Грунт для свай стоек
Обновлено: 02.07.2024
О расчете свай в скальных грунтах средней крепости Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Никишкин М.В.
В статье представлено численное моделирование поведения боковой поверхности и несущей способности под концом свай пробуренных в скальном грунте средней крепости (RQD=50-75%). Результаты исследований показывают, что несущая способность и осадка свай зависит от числа параметров, которые необходимо принимать во внимание изучая взаимодействие сваи со скалой.I
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Никишкин М.В.
Особенности работы буронабивных свай в скальных грунтах средней крепости О работе свай-стоек в скальных грунтах Анализ взаимодействия глубоких фундаментов и трещиноватых скальных массивов при горизонтальных нагрузках Мировой опыт в проектировании свай в скальных грунтах Об особенностях расчета несущей способности буронабивных свай в скальных массивах при действии вертикальной нагрузки i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы. i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.n the paper is presents the simulation of the behavior of side shear and bearing capacity of piers drilled in rock mass of fair quality (RQD=50-70%). results of investigation demonstrated that the bearing capacity and settlement of piers depends on number of parameters, which are necessary to take into consideration studying the interaction of piers with rock.
Текст научной работы на тему «О расчете свай в скальных грунтах средней крепости»
О РАБОТЕ СВАЙ В СКАЛЬНЫХ ГРУНТАХ СРЕДНЕЙ
В статье представлено численное моделирование поведения боковой поверхности и несущей способности под концом свай пробуренных в скальном грунте средней крепости (RQD=50-75%). Результаты исследований показывают, что несущая способность и осадка свай зависит от числа параметров, которые необходимо принимать во внимание изучая взаимодействие сваи со скалой.
In the paper is presents the simulation of the behavior of side shear and bearing capacity ofpiers drilled in rock mass offair quality (RQD=50-70%). results of investigation demonstrated that the bearing capacity and settlement of piers depends on number of parameters, which are necessary to take into consideration studying the interaction of piers with rock.
Активное строительство на территории Москвы высотных зданий всё чаще ставит перед проектировщиками вопрос о необходимости передачи на грунты основания нагрузок значительно превышающих их расчётное сопротивление. В таких случаях нередко используются свайные фундаменты, в том числе опирающиеся на скальные грунты. Так, например, при проектировании комплекса Москва-Сити, в качестве фундаментов 72-х этажного здания высотой 380 м предполагается использование буроинъекционных свай диаметром 1,5 м, заделанных в мячковские и подольские известняки, залегающие на глубине около 40 - 42 м от дневной поверхности. При этом расчётная нагрузка на сваю составляет порядка 30 МИ. Для других зданий, входящих в комплекс Москва-Сити, нагрузка на подобные сваи достигает 60 МИ.
В натоящее время в отечественной практике при расчёте свай в скальных грунтах используется методика, рекомендуемая в СНиП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты» [1] в которых несущая способность сваи определяется с помощью формулы:
где yc - коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый yc = 1, A - площадь опирания на грунт сваи м2, R - расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи-стойки, кПа
где Rc,n - нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа (тс/м2 ), yg - коэффициент надежности по грунту, принимаемый yg=1,4, ld - расчетная глубина заделки набивной и буровой свай и сваи оболочки в скальный грунт, м, df - наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и сваи-оболочки
В соответствии с формулой (2) несущая способность сваи определяется прочностью скального грунта на одноосное сжатие под её нижним концом и диаметром. В случае заглубления сваи в грунт, при расчёте её несущей способности, вводится коэффициент, принимающий во внимание глубину заделки и, таким образом, учитывающий сопротивление по боковой поверхности сваи.
