Рекомендации по проектированию фундаментов из свайных полей

При проектировании фундаментов из свайных полей важно учитывать тип грунта, уровень грунтовых вод и нагрузки от здания. Необходимо проводить комплексные геологические изыскания для определения несущей способности и осадок свай, а также проанализировать возможные деформации, чтобы обеспечить стабильность и долговечность конструкции.

Кроме того, следует правильно выбирать тип свай (бетонные, стальные или винтовые) в зависимости от условий эксплуатации и бюджета проекта. Учет климатических факторов и применения защитных покрытий поможет избежать коррозии и других повреждений, что в конечном итоге повысит надежность и срок службы свайного фундамента.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящее Рекомендации разработаны в развитие главы

СНиП II-17-77 «Свайные фундаменты. Нормы проектирования» и предназначены для проектирования фундаментов из свайных полей для зданий и сооружений.

Примечание. Под свайными полями подразумевается группа свай, расположенная сплошным полем размером в плане не менее 10?10 м или в виде кольца с количеством рядов не менее четырех при наружном диаметре не менее 10 м.

1.2. Фундаменты из свайных полей рекомендуется применять в тех случаях, когда расчетные осадки плитных фундаментов на естественном основании превышают предельные деформации сооружений, а сваи с высокой несущей способностью применить невозможно.

1.3. Способ расчета фундаментов из свайных полей выбирается в зависимости от соотношения постоянных и временных нагрузок, типа несущих конструкций и жесткости сооружения, наличия подземных помещений, значений предельных деформаций.

С учетом этих факторов здания и сооружения, для возведения которых применяются фундаменты и основания из свайных полей, целесообразно разделить на следующие группы:

жесткие сооружения, на фундаменты которых воздействуют большей частью постоянные нагрузки, в том числе:

— каркасные бесподвальные и с заглубленными помещениями (многоэтажные здания, некоторые силосные корпуса);

— с несущими стенами (промышленные трубы);

— с передачей нагрузок по всей площади (доменные печи, опоры цементных печей и арочных конструкций, тяжелое технологическое оборудование);

жесткие сооружения, на фундаменты которых воздействуют в основном кратковременные многократно повторяющиеся нагрузки, в том числе:

— каркасные (большинство силосных корпусов зерновых элеваторов); с несущими стенами (силосные корпуса зерновых элеваторов и промышленных предприятий);

условно гибкие сооружения, на фундаменты которых воздействуют преимущественно временные многократно повторяющиеся нагрузки (стальные резервуары для хранения жидкостей и сжиженных газов, подштабельные основания).

1.4. Фундаменты из свайных полей применяются в водонасыщенных пылеватых и мелких песках, при прорезании слабых ненормируемых (например, илов, торфов), насыпных, просадочных грунтов, а В случае опирания на более плотные и менее сжимаемые грунты. Не применяются в плотных, пластических и текучих глинистых грунтах неограниченной мощности.

1.5. Настоящие Рекомендации допускается использовать при проектировании фундаментов из свайных полей для зданий и сооружений, возводимых в сейсмических районах, на просадочных, набухающих и засоленных грунтах при условии соблюдения соответствующих дополнительных требований СНиП II-17-77 и СНиП II-15-74.

Рекомендации не распространяются на проектирование фундаментов из свайных полей для зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах и подрабатываемых территориях, а также на фундаменты под машины с динамическими нагрузками.

1.6. Проектирование фундаментов из свайных полей выполняется при наличии следующих исходных данных:

генерального плана проектируемого объекта с нанесенными на нем инженерно-геологическими выработками, абсолютной отметкой нуля, планировочными отметками;

основных конструктивных чертежей надфундаментной части сооружения;

расчетных нагрузок на фундаменты в основном, дополнительном и (при необходимости) особом сочетании с указанием доли временных нагрузок;

требований к предельным деформациям сооружения;

материалов инженерно-геологических изысканий, выполненных в соответствии с указаниями разд. 3 СНиП II-17-77 и настоящих Рекомендаций.

1.7. Проектная документация на фундаменты из свайных полей на стадии рабочих чертежей должна оформляться в соответствии с требованиями государственных стандартов системы проектной документации для строительства и содержать:

маркировочные схемы свайного поля;

разрезы по свайным фундаментам, совмещенные с геологическими разрезами, на которых показываются отметки концов свай, подошвы плитного ростверка, основные расчетные характеристики грунтов в пределах длины свай и сжимаемой толщи;

схемы расчетных нагрузок на фундамент;

опалубочно-арматурные чертежи плитного ростверка с маркировочными схемами арматурных изделий;

документацию на арматурные изделия и закладные детали;

схематический план сооружения с разбивочными осями и привязанными к ним геологическими выработками;

указания по производству работ, проведению наблюдений за осадками сооружения, сжимаемостью грунта на разных глубинах и замеров нагрузок, воспринимаемых сваями.

