Допустимая нагрузка на винтовую сваю
Допустимая нагрузка на винтовую сваю. Расчет винтового фундамента.
Расчет винтового фундамента — ответственный этап проектирования. Если при его выполнении допустить ошибку, то можно не правильно задать шаг свай или их сечение. Ошибки приводят к снижению надежности опор под знание и возникновению вероятности сильной усадки или крена строения, вследствие которых образуются трещины и повреждения основных строительных конструкций здания. Одним из самых важных характеристик свайновинтового фундамента (как и любого другого) является его несущая способность.
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 нагрузки на винтовую сваю выполняется по следующей формуле: N = F/γk .
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 сваиэталона. 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 1,41,75 при количестве опорных элементов в пределах 520 штук.
Если несущая способность определяется для винтовой сваи с низким ростверком, то значение составит 1,41,75 при количестве опорных элементов в пределах 520 штук.Чтобы найти F, потребуется выполнить вычисления по следующей формуле: F = S*Rо .
Здесь:
- S — площадь лопасти, которая вычисляется по формуле для круга (S = πR² = (πD²)/4). Исходные данные приводятся производителем винтовой сваи.
После того, как определено, сколько составляет площадь лепестковой подошвы винтовой сваи, нужно выяснить прочностные характеристики грунта основания (в формуле буква Rо). Для этого потребуется выполнить как минимум простейшие геологические изыскания с помощью ручного бурения или отрывки шурфов. Грунт можно изучить визуально и на ощупь, рекомендуется выполнять определение с применением ГОСТ «Грунты. Классификация».
ГОСТ «Грунты. Классификация».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:
Расчет свай на фундаментНесущая 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.
Пример упрощенного расчета
Исходные данные для расчета фундамента под двухэтажный брусовой дом с размерами в плане 6 на 6 метров:
- грунты на участке — глина;
- диаметр используемых свай — 133 мм, диаметр лопасти — 350 мм;
- масса дома, полученная в результате сбора нагрузок от стен, перегородок, перекрытий, полезного и снегового нагружения — 59 тонн.
- периметр наружных стен — 24 м, внутренних несущих стен нет.
Сначала находится прочность грунта основания. Воспользовавшись приведенной ранее таблицей находим, что для имеющегося типа почвы она составляет 6,0 кг/см².
Коэффициент надежности по нагрузке принимаем 1,75 (для обеспечения запаса по надежности).
Остается вычислить площадь лепестковой подошвы: S = (πD²)/4 = 3,14*352/4 = 961,6 см² (значение диаметра лопасти в расчет берется в сантиметрах).
Находим неоптимизированную несущую способность: F = S*Rо = 961,6*6,0 = 5770 кг.
Вычисляем допустимую нагрузку: N = F/γk = 5770/1,75 = 3279 кг ≈ 3,3 т.
Для дальнейшего расчета определяем минимальное количество свай, которые способны удержать данный дом: 59 т/3,3т = 17,87 шт, округляем до целых в большую сторону и принимаем в дальнейший расчет 18 шт.
Чтобы завершить вычисления для возведения фундаментов, нужно определить шаг между сваями. Для этого длину стен дома делят на количество опорных элементов: 24 м/18 шт = 1,33 м — максимальный шаг фундаментов. Получилось довольно большое количество свай для такого небольшого дома, т.к. мы приняли что геологические изыскания не проводились, и пришлось принять γk = 1,75, если провести исследования хотя бы пробным вкручиванием (эталонным), тогда количество свай можно снизить до 1213 штук, а это существенная экономия.
В каждом случае нужно считать что обойдется дешевле — геологические изыскания или самостоятельный расчет и перестраховка по несущей способности. Определение максимальной нагрузки на сваю — только часть вычислений для проектирования. Как показано выше, на этом расчет не заканчивается.
Окончательными результатами вычислений должны стать следующие данные для свай:
- сечение;
- длина;
- шаг;
- распределение под несущими стенами.
