Методы определения несущей способности сваи

Дата: 19-06-2015Просмотров: 1855Рейтинг: 20

Несущая способность сваи — это величина нагрузки, которую может воспринимать свая, принимая во внимание допустимые деформации грунта под ее острием.

Схема ленточно-свайного фундамента.

В зависимости от особенностей грунта сваи бывают нескольких типов: висячие и сваи-стойки. Висячей называется опора, залегающая под нижними концами свайного элемента.

Сваи-стойки получили такое название, поскольку их погружают в грунт или в жесткие стержни грунта, функция которых передать давление от сооружения к основанию. Висячая свая удерживает нагрузку благодаря силе трения, возникающей между грунтом и боковой поверхностью. При наличии бокового трения, а также достаточной длины сваи необходимости в наличии опоры под сваей не возникает.

Как определяется несущая способность опоры

Схема устройства свайного фундамента.

Несущую способность сваи обычно определяют, учитывая условия работы материала, служащего для ее изготовления, а также особенности грунта, куда обычно погружается свая.Вот почему сопротивление сваи действию нагрузки в вертикальном положении считают наименьшей величиной, используемой при вычислении, в ходе которого учитывают условия прочности материала сваи и грунта.

Прочность материала для изготовления сваи, механические свойства грунта и метод ее погружения оказывают влияние на несущую способность одиночной сваи. Следует отметить и то, что, независимо от вида одиночных свай, на их несущую способность влияют лишь два условия. А именно: сопротивление грунта основания сваи и сопротивление материала, из которого она изготовлена.

Расчет несущей способности опорного элемента — достаточно сложный и трудоемкий процесс. Специалист, проектирующий фундамент свайного типа, должен учитывать не только прочность элементов, но и экономический аспект, поскольку каждая запасная свая стоит немалых денег.

Несущая способность сваи с учетом материала определяется главным образом в фундаментах, имеющих низкий ростверк, согласно условиям прочности в грунтах с плотной структурой и устойчивости в грунтах со слабой структурой. Определить несущую способность сваи можно как посредством отдельных методов, так и посредством их комплексного использования.

Вернуться к оглавлению

Таблица определения несущей способности свай.

Расчетный метод (не очень эффективный).Пробные статистические нагрузки. Весьма эффективная методика, но требующая высоких затрат материальных средств и времени.Динамическое испытание. Осуществляется посредством нескольких ударов свайного молотка по установленным сваям, а затем фиксируется ее осадка.

Данный метод хорошо тем, что его можно применять прямо на объекте, но он не так точен, как предыдущий.Зондирование. Этот метод включает комплексное применение статического и динамического методов. Его суть состоит в регистрации нагрузок на поверхность и на основание посредством установленных датчиков.

Вернуться к оглавлению

Чтобы обеспечить прочность фундамента, изготавливаемого из свай-стоек, и предотвратить его продавливание в подстилающий слабый грунт, необходимо наличие достаточной мощности в несжимаемом слое грунта. Если отдельные опорные элементы располагаются предельно далеко друг от друга, то эпюрам давления в грунте не свойственно пересекаться. Если слишком близко — пересечение эпюр давления на грунт неизбежно.

Следовательно, если опоры располагаются часто, их несущая способность становится меньше. Однако, несмотря на это, во время расчетов свайных фундаментов, возводящихся из висящих свай, кустовой эффект не учитывается.

Вернуться к оглавлению

Схема сопряжения голов свай с ростверком.

Опоры также можно классифицировать по типу конструктивного материала, из которого они изготовлены. Согласно данной классификации опоры бывают деревянные, металлические и железобетонные. Деревянные опоры, как правило, применяются для строительства небольших сооружений, таких как бани, сараи или подсобные помещения.

Иногда с их помощью возводят малые архитектурные формы. Раньше на основе деревянных опор строили старинные венецианские дома. Поскольку стоимость деревянных свай достаточна низкая по сравнению со стальными и железобетонными, их используют для каркасных строений и домов из бруса.

Несмотря на то, что на дворе двадцать первый век, деревянные опоры остаются популярными и по сей день. Их изготавливают из различных видов деревьев, например сосны, дуба, ели и т.

п. Причем изготавливается свая из свежеспиленного дерева. То есть ствол бревна предварительно не обрабатывается.

Перед изготовлением опоры достаточно снять кору и обрубить сучья. На стройплощадку их доставляют в виде цельных или сборных опор. Диаметр целой сваи составляет от 18 до 25 см.

Несущая способность железобетонных опор намного выше, чем у деревянных.

Это объясняется более высокой прочностью материала, из которого они изготавливаются. Такие сваи выше по цене, но при этом их эффективность намного выше. Одним из недостатков данного вида опор является экономическая неоправданность при их транспортировке и хранении, поскольку они имеют весьма габаритные размеры, что составляет трудность при погрузке и разгрузке.

При монтаже на глубину более 12 м применяют не монолитные, а сборные опоры. Учитывая разновидность габаритов и форм сечения, классификация литых свай становится практически невозможной.

Что касается металлических опор, то их не производят специально. В их качестве можно использовать обсадные трубы, двутавровые балки либо швеллеры.

Единственное, что необходимо, — это сварить швеллеры попарно. Так мы получим трубу квадратного профиля. Или наварить лопасти на концах обсадных труб — таким образом мы получим винтовые сваи.

Следовательно, несмотря на то, что устойчивость опорных элементов принято классифицировать по двум признакам, а именно по материалу и грунту, они все равно взаимосвязаны. Поэтому чаще всего классифицируют их согласно материалу, из которого они сконструированы.

Несущая способность опоры по грунту основания нуждается в проверке, так как грунту, находящемуся вокруг ствола сваи, свойственно воспринимать значительно меньшую нагрузку. Ее определение для свай-стоек и висячих опор значительно отличается, поэтому применяются различные методики в зависимости от типа опорных элементов.

В любом случае недостаточно использовать лишь расчетный метод для определения несущей способности свайных элементов, поскольку часто расчеты не совпадают с результатами, полученными при испытаниях. Поэтому для более точного результата рекомендуется проводить испытания свайпрямо на стройплощадке.

Правильный подход высококвалифицированного специалиста для решения данной задачи, тщательное проведение испытаний с использованием комплекса методов поможет правильно определить все необходимые параметры для возведения устойчивого прочного фундамента свайного типа и обеспечить долговременную эксплуатацию данного построения.

Несущая способность свай – это способность строительной конструкции уравновешивать нагрузку от веса строения и сопротивление грунта.

Расчёт сопротивления опоры этим двум силам даёт определение несущей способности сваи. Когда опорные стержни в одном фундаменте расположены на отдалённом расстоянии друг от друга, несущая способность опорного стержня используется полностью. Современные методы расчётов определают нужное количество опорных стержней с оптимальной точностью.

Методы расчета несущей способности свай

Несущая способность свай рассчитывается с учетом следующих факторов:

Материал сваи (деревянный столб, железобетонный стержень, буронабивная конструкция и другие);Одиночная опора или свайная группа;Положение опор в грунте (висячая конструкция, кустовое расположение, свая на плотном грунтовом основании);Характеристика свойств грунта (плотность, структура почвы, пучинистость, глубина промерзания, уровень грунтовых вод).

При подсчёте несущей способности свайного поля, суммируют показатели несущей способности отдельных опорных стержней.

Монтаж бетонных свай

Однако следует учитывать, что при чрезмерном количестве опорных стержней, общая несущая способность свай будет сокращаться за счёт уменьшения силы бокового трения грунта о свайный стержень. Может возникнуть ситуация, при которой опоры могут продавить слабое грунтовое основание.

При определении несущей способности опор используют три метода:

Теоретический метод, основанный на применении формул и таблиц СНиП 11-17-77;Динамический метод получения результатов опытной забивки свай;Пробный метод статической нагрузки опор и исследования грунта.

Рассмотрим все три метода исследования несущей способности опорных стержней.

Теоретический метод

Сваебойная машина для проверки несущей способности свай

Разрабатывая проектную документацию, специалисты часто применяют теоретический метод подбора конструкций опор. Он заключается в анализе вертикальной съёмки грунта по месту привязки генерального плана строительства объекта, общей нагрузки на свайное основание.

Учитывая равномерность залегания однородных грунтов, уровня грунтовых вод под стройплощадкой, с помощью формул и таблиц СНиП определяется несущая способность стержня. Определают материал опор, частоту распределения их по свайному ростверку.

Помимо этого выбирают способ забивки опор, вид механизма, массу его молота.

Например, масса ударной части молота должна быть не менее общего веса сваи. Если длина сваи более 12 метров, то масса молота будет составлять 1,25 массы стержня. Когда опорный стержень забивают в плотный грунт, то используют сваебойную машинус массой ударной части молота равной 1,5 всей массы опорного стержня.

Зазор между боковой поверхностью конца сваи и стенкой оголовника не должен быть больше одного сантиметра.

Пример расчёта несущей способности буронабивной сваи

Буронабивная свая

Буронабивная свая представляет собой обсадную трубу, погруженную на глубину до проектной отметки, Трубу заполняют бетоном. Такие трубы применяют при строительстве крупных промышленных объектов с повышенными эксплуатационными нагрузками. Максимальный диаметр трубы достигает 1,5 метра, а максимальная длина бывает  около 40 метров.

Расчёт несущей способности сваи по материалу производят, используя результаты статического зондирования.

Согласно СНиП, несущая способность свай определяется по формуле:

R (сопротивление грунта под подошвой сваи) = 800 кПа;

А (площадь поперечного сечения обсадной трубы) = 0,6 м2;

u (периметр поперечного сечения  опоры) = 2,7 м;

fi (среднее сопротивление боковой поверхности опоры);

hi (толщина слоя грунта);

Σ γcf ∙ fi ∙ hi (табличное значение СНиП) = 230

В итоге получим результат:

Несущая способность свай буронабивного вида в данных условиях будет равна 102,1 т.