1.8. В проектах свайных фундаментов, возводимых в слабых грунтах большой мощности, следует предусматривать натурные измерения деформаций в соответствии с указаниями п. 1.5 СНиП II-17-77.

В сводных сметах на строительство следует предусматривать затраты на организацию и проведение наблюдений за деформациями сооружений в строительный и эксплуатационный периоды.

1.9. При проектировании фундаментов из свайных полей следует учитывать опыт эксплуатации ранее построенных подобных фундаментов в аналогичных грунтовых условиях.

2. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ИЗЫСКАНИЯМ

2.1. Изыскания для проектирования фундаментов из свайных полей, которые должны выполняться в соответствии с требованиями разд. 3 СНиП II-17-77 и настоящих Рекомендаций, должны предусматривать определение физических, деформационных и прочностных характеристик грунтов, в первую очередь, модуля деформации и угла внутреннего трения для всех видов грунта, прочности и удельного сцепления для глинистых грунтов, плотности для песчаных грунтов.

При слабых грунтах под нижними концами свай следует определять также следующие показатели: минералогический состав, дисперсность, структурную прочность, чувствительность к нарушению структурных связей.

При проведении изысканий рекомендуется отдавать предпочтение бурению глубоких скважин, прессиометрическим испытаниям и статическому зондированию грунтов.

2.2. Состав изысканий должен предусматривать возможность выбора наиболее экономичного фундамента, в том числе на естественном основании или свайного. В последнем случае предусматриваются дополнительные виды изысканий, включая испытания свай или их моделей статистическими нагрузками.

2.3. Состав и объем изысканий назначается в зависимости от объема ранее проведенных изысканий, однородности грунтовых условий, мощности и глубины залегания слабых и ненормируемых прослойков грунта, наличия плотных подстилающих слоев грунта и колебания глубины залегания их кровли.

2.4. Глубина скважин должна превышать предполагаемую глубину заложения свай на 0,8 ширины сооружения при ширине до 30 м, на 0,6 при 30 — 60 м, на 0,4 при 60 м и более, но не менее чем на 15 м.

2.5. Глубокие скважины рекомендуется располагать по сетке, примерно 30?30 м. Для отдельно располагаемых сооружений размерами в плане до 30?20 м должно быть не менее двух скважин, до 40?40 м — не менее трех.

2.6. Образцы ненарушенной структуры должны отбираться преимущественно из грунтов сжимаемой толщи, расположенных ниже предполагаемого заглубления свай.

2.7. При сооружениях II и III группы деформационные характеристики грунтов должны определяться по результатам полевых и лабораторных испытаний грунтов многократно повторяемыми (циклическими) нагрузками, имитирующими характер загружения сооружения в эксплуатационный период.

3. ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ФУНДАМЕНТОВ ИЗ СВАЙНЫХ ПОЛЕЙ

3.1. Расчет фундаментов из свайных полей производится по предельным состояниям двух групп. По предельным состояниям первой группы определяют прочность материала сваи и ростверка, несущую способность сваи и фундамента по грунту, устойчивость фундамента. По предельным состояниям второй группы определяют осадку и крен фундамента, горизонтальные перемещения свай, образование или раскрытие трещин железобетонных свай и ростверка.

3.2. Расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, определяется по п. 4.3 СНиП II-17-77, в которой Кп принимается равным единице, если соблюдаются следующие условия:

фундамент проектируется с низким ростверком по грунту;

модуль деформации грунтов под нижними концами свай составляет не менее 10 МПа (100 кгс/см 2 );

расстояние между осями свай равно

где d — сторона поперечного сечения сваи;

l — глубина погружения сваи в грунт от подошвы ростверка;

?ср — среднее расчетное значение углов внутреннего трения для прорезаемых сваями слоев грунта.

3.3. Расчет сваи по прочности материала, образованию или раскрытию трещин производится в соответствии с требованиями СНиП II-21-75 на совместное действие вертикальных и горизонтальных нагрузок. Усилия, действующие в сечениях сваи на различной глубине, определяются по приложению к СНиП II-17-77.

3.4. Расчет фундамента из свайного поля и его основания по деформациям производится как условного фундамента, глубина заложения которого соответствует отметке заглубления нижних концов свай, в соответствии с рекомендациями СНиП II-15-74 или согласно приложению 1 настоящих Рекомендаций.

3.5. При отношении ширины сооружения к величине заглубления свай более 0,28 расчетную осадку свайного фундамента допускается определять по схеме линейно-деформируемого упругого слоя конечной толщины по формуле (6) приложения 3 к СНиП II-15-74, приняв размеры условного фундамента в плане равными размерами плитного ростверка.

Среднее давление на грунт под подошвой фундамента Р в формуле (6) принимается на уровне подошвы ростверка, а величина сжимаемой толщи вычисляется от отметки нижних концов свай.