Вместе с тем, результаты исследований, представленные в [3] показывают, что методика, предназначенная для расчёта свай - стоек нельзя использовать для расчёта «висячих» свай и свай, несущая способность которых обеспечивается, как сопротивлением по их боковой поверхности, так и передачей части нагрузки на скальный массив. Однако, и при расчёте свай - стоек указанная методика даёт завышенные результаты, т.к. она использует в качестве расчётного сопротивления основания, полученную в испытаниях на образцах, прочность на сжатие ненарушенного скального грунта. В действительности, реальная несущая способность скального массива, благодаря трещиноватости и различным дефектам, может быть в несколько раз ниже. Принимая это во внимание, в статье методом конечных элементов исследовалась работа двух свай - стоек: длинной (30м) и короткой (5м), несущая способность которых определялась только передачей нагрузки на скальный массив, что может соответствовать работе сваи, пересекающей толщу нескального грунта и опирающейся на коренную породу. В расчётной схеме такое взаимодействие со скальным грунтом обеспечивалось заданием нулевых характеристик контактных элементов вдоль боковой поверхности сваи. Работа свай моделировалась в скальных грунтах средней крепости при двух значениях показателя качества скального массива: RQD=45% и RQD=75%. При этом рассматривались два соотношения между модулями упругости бетона сваи и скальной отдельности: Еб/Еотд=0,5 и Еб/Еотд=2,0. Учитывая, что модуль деформации скального массива определяется, как модулем упругости скальной отдельности, так и показателем качества массива RQD, выполнялось четыре численных эксперимента. Для них, при различных сочетаниях Еотд и RQD, были определены следующие значения модулей деформации скального массива Еск = 1250 МПа, 3750 МПа, 5000 МПа и 15000 МПа. Это соответствовало следующим четырём соотношениям модуля упругости бетона к модулю деформации скального массива ЕБ / Еск : 1,5; 5,0; 6,0 и 20,0. Предельное состояние скального
массива устанавливалось в соответствие с законом Кулона, для чего задавались соответствующие значения параметров с и р. Для параметра с (удельное сцепление) принимались следующие значения: с = 1,0 МПа, 1,3 МПа, 2,5 МПа и 3,9 МПа.
Внутренний угол трения ф имел значения: ф = 350 и 400. Предельное состояние
массива определяло его несущую способность под нижним концом сваи ,
которое определялось средним значением вертикальных напряжений crY в этом сечении. Предельное состояние сваи характеризовалось, используемым для определения начала разрушения скальных пород, критерием Хоека [2], что потребовало задания в исходных данных значений прочности бетона на сжатие и растяжение.
Результаты расчётов несущей способности свай - стоек, полученные численным методом, сравнивались с результатами, подсчитанными по рекомендациям СНиП и по методике, приведённой в [3].
Численные испытания позволили установить (рис.2и 3) предельные нагрузки на сваю, изменение осадок сваи в процессе эксперимента, а также несущую способность скального массива под сваей.
Грунт для свай стоек
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛИ - Научно-исследовательский, проектно-изыскательский и конструкторско-технологический институт оснований и подземных сооружений им.Н.М.Герсеванова - институт АО "НИЦ "Строительство" (НИИОСП им.Н.М.Герсеванова)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации (ТК 465) "Строительство"
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом архитектуры, строительства и градостроительной политики
Информация об изменениях к настоящему своду правил публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минрегион России) в сети Интернет
ВНЕСЕНЫ опечатки, опубликованные в Информационном Бюллетене о нормативной, методической и типовой проектной документации N 6, 2011 г.
Опечатки внесены изготовителем базы данных
Изменения N 1, 2, 3 внесены изготовителем базы данных по тексту М.: Стандартинформ, 2017 год; М.: Стандартинформ, 2019
Введение
Настоящий свод правил устанавливает требования к проектированию фундаментов из разных типов свай в различных инженерно-геологических условиях и при любых видах строительства.
