Расчет выдергивающей нагрузки на сваю

Расчёт свайных фундаментов по несущей способности

Расчёт фундамента по оси 1-В

Определяем суммарную нагрузку в уровне обреза ростверка из расчёта фундамента по I группе предельных состояний.

Определяем количество свай в ростверке:

Необходимое количество свай и в свайном фундаменте в первом приближении можно определить по формуле

где N_I = 1512 кН — расчетная вертикальная нагрузка в уровне обреза фундамента.

Конструктивно принимаем 6 сваи.

Размещение свай в плане.

Размещение свай в плане

Определение расчётной нагрузки, передаваемой на сваю и уточнение количества свай.

Проверку фактической расчетной нагрузки на каждую сваю для внецентренно нагруженного фундамента осуществляют исходя из условия:

где N — фактическая расчетная нагрузка на максимально нагруженную сваю, кН;

F — допускаемая расчетная нагрузка на сваю, кН.

где n — число свай в фундаменте;

М_оyI, М_охI — расчетные изгибающие моменты, относительно главных центральных осей в плоскости подошвы ростверка, кН·м;

y_i, x_i — расстояния от главных осей до оси каждой сваи, м;

y_max, х_max — расстояния от главных осей до оси максимально нагруженной сваи, для которой вычисляется расчетная нагрузка, м.

Схема к определению расчетной нагрузки при эксцентриситете относительно двух осей инерции.

Определение осадки свайного куста из висячих свай.

Расчет свайного куста из висячих свай по деформациям производится как для условного фундамента на естественном основании методом послойного суммирования.

Границы условного фундамента определяются следующим образом: снизу — плоскостью AD, проходящей через нижние концы свай; с боков — вертикальными плоскостями АВ и CD, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии (рисунок 16):

Осредненное значение угла внутреннего трения грунта определяется:

где h — глубина погружения сваи в грунт,

— расчетное значение углов внутреннего трения для отдельных, пройденных сваями слоев грунта толщиной H_i.

Определение границ условного фундамента при расчёте свайных фундаментов по деформациям

Размеры подошвы условного фундамента определяют по формулам

L_усл = 1.2 + 2 · 0.7616 = 2.7232 м;

B_усл = 1.2 + 2 · 0.7616 = 2.7232 м;

Площадь подошвы условного фундамента определяется по формуле

A_усл =2.7232 · 2.7232 =7.416 м 2 .

При определении деформации основания необходимо выполнение следующего условия:

где P_cp — среднее фактическое давление на грунт в плоскости нижних концов свай, кН/м;

R — расчетное сопротивление грунта в плоскости нижних концов свай, кН/м 2 .

Расчетное сопротивление грунта в уровне подошвы условного фундамента определяется по формуле

где г_с1, г_с2 — коэффициенты условий работы;

М_г, М_q, М_с — коэффициенты, принимаемые в зависимости от угла внутреннего трения ц под подошвой условного фундамента;

г_II — удельный вес грунта под подошвой условного фундамента, кН/м 2 ;

В_усл — ширина подошвы условного фундамента, м;

d_I = h_ycл — глубина заложения подошвы условного фундамента, м;

C_II — расчетное значение удельного сцепления грунта, залегающего непосредственно под подошвой условного фундамента кПа;

— осредненное значение удельного веса грунта выше подошвы условного фундамента.

Фактическое давление, действующее по подошве условного фундамента, определяется по формуле

Вес условного фундамента определяется по формуле:

V_рост — объем ростверка, м 3 ;

г_бет = 25 — удельный вес железобетона, кН/м 3 ;

V_св — объем сваи, м 3 ;

G_гp = (V_усл._ф-та — V_рост -V_св) — вес грунта в межсвайном пространстве.

V_усл._ф-та = А_усл · h_усл =7.416·7.4=54.88 — объем условного фундамента, m 3 .