3.6. Расчетная величина толщины линейно-деформируемого слоя вычисляется от отметки нижних концов свай по формуле (7) и п. 10 приложения 3 к СНиП II-15-74 для сооружений I группы при модуле деформация слоя 10 МПа (100 кгс/см 2 ) и более, для сооружений II группы при модуле деформаций слоя 20 МПа (200 кгс/см 2 ) и более. Для сооружений II группы при глинистых грунтах с модулем деформации 10 — 20 МПа (100 — 200 кгс/см 2 ) и сооружений III группы с модулем деформации более 10 МПа (100 кгс/см 2 ) коэффициент t в формуле (7) принимается равным 0,75.

3.7. Для сооружений I группы в любых грунтах и II группы в песчаных грунтах при модуле деформации грунтов под нижними концами свай более 20 МПа (200 кгс/см 2 ) расчетную осадку фундамента из свайного поля допускается вычислять по формуле

где Р — среднее давление на грунт под подошвой плитного ростверка;

E — расчетный модуль деформации грунта;

В — ширина или диаметр плитного ростверка, м.

При равномерном основании расчетный модуль деформации пригашается по формуле

где E1, Е2, . Еi — расчетные модули деформации 1-го, 2-го, . i-го слоев;

K1, K2, . Ki — коэффициенты, учитывающие глубину залегания 1-го, 2-го, . i-го слоя и принимаемые по табл. 1 в зависимости от глубины расположения подошвы слоя под нижними концами свай.

Глубина расположения слоя

3.8. При наличии результатов испытаний одиночных свай статической нагрузкой и модуле деформации грунтов в пределах сжимаемой толщи не менее 20 МПа (200 кгс/см 2 ) для сооружений I и II групп допускается использовать формулу А. Скемптона:

где SСВ — осадка одиночной сваи от расчетной нагрузки при статическом испытании.

Формула (3.4) действительна, если прочность грунтов под нижними концами свай в пределах сжимаемой толщи одинакова либо возрастает с глубиной.

3.9. Расчет крена фундамента из свайного поля в случае использования формул СНиП II-15-74 следует производить с учетом заглубления фундамента на нагрузки, приложенные к подошве условного фундамента и вычисленные с учетом действия активного давления и упругого отпора грунта.

3.10. Крен круглого фундамента из свайного поля рекомендуется определять по формуле

где Р — равнодействующая всех вертикальных нагрузок, передаваемых фундаментом на основание;

e — эксцентриситет приложения нагрузок относительно центра подошвы фундамента;

r — радиус плитного ростверка;

m — расчетный коэффициент Пуассона грунта, определяемый в пределах сжимаемой толщи аналогично определению E по формуле (3.3);

Wc — коэффициент, определяемый в зависимости от соотношения Н/r и m;

Н — глубина заложения фундамента (для приближенного определения крена при m = 0,3 значение Wc принимается по табл. 2).

По данной методике крен определяется как разница осадок крайней и центральной точек фундамента.

Значение Wc при m = 0,3

3.11. Крен прямоугольного фундамента из свайного поля рекомендуется определять по формуле

где A — длина фундамента;

tgq1 — безразмерный коэффициент.

Значение tgq1 определяется по табл. 3 — 6 в зависимости от А/В 2Н/В и m. При промежуточных значениях 2Н/В, m величина tgq1определяется линейной интерполяцией.

3.12. При неоднородности грунтов в пределах одного фундамента крен должен вычисляться также как разница осадок двух противоположных точек фундамента, отнесенная к его ширине, длине или диаметру.

3.13. При расчете осадок крена необходимо учитывать в соответствии с указаниями СНиП II-15-74 дополнительную осадку от взаимного влияния расположенных вблизи сооружений.

3.14. Осадку центра и крен фундамента из свайного поля рекомендуется определять по формуле 3.76 «Руководства по проектированию оснований зданий и сооружений» (М., 1978).

3.15. Распределение нагрузок между сваями и расчет плиты ростверка рекомендуется проводить с учетом жесткости надфундаментной части сооружения.

3.16. Плитные железобетонные ростверки рассчитываются как соответствующие фундаментные плиты на естественном основании, высота которых проверяется в соответствии с п.п. 3.47; 3.36 СНиП II-21-74 и приложением II «Руководства по проектированию свайных фундаментов» (Н., 1980).

3.17. Плитные ростверки мелкого заложения (до 1 м) должны быть проверены на температурные воздействия. В случае их удлинения более чем на 20 мм между сваями и ростверком (при свободном опирании) целесообразно предусматривать специальные прокладки или устраивать промежуточную подушку для снижения воспринимаемых сваями горизонтальных нагрузок.

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ ИЗ СВАЙНЫХ ПОЛЕЙ

4.1. Фундаменты из свайных полей состоят из поля свай и железобетонного плитного ростверка.

