Расчет сваи
Режим предназначен для расчета свай на совместное действие вертикальной и горизонтальной сил и момента в соответствии с требованиями СНиП 2.02.03–85 (СП 50-102-2003 или СП 24.13330.2011). Расчет производится с учетом возможности развития первой и второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта согласно рекомендуемого приложения 1 к СНиП 2.02.03–85, приложения Д СП 50-102-2003, приложению В СП 24.13330.2011, а также с учетом особенностей проектирования свай в сейсмических районах. Определяется несущая способность свай в случае возможности развития второй стадии напряженно-деформированного состояния грунта, устойчивость основания, а также деформации свай, включающие определение горизонтального перемещения головы сваи и угла ее поворота. При расчете согласно приложения Д к СП 50-102-2003 (приложению В СП 24.13330.2011, п. 8.5.4.9 и п. Н.8 приложения Н ДБН) рассматривается только первая стадия напряженно-деформированного состояния грунта (грунт, окружающий сваю, рассматривается как упругая линейно-деформируемая среда).
Приложение нагрузки при расчете рассматривается только в одной силовой плоскости. При этом учитывается конструкция ростверка (высокий или низкий), сопряжения ростверка со сваей (шарнирное или жесткое), расположение свай в фундаменте с ростверком (однорядное или многорядное). Работа сваи в составе куста свай при этом не рассматривается (п.11 приложения 1 СНиП 2.02.03–85 и аналогичные пункты СП).
В СП 24.13330.2011 отсутствуют конкретные формулы для вычисления деформаций сваи, значений моментов и перерезывающих сил, . . Авторы СП 24.13330.2011 предлагают производить расчет сваи как балки на упругом основании с коэффициентом постели, значения которого следует определять по приложению В СП 24.13330.2011. Задача о поведении балки, лежащей на упругом основании, не имеет точного аналитического решения, поэтому в программе Запрос используется приближенное решение, которое приведено в приложении 1 к СНиП 2.02.03–85.
Подготовка данных
На странице Общие данные в группе Сваи-стойки или Висячие сваи указывается вид сваи. Для всех видов свай задаются следующие данные:
- коэффициент надежности γk (по умолчанию — 1.4);
- расчетные нагрузки, приложенные к свае в уровне поверхности грунта и коэффициент надежности по нагрузке;
- доля временной части в общем моменте в сечении фундамента на уровне нижнего конца сваи.
Кроме того, указываются класс бетона сваи, расположение свай в фундаменте с ростверком (однорядное или многорядное), конструкция ростверка (низкий или высокий). Для всех видов свай, кроме забивных, предусмотрена возможность учета заделки нижнего конца сваи.
Если площадка строительства находится в сейсмическом районе, следует активизировать соответствующий маркер, а также в таблице нагрузок указать значения расчетных нагрузок, приложенных к свае в уровне поверхности грунта при особом их сочетании с учетом сейсмического воздействия.
Специальный маркер позволяет учесть изменение № 2 к СП 24.13330.2011.
На странице Конструкция в зависимости от выбранного типа сваи назначается сечение сваи и его размеры (для забивных свай предусмотрены сечения в виде прямоугольника, тавра, двутавра, квадрата с круглой полостью, круга и кольца, для остальных видов свай — только кольцевые и круглые сечения), указывается вид сопряжения ростверка со сваей (шарнирное или жесткое), а также вводятся следующие дополнительные данные:
- глубина погружения нижнего конца сваи;
- расстояние от подошвы ростверка до поверхности грунта;
- глубина котлована;
- предельный изгибающий момент, воспринимаемый поперечным сечением сваи, с учетом продольных сил (только в случае многорядного расположения свай в фундаменте с ростверком).
Для сечений, имеющих различные геометрические характеристики в разных силовых плоскостях, расчет следует выполнять раздельно для каждой силовой плоскости, задавая соответствующие значения нагрузок в таблице на странице Общие данные . Силовая плоскость назначается с помощью кнопок в одноименной группе.
Характеристики грунтов задаются в таблице на одноименной странице по тем же правилам, что и в режиме Несущая способность сваи.
При задании размеров сечения сваи предусмотрена возможность сохранить их под уникальным именем в базе данных (кнопка — ), а также загрузить из базы (кнопка —
). Контроль сечения выполняется нажатием кнопки Предварительный просмотр —
.