Как выполнить расчет несущей и допустимой способности винтовых свай
На запас прочности опорного столба влияет его длина и диаметр. Пример зависимости этих показателей можно увидеть в таблице 1.
Таблица 1. Несущая способность винтовых свай.
Диаметр, мм | Н/С, т | Длина опоры, м |
89,0 | 4 | 2,5 |
108,0 | 7 | 2,5 |
133,0 | 8,5 | 2,5 |
Большое значение для расчетов имеет тип грунта на участке застройки, глубина залегания плотного несущего слоя, уровень промерзания почвы.
Основные составляющие расчетов нагрузки на сваи:
- диаметры ствола и лопастей;
- длина свайной конструкции;
- характеристики 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 столбов в свайном поле, нагрузки на почву. Для определения поправочного коэффициента используют следующие данные:
- Коэффициент 1,2. Его используют в том случае, если были проведены точные геологические исследования с зондированием почвы, сбором образцов, лабораторными исследованиями грунта. Этот способ редко используют при строительстве частных домов из-за высокой стоимости геологической экспертизы.
- Значение 1,25. Такой коэффициент используется если было проведено пробное бурение. Сваю-эталон вкручивают в нескольких точках на участке застройки. Таким способом определяют глубину залегания несущего пласта, его толщину. Для выполнения пробного бурения нужны практические навыки, а также определенные познания в области геологии.
- Значение 1,75. Этот показатель применяется при самостоятельном исследовании грунта и использовании справочных данных. Он подходит для свайных фундаментов при количестве опорных столбов до 22 штук.
Для частного строительства лучше применять 2 способ, поскольку провести полноценную геологическую экспертизу своими силами невозможно.
Чтобы рассчитать неоптимизированную несущую нагрузку нужно выполнить вычисления по следующей формуле F = S x Rо, где Ro это прочность основания, а S — площадь лопасти. Ее вычисляют по специальной формуле или используют исходные данные, которые предоставляют изготовители винтовых свай.
Таблица 2.
Размеры и вес свайных конструкций.
Диаметр столба, мм | Диаметр лопасти, мм | Длина, м | Вес, кг | Толщина стали (ствол), мм | Толщина стали (лопасть), мм |
89,0 | 250,0 | 3,0 | 24,1 | 3,0-3,5 | 4,0 |
| 108,0 | 300,0 | 3,0 | 34,9 | 3,5-4,0 | 5,0 |
133,0 | 350,0 | 3,0 | 44,6 | 4,0-4,5 | 5,0 |
При определении длины опорных конструкций нужно учитывать тип грунта и особенности климата данной местности.
Поскольку сваи вкручивают ниже точки промерзания необходимо знать на какую глубину промерзает почва. Средние показатели для Москвы и Московской области:
- глинистые почвы и суглинки — 135 см;
- песчаные — от 164 до 176 см;
- каменистые — 200 м.
Для определения прочности основания (Ro) применяют табличные данные.
Таблица 3. Тип почвы и ее несущая способность.
Тип грунта | Rо на глубине 150 см и более, кг/см2 |
Галька с включениями глины | 4,5 |
Гравелистый с включениями глины | 4,0 |
Песчаные почвы (крупная фракция) | 6,0 |
Песчаные почвы (средняя фракция) | 5,0 |
Песчаный (мелкая фракция) | 4,0 |
Пылеватый песок | 2,0 |
Глинистые почвы и супеси | 3,5 |
Вязкие глинистые почвы | 6,0 |
| Просадочный грунт или насыпное основание (с уплотнением) | 1,5 |
Насыпной грунт (без уплотнения) | 1,5 |
Данные из таблиц подставляют в формулу и находят ориентировочную нагрузку на основание.
Полученное число умножают на коэффициент надежности и определяют проектную нагрузку на один опорный столб.
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. Чтобы упростить работу используют данные из таблиц.
