Расчет винтовых свай для фундамента
Свайные фундаменты в современном строительстве считаются одной из наиболее надежных и финансово доступных опор для фундамента. Винтовые сваи можно достаточно быстро установить в любой грунт, кроме каменистого. Для того, чтобы фундамент был действительно прочным, нужно предварительно произвести расчет винтовых свай.
При возведении малоэтажных построек сначала выкапывают шурф на 50 сантиметров ниже, чем глубина сваи. Специалисты производят оценку слоев грунта. По возможности почву изучают в нескольких местах.
Очень важно выяснить степень насыщенности слоев грунта водой. Если обнаружен небольшой участок плохой почвы, то его можно попробовать обойти, правильно расположив сваи.
Какие особенности имеет расчет свай для фундамента?
Специалисты вычисляют общую нагрузку, которую возводимая постройка оказывает на опоры.
Важно подобрать оптимальный диаметр винтовых свай. Например, для возведения двухэтажного каркасного дома используют изделия диаметром 108 миллиметров. Если нужно возвести одноэтажную постройку или заложить фундамент под достаточно массивное ограждение, то подойдут сваи диаметром 89 миллиметров.
При достаточной устойчивости грунта необходимая постройка может быть возведена на сваях, размер
которых составляет два с половиной метра. При расчетах учитываются перепады высот, имеющиеся на
территории строительства. Всегда нужно предусматривать небольшой запас длины. Обычно он
составляет от двадцати до пятидесяти сантиметров.
С учетом диаметра и несущей способности свай, а также вертикальной нагрузки, определяется их необходимое количество. Приблизительные расчеты заказчик может произвести самостоятельно, зная исходные данные и используя специальный калькулятор, который легко отыскать в интернете. За более точными расчетами нужно обращаться к специалистам. Оставьте заявку на официальном сайте «Свайного дела». Вам перезвонит квалифицированный сотрудник и бесплатно поможет произвести расчет винтовых свай. Обратите внимание, что заявка не обязывает вас оформлять у нас заказ. Вы можете отказаться от предлагаемых нами услуг.
Перейти к калькулятору
Расчет винтовых свай для каркасного дома
Каркасные дома очень удобно строить на свайно-винтовом фундаменте.
Этот тип основания прочен, долговечен и относительно недорог. Залог успешного сооружения свайно-винтового фундамента – правильное определение необходимого количества свай и их основных параметров (длина, диаметр).
Сначала нужно вычислить вес будущего каркасного дома. При этом необходимо учитывать вес не только стен, пола, кровли, лестниц, дверей и т. п., но и всего того, что будет находиться в доме (мебель, коммуникации, бытовая техника, люди, животные и т. д.). Величины лучше брать с запасом.
Рассчитав вес дома, мы должны вычислить общую нагрузку на винтовые сваи. Для этого нам надо знать значение не только весовой, но и снеговой, ветровой и динамической нагрузки.
При определении снеговой нагрузки учитывается тот снег, который будет скапливаться на крыше. Средние величины снеговой нагрузки зависят от количества осадков, рассчитаны для каждого региона РФ и приводятся в СНиП. Ветровую нагрузку считают по формуле Sп*(40+15*h), где Sп – площадь пола, а h – высота дома.
Динамическая нагрузка вычисляется при помощи умножения ее среднего значения (350кг/м2) на площадь дома.
Далее нужно рассчитать, какой длины должны быть сваи. Рекомендуется провести пробное бурение с целью определения состава и плотности почвы, сопротивления грунта вертикальным нагрузкам. Пробное бурение поможет выбрать оптимальную длину свай.
Затем определяется необходимый диаметр свай. Его подбирают исходя из весовой нагрузки, которая будет приходиться на сваю. Чем больше диаметр, тем большую нагрузку может выдержать свая.
После определения необходимого количества и размеров свай можно планировать их распределение по участку. Расстояние между сваями не должно превышать 3 м, при этом под перекрытиями, стыками и несущими стенами опоры должны присутствовать обязательно.
Проиллюстрируем изложенное выше конкретным примером.
Дано: нужно построить в Ленинградской области каркасный дом площадью 5х5 м и высотой 3 м.