Результаты расчета
Расчет выполняется после нажатия кнопки Вычислить . Результаты расчета в установленных в настройках единицах выдаются на странице Результаты и включают следующие величины:
- расчетный момент в заделке, действующий в месте сопряжения сваи с ростверком;
- коэффициент использования ограничений по устойчивости основания;
- минимальный расчетный изгибающий момент в сечении сваи;
- максимальный расчетный изгибающий момент в сечении сваи;
- минимальная расчетная поперечная сила в сечении сваи;
- максимальная расчетная поперечная сила в сечении сваи;
- расчетная продольная сила в сечении сваи;
- расчетное значение угла поворота сваи в уровне подошвы ростверка;
- расчетное значение горизонтального перемещения сваи в уровне подошвы ростверка;
- коэффициент использования несущей способности сваи;
- расчетное значение угла поворота сваи в уровне поверхности грунта;
- расчетное значение горизонтального перемещения сваи в уровне поверхности грунта.
Так же, как в режиме Несущая способность сваи , имеется возможность передачи данных в программу АРБАТ для анализа несущей способности сваи по материалу.
Расчет несущей способности сваи
Несущая способность забивной сваи состоит из двух составляющих: несущая способность за счет бокового трения и сопротивление под торцом сваи. В зависимости от того, какая составляющая больше, свая называется «висячей», либо «сваей-стойкой». Ниже приведен пример расчета сваи.
Fd – несущая способность сваи определяется по формуле:
где γс – коэффициент условной работы сваи в грунте; γс=1;
R – расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа
A – площадь поперечного сечения сваи, м2;
U – наружный периметр поперечного сечения сваи, м;
fi – расчетное сопротивление i -го слоя грунта основания по боковой поверхности сваи, кПа, принимаемое по таблице 2[9] или аналогичных таблиц 11.2 [1] или 9.2 [2];
hi – толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;
γ CR , γс f – коэффициенты условной работы грунта соответственно под нижним концом и на боковой поверхности сваи, принимаемые по таблице.
В данном случае γ CR = γс f =1, [9].
Находим значения R и fi для наших инженерно-геологических условий .
— для суглинка тугопластичного с IL =0,4 на глубине 8,7 м R =2313, 33 кПа
— для глины тугопластичной с IL =0,28 на средней глубине слоя z 1=1,5 м, f 1=28,9 кПа
— для супеси пластичной с IL =0,2 на средней глубине слоя z 2=2,3 м, f 2=43,8 кПа
— для песка крупного средней плотности на средней глубине слоя z 3=4 м, f 3=11,10 кПа
— для суглинка тугопластичного с IL =0,4 на средней глубине слоя z 3=6,25м, f 4=31,25 кПа
Площадь поперечного сечения сваи A =0,32=0,09 м2.
Периметр площади поперечного сечения сваи U =1,2 м.
Расчетная допускаемая нагрузка на сваю Рсв определяется по формуле: =264,63 кН где
γ k – коэффициент надежности. Если Fd определена расчетом, как в нашем случае, γk =1,4 (п 3.10 [8]).
8 d 2 – осредненная грузовая площадь вокруг сваи, на которую предается нагрузка от собственного веса ростверка, надростверковой конструкции и грунта на ростверке;
d – диаметр (сторона сваи);
h – высота ростверка и надростверковой подземной конструкции, нагрузка от которых не вошла в расчет при определении NI ;
γ CP – средний удельный вес грунта и бетона над ростверком
Произведение 8 d 2 h γ CP приближенно учитывает собственный вес ростверка, надростверковой конструкции и грунта на обрезе ростверка, приходящийся на одну сваю.
Определяем расстояние a между осями свай.
Сваи в составе фундамента должны размещаться на расстоянии, равном (3-6) d между их осями. Очевидно, что наиболее экономичным был бы ростверк с однорядным расположением свай при расстоянии а между их осями, равном 3 d =0,9 м. Но, так как полученное значение a =0,52 м < 0,9 м, приходиться принимать двухрядное расположение свай, с тем, чтобы расстояние между соседними сваями одного и другого рядов составляло 3d =0,9 м, а по длине ростверка – 0,52 м. При этом расстояние СР между рядами свай определяется из треугольника abc (рис. 10.2).
