Как правильно выполнить расчет свай по материалу

Принимая решение о строительстве дома, будущий хозяин должен иметь о нем хотя бы эскизное представление. Естественно, будет известна этажность, количество комнат, способ обогрева и водоснабжения. Остается выполнить расчет свай по материалу.

Схема видов фундамента на винтовых сваях.

Для малоэтажного строения можно порекомендовать свайный фундамент.

Он дешевле, чем традиционно применяемый ленточный фундамент, стоимость которого составляет примерно 40 % общей стоимости дома.

Говоря в данной статье о расчете свайного фундамента для приусадебного дома, учитывается строительство в сейсмически неопасных районах. Обозначения в формулах сохранены такими, как в Своде правил СП 24.13330.2011.

Как рекомендуют применять сваи

СП четко регламентирует использование свайного фундамента при строительстве малоэтажных зданий, к категории которых относятся приусадебные дома. Эти рекомендации следует учитывать если:

• при расчетной нагрузке на уровне ростверка до 150 кН/м (15тсм);
• для сваи-колонны нагрузка не должна превышать 400 кН (40тс).

Для таких строений рекомендуют следующие виды свай:

• короткие пирамидальные, армированные продольными, напряженными стержнями (без поперечного армирования);
• забивные призматические, с сечением не менее 200×200 мм;
• буровые: диаметр 300-600 мм, длина до 3 м;
• набивные: диаметр 300-600 мм, длина до 3 м;
• буроинъекционные: диаметр 150-350 мм;
• трубчатые из металла: диаметр 150-325 мм, заполняются бетоном;

На изображении 1 представлены призматические забивные сваи, которые подойдут для частного домостроения, так как их изготавливают длиной от 3 до 14 м и поперечным сечением от 20×20 см до 40×40 см.

На изображении 2 представлена свая пирамидальная короткая. Их изготавливают длиной в диапазоне 1,5-6,0 м. В верхней части размеры составляют 70×70 см или 80×80 см, в нижней части 10×10 см. При бурении используют глинистый раствор.

Виды винтовых свай для различного грунта.

На изображении 3 представлен процесс изготовления буронабивной сваи с использованием глинистого раствора:

• делают глинистый раствор, под который бурят скважину;
• устанавливают каркас;
• опускают трубу для заливки бетона (сверху вибробункер);
• заливают бетон с одновременным удалением глинистого раствора.

Разновидностью буронабивной является буроинъекционная свая. Они имеют значительно меньший диаметр и применяют их для усиления уже готового свайного фундамента.

На изображении 4 показана металлическая трубчатая свая. Это, пожалуй, наиболее подходящий вариант для заливки фундамента собственными руками.

Расчет сваи и ее несущей способности по формуле

Применение существующих формул и данных будет актуально в том случае, если минимальная глубина погружения сваи составляет 2 м и максимальная 3 м. Если длина буровых свай меньше 3 м, то толщина щебня, которым утрамбовывают грунт, должен быть не менее 0,1 м.

Для определения несущей способности свай используют формулу:

F_d=γ_c(γ_cRRA+uΣγ_cf f_ih_i) (1)

Несущая способность висячих свай:

F_du=γ_cuΣγ_cf f_ih_i (1а)

где γ_c, – коэффициент условий работы.

γ_cR – коэффициент условий работы грунта под нижним концом висячих свай,

γ_cf – коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности.

При этом коэффициенты равны 1 для песчаных, глинистых и пылевато-глинистых грунтов, в которые заглубляются висячие сваи и другие виды.

С учетом этого формулу (1) запишем:

F_d=(RA+uΣ f_i h_i) (2)

где R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа(тс/м²);
А – площадь грунта, на которую опирается свая, м².
u – наружный периметр сваи, м;
f_i – расчетное сопротивление i-го слоя грунта на боковой поверхности сваи, кПа(тс/м2);
h_i – толщина i-го слоя грунта, вдоль боковой поверхностью сваи, м.

Определение характеристик грунта

Таблица для расчета свай.

Чтобы выполнить указанный расчет необходимо знать коэффициенты пористости, а для глинистых грунтов и показатель текучести.

Простейший способ самостоятельного определения коэффициента пористости основан на определении веса воды, содержащейся в порах грунта и использования формулы

е=(ρ_вл– ρ_сух)/ρ_вл (3)

где ρ_вл -плотность влажного грунта, г/см³;
ρ_сух – плотность сухого грунта, г/см³.

Для этого необходимо извлечь известный объем грунта, немедленно взвесить его и определить значение ρ_вл. Затем хорошо высушить пробу, снова определить ее объем и вес и по ним рассчитать значение ρ_сух.

Точно определить показатель текучести можно только в специализированной лаборатории. В домашних условиях для глины и суглинков этот параметр можно определить примерно, ориентируясь на следующие консистенции грунта:

• полутвердая (от 0 до 0,25);
• тугопластичная (от 0,25 до 0,5);
• мягкопластичная (от 0,50 до 0,75);
• текучепластичная (от 0,75 до 1).

Безусловно, такой субъективный метод не дает возможность точно решить поставленную задачу, но для ориентировочного расчета он приемлем. Ведь перед тем как затевать строительство, желательно хотя бы приблизительно знать, какое количество висячих свай для него потребуется и, соответственно, примерно какие средства.

Пример расчета сваи по формуле 2

По формуле (1) можно определить диаметр свай и их количество, если известен общий вес, Р строения. Можно определить вес, Р сооружения, которые выдержат сваи, то есть решить обратную задачу.

Решим прямую задачу. Примерный вес строения можно определить, если известна этажность, материалы стен и перекрытий, вес кровли.

Площадь грунта, на которую опирается основание сваи, определим через ее диаметр d:

А=πd²/4, (4)

a периметр сваи равен

u= πd (5)

подставив (4) и (5) в (2), после элементарных преобразований получим:

F_d=π(Rd²/4+dΣ f_i h_i). (6)

Пусть глубина погружения сваи равна 3 м и при этом верхний глинистый слой имеет толщину1,5 м, и нижний слой составляет крупный песок. Пусть коэффициент пористости е≤0,55, и в верхнем слое глина находится в мягкопластичном состоянии, то есть показатель текучести I_L=0,6.

По таблице 1 определяем расчетное сопротивление глинистых грунтов, f_гл=25(2,5)кПа (тс/м²) и по таблице 2 расчетное сопротивление песчаных грунтов, f_пес=85(8,5) кПа (тс/м²). По таблице 4 определяем расчетное сопротивление песчаного слоя R_пес=4100(410) кПа (тс/м²). Подставим эти значения в тс/м² в формулу (6).

F_d=π[410d²/4+d(2,5·1,5+8,5·1,5)]= π[410d²/4+d(2,5·1,5+8,5·1,5)]=
= π(410d²/4+16,5d).

При диаметре d = 30 см=0,3 м, F_d=44,5 т.

При диаметре d = 20 см, F_d= 23т.

Требуемое количество свай N необходимо определять, проверяя условие:

Р ≤ N·F_d,

где Р – вес сооружения.

Понятно, что одновременно с решением прямой задачи можно выполнить расчет размера свай.

Для свай, имеющих в сечении квадратную форму со стороной а, формулу (6) необходимо преобразовать, и она примет вид:

F_d=Rа²+4аΣ f_i h_i (7).

Подводя итог, следует отметить, что выполнен, пожалуй, самый простой расчет. И цель его состояла в определении приблизительного количества свай. Намного сложнее выполнить расчет на воздействие сил морозного пучения. А его также необходимо выполнять. Для такого расчета потребуется определять удельную касательную силу морозного пучения, но это можно выполнить только опытным путем. Поскольку фундамент требует серьезного к себе отношения, то целесообразно воспользоваться услугами специалиста.