Разработан НИИОСП им.Н.М.Герсеванова - институтом ОАО "НИЦ "Строительство": д-ра техн. наук Б.В.Бахолдин, В.П.Петрухин и канд. техн. наук И.В.Колыбин - руководители темы; д-ра техн. наук: А.А.Григорян, Е.А.Сорочан, Л.Р.Ставницер; кандидаты техн. наук: А.Г.Алексеев, В.А.Барвашов, С.Г.Безволев, Г.И.Бондаренко, В.Г.Буданов, A.M.Дзагов, О.И.Игнатова, В.Е.Конаш, В.В.Михеев, Д.Е.Разводовский, В.Г.Федоровский, О.А.Шулятьев, П.И.Ястребов, инженеры Л.П.Чащихина, Е.А.Парфенов, при участии инженера Н.П.Пивника.
Изменение N 2 разработано институтом АО "НИЦ "Строительство" - НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы - д-р техн. наук Б.В.Бахолдин, канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук Д.Е.Разводовский; исполнители - д-р техн. наук Н.З.Готман, д-р техн. наук Л.Р.Ставницер, канд. техн. наук А.Г.Алексеев, канд. техн. наук А.М.Дзагов, канд. техн. наук В.А.Ковалев, канд. техн. наук А.В.Скориков, канд. техн. наук В.Г.Федоровский, канд. техн. наук О.А.Шулятьев, канд.техн. наук П.И.Ястребов) при участии д-ра техн. наук В.В.Знаменского, д-ра техн. наук В.А.Ильичева.
Изменение N 3 к своду правил подготовлено АО "НИЦ "Строительство" - НИИОСП им.Н.М.Герсеванова (руководители темы - д-р техн. наук Б.В.Бахолдин, канд. техн. наук И.В.Колыбин, канд. техн. наук Д.Е.Разводовский, д-р техн. наук Н.З.Готман, канд. техн. наук А.Г.Алексеев, канд. техн. наук А.М.Дзагов, канд. техн. наук В.В.Сёмкин, канд. техн. наук А.В.Скориков, канд. техн. наук В.Г.Федоровский, канд. техн. наук А.В.Шапошников, канд. техн. наук П.И.Ястребов, при участии д-ра техн. наук В.В.Знаменского, д-ра техн. наук В.А.Ильичева).
1 Область применения
Настоящий свод правил распространяется на проектирование свайных фундаментов вновь строящихся и реконструируемых зданий и сооружений (далее - сооружений).
Свод правил не распространяется на проектирование свайных фундаментов сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, свайных фундаментов машин с динамическими нагрузками, а также опор морских нефтепромысловых и других сооружений, возводимых на континентальном шельфе.
2 Нормативные ссылки
ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 5686-2012 Грунты. Методы полевых испытаний сваями
ГОСТ 8732-78 Трубы стальные бесшовные горячедеформированные. Сортамент
ГОСТ 8734-75 Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные. Сортамент
ГОСТ 9463-2016 Лесоматериалы круглые хвойных пород. Технические условия
ГОСТ 10704-91 Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент
ГОСТ 12536-2014 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
ГОСТ 19804-2012 Сваи железобетонные заводского изготовления. Общие технические условия
ГОСТ 19804.6-83 Сваи полые круглого сечения и сваи-оболочки железобетонные составные с ненапрягаемой арматурой. Конструкция и размеры
ГОСТ 19912-2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием
ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости
ГОСТ 20295-85 Трубы стальные сварные для магистральных газонефтепроводов. Технические условия
ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний
ГОСТ 26633-2015 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия
ГОСТ 27751-2014 Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения
ГОСТ 31937-2011 Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния
СП 14.13330.2018 "СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах"
СП 21.13330.2012 "СНиП 2.01.09-91 Здания и сооружения на подрабатываемых территориях и просадочных грунтах" (с изменением N 1)
СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"
СП 25.13330.2012 "СНиП 2.02.04-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах" (с изменением N 1)
СП 26.13330.2012 "СНиП 2.02.05-87 Фундаменты машин с динамическими нагрузками" (с изменением N 1)
СП 28.13330.2017 "СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии" (с изменением N 1)
СП 38.13330.2018 "СНиП 2.06.04-82* Нагрузки и воздействия на гидротехнические сооружения (волновые, ледовые и от судов)"
СП 40.13330.2012 "СНиП 2.06.06-85 Плотины бетонные и железобетонные"
СП 47.13330.2016 "СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"
СП 58.13330.2012 "СНиП 33-01-2003 Гидротехнические сооружения. Основные положения" (с изменением N 1)
СП 63.13330.2012 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения" (с изменениями N 1, 2, 3)
СП 71.13330.2017 "СНиП 3.04.01-87 Изоляционные и отделочные покрытия"
СП 126.13330.2017 "СНиП 3.01.03-84 Геодезические работы в строительстве"
СП 131.13330.2012 "СНиП 23-01-99* Строительная климатология" (с изменениями N 1, 2)
Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде технических регламентов и стандартов.