=0,53 м
Расстояние от внешней грани вертикально нагруженной сваи до края ростверка принимается равным 0,2 d +5 см при однорядном размещении свай и 0,3 d + 5 см при двух и трех рядном ( d – в см), но не менее 10 см. Исходя из этого получаем ширину ростверка (рис.10.2):
bp =0,53+2 ? 0,15+2(0,3 ? 30+5)=1,11 м.
Высота ростверка ленточного двухрядного фундамента должна определяться по условию продавливания его сваей. Но, так как в данном случае расстояние от внутренней грани сваи до внешней грани стены подвала составляет 120 мм > 50 мм, то есть почти половина площади поперечного сечения сваи попадает под стену, то продавливание ростверка оказывается невозможным и расчет на продавливание не производится. Поэтому, из конструктивных соображений и практики строительства, оставляем hp =0,5 м и не делаем пересчетов по п.п. 2, 3, 4 и 5. Итак полученные размеры ростверка составляют:
ширина bp =1,11 м, высота hp =0,5 м.
Расчет предусматривает проверку выполнения условия I предельного состояния:
F – расчетная нагрузка передаваемая на сваи, то есть фактическая нагрузка;
Fd – расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи (несущая способность сваи по грунту);
– расчетная нагрузка допускаемая на сваю.
γ k – коэффициент надежности, равный 1,4.
Вычисление фактической нагрузки F , передаваемой на сваю.
Вес ростверка Qp =1,11 ? 1 ? 0,5 ? 24=13,32 кН;
Вес надростверковой конструкции Q НК (одного погонного метра стены подвала) из 3 блоков ФБС24.4.6 и одного доборного ФБС12.4.3:
Q НК=(0,6 ? 0,4 ? 1 3+0,3 ? 0,4 1)22=18,48 кН;
Общий вес Q ростверка и надростверковой конструкции:
Вес грунта на внешнем обрезе ростверка G гр=1,9 ? 0,35 ? γср,
где γср – средний удельный вес засыпки пазухи, 18 кН/м3:
G гр=1,9 ? 0,35 ? 18=11,97 кН
Пригрузка внутреннего обреза ростверка бетонным полом подвала G П
G П=0,405 ? 0,2 ? 1 ? 22=1,78 кН.
Общий вес G пригрузки грунтом и полом подвала:
Расчетная допускаемая нагрузка на сваю
Проверяем выполнение условия первого предельного состояния:
, или, что то же, ,253,5≤264,63– условие выполняется.
Следовательно, размещение свай в плане и ширина ростверка принимается для дальнейших расчетов. Принятые размеры свайного фундамента будут считаться окончательными при удовлетворении условия расчета по второму предельному состоянию – по деформациям.
Стоит отметить, что расчет по грунту является чисто теоретическим и основан на геологических данных. Учитывая факт того, что изыскатели далеко не всегда ответственно подходят к своей работе, а также что часть данных получается методом интерполяции, основой для принятия окончательного решения о длине и количестве свай, должны быть результаты полевых испытаний свай .
Несущая способность свай
Есть несколько эффективных методик, позволяющих чётко определить несущую способность:
- расчётный метод;
- статические нагрузки;
- проведение динамических испытаний – наиболее эффективная методика, заключающаяся в нанесении ударов молотом по конструкции с последующей фиксацией осадка;
- зондирование – сочетание динамической и статической методики. Техника позволяет регистрировать нагрузки, испытываемые не только основанием, но и поверхностью сваи, посредством специальных датчиков.
Наиболее прогрессивной методикой является динамическая проверка, позволяющая выявить реакцию сваи при контакте со всеми слоями грунта:
- плотная оболочка;
- зона уплотнения;
- сегмент упругой деформации.
При проведении динамических испытаний
Основным параметром, учитываемым при проведении динамического испытания, является величина погружения конструкции после каждого удара – отказ. Если работы ведутся с песчаными грунтами, то данный показатель традиционно стремится к нулю, так как под остриём сваи формируется ядро с достаточной долей переуплотнения. Одновременно с этим вдоль ствола начинает происходить сухое трение, так как происходит удаление воды, что приводит к отказу сваи от погружения.
Необходимо сочетать методы расчёта и динамические полевые испытания, чтобы определить параметры отказа, а также выявить насколько грунт и сваи могут справляться с предполагаемой нагрузкой.
