Несущая способность сваи по материалу и грунту – методы определения, расчет для винтовых, забивных, буронабивных свай, способы улучшения

Несущая способность характеризует степень стойкости свайной опоры к деформациям под действием оказываемых на нее разносторонних нагрузок – без изменений в ее структуре и потери свойств. Характер и величина факторов воздействия складывается из двух основных составляющих:

1. Массы надземной части сооружения.
2. Характеристик грунта – структура, плотность, степень увлажненности.

Поэтому в зависимости от набора действующих факторов и их особенностей в каждом конкретном случае для основания дома подбирается определенное количество свайных элементов. При этом учитывается материал и конструкция применяемых опор. В частном домостроительстве наибольшее распространение получили следующие виды свай:

• Забивные.
• Винтовые.
• Буронабивные.

Забивные железобетонные опоры монтируются в грунт путем забивки молотом, вибро-погружными установками или специальными вдавливающими устройствами без выемки породы. Винтовые металлические аналоги просто вкручиваются в почву. Буронабивные устанавливаются методом бетонирования предварительно подготовленной скважины.

Схема винтовых свай для фундамента дома Источник k-dom74.ru

По характеру взаимодействия с грунтом сваи делятся на два типа:

1. Сваи-стойки, опирающиеся на твердые скальные породы. Основная нагрузка передается на пяту.
2. Висячие сваи – опираются всей площадью поверхности на сжимающее вокруг окружающие слои грунта.

Обратите внимание! Определение несущей способности сваи осуществляется по двум основным параметрам – по грунту и материалу. При этом для выбора конкретного тип свайного стержня учитывается прочность почвенного слоя, определяемая геодезическими исследованиями. Это прежде всего такие его характеристики, как – выдерживаемое им давление, влагонасыщенность, плотность.

Формула Терцаги

Формула Терцаги описывает закономерность уплотнения грунтов и их компрессионное сжатие. Для исследования грунтов редко выбирают метод трехосного сжатия ввиду его сложности, метод одноосного сжатия можно применять лишь к узкому кругу грунтов. Именно поэтому Терцаги рассматривает одноосное сжатие в жесткой таре, где стенки не дают образцу деформироваться.

По мере уплотнения, то есть сокращения объема полостей, давление возрастает. В результате становится понятно, то сумма деформаций образца составляется из пластической и остаточной деформации. (ξ1= ξp+ ξв)

Рис. 4 График нагружения грунта

При выполнении повторного нагружения основанию передаются только упругие деформации.

Способы улучшения несущей способности

При расчете фундамента на прочность учитывается нагрузка от наземной части сооружения и вес свайных опор. Если при складывании всех составляющих и учете коэффициента прочности итоговая нагрузка на основание получается меньше расчетного, то строительство осуществляется по расчетному плану. В противном случае, увеличивается количество свайных элементов либо применяются следующие способы повышения несущей способности:

• Инъектирование грунта.

Это наиболее распространенный и эффективный метод увеличения стойкости к нагрузкам для свай любого типа.

Схема расположения бетонных образований в грунте при инъектировании Источник kommtex.ru

Применяется преимущественно в грунтах низкой плотности. На глубину около 1-2 метров в пространство между сваями, ниже минимальной точки их расположения, с помощью специального оборудования нагнетается цементно-песчаный раствор под постоянно растущим давлением.

В результате вокруг свай образуются упрочненные бетонные образования диаметром до 3-4 метров. При этом расчет инъекций ведется так, чтобы формируемые области примыкали друг ко другу по всему свайному периметру. Технически верная организация процедуры инъектирования повышает несущую способность грунта в 2 раза.

• Увеличение диаметра опорной подошвы.

Другой способ увеличения несущей способности в неплотном грунте – увеличение площади опорной подошвы свайного элемента. Проще всего повысить стойкость к нагрузкам за счет усиления диаметра лопастей на винтовых сваях, монтируемых в почву путем завинчивания.

Усиление опорной подошвы сваи Источник beton-zakaz.ru

Сложнее метод применяется к забивным и буронабивным аналогам. Для успешного его применения требуется обустройство камуфлетных свайных опор и предварительным бурением лидерных скважин. В нижней части такого тоннеля осуществляется взрыв. В результате образуется полость-расширение, заполняемое бетонным раствором, в которую впоследствии и погружается ж/б-свая или формируется буронабивная опора.

Смотрите также: Каталог компаний, что специализируются на ремонте фундаментов любой сложности

Прочность трубы на сжатие

Почему в качестве опор для строительства выбираются металлоконструкции в виде трубы? Она имеет замкнутый контур, что придает опоре повышенную жесткость по сравнению с открытыми контурами швеллера или уголка. При равной массе металла конструкция трубы жестче, следовательно, расходы на трубные опоры оказываются ниже.

Существуют методики определения жесткости тех или иных труб, позволяющие выбрать их в качестве опор свайного фундамента.

В результате расчетов оптимальными для возведения фундаментов признаны трубы, выполненные из конструкционных марок стали, диаметром от 73 до 300 мм, с толщиной стенки от 4 мм для самых мелких труб. Чаще всего берутся рядовые трубы со сталью 20, как наиболее распространенные на рынке.

Большое значение имеет замкнутость и надежность контура трубы

Важно отметить, что для свай рекомендовано использовать только бесшовные трубы

Методы вычисления несущих характеристик сваи

Для расчета несущих характеристик грунта и свайных опор применяются 4-ре основных способа:

• Теоретический.
• Динамический.
• Статический.
• Зондирование.

Разберем особенности каждого из них более подробно.

Теоретический

Расчет несущих характеристик сваи является предварительным и на практике всегда соотносится и выправляется в соответствии с параметрами грунта. Вычисления проводятся по следующей формуле:

Wd = Gc * (Gcr * H * A + P * ∑ Qcri * zi * si)

Расчетное сопротивление основных видов грунта Источник tildacdn.com

Расшифровка условных обозначений:

• Gc – общий коэффициент условий работы;
• Gcr – коэффициент сопротивления грунта под подошвой сваи;
• H – противодействие грунта под опорной пятой сваи;
• А – диаметр опорной подошвы;
• P – периметр сечения сваи;
• Qcri – коэффициент условий работы почвы по боковым стенкам свайного столба;
• zi – сопротивление грунта по боковым стенкам;
• si – протяженность боковых поверхностей.

На заметку! Для успешного монтажа буронабивных, забивных и винтовых свай, требуется также грамотный расчет несущей способности грунта, однако для распространенных типов почвы существуют специальные строительные таблицы с указанием данных параметров. Характеристики приводятся с учетом того, что заглубление выполняется более чем на 1,5 м.

Динамические испытания свай Источник technovint.ru

Особенности применения различных видов свай

Для обустройства фундамента частного дома на нестабильных грунтах, как правило, применяются следующие 3 разновидности свай:

1. Винтовые
2. Забивные
3. Буронабивные

Рассмотрим детально особенности эксплуатации и несущих характеристик в каждом случае.

Винтовые

Так как в основе конструкции винтовой сваи лежит стальная труба с лопастями в нижней части (диаметром 89, 108 и 130 мм), основной сферой применения ее являются сооружения с малой нагрузкой (дома из тонкого бруса, ячеистых бетонов или созданные по каркасной технологии), при этом на степень ее несущей способности влияние оказывают в первую очередь такие характеристики, как:

• Диаметр основной трубы.
• Протяженность заглубляемой в грунт части.
• Диаметр лопастей.

Видео описание

Видео-обзор о расчете несущих характеристик забивных свай:

Буронабивные

В отличие от забивных и винтовых аналогов, буронабивные сваи изготавливаются непосредственно на месте строительства из материала с заданной несущей способностью под конкретную горизонтальную нагрузку в расчете на одну опору (весу дома и типу почвы) в соответствии с данными специальных производственных таблиц. При этом процедура монтажа выполняется по следующей технологии:

1. По разметке выполняется бурение вертикальной скважины заданной глубины и диаметра.
2. При необходимости повышения несущей характеристики нижняя часть тоннеля расширяется в форме полусферы или конуса – для повышения площади опоры свайного элемента.
3. В канал устанавливается полая опалубка в форме трубы подходящего диаметра.
4. Внутрь конструкции помещается объемный металлический каркас.
5. Далее полость заполняется бетонным раствором заданной марки прочности.

Обратите внимание! Главным преимуществом свайных опор буронабивного типа, помимо удобного монтажа, является характер передачи нагрузки от дома в почву. Распределение веса идет не только на подошвенное основание, но и на всю площадь боковых стенок.

Пример нахождения размеров ростверка

Рассмотрим порядок расчета железобетонного ростверка. Ширина ленты должна быть равна толщине стен.

Если стены дома в 1,5 кирпича, то ширина стен составит 38 см. Такой же будет и ширина ростверка.

Высота ленты при такой ширине должна составить 50 см — это обеспечит необходимую жесткость на прогиб.

Арматурный каркас Будет состоять из двух горизонтальных решеток по 2 стержня 12 мм.

Общий объем бетона, необходимого для отливки, составит 0,5 · 0,38 · 30 м (общая длина ростверка) = 5,7 м3.

Учитывая возможность непроизводительных потерь, лучше заказывать 6 м3 готового бетона марки М200 и выше, или изготовить его самостоятельно прямо на площадке.

Коротко о главном

Несущая способность определяет стойкость сваи к деформации под действием веса здания и воздействия грунта без изменений структуры и функциональных характеристик. По типу конструкции, способу монтажа и несущей способности сваи подразделяются на забивные, винтовые и буронабивные. По характеру взаимодействия с грунтом они делятся на сваи-стойки и висячие.

Для увеличения несущей способности применяют два основных способа – инъектирование грунта бетонным раствором и расширение основания самой конструкции. Для определения несущей способности сваи применяют 4-ре метода:

• Расчетный теоретический.
• Динамический.
• Статический.
• Зондирование.

Забивные сваи применяются редко – чаще всего под застройку 2-3 этажных домов из тяжелых материалов, винтовые – под легкие конструкции, буронабивные – наиболее часто под все виды домов на нестабильных грунтах.

Оценок 0

Прочитать позже

Характерные преимущества и минусы установки забивных свай

Этот вид основания под строение имеет выгодные и неоспоримые отличия от других оснований по параметрам:Так выглядят забивные сваи круглой формы

• не нужно проводить большой объем земляных работ, при этом прост в установке;
• сваи для фундамента можно вбить в любой непрочный грунт, кроме сальных пород;
• материал изготовления свай можно выбрать исходя из бюджета стройки, параметров здания и типа грунта;
• хорошо удерживает большую массу строения, применяется при сооружении высотных зданий, с большим количеством этажей;
• срок службы этого основания – 100 лет;
• возможность увеличение прочности с помощью обустройства ленточного фундамента из свай;
• свайный фундамент для кирпичного дома не боится перепадов температур, влагостойкий, негорючий и устойчивый к воздействиям окружающей среды;
• легко перевозить и хранить сваи из ЖБ.

Но как у любого материала и способа обустройства оснований для дома, у этого типа фундамента есть ряд недостатков, о которых стоит рассказать:

1. Прежде всего, придется запланировать цокольный этаж и предусмотреть способы его обустройства.
2. Если на участке преобладают посадочные и склонные к разбуханию почвы, то свайно-забивной фундамент может оказаться недостаточно устойчивым.
3. Если же грунт на вашем участке такой, как описан выше, то не стоит отчаиваться, и покупать другую землю – из этой ситуации есть выход. Свайно-забивной фундамент можно укрепить, например, установить на опоры монолитную плиту, или обустроить свайно-ленточный фундамент.

Важно! Если принять решение об обустройстве ростверка, то между почвой и лентой должен, находится промежуток, который после монтажа отсыпается щебенкой мелкой фракции, или песком. Это делается для того, чтобы во время зимнего пучения почва не могла воздействовать на ленту ростверка.Схема с размерами устройства свайного основания с ростверком Конечно, у этого вида оснований есть недостатки, но их мало и при этом их всегда можно обойти и найти способ их устранения.Есть еще один важный момент – перед покупкой материала, для изготовления свайно-забивного основания, нужно тщательно изучить документы, в которых должна содержаться информация о производителе свай, материале, примененном при их изготовлении, дата выработки, номер партии. Кроме этого, продавец должен предоставить вам сертификат соответствия на данную продукцию

Если документов нет, то стоит отказаться от покупки. Внимательно осмотрите материал, поверхность свай должна быть ровной и гладкой без видимых повреждений и нежелательных вкраплений. Например, микротрещины можно обнаружить, если намочить одну из сторон.Чертёж с размерами устройства основания с использованием забивных свай При высыхании на поверхности проступят потемневшие полоски – это говорит о том, сто материал ненадлежащего качества. Стоит так же рассмотреть виды свай, так как они могут быть изготовлены из разных материалов

Кроме этого, продавец должен предоставить вам сертификат соответствия на данную продукцию. Если документов нет, то стоит отказаться от покупки. Внимательно осмотрите материал, поверхность свай должна быть ровной и гладкой без видимых повреждений и нежелательных вкраплений. Например, микротрещины можно обнаружить, если намочить одну из сторон.Чертёж с размерами устройства основания с использованием забивных свай При высыхании на поверхности проступят потемневшие полоски – это говорит о том, сто материал ненадлежащего качества. Стоит так же рассмотреть виды свай, так как они могут быть изготовлены из разных материалов.

Источник: furnilux.ru