец.элемент в "пятке" пенька полностью это поведение отражает. Вообще с появлением возможности посмотреть усилия в одноузловых спецэлементах необходимость в коротких пеньках отпала, это "костыль" из СКАДа 11 Tyhig/
1/ Выполняете расчеты по приложению В, для расчета материала сваи вам нужно из этого расчета значения внутренних усилий М, Q и N.
2/ Открываете, скажем для ЖБ, Пособие к СП 52-101-2003 п.п.3.53 - 3.55 и увеличиваете момент М, при этом расчетной схемой для определения Lo у вас будет схема п. 7.1.8 СП 24. Вообще с появлением возможности посмотреть усилия в одноузловых спецэлементах необходимость в коротких пеньках отпала, это "костыль" из СКАДа 11 А при жестком защемлении сваи в ростверк, как "одноузловые" применять будете? А при жестком защемлении сваи в ростверк, как "одноузловые" применять будете? А чем пеньки L=1м вас спасут? Тем, что там будет адский скачок моментов в "голове" сваи и по прочности понадобятся d=900?

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 ?

Расчетные схемы для свай

По способу взаимодействия с грунтом в современном строительстве принято различать два основных вида свай: висячие сваи и сваи-стойки. Впрочем данная статья посвящена не рассмотрению видов свай, а расчетным схемам, используемым при расчетах как свай-стоек, так и висячих свай.

При расчетах по материалу свай (при определении гибкости свай) и сваи-стойки и висячие сваи рассматриваются, как сжатые элементы с жестким защемлением на конце .

С той только разницей, что сваи-стойки как правило рассматриваются, как стержни, как минимум жестко защемленные в месте опирания на скальные или малосжимаемые грунты (как правило сваи-стойки должны заглубляться в скальный грунт на 0.5 и более метров), в то время как висячие сваи могут иметь расчетную длину больше, чем глубина заложения сваи. Тем не менее расчетная длина как сваи-стойки, так и висячей сваи может быть и меньше общей длины сваи.

Примечание: Как правило расчетная длина сжатого стержня определяется с помощью коэффициента μ, учитывающего способы закрепления концов стержня. Однако насколько это правило справедливо для свай, частично или почти полностью находящихся в грунте, а не в условном вакууме, я точно сказать не могу. Но об этом чуть позже.

Чтобы понять, почему это так и как такое вообще возможно, рассмотрим следующую картинку:

Рисунок 484.1. а) сваи-стойки (1) и висячие сваи (2), б) и в) расчетные схемы для свай.

Как видно из рисунка 484.1.а), у висячих свай, опирающихся на сжимаемые грунты, нет ярко выраженной опоры снизу. Нагрузка от сваи грунту передается боковой поверхностью (силы трения, возникающие при осадке висячей сваи под нагрузкой, на рисунке 484.1.а) обозначены как т, их можно рассматривать как касательные напряжения, возникающие в грунтах) и нижним концом, где происходит сжатие по площади сечения (на рисунке 484.1.а) нормальные напряжения в грунтах, возникающие под нижним концом сваи, обозначены как σ).

Сваи-стойки опираются на скальные грунты (кроме того к сваям-стойкам относят забивные сваи, которые опираются на малосжимаемые грунты). Таким образом у свай-стоек есть ярко выраженная опора снизу. Более того наличие такой опоры - скальных или малосжимаемых грунтов - практически исключает возможность осадки сваи под нагрузкой, а потому считается, что силы трения на боковой поверхности свай-стоек не возникают и при расчетах несущей способности свай не учитываются.

В итоге какая бы нагрузка ни действовала на сваю-стойку, продольная N, горизонтальная Н, изгибающий момент М, все это в различных комбинациях или вместе, свая-стойка всегда рассматривается как сжатый стержень с жестким защемлением на нижней опоре (расчетная схема на рисунке 484.1.б) справа). Примерное положение нейтральной оси сваи в результате действия указанных нагрузок показано пунктиром. Это может быть продольный изгиб от действия продольной нагрузки или прогиб на верхнем конце от действия горизонтальной нагрузки или изгибающего момента. Все это сопровождается изменением угла наклона поперечных сечений сваи.

А вот с висячими сваями все несколько сложнее.