Материалы по теме:
- Статические испытания сваи
- Контрольные испытания сваи
Расчёт несущей способности буронабивных свай
Несущая способность буронабивных свай определяется по грунту и материалу.
Расчёт по материалу
- Yс – условия работы (1);
- ф — продольный изгиб (1);
- ф — < 1 (если фундамент имеет высокий ростверк).
- Q – масса ударного сегмента молота;
- q – масса свай;
- Э – ударная энергия;
- р – несущая способность свайной конструкции.
Расчёт по грунту
Несущая способность по грунту имеет определяющее значение, так как окружающая конструкцию почва не всегда способная воспринимать такую же нагрузку, как и сама свая. Формулы, используемые для определения нужных параметров, позволяет определить несущую способность свай-стоек и свай трения.
Работая со сваями-стойками, надо пользоваться следующей формулой:
Расшифровка формулы следующая:
- R – сопротивление почвы под остриём конструкции;
- А – поперечное сечение (площадь);
- Yc – условия работы (коэффициент);
- Yq – надёжность (коэффициент).
Если работают со сваями трения, то пользуются следующей формулой: Ф=N0+N6.
Расшифровка формулы: N0, N6 – сопротивление свайной конструкции по бокам и под остриём.
Важно учесть
Необходимо учесть, что определение несущей способности посредством расчёта, с использованием формул является не столь точным, как в случае с реальными динамическими испытаниями. Преимущественно, полученные величины имеют меньшие значения, так как в процессе расчёта пользуются усреднёнными данными, а это приблизительные значения, не имеющие ничего общего с конкретной реальной обстановкой на местности.
Следует уделить особое внимание расчёту несущей способности, так как это определяет устойчивость будущего строения и его эксплуатационные характеристики.
Свяжитесь с нами и мы произведём работы
Наша компания занимается поставкой и забивкой свай, как железобетонных, так и винтовых. Мы произведём свайно фундаментные работы. Работаем в Московском регионе.
- Видео наших работ
- Наши контактные данные
Наша компания поставляет сваи и сваебойную технику — обращайтесь, поможем!
Предельно допускаемая нагрузка на сваю
В ПК ЛИРА-САПР при расчете несущей способности свай (КЭ57 как для одиночных свай, так и для свайных кустов с учетом взаимовлияния) вычисляется их несущая способность Fd («предельное сопротивление» по терминологии изменения №1 к СП 24.13330.2011). Чтобы получить предельную нагрузку N по формуле 7.2 СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты» необходимо Fd из результатов расчета умножить на все коэффициенты.
γ0 = 1.15 (коэффициент условий работы для куста свай; в изменении №1 к СП 24.13330.2011 удалено)
γn = 1.15 (коэффициент надежности по назначению для сооружений II уровня ответственности)
γk = 1.4 (коэффициент надежности по грунту для определения Fd расчетом)
Предельная нагрузка по СП 24.13330.2011 (без изменений) на сваю будет равна:
Тогда при значениях на мозаике «относительной несущей способности (N/Fd)» меньше значения 0.71 свая несет данную нагрузку, а при значениях больше ― не несёт.
Предельная нагрузка в СП 24.13330.2011 (с учетом изменений №1-3) на сваю будет равна:
Тогда при значениях на мозаике «относительной несущей способности (N/Fd)» меньше значения 0.62 свая несет данную нагрузку, а при значениях больше ― не несёт.
Мозаика относительной несущей способности показывается по соответствующей кнопке в блоке «Инструменты» вкладки «Создание и редактирование». Показывается значение нагрузки на сваю (заданную в параметрах свайного куста или перенесённую из результатов расчета, см. в конце статьи https://rflira.ru/kb/4/127/) деленное на значение несущей способности (предельное сопротивление) Fd посчитанное в соответствии с заданными параметрами свайного куста.
Выдержка из СП 24.13330.2011, декабрь 2019
7.1.11* Допускаемую нагрузку на сваю (Fd/γc.g) в составе фундамента или одиночную сваю следует определять, исходя из условия:
где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю от наиболее невыгодного сочетания нагрузок, действующих на фундамент, определяемая в соответствии с 7.1.12;
Fd — предельное сопротивление грунта основания одиночной сваи, называемая в дальнейшем несущей способностью сваи и определяемая в соответствии с подразделами 7.2 и 7.3;
γn — коэффициент надежности по ответственности сооружения, принимаемый по ГОСТ 27751, но не менее 1;
γc.g — коэффициент надежности по грунту, принимаемый равным:
1,2 — если несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой;
1,25 — если несущая способность сваи определена расчетом по результатам статического зондирования грунта или по результатам динамических испытаний сваи, выполненных с учетом упругих деформаций грунта, а также по результатам полевых испытаний грунтов эталонной сваей или сваей-зондом;
1,4 — если несущая способность сваи определена расчетом с использованием таблиц свода правил, в том числе по результатам динамических испытаний свай, выполненных без учета упругих деформаций грунта;
1,4 (1,25) — для фундаментов опор мостов при низком ростверке, на висячих сваях (сваях трения) и сваях-стойках, а при высоком ростверке — только при сваях-стойках, воспринимающих сжимающую нагрузку независимо от числа свай в фундаменте;
1,5 — если несущая способность сваи определена расчетом с использованием компьютерных программ на основании численного моделирования.
Для фундаментов опор мостов и для гидротехнических сооружений при высоком или низком ростверке, подошва которого опирается на грунты с модулем деформации Е < 5 МПа, и висячих сваях, воспринимающих сжимающую нагрузку, а также для любых сооружений при любом виде ростверка и висячих сваях и сваях-стойках, воспринимающих выдергивающую нагрузку, γc.g принимают в зависимости от числа свай в фундаменте:
При 21 свае и более 1,4 (1,25);
От 11 до 20 свай 1,55 (1,4);
» 6 » 10 » 1,65 (1,5);
» 1 » 5 » 1,75 (1,6).
Для фундаментов из одиночной сваи под колонну при нагрузке на забивную сваю квадратного сечения более 600 кН, набивную или буровую сваю — более 2500 кН, значение коэффициента γc.g следует принимать равным 1,4, если несущая способность сваи определена по результатам испытаний статической нагрузкой, и 1,6, если несущая способность сваи определена другими способами.
1 В скобках даны значения γc.g в случае, когда несущая способность сваи определена по результатам полевых испытаний статической нагрузкой или расчетом по результатам статического зондирования грунтов.
2 При расчете свай всех видов как на вдавливающие, так и на выдергивающие нагрузки продольное усилие, возникающее в свае от расчетной нагрузки N, следует определять с учетом собственного веса сваи, принимаемого с коэффициентом надежности по нагрузке, увеличивающим расчетное усилие.
3 Если расчет свайных фундаментов производится с учетом ветровых и крановых нагрузок, то воспринимаемую крайними сваями расчетную нагрузку допускается повышать на 20% (кроме фундаментов опор линий электропередачи).
4 Если сваи фундамента опоры моста в направлении действия внешних нагрузок образуют один или несколько рядов, то при учете (совместном или раздельном) нагрузок от торможения, давления ветра, льда и навала судов, воспринимаемых наиболее нагруженной сваей, расчетную нагрузку допускается повышать на 10% при четырех сваях в ряду и на 20% при восьми сваях и более. При промежуточном числе свай процент повышения расчетной нагрузки определяют интерполяцией.
5 При расчете сваи в составе большеразмерных кустов и полей свай на основании численного моделирования допускается учитывать возможность увеличения предельного сопротивления грунта основания сваи по сравнению с предельным сопротивлением грунта основания одиночной сваи.
С текстами СП и изменений к ним можно ознакомиться по ссылкам:
- СП24.13330.2011 Свайные фундаменты
- Изменение № 1 к СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты»
- Изменение № 2 к СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты»
- Изменение № 3 к СП 24.13330.2011 «СНиП 2.02.03-85 Свайные фундаменты»
В версии 2022 была добавлена возможность вывода несущей способности свай с учетом коэффициентов условий работы. Соответствующий диалог активируется перед выводом мозаики N/Fd (отношение действующей нагрузки на сваю к несущей способности).
В версии 2024 реализованы новые режимы мозаик для выполнения анализа несущей способности свай по результатам расчета загружений и РСН (показывается на КЭ57 в голове сваи):
- Мозаики несущей способности свай на сжатие/выдергивание с учетом сейсмики/без учета сейсмики (относительная);
- Мозаики нагрузки на сваю Qх/Qy/Q;
- Мозаики давления сваи на грунт по боковой поверхности σz,х/σz,y/σz