Как определяется длина сваи

Расчетные схемы для свай

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

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

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

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

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

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

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

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

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

А вот с висячими сваями все несколько сложнее.

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

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

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

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

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

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

Ну а теперь пришло время выяснить, как определяется

Расчетная длина сваи

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

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

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

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

l_d = 2l_g = 2l (484.1.3)

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

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

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

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

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

Определение длины сваи l₁ производится по следующей формуле:

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

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

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

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

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

Ну теперь пойдем дальше.

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

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

Таблица 484.1 (согласно Руководства по проектированию свайных фундаментов)

Таблица 481.2 (Согласно СНиП 2.02.03-85)

Примечания:

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

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

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

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

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

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

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

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

Коэффициент приведенной длины определяется по следующей формуле:

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

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

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

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

Пример определения расчетной длины сваи

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

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

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

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

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

Тогда значение коэффициента деформации составит:

Тогда длина l₁ составит:

l₁ = 0.05 + 2/2.61 = 0.815 м

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

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

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

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

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

На этом пока все.

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

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.2 Выбор несущего слоя и определение размеров свай

Как правило, сваи применяются для прорезания грунтов с ненормируемыми характеристиками и слабых грунтов (насыпных, рыхлых песчаных грунтов, илов, торфов, текучих и текучепластичных глинистых грунтов и т.п.).

Требования к несущему слою грунта для свайного фундамента аналогичны требованиям для фундаментов на естественном основании. В то же время надо иметь в виду, что в общей стоимости свайного фундамента стоимость свай составляет до 60–70 %, поэтому необходимо как можно полнее использовать прочность материала свай и грунтов основания. В то же время, иногда бывает рациональнее использовать более длинные сваи, что ведет к увеличению их несущей способности и, соответственно, к уменьшению их количества.

Длина свай определяется, в первую очередь, заложением ростверка и заложением кровли несущего слоя. Требуемая длина сваи (рисунок 2.2) может быть определена по формуле

l = h_з + h_н + h,

где h_з – глубина заделки сваи в ростверк, принимается равной: при свободном опирании ростверка на сваи – 5–10 см, при жестком сопряжении ростверка со сваями – 0,5 м; h_н – глубина погружения нижнего конца свай в несущий грунт, принимается равной: не менее 0,5 м – в крупнообломочные, гравелистые, крупные и средние пески, в пылевато-глинистые грунты с I_L  0,1, и не менее 1,0 м – в прочие нескальные грунты; h – расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя.

Рисунок 2.2 – Схема к определению длины сваи

Глубину заложения подошвы ростверка следует назначать:

– в грунтах, не подверженных морозному пучению, на любом уровне независимо от глубины промерзания и отсутствия при промерзании напорных грунтовых вод;

– в грунтах, подверженных морозному пучению, вне расчетной глубины промерзания (ниже не менее чем на 25 см ).

В зданиях с подвалами ростверк должен быть заглублен ниже пола подвала. Балочные ростверки фундаментов внутренних стен крупнопанельных зданий располагают выше пола технического подполья или подвала с отметкой верха ростверка на уровне низа перекрытия над подвалом. При этом каждая панель должна быть оперта не менее чем на две сваи.

По полученной требуемой длине выбирается тип и марка сваи.

2.3 Определение несущей способности сваи

Сваи подразделяют на сваи-стойки и сваи, защемленные в грунте.

Несущую способность сваи, защемленной в грунте, определяют по формуле

, (2.1)

а несущую способность сваи-стойки – по формуле

, (2.2)

где γ_с – коэффициент работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0; γ_cr, γ_cf – коэффициенты условий работы грунта под или над уширениями, по длине ствола и под нижним концом сваи, принимаемые в зависимости от вида грунта и способа устройства равными γ_cr – 0,8–1,2, γ_cf – 0,5–1,0; допускается принимать γ_cr и γ_cf по таблице 2.2; А – площадь опирания на грунт нижнего конца (поперечного сечения) сваи, м 2 , или ее уширения «брутто», в т.ч. с учетом их конечных размеров после инъекции или вытрамбовки, а для свай-оболочек – по площади «нетто»; U_i – усредненный периметр поперечного сечения ствола сваи в i-том слое грунта, м; R – расчетное сопротивление грунта под или над уширениями (при выдергивании) по длине ствола и под нижним концом, принимаемое по данным инженерных изысканий (испытаний) или опыта строительства в аналогичных условиях, утвержденным аналитическим или эмпирическим формулам, таблицам и согласованным нормам; R_fi – расчетное сопротивление (прочность) i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, МПа, определяемое с учетом отсутствия или наличия инъекционной опрессовки или уплотнения грунта и принимаемое аналогично R; h_i – толщина i-го слоя грунта, м, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, принимаемая разбивкой массива на слои или по толщине прослоек.