Если на висячую сваю действует только продольная нагрузка N, то продольного изгиба сваи вообще может не быть, так как свая просто даст осадку s (на рисунке 484.1.б) примерное положение нейтральной оси под действием только продольной нагрузки показано отдельно). Таким образом расчет висячей сваи на продольный изгиб при действии только вертикальной нагрузки не имеет никакого смысла, расчетная длина сваи в этом случае условно равна 0.

При этом если на висячую сваю действует горизонтальная нагрузка и(или) изгибающий момент, то даже без учета действия продольной нагрузки в зависимости от различных характеристик, речь о которых ниже, висячая свая рассматривается, как балка, лежащая на упругом основании, если расчетная отметка защемления сваи находится ниже глубины заложения сваи.

Примерное положение нейтральной оси висячей сваи при действии горизонтальной нагрузки и(или) изгибающего момента показано пунктиром рядом со стержнем, имеющим необходимую длину и жесткое защемление на нижнем конце. Кроме того на рисунке видно, что не только верхний, но и нижний конец сваи в этом случае будет иметь горизонтальное смещение.

Примечание: Как правило такая ситуация бывает в тех случаях, когда соотношение длины сваи к ширине или диаметру l/d < 10. Т.е. сама по себе висячая свая достаточно жесткая и вроде бы материал сваи проверки на устойчивость не требует, однако расчета по деформациям требует грунт, окружающий сваю.

Наглядный пример: вы забили в землю деревянный колышек длиной около 55 см диаметром 7 см на глубину 50 см. Если хорошо надавить на колышек сбоку (приложить к нему горизонтальную нагрузку), то земля с противоположной стороны колышка скорее всего промнется, а с той стороны где была приложена нагрузка, образуется щель между грунтом и колышком. Ширина этой щели и есть горизонтальное перемещение сваи на отметке верха грунта. А если гибкость колышка относительно небольшая, то щель скорее всего будет и на отметке низа колышка. К тому же, если грунт неоднородный, то горизонтальное смещение сваи может быть не только таким, как показано на рисунке, смещение нижнего конца может происходить и с той стороны, где действует нагрузка, но это уже частности.

Между тем при соответствующих характеристиках грунта и сваи (как висячей, так и сваи-стойки) расчетная длина сваи может быть меньше длины сваи - рисунок 484.1.в), и тогда часть сваи, находящаяся ниже расчетной отметки защемления, рассматривается просто как элемент, обеспечивающий жесткое защемление стержня.

Ну а теперь пришло время выяснить, как определяется

Расчетная длина сваи

Как это ни странно, но в нормативных документах, посвященных свайным фундаментам, нет четких указаний, как определить расчетную длину сваи. Да и вообще термин "расчетная длина" встречается только 1 раз, когда речь идет о буроинъекционных висячих сваях, проходящих через сильносжимаемые грунты, имеющие модуль деформации Е ≤ 50 кгс/см 2 . В этом случае расчетная длина l_d таких свай при расчетах материала свай на устойчивость (при определении продольного изгиба) принимается в зависимости от диаметра d свай равной:

l_d = 25d при Е = 5-20 кгс/см 2 (484.1.1)

l_d = 15d при Е = 20-50 кгс/см 2 (484.1.2)

Если же расчетная длина l_d больше высоты сильносжимаемого слоя l_g (на рисунке 484.1.а) эта высота обозначена как l для висячей сваи), то расчетную длину следует принимать равной:

l_d = 2l_g = 2l (484.1.3)

Как мы знаем, расчетная длина стержня определяется умножением действительной длины стержня на коэффициент μ. При жестком защемлении на нижнем конце и отсутствии какой-либо опоры на верхнем конце стержня μ = 2. Таким образом для висячих буроинъекционных свай, обычно имеющих низкий ростверк, общее правило расчета сжатых стержней можно считать действующим. А все остальные виды свай следует рассматривать как сжатые стержни, имеющие жесткое защемление в сечении, расположенном на расстоянии l₁ от подошвы ростверка.

Является ли длина l₁ расчетной, или при выполнении расчетов на устойчивость для определения расчетной длины длину l₁ необходимо дополнительно умножать на μ, об этом можно только догадываться по контексту.