4.2. Для фундаментов из свайных полей применяются сваи следующих видов:

железобетонные сваи квадратного сечения с ненапрягаемой стержневой арматурой по ГОСТ 19804.1-79;

железобетонные сваи квадратного сечения с напрягаемой арматурой по ГОСТ 19804.2-79;

железобетонные сваи квадратного сечения с круглой полостью по ГОСТ 19804.3-80;

цельные полые круглые сваи и сваи-оболочки по серии 1.011-5, заменяющей ГОСТ 19804.5-81;

составные полые круглые сваи и сваи-оболочки по серии 1.011-5, заменяемой ГОСТ 19804.6-81;

составные железобетонные сваи по серии 1.011.1-7;

буронабивные сваи различных конструкций;

Значение tgq1 при m = 0,25

Значение tgq1 при m = 0,30

Значение tgq1 при m = 0,35

Значение tgq1 при m = 0,4

4.3. Область применения забивных железобетонных свай и свай-оболочек, включая составные, определена в ГОСТ 19804.0-78.

Поля из буронабивных свай применяется в маловлажных просадочных грунтах, из деревянных свай — в слабых водонасыщенных грунтах при расположении их полностью ниже минимально возможного уровня грунтовых вод, из пирамидальных свай — при небольшой толще просадочных грунтов и необходимости уплотнения верхнего слоя грунтов.

4.4. Конфигурация свайного поля может быть следующей:

прямоугольной с расположением свай по прямоугольной сетке;

круглой с расположением свай по прямоугольной сетке;

круглой с расположением свай по радиальным прямым;

кольцевой с расположением свай по радиальным прямым или концентрическим окружностям.

Предпочтение следует отдавать расположению свай по прямоугольной сетке и радиальным прямым как менее трудоемкому при производстве работ.

4.5. Длину свай следует назначать исходя из величин допускаемых осадок и кренов сооружений при условии заглубления их нижних концов в грунты на 3 м при Е = 10 — 20 МПа (100 — 200 кгс/см 2 ), на 2 м при Е = 20 — 30 МПа (200 — 300 кгс/см 2 ), до 1 м при Е более 30 МПа (300 кгс/см 2 ).

4.6. Сечение свай выбирается в зависимости от принятой длины свай и из условия обеспечения прочности материала свай.

4.7. Жесткое сопряжение сваи с ростверком посредством заделки головы сваи на 5 см и выпуском арматуры на величину, определяемую расчетом, но не менее чем на 25 см, допускается при воздействии на сваю выдергивающих нагрузок, а В сейсмических районах при необходимости обеспечения анкеровки сооружения в грунте.

В остальных случаях следует применять шарнирное сопряжение свай с ростверком посредством заделки головы сваи на 5 см без выпуска арматуры.

4.8. При действии выдергивающих нагрузок на сваи нескольких крайних рядов целесообразно применять комбинированное сопряжение свай с ростверком: жесткое для рядов свай, на которые действуют выдергивающие нагрузки, шарнирное — для остальных рядов свай.

4.9. Глубина заложения плитных ростверков должна быть минимальной и назначаться независимо от глубины промерзания.

4.10. В районах сейсмической активности заложение плитных ростверков следует производить с учетом обеспечения заделки сооружения в грунт, используя при этом анкеровку сооружения, создаваемую сваями.

4.11. При наличии в сооружениях I группы обоснованных заглубленных подземных помещений и повышенных сейсмических горизонтальных нагрузок, а также для сооружений III группы целесообразно применение фундаментов из свайных полей с промежуточной подушкой, проектируемой в соответствии с рекомендациями раздела 12 «Руководства по проектированию свайных фундаментов» (М., 1980).

4.12. Плитные ростверки проектируется из бетона марок по прочности на сжатие 150, 200, 250, 300. Марка бетона выбирается таким образом, чтобы расчетная высота ростверка соответствовала конструктивной или была близка к ней.

4.13. Конструктивная высота плитных ростверков должна назначаться в соответствии с требованиями СНиП II-21-75. При этом в ростверках под каркасные сооружения со сборными колоннами минимальная толщина дна стакана принимается равной 40 см.

4.14. Плитные ростверки рекомендуется армировать плоскими унифицированными сетками по ГОСТ 23279-78 с рабочей арматурой в одном направлении. Такие сетки укладываются в два ряда в двух взаимно перпендикулярных направлениях как у подошвы, так и вверху плиты.

4.15. В проект фундаментов из свайных полей следует включать:

указания по проведению мероприятий максимально снижающих пучение глинистого грунта со степенью влажности более 0,7 части (применение более тяжелых молотов, забивка свай от центра к краям, перекопка котлована на величину пучения (10 — 30 см) и др.);

программу работ по организации и проведению наблюдений за осадками сооружений и сжимаемостью грунта на разных глубинах, а также замеров нагрузок, воспринимаемых сваями.

