Расчет несущей способности сваи по грунту

Возведение домов на не стабильных грунтах производится по специальной свайной технологии. Она обеспечивает пропорциональное распределение нагрузок массы конструкции зданий на почву. Существуют различные виды свайных фундаментов. Для их устройства используется специальная техника.

Свайные фундаменты

Конструкция свайного фундамента состоит из группы свай и ростверков, являющихся связывающим и распределяющим нагрузки звеном сооружения. На несущие плиты или балки, объединяющие сваи, опирают наземные части строений. В зависимости от своего места расположения относительно горизонта, ростверки бывают:

  • низкими – находятся ниже уровня поверхности земли и передают через свою подошву часть усилия на грунт. Как правило, устраиваются не выше отметки промерзания;
  • промежуточными – укладываются без заглубления непосредственно на поверхностном слое непучиноопасных грунтов. Вертикальное давление по подошве не передают;
  • высокими – располагаются над уровнем земли под внутренними стенами домов при наличии технического подполья, а также под мостовыми опорами и т.д. Жесткость такой конструкции придают дополнительные наклонные сваи.

Проект сооружения может предусматривать различное расположение свайных стволов:

  • одиночное – под легкие каркасные строения;
  • ленточное (одно- или многорядное) – под несущие стены протяженных сооружений;
  • кустовое – под массивные колонны и столбы;
  • сплошное – под башни и высотные дома, имеющие небольшую площадь в плане.

Используя при возведении фундаментов в гражданском строительстве разные виды свай, удается увеличить объем сдаваемого жилья за счет повышения этажности строений, а также использования площадок с грунтами, имеющими неудовлетворительные характеристики. Кроме того, можно отметить значительное снижение трудоемкости и сокращение временных сроков на этапе земляных работ, по сравнению с открытым способом монтажа подземной части сооружения, дающее застройщику экономическую выгоду.

в 14:08

Главная | О нас | Обратная связь

Общая информация о свайных работах

Нормативная база, регулирующая процесс постройки свайных фундаментов, включает в себя два основополагающих документа:

  • Во-первых – СНиП – 85 «Фундаменты свайного типа», который является основным при проведении практически любых работ, подразумевающих заглубление в грунт капитальных массивных опор.
  • Во-вторых – СНиП «Фундаменты, основания и земляные сооружения». Положения данного норматива частично дублируют информацию, изложенную в предыдущем, но при этом их изучение тоже является желательным.

Все работы, связанные с подготовкой и возведением капитальных оснований, должны производиться исключительно в соответствии с данными СНиПами.

Техника на участке Техника на участке

Ключевым документом, описывающим процесс обустройства фундамента, является, проект производства работы.

В проекте приводится следующая информация:

  • Календарный план, определяющий сроки выполнения каждой операции.
  • Генеральный план с чертежами планируемого основания и привязками к результатам геодезической съемки.
  • Спецификацию оборудования и устройств, необходимых для забивки свай или заглубления их иным способом. К примеру, СНиП на буронабивные сваи требует обязательного внесения в проект данных в отношении пробуриваемых скважин, армирования и состава бетонного заполнения.

Монтаж буронабивной опоры Монтаж буронабивной опоры

Определение несущей способности сваи — проблематика

Фактор роста нагрузок и напряжений в конструкциях определяет необходимость применения комплексных методов расчета при использовании свайных фундаментов. При этом ключевым является понимание системы «свайный фундамент – грунтовый массив».

Данные о несущей способности конструкции могут быть получены методами теоретического расчета (по материалу) и/или экспериментально-полевых испытаний на месте строительства (по грунту).

К теоретическим способам относят:

  • методику расчета несущей способности свайного фундамента по СП ;

  • методику по Р. Л. Нордлунду;

  • метод М. Томлинсона.

Однако получение максимально точных результатов возможно только при комплексном подходе к решению вопроса. Это доказывает анализ и сравнение результатов серии аналитических расчетов с данными экспериментально-полевых испытаний (которые будут приведены ниже).

Важно знать! На практике недостаточность сравнительной информации работы модели с реальным поведением системы «свая – грунтовый массив» приводит к закладыванию больших запасов (>40%) в ходе проектирования.

В свою очередь, это приводит к:

  • существенным экономическим расходам (35-45%);

  • увеличению сроков реализации проекта.

Комплексный подход к определению несущей способности фундамента с учетом максимальной несущей способности свай (по грунту и материалу) обеспечивает рациональность и экономичность конструкций.