Лично мой вывод такой: длина l₁ - это условная длина для свай-стоек. При определении продольного изгиба ее следует дополнительно умножать на коэффициент μ, учитывающий характер закрепления на опорах. При расчете на действие горизонтальной нагрузки и(или) изгибающего момента как висячих свай, так и свай-стоек используется понятие длины изгиба сваи.

На чем основано это утверждение, надеюсь, будет понятно после прочтения нижеследующего материала.

Определение длины l₁ согласно СНиП 2.02.03-85 и согласно Руководству по проектированию свайных фундаментов (1980) несколько отличается. Так в СНиПе используются коэффициенты условий работы, значения коэффициента пропорциональности в несколько раз выше и т.д. Вообще-то СНиП является более свежим нормативным документом и более правильно пользоваться СНиПом, однако и действие Руководства пока никто не отменял и потому дальнейшее изложение будет сделано на основе Руководства по проектированию свайных фундаментов.

Определение длины сваи l₁ производится по следующей формуле:

где l_o (м) - длина участка сваи от уровня поверхности грунта до подошвы ростверка или просто до верха сваи-столба или сваи-колонны.

Если для свай, заделанных в скальный грунт, величина 2/а_д > l, то в таких случаях длина l₁ определяется по другой формуле

где l (м) - действительная глубина погружения сваи в грунт;

Таким образом для свай-стоек, имеющих четко выраженную опору снизу, да еще и заделанных в скальный грунт, длина l₁ не может быть больше суммы надземной и подземной части. Но надземная часть l_o свай-колонн или свай-столбов может быть сопоставимой с подземной частью l и в этом случае при проведении соответствующих расчетов умножение длины сваи (как минимум для надземной ее части) на коэффициент µ обязательно. А значит и расчетная длина таких свай может быть больше длины l₁.На мой взгляд, это достаточное основание, чтобы считать длину l₁ некоторой условной длиной.

А кроме того подобная ситуация (2/а_д > l) может возникнуть только при рассмотрении сильносжимаемых грунтов, через которые проходит свая-стойка. Получается, что наличие подобных сильносжимаемых грунтов при выборе расчетной схемы вообще не учитывается, точнее, можно предположить, что сильносжимаемые грунты почти не препятствуют продольному изгибу свай-стоек.

Ну теперь пойдем дальше.

а_д (1/м) - коэффициент деформации, определяемый по следующей формуле:

где К (тс/м 4 ) - коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств грунта, окружающего сваю. Значение К определяется по одной из следующих таблиц:

Таблица 484.1 (согласно Руководства по проектированию свайных фундаментов)

Таблица 481.2 (Согласно СНиП 2.02.03-85)

Примечания:

1. Как видим, согласно СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты" значения коэффициента пропорциональности принимаются примерно в 3 раза больше. Однако на выходе, с учетом того, что при определении а_д согласно СНиП подкоренное выражение следует дополнительно делить на коэффициент условий работы, в данном случае равный 3 (при рассмотрении только первой стадии напряженно-деформированного состояния системы «грунт - свая»), никакой разницы практически не будет.

2. Меньшие значения К как в в таблице 484.1, так и в таблице 484.2 соответствуют более высоким значениям показателя консистенции I_L глинистых грунтов или коэффициента пористости е песчаных грунтов (данные показатели указаны в скобках), а большие значения К соответствуют более низким значениям I_L или е. Для грунтов с промежуточными значениями характеристик I_L и е величины коэффициента К определяются интерполяцией.

3. Коэффициент К для плотных песков принимается на 30% выше, чем наибольшие значения К для заданного вида грунта.

b_c (м) - условная ширина сваи или диаметр. Для свай с диаметром стволов ≥ 0,8 м условная ширина сваи принимается равной b_с = d + 1, для свай с меньшими размерами сечений b_с = 1,5d + 0,5.

Е (кгс/м 2 ) - модуль упругости материала сваи. Для железобетонных свай принимается значение начального модуля упругости.

I (м 4 ) - момент инерции поперечного сечения сваи. Если геометрические параметры сечения сваи изменяются по длине, то следует использовать приведенный момент инерции.