4.16. При расчете свайного поля без учета несущей способности одиночной сваи по грунту проектирование фундамента выполняется следующим образом:

исходя из минимального заглубления в «несущий слой» назначается длина и соответствующее ей сечение сваи;

по формуле (3.1) настоящих Рекомендаций вычисляется расстояние между смежными сваями;

определяются размеры и конфигурация свайного поля в зависимости от конструкции сооружения;

рассчитываются осадка и крен свайного поля, прочность материала сваи;

если расчетные осадка и крен окажутся больше предельных значений, увеличивается длина свай или размеры свайного поля в плане;

если прочность материала свай окажется недостаточной, увеличивается сечение свай или уменьшается расстояние между ними.

4.17. Проектирование фундаментов из свайных полей рекомендуется проводить в такой последовательности:

устанавливаются тип и размеры сооружения, размеры и отметки низа несущих конструкций, необходимые закладные детали, расчетные нагрузки в различных сочетаниях, действующие на фундамент от сооружения в целом и от каждой несущей конструкции;

изучаются инженерно-геологические условия площадки, устанавливается возможный «несущий слой» для свайного фундамента и расчетные характеристики грунтов основания;

намечаются длина и сечение свай, вычисляется расчетная нагрузка на сваю, допускаемая по грунту и материалу, устанавливаются возможные типы свайного фундамента;

производятся расчеты свайных фундаментов по деформациям;

если расчетные осадки и крен окажутся больше предельных значений, размеры свайного фундамента, в первую очередь длина свай, увеличиваются и расчет по деформациям повторяется;

вычисляются материалоемкость свайных фундаментов и дается технико-экономическое обоснование целесообразности применения фундамента из свайного поля;

оформляется проектно-сметная документация.

Приложение

Расчет осадок свайных полей

1. Свайное поле имеет следующие параметры:

длина свай l; диаметр круглой или ширина грани квадратной сваи d; полная площадь поперечного сечения сваи F; модуль упругости бетона Е; модуль деформации E01 и коэффициент Пуассона V1 верхнего линейно-деформированного слоя толщиной l; E02, V2 — то же, для нижележащего полупространства.

В случае неоднородности грунта основания требуемые параметры получаются осреднением по глубине согласно формулы (3.2) раздела 3 настоящих Рекомендаций. Для забивных свай параметры Eoi следует по возможности определять с учетом уплотнения грунта.

где x — относительная жесткость сваи

— коэффициент для осадки абсолютно жесткой сваи в однородной среде;

— коэффициент для осадки абсолютно жесткой сваи в двухслойном основании;

KV1 подсчитывается по формуле (7) при V = V1;

модули сдвига грунтов основания;

— площадь поверхности основания, приходящаяся на одну сваю;

— функция Макдональда первого порядка, определяемая по табл. 7

Таблица значений функции K1 (x)

Краткое руководство по проектированию свайного фундамента

Как спроектировать свайный фундамент?

Глубина фундамент, Как спроектировать свайный фундамент, Как спроектировать свайный фундамент. API рендерера SkyCiv это тип фундамента что можно сделать из стали, бетон, или древесина. По стоимости, Как спроектировать свайный фундамент. Несмотря на свою стоимость, сваи часто необходимы для структурной безопасности.

Когда можно использовать сваи?

Слабые почвы

Если верхние слои грунта слишком слабы или сильно сжимаются, чтобы выдерживать нагрузки, передаваемые надстройкой, сваи используются для передачи этих нагрузок на более прочный слой почвы или на коренную породу.. Как спроектировать свайный фундамент. Этот тип сваи зависит исключительно от несущей способности нижележащего материала на вершине сваи.. С другой стороны, когда коренная порода слишком глубокая, сваи могут постепенно передавать нагрузки через окружающий грунт за счет трения. Этот тип сваи называется висячей сваей..

Горизонтальные силы

Сваи — более подходящий фундамент для конструкций, подверженных горизонтальным нагрузкам.. Сваи могут противостоять горизонтальным воздействиям за счет изгиба, при этом они могут передавать вертикальные силы от надстройки.. Это типичная ситуация для проектирования земляных подпорных сооружений и высоких конструкций, подверженных сильному ветру или сейсмическим воздействиям..

Расширяющиеся или просадочные грунты

Набухание или усадка грунта может оказать значительное давление на фундамент.. Возникает на расширяющихся или просадочных грунтах из-за увеличения или уменьшения влажности.. Это также может привести к большему ущербу для фундаментов мелкого заложения.; в таком случае, сваи могут использоваться для расширения фундамента за пределы активной зоны или там, где может произойти набухание и усадка.

Подъемные силы

Подъемные силы развиваются в результате гидростатического давления., сейсмическая активность, опрокидывающие моменты, или любые силы, которые могут привести к отрыву фундамента от земли. Это обычное явление для таких конструкций, как опоры электропередачи., морские платформы, и подвалы. В этой ситуации, считается, что свайный фундамент выдерживает эти подъемные силы.