3 Термины и определения
Термины с соответствующими определениями, используемые в настоящем СП, приведены в приложении А.
Наименования грунтов оснований зданий и сооружений приняты в соответствии с ГОСТ 25100.
4 Общие положения
4.1 Основное назначение свай - это прорезка залегающих с поверхности слабых слоев грунта и передача действующей нагрузки на нижележащие слои грунта, обладающие более высокими механическими показателями. Свайные фундаменты должны проектироваться на основе и с учетом:
а) результатов инженерных изысканий для строительства;
б) сведений о сейсмичности района строительства;
в) данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности сооружения и условия их эксплуатации;
г) действующих на фундаменты нагрузок;
д) условий существующей застройки и влияния на нее нового строительства;
е) экологических требований;
ж) технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений;
Виды свай
Свайный фундамент в последнее время становится все более популярным по множеству причин, в частности из-за относительно невысокой цены и быстроты изговления. Однако определение "свайный фундамент" мало о чем говорит специалисту, потому как на сегодняшний день существует достаточно много различных видов свай. А в зависимости от вида определяется несущая способность свай, что очень важно при расчете фундамента.
Впрочем, данная статья посвящена не расчету того или иного вида свай (всему свое время), а всего лишь классификации имеющихся видов. Статья написана на основании действующих нормативных документов, в частности СНиП 2.02.03-85 "Свайные фундаменты".
По виду взаимодействия с грунтом
Сваи делятся на 2 основных вида: висячие сваи и сваи-стойки. Принципиальная разница между этими видами свай следует из определения и может быть проиллюстрирована следующей картинкой:
Рисунок 483.1. 1 - сваи-стойки, 2 - висячие сваи
Висячие сваи
Сюда относятся все виды свай, которые опираются на сжимаемые грунты и при этом передают нагрузку на грунты основания боковой поверхностью (за счет сил трения, на рисунке 483.1 обозначены как т - касательные напряжения, возникающие в грунтах) и нижним концом (сжатие по площади на нижнем конце сваи, на рисунке 483.1 обозначены как σ - нормальные напряжения, возникающие в грунтах).
К сжимаемым грунтам относятся глины от текучей до полутвердой консистенции, суглинки, супеси и пески.
Примечание: При расчете висячих свай следует учитывать влияние отрицательных сил трения (если таковые имеются), уменьшающих несущую способность свай. Отрицательными (негативными) силами трения называются силы, которые возникают на боковой поверхности свай при осадке околосвайного грунта. Отрицательные силы трения направлены вертикально вниз.
В свою очередь в пучинистых грунтах в зимнее время в результате пучения из-за промерзания грунта на боковой поверхности висячих свай могут возникать положительные силы трения, т.е. направленные вверх. Эти силы как бы пытаются выдавить сваи на поверхность. С одной стороны это приводит к повышению несущей способности висячих свай в зимнее время. А с другой стороны в материале свай кроме сжимающих могут возникнуть и растягивающие нормальные напряжения. Соответственно материал таких свай следует проверять расчетом на действие подобных растягивающих напряжений. Для восприятия этих растягивающих напряжений в ж/б сваях используется соответствующая арматура.