Решение:
— весовая нагрузка здания вместе со строительными материалами, мебелью, техникой, домашней утварью и жильцами будет составлять примерно 3 500 кг;
— снеговая нагрузка = 180 кг/м2 (расчетный показатель веса снегового покрова в Ленинградской области согласно СНиП) * 25 м2 (площадь потолка) = 4 500 кг;
— ветровая нагрузка =25*(40+15*3) = 2 125 кг;
— динамическая нагрузка = 350 * 25 = 8 750 кг;
Итого: 3 500 + 4 500 + 2 125 + 8750 =18 875кг
Для фундамента дома таких размеров нам понадобится 12 свай, то есть несущая способность одной опоры должна быть равна 18 875/12 = 1 572,9 кг.
Исходя из этого значения, мы подбираем диаметр свай (можно использовать сваи диаметром 89 – 108 мм).
Так как в Ленинградской области преобладают торфяные и глинистые почвы, оптимальной длиной свай будет 2,5 м.
Таким образом, мы видим, что основные расчеты, связанные со строительством фундамента на винтовых сваях, совсем не сложны и вполне доступны непрофессионалу.
Любой владелец загородного участка, собирающийся строить дом на винтовых сваях, легко может заранее самостоятельно определить, сколько опор ему понадобится и какие размеры они будут иметь.
Перейти к калькулятору
3 метода определения мощности спиральной сваи (и почему вам следует использовать 2)
Несущая способность винтовых свай и анкеров может быть определена тремя способами — несущей способностью в грунте, корреляцией крутящего момента или испытанием под нагрузкой/прямым измерением.
Несущая способность винтовых свай определяется тремя способами. Используемые методы определяются доступной информацией. Грузоподъемность винтовой сваи должна быть равна или превышать расчетную нагрузку, которую свая должна выдерживать.
МЕТОД 1: НЕСУЩАЯ СПОСОБНОСТЬ В ГРУНТЕ
Это теоретический метод, для которого в качестве входных данных требуются данные о прочности грунта.
Необходимая информация о несущей способности получена из отчетов о грунтах и журналов бурения грунта. В отчете о почвах содержится такая информация, как классификация почв, профиль почвы, грунтовые воды, удельный вес и любые примечательные результаты, которые наблюдал бурильщик. Почвы обычно классифицируются как мелкозернистые или зернистые. Мелкозернистые почвы представляют собой глины и илы. Зернистые почвы представлены песками и гравием. Данные о прочности грунтов обычно получают во время бурения в результате стандартного испытания на проникновение в соответствии с ASTM D-1586 или в результате лабораторных испытаний образцов, взятых из скважины.
Несущая способность грунта определяется с использованием хорошо зарекомендовавших себя инженерных принципов и методов проектирования. Эти методы были включены в программное обеспечение HeliCAP® v3.0 для проектирования спиральной емкости. Разработанный инженерами Hubbell и CHANCE, HeliCAP рассчитывает теоретическую грузоподъемность и установочный крутящий момент винтовых анкеров и свай в грунте.
МЕТОД 2: КОРРЕЛЯЦИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА
Второй метод – это корреляция крутящего момента. Это эмпирический метод, что означает, что он основан на наблюдениях и опыте. Крутящий момент связан с грузоподъемностью с помощью простого множителя и часто используется, когда информация о грунтах ограничена или отсутствует. Корреляция крутящего момента также известна как отношение крутящего момента к предельной удерживающей способности.
Этот метод был разработан на основе более чем 50-летнего опыта и наблюдений инженеров и клиентов компании CHANCE. Принцип заключается в том, что по мере того, как винтовая свая устанавливается (ввинчивается) во все более плотный/твердый грунт, сопротивление установке или крутящий момент будет увеличиваться. Аналогичным образом, чем выше крутящий момент при установке, тем больше осевая нагрузка установленной винтовой сваи.
Связь между установочным крутящим моментом и предельной грузоподъемностью выражается простой формулой: Q ult = K t x T
Коэффициент крутящего момента (Kt) используется в качестве множителя в зависимости от типа и размера ствола винтовой сваи. Коэффициент крутящего момента Kt обратно пропорционален размеру ствола, то есть чем больше ствол винтовой сваи, тем меньше коэффициент крутящего момента Kt. Винтовые сваи CHANCE типа SS или квадратного вала имеют самый большой коэффициент крутящего момента; это означает, что тип SS обеспечивает большую грузоподъемность при заданном крутящем моменте при установке.
МЕТОД 3: ИСПЫТАНИЕ НА НАГРУЗКУ / ПРЯМОЕ ИЗМЕРЕНИЕ
Третий метод – это прямое измерение несущей способности путем проведения полномасштабного испытания под нагрузкой на установленной винтовой свае. Нагрузочный тест — самый точный способ определения емкости, но и самый дорогой.
Стандартная реактивная рама установки для испытаний на сжимающую нагрузку состоит из центральной нагрузочной балки и двух распорных балок. Рама удерживается реактивными анкерами, расположенными по углам распорных балок, как показано на рисунке. Гидравлический домкрат, применяющий сжимающую нагрузку, расположен под нагрузочной балкой и опирается на испытуемую винтовую сваю.
Во время теста компрессионная нагрузка применяется постепенно и удерживается в течение определенных интервалов времени. Применяемая процедура испытаний в целом соответствует стандартному методу испытаний свай ASTM D1143 под действием статической осевой сжимающей нагрузки. Испытание под нагрузкой продолжается до тех пор, пока не будет достигнута предварительно определенная максимальная испытательная нагрузка, или свая не сможет выдерживать дальнейшее нагружение. Осадка или перемещение сваи измеряется и записывается при каждом приращении нагрузки. Затем результаты испытаний используются для определения несущей способности сваи.
Подробнее:
5 вопросов об испытаниях винтовых свай под нагрузкой [ответы]
Понимание и проведение испытаний винтовых свай под нагрузкой
ЗАЧЕМ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ДВА МЕТОДА?
Название этой статьи говорит о том, что одного метода недостаточно, но часто непрактично или необходимо использовать все три для данного проекта. Для статистически надежной несущей способности Hubbell рекомендует использовать по крайней мере 2 из 3 методов при установке винтовых свай CHANCE. Например, корреляция крутящего момента (метод 2) часто используется для проверки несущей способности, полученной теоретически на основе данных о грунте с использованием метода 1. Когда данные о грунте ограничены или отсутствуют, можно использовать испытание под нагрузкой (метод 3) для проверки несущей способности, полученной эмпирически на основе данных о грунте. данные установочного крутящего момента (метод 2).
Можно ли просто использовать корреляцию крутящего момента (метод 2) для определения емкости? Это может произойти в проектах, где данные о грунте и нагрузочные испытания не предусмотрены в бюджете.
В этом случае Хаббелл считает приемлемым использовать только корреляцию крутящего момента, но увеличить коэффициент безопасности (например, с 2,0 до 2,5), чтобы компенсировать неопределенность, которая может возникнуть при ограниченной информации.
Винтовые сваи
Винтовые сваи и винтовые анкеры в грунтах
Настоящее Руководство следует использовать только для предварительных расчетов и применимо только к глубокой установке винтовых свай и винтовых анкеров в однородных грунтах. Он применим только для проектирования, когда глубина (D) до верхней винтовой пластины более чем в 10 раз превышает диаметр (B) винтовой пластины, а минимальная глубина заделки винтовой пластины составляет 5 футов. Методы, описанные в данном Руководство предоставляет оценку ПРЕДЕЛЬНОЙ емкости; Инженер должен применить соответствующий Коэффициент безопасности для получения ДОПУСТИМОЙ производительности.
Уравнение общей несущей способности
В настоящее время проектирование винтовых свай и винтовых анкеров в целом следует традиционной теории общей несущей способности, используемой для сжимающей нагрузки фундамента.
Общее уравнение несущей способности Терцаги для определения предельной несущей способности, приведенное в большинстве учебников по проектированию фундаментов, часто формулируется как:0005
qult = предельная несущая способность блока
c’ = эффективное сцепление
q’ = эффективное напряжение вскрыши = γ’D
γ’ = эффективный удельный вес грунта
D = глубина
B = диаметр спирали5
Nc, Nq, Nγ = коэффициенты несущей способности
Примечания по использованию уравнения общей несущей способности Терцаги: инженеры предпочитают игнорировать термин 0,5γ’BNγ при проектировании.
2. В насыщенных глинах под сжимающей нагрузкой можно также использовать коэффициент несущей способности Скемптона (1951) для неглубоких круглых винтовых пластин:
NC = 6,0(1 + 0,2D/B) < 9,0
3. Масса единицы грунта — это общий (влажный) удельный вес, если винтовая пластина находится над уровнем грунтовых вод, и плавучий удельный вес, если винтовая пластина находится ниже уровня грунтовых вод.
4. Для насыщенных глинистых грунтов с φ’ = 0 Nq = 1,0; Для песка Nq является функцией угла трения, φ’
5. Во всех случаях, как для сжимающей, так и для растягивающей нагрузки, верхний предел допустимой нагрузки определяется механической прочностью винтовой сваи или винтового анкера, как указано производителем.
Вклад вала в грузоподъемность
Многие винтовые сваи и спиральные анкеры изготавливаются с квадратными центральными валами. Для этих свай/анкеров вклад вала в предельную несущую способность обычно игнорируется, и общая грузоподъемность рассчитывается только на основе несущей способности винтовой(ых) пластины(ов). Для винтовых свай и винтовых анкеров с круглыми стальными центральными валами сечение вала между пластинами для многоспиральных элементов не учитывается, но вал над верхней пластиной может быть включен в проект, по крайней мере, для той части вала, которая полностью соприкасается с почва, как обсуждалось в разделе 3.
ГЛУБОКИЕ Винтовые сваи и спиральные анкеры
Глубокая установка винтовых свай и винтовых анкеров обычно более распространена, чем неглубокая установка, при условии, что глубина грунта достаточна для выполнения установки.
Причина в том, что более высокая грузоподъемность обычно достигается за счет более глубокой установки в том же грунте.
Нагрузка на сжатие винтовых свай в глине
При нагружении глубоких винтовых свай и винтовых анкеров в глине как на сжатие, так и на растяжение предельная несущая способность определяется с использованием анализа общего напряжения (TSA) и прочности на сдвиг в недренированном состоянии. В насыщенных глинах с φ’ = 0 и c = su уравнение несущей способности часто записывается как:
QH = AH (NC) SU
Где:
QH = предельная способность подшипника при сжатии
SU = непревзойденная прочность наклона
NC = коэффициент способности подшипника для гнева с φ ’= 0; для круглых пластин NC = 6,0(1 + 0,2D/B) < 9
AH = полезная площадь винтовой пластины Для глубоких установок NC = 9, что дает: QH = AH(9)(su)
Для глубоких установок Nc = 9, что дает:
QH = AH(9)(su)
Нагрузка на сжатие винтовых свай в песке
Для глубокой установки винтовых свай с одной спиралью и спиральных анкеров в песке предельная несущая способность определяется с помощью Анализа эффективных напряжений (ESA) из:
QH = AH(σ’vo Nq + 0,5γ’BNγ)
где:
σ’vo = вертикальное эффективное напряжение на глубине (D) спирали = γ’ D
Nq и Nγ = коэффициенты несущей способности
B = диаметр винтовой пластины
γ’ = эффективный удельный вес грунта
Коэффициент несущей способности Nq обычно получают из значений, используемых для определения концевой несущей способности глубоких свайных фундаментов.
Существует ряд различных рекомендаций по оценке Nq, которые доступны в большинстве учебников по проектированию фундаментов, например, Fang & Winterkorn 1983:
Nq = 0,5 (12 x φ’)(φ’/54)
Поскольку площадь пластины обычно невелика, вклад члена «ширины» (0,5γ’BNγ) в предельную емкость также очень мал, и член ширины часто игнорируется. Это уменьшает до
QH = AH(σ’vo Nq)
Глубокие многовинтовые винтовые сваи и спиральные анкеры сечение, а именно размер и количество винтовых пластин и расстояние между пластинами. В США большинство производителей винтовых свай и винтовых анкеров производят элементы с шагом спирали, в 3 раза превышающим диаметр спирали. Предполагается, что это расстояние позволяет отдельным пластинам развивать полную мощность без взаимодействия между пластинами, а общую мощность часто принимают как сумму мощностей каждой пластины, как показано на рисунке.
Развитие потенциала для многовинтовых винтовых свай и винтовых анкеров с S/D >3.