Эрозия почвы

Эрозия почвы на поверхности земли может вызвать потерю несущей способности почвы, что может серьезно повредить конструкции с неглубоким фундаментом..

Как мы оцениваем длину ворса?

Исследование почвы играет важную роль в выборе типа сваи и оценке необходимой длины сваи.. Оценка длины сваи требует хорошей технической оценки геотехнических данных площадки.. Его можно классифицировать в зависимости от механизма передачи нагрузки от конструкции к грунту.: (а ) концевые сваи. (б) фрикционные сваи, и (с) уплотняющие сваи.

Концевые несущие сваи

Предел несущей способности концевой сваи зависит от несущей способности нижележащего материала на вершине сваи.. Необходимую длину сваи этого типа можно легко оценить, определив расположение коренной породы или прочного слоя почвы, если он находится на разумной глубине.. В случаях, когда присутствует твердый слой, а не коренная порода, длина сваи может быть увеличена еще на несколько метров в слой почвы, как показано на рисунке 2b.

Фрикционные сваи

Фрикционные сваи (Рисунок 2c) используются, когда слой коренной породы или твердый слой не существует или находится на необоснованной глубине. В этом случае, использование торцевых свай становится очень долгим и неэкономичным. Предельная несущая способность фрикционных свай определяется поверхностным трением, возникающим по длине сваи и окружающей почвы.. Длина фрикционных свай зависит от прочности грунта на сдвиг., приложенная нагрузка, и размер ворса.

Сваи уплотнения

Уплотняющие сваи — это тип свай, которые забиваются в сыпучий грунт для достижения надлежащего уплотнения грунта у поверхности земли.. Длина уплотнительных свай в основном зависит от относительной плотности до и после уплотнения., и необходимая глубина уплотнения. Сваи уплотнения обычно короче других типов свай..

Механизм передачи нагрузки для свай

Рассмотрим нагруженную сваю длиной L и диаметром D, как показано на рисунке 2. Нагрузке Q на сваю должен выдерживать в основном грунт на дне сваи Qп., и частично за счет поверхностного трения, развиваемого вдоль вала Qs. В общем-то, в предельная грузоподъемность (Qu) сваи может быть представлена суммой нагрузки, оказываемой на вершине сваи, и нагрузки, оказываемой за счет поверхностного трения., или как показано в уравнении 1.

QU = Максимальная грузоподъемность

Qп = Несущая способность конца

Qs = Сопротивление кожному трению

тем не мение, для концевых свай, Нагрузке Q в основном противостоит грунт под вершиной сваи, а сопротивление поверхностному трению минимально.. С другой стороны, нагрузке Q на фрикционные сваи в основном противостоит только поверхностное трение, а не несущая способность Qп. Пределы допустимой нагрузки для концевых опор и фрикционных свай находятся в уравнениях 2 и 3, соответственно.

Как проектируем сваи?

Проектирование и анализ глубоких фундаментов, таких как сваи, в каком-то смысле является формой искусства из-за всех неопределенностей, связанных с интерпретацией геотехнических данных.. Хотя было проведено множество теоретических и экспериментальных подходов для анализа поведения и оценки несущей способности свай в различных типах грунта., но еще, нам еще многое предстоит понять о механизме свайного фундамента. к счастью, с развитием структурной инженерии, существует различное программное обеспечение, которое мы можем использовать, чтобы свести к минимуму эти неопределенности и сократить время расчета..

Ниже приведены некоторые из процессов, которым мы можем следовать при проектировании свайного фундамента.:

Данные геотехнического отчета

Как обсуждалось ранее, данные предварительного проектирования фундамента, например тип сваи, длина, и размер, предварительно определены на основе данных геотехнического отчета. Некоторые из критических параметров, которые необходимы для дальнейшего проектирования и анализа свайного фундамента, — это типы грунта., единица измерения, прочность на сдвиг, модуль реакции земляного полотна, и данные о грунтовых водах

Структурный анализ

Последние разработки в области проектирования конструкций включают программное обеспечение для проектирования конструкций, которое направлено на повышение наших навыков инженеров-строителей и создание безопасных конструкций., особенно со сложными конструкциями. Существует различное программное обеспечение FEA, которое мы можем использовать для моделирования наших структур и генерации реакций., поперечные силы, и изгибающие моменты опор от надстройки. Полученные данные затем используются для проектирования и анализа фундамента..

Проектирование фундамента

Подобно программному обеспечению FEA, которое мы использовали для анализа и генерации опорных реакций надстройки., также существует множество программ для проектирования фундаментов, которые мы можем использовать для проектирования свайных фундаментов в соответствии с различными проектными нормами.. (нота: для упрощенного калькулятора, попробуйте наш бесплатный калькулятор бетонного фундамента).

