Определение глубины заложения свайно-ростверкового фундамента

Глубина заложения свайно-ростверкового фундамента зависит от геологических условий, уровня грунтовых вод и нагрузок на фундамент. Обычно глубина устанавливается в пределах 3-6 метров, но в каждом конкретном случае необходимо проводить геодезические исследования для определения оптимальных параметров фундамента.

Важно учитывать, что слишком мелкое заложение может привести к осадке и неравномерному распределению нагрузок, а слишком глубокое — увеличивает стоимость строительства и время проведения работ. Поэтому правильный расчет глубины заложения критически важен для долговечности и надежности всего сооружения.

Как следует возводить свайно-ростверковый фундамент

Свайные фундаменты являются радикальным методом решения проблемы слабонесущих или обводненных грунтов.

Они опираются на глубинные твердые пласты, свободно проходя сквозь поверхностные проблемные наслоения, что делает возможным строительство на торфяниках, плывунах и прочих непригодных для создания традиционных фундаментов почвах.

Учитывая распространенность подобных участков на территории России, особенно в северных регионах, можно смело утверждать, что свайные основания имеют не меньшую важность, чем ленточные фундаменты.

Нередко их используют даже на относительно устойчивых грунтах, рассматривая возможность подъема уровня грунтовых вод и подтопления в весенний период. Наиболее распространенный тип свайных оснований, о котором пойдет речь в этой статье — свайно-ростверковый фундамент.

Рассмотрим его возможности и особенности конструкции.

Что такое свайно-ростверковый фундамент?

Свайно-ростверковый фундамент — это опорная конструкция, состоящая из системы вертикальных опор (свай), входящих в жесткий контакт с плотными слоями грунта (глинистыми, крупнообломочными или скальными), и наружного пояса обвязки, несущего стены дома и передающего нагрузку на сваи.

Все вопросы и методики строительства свайно-ростверковых оснований регулируются СНиП 2.02.03-85. Существуют разные варианты конструкции, в которых используются те или иные виды свай, размеры и материал ростверка.

Сочетания этих элементов дают возможность получить наиболее подходящую конструкцию фундамента, обладающую оптимальным набором параметров для заданных условий.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

Свайно-ростверковый фундамент очень похож на свайно-ленточный тип, что вызывает немало споров и разночтений. Некоторые специалисты объединяют их в единую группу, другие принципиально делят их по способу опоры ленты. Общего мнения они так и не достигли, что необходимо учитывать при изучении специальной литературы.

С монолитным ростверком

Свайный фундамент с монолитным ростверком представляет собой систему свай, погруженных в грунт на необходимую глубину.

На верхней части устанавливается монолитный железобетонный ростверк, который имеет со сваями общий арматурный каркас и максимально жестко связан с ними.

Внешне ростверк выглядит как некое подобие традиционной ленты, но разница между ними в том, что лента передает нагрузку на поверхность грунта, а ростверк распределяет ее по системе вертикальных опор и, через них, на плотные слои грунта.

При этом, в большинстве случаев, габариты о общие параметры у ленты и ростверка мало отличаются и обладают практически равными возможностями. Свайно-ростверковый фундамент такого типа представляет собой максимально жесткую конструкцию, способную выдерживать все внешние нагрузки.

В частности, такое основание отлично себя зарекомендовало на проблемных грунтах, расположенных на склоне. Подобна конструкция — единственная, способная выполнять свои функции в подобных условиях.

Устройство

Свайно-ростверковый фундамент состоит из вертикальных опор, установленных рядами, кустами или в виде свайного поля. Порядок расположения свай определяется материалом и габаритами постройки, ее конфигурацией и сосредоточением массивных элементов, нуждающихся в прочной и надежной опорной конструкции.

Так же от расчетных параметров будущей постройки зависит глубина погружения свай, нередко их тип и материал. Погруженные сваи обрезаются на одинаковую высоту, чтобы образовалась горизонтальная площадь.

Если использованы железобетонные сваи, обрезке подлежат только бетонные части, а арматуру оставляют для сварки с армпоясом ростверка.

Если планируется металлический или деревянный ростверк, арматуру также обрезают, а на верхушки свай устанавливают специальные конструкционные элементы — оголовки, представляющие собой род колпака с посадочной площадкой под монтаж балок обвязки.

Когда следует его возводить

Свайно-ростверковый фундамент преимущественно изготавливают из железобетона. Это выдвигает вполне определенные требования к условиям строительства в части температуры воздуха — она не должна опускаться ниже +5°.

Это обеспечивает нормальный процесс застывания бетона и позволяет получить прочную отливку с заданными качествами. Поэтому оптимальным временем для строительства является теплое время года, в идеале — с конца апреля по конец октября (в некоторых регионах этот диапазон уже и ограничен тремя летними месяцами).

Не менее важными являются погодные условия, которые способны полностью испортить условия для выполнения работ — длительные дожди могут превратить строительную площадку в сплошное болото, что исключает всякую возможность строительства.

Эти особенности необходимо учитывать при планировании и определении сроков выполнения работ.

Плюсы и минусы

Достоинствами свайно-ростверкового фундамента являются:

• Возможность строиться на проблемных, обводненных или слабонесущих грунтах.
• Высокая несущая способность, прочность.
• Относительная простота конструкции, возможность самостоятельного выполнения работ.
• Многовариантность, позволяющая менять при необходимости те или иные элементы.
• Небольшие объемы земляных работ.
• Способность прочно устанавливаться на уклонах, плывунах, складках.
• Устойчивость к внешним воздействиям, переносимость морозного пучения или подвижек почвы.
• Экономичность, небольшой расход материалов. Некоторые виды свай могут быть изготовлены прямо на площадке, что снижает объемы транспортных перевозок и использования спецтехники.

Существуют и заметные минусы:

• Нет возможности создания подвала или полноценного цокольного этажа.
• Существует необходимость тщательного обследования участка с бурением пробных скважин или погружение свай.
• Необходимо строго придерживаться технологических требований и следить за качеством материалов.

ВАЖНО!

При создании ростверка монолитного типа потребуется довольно большой срок выдержки бетона — 28 дней. Если сваи также отливают прямо на площадке, появляется необходимость организации одновременной заливки всего основания для экономии времени.

Виды

Существуют разные варианты конструкции свайно-ростверковых оснований, различающихся по соответствующим признакам:

• Материал ростверка. Бывают деревянные, металлические и железобетонные конструкции. Выбор обычно бывает обусловлен весом и размерами постройки, особенностями климата и прочими внешними причинами.
• Высота конструкции. Различают погруженные в грунт и расположенные на дневной поверхности виды. С точки зрения долговечности и сохранности материалов предпочтительнее внешние конструкции, не имеющие контакта с грунтовой влагой. Погруженные в грунт — только железобетонные варианты, древесина и металл в таких условиях подолгу не служат.

Практика показывает, что погружение бетонной ленты в грунт нецелесообразно. При этом, открытый ростверк образует воздушный холодный зазор под перекрытием первого этажа, что затрудняет подвод коммуникаций и требует устройства специальных гидроизолированных траншей.

Это увеличивает трудозатраты и повышает расход материалов.

Типы свай

Существуют разные конструкции свай:

• Сваи-стойки. Вертикальные опоры, находящиеся в плотном контакте с твердыми слоями грунта. Обеспечивают максимальную устойчивость и несущую способность.
• Висячие сваи. Удерживаются за счет силы трения между боковыми стенками и грунтом, а также за счет уплотненной грунтовой подушки под наконечником. Опоры на твердые слои не имеют. Прочность обеспечивается за счет площади контакта — чем длиннее свая, тем надежнее она установлена. Способны внезапно давать осадку из-за подземных изменений гидрогеологии.

По типу погружения существуют:

• Забивные. Погружаются в грунт с помощью специальных механизмов. Имеют максимальную несущую способность и устойчивость, но создают немалую опасность при погружении для всех построек, расположенных поблизости.
• Литьевые. Эти сваи представляют собой железобетонные отливки, изготовленные непосредственно на площадке. В пробуренную скважину устанавливают арматуру и заливают бетон, получая прочный вертикальный стержень. Удобны для самостоятельного изготовления.
• Винтовые. Специфический вид свай, погружаемых в грунт путем завинчивания (наподобие шурупа). Позволяют самостоятельную установку, не требуют предварительной подготовки или земляных работ.

Материалом для свай могут служить:

• Древесина. Традиционный материал, но сегодня деревянные сваи практически сошли со сцены, уступив место более долговечным и удобным видам.
• Металл. Кроме винтовых свай, специальных конструкций не производится. Используют массивные куски швеллера, рельса, двутавра и т.д. Недостаток металлических свай — электрохимическая коррозия, от которой их практически невозможно защитить.
• Железобетон. Из него делают забивные и набивные сваи, получая прочные и устойчивые к нагрузкам опоры. Является самым распространенным материалом, устойчивым ко всем нагрузкам и практически в 3 раза более долговечным, чем металлические сваи.

Выбор типа свай обусловлен техническими требованиями и условиями строительства. Чаще всего используются забивные или буронабивные железобетонные стержни.

Как рассчитать глубину промерзания

Глубина погружения свай всецело зависит от уровня залегания плотных слоев грунта. Расчетными методами она не определяется.

Необходимо либо пробное бурение, либо погружение эталонной скважины, способные продемонстрировать истинное положение грунтовых слоев.

По результатам пробных работ выводится глубина залегания, которую используют при расчетах.

Расчет ростверка

Расчет ростверка — ответственная и крайне сложная инженерная задача. Все, что может сделать неподготовленный человек самостоятельно — вычислить количество материалов, необходимых для создания той или иной конструкции.

Для полного расчета надо обратиться в специализированную организацию. Как минимум, можно воспользоваться онлайн-калькулятором (лучше несколькими), чтобы получить определенные данные.

Для самостоятельного подсчета количества материалов требуется определить общую длину ростверка. Если планируется деревянный или металлический пояс, эта длина и будет являться нужным количеством материала. С бетонными конструкциями несколько сложнее:

Пример расчета: допустим, имеется дом 6 : 8 с двумя внутренними несущими стенами 6 и 4 м.

Тогда общая длина ростверка:

(6 + 8) · 2 + 6 + 4 = 38 м.

Затем считаем объем. Для этого надо вычислить площадь сечения.

Если лента имеет 40 см в высоту и 30 в длину, площадь сечения составит:

0,4 · 0,3 = 0,12 м 2.

Объем бетона, необходимый для отливки:

0,12 · 38 = 4,56 м3.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!

При выполнении расчетов необходимо использовать одинаковые единицы измерения, иначе полученные значения будут некорректными.

Технология возведения

Порядок действий:

• Подготовка. Площадь участка освобождается от посторонних предметов и растений, производится тщательная разметка. Колышками отмечаются точки установки свай.
• Подготовка скважин. На отмеченных точках производится бурение на заранее определенную глубину. Внутрь скважин сразу закладываются гильзы из пластиковых труб или свернутого рубероида. Собирается и опускается в каждую скважину арматурный каркас.
• Заливка бетона. Полости скважин заполняют бетоном, штыкуют его, удаляя пузырьки воздуха. Залитый бетон выдерживают в течение 20 дней до набора конструкционной прочности.
• Сборка опалубки. Пока застывают скважины, производится тщательная сборка опалубки под заливку ростверка. Обычно используют обрезную доску толщиной 25-40 мм. Щиты собирают и устанавливают в нужном положении, контролируя совпадение по осям и горизонтали. Внутренняя часть застилается полиэтиленом или рубероидом.
• Арматурный пояс. Каркас собирается и устанавливается внутрь опалубки. Арматура, торчащая из скважин, сваривается со стержнями ростверка, образуя единый пояс.
• Заливка ростверка. После затвердения скважин производят заливку ростверка. Используется бетон марок М200 и выше. Заливку выполняют за один раз, без длительных перерывов. После этого раствор штыкуют, накрывают полиэтиленом или мешковиной и выдерживают 28 дней до полного застывания.

Опалубку можно снимать через 10 дней после заливки. По окончании срока выдержки приступают к дальнейшим работам.

Основные ошибки при возведении

Типичными ошибками, которые часто встречаются при строительстве свайно-ростверковых оснований, являются:

• Слабое соединение свай и ростверка, снижающее устойчивость и прочность конструкции.
• Отсутствие воздушного зазора между высоким ростверком и грунтом.
• Увеличенные пролеты между сваями, вызывающие прогиб балок ростверка и появление трещин между основанием и стенами.

Все эти ошибки являются следствием недостатка опыта у строителей или неправильного расчета свайного поля, допустившего слишком большие расстояния между опорами. Все эти недочеты требуют устранения путем усиления соединений, установки дополнительных опор и создания качественного фальш-цоколя.

Работы достаточно сложные и ответственные, но совершенно необходимые, иначе срок службы дома будет значительно уменьшен.

Отзывы владельцев

Рассмотрим свидетельства владельцев домов:

Судя по отзывам, все владельцы получили качественно выполненный фундамент, способный выполнять свои задачи в существующих условиях. Соблюдение технологии и использование качественных материалов — гарантия успеха и долговечности опорной конструкции.

Полезное видео

В данном видео вы узнаете, как произвести монтаж свайно-ростверкового фундамента:

Определение глубины заложения ростверка

Глубина заложения подошвы свайного ростверка назначается от планировочной отметки в зависимости от следующих факторов: наличия подвалов и подземных коммуникаций, возможности пучения грунтов при промерзании, глубины заложения фундамента примыкающих сооружений, размера ростверка и не зависит от геологических условий.

В жилых и общественных зданиях при отсутствии подполья верх ростверка должен быть на 0,1– 0,15м ниже планировочной отметки. При этом в глинистых грунтах под ростверком наружных стен устраивается подсыпка из щебня, шлака или крупнозернистого песка толщиной не менее 0,2м (0,1 м под ростверки внутренних стен), а в песчаных грунтах ростверк укладывается по слою щебня, шлака или тощего бетона толщиной не менее 0,1 м.

В зданиях с подвалом, примыкающими технологическими каналами или приямками глубина заложения подошвы ростверка назначается с таким расчетом, чтобы отметка низа ростверка располагалась на 0,3–0,5м ниже отметки пола подвала, примыкающих заглубленных помещений и коммуникаций, а при отсутствии вблизи ростверков заглубленных помещений верх ростверка назначается от уровня планировочной отметки.

В пучинистых грунтах при назначении глубины заложения ростверка следует учитывать глубину промерзания грунтов так же, как для фундаментов мелкого заложения.

При заложении ростверка в пределах глубины промерзания под ним следует устраивать воздушный зазор величиной не менее 0,2 м.

Высота ростверка назначается согласно расчету на продавливание в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций.

Обычно по конструктивным соображениям высота ростверка hp ≥ h0+ 0,25м, но не менее 30 см (h0 – значение заделки сваи в ростверк, принимаемое не менее 5 см).

Определение несущей способности сваи

Несущая способность свай определяется в соответствии с требованиями СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты. Актуализированная редакция СНиП 2.02.03–85».

Сваи стойки

Несущую способность Fd, кН, забивной сваи, сваи-оболочки, набивной и буровой свай, опирающихся на скальный грунт, а также забивной сваи, опирающейся на малосжимаемый грунт, следует определять по формуле

(3)

где γc – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый γc=1,0;

A – площадь опирания на грунт сваи, м 2 , принимаемая для свай сплошного сечения равной площади поперечного сечения, а для свай полых круглого сечения и свай-оболочек – равной площади поперечного сечения нетто при отсутствии заполнения их полости бетоном и равной площади поперечного сечения брутто при заполнении этой полости бетоном на высоту не менее трех ее диаметров.

Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи-стойки, кПа, следует принимать:

а) для всех видов забивных свай, опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, R = 20 000 кПа;

б) для набивных и буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых прослоек), не менее чем на 0,5 м, по формуле

где Rc,n – нормативное значение предела прочности на одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа.

γg – коэффициент надежности по грунту, принимаемый γg=1,4;

ℓd – расчетная глубина заделки набивной и буровой свай и сваи оболочки в скальный грунт, м;

– наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и сваи-оболочки, м.

ПРИМЕР 4.1. Определить несущую способность забивной квадратной сваи-стойки длиной 5м, сечением 35х35 см, опирающейся на скальный грунт.

Решение. Несущая способность сваи-стойки по грунту Fd определяется по формуле (3). Для забивной сваи-стойки γС =1,0, R = 20000 кПа, A= 0,35·0,35 = 0,1225 м 2 , Fd= 1·20000·0,1225= 2450 кН.

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю с коэффициентом надежностиγk = 1,4, будет

ПРИМЕР 4.2. Определить несущую способность набивной сваи диаметром df = 0,6 м, заделанной в скальный грунт на глубину ℓd = 0,7 м, Rc,n =3500 кПа.

Решение. Расчетное сопротивление грунта R под нижним концом сваи стойки определяем по формуле (4)

R= (3500/ 1,4)·(0,7/ 0,6+1,5)= 7325 кПа.

Площадь опирания сваи на грунт при d=0,5, A=0,2827 м 2 .

Расчетная нагрузка, допускаемая на одиночную сваю, определяется по формуле (1)

Висячие забивные сваи

Несущую способность Fd [кН] висячей забивной сваи, погружаемой без выемки грунта, работающей на сжимающую нагрузку, следует определять как сумму сил расчетных сопротивлений грунтов основания под нижним концом сваи на ее боковой поверхности по формуле

, (5)

где gс – коэффициент условий работы сваи в грунте, принимаемый gс=1,0;

R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.2 [5], табл. Б.1, прил. Б;

А – площадь опирания на грунт сваи, м 2 , принимаемая по площади поперечного сечения сваи брутто или по площади поперечного сечения камуфлетного уширения по его наибольшему диаметру, м 2 ;

u – наружный периметр поперечного сечения сваи, u= 1,2 м;

fi – расчетное сопротивление i–го слоя грунта основания на боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 7.3[5], табл. Б.3, прил. Б;

hi – толщина i–го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м. При определении расчетных сопротивлений грунтов на боковой поверхности свай fi пласты грунтов необходимо расчленять на однородные слои толщиной не более 2 м;

γcr,γcf – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и по боковой поверхности сваи, зависящие от способа ее погружения, определяемые по таблице 7.4 [4], табл. Б.2, прил. Б.

ПРИМЕР 4.3. Определить длину и рассчитать несущую способность забивной призматической сваи для геологических условий, приведенных на рис.1.

Решение. По грунтовым условиям сваю целесообразно заглубить в третий слой (песок средней крупности), т. к. вышележащие слои (супесь пластичная и суглинок текучепластичный) характеризуются низким сопротивлением грунта.

Минимальная длина сваи ℓ должна быть

ℓ= 0,1+0,3+2,0+4,0+1,0=7,4 м,

где 0,1 – заделка сваи в ростверк, м;

0,3, 2,0 и 1,0 – толщины грунтовых слоев, м;

1,0 – минимальное заглубление сваи в несущий слой, м.

Рис.1 к примеру 4.3

Принимаем сваю С8–30 (длина сваи 8 м, сечение 30´30 см), длина острия 0,25м.

Несущая способность забивной висячей сваи определяется по формуле (5). Расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи для песков средней плотности определяется по табл.7.2 [5], табл. Б.1, прил. Б, при расчетной глубине погружения нижнего конца сваи ℓ= 8,45м. Интерполируя между значениями R при глубине погружения 7 м и 10 м, получим R=3845 кПа.

Коэффициенты γc=1,0, γcr=1,0, γcf=1,0 (при погружении сваи дизель-молотом по табл. 7.4 [5]), табл. Б.2, прил. Б.

Площадь опирания сваи на грунт A=0,3·0,3=0,09 м 2 .Наружний периметр поперечного сечения свай u=0,3·4=1,2 м.

Расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности сваи fi определяется в зависимости от средней глубины расположения слоя z и консистенции грунта (показателя текучести) IL по табл. 7.3 [5], табл. Б.3, прил. Б.

Для этого каждый слой (пласт) грунта делим на слои высотой не более 2 м и определяем расстояние от природного рельефа NL до середины рассматриваемого слоя.

Под подошвой ростверка залегает супесь пластичная мощностью 2м.

Следующий пласт–суглинок текучепластичный мощностью 4 м. Согласно вышеизложенному, разбиваем этот пласт на два слоя по 2 м.

При определении расчетного сопротивления на боковой поверхности забивных свай по табл. 7,3 [5], табл. Б.3, прил. Б необходимо обращать внимание на примечания к этой таблице.

Сопротивление трению по боковой поверхности сваи f1 в пластичной супеси (IL=0,5) на глубине

Сопротивление трению f2 в суглинке текучепластичном на глубине

Сопротивление трению f4 в песке средней крупности и плотности на глубине

Несущая способность сваи

Висячие набивные сваи

Несущая способность Fd, кН, набивной и буровой свай с уширением и без уширения, работающих на сжимающую нагрузку, следует определять в соответствии с п.7.2 [5] по формуле

, (6)

где γc – коэффициент условий работы сваи, принимаемый при опирании сваи на глинистые грунты со степенью влажности Src=0,8, в остальных случаях γc=1;

γcr – коэффициент условий работы грунта под нижним концом набивной сваи, равный γcr=1,0; для сваи с уширенной пятой, бетонируемой подводным способом, γcr=0,9;

R– расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое в соответствии с указанием п. 7.2 [5];

A – площадь опирания сваи, м 2 ;

u – периметр ствола сваи, м;

γcf – коэффициент условий работы грунта, принимаемый по таблице 7.6 [5] в зависимости от способа изготовления ствола и скважины и вида грунта;

fi – расчетное сопротивление i–го слоя грунта по боковой поверхности набивной сваи, кПа, принимаемое по табл. 7.3 [5];

hi – толщина i–го слоя грунта, соприкасающегося со сваей, м.

ПРИМЕР 4.4. Определить несущую способность буронабивной сваи длиной 7 м; диаметром 1 м. Геологические условия приведены на рис.2.

Рис.2 к примеру 4.4

Несущая способность буронабивной сваи по грунту определяется по формуле (6). Коэффициенты γc=γcr=1,0. Свая нижним концом опирается на песок средней крупности и плотности, поэтому в соответствии с п.7.2.7 [5] расчетное сопротивление R определяется по формуле

(7)

где – безразмерные коэффициенты, принимаемые по табл.7.7 [5], в зависимости от расчетного значения угла внутреннего трения грунта основания α1=71,3 при φ=35°,

α2=127; при h/d=8/1=8 (h – глубина заложения, м, нижнего конца сваи или ее уширения, отсчитываемое от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой),d – диаметр сваи);

γ´I – расчетное значение удельного веса грунта, кН/м 3 , в основании сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды) γ´I=16,0 кН/м 3 ;

γI – осредненное (по слоям) расчетное значение удельного веса грунтов, кН/м 3 , расположенных выше нижнего конца сваи (при водонасыщенных грунтах с учетом взвешивающего действия воды)

d – диаметр, м, набивной и буровой свай, диаметр уширения (для сваи с уширением), сваи-оболочки или диаметр скважины для сваи-столба, омоноличенного в грунте цементно-песчаным раствором;

h – глубина заложения, м, нижнего конца сваи или ее уширения, отсчитываемая от природного рельефа или уровня планировки (при планировке срезкой).

R= 0,75·0,237·(71,3·16,8·1+127·0,764·18,1·8)= 2404,75 кН/м 2 .

Площадь опирания сваи на грунт

A=π·d 2 /4 = 3,14·1 2 /4 = 0,785 м 2 .

Периметр сваи u=2·π·r =2·3,14·0,5= 3,14 м.

Коэффициент γcf определяется по табл. 5[4]:

для суглинка – γcf =0,7;

Разбиваем пласты грунта на однородные слои мощностью не более 2 м и определяем соответствующие значения fi:

для песка средней крупности при z4=7,5 м f4=61 кПа.

Определяем несущую способность сваи по формуле (6).

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю, определяется по формуле (1)

N ≤ Fd / γk = 2349,3 /1,4 = 1678,1 кН.

ПРИМЕР 4.5. Определить несущую способность буронабивной сваи с уширенной пятой. Длина сваи 9 м, диаметр ствола 0,8 м, диаметр уширения 1,5 м. Грунтовые условия приведены на рис.3.

Несущая способность буронабивной сваи с уширением по грунту определяется по формуле (6).

γc– коэффициент условий работы сваи равен, Ic= 1,0;

γcr – коэффициент условий работы для сваи с уширением, бетонируемым подводным способом, равен γcr= 0,9;

R– расчетное сопротивление под нижним концом сваи принимаем в глинистых грунтах согласно п.4.7б по табл.7[4] при h=10 м и IL=0,5 R=700 кПа;

Рис.3 к примеру 5.5

A– площадь опирания при d у = 1,5 м,

A= 3,14·1,5 2 /4 = 1,77 м 2 ;

u – периметр ствола сваи при d= 0,8 м,

u= 2·π·r= 2·3,14·0,4= 2,51 м;

γcf – коэфициент условий работы грунта по боковой поверхности свай, принимаем по табл.5[4]:

для суглинка – γcf = 0,7;

выше WL – γcf = 0,7; ниже WL – γcf = 0,6.

Для определения сопротивления грунта по боковой поверхности разбиваем ствол сваи по длине на слои (в пределах однородного слоя грунта) мощностью 2 м (Рис.3).

Несущая способность сваи

Расчетная нагрузка, допускаемая на сваю

N ≤ Fd / γk = 1311,98 /1,4 = 937,1 кН.

5. Определение числа свай и размещение их в плане ростверка

Ориентировочно количество свай в кусте определяется по формуле

, (8)

где γk– коэффициент надежности, γk= 0,8÷1,4 (при определении несущей способности сваи расчетом γk= 1,4 [5]);

N0I – расчетная нагрузка, передаваемая на фундамент, кН;

Fd – несущая способность сваи, кН;

А´– площадь ростверка, приходящаяся на одну сваю, принимаемая равной 0,9÷1,2 м 2 ;

γk– усредненный удельный вес ростверка и грунта на его уступах, принимаемый равным 20 кН/м 3 .

Если количество свай в кусте n, рассчитанное по формуле (8), не превышает 8–10 шт., то проектируют ростверк. Если же n больше 10, то необходимо увеличить сечение сваи или их длину. При этом длину забивных свай не рекомендуется принимать более 10–12 м в связи со сложностью забивки их на большую глубину.

Минимальное расстояние а между осями висячих свай должно быть a ≥3d, где d – диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи. Для свай стоек а ≥1,5d.

Расстояние в свету между стволами буровых, набивных свай и свай столбов должно быть не менее 1 м.

Расстояние в свету между уширениями при устройстве их в твердых и полутвердых пылевато-глинистых грунтах –0,5 м, в других нескальных грунтах –1 м.

Ориентировочно расстояние от края ростверка до внешней стороны вертикально нагруженной сваи при свободной заделке ее в ростверк принимается при размещении свай: однорядном – не менее 0,2d+5 см; двух– и трехрядном 0,3d+5 см и при большем количестве рядов 0,4d+5 см (d – диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи, см). По конструктивным соображениям высота ростверка должна быть равна ho+0,25 м, но не менее 0,3 м (ho– величина заделки сваи, м).

Количество свай на погонный метр ленточного фундамента определяется по формуле

, (9)

где γk– коэффициент надежности, γk= 0,8÷1,4 (при определении несущей способности сваи расчетом γk= 1,4 [5];

N0I – расчетная нагрузка на 1 м погонный стены, кН;

Fd– несущая способность сваи, кН;

А´– площадь ростверка, приходящаяся на одну сваю, принимаемая равной 0,9÷1,2 м 2 ;

γk – усредненный удельный вес ростверка и грунта на его уступах, принимаемый равным 20 кН/м 3 .

Шаг свай в ленточном ростверке определяется по формуле

После определения размеров ростверка уточняют фактическую нагрузку на сваю и при необходимости корректируют параметры свайного фундамента.

При этом должны соблюдаться условия:

– при центральном загружении и (10)

(11)

– при внецентренном загружении,

где Nd – суммарная расчетная нагрузка на уровне низа фундамента, кН,

Nd – нагрузка на уровне обреза фундамента, кН;

Gp – вес ростверка, кН;

Gг – вес грунта на уступах ростверка, кН;

n – количество свай;

Fd – несущая способность сваи, кН;

Mx,My – моменты относительно осей X и Y плана свай в плоскости подошвы свайного ростверка;

xi,yi – расстояние от осей ростверка до оси каждой сваи, м;

x,y – расстояние от осей ростверка до оси сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

При действии момента только в одном направлении формула прев­ращается в двухчленную, и зависит от расположения эскиза.

При проектировании ростверков необходимо стремиться к тому, чтобы нагрузка F, допускаемая на сваю, была равна расчетной нагрузке на сваю или недогрузка не превышала на 5–10%. При внецентренном загружении допускается, чтобы расчетная нагрузка на сваю, определяемая по формуле (11), превышала нагрузку, допускаемую на сваю F, на 20%.

ПРИМЕР 5.1. Определить число свай сечением 30´30 см.

Несущая способность сваи Fd= 880 кН. Расчетная нагрузка на фундамент: N=2400 кН. Высота ростверка 1,3 м.

Решение. Число свай равно

n= 2400/(880/1,4-1,0∙1,3∙20) = 3,98.

Принимаем 4 шт., округляя в большую сторону.

Размер ростверка определяется из следующих условий: расстояние между осями свай 3d=3·0,3=0,9 м, свес ростверка 14 см, принимаем 15 см (рис.4).

Рис.4 к примеру 5.1

Суммарную нагрузку Nd на уровне низа фундамента, от веса ростверка и грунта над ним и с усредненным удельным весом железобетона и грунта γср=20 кН/м 3 , определяем по формуле (12)

Нагрузка на одну сваю

F= 880/1,4 =628,6 кН.

Сравнивая NФ=614,9 кН и F=628 кН, видим, что недогрузка сваи 2,2% в допустимых пределах, т.е. меньше 10%.

ПРИМЕР 5.2. Определить число свай сечением 40´40 см под ленточный ростверк.

Нагрузка на 1 м погонный стены N=356 кН/м.

Несущая способность одной сваи Fd=350 кН.

Решение. Число свай

n= 356/(350/1,4-0,9∙1,3∙20)=1,57≈1,6 свай (две сваи на 1м пог. метр принимать нерационально).

Шаг свай ℓш= = (350/1,4-0,9∙1,3∙20) /356=0,63 м.

Принимая расстояние между осями свай не менее 3d = 3·0,4 = 1,2 м, сваи расставляем в шахматном порядке, как показано на рис.5.

Рис.5 к примеру 5.2

ℓ= = 1,0 м.

Ширина ростверка ℓp=ℓ+2·0,2= 1,0+0,4= 1,4 м.

Пример 5.3. Запроектировать ростверк под колонну.

Несущая способность сваи сечением 40´40, длиной 6 м – Fd=440 кН. Высота ростверка 1,4 м. Расчетная нагрузка на фундамент N0I=4100 кН. MX0I=700 кН∙м.

Решение. Число свай в ростверке определяется по формуле (8)

n= 4100/(440/1,4-1,0∙1,4∙20)= 14,3.

С целью уменьшения числа свай в ростверке увеличим их длину до 11 м. Несущая способность таких свай Fd=1260 кН.

n= 4100/(1260/1,4-1,0∙1,4∙20) = 4,7≈5 свай.

Размеры ростверка определяются из следующих условий: минимальное расстояние между осями свай 3d=3∙0,4=1,2 м, свес ростверка 20 см (Рис.6).

ℓ= = 1,7 м

Рис.6 к примеру 5.3

Суммарная нагрузка в уровне подошвы ростверка Nd=4100+2,5·2,5·1,4·20=4275,0 кН.

Расчетная фактическая нагрузка на сваю определяется по формуле (10)

NФ= 4275,0/5 ± (700·0,85)/(0,85 2 ·4) =867,3±137,2=1060,9 кН.

NФ=1060,9 кН. = 1,2∙1260/1,4=1080 кН.

Недогрузка крайних свай 1,8% в допустимых пределах, т. е. меньше 10%.

Определение глубины заложения ростверка

Глубина заложения подошвы свайного ростверка назначается от планировочной отметки в зависимости от следующих факторов: наличия подвалов и подземных коммуникаций, возможности пучения грунтов при промерзании, глубины заложения фундамента примыкающих сооружений, размера ростверка и не зависит от геологических условий.

В жилых и общественных зданиях при отсутствии подполья верх ростверка должен быть на 0,1– 0,15м ниже планировочной отметки. При этом в глинистых грунтах под ростверком наружных стен устраивается подсыпка из щебня, шлака или крупнозернистого песка толщиной не менее 0,2м (0,1 м под ростверки внутренних стен), а в песчаных грунтах ростверк укладывается по слою щебня, шлака или тощего бетона толщиной не менее 0,1 м.

В зданиях с подвалом, примыкающими технологическими каналами или приямками глубина заложения подошвы ростверка назначается с таким расчетом, чтобы отметка низа ростверка располагалась на 0,3–0,5м ниже отметки пола подвала, примыкающих заглубленных помещений и коммуникаций, а при отсутствии вблизи ростверков заглубленных помещений верх ростверка назначается от уровня планировочной отметки.

В пучинистых грунтах при назначении глубины заложения ростверка следует учитывать глубину промерзания грунтов так же, как для фундаментов мелкого заложения.

При заложении ростверка в пределах глубины промерзания под ним следует устраивать воздушный зазор величиной не менее 0,2 м.

Высота ростверка назначается согласно расчету на продавливание в соответствии с требованиями норм проектирования железобетонных конструкций.

Обычно по конструктивным соображениям высота ростверка hp ≥ h0+ 0,25м, но не менее 30 см (h0 – значение заделки сваи в ростверк, принимаемое не менее 5 см).