Несущая способность сваи:

Несущая способность свай - это величина, которая показывает какую максимальную нагрузку свая может выдержать без деформаций или повреждений.

Для того чтобы обеспечить безопасность и стабильность строительной конструкции, несущая способность сваи должна быть правильно рассчитана в соответствии с характеристиками здания, типом грунта, климатическими условиями и другими факторами.

Методы определения несущей способности сваи

Рассмотрим 4 основных метода расчета.

Метод теоретического расчета

Метод является предварительным, полученные результаты в последствии корректируются на основании фактических данных о характеристиках грунта.

Самый простой способ расчета выполняется при помощи формулы H = F / уk, где:

• H — вес, который выдерживает свайная конструкция;
• F — «чистая» нагрузка;
• уk — поправочный коэффициент.

Коэффициент надежности зависит от количества опорных столбов в свайном поле и нагрузки, оказываемой на почву. Для расчета поправочного коэффициента учитываются следующие аспекты:

• Коэффициент 1,2. Применяется в случае, если проведены подробные геологические исследования, включающие зондирование почвы, сбор образцов и лабораторные анализы грунта. Такой подход редко используется при строительстве частных домов из-за высокой стоимости геологической экспертизы.
• Коэффициент 1,25. Используется, если было выполнено пробное бурение. В этом случае сваю-эталон закручивают в нескольких точках на участке строительства. Такой метод позволяет определить глубину расположения несущего слоя и его толщину. Для успешного проведения пробного бурения требуются навыки и знания в области геологии.
• Коэффициент 1,75. Используется при самостоятельном исследовании грунта и использовании справочных данных. Он подходит для свайных фундаментов с числом опорных столбов до 22 штук.

Эти значения коэффициентов служат для коррекции несущей способности свай в зависимости от качества исследований, проведенных на конкретном строительном участке.

Для расчета неоптимизированной несущей нагрузки следует использовать формулу: F = S x Ro, где Ro прочность основания, а S – площадь лопасти.

Для определения площади лопасти можно воспользоваться специальной формулой либо использовать начальные данные, предоставляемые производителями винтовых свай.

При определении длины опорных конструкций необходимо учитывать характеристики грунта и климатические особенности местности. Важно учесть, что сваи вкручиваются на уровень ниже точки промерзания, поэтому знание глубины промерзания почвы имеет важное значение. Средние значения для Москвы и Московской области следующие:

• Для глинистых почв и суглинков: около 135 см.
• Для песчаных почв: варьируется от 164 до 176 см.
• Для каменистых почв: примерно 200 м.

Для определения прочности основания (Ro) удобно использовать табличные данные, предоставляемые для данного типа грунта и учитывающие его характеристики.

Тип почвы и ее несущая способность.

Пример расчета

Для осуществления расчетов нагрузок на винтовую сваю диаметром 108 мм, предназначенную для коттеджа из бруса размером 6x8 м нужно знать:

• Особенности почвы на участке: песчаная.
• Вес всего здания: включает в себя массу всех структурных элементов (стены, кровлю, перегородки, перекрытия и фундамент). Общий вес здания составляет 78,6 тонн.
• Длина наружных стен: 48 м.

С использованием предоставленных данных можно рассчитать несущую способность винтовой сваи. Сначала определяется прочность почвы из таблицы, для песчаного грунта это составляет 5 кг/см². Коэффициент коррекции принимается равным 1,75. Вычисляется площадь винтовой лопасти, для лопасти диаметром 300 мм она равна 961,6 см².

Подставив данные в формулу F = S x Ro, где S – площадь лопасти, а Ro – прочность почвы, получаем: F = 961,6 x 5 = 4808 кг.

Затем рассчитывается неоптимизированная несущая способность: H = F / коэффициент = 4808 / 1,75 ~ 2,75 тонн.

Более точное значение можно получить, используя множество коэффициентов: от глубины залегания лопастей и силы бокового трения до характера работы опоры, величины выдергивающих или сжимающих сил.

Минимальное количество свай, способных выдержать вес здания, определяется как общий вес здания разделенный на неоптимизированную несущую способность сваи: 78,6 т / 2,75 т ~ 29 штук.

Для завершения расчетов определяется расстояние между сваями. Длина наружных стен делится на количество свайных опор: 48 м / 29 шт = 0,97 м. Для обеспечения устойчивости дома весом 78,6 тонн необходимо использовать 29 опор, установленных по периметру с интервалом 1 метр.

Метод статистических нагрузок

Он включает в себя последовательность действий, которые проводятся в полевых условиях. Когда сваи полностью оседают (обычно через 2-3 дня после забивки), на конструкцию подается статическая нагрузка при помощи ступенчатого домкрата.

С помощью специального инструмента, называемого прогибометром, измеряется величина прогиба сваи под этой нагрузкой. Затем производятся необходимые расчеты, используя полученные данные о прогибе. Такой метод считается одним из наиболее точных способов.

Метод динамических нагрузок

Исследования проводятся на сваях, которые уже были установлены и оставлены на отдых в течение определенного периода времени. Для проведения анализа, на конструкцию подается ударная нагрузка, передаваемая с помощью дизельного молота.

Применяется ограниченное количество ударов (обычно до 10 ударов). После каждого удара с использованием прогибометра измеряется степень прогиба сваи под действием нагрузки. Это позволяет определить, насколько свая уселась под воздействием ударов. Этот метод часто применяется в сочетании со статическим методом для получения более полной картины о несущей способности и характеристиках свай.

Метод зондирования

Для проведения метода зондирования свая оборудуется специальными датчиками. После этого она опускается на заданную глубину. Для этого используют ударную нагрузку (для динамического зондирования), либо вибропогружатели (для статического зондирования).

С помощью датчиков измеряется сопротивление грунта боковой и нижней поверхностей сваи. Эти данные затем используются для расчета несущей способности конструкции в зависимости от конкретных характеристик почвы.

Метод зондирования позволяет получить информацию о грунтовых условиях и прочности грунта на определенной глубине, что помогает определить, какие сваи и как глубоко следует использовать для обеспечения надежного фундамента.

От чего зависит несущая способность сваи?

• Диаметра. Больший диаметр обычно обеспечивает лучшую несущую способность, так как площадь контакта с грунтом способствует лучшему распределению нагрузки.
• Длины. Чем глубже свая заложена, тем более устойчивой и надежной будет конструкция.
• Типа грунта. Более плотные и уплотненные грунты обычно могут выдерживать большую нагрузку, чем менее плотные грунты.
• Конструктивные характеристики. Несущая способность сваи также зависит от конструктивных особенностей, таких как материал сваи, её форма и геометрия.
• Нагрузки. Несущая способность должна соответствовать ожидаемым вертикальным и горизонтальным нагрузкам от постройки, включая статические и динамические нагрузки.
• Климатические условия, такие как снеговая и ветровая нагрузка, также могут влиять на несущую способность сваи.

Подробный расчёт несущей способности свай обычно выполняется инженерами и специалистами в области геотехники и фундаментов. Они учитывают все вышеперечисленные факторы, чтобы определить оптимальные параметры свай для конкретного проекта.

Варианты повышения несущей способности свай

1. Инъектирование — эффективную технология, применяемая для укрепления грунтов низкой плотности. Свободное пространство вокруг сваи заполняется бетонной смесью, залегающей на глубину ниже точки наибольшей нагрузки (обычно до 2 метров). Процесс осуществляется при помощи специализированных насосов – инъекторов. Смесь подается с постепенным увеличением давления (от 2 до 10 атмосфер), что позволяет сформировать заполненные сегменты в грунте. Этот метод применяется по всей площади фундамента, чтобы обеспечить связь заполненных участков с соседними элементами. По мере застывания бетона, несущая способность опор повышается приблизительно вдвое.
2. Увеличение размера опорной подошвы (пятки). Эта подошва глубоко заглубляется в грунт до заданной отметки. При разработке проекта свайного фундамента на мягких грунтах, целесообразно применять сваи с увеличенной опорной подошвой, что значительно увеличивает прочностные характеристики всей конструкции. Если используются металлические опоры с увеличенной подошвой, они закладываются путем механического погружения. В случае забивки железобетонных свай могут использоваться два метода для создания увеличенной опорной подошвы – камуфлетирование с формированием камуфлетной пяты и лидерное бурение скважин с применением специализированного бура-расширителя.

Готовая таблица с расчетами

Несущая способность одной свайной опоры (Ф ствола 108 мм, Ф лопасти 300 мм)

Вывод

При проведении строительства следует анализировать характеристики грунта, использовать правильные формулы для расчетов и учитывать конкретные условия вашего строительного участка. Это обеспечит долговечность, надежность и безопасность вашего дома.