Программное обеспечение для проектирования фундаментов свай требует различных входных данных для выполнения проектных проверок.. Включает геометрические данные, профили почвы, свойства материала для бетона и стальной арматуры, схемы армирования, расчетные параметры, указанные в нормах проектирования, и данные реакции, экспортированные из программного обеспечения для расчета конструкций..

Некоторые стандартные проверки конструкции, которые выполняются при проектировании свайного фундамента.:

Проверка геотехнических возможностей завершается, когда конечная несущая способность грунта определяется путем деления приложенных вертикальных нагрузок на несущую способность грунта.. Соотношение не должно превышать значение 1.0. Боковые сваи также проверяются путем оценки значений предельных и допустимых поперечных нагрузок..

Проверка несущей способности конструкции выполняются путем определения осевого, сдвиг, и прочности на изгиб в соответствии с выбранным кодом проектирования. Хотя для свайного фундамента, геотехническое разрушение более вероятно, чем разрушение конструкции, по-прежнему необходимо выполнить эту проверку для мер безопасности.

Оптимизация

Инженер-строитель всегда должен отдавать приоритет безопасности при проектировании любого типа конструкции.. тем не мение, инженеры также могут оптимизировать свою конструкцию, экспериментируя с различными размерами свай., и схемы армирования, что приводит к уменьшению общего количества материалов и общей стоимости конструкции без ущерба для безопасности и при сохранении минимальных стандартов, требуемых нормами..

Резюме

Процесс проектирования свайного фундамента обычно включает в себя хорошую интерпретацию геотехнических данных площадки., моделирование и анализ надстройки с помощью программного обеспечения FEA, создание реакций поддержки, проверка конструкции фундамента, и оптимизация для создания безопасной и экономичной конструкции.

Бесплатный калькулятор бетонных оснований

Я надеюсь, что этот урок помог вам лучше понять конструкцию свайного фундамента.. Проверьте наши Бесплатный калькулятор бетонных оснований, упрощенная версия Программное обеспечение SkyCiv Foundation для проектирования, или зарегистрируйтесь сегодня, чтобы начать работу с программным обеспечением SkyCiv!

Основы проектирования фундаментов на сваях

Если вы решили соорудить под свой дом основание на сваях, то вам понадобится информация о том, как выполняется проектирование и устройство свайных фундаментов. Вся информация собрана в руководство, которое было разработано ещё в советские времена. Чтобы вам было проще разобраться в особенностях и правилах проектирования и строительства свайных и столбчатых оснований, мы изложили основные принципы и положения в нашей статье.

Общие положения
Выбор свайных конструкций
Забивные сваи
Винтовые сваи
Буронабивные сваи
Особенности проектирования
Исходные данные
Нюансы проектирования деревянных свай

Общие положения

Каждый из видов свайных фундаментов имеет отличия в процессе проектирования и строительства

Для начала стоит отметить, что в своде правил (СП) выделяется две большие категории свайных оснований:

конструкции фундаментов на сваях, которые возводятся в условиях вечной мерзлоты;
свайные основания, возводимые в средних широтах нашей страны.

Каждый из двух видов свайных фундаментов имеет отличия в процессе проектирования и строительства. Помимо этого, существует отдельная методика проектирования свайных оснований, поверженных динамическим нагрузкам. Также разработаны специальные СП для проектирования и строительства таких фундаментов на неустойчивых почвах, которые имеют пустоты или склонны к сползанию. Таким образом, можно сделать выводы, что руководством по проектированию и монтажу свайных оснований можно пользоваться в случае строительства жилого или производственного здания в нормальных условиях.

Выбор свайных конструкций

С особой тщательностью стоит подходить к проекту столбчатого основания в условиях, когда на территории строительства наблюдается высокое стояние грунтовых вод

Руководство по проектированию свайных фундаментов гласит, что свайное основание может проектироваться и возводиться на грунте, который был предварительно уплотнён с помощью различных методик. Вся конструкция может выполняться в виде свайного поля.

Важно: нормы рекомендуют использовать типовые конструкции, которые наиболее распространены в регионе строительства.

Также нормами СП оговаривается, что свайные конструкции могут использоваться вместо ленточного основания. Такая ситуация может сложиться в случае, если отметка, на которой по расчёту должна находиться подошва ленточного фундамента, будет превышать 170 см.

С особой тщательностью стоит подходить к выполнению проекта столбчатого основания в условиях, когда территория строительства находится на слабых грунтах или наблюдается высокое стояние грунтовых вод.

Самым подходящим основанием для возведения свайного фундамента является мало сжимаемый тип почв. Идеальными породами для строительства свайного основания являются следующие породы:

скальный грунт;
галечник;
плотный песок;
крупнообломочные породы.