Оглавление диссертации кандидат наук Алехин Виталий Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ СВАИ В СОСТАВЕ ГРУППЫ СВАЙ И ЕЕ ОТЛИЧИЯ ОТ ОДИНОЧНОЙ СВАИ. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Определение предельного сопротивления одиночной сваи

1.2 Особенности работы сваи в составе группы свай

1.3 Проблемы проектирования свайных полей с учетом требований нормативных документов

1.4 Выводы к главе

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА РАСЧЕТА И ВХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ В ЧИСЛЕННОМ ИССЛЕДОВАНИИ

2.1 Описание натурного эксперимента

2.2 Результаты численного моделирования и их сопоставление с натурным экспериментом

2.3 Выводы к главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АНАЛИТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ГРУНТЕ В МЕЖСВАЙНОМ ПРОСТРАНСТВЕ В ГРУППЕ СВАЙ

3.1 Особенности работы сваи в составе группы

3.2 Напряженное состояние в грунте в межсвайном пространстве и в основании свайного фундамента

3.3 Графо-аналитический метод определения напряжений в грунте в межсвайном пространстве в группе свай для однородных и разнородных грунтов

3.4 Аналитический метод определения напряжений в грунте в межсвайном пространстве в группе свай для однородных грунтов

3.5 Выводы к главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ОСНОВАНИЯ СВАИ В ГРУППЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ЧИСЛЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1 Численное исследование влияния параметров свайного фундамента и грунта на предельное сопротивление основания

4.2 Интерпретация результатов и определение зависимостей предельного сопротивления основания свай в составе групп от параметров свайного фундамента и предельного сопротивления основания одиночной сваи

4.3 Выводы к главе

ГЛАВА 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРИМЕНЕНИЮ РАЗРАБОТАННОГО МЕТОДА В ПРАКТИКЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

5.1 Рекомендации по проектированию фундаментов в виде групп свай

5.2 Внедрение разработанной методики при проектировании жилого комплекса в г. Москва

5.3 Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Справки о внедрении результатов исследований

ВВЕДЕНИЕ

Вычисление коэффициентов постели

Для вычисления коэффициентов постели используются усредненные (в пределах зафиксированной глубины сжимаемой толщи HС) значения модуля деформации EГР и коэффициента бокового расширения mГР. Эти значения вычисляются по формулам.

Коэффициент постели С1 вычисляется тремя методами.

Метод 1. Коэффициент постели С1 вычисляется на основании усредненных значений EГР и mГР по формуле:

Вычисление коэффициентов постели

Метод 2. Коэффициент постели С1 вычисляется по формуле Винклера:

, где

Метод 3. Для определения коэффициента постели С1 используется формула метода 1. Отличие состоит в том, что для определения усредненного модуля деформации ЕГР3 вводится поправочный коэффициент u к величине модуля деформации i–того подслоя. Этот коэффициент изменяется от u1=1 на уровне подошвы фундамента до un=12 на уровне уже вычисленной границы сжимаемой толщи. Принято, что коэффициент u изменяется по закону квадратной параболы:

Кроме того, принимается, что дополнительное вертикальное напряжение по глубине распределено равномерно. Тогда

Вычисление коэффициентов постели

Суть метода 3 изложена в работах и состоит в том, что в действительности модуль деформации грунта по глубине нарастает. Не учет этого факта приводит к неоправданно завышенным значениям осадок, а, следовательно, и к заниженным значениям коэффициента постели С1.

Для методов 1 и 3 коэффициент постели С2 вычисляется по формуле:

Для метода 2 коэффициент постели С2 не вычисляется.

По результатам работы программы выполняется построение полей осадок, границ сжимаемой толщи, коэффициентов постели Пастернака и Винклера. Выполняется построение эпюр вертикальных напряжений в любой точке приложенной нагрузки (Рис. 4, 5).

Рис.5. Эпюра вертикального напряжения при различном распределении нагрузки вдоль свай

Вычисление коэффициентов постели

Расчет осадки свайного фундамента, как условного, строго в соответствии с нормами выполняется при K1, K2 = 0 и K3 = 1.

Если внешняя нагрузка на свайный фундамент задана на несколько уровней, то эпюра напряжений от нее будет иметь ступенчатый вид, отражающий уровни приложения соответствующих долей нагрузки. Так на Рис. 5-а показана эпюра вертикального напряжения при К1 = 0, К2 = 0, К3 = 1. На Рис. 5-б показана эпюра вертикального напряжения при К1 = , К2 = 0.9, К3 = Причем, К2 разбит еще на 10 подуровней (количество подуровней может изменяться по желанию пользователя). На Рис. 5-в показана эпюра вертикального напряжения при К1 = 0.1, К2 = 0.6, К3 = 0.3.

По результатам вычисления осадок предоставляется возможность вычисления их разностей между существующими и проектируемыми фундаментами. Определяются также перекосы фундаментов существующих зданий, возникающие от проектируемых сооружений (Рис. 6). Перекосы вычисляются между парами точек, заданных пользователем.

Рис.6. Таблицы осадок и перекосов

Система ГРУНТ входит в состав таких программных комплексов как ЭСПРИ 2013, ЛИРА-САПР и МОНОМАХ-САПР.

ВЫВОДЫ. Система ГРУНТ позволяет производить экспертную оценку осадок, кренов и перекосов сооружений, как на естественном, так и на свайном основании и оценивать влияние проектируемых новых зданий на существующую окружающую застройку.

Новые возможности системы ГРУНТ для определения параметров жесткости грунтового и свайного оснований Открыть

Вычисление коэффициентов постели

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter, чтобы сообщить нам.

  • грунт
  • свайное основание

Общие указания по расчету свай

В своде правил, регламентирующем процесс строительства свайного фундамента (СП в редакции 2011 года) сказано, что расчет опор ведется по предельным значениям следующих характеристик:

  • Физической прочности конструкционного материала свай и элементов ростверка.
  • Несущей способности расположенного под пятой опоры грунта (с учетом уплотнения при монтаже опоры).
  • Несущей способности пяты самой сваи, расположенной на крутопадающих слоях (откосах).
  • Осадке сваи под действием вертикальной нагрузки.

Кроме того, рассчитывая железобетонные опоры нужно принимать во внимание склонность конструкционного материала к образованию трещин, раскрывающихся под действием нагрузки. А рассчитывая осадку под вертикальными силами, следует не забывать и о крутящих моментах на оголовке опоры.

Виды ростверков

Ростверк не является обязательным элементом конструкции. Он соединяет между собой опоры основания, придавая конструкции дополнительную жёсткость. Различают 3 основных вида ростверков:

  1. Высокий. Соединительные элементы располагаются над поверхностью земли на расстоянии от 15 см и выше.
  2. Повышенный. Ростверк располагает вровень с поверхностью земли или на высоте до 10 см.
  3. Заглубленный. Монтаж ростверка проводится ниже уровня поверхности земли.

Деревянный ростверк

Виды ростверков

По способу сборки различают ростверки:

  1. Сборные. Представляют собой сварные стальные балки, которые применяют при строительстве лёгкий построек с небольшим сроком эксплуатации.
  2. Сборно-монолитные. Элементы с «замочными» соединениями. Используются для соединения опор оснований многоэтажных домов и промышленных сооружений.
  3. Монолитные. Представляют собой единые конструкции, имеющие форму замкнутой или незамкнутой ленты. Применяются при строительстве жилых малоэтажных домов.

Алгоритм расчета свайного фундамента

Процесс расчета начинается с определения общего веса здания.

Он состоит из суммы массы всех конструкций:

  • Кровля;
  • Стены;
  • Перекрытия;
  • Железобетонный каркас.

При расчете толщина каждого слоя конструкции умножается на ее высоту и на плотность. В результате рассчитывается нагрузка на 1 м2 конструкции.

Кратковременные равномерно распределенные нагрузки (вес людей и мебели) берутся с расчетом 150 кг/м2. Сумма нагрузок вычисляется путем умножения значения на общую площадь здания. После этого определяется нагрузка от веса снега. Она будет зависеть от климатического района и форму крыши.

Чем больше угол наклона крыши, тем меньше будет снеговая нагрузка.

После этого определяется несущая способность каждой сваи и их количество в ростверках. Полученные значения дополнительно проверяют и только после этого приступают к дальнейшему проектированию и строительству здания.

Нюансы расчёта свайного фундамента

Некоторые особенности влияния нагрузки существуют для свайного фундамента. Поэтому рассмотрим пример вычисления.

Основные показатели, которые фигурируют в расчётах:

  1. Радиус свай.
  2. Длина.
  3. Количество.
  4. Расстояние, на котором размещаются соседние элементы.

Данный пример предусматривает упрощённые вычисления.

Начнём с вопроса, каким должен быть радиус винтовых свай:

Расстояние между сваями также зависит от предполагаемой нагрузки. Если для постройки здания применяется газобетон или шлакоблоки, то шаг составляет 2 м, для более лёгких каркасных строений, не более 3 м.