Сваи-стойки
Сюда относятся все виды свай, которые опираются на скальные грунты, а кроме того забивные сваи, опирающиеся на малосжимаемые грунты.
К малосжимаемым грунтам относят крупнообломочные грунты с плотным или средней плотности песчаным заполнителем, а также твердые глины, имеющие модуль деформации Е > 50 МПа (500 кг·с/см 2 ) в водонасыщенном состоянии.
Модуль деформации грунта Е отличается от модуля упругости Е, тем, что при определении его значения учитываются не только упругие, но и пластические (остаточные) деформации.
Примечание: При расчете несущей способности по грунту основания свай-стоек силы сопротивления грунтов (силы трения на боковой поверхности) не учитываются, так как опирание на скальные (практически несжимаемые) грунты минимизирует вероятность осадки свай-стоек, а значит и силам трения на боковой поверхности, появляющимся при проседании висячих свай, взяться неоткуда. Исключение составляют все те же отрицательные сил трения. Они, если есть, при расчетах учитываются, так как снижают несущую способность свай.
По материалу
Различают металлические (как правило стальные), деревянные, бетонные, бутобетонные и железобетонные сваи. Железобетонные сваи в свою очередь могут быть как готовыми элементами, так и изготавливаться непосредственно в скважине.
По форме
В зависимости от геометрии продольного, поперечного сечения и нижнего конца сваи принято различать
По форме поперечного сечения
Сплошные сваи прямоугольного (1), квадратного (2), круглого (3), таврового (4) и двутаврового (5) сечений, а также полые круглого (6) сечения (трубы, оболочки) и квадратные с круглой полостью (7).
Рисунок 484.2. Геометрия поперечных сечений свай.
Сваи-оболочки от свай-труб отличаются относительно большим наружным диаметром и относительно малой толщиной стенок сваи по сравнению с наружным диаметром. Соответственно устраиваются сваи-оболочки в грунтах с очень низкой несущей способностью, а такая форма свай позволяет экономить значительное количество материала.
По форме продольного сечения
Сваи постоянного по длине сечения: цилиндрические (1), призматические (2) и сваи с наклонными боковыми гранями: ромбовидные (3), пирамидальные (4), трапецеидальные (5).
Рисунок 484.3. Геометрия продольных сечений свай
По конструкции нижнего конца
Сваи с плоским нижним концом (рис. 483.1.1), с заостренным нижним концом (рис.483.3.2), полые с открытым (1) или закрытым (2) нижним концом, булавовидные с плоским или объемным уширением (3), с камуфлетной пятой (4), винтовые (5).
Рисунок 484.4. Конструкции нижнего конца свай.
Примечание: в нормативных документах классификация по форме дается только для забивных свай (само собой винтовые сваи к ним не относятся). Однако такой подход мне кажется не совсем верным, поэтому я выделил геометрию свай в отдельную категорию.
По методу заглубления в грунт
Погружаемые в грунт без выемки грунта
Забивные
Сваи всех видов для заглубления в грунт которых используются молоты, вибропогружатели, вибровдавливающие или вдавливающие устройства.
Другими словами забивные сваи погружаются в грунт под воздействием ударной, вибрационной или динамической нагрузки, соответственно материал забивных свай должен рассчитываться на воздействие таких нагрузок.
Кроме того забивные железобетонные сваи диаметром ≤ 80 см и сваи-оболочки диаметром ≥ 100 см дополнительно подразделяются
По способу армирования
На сваи с ненапрягаемой и предварительно напряженной продольной арматурой вне зависимости от наличия поперечного армирования.
По конструктивным особенностям
На сваи цельные и составные (из нескольких секций).
Примечание: К забивным сваям также относят железобетонные сваи-оболочки, погружаемые в грунт вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью.
Классификация забивных свай по геометрическим признакам приводилась выше в отдельной категории.
Набивные
Сюда относят бетонные и железобетонные сваи, устраиваемые путем укладки в скважины бетонной смеси. Для образования скважин грунт принудительно отжимают (вытесняют).