Таблица 2.2 – Таблица коэффициентов условий работы _cr и _cf

Способы погружения забивных свай и свай-оболочек без выемки грунта в грунтовых условиях

Коэффициенты условий работы

1 Погружение свай подвесными, паровоздушными и дизельными молотами

2 Погружение в пробуренные лидерные скважины с заглублением сваи ниже забоя скважины не менее 1 м при ее диаметре:

а) равном стороне квадратной сваи

б) на 0,05 м менее стороны квадратной сваи

в) на 0,15 м менее стороны квадратной сваи или диаметра круглой

3 Погружение с подмывом в песчаные грунты при условии исключения подмыва на последнем метре

4 Вибропогружение (вибровдавливание) свай-оболочек и свай в грунты:

– крупные и средние

б) пылевато-глинистые грунты с I_L = 0,5

в) пылевато-глинистые грунты с I_L  0

5 Погружение молотами полых свай с открытым нижним концом при диаметре:

6 Погружение любым способом полых круглых свай с закрытым нижним концом на глубину 10 м и более с устройством камуфлетного уширения в песчаных грунтах средней плотности и в пылевато-глинистых грунтах при I_L  0,5:

а) при диаметре уширения 1,0 м независимо от видов грунтов

б) то же 1,5 м в песках и супесях

в) то же 1,5 м в суглинках и глинах

7 Погружение вдавливанием свай:

а) в пески средней плотности крупные, средние и мелкие

б) в пески пылеватые

в) в пылевато-глинистые грунты с I_L  0,5

г) то же с I_L  0,5

Примечание – Коэффициенты _cr и _cf по поз. 4 для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести 0 < I_L < 0,5 определяются интерполяцией.

Значения R и R_fi можно принимать по таблицам 2.3 и 2.4 соответственно.

Таблица 2.3 – Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи

погружения нижнего конца сваи, м

Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай и свай-оболочек,

погружаемых без выемки грунта (R), кПа

песчаных грунтов средней плотности

пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести (I_L), равном

1 В числителе даны значения (R) для песчаных грунтов, в знаменателе — для пылевато-глинистых.

2 В таблицах 6.1 и 6.2 для насыпных грунтов с коэффициентом уплотнения К_com < 0,92 и для намывных песчаных грунтов с давностью намыва t < 1 г., глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта:

— при планировке территории срезкой, подсыпкой, намывом до 3 м следует принимать от уровня природного рельефа;

— при срезке, подсыпке, намыве от 3 до 10 м — от условной отметки, расположенной, соответственно, на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки.

Для насыпных грунтов с коэффициентом уплотнения К_com > 0,92 и для намывных песчаных грунтов с давностью намыва t > 1 г. значения (R) и (R_fi) следует учитывать при фактической глубине погружения свай согласно требованиям главы 10.

Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва расчетным паводком, на болотах — от дна уровня болота.

При проектировании путепроводов через выемки глубиной до 6 м для свай, забиваемых молотами без подмыва или устройства лидерных скважин, глубину погружения в грунт нижнего конца сваи следует принимать от уровня природного рельефа в месте сооружения фундамента. Для выемок глубиной более 6 м глубину погружения свай следует принимать как для выемок глубиной 6 м.

3 Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести (I_L) пылевато-глинистых грунтов, значения (R) и (R_fi) в таблицах 6.1 и 6.2 определяются интерполяцией.

4 Для плотных песчаных грунтов, степень плотности которых определена по данным статического зондирования, значения (R) для свай, погруженных без использования подмыва или лидерных скважин, следует увеличить на 100 %. При определении степени плотности грунта по данным других видов инженерных изысканий и отсутствии данных статического зондирования для плотных песков значения (R) следует увеличить на 60 %, но не более чем до 20000 кПа.

5 Значения расчетных сопротивлений (R) допускается использовать при условии, если заглубления свай в неразмы-ваемый и несрезаемый грунт составляют не менее:

— 4,0 м — для мостов и гидротехнических сооружений;

— 2,0 м — для зданий и прочих сооружений.