Согласно руководству для формирования свайного поля может использоваться один из следующих видов свай:

забивные;
буронабивные;
винтовые.

Забивные сваи

Забивные свайные конструкции изготавливаются из железобетона в заводских условиях

Забивные свайные конструкции изготавливаются из железобетона в заводских условиях. Это четырёхгранные конструкции с заострённым концом. Для забивания изделия в землю используется специальная механизированная техника (вибропогружатели или молоты). Иногда забивные сваи изготавливаются на участке. Для этого в землю забивается свая-оболочка с пустотой внутри.

После этого пространство внутри сваи бетонируется.

Винтовые сваи

Большой популярностью в индивидуальном строительстве пользуются винтовые сваи, поскольку они могут быть закручены в землю без использования специальной техники. Конструкция выполнена из стальной трубы, на конце которой приварена винтовая нарезка.

Буронабивные сваи

Для установки такой свайной конструкции необходимо пробурить скважину

Для установки такой свайной конструкции необходимо пробурить скважину. После этого в нижней части проходки делается полость чуть шире, чем сама скважина. Она нужна для формирования опорной подошвы под стойкой. Подошва бетонируется или засыпается песком с последующей трамбовкой.

Затем в скважину устанавливается несъёмная опалубка. Обычно для этих целей используют стальные, пластиковые или асбестовые канализационные трубы. Внутрь труб устанавливается арматурный каркас и заливается бетонным раствором с высокой марочной прочностью.

Обычно ещё на этапе проектирования такие сваи закладываются по углам сооружения, в месте пересечения стен, под колоннами, стойками и тяжелыми конструкциями (печью или камином). Под несущей стеной такие сваи располагаются с шагом 2,5 м.

Особенности проектирования

Проект свайного фундамента можно разрабатывать только после проведения гидрогеологических и инженерно-геологических изысканий

Проект свайного фундамента можно разрабатывать только после проведения гидрогеологических и инженерно-геологических изысканий. В итоге у вас будут все необходимые данные о типе породы, её характеристиках, глубине заложения грунтовых вод и отметке промерзания грунта в регионе строительства.

Для проведения таких изысканий в индивидуальном строительстве стоит придерживаться следующих правил:

Необходимо выкопать или пробурить исследовательский шурф глубиной не меньше 2,5 м.
Исследования лучше проводить в весенний период, когда высота стояния подземных вод максимальная. Так вы не столкнётесь с критическим повышением уровня грунтовых вод в ходе строительства основания и эксплуатации постройки.
Желательно при бурении взять раздельные пробы породы, чтобы иметь полное представление о составе грунтов на разных горизонтах и глубине их заложения.

Важно: в случае обнаружения высокого УГВ на участке необходимо ещё на этапе проектирования предусмотреть меры по защите основания от коррозии и разрушающего воздействия влаги на бетонные конструкции.

В ходе разработки проекта определяются следующие основные моменты:

общее количество свай;
разновидность свайных конструкций;
определяются главные параметры (сечение, длина);
вычисляется несущая способность каждой сваи и всего свайного поля.

Исходные данные

Перед началом проектирования, после проведения инженерно-геологических изысканий вы должны собрать следующие материалы

Перед началом проектирования, после проведения инженерно-геологических изысканий вы должны собрать следующие материалы, которые будут использованы в качестве исходных данных:

Генеральный план участка строительства с прилегающими территориями и строениями на них. Обычно такой план выполняется в масштабе 1:500 или 1:2000 (всё зависит от габаритов участка и размеров объекта). На план наносятся контуры будущего строения. Также на генеральном плане обозначаются места, где бурились шурфы для взятия проб и выполнения исследований. Также указываются все расстояния от проектируемого строения до окружающей застройки.
Данные о составе и уровне грунтовых вод на территории строительства, а также информация о составе грунтов на разных горизонтах.
На плане должно быть точно определено место расположения всех существующих и проектируемых строений, а также даны привязки каждого из них к границам участка.
Если в проекте предусмотрены подвальные или цокольные помещения, то их конструкция должна оговариваться заранее.
Сборные данные обо всех нагрузках, которые будут воздействовать на основание (вес строения, снеговые и ветровые нагрузки, вес инженерного оборудования и т.д.).
Если через фундамент будут проходить какие-то инженерные коммуникации, то их место, диаметр и глубина заложения должны быть точно оговорены.

Нюансы проектирования деревянных свай

Если при проектировании свайного основания будут использоваться деревянные сваи, то на данном этапе необходимо предусмотреть мероприятия по защите конструкций от горения и гниения. Обычно для этого используются специальные антисептические составы, а также средства для защиты древесины от повреждения насекомыми.

При разработке свайного поля, состоящего из деревянных свай, глубина закладки элементов должна быть минимум на 0,5 м ниже минимального зафиксированного УГВ на участке строительства.

Эффективные рекомендации по проектированию свайных полей для фундаментов