Таким образом при всех прочих неизменных характеристиках материала сваи значение коэффициента К тем меньше, чем больше сжимаемость грунта (чем меньше модуль деформации грунта). А чем меньше значение К, тем меньше значение а_д. Соответственно чем меньше значение а_д, тем больше в итоге значение l₁. Как уже говорилось, для свай-стоек, имеющих четко выраженную опору на скальный грунт, вводится ограничение длины l₁, выраженное формулой (482.2). Для висячих свай, за исключением буроинъекционных, такого ограничения не существует.

Далее, в нормативных документах есть такое понятие как "приведенная длина сваи", обозначается как l , но так как никакой размерности она не имеет, то я бы назвал ее коэффициентом приведенной длины.

Коэффициент приведенной длины определяется по следующей формуле:

При расчетах на горизонтальную нагрузку и изгибающий момент требуется определять длину изгиба сваи l_м:

Где l_o и а_д принимаются такими же как и в формуле (484.2.1), а значение коэффициента k₂ зависит от значения коэффициента приведенной длины и может изменяться в относительно небольших пределах, от k₂ = 2.1 при l = 2.7 до k₂ = 1.85 при l ≥ 4, если определять по графику, или от k₂ = 2.35 при l = 2.6 и l_o = 0 до k₂ = 1.8 при l ≥ 3.5 и l_o ≥ 15 м, если определять по таблице с учетом высоты сваи над поверхностью грунта. Тем не менее для упрощенных или предварительных расчетов при определении приведенной длины можно пользоваться формулой (484.2.1).

Так как при расчетах на горизонтальную нагрузку или изгибающий момент свая рассматривается просто как вертикальная консольная балка с жестким защемлением, то дополнительно умножать длину l_м на коэффициент µ нет необходимости. Таким образом длина изгиба сваи l_м равна расчетной длине вертикальной консольной балки.

Если рассматриваемые сваи имеют соединение с ростверком, обеспечивающее необходимую жесткость, то такие сваи и ростверк рассматриваются как пространственные рамные конструкции. Другими словами, при расчете таких свай следует учитывать дополнительный изгибающий момент, возникающий из-за жесткого соединения свай с ростверком. Впрочем это как правило актуально только для крайних в ряду свай.

Пример определения расчетной длины сваи

Рассмотрим на этот раз деревянный колышек диаметром 5 см, вбитый на глубину 50 см в пластичную глину (I_L = 0.75). Для удобства расчетов все данные будут переведены в метры и килограммсилы.

Согласно таблицы 484.1 для забивной сваи К = 250 тс/м 4 (250000 кгс/м 4 );

Так как диаметр сваи меньше 0.8 м, то условная ширина сваи составит:

Модуль упругости древесины составляет Е = 10 9 кгс/м 2 ;

Момент инерции круглого сечения I = пD 4 /64 = 3.14·0.07 4 /64 = 117.85·10 -8 м 4

Тогда значение коэффициента деформации составит:

Тогда длина l₁ составит:

l₁ = 0.05 + 2/2.61 = 0.815 м

Если наш колышек - это висячая свая, то расчетная длина при действии горизонтальных нагрузок составит:

А если рассматривать колышек, как сваю-стойку, то при определении продольного изгиба расчетная длина сваи составит:

Тогда при радиусе инерции, равном d/4 = 0.07/4 = 0.0175 м гибкость сваи будет составлять:

Как для сжатого элемента, то это вполне нормальное значение гибкости.

Если же рассматривать некую сваю, жестко соединенную с ростверком, при этом жесткость ростверка значительно больше жесткости сваи, то такое соединение сваи с ростверком соответствует скользящей заделке на верхней опоре балки. Соответственно при этом μ = 1 и расчетная длина и значение гибкости будут в 2 раза меньше.

На этом пока все.

Доступ к полной версии этой статьи и всех остальных статей на данном сайте стоит всего 30 рублей. После успешного завершения перевода откроется страница с благодарностью, адресом электронной почты и продолжением статьи. Если вы хотите задать вопрос по расчету конструкций, пожалуйста, воспользуйтесь этим адресом. Зараннее большое спасибо.)). Если страница не открылась, то скорее всего вы осуществили перевод с другого Яндекс-кошелька, но в любом случае волноваться не надо. Главное, при оформлении перевода точно указать свой e-mail и я обязательно с вами свяжусь. К тому же вы всегда можете добавить свой комментарий. Больше подробностей в статье "Записаться на прием к доктору"

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

Для Украины - номер гривневой карты (Приватбанк) 5168 7422 4128 9630

13-07-2019: Андрей

Рассмотрим все тот же деревянный колышек диаметром 7 см, вбитый на глубину 50 см в пластичную глину (IL = 0.75). Для удобства расчетов все данные будут переведены в метры и килограммсилы.