6 Значения расчетного сопротивления грунтов (R) под нижним концом забивных свай сечением 0,150,15 м и менее, используемых в качестве фундамента под внутренние перегородки одноэтажных производственных зданий, допускается увеличивать на 20 %.

7 Для супесей при числе пластичности Ip < 4 и коэффициенте пористости е < 0,8 расчетные сопротивления грунтов (R) и (Rfi) следует определять как для пылеватых песков средней плотности.

Рекомендуется также определять несущую способность сваи-стойки и по материалу по формуле

(2.3)

где φ – коэффициент, учитывающий особенности загружения, гибкость и т.п. (для свай, полностью погруженных в грунт, φ = 0); R_b – расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии, кПа; A_b – площадь поперечного сечения бетона сваи, м 2 ; R_sc – расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа; A_s – площадь поперечного сечения продольной арматуры.

Из вычисленных значений F_di в расчет берется меньшее значение.

Таблица 2.4 – Расчетные сопротивления грунта R_fi по боковой поверхности сваи

Средняя глубина расположения слоя грунта, м

Расчетные сопротивления i-го слоя грунтов на боковой поверхности забивных свай и свай-оболочек (R_fi), кПа

Какая длина винтовых свай необходима для фундамента?

Время чтения: 6 минут Интересно, но нет времени читать?

«Какая длина винтовых свай необходима для фундамента моего дома (бани, беседки…)?», – вопрос, который часто возникает у заказчиков при попытке рассчитать фундамент.

Содержание статьи:

Когда речь заходит о проектировании свайно-винтового фундамента, есть много моментов, требующих пристального внимания:

• какие нагрузки необходимо учитывать;
• как расставить сваи в фундаменте;
• как грунтовые условия на участке строительства влияют на подбор свайных конструкций.

Эти и некоторые другие вопросы мы подробно рассмотрели в статье «Расчет свайного фундамента», которая ориентирована на малоэтажное строительство и позволяет разобраться в основных принципах подбора, расстановки винтовых свай. Сейчас же мы бы хотели подробнее остановиться на определении их длины. Она назначается исходя из пяти параметров:

• уровень залегания грунта с достаточной несущей способностью;
• расчетная глубина промерзания грунта;
• количество, расположение лопастей;
• высота цоколя;
• расположение участка с монтажным отверстием.

1. Глубина залегания грунта с достаточной несущей способностью

Чтобы фундамент воспринимал нагрузки от здания и передавал их на основание лопасть сваи должна закрепиться в грунте с достаточной несущей способностью мощностью слоя не менее трех диаметров лопасти. Не менее важно при этом подобрать и правильную конфигурацию лопасти, которая минимально нарушит структуру грунта и позволит избежать снижения его несущей способности (подробнее «Ключевые принципы подбора параметров лопастей»).

Грунт с достаточной несущей способностью – имеющий относительно высокие прочностные и деформационные характеристики (подробнее о несущей способности грунта и о том, как она определяется в статье «Несущая способность винтовой сваи»). Он расположен всегда ниже глубины промерзания. Это связано с тем, что в большинстве грунтов в пределах этого слоя происходит действие сил морозного пучения. Что касается регионов с незначительной глубиной промерзания, то здесь необходимо учитывать толщину почвенно-растительного слоя.

Однако интересующий слой может быть расположен на более значительной глубине. Применять в этом случае длинные сваи или другой тип фундамента не всегда целесообразно с экономической точки зрения. Здесь нужна комплексная оценка грунтовых условий в верхней части геологического разреза. Если знать механические характеристики этого слоя, то можно подобрать такой тип фундамента и конструкцию сваи, которые обеспечат надежность и экономичность решения.

Однако если выполнять весь комплекс инженерно-геологических изысканий, то экономии можно не достичь, так как стоимость таких изысканий довольно велика. Как сказано выше, для принятия правильного решения достаточно получить только механические характеристики, поэтому из всего комплекса изысканий можно выполнить часть работ, что поможет значительно удешевить процедуру.

Определить механические характеристики грунта и уровень залегания слоя с достаточной несущей способностью возможно с помощью геотехнических и геолого-литологических исследований. Это простая и сравнительно недорогая процедура, включающая все необходимые исследования (подробнее «Геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»).

Часто компании, которые строят фундаменты из винтовых свай, предлагают для уточнения условий участка выполнить пробное завинчивание, которое не является методом исследования грунта.