Таблица 4. Несущая способность одной свайной опоры (Ф ствола 108 мм, Ф лопасти 300 мм).
Тип почвы | Несущая способность сваи в кг при глубине залегания лопасти, см | |||
150 | 200 | 250 | 300 | |
мягкопластичная лессовая | 2200 | 2900 | 3600 | 4300 |
полутвердые глинистые | 4700 | 5400 | 6000 | 6700 |
тугопластичные глинистые | 4200 | 4900 | 5600 | 6300 |
мягкопластичные глинистые | 3700 | 4400 | 5000 | 5800 |
полутвердый суглинок | 4400 | 5100 | 5800 | 6500 |
тугопластичная суглинистая | 3900 | 4600 | 5300 | 6000 |
мягкопластичная суглинистая | 3500 | 4200 | 4800 | 5500 |
песчаные (крупная и средняя фракция) | — | 9700 | 10400 | 11100 |
песчаные (мелкая фракция) | 6300 | 700 | 7700 | |
пылеватый песок | — | 4900 | 5600 | 6300 |
Запас прочности свайных опор диаметром 108 мм позволяет использовать их в качестве основания для строительства каркасных, бревенчатых, брусовых домов в один этаж.
Для двухэтажных построек, а также сооружений из кирпича и блока используют сваи большего диаметра.
5 вопросов о нагрузочных испытаниях винтовых свай [ответы]
Специалисты по установке винтовых свай и проектировщики постоянно задают вопрос: «Нужно ли мне проводить полномасштабные нагрузочные испытания?» Ответ: «это зависит».
Часто требования к нагрузочным испытаниям включаются в спецификации более крупных коммерческих проектов. Количество необходимых испытательных свай определяется инженером-регистратором. Количество требуемых испытаний определяется либо как конечное число (вы должны проверить 1 сваю), либо в процентах (вы должны проверить 10% производственных свай). Для коммерческих проектов испытания под нагрузкой обычно включаются в заявку и используются для проверки того, что свая работает в пределах требуемых критериев прогиба для требуемой нагрузки на сваю.
Существуют различные приемлемые критерии для выполнения нагрузочного теста (смещение Дэвиссона, Бринч-Хансена 90%, Батлер-Хой и т.
д.). Типичные общие прогибы находятся в диапазоне от ½” до ¾” при расчетной нагрузке. Предварительные испытания свай обычно испытывают до 200 % проектной нагрузки, в то время как производственные/проверочные испытания обычно испытывают до 133 % или 160 % расчетной нагрузки. Во время испытания под нагрузкой вам нужны данные, которые показывают работу сваи за пределами 100% расчетной нагрузки (это то, что свая должна выдерживать для обеспечения эксплуатационной надежности).
Всегда ли мне нужен нагрузочный тест?
Ответ: Полномасштабные испытания под нагрузкой не могут быть выполнены в небольшом проекте с несколькими сваями; или в жилых проектах, где стоимость полномасштабного испытания под нагрузкой непомерно высока. В этом случае используются хорошо задокументированные значения корреляции крутящего момента, предусмотренные Международными строительными нормами (IBC).
При подъеме конструкции сваи и кронштейны будут проверены, когда конструкция поднимается с помощью гидравлических домкратов, что выступает в качестве проверочного испытания.
Какие типы испытаний под нагрузкой существуют для винтовых свай?
Ответ: Сваи могут быть испытаны на сжатие (как правило, со стальной реактивной рамой и реактивными сваями) или на растяжение (обычно с нагрузочной балкой и деревянными опорами). Полномасштабное испытание на сжимающую нагрузку более сложное и требует больше времени для настройки и выполнения. Стандарт ASTM для испытаний на сжатие — ASTM D1143, а стандарт ASTM для испытаний на растяжение — ASTM D3689.
Раздел 1810.3.3.1.9Международного строительного кодекса (IBC) обсуждают расчетные значения винтовых свай, включая испытания под нагрузкой.
Если винтовые сваи имеют предсказуемую формулу отношения крутящего момента к грузоподъемности, то почему требуются испытания под нагрузкой?
Ответ: В зависимости от количества свай в проекте и области применения выполняются нагрузочные испытания для подтверждения зависимости крутящего момента от грузоподъемности. Часто для крупных проектов требуются полномасштабные нагрузочные тесты. Полномасштабное испытание под нагрузкой позволяет определить зависимость крутящего момента от мощности на конкретном объекте. Когда позволяет график проекта, эти данные можно использовать для обоснования большей грузоподъемности свай, уменьшения их общего количества и обеспечения более эффективной конструкции.
Есть ли преимущества у винтовых свай, если одна из них показала себя хуже во время испытания под нагрузкой?
Ответ: Использование винтовых свай для глубокого фундамента имеет определенное преимущество перед другими продуктами.
Во время установки сваи крутящий момент отслеживается в режиме реального времени. Мониторинг крутящего момента дает установщику информацию о фактических условиях грунта. По мере увеличения крутящего момента это явный признак того, что прочность почвы (где расположены спирали) увеличивается. Если во время испытания под нагрузкой свая оседает больше, чем допустимо, ее можно либо переустановить, либо снизить номинальную мощность сваи и добавить дополнительные сваи.
Часто ли свая не проходит испытание под нагрузкой? Если да, то по каким причинам?
Ответ: Редко случается драматический «отказ» сваи во время испытания под нагрузкой при условии, что свая установлена в соответствии с рекомендациями CHANCE® и испытана в пределах диапазона ее механических характеристик (см. Руководство по техническому проектированию CHANCE).
Свая может оседать или прогибаться сверх допустимого предела, установленного зарегистрированным инженером, но мой личный опыт свидетельствует о том, что хорошо задокументированные отношения крутящего момента к грузоподъемности остаются верными.
Для получения дополнительной информации о нагрузочных испытаниях и зависимости крутящего момента от мощности обратитесь к местному дистрибьютору.
Винтовые сваи | Анкеры ABC
Наш стандартный ассортимент винтовых свай имеет диаметры от 60 мм до 89 мм, исключая спирали, и толщину стенки от 6,35 мм до 9,5 мм. Пределы крутящего момента варьируются от 4 кНм до 22,5 кНм. В большинстве случаев, при условии, что верхние 2 метра оцинкованы, срок службы сваи превысит 100 лет. Дополнительные шаги могут быть предприняты для защиты в соленой воде и торфяниках.
Если у вас есть какие-либо вопросы, касающиеся технических характеристик наших винтовых свай, или вы хотите обсудить индивидуальные варианты, свяжитесь с нами.
Спецификации свай
Коррозия
Преимущества винтовых свай
Растяжение и сжатие
Винтовые сваи могут воспринимать наши опубликованные проектные нагрузки как на растяжение, так и на сжатие.
Устойчивость к растяжению
Максимальный диаметр стволов свай в нашем ассортименте составляет 89 мм, что обеспечивает превосходную устойчивость к воздействию расширяющегося пучения грунта.
Любой угол
Винтовые сваи можно забивать под любым углом в соответствии с вашими проектами.
Зоны защиты деревьев/корней
Винтовые сваи неоднократно упоминались в качестве предпочтительного фундамента для строительства в зонах защиты деревьев.
100-летний расчетный срок службы
Все винтовые сваи ABC Anchors оцинкованы или снабжены катодной защитой, и на них распространяется наша 100-летняя гарантия.
Низкий уровень шума/вибрации
В процессе установки используется моментный двигатель для плавного забивания свай в землю, и для этого не требуется ударов молотком или вибрации.
Мгновенное подключение/строительство
Сваи могут принимать полную нагрузку сразу после установки. Мы поставляем широкий ассортимент концевых муфт, подходящих для растягивающих, сжимающих и комбинированных нагрузок.
Нет Muckaway
Винтовые сваи не требуют земляных работ до или во время установки и, следовательно, не требуют утилизации отходов.