Согласно таблицы 484.1 для забивной сваи К = 250 тс/м4 (250000 кгс/м4);

Так как диаметр сваи меньше 0.8 м, то условная ширина сваи составит:

bc = 1.5·0.05 + 0.5 = 0.575 м
Случайно в формуле не т ошибки, bc =1.5*0.07 диаметр буска 7 см.?

14-07-2019: Доктор Лом

Да, накосячил. Но не беда, изменил диаметр колышка, чтобы не переделывать расчеты. Ведь это всего лишь пример расчета, не более того. Но все равно, спасибо за внимательность.

14-07-2019: Андрей

Не хотел вас упрекать, просто в замешательство ввело сначала, вот и спросил.

14-07-2019: Андрей

Скажите как влияет нагрузка здания на сваи, как выбрать? сваи либо плиту для многоэтажности?

16-07-2019: Андрей

Тогда при радиусе инерции, равном d/4 = 0.07/4 = 0.0175 м гибкость сваи будет составлять. d/4 = 0.05/4

Примечание: Возможно ваш вопрос, особенно если он касается расчета конструкций, так и не появится в общем списке или останется без ответа, даже если вы задатите его 20 раз подряд. Почему, достаточно подробно объясняется в статье "Записаться на прием к доктору" (ссылка в шапке сайта).

Указания по расчету свайных фундаментов

Расчет сван по прочности материала

При расчете свай всех видов по прочности материала сваю следует рассматривать как стержень, жестко защемленный в фунте в сечении, расположенном от подошвы ростверка на расстоянии l₁ определяемом по формуле:

Определение несущей способности сваи по материалу
Определить несущую способность буронабивной сваи диаметром d = 0,2 м по материалу. Свая выполняется в глинистом грунте без крепления стенок и отсутствии грунтовых вод. Материал сваи: бетон В20. Свая армирована 4 стержнями d12 A400.
Решение:
Площадь сечения сваи нетто:
A_b = πd 2 /4 = 3,14 * 0,22 2 /4 = 0,0314 м 2 .
Площадь сечения 4d12 A400: A_g = 452 мм 2 = 452 * 10 -6 м 2 .
Расчетное сопротивление бетона сжатию: R_b = 11,5 МПа.
Расчетное сопротивление арматуры А400 сжатию:
R_gc = 355 МПа.
Коэффициент условии работы бетона: ϒ_b3 = 0,85.
Коэффициент, учитывающий влияние способа производства свайных работ: ϒ_cb = 1,0.
Расчетная нагрузка, допускаемая на .железобетонную сваю но материалу:

N = 0,85* 1,0 * 11,5 * 0,0314 + 355 * 452 * 10 -6 = 0,467 МПа = 467 кН.

Расчет свай по несущей способности грунта

Одиночную сваю в составе фундамента и вне его по несущей способности грунтов основания следует рассчитывать исходя из условия:

При расчете свай всех видов как на вдавливающие, так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки N, следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности ио нагрузке, увеличивающим расчетное усилие.
Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20 % (кроме фундаментов опор линий электропередачи).
Если сваи фундамента опоры моста в направлении действия внешних нагрузок образуют один или несколько рядов, то при учете (совместном или раздельном) нагрузок от торможения, давления ветра, льда и навала судов, воспринимаемых наиболее нагруженной сваей, расчетную нагрузку допускается повышать на 10 % при четырех сваях в ряду и на 20 % при восьми сваях и более При промежуточном числе свай процент повышения расчетной нагрузки определяется интерполяцией.
Расчетную нагрузку на сваю N, кН. следует определять, рассматривая фундамент как рамную конструкцию, воспринимающую вертикальные и горизонтальные нагрузки и изгибающие моменты.
Для фундаментов с вертикальными сваями расчетную нагрузку на сваю допускается определять по формуле:

Рис. 1. Схема для определении нагрузки на сваю

Горизонтальную нагрузку, действующую на фундамент с вертикальными сваями одинакового поперечного сечения, допускается принимать равномерно распределенной между всеми сваями.
Сваи и свайные фундаменты следует рассчитывать по прочности материала и производить проверку устойчивости фундаментов при действии сил морозного пучения, если основание сложено пучинистыми грунтами.