G_св = 4·(5.75·0.3·0.3+1/3·0.25·0.3·0.3) · 25 = 52.5кН,

G_гp = (54.88-2.685-0.525) · 19.7 = 1017.9 кН,

G_II = 174.05 + 52.5 + 1017.9 = 1364.075 кН,

Расчет осадки условного фундамента на естественном основании ведется методом послойного суммирования.

Толщина слоя составляет

Подсчёт напряжений на границах элементах слоёв сводим в таблицу.

Параметры для определения величины осадки фундамента

Какие допустимые нагрузки способны выдерживать винтовые сваи и какая у них несущая способность? Какой диаметр винтовой сварной сваи (свсн) будет самым подходящим для устройства свайно-винтового фундамента? – это самые задаваемые вопросы на этапе проектирования строительства. Ошибки в расчётах, как правило, снижают надёжность опор под зданиями, приводят к усадке или крену строений. И, в конечном счёте, к повреждениям их основных конструкций.

Как не ошибиться при отсутствии опыта

С группой грунта

Свайный фундамент — удачный выбор для глинистых грунтов

Основой в расчете и определении целесообразности возведения свайного, как, впрочем, и любого другого основания, считается выявление вида грунта.

Грунты условно можно разделить на несколько групп:

• Каменистый (скалистый) грунт сам по себе может представлять надежное основание для строительства дома, потому свайный фундамент на нем возводить нет никакого смысла;
• На песчаных грунтах (также как и на «хрящеватых» — смеси песка, гравия, глины) также нет особой необходимости в установке свай — на них лучше всего устраивать мелкозаглубленные ленточные фундаменты, естественно, ниже глубины промерзания;

• На суглинках и супесях, равномерно сложенных, вполне можно построить дом и на ленточном фундаменте;
• Торфяники позволяют возводить лишь легкие строения на плитном основании. Посмотрите видео, как не ошибиться с типом фундамента.

С количеством свай

Чтобы пользоваться достаточно сложными вычислениями, описанными выше, разработаны простые правила подбора количества свай в соответствии с распределением опорных точек по периметру строения:

• Под каркасно-щитовыми и деревянными домами интервал между сваями не должен превышать 3 м;
• Для легкобетонных конструкций расстояние между заглубленными опорами следует принимать не более 2м.

Наиболее простым и понятным является следующий пример.

На листе бумаги в масштабе рисуется план дома. По углам и пересечениям стен намечаются точки, в которых сваи следует устанавливать прежде всего. Далее, применяются описанные чуть выше правила расстановки опор в зависимости от материала, из которого возводится постройка. Посмотрите видео, как рассчитать количество свай.

Из каких бы материалов ни строился бы дом, каких бы размеров и конструктивных особенностей он ни имел — расчет свайного основания в качестве несущей конструкции всего строения можно назвать главнейшим нюансом успешного строительства.

От чего зависит допустимая нагрузка

Если давать определение понятию несущая способность, то она представляет собой максимально допустимое давление на элемент фундамента, которое он выдерживает. Расчетная нагрузка на одну винтовую сваю всегда должна быть меньше ее несущей способности. Равность значений нежелательна, поскольку стоит предусмотреть запас на случай возникновения непредвиденных обстоятельств.

Допустимая нагрузка на винтовую сваю зависит от следующих факторов:

• диаметр трубы и лопастей;
• прочность грунта основания;
• длина сваи.

При выполнении простейших расчетов для частного дома потребуется знать только прочностные характеристики основания и площадь лепестковой подошвы (лопасти). Расчет выполняется по следующей формуле:

В этой формуле N -несущая способность винтовой сваи (сколько она способна выдержать), F — значение несущей способности (неоптимизированное), γк — коэффициент надежности по нагрузке, принимаемый в зависимости от количества опор для здания и способа выполнения геологических изысканий.

Коэффициент γk назначается равным следующим значениям:

• 1,2 при проведении точных геологических испытаний грунта основания, путем выполнения зондирования и лабораторных исследований. Выполнить это самостоятельно невозможно. Способ не подходит для частного домостроения из-за высокой стоимости, которая сильно увеличит бюджет строительства.
• 1,25 при проведении испытаний с помощью сваи-эталона. Хотя этот способ проще, чем предыдущий, определить, сколько сможет выдержать грунт, способен только человек, имеющий знания в области геологии.
• При самостоятельных исследованиях почвы и использовании табличных показателей прочности коэффициент принимается в зависимости от количества опор. Если несущая способность определяется для винтовой сваи с низким ростверком, то значение составит 1,4-1,75 при количестве опорных элементов в пределах 5-20 штук.

Важно! Практичнее всего использовать второй способ т.к. полноценные геологические изыскания дороги, а самостоятельное изучение грунта на глубине вкручивания свай практически нереально. Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле:

Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле:

Здесь S — площадь лопасти, которая вычисляется по формуле для круга (S = πR² = (πD²)/4). Исходные данные приводятся производителем винтовой сваи. Для наиболее распространенных диаметров винтовой сваи можно воспользоваться таблицей ниже.

Диаметр винтовой сваи, мм

Насыпное основание без выполнения работ по уплотнению

Зная сколько способен выдержать грунт на один квадратный сантиметр и площадь опорной части винтовой сваи можно найти предварительное значение несущей способности F (без учета коэффициента по надежности). Значение подставляют в первую формулу и находят окончательную максимально допустимую нагрузку на один элемент фундамента.

Более подробно определить, сколько сможет выдержать свая можно по формуле 7.15 пункта 7.2.10 СП «Проектирование и устройство свайных фундаментов». Здесь учитываются все моменты, которые способны повлиять на несущую способность, а именно:

• условия работы;
• характеристики грунта;
• глубина залегания лопасти (прибавляется боковое трение);
• диаметр лопасти;
• характер работы сваи (на выдергивание или на сжатие).

Выполнить расчет достаточно сложно, потребуется найти множество коэффициентов и характеристик грунта (здесь учитывается не только несущая способность, но и угол внутреннего трения, удельное сцепление, удельный вес и др.). Для упрощения работы можно воспользоваться таблицами, которые приводятся для наиболее распространенных диаметров свай (чаще всего для частного домостроения используют 89 мм, 108 мм, 133 мм).

Для свай диаметром 89 и 108 мм можно привести следующую таблицу:

Несущая способность свай 89 и 108 мм при диаметре лопасти 300 мм в тоннах с учетом глубины залегания винта

Несущая способность элементов диаметром 89 достаточна для того, чтобы использовать их в качестве фундаментов под одноэтажные дома из легких материалов (каркасные, бревенчатые, брусовые). При возведении двухэтажных строений лучше вместо 89 диаметра выбрать 108 или больший. Если опирать на такие свайные фундаменты кирпичные и бетонные здания, при расчете получится очень большой диаметр элементов и частое их расположение (зависит от характеристик грунта), да и не в каждой компании найдется специалист способный рассчитать массивное здание на винтовых сваях. Выгоднее использовать другие типы фундаментов.

Особенности проведения испытаний винтовых свай

Испытания винтовых опор Винтовые сваи 108 мм под дом испытывают статическими нагрузками с применением следующих методов:

• Ступенчатой нагрузкой с выжиданием стационарного состояния по вертикальным смещениям на каждой из величин нагружения.
• Непрерывно увеличивающейся нагрузкой.
• Знакопеременным или пульсирующим нагружением.

При ввинчивании винтовой сваи в грунт регистрируются следующие параметры: число оборотов, длительность заглубления, осевая пригрузка и крутящий момент. Периодичность записи данных в журнал определяется величиной погружения сваи на каждые полметра.

Пригрузка вдоль оси определяется плотностью грунта и его структурой. Численно она определяется путём деления теоретического числа оборотов сваи к реальному. Если соотношение имеет значение менее 1, то пригрузка повышается, а при большем — снижается. Оптимальным вариантом, который говорит о правильности настройки испытательной установки, считается равенство полученного значения единице.

Посмотрите видео, как проводятся испытания винтовых опор.

Испытания свай на выдёргивающие нагрузки

Для определения выдёргивающих нагрузок проводят статические испытания винтовых свай. При наличии песчаных слоёв грунта измерения проводят через 3 суток, а для глинистых — только после 6 суток. Для буронабивных свай испытательные работы следует выполнять только после набора бетоном прочности, определяемой по данным взятых образцов, созданных во время закладки опоры.

Испытания на вдавливание

Испытание винтовых свай статическим методом

В перечень основных испытаний на вдавливание опор под дом входят следующие этапы:

1. Равномерная нагрузка.
2. Дифференцированная нагрузка.
3. Дифференцированная нагрузка, выполняемая по гистерезисной зависимости.

Величина нагрузки определяется необходимостью определения заданного уровня точности измерений. Обычно для равномерной нагрузки она составляет 0,07-0,1 от общей расчётной, а для дифференцированной – 0,2-0,4 для начальной ступени и 0,07-0,1 для последующих.

Переход между степенями нагружения осуществляется только после определения выхода на полную остановку усадки. Критерием является отсутствие изменений в течение 2-х последних часов наблюдения. Исключением из данного правила становятся песчаные и глинистые грунты, где создаётся необходимость проведения ускоренных испытаний. В таком случае вывод о стабилизации сваи принимается в течение часа при отсутствии смещений менее 0,1 мм.

На каждой ступени нагружения регистрируют показания измерительных приборов о вертикальном смещении сваи. Интервалы замеров длятся от 15 до 30 минут. Общее количество интервалов должно быть не менее трёх. Если выбрано нечётное число ступеней, то нагрузку на первой принимают равной величине всех последующих. После этого строят временную зависимость от вертикального смещения, а затем сравнивают с нормативным значением СП 22.13330.2011. Предельным считается такое значение, которое соответствует 0,1 от нормативной нагрузки.

Посмотрите видео, как проводится испытание опор с помощью вдавливания.

Испытания на выдёргивание

Испытания на выдёргивание винтовых свай под дом диаметром 108 мм определаются параметрами грунта, а также величиной предполагаемых нагрузок. Включают в себя следующие виды нагружения:

• Увеличивающаяся ступенчатая нагрузка с выжиданием достижения стационарного состояния в положении сваи.
• Пульсирующее ступенчатое воздействие с повышением нагрузки в несколько этапов: 1,25, 2,5 либо 5 мс. Суть заключается в проведении нагружения на каждой ступени от нуля до максимума, а затем полностью убирается без выжидания выхода в стационарное состояние. Изменение ступеней осуществляется только после стабилизации смещения опоры по вертикали по сравнению с предыдущей.
• Знакопеременная нагрузка. На опору действует многократное нагружение одинаковой величины на выдёргивание и вдавливание, которые изменяют свой знак при переходе через ненагруженную точку.
• Непрерывно возрастающая нагрузка – на сваю действует постоянная выдёргивающая сила. При изменении величины нагружения не выжидают полной стабилизации, так как вполне достаточно достижения некоторого условного значения. Предельным значением нагрузки считается такое, когда перемещение опоры вверх не превышает 0,1 от величины её диаметра. Для переменных нагрузок и пульсирующих изменение положения не должно быть больше, чем 0,05 от диаметра сваи.

Конструктивные особенности свайного фундамента

Винтовой фундамент состоит из двух конструктивных элементов — свайных опор и их обвязки (ростверка). Опоры передают нагрузку, исходящую от здания, на грунт, минуя поверхностные низкоплотные пласты земли и перенося вес дома на глубинную, уплотненную почву.

В зависимости от схемы размещения свай, выделяют два типа винтовых фундаментов:

• с последовательным расположением опор — сваи размещаются на равноудаленном расстоянии друг от друга по периметру внешних и внутренних стен дома;
• с расположением в виде свайного поля — опоры равномерно распределены по всей площади здания.