В свою очередь набивные сваи
по способу устройства
Набивные, устраиваемые с использованием инвентарных труб
Нижний конец труб у таких свай при погружении в грунт закрыт бетонной пробкой или оставляемым в грунте башмаком. По мере заполнения скважин бетонной смесью трубы извлекаются.
Набивные, виброштампованные
Такие сваи делаются путем заполнения жесткой бетонной смесью пробитых скважин. Бетонную смесь уплотняют виброштампом в виде трубы с нижним заостренным концом. Ну трубу крепится вибропогружатель.
Набивные в выштампованном ложе
В грунте производится выштамповка скважин конусной или пирамидальной формы, после чего скважины заполняются бетонной смесью.
Винтовые
Сваи со стальным или железобетонным корпусом (стволом) с лопастью (или лопастями) на конце (рис. 484.4.5), погружаемые в грунт завинчиванием, иногда в сочетании с вдавливанием.
Винтовые сваи относятся к висячим. Одно из главных достоинств винтовых свай - это значительное уширение площади сечения на конце свай, образуемое лопастью или лопастями, которое не только увеличивает несущую способность свай при относительно малом диаметре, но также препятствует выдергиванию свай. Потому винтовые сваи раньше использовались в основном для устройства фундаментов, которым передаются значительные выдергивающие силы. В настоящее время винтовые стальные сваи очень часто используются при возведении небольших частных домов.
При расчете винтовых свай следует учитывать крутящий момент, возникающий при завинчивании.
Устраиваемые с выемкой грунта
Буровые
Железобетонные сваи, устраиваемые в грунте путем установки готовых железобетонных элементов в пробуренные скважины или заполнением скважин бетонной смесью. В малоэтажном частном строительстве - это самый распространенный вид свай.
В свою очередь буровые сваи
по способу устройства
Буронабивные сплошного сечения
Для устройства таких свай бурятся скважины. Стенки скважин не крепятся, если скважины пробурены в пылевато-глинистых грунтах выше уровня грунтовых вод. При бурении скважин ниже уровня грунтовых вод в любых грунтах стенки скважин закрепляются глинистым раствором или инвентарными обсадными трубами, извлекаемыми после устройства скважин. Затем скважины заполняются бетонной смесью. На конце свай может быть уширение.
Буронабивные полые
Сваи круглого сечения, устраиваемые с использованием многосекционного вибросердечника.
Буронабивные с уплотненным забоем
Перед заливкой бетонной смеси в забой скважины втрамбовывается щебень для повышения несущей способности грунта.
Буронабивные с камуфлетной пятой
После бурения на дне скважины производится взрыв, приводящий к образованию камуфлетной пяты. В результате увеличивается площадь основания будущей сваи, а также уплотняется грунт в области взрыва. Все это приводит к значительному повышению несущей способности грунта. Затем скважины заполняются бетонной смесью.
Буроопускные с камуфлетной пятой
Отличие буроопускных свай с камуфлетной пятой от буронабивных в том, что после взрыва в скважину опускаются готовые железобетонные сваи, а не бетонная смесь.
Буроинъекционные
Сваи малого диаметра (15-25 см) устаиваются нагнетанием (инъекцией) в пробуренные скважины мелкозернистой бетонной смеси или цементно-песчаного раствора.
В последнее время буроинъекционные сваи получили большое распространение в малоэтажном частном строительстве. Их еще называют микросваями.
Буроопускные сваи-столбы диаметром или со сторонами ≥ 80 см
После бурения в скважины укладывается омоноличивающий цементно-песчаный раствор. Затем в скважину опускаются призматические или цилиндрические элементы сплошного сечения
Вибропогружные
Железобетонные сваи-оболочки, погружаемые в грунт с выемкой грунта и полностью или частично заполняемые бетонной смесью.