Для применяющих данный метод основным является принцип: «Если свая тяжело крутится на предполагаемой глубине установки, то ее несущая способность является достаточной», который не обеспечивает получение объективной информации о несущей способности. Во-первых, результаты очень сильно зависят от времени года, когда производят завинчивание, из-за влияния большого количества факторов, таких как: глубина промерзания, степень влагонасыщения и др. Во-вторых, процедура пробного завинчивания не дает никакой информации о типе и свойствах грунта под сваей. Поэтому контроль величины крутящего момента (который может быть определен при пробном завинчивании) должен применяться лишь для подтверждения ранее полученной расчетом предельно-допускаемой нагрузки на сваю.

2. Глубина промерзания грунта

Негативное влияние на надежность и срок службы фундамента может оказать морозное пучение. Заключается оно в следующем: верхние слои грунта в зимний период подвергаются воздействию отрицательных температур и вода, которая присутствует в порах, замерзает и увеличивается в объеме (при кристаллизации вода увеличивает свой объем в среднем на 12%), что приводит к возникновению выдергивающих сил на боковой поверхности свай.

К пучинистым относятся глинистые грунты, а также мелкие пылеватые пески. Степень влажности, а также близкое расположение к поверхности грунтовых вод являются факторами, увеличивающими пучинистость грунта. Если вы закрутили сваю в таком слое, она будет приподниматься вместе с грунтом, что приведет к выдергиванию и ухудшению эксплуатационной надежности фундамента. Поэтому она должна закручиваться так, чтобы лопасти находились ниже расчетной (не путать с нормативной) глубины промерзания. Она зависит от разных параметров: нормативной глубины промерзания, типа грунта, условий эксплуатации. Например, при утепленных цоколе и отмостке расчетная глубина будет меньше за счет теплоизоляции грунта под зданием, а если это жилой дом и полы выполнены без термоизоляции, то температура в цокольной части всегда будет положительной и промерзание грунта происходить не будет. То есть учет конструктивных особенностей и условий эксплуатации будущего здания может помочь при подборе оптимальной длины сваи.

Изменение нормативной глубины промерзания в зависимости от региона

3. Глубина расположения лопасти

Когда мы говорим об установке сваи ниже глубины промерзания и о необходимости расположения ее в выбранном слое, мы имеем в виду именно лопасть, а не острие конуса. То есть верхняя кромка лопасти определяет глубину заложения.

4. Высота цоколя

В конструктивном плане здание предусматривает наличие цоколя (ит. «zoccolo» – подножие строения). Какой же должна быть его высота? Вот несколько подсказок, которые помогут ответить на этот вопрос:

• Эстетика. Здание будет смотреться лучше с высоким цоколем, чем с низким или вообще без него.
• Снеговой покров. Если высота цоколя дома расположена ниже уровня снегового покрова, стены (причем не имеет значения, из какого материала они выполнены) в весенний период будут активно днем замачиваться и подвергаться замораживанию ночью, что снизит срок их службы. Поэтому рекомендуемая минимальная высота – 0,5 м.
• Капиллярное замачивание. Любой материал, из которого выполняются стены, обладает пористостью, что приводит, при соприкосновении с грунтом, к замачиванию вследствие капиллярного поднятия влаги. Чтобы защитить стены необходимо также обеспечить высоту цоколя не менее 0,5 м. Это позволит в будущем избежать развития гнилостных и коррозионных процессов.

Информацию об основных подходах к устройству цоколя и вариантах отделки мы разместили в разделе «Отделка цоколя».

5. Расположение участка с монтажным отверстием

Немаловажным, с точки зрения определения длины сваи, является и участок с монтажным отверстием (0,1 м), который спиливается после установки в проектное положение.

6. Расчет длины ствола

Таким образом, длина сваи будет определяться по схеме:

Глубина расположения лопасти (определяется результатами геотехнических исследований грунта и расчетной (не нормативной!) глубиной промерзания) + Высота цоколя + Расположение участка с монтажным отверстием = Длина винтовой сваи.

ВЫБОР ДЛИНЫ СВАИ

Минимальная длина сваи 1_св должна быть достаточной для того, чтобы прорезать слабые грунты основания и заглубиться на минимальную величину ?h в несущий слой (рис.5).

