Расчетная нагрузка на сваю определяется в процессе проектирования фундамента. Этот параметр связан с размерами подошвы и глубиной погружения опор, эксплуатационной и конструкционной массой строения, общим количеством опор на участке и несущей способностью грунта.
То есть, в расчетах нагрузки задействованы практически все параметры и характеристики свайных опор. Причем справедливо и обратное утверждение: конструктивная нагрузка на сваю для фундамента является фактором, определяющим все параметры и характеристики этой части строения. Поэтому в данной статье мы рассмотрим взаимосвязь между расчетной нагрузкой и прочими характеристиками основания. А также дадим рекомендацию по определению этих параметров и характеристик.
Общие указания по расчету свай
В своде правил, регламентирующем процесс строительства свайного фундамента (СП 24.13330 в редакции 2011 года) сказано, что расчет опор ведется по предельным значениям следующих характеристик:
- Физической прочности конструкционного материала свай и элементов ростверка.
- Несущей способности расположенного под пятой опоры грунта (с учетом уплотнения при монтаже опоры).
- Несущей способности пяты самой сваи, расположенной на крутопадающих слоях (откосах).
- Осадке сваи под действием вертикальной нагрузки.
Кроме того, рассчитывая железобетонные опоры нужно принимать во внимание склонность конструкционного материала к образованию трещин, раскрывающихся под действием нагрузки. А рассчитывая осадку под вертикальными силами, следует не забывать и о крутящих моментах на оголовке опоры.
Расчетная нагрузка и конструкционный материал опоры
Прочностной расчет сваи основан на сопротивляемости материалов пиковым нагрузкам. Причем объект приложения усилий – свая – рассматривается, как цельный стержень, зажатый в грунте.
В итоге расчетное усилие прилагают к точке защемления расположенной на некотором расстоянии от подошвы опоры, определяемом по следующей формуле:
L=l+2/a ,
где l — это расстояние от подошвы до плоскости планировки грунта, а — это коэффициент деформации, определяемый по таблице из приложения к СП 24.13330.2011
Продольный изгиб сваи считается по общепринятым формулам, в которых оперируют расчетной длиной опоры, равной 15 или 25 диаметрам погруженного стержня.
Кроме того, стойкость сваи зависит и от условий эксплуатации. Поэтому расчетные значения допустимых нагрузок корректируют особым коэффициентом (g), значение которого зависит от типа почвы.
Например, для глинистых грунтов g принимает значение 1,0. Для влажных грунтов илистого типа с высоким уровнем грунтовых вод g принимает значение 0,7.
Расчет количества свай в ростверке — свайное поле
Опережение количества свай зависит от общего веса строения, площади подошвы и несущей способности грунта.
Схема такого расчета очень проста:
Вначале определяется несущая способность почвы.- Затем вычисляется масса строения, в которую следует включить конструкционную, эксплуатационную и сезонную составляющую (вес стройматериала, предметов интерьера и снеговую нагрузку).
- Далее, сопоставляя вес дома с несущей способностью почвы можно определить общую площадь подошвы фундамента.
- Зная общую площадь подошвы и габариты сваи можно вычислить количество свай.
В финале следует рассчитать нагрузку на одну опору (по весу дома и количеству опор) и сопоставить ее с пиковой нагрузкой из прочностного расчета. И если пиковая нагрузка больше, то все в порядке, ну а если меньше, то возникает необходимость увеличения количества свай.
Зная общее количество свай можно определить параметры свайного поля – совокупности опор, удерживающих ростверк. Причем важнейшей характеристикой поля является шаг расположения свай, который зависит от диаметра опоры.
Минимальный шаг размещения сваи не может быть меньше 1,5 диаметров сваи, а максимальны – не может быть больше 6 диаметров сваи.
Расчет нагрузки погружения опоры и отказ сваи
Помимо прочностных и эксплуатационных нагрузок в расчетах свай оперируют еще и монтажными нагрузками, обеспечивающими погружение опоры.
Монтажные нагрузки должны обеспечить перемещение сваи в грунте. Воздействуя на оголовок опоры в вертикальном направлении можно преодолеть сопротивление грунта и силу трения ствола опоры о слои почвы.
Однако, со временем, под пятой опоры накапливается сверхуплотненный слой грунта, который провоцирует отказ сваи – нулевое перемещение под воздействием монтажной нагрузки.
Преодолеть отказ можно лишь увеличением монтажной нагрузки на оголовок. И если монтажные усилия приблизятся к пиковым значениям, то дальнейшее заглубление спровоцирует разрушение материала.
Поэтому при критичных значениях монтажных нагрузок практикуют технологию лидерного (предварительного) бурения. То есть свая погружается в грунт не на нулевом уровне, а на уровне дна в шахты. В итоге, монтажные нагрузки находятся в пределах пиковых значений. И погружаемая свая остается целой.