Динамический метод

Забитые опорные стержни в песчаный грунт и выдерживают 3 суток.

Опоры в глинистой почве выдерживают 6 суток. Потом приступают к динамическим испытаниям. Посмотрите видео, как проводятся испытания динамическим методом.

Это объясняется тем, что возникает ложный отказ и засасывание опорных стержней.

После серии ударов по оголовнику, опора перестаёт погружаться в основание. Через несколько суток опора опять продолжает погружаться под ударами молота. Такое явление называют ложным отказом.

Ложный и истинный отказы свай

Происходит ложный отказ при погружении опор в грунтовое основание средней плотности из-за частых ударов молота. Вокруг конца опорного стержня образуется грушевидное уплотнение почвы, которое оказывает повышенное сопротивление продвижению сваи вглубь.

За время остановки забивки опор на несколько суток, уплотнение вокруг свайного стержня рассасывается за счёт медленного отжима воды из этой области. При возобновлении забивки, свая продолжает погружаться. Весь процесс повторяют, пока опора не займёт своё проектное положение.

Погружение свай в глинистую почву может вызвать её разжижение, то есть происходит нарушение грунтового основания. Такое нарушение вызывает поднятие грунтовой воды вверх вдоль ствола опоры.

Это значительно уменьшает сопротивление почвы погружению сваи. Происходит засасывание опоры. Погружение сваи прерывают.

Через несколько суток сопротивление основания восстанавливается. Забивку свай продолжают до полной установки. Посмотрите видео, как монтировать сваю до проектного положения.

Пробный метод

Испытывая опоры статическими осевыми нагрузками, можно определить несущую способность свай. Применяют этот метод к монолитным, набивным сваям и сваям-оболочкам.

Нагружают опору испытательными грузами двумя способами:

Ступенчатый. Постепенно увеличивают груз;Циклические нагрузки. Несколько раз опору нагружают и затем постепенно освобождают от груза.

Пробные нагрузки помещают на специальную площадку, установленную на оголовке опоры. По мере увеличения грузов, индикаторы фиксируют степень осадки опоры.

Индикаторы отмечают осадку с точностью до 0,1 мм. Затем площадку разгружают и демонтируют. Через некоторое время всю операцию повторяют.

Испытание сваи гидравлическим молотом

Испытывают опоры также с помощью анкерных свайи гидравлических домкратов. Вокруг испытуемого образца погружают несколько анкерных свай, на которые устанавливают специальную конструкцию Конструкция, скреплённая с анкерными опорами, служит упором для гидравлического домкрата.

Домкрат, упираясь в площадку, создаёт нужное давление на оголовок сваи. Нагрузку увеличивают ступенчато, добавляя каждый раз 0,1 предельного сопротивления опоры.

Загружать сваю продолжают, пока величина осадки не достигнет 40 мм. Очередной раз увеличивают давление лишь тогда, когда осадка прекращается от предыдущей нагрузки. Прекращение осадки наступает в том случае, когда в течение 2 часов индикаторы показывают погружение не более 0,2 мм в песчаной и 0,1 мм в глинистой почве.

На основе специальной расчётной методики и разных способов измерений, определают несущую способность опоры. Все изменения величины осадки во времени фиксируют в журнале. На основании материала исследований, строят график изменения величины осадки в зависимости от увеличения нагрузки.

Задача статьи состоит в том, чтобы донести до читателя в популярной форме суть методик определения  несущей способности свайных конструкций. Поэтому статья не загружена сложными графиками и громоздкими формулами.

Испытания динамическим и пробным методами свай проводят в основном там, где на местности нет  возможности произвести точные геолого-изыскательские работы.

В обжитых районах страны местность, как правило, тщательно обследована  изыскательскими организациями. В местном управлении архитектуры всегда можно получить копию вертикальной съёмки грунта стройплощадки. Применяя метод теоретического расчёта, можно определить несущую способность свайного основания, не прибегая к испытательным методам.

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

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 фундаментовиспользуются 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.

Метод пробных статистических нагрузок;

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

Метод динамических нагрузок;

Исследования проводятся на уже погруженных сваяхпо 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

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 бурениепробной 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 каркасоми, 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, Fiи 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 столбаFdr = Ycr * R * AR- нормативное сопротивление почвы под нижним концом сваи;А- площадь опорной подошвы.

Несущие характеристики забивных железобетонных свайвы 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;a1и 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:

После возведения здания фундамент начинает оседать под действием нагрузок.

Согласно своду правил по проектированию и устройству свайных фундаментов СП 50-102-2003, свайные фундаменты проектируются с обязательным учетом.

Согласно положениям СНиП забивка свай производится в строго установленном порядке с оформление соответствующего документа – Проекта производства работ (ППР).

Источники:

• moifundament.ru
• fundamentaya.ru
• kommtex.ru