Пример 2.

Определение нагрузок на сваи во внецентренно-нагруженном фундаменте

Необходимо определить нагрузки, приходящиеся на сваи (см. рис.2). Количество свай в фундаменте n = 6. Нагрузки, действующие на фундамент:

3.3 Определение несущей способности сваи

Несущую способность сваи (расчетное сопротивление сваи) определяют по материалу сваи и по грунту висячей сваи.

3.3.1 Определение несущей способности сваи по материалу

Расчетное сопротивление (несущая способность) сваи по материалу определяется по следующей формуле:

, (3.1)

где - коэффициент условий работы ( = 0,9 при размере поперечного сечения свай < 20 см и = 1 при ≥ 20 см), принимаем =1;

- коэффициент, учитывающий особенности загружения (для свай, полностью находящихся в грунте, = 1);

- расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии (табл. 19), =11500 кПа;

1.3 Расчет и проектирование свайных фундаментов.

За условную отметку 0,000 м принята отметка чистого пола 1-го этажа здания, что соответствует +4,550 м в Балтийской системе высот. Отметка планировки -1,250 м (+3,300 м). Относительная отметка пола цокольного этажа -2,500 м (абс. отм. +2,050 м). В соответствии с нормами проектирования принимаем отметку верха ростверка Н в _р= - 2,500 м (абс. отм. +2,050 м). Высоту ростверка принимаем равной 0,6 м. Тогда, отметка низа ростверка Н в _р= - 2,500 м (абс. отм. +1,450 м).

Определение глубины погружения и длины связи:

Для расчетов принимаем буровую сваю БСИ 0,6-22,4 длиной 22,4 м, диаметром 600 мм, выполняемой при помощи обсадной трубы. Принимаем отметку нижнего конца сваи минус 20,820 м.

Глубина погружения сваи в несущий слой составит 1,0 м.

Определение несущей способности сваи по материалу:

γ_c =0,8 – коэффициент условий работы сваи

γ_cb=0,85 - коэффициент условий работы бетона

R_b=11,5 МПа - расчетное сопротивление сжатию бетона (бетон класса В20)

R_sc=355 МПа – расчетное сопротивление сжатию стального сердечника (арматура класса А-III);

A_b= – A_s = – 6,79 · 10 -4 = 0,2821 м 2 площадь бетона;

A_s= 6,79 · 10 -4 м 2 – площадь стального сердечника (6 стержней Ø12 А-III).

=0,8 · (0,85 · 11,5 · 0,2821 + 355 · 0,000679) =

=0,8 · (2,76 + 0,24) = 2400 кН.

Таким образом, несущая способность сваи по материалу F_M=2400кН.

Определение несущей способности сваи по грунту:

F_d= γ_c · (γ_cb · R · A + u ·_cf · f_i · h_i), где:

γ_c =1 – коэффициент условий работы сваи в грунте;

γ_c_R=0,85 - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи;

γ_cf- коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности сваи;

Расчет буровых свай по сп 50-102-2003.

R=1013 кПа – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи;

f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа;

u=π·d=3,14·0,6=1,884 м – средний наружный периметр поперечного сечения сваи;

A= = = 0,2826 м 2 площадь поперечного сечения сваи, опирающегося на грунт;

h_i – толщина i-го слоя грунта, примыкающего к боковой поверхности сваи, м.

Расчетная допускаемая нагрузка на сваю составит 84т.

Определение шага свай:

Определяем минимальный шаг забивки (при максимальной расчетной нагрузке на 1 м длины фундамента):

ɭ_p = = = 1,4 м

- расчетная нагрузка на сваю, кН;

- расчетная нагрузка на 1 м длины фундамента, кН/пог.м.

Читайте также: