Боковая несущая способность буронабивной сваи. Детальный расчет фундамента на буронабивных сваях

Фундаменты являются крайне ответственной частью любого здания. Появятся ли трещины на стенах, будет ли дом проседать со временем - все это зависит от того, насколько грамотно подобраны размеры и материалы для опорной части. Чтобы правильно запроектировать буронабивной свайно-ростверковый фундамент, потребуется выполнить его расчет по несущей способности.

Несущая способность фундамента - это нагрузка, которую он сможет выдержать без разрушений, деформаций или других неприятных процессов. При конструировании буронабивного основания потребуется выяснить следующую информацию:

сечение элемента;
длина;
расстояние между отдельными сваями.

Расчет свай по несущей способности часто выполняется с заранее известным сечением фундамента. Эта характеристика зависит от имеющейся в наличии техники. В качестве исходных данных необходимо подготовить:

состав грунтов на участке;
сбор нагрузок на опору дома.

Сбор исходных данных для расчета

Перед тем, как рассчитать буронабивной свайно-ростверковый фундамент, потребуется изучить свойства почвы на участке строительства. Выполнить это можно двумя методами: отрывка шурфов (глубоких ям) или бурение ручным инструментом. Изучение почвы проводят чуть глубже предполагаемой подошвы (примерно на 50 см). При выполнении работ необходимо анализировать каждый плат грунта, определять его тип.

Чтобы получить представление о том, какие бывают грунты, как правильно их различать, рекомендуется прочитать . Особого внимания заслуживает приложение А, в котором даны основные определения.

Следующий этап расчета буронабивной сваи и ростверка - сбор нагрузок. Его проще выполнять в тоннах. Для его выполнения потребуется знать объемы строительных конструкций и плотности материалов, из которых они изготовлены. Чтобы подсчитать массу здания нужно вспомнить простую формулу из школьной физики: «Массу мы легко найдем, умножив плотность на объем». В сбор нагрузок на фундаменты включают:

собственную массу опорной части (назначают ориентировочно);
массу перекрытий, стен, перегородок (проемы из общего объема лучше не вычитать);
полезную нагрузку на перекрытия (для жилых зданий эта нагрузка назначается 150 кг/м 2 пола, берется на каждом этаже);
массу кровли;
снеговую нагрузку (зависит от климатического района строительства, расчет выполняется по ).

Совет! Для упрощения задачи снеговую нагрузку можно назначать по специальной карте или таблице. То есть без выполнения сложного расчета.

Найденную массу каждого элемента нужно умножить на коэффициент надежности по нагрузке. Величина этого коэффициента зависит от материала, из которого изготовлена конструкция. Для снеговой и полезной нагрузок коэффициенты постоянны и составляют 1,4 и 1,2 соответственно.

Более подробную информацию о сборе нагрузок на фундаменты можно найти в статье « .

Справочная информация

Чтобы правильно рассчитать буронабивной свайный фундамент потребуется знать прочностные характеристики грунта. Информацию об этом можно найти в ВСН 5-71. Для удобства далее представлены адаптированные таблицы из этого документа отдельно по каждому типу почв.

Таблица 1. Несущая способность глинистых грунтов в зависимости от консистенции и пористости на опорном участке сваи, т/м 2 .

Таблица 2. Несущая способность глинистых грунтов по длине буронабивной сваи, т/м 2 .

Таблица 3. Несущая способность песчаных грунтов, т/м 2 .

Таблица 4. Несущая способность крупнообломочных грунтов, т/м 2 .

Чтобы выполнить расчет сечения и расстояния между сваями необходимо выбрать одно или два (для глин) значения из приведенных в таблице в зависимости от результатов отрывки шурфов или бурения.

Порядок расчета

После внимательного изучения всех предыдущих пунктов для расчета свайно-ростверкового фундамента должна иметься следующая информация:

масса дома в тоннах и нагрузка на каждый погонный метр ростверка;
несущая способность грунта в тоннах на м 2 .

Чтобы найти нагрузку на погонный метр фундамента, нужно массу дома поделить на суммарную длину ростверка.

Несущая способность одной сваи находится по формуле:

P = (0,7*R*S) + (u*0,8*fin*li), где

P - несущая способность каждой сваи фундамента;

R - прочность грунта, найденная по табл. 1, 3 или 4;

S - площадь сечения сваи на конце (формула для нахождения приведена далее);

u - периметр сваи;

fin - сопротивление почвы на боковой поверхности буронабивного свайного фундамента, найденное по табл. 2;

li - толщина слоя грунта, который оказывает сопротивление боковой поверхности;

0,7 и 0,8 - коэффициенты, которые учитывают однородность грунта и условия работы сваи.

Для сваи круглого сечения площадь находится через диаметр или радиус: S = 3,14*D 2 /4 = 3,14*r 2 /2. Здесь D и r - это диаметр и радиус соответственно.

l - расстояние между сваями буронабивного фундамента;

P - несущая способность одной сваи, найденная ранее;

Q -нагрузка на погонный метр фундамента (масса дома делить на длину ростверка).

Совет! Перед началом расчета необходимо ознакомиться с . Минимальный диаметр свайного основания при длине элемента менее 3 метров составляет 30 см. Чтобы найти наиболее рациональное решение рекомендуется рассмотреть 2-3 варианта геометрических размеров свай. Для каждого случая находят расстояние между опорами и оценивают затраты на строительство. Выбирают наиболее экономичный вариант.

Подробный расчет расстояния между сваями с рассмотрением нескольких примеров может занять много времени. Но здесь перед будущим владельцем дома стоит выбор, что экономить: время или деньги.

Армирование буронабивной сваи

Рабочая арматура располагается вертикально вдоль сваи. В качестве нее используют пруты класса А400 (Аlll) диаметром 10-16 мм. Поперечную обвязку изготавливают из гладкой арматуры А240 (Al) диаметром 6-8 мм. В каждой свае должно быть не менее четырех рабочих вертикальных прутка.

Расчет ростверка

Расчет ростверка свайного фундамента выполняется примерно так же, как и вычисления для ленточного типа опорной части дома. Чтобы рассчитать ширину ленты потребуется воспользоваться формулой:

В = М/L*R, где

B - необходимая ширина ростверка;

М - масса дома (за вычетом массы свай);

L - длина ростверка;

R - несущая способность грунта (слоя у поверхности).

Этот расчет подойдет для ленты, расположенной непосредственно на земле или с небольшим заглублением. Для висячего ростверка расчет будет более сложным, выполнять его самостоятельно проблематично.

Армирование ростверка

Подобрав ширину ростверка буронабивного фундамента, необходимо грамотно его армировать. Можно использовать требования к стальным стержням из .

В качестве материала для армирования выбирают пруты класса А400 (Alll). Максимально допустимый диаметр рабочих прутов - 40 мм. Минимальные значения приведены в таблице.

Пример расчета свайного буронабивного фундамента

Исходные данные для расчета:

одноэтажный кирпичный дом с мансардой, толщина стены 380 мм;
размеры в плане 7 на 9 метров, внутренних несущих стен нет (только перегородки), высота этажа 3 м;
кровля стропильная мансардная с покрытием из металлочерепицы;
грунты на участке - полутвердая глина с коэффициентом пористости 0,6, залегает на 3 м, R = 72 т/м2, fin = 3,5 т/м2 (взято значение для глубины 1 м).

Сбор нагрузок удобнее выполнять в табличной форме. Необходимо не забывать коэффициенты по надежности.

Ростверк предварительно принимаем шириной 0,4 м и высотой 0,5 м. Длина буронабивной сваи предварительно - 3 м, сечение диаметром 40 см, устанавливаются с шагом 1,5 м.

Количество свай = 32 м (L, длина ростверка)/1,5 м (шаг свай) +1 = 22 шт. (округляем до целых в меньшую сторону). S = 3,14*0,42/4 (формула площади через диаметр, см. ранее) = 0,126 м 2 .

Масса ростверка: 0,4м *0,5 м *32 м (длина) *2500 кг/м3 (плотность ж/б)* 1,3 (коэффициент) = 20800 кг.

Масса свай: 22 шт.*3 м *0,126 м2 *2500 кг/м 3 *1,3 = 27030 кг.

Суммарная масса всего дома = 235830 кг = 236 т.

Нагрузка на погонный метр = Q = 236 т/32 м = 7,36 т/м.

Расчет свай

Вариант расчета сваи 1.

Несущая способность одной сваи = P = (0,7*R*S) + (u*0,8*fin*li) = (0,7*72 т/м2*0,126 м2) + (1,26 м*0,8 *3,5 т/м 2 *3 м (длина сваи)) = 16,93 т.

u = 3,14*D = 3,14*0,4 = 1,26 м, где D - диаметр сваи.

Расстояние между сваями = l = P/Q = (16,93 т)/(7,36 т/м) = 2,3 м. Шаг достаточно большой, можно уменьшить длину сваи до 2м.

Вариант расчета сваи 2.

В расчетах для предыдущего случая требуется заменить всего одно значение. Несущая способность одной сваи = P = (0,7*R*S) + (u*0,8*fin*li) = (0,7*72 т/м 2 *0,126 м2) + (1,26 м*0,8 *3,5 т/м 2 *2 м (длина сваи)) = 13,41 т.

Расстояние между сваями = l = P/Q = (13,41 т)/(7,36 т/м) = 1,82 м.

Вариант расчета сваи 3.

Рассмотрим еще один вариант с диаметром сваи 50 см и длиной 2 м.

S = 3,14*0,52/4 = 0,196 м 2 ;

u = 3,14*D = 3,14*0,5 = 1,57 м.

Максимальное нагружение одной сваи = P = (0,7*72 т/м2*0,196 м 2) + (1,57 м*0,8 *3,5 т/м 2 *2 м (длина сваи)) = 18,67 т.

Расстояние между опорами = l = P/Q = (18,67 т)/(7,36 т/м) = 2,54 м.

Рекомендуется выбирать шаг свай приближенный к 2 м. В рассматриваемом случае оптимальным станет 2 вариант с фундаментами небольшого сечения и длины. Для более точного результата можно рассчитать расход материала во всех случаях и сравнить его.

Поскольку планируется строительство тяжелого кирпичного дома, в качестве рабочего армирования назначаем пруты побольше, диаметром 14 мм. Для изготовления поперечных хомутов используется арматура 8 мм.

Расчет железобетонного ростверка
Из массы дома, использованной при предыдущих вычислениях, необходимо вычесть массу свай. Получаем нагрузку в 208800 кг = 209 т.

Ширина ростверка = В = М/L*R = 209 т/ (32 м*72 т/м 2) = 0,1 м. Требуемая ширина ростверка меньше ширины стены здания. Назначаем величину конструктивно 0,4 м. Свесы стены с ростверка не должны быть слишком большими, максимальное значение 0,04м. Высоту ростверка также выбираем конструктивно 0,5 м. Остается назначить армирование:

Рабочее принимается 0,001*0,6 м *0,5 м = 0,0003 м2 = 3 см 2 . По сортаменту подходят 4 стержня диаметром 10 мм, но по требованиям СП минимальное значение при длине стороны ростверка 6 м - 12 мм. Принимаем 4 прута диаметром 12 мм (два сверху и два снизу).
Поперечное армирование диаметром 6 мм.
Вертикальное армирование диаметром 6 мм (поскольку высота ленты менее 0,8 м).

Выполнение расчета позволит оптимально использовать материалы и рабочую силу на строительной площадке.

Как выглядит расчет буронабивных свай с ростверком? Вместе с читателем мы изучим основные этапы проектирования фундамента частного дома.

Кроме того, в рамках статьи будут затронуты терминология и некоторые аспекты технологии строительства.

Устройство фундамента на буронабивных сваях.

Почему сваи

Для начала давайте разберемся, когда стоит остановить свой выбор именно на буронабивных сваях.

В общем случае свайный фундамент обходится на 20-50% дешевле ленточного и в разы дешевле плитного. При этом благодаря значительному заглублению сваи опираются на плотные слои грунта ниже уровня промерзания.

Уточнение: на торфяных и песчаных почвах расстояние от поверхности до плотного основания может составлять до 8-10 метров.

В таких случаях с учетом затрат на материалы и бурение более осмысленное решение - плавающий плитный фундамент.

От основной альтернативы - винтовых свай для фундамента - буронабивные выгодно отличаются большей долговечностью. Даже будучи оцинкованной, стальная труба не полностью защищена от коррозии: при вкручивании цинковый слой неизбежно нарушается; именно поэтому срок службы винтового фундамента обычно оценивается в 50-70 лет. Впрочем, заполнение полой трубы бетоном способно заметно увеличить ее ресурс.

Технологии

Классический алгоритм создания буронабивной сваи прост и понятен:

На глубину ниже уровня промерзания бурится скважина. Для этого может использоваться ручной или механический бур.

Бурение скважины под свайный фундамент.

В нее погружается свернутый в трубу рубероид.
Внутрь трубы помещается арматурный каркас.
Затем полость заполняется жидким бетоном марки М200 или выше.
После застывания и набора бетоном прочности мы получаем готовую опору с уже присутствующим слоем гидроизоляции (рубероид остался в грунте, помните?). Осталось лишь связать опоры ростверком (как правило, железобетонным) - и фундамент готов.

Однако потенциальному самостоятельному строителю полезно знать ряд тонкостей и альтернативных технологий.

Устройство буронабивных свай раскатчиком позволяет создать вокруг каждой опоры слой уплотненного грунта и тем самым увеличить и устойчивость фундамента, и его несущую способность. Суть метода - в том, что при бурении грунт не вынимается из скважины, а уплотняется в ней.
Минимальное расстояние между буронабивными сваями в свету (то есть между ближними друг к другу точками поверхности соседних опор) в общем случае не должно быть менее одного метра. При бурении скважин ближе друг к другу возможна их деформация. Исключение - скальные грунты и заливка элементов фундамента внутри обсадной трубы из стали, асбестоцемента и т.д.

Асбестоцементная обсадная труба предотвратит осыпание стенок скважин.

В общем случае ростверк отделяет от поверхности грунта расстояние как минимум в 100 - 150 миллиметров. Оно необходимо, чтобы избежать влияния пучения грунта.

Однако ростверк может быть и заглубленным: в этом случае под ним засыпается песчаная подушка. Ее толщина определяется особенностями почвы на участке; однако при любом грунте она не должны быть тоньше 100 миллиметров.

На сыпучих и непрочных грунтах использование жестких обсадных труб предпочтительно. Осыпавшаяся стенка скважины будет означать значительное падение несущей способности участка фундамента. Из возможных решений минимальна цена картонных труб; однако асбестоцемент куда более долговечен и заодно обеспечит полноценную гидроизоляцию бетона.

Что именно нуждается в расчетах?

Сечение свай.
Их количество.
Толщина и количество арматуры в каждой свае.

Армирование

Начнем с последнего пункта.

Расчет армирования буронабивной сваи, применяемый при строительство промышленных объектов и многоквартирных домов, достаточно сложен и учитывает как нагрузку на сваю, так и тип грунта, и степень его подвижности.

Однако частное домостроение подразумевает умеренную нагрузку на отдельную опору и, что важнее, ее сравнительно небольшую длину. Если при строительстве промышленных объектов можно встретить сваи диаметром в метр и более при длине 50-60 метров, то в нашем случае длина редко превышает 2,5-3 метра, а диаметр - 35 сантиметров.

Частное домостроение - это умеренная нагрузка на фундамент при его скромных габаритах.

Основные нагрузки опора, понятное дело, испытывает на сжатие; между тем продольная арматура противостоит совсем другим нагрузкам - на излом и срезающим.

Именно поэтому при самостоятельной подготовке свайного фундамента достаточно придерживаться нескольких простых правил:

Общая длина арматурного каркаса должна уступать длине сваи не более чем на 10 сантиметров.
Через каждые 70 сантиметров продольная арматура перевязывается горизонтальными перемычками. Для соединения можно использовать как сварку, так и вязальную проволоку.
В общем случае достаточно трех прутков рифленой арматуры диаметром 14 миллиметров или четырех 12-миллиметровых. Поперечные перемычки выполняются из гладкой арматуры сечением 6-8 миллиметров.

Устройство арматурного каркаса хорошо видно на фото.

Важный момент: арматурный каркас должен отстоять от внешней поверхности сваи как минимум на 3 сантиметра.

Слой бетона защищает сталь от коррозии.

Масса дома

От чего зависит минимально необходимое количество свай?

От несущей способности одной опоры. Она, в свою очередь, определяется сечением площади опоры и несущей способностью грунта.
От массы здания.

Как выяснить, сколько весит дом?

Инструкция по расчету должна быть довольно сложной, ведь предстоит учесть немало факторов:

Массу несущих стен и внутренних перегородок;
Массу перекрытий, утепления и кровли;
Количество домашней утвари, которое, к сожалению, подчиняется собственным законам и нарастает буквально лавинообразно;
Снеговую нагрузку, которая, в свою очередь, зависит от климата;
Запас прочности на неоднородности грунта и прочие неучтенные факторы.

На практике, однако, можно сильно упростить себе задачу. Для сбалансированных конструкций приблизительно оценить массу строения без коэффициента прочности можно, умножив массу несущих стен на 2: вес перекрытий, кровли, мебели, обитателей дома и снеговой шапки в пике примерно равен весу внешних стен.

Важный момент: для каркасных строений и домов из sip-панелей стоит использовать коэффициент 3.

Стены этих сооружений обладают большой несущей способностью при довольно незначительной собственной массе.

Полученный примерный результат умножается на коэффициент 1,3 для того, чтобы обеспечить гарантированный запас прочности.

Для расчета недостает лишь справочной информации о плотности популярных строительных материалов.

Приведем несколько значений:

Известняк средней плотности - 1600 кг/м3.
Полнотелый кирпич - 1800 кг/м3.
Тяжелый бетон - 2400 кг/м3.
Пенобетон - 300 - 1400 кг/м3 в зависимости от марки.
Поризованный кирпич - 1200-1400 кг/м3.
Сосновый брус - 500 кг/м3.
Пенополистирол - 45 - 150 кг/м3.

Параметры некоторых строительных материалов.

Давайте в качестве примера попробуем оценить нагрузку на сваи, которую создаст дом из соснового бруса с толщиной стен, равной 25 сантиметрам. К массе бруса нам придется прибавить вес железобетонного ростверка сечением 35 (ширина) на 30 (высота) сантиметров.

Дом - одноэтажный, с высотой стен 3,5 метра и размером 10*10 метров.

Объем ростверка будет равным (10+10+10+10)*0,35*0,3=4,2 м3. Масса - 4,2*2400=10080 кг.
Объем стен равен (10+10+10+10)*3,5*0,25=35 м3. Весят они 35*500=17500 кг.
Для дома с деревянными перекрытиями можно смело использовать коэффициент 2. Ориентировочная масса дома может быть оценена как (10080+17500)*2=55160 кг.
С учетом запаса прочности несущая способность свайного фундамента должна быть не менее 55160*1,3=71708 кг.

Прочность сваи

Несущая способность опоры определяется двумя факторами:

Ее механической прочностью по отношению к нагрузке на сжатие.
Несущей способностью грунта.

В абсолютном большинстве случаев первым параметром можно пренебречь - просто потому, что прочность железобетона многократно превышает несущую способность почвы. Давайте, однако, перестрахуемся и выполним несложный расчет.

Прочность бетона марки М200 позволяет ему выдержать нагрузку в 200 кг/см2. При диаметре сваи в 30 сантиметров площадь ее сечения будет равна 3,14159265*0,15м^2=0,0707м2, или 707 квадратных сантиметров.

Стало быть, разрушающая нагрузка на сжатие будет не менее 707*200=141400 кг. Одна свая способна с двухкратным запасом принять всю массу нашего здания!

Не стоит забывать: бетон набирает прочность, близкую к максимальной, примерно за месяц. Лишь по прошествии этого срока можно продолжать строительство.

Несущая способность грунта

Чтобы выполнить расчет буронабивной сваи, нам опять-таки понадобится справочная информация.

Ниже приведены расчетные нагрузки в килограммах на квадратный сантиметр грунта, не приводящий к его просадке.

Крупные и гравелистые пески - плотные 4,5, средние - 3,5.
Средние пески - плотные 3,5, средние 2,5.
Мелкие пески при низкой влажности - плотные 3,0, средние 2,0.
Насыщенные водой мелкие пески - плотные 3,5, средние 2,5.
Твердые глины - плотные 6,0, средние 3,0.
Пластичные глины - плотные 3,0, средние 1,0.
Крупнообломочные грунты, щебень, гравий, галька - плотные 6,0, средние 5,0.

Давайте в качестве примера рассчитаем максимальную нагрузку на буронабивную сваю диаметром 30 сантиметров на плотном влажном мелком песке. Площадь опоры нами уже рассчитана и равна 707 см2. Несущая способность грунта в нашем случае берется равной 3,5 кгс/см2. Стало быть, на одну опору должно приходиться не более 3,5*707=2474, 5 килограмма.

Капитан Очевидность подсказывает: опоры конического сечения с расширением книзу позволяют при меньшем расходе бетона увеличить площадь опоры и ее несущую способность.

В приведенном выше случае увеличение сечения нижней части сваи всего на 10 сантиметров сделает ее несущую способность равной 4396 килограммам; соответственно, общее количество свай можно будет уменьшить в полтора с лишним раза.

Несущая способность опоры зависит от типа грунта и площади ее подошвы.

Расчет количества свай

Его методика очевидна: достаточно просто разделить предполагаемую массу здания с учетом запаса прочности на несущую способность каждой опоры. В нашем случае при использовании свай сечением 30 см с расширением внизу до 40 см необходимо как минимум 71708/4396=16 свай.

При выборе количества опор и их сечения стоит учитывать еще один фактор: на опоры должны приходиться все углы здания и точки соединения внутренних перемычек. Если 16 точек опоры недостаточно для того, чтобы обезопасить ростверк от значительных изгибающих нагрузок - количество свай может быть увеличено.

Сваи располагаются во всех углах внешних стен и под массивными перегородками.

Необходимое сечение при этом рассчитывается методом, так сказать, от обратного. Предположим, что конфигурация стен дома нуждается как минимум в 24 точках опоры.

Расчетная несущая способность каждой сваи должна быть не менее 71708/24=2987 кг.
На нашем грунте опорная поверхность каждой сваи будет равной как минимум 2987/3,5=853 см2.
Радиус основания сваи будет равен квадратному корню из (853/3,14159265), то есть 16,5 сантиметрам. Диаметр - 16,5*2=33 см. При этом выше основания диаметр может быть значительно меньше: как мы уже выяснили, прочность железобетона заведомо избыточна.

Приблизительный расчет свайного фундамента не представляет особых сложностей даже для человека, далекого от строительства. Все, что для него необходимо - здравый смысл, знание основ геометрии и немного справочной информации о свойствах грунтов и стройматериалов.

Пример расчета буронабивных свай: видео-инструкция по монтажу своими руками, минимальное расстояние между опорами, цена, фото, Профессиональный фундамент своими руками

Пример расчета буронабивных свай: видео-инструкция по монтажу своими руками, минимальное расстояние между опорами, цена, фото

ПСК «Основания и фундаменты» принимает заказы на любые буровые работы и на устройство фундаментов всех типов.

В числе наших услуг – расчет и устройство буронабивных свай.

Какие параметры определяет расчет буронабивной сваи

Одно из самых популярных оснований под дом – буронабивные сваи.

Рассчитать буронабивной фундамент – это значит определить необходимое число свай, шаг монтажа, сечение стержня и глубину погружения. Глубина и сечение – взаимозависимые характеристики. Глубина зависит от особенностей грунта: состава, уровня грунтовых вод, уровня промерзания.

Несущая способность должна быть соответствовать проектным нагрузкам. Ниже недопустимо, намного больше – неэкономично, неоправданные лишние расходы. Чтобы этот баланс соблюдался, в проектировании используется коэффициент надежности. Для жилых домов его принимают 1,2.

Предварительные исследования позволяют определить тип грунта. Далее из раздела ГОСТ «Классификация грунтов» можно взять значение нормативного сопротивления сваи для нужного типа, оно потребуется при расчетах. Нормативных сопротивлений два: одно для основания сваи, второе для боковой поверхности. Примеры значений сопротивления основания:

супесь, пористость 0,5 – от 41 (мягкопластичная) до 47 (твердая);
суглинок, пористость 0,7 – от 31 до 37;
глина 0,6 – 57-75;
крупнозернистый песок – 50-70 (в зависимости от плотности и влажности);
пылеватый песок – 20-40;
осадочный гравий – 45;
кристаллический гравий – 75.

Боковое сопротивление сваи зависит от консистенции пласта и глубины его залегания:

50 метров – 0,3-2,8 т на метр (от мягкопластичных до твердых);
100 – 0,5-3,5;
200 – 0,7-4,2;
300 – 0,8-4,8.

Нужен фундамент для объекта? обращайтесь в нашу компанию - рассчитаем и установим!

Опыт работы - более 10 лет.

Расчет нагрузок Буронабивных свай

Проектные нагрузки включают в себя суммарную массу всех конструкций дома, сезонный фактор – вес снежного покрытия на кровле, а также полезную нагрузку.

Снеговая нагрузка – цифра, имеющая постоянное значение для каждого района/климатической зоны. Ее можно взять из таблиц СП, раздел «Строительная климатология». Коэффициент надежности для нее – 1,4.

Постоянные нагрузки – это:

масса стен и перегородок – зависит от числа перегородок и материала;
перекрытия;
крыша (стропила, обрешетка, утеплитель) + кровельные конструкции (отопительные и вентиляционные трубы, оградительные решетки, молниеотводы и т.д.).

Вес кровельных покрытий различен. Легкие (металлочерепица, гибкая кровля) весят 60-70 кг на квадрат, керамическая черепица и ЦПЧ – вдвое больше (точную цифру можно узнать из инструкции к выбранному материалу).

Расчет буронабивного фундамента

Предварительные значения глубины заложения (длины стержня) и сечения сваи берут из рекомендаций СНиП «Свайные фундаменты». Короткие сваи (меньше 3 метров) принимают сечением 30 см и т.д.

Формула для вычисления несущей способности – Р = Р1 + Р2, где

Р1 – несущая способность основания;
Р2 – боковой поверхности.

Р1 = 0,7 х R х F, где

R – несущая способность нормативная (табличное значение);
0,7 – табличный коэффициент однородности грунта;
F – площадь основания сваи.

Р2 = 0,8 х U х f x h, где

f – нормативное сопротивление стенок (из таблиц);
h – толщина рабочего слоя;
U – периметр сечения;
0,8 – коэффициент условий работы.

Нагрузка на п.м. фундамента определяется по формуле Q = M/U, где

М – сумма нагрузок (см. выше);
U – периметр дома. Если в доме будут внутренние стены с собственным фундаментом, их длину добавляют к периметру.

Шаг установки свай определяют как P/Q. Число свай – периметр дома, поделенный на эту цифру. Дальше можно посчитать необходимое количество бетона и арматуры. Вычисления выполняют несколько раз, варьируя длину и сечение сваи.

Ниже – пример расчета буронабивных свай для заданных параметров сооружения.

пример расчета буронабивных свай

Рассчитаем буронабивной фундамент для следующих данных:

верхний слой грунта, 2 метра – тугопластичный суглинок;
ниже – твердая глина, пористость 0,5;
площадь дома – 4 х 8 метров, периметр 24 м;
стены – кирпич 0,38 метра, плотность 1,8 тонн на кубометр;
высота стен одинаковая по всем сторонам: 1 этаж – 3 метра, мансарда – 1,5;
крыша – вальмовая, металлочерепица;
перекрытия – ж/б плиты, толщина 25 см, площадь 32 кв.м, 2 штуки (пол и мансарда);
внутренние стены – ГКЛ, суммарная длина 20 м, высота 2,7, вес квадратного метра – 0,03 тонны;

Считаем нагрузки:

вес стен – (24 х 3 + 24 х 1,5) х 1,2 (коэфф. надежности) х 1,8 = 88,65 тонн;
перегородки – 1,2 х 2,7 х 20 х 0,03 = 2 тонны;
перекрытия + цементная стяжка 3 см = 1,2 х 0,25 х 32 х 2,5 = 48 тонн;
кровля – 1,2 х 4 х 8 х 0,06 = 2,3;
снег – 1,4 х 4 х 8 х 0,18 = 8,1;
всего – 112,94 тонны;

Выполняем расчет для круглых свай длиной 3 метра, сечением 30 см, используя приведенные выше формулы:

f = 3,14 D2 / 4 = 3,14 х 0,3 х 0,3 / 4 = 0,071;
U = 3,14 х D = 0,942;
Р1 = 4,47;
Р2 = 7,84;
Р = 12,31;
L (шаг между сваями) = 1,84 метра.

Повторяем расчеты два раза, увеличивая и уменьшая сечение сваи.

Ничего принципиально невыполнимого в этих расчетах нет, только долго, трудоемко и требуется предельная аккуратность. Чтобы сократить трудозатраты, можно выполнить расчет буронабивной сваи онлайн с помощью сетевого калькулятора.

А лучше вообще устраниться от решения этой задачи – заказать расчет буронабивного свайного фундамента нам. Цены у нас невысокие, вычисления будут выполнять профессионалы, а вам не придется тратить время.

Кроме буронабивных мы изготавливаем буроинъекционные, буросекущие и бурокасательные сваи

Все работы - под ключ!

По желанию заказчика мы полностью выполним все работы под ключ, начиная с геологических исследований и заканчивая устройством ростверка.

Буронабивной фундамент: расчет, устройство и другие услуги ПСК «Основания и фундаменты»

Мы работаем в Московской и других областях РФ. К вашим услугам устройство буронабивных свай любого типа:

свайные фундаменты;
буросекущие и бурокасательные сваи для любых целей – фундаменты, ограждения, стена в грунте;
буроинъекционные для ремонта и усиления оснований, подпорных стен;
фундаменты ТИСЭ;
ростверки.

Законченные объекты, которыми мы гордимся

Наш экскаватор Hyundai R330LC c вибропогружателем OMS OVR 80 S на объекте

Работы по извлечению труб вибропогружателем специалистами ООО "ПСК Основания и Фундаменты"

Вибропогружение труб ООО "ПСК Основания и Фундаменты"

Среди множества видов фундаментов, одна конструкция сочетает простоту, прочность и низкую стоимость. В ней дорогостоящий котлован заменен несколькими шурфами, а вместо массивного монолита установлен легкий ростверк. Однако его устройство требует точного расчета.

Чем массивнее будет дом, тем на большую глубину нужно бурить шурфы, тем большее количество бетонных столбов потребуется установить. Проектирование – трудоемкий процесс. Предлагаем использовать для расчета буронабивного фундамента калькулятор – программу, позволяющую производить вычисления по произвольно вводимым параметрам.

Проектирование столбчатого фундамента из буронабивных свай. Общие требования

Прочный фундамент должен удерживать строительную конструкцию и сохранять при этом статичное (неподвижное) положение в грунте. Сваи испытывают осевую и поперечную нагрузку. На них действует сила, величина которой зависит от полной массы строительной конструкции.

Способность фундамента к противодействию нагрузкам зависит от характеристик почвы и параметров свай, а именно:

от механических свойств грунтов, их склонности к усадке и расползанию;
от плотности установки опор в грунте;
от глубины залегания свайных подошв;
от площади опорных площадок.

На несущую способность почв влияют:

механические и физические параметры грунтов;
уровень подземных вод;
регулярное промерзание.

Чем сыпучее грунты, чем они влажнее, чем холоднее зимы, тем массивнее должен быть фундамент: шурфы бурятся глубже, а опоры делаются толще.

Тип грунтов определяется гранулометрическими параметрами почвы — удельным и объемным весом, пластичностью, влажностью, пористостью. Наиболее точные характеристики дадут лабораторные исследования образцов грунтов. Усредненные параметры приведены в таблице.

На способность столбов выдерживать нагрузку влияют факторы:

площадь основания сваи;
класс бетона;
степень армирования;
частота расположения.

Общие правила размещения столбов (свай):

Интервал между столбами должен в три раза превышать диаметров сваи;
Максимальный интервал составляет 3 м;
Минимальное сечение пятки сваи при длине элемента ростверка до 3 м составляет 0,3 м.

Определение характеристик и параметров фундамента

Для того, чтобы спроектировать фундамент, необходимо произвести расчеты по следующему алгоритму:

Вычислить общую массу строящегося здания.
Определить типы грунтов и вычислить их физико-механические параметры. Для этого берут образцы грунта на разной глубине из пробных скважин.
Определить силу, с которой дом давит на фундамент.
Произвести расчет несущей способности буронабивной сваи.
Определить общее количество буронабивных свай и их конфигурацию.

Определение массы здания

1. Массу подсчитывают для каждого элемента конструкции – стен, перегородок, перекрытий и кровли . Сначала рассчитывают объем:

V = L х D х H; (1)

L, D, H – соответственно длина, ширина и высота элементов дома.

2. Вычисляют вес:

m = V х p; (2)

где p – плотность материала.

Для подсчета используют нормативные значения удельных масс. Плотность бетона составляет, к примеру, 2494 кг, а удельный вес древесины – 480–520 кг.

3. Рассчитывают вес полезной нагрузки – добавляют массу полов, штукатурки, декоративных отделочных материалов. Эта величина – постоянная, нормативная. Она зависит от общего размера помещений дома на всех этажах. Значение веса полезной нагрузки равно 150 кг/м2.

4. Увеличивают общую массу на коэффициент запаса прочности: конструкция должна противодействовать давлению снега зимой. Величину коэффициента берут из СП «Нагрузки и воздействия». Для средней полосы России значение коэффициента надежности равно:

1,3 – для бетонных монолитных сооружений;
1,2 – для сборных кирпичных и плитных конструкций;
1,1 – для домов из бруса и бревен;
1,05 – для сооружений из стали.

Определение физико-механических параметров грунтов

1. Несущую способность грунта можно определить по таблице 1:

Таблица нормативных сопротивлений грунтов под торцом опоры, кг/м2

Свая опирается на грунт не только нижним торцом, но и всей боковой поверхностью. Это сопротивление также учитывается при расчете фундамента.

Таблица нормативных сопротивлений грунтов вдоль поверхности опоры, кг/м2

Важно: глубина шурфов должна быть на 0,3–0,5 м большей, чем глубина промерзания. Обобщенные сведения о параметрах промерзания грунтов изложены в СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Для выполнения расчетов пользуются актуализированными данными из СНиП 23-01-99 (действует с 2013 года).

Определение параметров, влияющих на несущую способность свай

Опоры изготавливаются из бетона марки 100 и выше. Для того, чтобы опора выдерживала поперечные нагрузки, ее армируют стальными прутками. Чтобы перераспределить и выровнять между сваями весовую нагрузку, придать конструкции жесткость, вершины опор обвязывают бетонным ростверком. Монолитную ленту армируют стальными прутками.

Определение количества опор фундамента и их конфигурации

Длину внутренних простенков прибавляют к общей величине протяженности фундамента. Впоследствии на базе этой величины будут определены интервалы между осями опор. Вычисления трудоемки, но их можно доверить компьютеру: машина точно рассчитает параметры фундамента.

Минимальное количество опор определено нормативной документацией: их необходимо обязательно установить в углах здания и в точках пересечения несущих стен.

Онлайн калькулятор позволит:

произвести расчет параметров ростверка;
определить необходимый объем бетона;
задать нагрузку, которую может выдержать одна свая;
установить диаметр, глубину залегания и количество опор для фундамента.

Пример: Определение сопротивляемости буронабивной сваи по материалу и по грунту

1) По материалу (Рмат):

Рмат = Кур*Sосн*Rм; (3)

Кур – индекс однородности грунтов (справочно равен 0,6);

Sосн – площадь основания опоры, м2 (определяется расчетным путем – 3,14 * r2); Площадь основания сваи диаметром полметра равна 0,196 м2;

Rм – величина сопротивления бетона (табличная); Для бетона эта величина равна 400 кг/м2.

Подставляя значения в формулу, получаем: Рмат = 47 тонн.

2) По грунту (Ргр):

Ргр = Ког*Кур*(Rгосн*Sосн*p + Кду* Rгбок*h); (4)

Ког – индекс однородности грунта (справочно равен 0,7);

Кур – индекс условий работы (принимается за 1);

p – периметр (для трехметровой сваи с диаметром 0,5 м периметр равен 0,157 м);

Rгосн – сопротивление грунта, приведено в таблице 2; Для глины составляет 90 т/м2;

Sосн – площадь основания опоры, м2 (определена ранее – 0,196 м2);

Rгрп – величина сопротивления грунта под пяткой опоры (табличная); Для твердой глины это – 90 т/м2;

Кду – дополнительный индекс условий – 0,8;

Rгбок – значение несущей способности грунтов сбоку. Определяется как средняя взвешенная для каждой точки поверхности с интервалом в 1 метр. В нашем случае равно 3,85 тонн/м2.

h – толщина первого слоя грунта, прилегающего к фундаменту. Ее расчетное значение составит 2,3м.

Подставляя цифровые величины в формулу (2), получаем сопротивление сваи по грунту – 26,5 тонн. Эта величина – меньше, чем прочность материала. Ее и берут в качестве исходной для определения количества свай.

Пример: Расчет количества опор. Алгоритм вычислений

1) Определяем весовую нагрузку на 1 м ростверка (Нпм). Для этого полную массу дома относим к общему периметру ростверка.

Нпм = Мд/Пф; (5)

2) Вычисляем межосевое расстояние между опорами: находим отношение значения несущей способность сваи к нагрузке на погонный метр фундамента.

Осв = Ргр/ Нпм; (6)

В нашем случае опора способна выдержать вес в 26 тонн. Значит, на каждый метр ростверка, при соблюдении минимального интервала размещения свай в 3 метра, может прийтись до 8,33 тонн. На практике удельное давление, оказываемое обычным одноэтажным строением на фундамент, составляет 5,5–7 тонн.

Этот расчет буронабивных свай показал: мы можем выбрать более легкую конструкцию фундамента.

Прежде чем приступать к проектированию и тем более строительству свайного фундамента, необходимо пройти ряд подготовительных этапов, заключающих в себе изыскания и расчеты различного типа. Результатом правильно проведенных предварительных мероприятий будет прочный, экономичный, и, главное, надежный фундамент. Одной из ключевых характеристик, влияющих на рентабельность того или иного типа свай, являются геометрические параметры свайных колонн.

Верно определить размеры поперечного сечения, глубину заложения, количество скважин и другие параметры, значит построить надежное основание для будущего здания.

Буронабивные свайные фундаменты - это одна из немногих конструкций, не поддающихся строгой классификации. Типовые размеры, представленные в различных сортаментах, сводах правил и государственных стандартах, являются лишь приблизительными рекомендациями. Тогда как серийно производимые изделия должны пройти ряд строгих проверок на соответствие стандартам качества, буронабивные сваи практически невозможно испытать, поскольку изготавливаются они в полевых условиях и закладываются прямо в грунт.

Бетонируемые непосредственно на строительном участке, буронабивные сваи отличаются высокими показателями прочности, вычислить которые можно только эмпирически. Испытания, проводимые на опытных образцах, показывают работу исключительно данных экспериментальных изделий. Поскольку условия изготовления, такие как тип грунта, уровень грунтовых вод, водонасыщенность рабочего слоя почвы, характеристики использованных арматуры и бетона, невозможно предугадать.Все имеющиеся прочностные и геометрические данные приблизительны и представлены только в качестве примера.

Конструкция буронабивных свай

Для типизации буронабивных свай используют деление по геометрическим признакам и технологическим особенностям производства и эксплуатации. СНиП 2.02.03-85 является актуализированной версий свода строительных норм и правил от 1983 года и предлагает классифицировать буронабивные сваи по способу изготовления следующим образом:

Буронабивные сплошного сечения:
с уширениями и без них;
без крепления стенок;
с укреплением боковых стенок скважин глиняным раствором или обсадными трубами (при дислокации свайной колонны ниже уровня грунтовых вод)
Буронабивные с применением технологии непрерывного полого шнека; Береты – буровые, изготовляемые с помощью плоского грейфера или грунтовой фрезы;
Буронабивные с камуфлетной пятой, устраиваемые с последующим образованием уширения с помощью взрыва (в том числе и электрохимического).

От способа изготовления свайных столбов зависит их окончательная стоимость и, главное, максимальные и минимальные размеры свайных колонн. Важно учитывать разновидность буронабивных свай до начала строительства, поскольку различные технологии производства предполагают разный набор специализированного оборудования, а также допустимые габариты скважин.

Предварительная подготовка к расчету

Геологические изыскания

Определенные геометрические характеристики свайного столба это не просто прихоть подрядчика и проектировщика, а потребность, обусловленная необходимостью подобрать наиболее рациональный объем фундамента, способный не только выдержать предполагаемую нагрузку будущего здания, но и сэкономить бюджет заказчика. В каждом отдельно взятом случае перед определением размеров и устройством фундамента необходимо проводить ряд следующих исследований и изысканий:

геологическая разведка местности – бурение контрольных скважин в стратегических точках участка для определения типа и величины грунтовых напластований, несущей способности грунта и прочих характеристик основания;
гидрогеологические изыскания – определение уровня грунтовых вод, водонасыщенности грунта;
расчет общей массы здания и определение предельной расчетной нагрузки на погонный метр фундаментной плиты;
окончательный расчет геометрических параметров буронабивной сваи и необходимого количества свай выбранного сечения.

Результатом расчета будет сводная таблица размеров свайных колонн, и схема наиболее рационального фундамента с учетом выбранного типа буронабивных свай. Расчет размеров свай можно доверить проектному отделу строительной фирмы или провести самостоятельно. Не рекомендуется использование данных геологической разведки, полученных на соседствующих земельных наделах. Информацию о глубине промерзания грунта можно найти в СП 22.13330.2011.

Расчет свайного поля

После проведения геологических изысканий можно приступать к расчету свайного поля. Учитывая тип грунта, а также расположение уровня грунтовых вод, можно составить представление о предположительной глубине заложения скважин. В расположенной ниже таблице приведены примерные рекомендации глубин заложения в слабо просадочные грунты скважин, безопасных при указанных условиях:

Влажные, просадочные, высокопучинистые и другие ненадежные типы грунтовых оснований не рекомендуется использовать для устройства в них буронабивных свай.

Схема расположения грунтовых вод

Грунты с уровнем подземных вод выше, чем 1000 мм, считаются водонасыщенными и устройство свайных фундаментов на таких основаниях строго противопоказано технологией. Высокий уровень грунтовых вод можно понизить, проведя мероприятия по осушению, прокладке дренажных стоков и проч. Надежными слабо-пучинистыми грунтами считают те, в которых УГВ ниже глубины промерзания не менее чем на 1 метр.

Данные, приведенные в таблице, помогут составить общее представление о зависимости глубины заложения свайной колонны от характеристик грунта. Для получения более точных и надежных показателей следует провести несложный математический расчет. Принцип расчета состоит в принятии за эталон одного из показателей (например, диаметра) и расчета остальных, исходя из этих данных. Методом сравнения выбирают наиболее подходящую конфигурацию свай, из которых впоследствии формируют свайное поле.

Расчет длины висячих свай

Свайные столбы, не опирающиеся на несущий слой грунта, считают висячими. Это означает, что основную нагрузку воспринимают боковые стенки скважины,а не опорный слой грунта. Такие фундаменты предпочтительно устанавливать в районах с глубоким расположением каменистого слоя. Несущая способность таких свай не отличается от стоек аналогичного диаметра.

Если вам доступны данные геологии местности, а также тип грунта подходит для устройства буронабивных висячих свайных колонн, можно приступать к вычислению длины. Предполагаемая схема расчета выглядит следующим образом:

Принимаем некую среднюю ширину поперечного сечения сваи n=60 мм.
Рассчитываем нагрузку дома на погонный метр фундаментной плиты:

Висячие сваи различной длины

Чтобы рассчитать нагрузку на погонный метр фундамента, нужно общую нагрузку разделить на периметр. Посчитать общую нагрузку дома можно в соответствии с указаниями СНиП 2.02.01-83* или СП 22.13330.2011 – в соответствующих разделах можно найти алгоритм расчета, необходимые значения коэффициентов ветровой и снеговой нагрузки и другую необходимую информацию.

Полученное значение в кг/м и будет искомой величиной. Средняя масса одноэтажного кирпичного дома 50 тонн. Следовательно, для дома с периметром 20 метров (10×10) нагрузка на погонный метр составит 2500 кг/м.

Принимаем шаг колонн не менее трех диаметров и не более двух метров – для выбранного диаметра подойдет шаг 1,5 метра. Общее количество свай будет равняться 13.
Рассчитываем нагрузку на одну сваю: для этого разделим на величину шага свай нагрузку, воспринимаемую погонным метром фундамента. Получим значение приблизительно равное 1700 кг/м.Такой необходимый предел прочности необходимо заложить в одну сваю.
Для сваи площадью сечения 0,28 м2 такое значение прочности будет равняться:

F=R∙A+u∙Eycf∙fi∙hi;

Где F – несущая способность; R–сопротивление грунта, формулу расчета которого можно найти в СНиП 2.02.01-83*; А – площадь сечения сваи; Eycf,fi и hi– коэффициенты из того же СНиП; u–периметр сечения сваи, разделенный на длину.

Фундамент на буронабивных сваях

Для рассматриваемой в примере сваи двухметровой длины предельная нагрузка в глинистом грунте будет равняться 32,3 тонны, что позволяет уменьшить количество свай за счет увеличения шага свайных колонн, или уменьшить площадь сечения каждой отдельно взятой сваи, что позволит сэкономить средства, затраченные на бетонирование скважин.

Глубина таких свай будет зависеть исключительно от характеристик верхнего слоя грунта, относительного уровня расположения грунтовых вод и глубины промерзания. Следует также учитывать данные о промерзании грунтов и положении уровня грунтовых вод. Подробные примеры расчета глубины заложения висячих свай приведены в СНиП 2.02.01-83* в разделе 2 пункт 5 или в СП 50.102-2003.

Расчет длины стоек

Буронабивные сваи повышенной глубины заложения могут работать как стойки. И хотя обычно буровые типы являются висячими, встречаются конструкции с опиранием на твердый слой грунта. Расчет длины таких свай следует производить с учетом глубины расположения прочного несущего пласта.

Расчет длины буронабивных свай

В сети Интернет есть масса сервисов для автоматического расчета размеров и количества буронабивных свай. Использование таких сервисов накладывает определенный риск на пользователя, поскольку алгоритм не всегда учитывает все необходимые параметры, а владельцы программного обеспечения не несут ответственности за полученный результат.

Все сопутствующие вычисления несущей способности и геометрии сваи производятся в соответствии с технологией расчета свай-стоек и схожи с приведенным ранее примером. Дополнительную информацию о проведении расчета можно получить в вышеуказанных документах.

Зависимость диаметра сваи от типа монтажа

Площадь поперечного сечения буронабивной сваи соответствует площади скважного отверстия с поправкой на пластичность грунта. Форма замоноличиваемых свай близка к идеально цилиндрической, хотя и имеет незначительные уширения вследствие непроизвольного бокового продавливания бетонной смесью слабых мест грунта. Также в процессе заливки бетонной смеси путем увеличения подающего напора могут быть созданы умышленные уширения тела сваи для придания дополнительной прочности. Особенно актуальны такие действия для висячих свай.

Помимо всего прочего, средний диаметр буронабивной сваи определяется исходя не только из расчетных показателей, но и из возможностей оборудования, предназначенного для устройства того или иного типа свай. Примерные значения диаметров в зависимости от конструктивных особенностей установки:

Таблица диаметров в зависимости от конструктивных особенностей

Устройство баретов предполагается при наличии высокопучинистых нестабильных грунтов. Делать такой фундамент для среднестатистического основания нерационально. Конструкция бура предполагает устройство только скважин диаметром либо 300 мм, либо 400 мм.

Шаг диаметров определяется набором буров, используемых для устройства скважин того или иного типа. Конструктивные особенности каждой из разновидностей буровых установок не позволяют устраивать скважины большего или меньшего диаметра, чем те, что указаны в спецификациях на проведение работ. Ознакомиться с рабочими параметрами буровых установок можно у поставщика или арендодателя.

При устройстве свайного поля и определении размеров свайных колонн следует учитывать рекомендуемый шаг свай, от которого будет зависеть частотность скважин и распределение нагрузки. Посмотрите видео, по правильному монтажу свай:

Для равномерного распределения давления массы будущего здания на фундаментную плиту, необходимо соблюдать следующие правила:

максимальное расстояние между буронабивными сваями не должно превышать двух метров;
минимальный шаг свайных колонн должен находиться в пределах трех-четырех диаметров свай – в целях предотвращения обрушения стенок соседствующих скважин в сыпучих грунтах нужно увеличить минимальный предел;
компоновку свайного поля следует производить с учетом расположения свай в угловых точках фундамента;
по результатам расчета геометрических характеристик, после компоновки, общее количество свай должно соответствовать рекомендательным шаговым значениям – в случае превышения максимального шага свай следует увеличить количество скважин и уменьшить диаметр свай до предельно возможного;
максимальные и минимальные размеры диаметров скважин не должны превышать допустимые для выбранного типа монтажа.

Соблюдая данные рекомендации, можно спроектировать наиболее эффективный и рациональный фундамент, не беспокоясь о его надежности. При необходимости следует обратиться за помощью к специалистам, но все расчеты можно произвести самостоятельно, без особого труда.