При устройстве свай без выемки грунта или с частичной выемкой физические свойства основания в результате уплотнения могут значительно изменяться. При устройстве свай с выемкой грунта физические свойства основания как правило изменяются не значительно и это тоже необходимо учитывать при расчете свай и оснований под сваями.
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
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).
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.
- 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».
- Удельное электрическое сопротивление грунта должно быть при этом более 1000 Ом-см (это связано с высокой скоростью электрохимической коррозии стали);
- РH грунта должен быть более 5,5.
- Грунт не должен содержать большое количество органики;
- Сульфация грунта должна быть менее 1000 ppm (иначе появляется угроза для незащищенного бетона железобетонных свай);
- Грунт не должен содержать отвалы грунта, мусор и пр;
- 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:
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.
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.
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.
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.
Столбчатые (свайные) фундаменты
Тема эта не большая. Смысл построения столбчатых фундаментов абсолютно схож со всеми остальными типами фундаментов.
Вот, что пишет по этому поводу Большая Советская Энциклопедия.
Свайный фундамент, фундамент, в котором для передачи нагрузки от сооружения на грунт используют сваи. Состоит из свай и объединяющего их ростверка. Выбор между С. ф. и обычным фундаментом на естественном основании производится на основе их технико-экономического сравнения в данных инженерно-геологических условиях строительной площадки, с учётом особенностей проектируемого здания или сооружения. С. ф. особенно рациональны при строительстве зданий и сооружений на водо-насыщенных слабых грунтах.
Во многих случаях при С. ф. существенно сокращаются объём земляных работ и расход бетона. В зависимости от вида и величины нагрузок, действующих на С. ф., сваи располагают: по одной - под отдельные опоры, рядами - под стеновые конструкции, кустами - под колонны, свайными полями - под здания и сооружения малой площади со значительными вертикальными нагрузками. При действии на фундамент значительных горизонтальных сил используют наклонные сваи.
Длину свай выбирают, исходя из грунтовых условий строительной площадки: необходимо, чтобы нижние концы свай были заглублены в малосжимаемые грунты. В зависимости от свойств грунтов, залегающих под нижними концами свай, последние подразделяются на сваи-стойки, опирающиеся на практически несжимаемые грунты, и висячие сваи, погруженные в сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунт как нижней, так и боковой поверхностью.
Основой для проектирования надёжного и экономичного С. ф. является правильное определение несущей способности сваи, т. е. допустимой для неё нагрузки. Несущую способность свай устанавливают на основании инженерно-геологических изысканий, по данным статического зондирования грунтов и результатам испытаний свай статическими и динамическими нагрузками. Наиболее достоверно испытание свай статической нагрузкой, но вследствие большой трудоёмкости этого метода (особенно в случае буронабивных свай) его применение ограничивается главным образом зданиями и сооружениями с тяжёлыми нагрузками, при неблагоприятных геологических условиях.
Лит.: Грутман М. С., Свайные фундаменты, К., 1969; Трофименков Ю. Г., Ободовский А. А., Свайные фундаменты для жилых и промышленных зданий, 2 изд., М., 1970.
Мне кажется, что приведенная статья вполне понятна. Порассуждаю о том же самом на житейском уровне.
Мне кажется, что можно сделать большую ошибку, решив, что на столбчатых фундаментах можно здорово сэкономить, вкопав столбики на такую же глубину, что и, скажем, ленточный фундамент. Действительно, Грунт обычно трамбуется (сжимается) своим собственным весом. Чем глубже мы погружаемся, тем плотнее должен становиться грунт. В один прекрасный момент мы уже не можем копать простыми инструментами - лопата не входит в грунт. Будем считать, что мы достигли нужной степени несжимаемости. Можно ставить столб, закапывать его, потом заливать цементом или бетоном и строить на нем дом. А что будет, если мы не докопаемся до грунта с нужной жесткостью? Получится, как если бы мы поставили груз на четыре иголки, воткнутые в ватную подушечку. Понимаете мою мысль? Дом на таких иголках может легко уйти в землю. А если грунт насыщен водами? Как тогда копать на значительную глубину? Насос ставить?