Исходя из схемы расположения свай выбирается способ их обвязки. Для последовательных свай применяются ленточные ростверки, тогда как сваное поле обвязывается сплошным, плитным ростверком.

Ростверк винтового фундамента выполняет три функции:

• равномерно распределяет между опорами вес дома;
• выступает в качестве опорной поверхности для цокольного перекрытия;
• увеличивает устойчивость свай в грунте.

Устойчивость опор достигается за счет того, что сваи соединяются между собой и начинают работать как единая конструкция, что дает повышенное сопротивление к опрокидывающим нагрузкам и защищает опору от крена, который может произойти с одиночной сваей.

В зависимости от материала, ростверк на сваях может быть монолитным (железобетон) из бруса либо швеллера. Для строительстве тяжелых домов предпочтительна железобетонная обвязка винтового фундамента, для легких домов — брусовая.

Факторы, влияющие на длину опор

От правильного определения длины свай зависит крепость будущей конструкции, и если эти важные элементы фундамента окажутся короткими, дом может просесть под своей тяжестью после его введения в эксплуатацию. Длина свай определяется с учетом анализа грунта и ландшафта, а именно:

1. Плотность почвы.
2. Перепад высоты между разными точками участка.

Плотность грунта

Глубина погружения опоры

Анализ грунта лучше всего проводить на основании геологических исследований местности. Если исследования характеристики грунтов не проводились на данной территории, то можно воспользоваться упрощенным методом выяснения его плотности.

Итак, нужно выкопать неглубокую канаву (до 1 м) в нижней точке участка. Если на такой глубине залегания вы увидите глинистую массу или песок, то выбор лучше сделать в пользу свай, длина которых достигает 2,5 м. В том случае если вы обнаружите породы с низкой плотностью (торф), плывун или грунтовые воды, придется продолжить углубление до тех пор, пока не дойдете до твердых пород. Здесь устанавливаются сваи, длина которых равна длине бура.

Перед вами таблица плотности и несущей способности различных почв.

Определение несущей способности сваи

Несущая способность по грунту на вдавливание (кН) забивных висячих свай сплошного поперечного сечения определяют по формуле (см. рис.3.2):

(3.1)

где – коэффициент условий работы сваи в грунтах, принимаемый = 1; – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, определяемое по табл.П.7.1(Приложение 7),кПа; – площадь поперечного сечения сваи, м 2 ; – периметр поперечного сечения сваи, м; – расчетное сопротивление того слоя грунта по боковой поверхности сваи, определяемое по табл.П.7.2, кПа; – толщина того слоя грунта, м; – число слоев; – коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи. Для применяемых в курсовой работе забивных свай сплошного сечения .

Суммирование в формуле (3.1) распространяется на все пройденные сваей слои грунта (с учетом размыва).

В пояснительной записке к курсовой работе расчет несущей способности сваи должен сопровождаться расчетной схемой, подобно изображенной на рис. 3.2 с указанием наименований грунтов и всех необходимых размеров и отметок. При подсчете сопротивлений геологические слои основания пройденные сваей разбивают на однородные расчетные слои толщиной не превышающей 2 м. Подсчет сил трения по боковой поверхности сваи сводится в таблицу по указанной на рис. 3.2 форме:

Расчет несущей способности сваи

Рис. 3.2. Схема и таблица к расчету несущей способности свай по грунту

фундамента с высоким – а, и низким – б, ростверками

Несущую способность сваи на выдергивание из грунта (кН) определяют по формуле:

, (3.1)

где обозначения те же что и формуле (3.1), но = 0,8.

Кроме несущих способностей сваи на вдавливание в грунт и выдергивание из грунта следует установить расчетную нагрузку на сваю из условия прочности ее ствола на растяжение, принимаемую по данным табл. Е.1 приложения Е.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения:Для студента самое главное не сдать экзамен, а вовремя вспомнить про него. 10169 – | 7568 – или читать все.

93.79.246.243 studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock! и обновите страницу (F5)

очень нужно