1_св = d — Hр + 0,05 + ?h = 5,4 — 2,1 + 0,05 + 0,5 = 3,85 м.;

где величина ?h зависит от показателя текучести грунта I_L < 0, (слой № 15): при I_L < 0,1 ?h_min=0,5 м; 0,05 м — учет шарнирного сопряжения сваи с ростверком.

Принимаю 1_св = 6 м, тогда ?h = 2,65 м.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВИСЯЧЕЙ СВАИ ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ ГРУНТА

Вертикальная привязка сваи к грунтовым условиям (см. рис.6).

Рис.6. Схема к определению несущей способности сваи:

d_ij — расстояние от поверхности земли до середины участка сваи h_ij

Согласно п. 4.2 [4] имеем

где _с = 1 — коэффициент условий работы сваи в грунте; А — площадь опирания сваи на грунт, м 2 ; А = 0,25*0,25 = 0,00625 м 2 ; u — периметр поперечного сечения сваи, u = 0,25*4 = 1 м; — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл.3 [4] (при погружении молотом); R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи [4, табл. 1]: при d_R = 8,05 м, I_L < 0 R = 9980 кПа; f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл.2 [4]; h_i — толщина i-го слоя грунта (мощностью не более 2-х м), соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

Расчет силы трения по боковой поверхности сваи (второе слагаемое формулы) приведен в табличной форме (см. табл. 3).

Расчетные схемы для свай

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

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

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

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

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

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

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

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

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

А вот с висячими сваями все несколько сложнее.

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

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

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

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

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

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

Ну а теперь пришло время выяснить, как определяется

Расчетная длина сваи

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

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

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

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

l_d = 2l_g = 2l (484.1.3)

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

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

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

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

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

Определение длины сваи l₁ производится по следующей формуле:

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

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

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

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

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

Ну теперь пойдем дальше.

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

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

Таблица 484.1 (согласно Руководства по проектированию свайных фундаментов)

Таблица 481.2 (Согласно СНиП 2.02.03-85)

Примечания:

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

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

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

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

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

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

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

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

Коэффициент приведенной длины определяется по следующей формуле:

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

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

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

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

Пример определения расчетной длины сваи

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

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

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

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

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

Тогда значение коэффициента деформации составит:

Тогда длина l₁ составит:

l₁ = 0.05 + 2/2.61 = 0.815 м

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

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

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

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

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

На этом пока все.

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

Для терминалов номер Яндекс Кошелька 410012390761783

Номер карты Ymoney 4048 4150 0452 9638 SERGEI GUTOV

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2.2 Выбор несущего слоя и определение размеров свай

Как правило, сваи применяются для прорезания грунтов с ненормируемыми характеристиками и слабых грунтов (насыпных, рыхлых песчаных грунтов, илов, торфов, текучих и текучепластичных глинистых грунтов и т.п.).

Требования к несущему слою грунта для свайного фундамента аналогичны требованиям для фундаментов на естественном основании. В то же время надо иметь в виду, что в общей стоимости свайного фундамента стоимость свай составляет до 60–70 %, поэтому необходимо как можно полнее использовать прочность материала свай и грунтов основания. В то же время, иногда бывает рациональнее использовать более длинные сваи, что ведет к увеличению их несущей способности и, соответственно, к уменьшению их количества.

Длина свай определяется, в первую очередь, заложением ростверка и заложением кровли несущего слоя. Требуемая длина сваи (рисунок 2.2) может быть определена по формуле

l = h_з + h_н + h,

где h_з – глубина заделки сваи в ростверк, принимается равной: при свободном опирании ростверка на сваи – 5–10 см, при жестком сопряжении ростверка со сваями – 0,5 м; h_н – глубина погружения нижнего конца свай в несущий грунт, принимается равной: не менее 0,5 м – в крупнообломочные, гравелистые, крупные и средние пески, в пылевато-глинистые грунты с I_L  0,1, и не менее 1,0 м – в прочие нескальные грунты; h – расстояние от подошвы ростверка до кровли несущего слоя.

Рисунок 2.2 – Схема к определению длины сваи

Глубину заложения подошвы ростверка следует назначать:

– в грунтах, не подверженных морозному пучению, на любом уровне независимо от глубины промерзания и отсутствия при промерзании напорных грунтовых вод;

– в грунтах, подверженных морозному пучению, вне расчетной глубины промерзания (ниже не менее чем на 25 см ).

В зданиях с подвалами ростверк должен быть заглублен ниже пола подвала. Балочные ростверки фундаментов внутренних стен крупнопанельных зданий располагают выше пола технического подполья или подвала с отметкой верха ростверка на уровне низа перекрытия над подвалом. При этом каждая панель должна быть оперта не менее чем на две сваи.

По полученной требуемой длине выбирается тип и марка сваи.

2.3 Определение несущей способности сваи

Сваи подразделяют на сваи-стойки и сваи, защемленные в грунте.

Несущую способность сваи, защемленной в грунте, определяют по формуле

, (2.1)

а несущую способность сваи-стойки – по формуле

, (2.2)

где γ_с – коэффициент работы сваи в грунте, принимаемый равным 1,0; γ_cr, γ_cf – коэффициенты условий работы грунта под или над уширениями, по длине ствола и под нижним концом сваи, принимаемые в зависимости от вида грунта и способа устройства равными γ_cr – 0,8–1,2, γ_cf – 0,5–1,0; допускается принимать γ_cr и γ_cf по таблице 2.2; А – площадь опирания на грунт нижнего конца (поперечного сечения) сваи, м 2 , или ее уширения «брутто», в т.ч. с учетом их конечных размеров после инъекции или вытрамбовки, а для свай-оболочек – по площади «нетто»; U_i – усредненный периметр поперечного сечения ствола сваи в i-том слое грунта, м; R – расчетное сопротивление грунта под или над уширениями (при выдергивании) по длине ствола и под нижним концом, принимаемое по данным инженерных изысканий (испытаний) или опыта строительства в аналогичных условиях, утвержденным аналитическим или эмпирическим формулам, таблицам и согласованным нормам; R_fi – расчетное сопротивление (прочность) i-го слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, МПа, определяемое с учетом отсутствия или наличия инъекционной опрессовки или уплотнения грунта и принимаемое аналогично R; h_i – толщина i-го слоя грунта, м, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, принимаемая разбивкой массива на слои или по толщине прослоек.

Таблица 2.2 – Таблица коэффициентов условий работы _cr и _cf

Способы погружения забивных свай и свай-оболочек без выемки грунта в грунтовых условиях

Коэффициенты условий работы

1 Погружение свай подвесными, паровоздушными и дизельными молотами

2 Погружение в пробуренные лидерные скважины с заглублением сваи ниже забоя скважины не менее 1 м при ее диаметре:

а) равном стороне квадратной сваи

б) на 0,05 м менее стороны квадратной сваи

в) на 0,15 м менее стороны квадратной сваи или диаметра круглой

3 Погружение с подмывом в песчаные грунты при условии исключения подмыва на последнем метре

4 Вибропогружение (вибровдавливание) свай-оболочек и свай в грунты:

– крупные и средние

б) пылевато-глинистые грунты с I_L = 0,5

в) пылевато-глинистые грунты с I_L  0

5 Погружение молотами полых свай с открытым нижним концом при диаметре:

6 Погружение любым способом полых круглых свай с закрытым нижним концом на глубину 10 м и более с устройством камуфлетного уширения в песчаных грунтах средней плотности и в пылевато-глинистых грунтах при I_L  0,5:

а) при диаметре уширения 1,0 м независимо от видов грунтов

б) то же 1,5 м в песках и супесях

в) то же 1,5 м в суглинках и глинах

7 Погружение вдавливанием свай:

а) в пески средней плотности крупные, средние и мелкие

б) в пески пылеватые

в) в пылевато-глинистые грунты с I_L  0,5

г) то же с I_L  0,5

Примечание – Коэффициенты _cr и _cf по поз. 4 для пылевато-глинистых грунтов с показателем текучести 0 < I_L < 0,5 определяются интерполяцией.

Значения R и R_fi можно принимать по таблицам 2.3 и 2.4 соответственно.

Таблица 2.3 – Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи

погружения нижнего конца сваи, м

Расчетные сопротивления под нижним концом забивных свай и свай-оболочек,

погружаемых без выемки грунта (R), кПа

песчаных грунтов средней плотности

пылевато-глинистых грунтов при показателе текучести (I_L), равном

1 В числителе даны значения (R) для песчаных грунтов, в знаменателе — для пылевато-глинистых.