Именно по-этому в профессиональном строительстве сваи именно забивают. Вы когда-нибудь видели, как забивают сваи? Это такая машина, которая ставит сваю и долбит по ней здоровенным грузом, который предварительно поднимает на тросах. Свая сначала идет легко, потом тяжелее, потом перестает погружаться. Это значит, что жесткость грунта под ней уравновешена грузом, который по ней долбит. Поскольку мы знаем величину груза мы вполне можем рассчитать, сколько веса здания на такую сваю будет приходиться. Из этих же расчетов выводится и количество свай на стену или все здание целиком. В этом случае нас действительно не волнует, какая почва под сваей, на сколько она пропитана водой и тому подобное. Перестала свая забиваться? ну и хорошо. Значит все в порядке. Можно ее укоротить до нужной высоты над поверхностью земли и строить на ней дом.
Можете вы повторить такую процедуру для постройки и расчета фундамента под частный дом? Боюсь, что это будет тяжеловато, а, значит, и риск осадки остается.
Какой же вывод? Не делать столбчатые фундаменты? Думаю, что не стоит. Однако с оговоркой. Если у вас дом на болоте, или на насыщенных водой грунтах, есть смысл заказать машину, которая делает в земле скважины крупного диаметра и вкопать сваи, чаще всего металлические или асбестоцементные трубы на значительную глубину. Не могу точно сказать на какую - все зависит от веса дома, количества труб, или свай, и состояния грунта. Грунт можно идентифицировать при его сверлении.
В любом случае вы получаете следующие минусы.
Дороговизна строительства: машина, подъемный кран, специалист-прораб, рабочие, трубы, бетон для их заполнения.
Дом, построенный на сваях, будет находиться высоко от земли, и под него будет задувать ветер.
И, наконец, устройство цоколя может представлять проблему. О кирпичах придется забыть. Скорее всего, придется зашивать каким-нибудь материалом типа плоского шифера, а он хрупкий, и легко трескается.
Короче говоря, строить дом на сваях нужно на очень влажной почве, а по моему опыту строить дом на плохой (влажной) почве не рекомендуется.
Моделирование работы свай-стоек
По виду работы сваи разделяются на сваи-стойки и висячие сваи (сваи трения).
К сваям-стойкам следует относить сваи всех видов, опирающиеся на скальные грунты. Также к ним можно отнести забивные сваи, у которых 80% несущей способности обеспечено сопротивлением грунта под нижним концом и 20% - трением грунта по боковой поверхности.
Расчёт свайного фундамента с применением свай-стоек
Определение несущей способности сваи-стойки
Расчётный метод определения несущей способности сваи-стойки приведён в п.7.2.1 СП 24.13330.2011.
Важно:— для свай данного типа необходимо уделить особое внимание расчёту прочности сваи по материалу;
— расчёт несущей способности свай-стоек по грунту в ЛИРА-САПР не предусмотрен.
Моделирование работы сваи-стойки
Получить модель сваи в виде цепочки стержней с податливыми связями по длине можно с использованием КЭ57, но потребуется внести корректировки, поскольку будет рассчитан вариант висячей сваи.
Работа свай-стоек будет отличаться от свай трения тем, что под их концами будет залегать малосжимаемый грунт, который воспринимает на себя всю нагрузку, а по длине сваи будет залегать слабый грунт, который нагрузку не воспринимает. Чтобы смоделировать такие условия необходимо: вручную задать жесткости Rz=0 в КЭ57 по всей длине сваи, а на нижнем конце сваи следует установить либо связь по оси z, либо задать очень большую жёсткость Rz в КЭ57, например 1х10^6 т/м.
При этом горизонтальные жесткости Rx и Ry оставить как есть, т.к. они служат для задания граничных условий работы сваи в грунте по горизонтали (это производные от коэффициента С1 по боковой поверхности по приложению В, СП 24.13330.2011).
Читайте также: