Определение несущей способности железобетонной сваи

Несущая способность железобетонной сваи в физическом определении представляет собой максимальный и минимальный уровень всех прилагаемых нагрузок, которые способна без деформаций и разрушения выдержать бетонная свая с армированием металлической арматурой, уже установленная в грунт.  Разновидность несущего воздействия (статическое усилие и динамические нагрузки) определяется по строительным материалам, из которых производится столб, и характеристикам почвы на участке.  

Возможные статические нагрузки определяются теоретическими расчетами по приведенной ниже формуле. Вычислить свойства нескольких слоев грунта возможно только после полевого исследования территории стройплощадки.

Фактические несущие свойства забивных железобетонных свайных опор (Fd) определяются расчетами. Результаты расчетов представлены, как комплексная резистентность почвы под подошвой столба (Fdf) и резистентность почвы по бокам железобетонного столба (Fdr).

Математическое выражение выглядит так: Fd = Ycr • (Fdf + Fdr), где Fdf = U • ∑Ycf • Fi • Hi

• U – наружный периметр железобетонной сваи.
• Ycr – коэффициент параметров эксплуатации сваи в грунте (= 1).
• Fi – резистентность грунта по бокам сваи.
• Hi – суммарная толщина всех прослоек почвы, прилегающих к бокам столба-опоры.
• Fdr = Ycr • R • A.
• R – резистентность почвы под пяткой столба.
• А – площадь пятки свайной опоры.

Отличия несущей способности ж/б свай от винтовых опор

Вычисление несущей способности основания, установленного на свайных опорах, проводится, опираясь на такие вычисления: несущая способность одного свайного столба умножается на сумму свайных опор в схеме основания объекта. Несущий потенциал одной сваи рассчитывается по формуле, приведенной выше.

Сваи из железобетона, в отличие от винтовых столбов, принимают несущие нагрузки в почве не только на подошву, но и на боковые стенки столба, поэтому их несущая способность выше.

Винтовая свая, в отличие от железобетонной, несет только лопастью. Лопасть в свою очередь приваривается к металлическому столбу, поэтому несущая способность винтовой сваи определяется качеством ее изготовления.

Предельно возможный максимум расстояния между винтовыми свайными столбами в основании сооружения принимается не более полутора метров, и дополнительно сваи должны располагаться в точках пересечения несущих и внутренних стен объекта.

При монтаже винтовых опор грунт в месте установки сваи взрыхляется лопастью. Железобетонные сваи при забивке прочно уплотняют грунт вокруг места погружения, что значительно повышает их несущие характеристики.

При сравнении несущей способности этих двух типов свай определено, что прочности винтовых опорных столбов недостаточно для строительства на таких опорах тяжелых конструкций из кирпича или бетона массой более 200 тонн. На подобных свайно-винтовых основаниях рекомендуется ставить только облегченные каркасно-щитовые или панельные здания.

Расчет несущей способности основания на железобетонных сваях проводится по следующей формуле:

P = 10 • Rh • F+u • l • f>P, где:

• Rh - резистентность грунта под заостренным концом свайной опоры.
• F – диаметр (сечение) опоры в квадратных метрах.
• u - периметр сваи по диаметру в метрах.
• l - глубина забивания столба.
• f - резистентность почвы по бокам опорного столба.

Основания, возведенные на железобетонных свайных опорах, являются универсальным решением, так как способны выдерживать предельные нагрузки от сооружений из любых строительных материалов. Железобетонные свайные столбы показывают максимально возможную в любых условиях эксплуатации несущую мощность и устойчивое положение при работе в грунтах с любыми свойствами. Поэтому при проектировании здания с максимальной долговечностью железобетонный свайный фундамент представляется приемлемым решением.

Методы расчетов несущей способности сваи

При разработке схем свайных оснований проектировщики пользуются четырьмя методиками вычисления несущего потенциала свайных опорных столбов:

Теоретические выкладки несущего потенциала сваи

Способ применяется для предварительных расчетов, а результаты рекомендуется корректировать, опираясь на реальные свойства грунта.

Формула расчета несущей способности железобетонной сваи:

Fd = Yc • (Ycr • R • A + U • ∑ Ycri • fi • li), где:

• Yc - общий коэффициент параметров эксплуатации.
• Ycr - коэффициент резистентности грунта под опорой железобетонной сваи.
• R - сопротивление грунта под подошвой опорного столба.
• А - сечение опоры.
• U - периметр сваи по диаметру.
• Ycri - коэффициент параметров эксплуатации грунта по бокам столба.
• fi – резистентность грунта по бокам столба.
• li - длина боковых стенок сваи.

Метод экспериментальных статистических нагрузок

Способ применяется в полевых условиях. Через несколько суток после погружения сваи к ней прилагается статическая нагрузка – усилия ступенчатого домкрата. Величину усадки свайного столба показывает специальный прибор под названием - прогибометр, после чего проводятся расчеты несущей способности сваи. Способ статических нагрузок относится к самым точным методикам.

Расчеты динамических усилий

Определение несущей способности проходит через 2-3 суток после забивки свай. К столбу прилагаются ударные усилия сваебойной установки. Каждый удар (всего их должно быть 10) фиксируется на прогибометре для определения уровня усадки свайного столба. Способ динамических нагрузок применяется комплексно с предыдущим методом.

Зондирование

На свае крепятся датчики, столб погружается в грунт на расчетную глубину ударами молота (динамическим зондированием) или при помощи вибропогружателя (статическим зондированием). Датчики показывают степень резистентности почвы на боковой и нижней стенках сваи, по этим значениям вычисляют несущую способность сваи для типа грунта на локальном участке.