Выдергивающая нагрузка на сваю: методика расчета своими руками
При планировании строительства различных малоэтажных конструкций на винтовых сваях обязательно проведение расчётов предполагаемых нагрузок с учётом влияющих на них факторов. К одной из них относится выдёргивающая сила, которая, в зависимости от важности объекта и его массивности, может дополнительно потребовать проведения полевых испытаний. В результате проводится анализ и сравнивается расчётная нагрузка на сваю с полученными данными, а затем выбирается подходящая свайная конструкция.
Требуется ли учитывать выдёргивающие нагрузки
Свайное основание подвержено множеству нагрузокПри проектировании свайных фундаментов под дом одним из ключевых моментов расчёта несущей способности опор является учёт деформаций. Они влияют не только на устойчивость конструкции основания, а и на возможность образования проседаний.
Особенно это актуально при выполнении строительных работ на рыхлых, скалистых, сейсмически-активных и промерзающих грунтах. То есть такой расчёт требуется проводить в тех случаях, когда расчётная схема устойчивости свай существенно отличается от стандартной.
При строительстве достаточно часто применяют сваи диаметром 108 мм, которых хватает для строительства одноэтажных объектов из древесины или пеноблоков. Опоры обладают высокой прочностью и при этом имеют оптимальную стоимость. Согласно действующим стандартам они способны выдерживать нагрузки в пределах 4-5 т и эффективно справляться с поперечными и продольными сдвигающими силами.
Использование лопастей в конструкции позволяет эффективно справляться с выдёргивающими напряжениями в результате пучения грунта. Однако же сваи 108 мм, несмотря на это, требуют обязательного просчёта на выдёргивание, особенно если требуется возвести двухэтажный дом.
Критерий необходимости учёта выдёргивающей нагрузки
Согласно СП 22.13330.2011, критерием для учёта выдёргивающей нагрузки является выполнение следующего условия:
где Fn – нормативная выдергивающая сила;
Gn – нормативный вес свайного основания;
β – угол действия выдёргивающей силы относительно вертикали;
γс – коэффициент, определяющий условия работы сваи;
R“0 – расчётная величина сопротивления грунта обратной засыпки;
A0 – величина площади проекции верхней части свайного основания на плоскость, которая перпендикулярна направлению действия выдёргивающей силы.
Выдергивающая нагрузка может быть не учтена только в том случае, когда она по направлению действия совпадает с осевой линией винтовой сваи.
Как определить коэффициент условий работы сваи
Чтобы определить γс, необходимо воспользоваться следующей формулой:
где γ1 может принимать значения 0,8, 1,0 или 1,2 при расстояниях между осями опор под дом равными 1,5, 2,5 и 5 м соответственно;
γ2 принимается равным 1,0 при нормальных режимах монтажа свай, либо 1,2 — при аварийном и монтажном режиме работы;
γ3 может принимать следующие значения:
- 1,0 – при промежуточном прямом распределении устройств;
- 0,8 – для промежуточных угловых, свайных, свайно-угловых, концевых распределениях порталов устройств;
- 0,7 – для специальных порталов устройств.
γ4 может быть равным 1,0 при использовании грибовидных оснований и анкерных плит с защемлёнными стойками в грунте, либо 1,15 для анкерных плит с шарнирными опорами на основание.
Как определить сопротивление грунта обратной засыпки
Сопротивление грунта под подошвой стоек вычисляется по следующей формуле:
где γс1 и γс2 – коэффициенты условий работы. Первый коэффициент определяется на основе Таблицы 1, а второй принимается равным 1.
Таблица 1. Значения коэффициента γс1 для различных типов грунтаКоэффициенты М с различными индексами, которые присутствуют в формуле (3), берутся из Таблицы 2.
Таблица 2. Значения коэффициентов М в зависимости от угла внутреннего трения Остальные переменные, присутствующие в формуле (3), определаются в соответствии с СП 22.13330.2011.Максимальное давление на грунтовые слои подошвы фундамента под воздействием вертикальных и горизонтальных нагрузок в одном или обоих направлениях не должно превышать расчётную величину, равную 1,2 R.
Расчёт выдёргивающих нагрузок на основание
Расчёт винтовых свай под дом необходимо определять с учётом основных и особых нагрузок отдельно или при их одновременном воздействии. Кроме того, нужно выполнять расчёты по основным типам деформаций. При этом обязательно учитывается тип грунта и материала свай.
Определение основных параметров для расчётов может быть выполнено также при помощи полевых испытаний. При наличии неточной информации о несущих способностях нестабильного грунта может потребоваться дополнительное тестовое бурение в нескольких местах участка.
Основное условие для проведения расчётов
Выдёргивающая нагрузка на винтовую или буронабивную сваю под дом с воздействием сжимающих и/или растягивающих сил в вертикальном либо горизонтальном направлениях сводится к выполнению следующего условия:
Набивная сваягде F – приведённая действующая нагрузка на основание в верхней точке опор;
FR – допустимая горизонтальная нагрузка в верхней точке фундамента.
Параметр FR определяется на основе проведения расчётов на опрокидывание со сжатием или выдёргиванием. Среди двух рассчитанных величин выбирается та, которая имеет наименьшее значение.
Расчёт выдёргивающей нагрузки
Формула для вычисления выдёргивающей нагрузки F на фундамент имеет следующий вид:
где γf – коэффициент, характеризующий надёжность несущей конструкции, который в данном случае берётся равным 0,9;
Gn – значение веса конструкции фундамента;
γс – коэффициент условий работы, который принимается равным 1;
Fu,a – предельное сопротивление винтовых свай на выдёргивание;
γn – коэффициент надёжности сваи.
Винтовые опоры диаметром 108 ммВыдёргивающее сопротивление зависит только от величины бокового трения.
На основе расчётов выдёргивающей нагрузки определают диаметр винтовых свай, которые потребуются для создания надёжного основания.
Если нагрузки на выдёргивание имеют значительную величину, то применяют буронабивные сваи с выполнением уширения пятки либо винтовые с диаметром более 108 мм. Наиболее устойчивыми к выдёргивающим силам являются буронабивные конструкции.
Однако их применение невозможно на грунтах с непробиваемыми пластами. Поэтому проектировщику приходится принимать достаточно сложное решение по возникшим технических проблемам.
Основным преимуществом применения винтовых свай диаметром 108 мм является возможность передачи выдёргивающих нагрузок в грунт. Дом построенный на их основе будет иметь более выгодную конструкцию, чем при использовании буронабивных опор, по параметру веса, надёжности и распределения нагрузки.
Испытания свай на выдёргивающие нагрузки
Для определения выдёргивающих нагрузок проводят статические испытания винтовых свай. При наличии песчаных слоёв грунта измерения проводят через 3 суток, а для глинистых — только после 6 суток. Для буронабивных свай испытательные работы следует выполнять только после набора бетоном прочности, определяемой по данным взятых образцов, созданных во время закладки опоры.
Испытания на вдавливание
Испытание винтовых свай статическим методомВ перечень основных испытаний на вдавливание опор под дом входят следующие этапы:
- Равномерная нагрузка.
- Дифференцированная нагрузка.
- Дифференцированная нагрузка, выполняемая по гистерезисной зависимости.
Величина нагрузки определяется необходимостью определения заданного уровня точности измерений. Обычно для равномерной нагрузки она составляет 0,07-0,1 от общей расчётной, а для дифференцированной – 0,2-0,4 для начальной ступени и 0,07-0,1 для последующих.
Переход между степенями нагружения осуществляется только после определения выхода на полную остановку усадки. Критерием является отсутствие изменений в течение 2-х последних часов наблюдения. Исключением из данного правила становятся песчаные и глинистые грунты, где создаётся необходимость проведения ускоренных испытаний. В таком случае вывод о стабилизации сваи принимается в течение часа при отсутствии смещений менее 0,1 мм.
На каждой ступени нагружения регистрируют показания измерительных приборов о вертикальном смещении сваи. Интервалы замеров длятся от 15 до 30 минут. Общее количество интервалов должно быть не менее трёх.
Посмотрите видео, как проводится испытание опор с помощью вдавливания.
Испытания на выдёргивание
Испытания на выдёргивание винтовых свай под дом диаметром 108 мм определаются параметрами грунта, а также величиной предполагаемых нагрузок. Включают в себя следующие виды нагружения:
- Увеличивающаяся ступенчатая нагрузка с выжиданием достижения стационарного состояния в положении сваи.
- Пульсирующее ступенчатое воздействие с повышением нагрузки в несколько этапов: 1,25, 2,5 либо 5 мс. Суть заключается в проведении нагружения на каждой ступени от нуля до максимума, а затем полностью убирается без выжидания выхода в стационарное состояние. Изменение ступеней осуществляется только после стабилизации смещения опоры по вертикали по сравнению с предыдущей.
- Знакопеременная нагрузка. На опору действует многократное нагружение одинаковой величины на выдёргивание и вдавливание, которые изменяют свой знак при переходе через ненагруженную точку.
- Непрерывно возрастающая нагрузка – на сваю действует постоянная выдёргивающая сила. При изменении величины нагружения не выжидают полной стабилизации, так как вполне достаточно достижения некоторого условного значения. Предельным значением нагрузки считается такое, когда перемещение опоры вверх не превышает 0,1 от величины её диаметра. Для переменных нагрузок и пульсирующих изменение положения не должно быть больше, чем 0,05 от диаметра сваи.
Выполнение испытаний для винтовых свай рекомендуется для уточнения расчётных значений сопротивления фундамента на выдёргивание и вдавливание.
Особенности проведения испытаний винтовых свай
Испытания винтовых опорВинтовые сваи 108 мм под дом испытывают статическими нагрузками с применением следующих методов:
- Ступенчатой нагрузкой с выжиданием стационарного состояния по вертикальным смещениям на каждой из величин нагружения.
- Непрерывно увеличивающейся нагрузкой.
- Знакопеременным или пульсирующим нагружением.
При ввинчивании винтовой сваи в грунт регистрируются следующие параметры: число оборотов, длительность заглубления, осевая пригрузка и крутящий момент. Периодичность записи данных в журнал определяется величиной погружения сваи на каждые полметра.
Пригрузка вдоль оси определяется плотностью грунта и его структурой. Численно она определяется путём деления теоретического числа оборотов сваи к реальному. Если соотношение имеет значение менее 1, то пригрузка повышается, а при большем — снижается. Оптимальным вариантом, который говорит о правильности настройки испытательной установки, считается равенство полученного значения единице.
Посмотрите видео, как проводятся испытания винтовых опор.
Заключение
После проведения расчётов и полевых испытаний на выдёргивающие нагрузки для свай диаметром 108 мм под дом проектировщиком решается вопрос о том, какую конструкцию фундамента выбрать и как разместить опоры. Было показано, как провести все необходимые расчёты по определению нагружения на выдёргивание, позволяющие избежать множества проблем при эксплуатации объекта.
Описаны процедуры проведения полевых испытаний на вдавливание и выдёргивание свай, которые являются дополнительным контролем правильности расчётов, а также источником сведений о несущей способности грунта.
Несущая способность винтовых свай
Винтовая свая (ВС) способна выдерживать значительные осевые нагрузки. Проседание происходит не по причине деформации от нагрузки, а по причине слабой несущей способности грунта, на который опирается свая.
Очевидно, что наилучшими грунтами для опоры ВС являются пески, кроме мелких и очень влажных, а также твердые сухие глины, щебенистые и гравийные грунты. Несущую способность сваи можно увеличить за счет большего количества, увеличения диаметра лопасти и перераспределения нагрузки.
Иногда у покупателя возникает желание предварительно рассчитать сколько и каких ВС понадобится. Под строение 10х10 м устанавливают 4 угловые сваи, затем равномерно расставляют остальные с условием расстояния между ними не более 3-метров. Дополнительно устанавливают под несущими внутренними стенами. Всего получится не менее 25 штук. Затем рассчитывают диаметр сваи и лопасти, определить длину с учетом глубины установки и перепада высот свайного поля.
Выполняем расчет:
- Находим вес дома вместе с ростверком. Учитываем вес несущих внешних и внутренних стен, вес перекрытий пола, мансарды, стропильной системы, крыши – вычисляется суммированием веса, используемого материала.
- Затем добавляют вес полезной нагрузки – площадь дома умножают на 150 кг/м2
- Прибавляют снеговую и ветровую нагрузки – это еще примерно 140 кг/м2 на площадь проекции крыши.
- Затем результат умножают на коэффициент запаса прочности 1,2 и получают полную нагрузку на фундамент. Допустим получили 50 т.
Узнаем нагрузку на винтовую сваю 50/25= 2,0 т. Возьмем 108-сваю с лопастью диаметром 300 мм, находим площадь лопасти: 3,14х30х30/4=706,5 см2. Теперь смотрим на таблицу и находим тип грунта, на который будет опираться свая. Допустим 3 кг/м2. Умножаем площадь лопасти 706,5х3 – получим 2,2 т. Такую нагрузку выдержит грунт. ВС по расчету давит 2,0 т, что меньше несущей способности грунта, а, следовательно, выбор 25 штук из 108 трубы с лопастью 300 мм сделан верно.
Нагрузка на винтовую сваю зависит от веса строения. Например, для легкого забора из сетки рабица подойдут 57 мм или 76 мм сваи, под ворота лучше заказывать 89 или 108 мм. Длина рассчитывается глубиной установки. Допустим надо установить ВС на глубине 1,7 м. Если взять 2,5 метра, то она будет возвышаться 0,8 метра над уровнем земли. ВС обрезаются не менее 15 – см, от верхнего конца, потому что имеют отверстия для крепления приспособления для ввинчивания. Останется 0,6 м от уровня земли.
Винтовая свая/диаметр лопасти, мм | Нагрузка, тонн | Для каких строений подходят: |
Диаметр 57/200 | 1-1.5 | Забор сетка рабица, открытое крыльцо, настилы и т.д. |
Диаметр 76/250 | 2-2.5 | Заборы из профнастила, веранды, легкие хозяйственные постройки, беседки и т. д. |
Диаметр 89/250 | 3-4 | Бани, легкие каркасные дома, сараи, хоз. блоки, пристройки открытого и закрытого типа и т.д |
Диаметр 108/300 |
5-7 | Дома каркасные, брусовые, из сруба, бани и т.д. |
Диаметр 133/350 | 8-10 |
Тяжелые деревянные дома из бруса и бревна, промышленные объекты. |
Нагрузка на винтовые сваи:
- Несущая способность сваи от 1,5 т для 57 мм с лопастью 200 мм, до 8-9 т для 133 мм с лопастью 350 мм. Для деревянного дома чаще заказывают 108 мм с лопастью 300 мм. Для дачных домов и легких строений сгодится 89 мм ВС с лопастью 250 мм.
- ВС следует выбирать по несущей способности грунта, на который будут опираться.
- Снизить нагрузку винтовой сваи можно следующим способом:
- увеличить диаметр лопасти;
- перераспределить нагрузку от веса строения на дополнительные ВС;
- установить ВС в грунт с высокой несущей способностью.
Компания имеет многолетний опыт монтажа ВС в Подмосковье. Специалисты подберут правильную глубину установки ВС. После пробного завинчивания, которое необходимо в исключительных случаях, заказчик точно будет знать сколько и каких свай понадобится для монтажа фундамента. Для оформления заявки на пробное ввинчивание и получение расчета позвоните по номеру телефона 8-495-127-05-63 или оставьте заявку по форме обратной связи на сайте.
Испытание свай под нагрузкой – Методы испытания свай под нагрузкой
🕑 Время чтения: 1 минута
Испытания свай под нагрузкой проводятся по истечении 28 дней после заливки свай. Два типа тестов, а именно начальные и обычные тесты, для каждого типа нагрузки, а именно. вертикальный, горизонтальный (боковой) вырыв, выполняются на сваях.Содержимое:
- Испытания свай начальной нагрузкой
- Испытания свай стандартной нагрузкой
- Испытания свай вертикальной нагрузкой
- Обычные испытания – приемка
- Испытания свай на боковую нагрузку
- Испытания свай на выдергивание
Рис. Испытание вертикальной нагрузкой на сваи
Оголовок сваи — Оголовок сваи должен быть отколот до тех пор, пока не будет достигнут прочный бетон, где это применимо. Арматура должна быть срезана и головка выровнена с помощью Plaster of Paris. Опорная пластина с отверстием должна быть размещена на головке домкрата для опоры. Реакция- Kentledge должны быть спроектированы таким образом, чтобы получить желаемую реакцию на сваи. Анкерные сваи (при необходимости) должны быть размещены на расстоянии от центра до центра, равном 3-кратному диаметру сваи, при условии, что минимальное расстояние составляет 2 м. Осадка- Должны использоваться 2 индикатора часового типа для одной сваи и 4 индикатора часового типа для группы свай с чувствительностью 0,01 мм. Они должны располагаться на одинаковом расстоянии вокруг свай на опорных стержнях, опирающихся на неподвижные опоры, на расстоянии 3D (минимум 1,5 м), где D — диаметр сваи или описанной окружности для некруглых свай. Приложение нагрузки- Применяется, как указано в зависимости от типа испытания (рутинное/начальное). Каждая нагрузка должна выдерживаться до тех пор, пока скорость смещения вершины сваи не составит либо 0,1 мм за первые 30 минут, либо 0,2 мм за первый час или 2 часа, в зависимости от того, что произойдет раньше. Следующее увеличение нагрузки должно применяться при достижении вышеуказанного критерия. Испытательная нагрузка должна поддерживаться в течение 24 часов. Начальные испытания — Безопасная нагрузка на одиночную сваю должна быть наименьшей из следующих: (i) 2/3 rd конечной нагрузки, при которой полное смещение достигает значения 12 мм, если в данном случае не требуется иного на основании характера и типа конструкции, и в этом случае безопасная нагрузка должна быть соответствующей к заявленному полному допустимому смещению. (ii) 50 % конечной нагрузки, при которой общее смещение равно 10 % диаметра сваи в случае свай одинакового диаметра или 7,5 % диаметра луковицы в случае недорасширенных свай. Обычные испытания – приемка Максимальная осадка при испытательной нагрузке не должна превышать 12 мм. Испытания свай на боковую нагрузкуРис. Испытание свай на горизонтальную нагрузку
Домкрат должен располагаться горизонтально, между двумя сваями. Нагрузка на домкрат должна быть одинакова на обе сваи. Нагрузка будет прикладываться с шагом 20% расчетной безопасной нагрузки и на уровне отключения. Нагрузка будет увеличена после того, как скорость смещения приблизится к 0,1 мм за 30 минут. Если до уровня отсечки можно добраться, один циферблатный индикатор точно на уровне отсечки должен измерять смещение. В случае, если уровень светотеневой границы недоступен, должны быть установлены 2 стрелочных индикатора, отстоящих друг от друга на 30 см по вертикали, и боковое смещение уровня светотеневой границы рассчитывается с помощью подобных треугольников. Безопасная нагрузка на сваю должна быть наименьшей из следующих: а) 50 % конечной нагрузки, при которой общее смещение увеличивается до 12 мм. б) Конечная нагрузка, при которой полное смещение соответствует 5 мм. Испытания свай на выдергивание Должна быть спроектирована подходящая конструкция, обеспечивающая подъемную силу сваи. Приращения нагрузки и последующие смещения должны соответствовать случаю испытания на вертикальную нагрузку.Рис. Испытание на выдергивание свай
Безопасная нагрузка должна быть наименьшей из следующих: а) 2/3 нагрузки, при которой общее смещение составляет 12 мм, или нагрузки, соответствующей установленному допустимому подъему. б) Половина нагрузки, при которой кривая смещения нагрузки имеет явный излом. Подробнее о Свайные фундаментыРазница между испытанием сваи под нагрузкой и испытанием на целостность сваи
Свайные фундаменты представляют собой тонкие конструкции, используемые для передачи нагрузки надстройки на более прочный подпочвенный слой под естественной поверхностью земли. Их также можно использовать для других целей, таких как сопротивление большим боковым силам, уплотнение грунтов (уплотняющие сваи), предотвращение чрезмерной осадки и т. д. Из-за их важности в строительных конструкциях сваи обычно подвергаются таким испытаниям, как 9.0027 Испытания свай под нагрузкой и Испытания свай на целостность до того, как они будут нагружены. Эти два теста совершенно разные, и иногда их путают друг с другом, хотя они и не служат одной и той же цели. Эта статья призвана подчеркнуть разницу между этими двумя тестами.
Читайте также …
Расчет свайного фундамента с использованием испытания на свайную нагрузку (Еврокод 7)
3D Взаимодействие консольных подпорных стен с грунтом
В целом, испытание сваи под нагрузкой можно описать как надежный метод проектирования свайного фундамента, который включает в себя нагрузку на построенные сваи на месте для определения их несущей способности. Испытание сваи под нагрузкой включает в себя приложение приращений статической нагрузки к испытательной свае и измерение осадки. Нагрузка обычно поднимается на сваю с помощью либо большого собственного веса, либо балки, соединенной с двумя подъемными анкерными сваями, чтобы обеспечить реакцию домкрата. Как правило, для испытания сваи на нагрузку требуются установленная свая, грузы, датчик прогиба, гидравлический домкрат и индикатор нагрузки.
Нагрузка на испытательные сваи обычно применяется с шагом 25 % от общей испытательной нагрузки, которая должна составлять 200 % предлагаемой расчетной нагрузки. После испытания под нагрузкой строится кривая нагрузки и определяется разрушающая нагрузка. Еврокод 7 допускает три различных метода проектирования свайных фундаментов:
- Испытаниями (испытания статической нагрузкой, результаты наземных испытаний, динамические наземные испытания)
- Расчетным путем (эмпирическим или аналитическим)
- Наблюдением
Важно, чтобы правильность испытания статической нагрузкой была проверена с помощью расчетов.
Испытание на целостность сваи Установка для испытания на целостность сваиИспытание на целостность сваи (PIT) — это неразрушающий метод испытания сваи, который используется для качественной оценки физических размеров, сплошности и консистенции материалов в скважине ( залитая на месте) свая. Это испытание очень важно для контроля качества и обеспечения качества свай на большой глубине.
Три наиболее распространенных метода проведения испытаний на целостность свай:
- Испытание сваи на целостность при малой деформации
- Акустическая каротаж через скважину
- Испытание на термическую целостность
отклик определяется с помощью высокоточного преобразователя. Преобразователь может быть либо ускорителем, либо датчиком скорости. Испытания на целостность сваи с низкой деформацией могут предоставить такую информацию, как длина заделки, изменения в поперечном сечении (например, вздутие), неоднородность (например, пустоты) и консистенция материалов сваи (например, включение грунта и сегрегация). Однако он не может предоставить такую информацию, как несущая способность, и не может быть применен к ростверкам свай.
Краткий обзор различий и сходств между испытанием сваи под нагрузкой и испытанием на целостность сваи 72Таким образом, испытание сваи под нагрузкой и проверку целостности сваи следует проводить сразу же после завершения работ по забивке свай на площадке перед следующим этапом начинается строительство.