2 В таблицах 6.1 и 6.2 для насыпных грунтов с коэффициентом уплотнения К_com < 0,92 и для намывных песчаных грунтов с давностью намыва t < 1 г., глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта:

— при планировке территории срезкой, подсыпкой, намывом до 3 м следует принимать от уровня природного рельефа;

— при срезке, подсыпке, намыве от 3 до 10 м — от условной отметки, расположенной, соответственно, на 3 м выше уровня срезки или на 3 м ниже уровня подсыпки.

Для насыпных грунтов с коэффициентом уплотнения К_com > 0,92 и для намывных песчаных грунтов с давностью намыва t > 1 г. значения (R) и (R_fi) следует учитывать при фактической глубине погружения свай согласно требованиям главы 10.

Глубину погружения нижнего конца сваи и среднюю глубину расположения слоя грунта в водоеме следует принимать от уровня дна после общего размыва расчетным паводком, на болотах — от дна уровня болота.

При проектировании путепроводов через выемки глубиной до 6 м для свай, забиваемых молотами без подмыва или устройства лидерных скважин, глубину погружения в грунт нижнего конца сваи следует принимать от уровня природного рельефа в месте сооружения фундамента. Для выемок глубиной более 6 м глубину погружения свай следует принимать как для выемок глубиной 6 м.

3 Для промежуточных глубин погружения свай и промежуточных значений показателя текучести (I_L) пылевато-глинистых грунтов, значения (R) и (R_fi) в таблицах 6.1 и 6.2 определяются интерполяцией.

4 Для плотных песчаных грунтов, степень плотности которых определена по данным статического зондирования, значения (R) для свай, погруженных без использования подмыва или лидерных скважин, следует увеличить на 100 %. При определении степени плотности грунта по данным других видов инженерных изысканий и отсутствии данных статического зондирования для плотных песков значения (R) следует увеличить на 60 %, но не более чем до 20000 кПа.

5 Значения расчетных сопротивлений (R) допускается использовать при условии, если заглубления свай в неразмы-ваемый и несрезаемый грунт составляют не менее:

— 4,0 м — для мостов и гидротехнических сооружений;

— 2,0 м — для зданий и прочих сооружений.

6 Значения расчетного сопротивления грунтов (R) под нижним концом забивных свай сечением 0,150,15 м и менее, используемых в качестве фундамента под внутренние перегородки одноэтажных производственных зданий, допускается увеличивать на 20 %.

7 Для супесей при числе пластичности Ip < 4 и коэффициенте пористости е < 0,8 расчетные сопротивления грунтов (R) и (Rfi) следует определять как для пылеватых песков средней плотности.

Рекомендуется также определять несущую способность сваи-стойки и по материалу по формуле

(2.3)

где φ – коэффициент, учитывающий особенности загружения, гибкость и т.п. (для свай, полностью погруженных в грунт, φ = 0); R_b – расчетное сопротивление бетона при осевом сжатии, кПа; A_b – площадь поперечного сечения бетона сваи, м 2 ; R_sc – расчетное сопротивление арматуры сжатию, кПа; A_s – площадь поперечного сечения продольной арматуры.

Из вычисленных значений F_di в расчет берется меньшее значение.

Таблица 2.4 – Расчетные сопротивления грунта R_fi по боковой поверхности сваи

Средняя глубина расположения слоя грунта, м

Расчетные сопротивления i-го слоя грунтов на боковой поверхности забивных свай и свай-оболочек (R_fi), кПа

Выбор оптимальной длины свай

Рассмотрим варианты когда следует выбирать оптимальную длинну свай, в каких случаях это важно и имеет важное значение. Также мы с Вами рассмотрим типы свай по размерности и сфере их применения.

При проектировании свайного фундамента в расчет принимаются следующие параметры свай:

• Тип, материал. Зависят от характеристик грунта.
• Конструкция, диаметр сечения. Зависят от типа сооружения, ожидаемой нагрузки.
• Шаг между сваями. Зависит от ожидаемой нагрузки и типа свай.
• Длина. Зависит от глубины залегания твердого грунта с учетом осадки верхних слоев.

Определение длины сваи

Глубина залегания твердого грунта определяется геологическими изысканиями. Проектная длина сваи корректируется пробной забивкой, методом испытания свай (динамическим, статическим).

Для определения длины винтовой сваи под легкие постройки иногда бывает достаточно поверхностной диагностики: если в самом низком месте участка на глубине до полуметра начинается плотный песчаный или глинистый грунт, достаточная длина – 2 метра.

Расчетная длина сваи

Наконечник сваи должен опираться на твердый грунт (исключение – висячие сваи). Длина сваи принимается как расстояние от подошвы ростверка до твердого грунта с поправкой на рельеф, после чего проверяется на соответствие условию S ≤ Su (расчетная осадка должна быть меньше предельно допустимой).

Для того, чтобы была уверенность в надежности свайного фундамента при постройке строения, необходимо также правильно рассчитать и глубину забивки железобетонных свай. В зависимости от типа почвы, при строительстве каркасного дома глубина забивки свай может колебаться от трех до десяти метров, а размер сечения от 150 до 250 мм.

Минимальная длина свай

В соответствии со СП 24.13330.2011:

• В сейсмических районах минимальная глубина погружения свай 4 метра.
• Если наконечники опираются на водонасыщенные пески – 8 м. Уменьшение может быть обосновано дополнительными геологическими испытаниями.
• Есть предписания СНиП касательно отдельных регионов.
• В остальных случаях минимальная длина свай зависит от их типа.

Максимальная длина свай

Зависит от типа свай. В настоящее время в Санкт-Петербурге разрабатывается проект, предполагающий создание фундамента на буронабивных сваях с глубиной погружения 70 м.

Длина винтовых свай

Свая должна входить в грунт на глубину промерзания или больше (т.е. от 1,5 м). Например, в Подмосковье распространенная глубина погружения в загородном строительстве 2-3 метра.

Наибольшая длина цельной сваи двенадцать метров, но это не предел: при необходимости сваю наращивают.

Диаметр конуса от 4,7 см до 32,5 см. Самые тонкие подходят только для легких сооружений (заборов, беседок).

Длина забивных свай

Различают забивные сваи железобетонные, бетонные, деревянные. По форме – круглые, квадратные, тавровые, двутавровые, полые.

Стандартные длины от трех до 16 метров. Минимум для железобетонной сваи:

• 3 метра для сплошной.
• 4 метра для полой.

Можно использовать больше или меньше, их выполняют под заказ. При большой глубине погружения чаще применяются составные сваи, и забивной метод используется редко, обычно комбинированный.

Диаметр ж/б свай до 80 сантиметров, оболочек – до метра.

Длина буронабивных свай

Бурение под сваи обычно осуществляется на глубину от 10 метров (минимум, рекомендуемый СНиП) до 30.

На самых зыбких грунтах, под водой, для строительства особо важных сооружений возможно погружение до 50 метров, но уже с применением обсадных труб.

Наши услуги

Компания «Богатырь» производит забивку свай, шпунта на территории центральной России.

Будем рады ответить на ваши вопросы и готовы к сотрудничеству на взаимовыгодных условиях:

ВЫБОР ДЛИНЫ СВАИ

Минимальная длина сваи 1_св должна быть достаточной для того, чтобы прорезать слабые грунты основания и заглубиться на минимальную величину ?h в несущий слой (рис.5).

1_св = d — Hр + 0,05 + ?h = 5,4 — 2,1 + 0,05 + 0,5 = 3,85 м.;

где величина ?h зависит от показателя текучести грунта I_L < 0, (слой № 15): при I_L < 0,1 ?h_min=0,5 м; 0,05 м — учет шарнирного сопряжения сваи с ростверком.

Принимаю 1_св = 6 м, тогда ?h = 2,65 м.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ВИСЯЧЕЙ СВАИ ПО СОПРОТИВЛЕНИЮ ГРУНТА

Вертикальная привязка сваи к грунтовым условиям (см. рис.6).

Рис.6. Схема к определению несущей способности сваи:

d_ij — расстояние от поверхности земли до середины участка сваи h_ij

Согласно п. 4.2 [4] имеем

где _с = 1 — коэффициент условий работы сваи в грунте; А — площадь опирания сваи на грунт, м 2 ; А = 0,25*0,25 = 0,00625 м 2 ; u — периметр поперечного сечения сваи, u = 0,25*4 = 1 м; — коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения сваи на расчетные сопротивления грунта и принимаемые по табл.3 [4] (при погружении молотом); R — расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи [4, табл. 1]: при d_R = 8,05 м, I_L < 0 R = 9980 кПа; f_i — расчетное сопротивление i-го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по табл.2 [4]; h_i — толщина i-го слоя грунта (мощностью не более 2-х м), соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

Расчет силы трения по боковой поверхности сваи (второе слагаемое формулы) приведен в табличной форме (см. табл. 3).