Винтовые сваи и оборудование для установки
| Серия винтовых свай | 60R | 76Р | 89R | |
|---|---|---|---|---|
| Тормозная головка Модель | 400Х | 500X | 1600X 700H | 2500X |
| Максимальный крутящий момент | 4кНм | 5кНм | 16 кНм 7 кНм | 22,5кНм |
| Тип машины | Ручной | Экскаватор | Экскаватор Ручной | Экскаватор |
| Максимальная вместимость сваи (без коэффициента) крутящий момент | 120 кН | 150 кН | 450 кН 196 кН | 562кН |
| Безопасная рабочая нагрузка (2,5 FOS) | 48 кН | 60 кН | 180 кН 78 кН | 225 кН |
| Спецификация (PDF) | ||||
Нефакторизованная нагрузка — Максимальная нагрузка, которую примет свая до того, как прогиб превысит стандартные пределы.
FOS — Коэффициент запаса прочности — отношение между нефакторизованной нагрузкой и рабочей нагрузкой
Безопасная рабочая нагрузка — Фактическая нагрузка, которую воспринимает свая, когда здание стоит на месте
Все машины оснащены индикаторами крутящего момента, что позволяет мгновенно рассчитать грузоподъемность сваи.
Технические характеристики винтовых свай
| ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ | ОПРЕДЕЛЕНИЕ | 60р | 76Р | 89R |
|---|---|---|---|---|
| Диаметр вала | Диаметр ствола винтовой сваи без учета спиралей | 60мм | 76мм | 89мм |
| Толщина стенки | Толщина стенки трубы винтовой сваи | 6,35 мм | 9,5 мм | 9,5 мм |
| Ограничение крутящего момента | Способность сваи передавать крутящий момент всегда является ограничивающим фактором. Таким образом, это предельный крутящий момент при установке сваи. | 4кНм | 16кНм | 22,5кНм |
| Эмпирический коэффициент крутящего момента KtKt м -1 | «Эмпирический коэффициент крутящего момента», выраженный в метрических единицах, когда крутящий момент измеряется в кНм, а сила — в кН. Его значение уменьшается по мере увеличения диаметра сваи и толщины винтовой пластины. Это происходит из-за сочетания поверхностного трения и энергии, необходимой для смещения почвы. | 30 м -1 | 28 м -1 | 25 м -1 |
| Спецификация трубы | БСЕН 10297 E355 ХФС | БСЕН 10297 E355 ХФС | БСЕН 10297 E355 ХФС | |
| Спецификация спирали | БСЭН 10025 С275 | БСЭН 10025 С275 | БСЭН 10025 С275 | |
| Спецификация крепежных деталей | Метрическая резьба M16 GR8. 8 | Метрическая резьба M20 GR8.8 | Метрическая резьба M22 GR8.8 |
Срок службы/коррозия сваи
В большинстве случаев при условии, что верхние 2 метра оцинкованы, срок службы сваи превысит 100 лет. При удельном сопротивлении грунта менее 10 Ом необходимо принять дополнительные меры. Это означает соленую воду, влажный торф и места, где почвы подвержены насыщению. Для получения дополнительной информации и литературы, пожалуйста, свяжитесь с нами.
Расчетный срок службы основан на допущении, что потеря толщины на 40 % допустима без неблагоприятного воздействия на целостность конструкции. Участки свай, подверженные воздействию атмосферы, покрываются толстослойной системой покрытия с высоким содержанием цинка или оцинковываются. Для конструкции анода предусмотрен коэффициент безопасности x2, учитывающий изменения в условиях коррозии и удельном сопротивлении грунта.
| Удельное сопротивление земли (Ом-м) | Скорость коррозии на основе данных Uhlig мм/год | Расчетный срок службы с защитой от коррозии (лет) | Методы защиты от коррозии, необходимые для верхней 2-метровой секции сваи. |
|---|