Калькулятор для расчета буронабивного фундамента

Калькулятор для расчета буронабивного фундамента

Среди множества видов фундаментов, одна конструкция сочетает простоту, прочность и низкую стоимость. В ней дорогостоящий котлован заменен несколькими шурфами, а вместо массивного монолита установлен легкий ростверк. Однако его устройство требует точного расчета.

Чем массивнее будет дом, тем на большую глубину нужно бурить шурфы, тем большее количество бетонных столбов потребуется установить. Проектирование – трудоемкий процесс. Предлагаем использовать для расчета буронабивного фундамента калькулятор – программу, позволяющую производить вычисления по произвольно вводимым параметрам.

Сбор нагрузок

Перед расчетом буронабивного фундамента также необходимо выполнить сбор нагрузок от всех вышележащих конструкций. Потребуется два отдельных вычисления:

  • нагрузка на сваю (с учетом ростверка);
  • нагрузка на ростверк.

Это необходимо потому, что отдельно будет выполнен расчет ростверка свайного фундамента и характеристик свай.

При сборе нагрузок необходимо уесть все элементы здания, а также временные нагрузки, к которым относится масса снегового покрова на крыше, а также полезная нагрузка на перекрытие от людей, мебели и оборудования.

Для расчета свайно-ростверкового фундамента составляется таблица, в которую вносится информация о массе конструкций. Чтобы рассчитать эту таблицу, можно пользоваться следующей информацией:

Конструкция Нагрузка
Каркасная стена с утеплителем, толщиной 15 см 30-50 кг/кв.м.
Деревянная стена толщиной 20 см 100 кг/кв.м.
Деревянная стена толщиной 30 см 150 кг/кв.м.
Кирпичная стена толщиной 38 см 684 кг/кв.м.
Кирпичная стена толщиной 51 см 918 кг/кв.м.
Гипсокартонные перегородки 80 мм без утепления 27,2 кг/кв.м.
Гипсокартонные перегородки 80 мм с утеплением 33,4 кг/кв.м.
Междуэтажные перекрытия по деревянным балкам с укладкой утеплителя 100-150 кг/кв.м.
Междуэтажные перекрытия из железобетона толщиной 22 см 500 кг/кв.м.
Пирог кровли с использованием покрытия из
листов металлической черепицы и металлических 60 кг/кв.м.
керамочерепицы 120 кг/кв.м.
битумной черепицы 70 кг/кв.м.
Временные нагрузки
От мебели, людей и оборудования 150 кг/кв.м.
от снега определяется по табл. 10.1 СП “Нагрузки и воздействия” в зависимости от климатического района

Собственный вес фундаментов и ростверка определяется в зависимости от геометрических размеров. Сначала требуется вычислить объем конструкции. Плотность железобетона при этом принимается равной 2500 кг/куб.м. Чтобы получить массу элемента, нужно объем умножить на плотность.

Каждую составляющую нагрузки нужно умножить на специальный коэффициент, который повышает надежность. Его подбирают в зависимости от материала и способа изготовления. Точное значение можно найти в таблице:

Тип нагрузки Коэффициент
Постоянная для:
– дерева
– металла
– изоляции, засыпок, стяжек, железобетона
– изготавливаемых на заводе
– изготавливаемых на участке строительства
1,1
1,05
1,1
1,2
1,3
От мебели, людей и оборудования 1,2
От снега 1,4

Буронабивные сваи

Представляют из себя опоры из железобетона, формирующиеся на месте строительства путем заполнения скважины в грунте бетонным раствором. Армируется такая опора благодаря продольно-поперечному арматурному каркасу. Благодаря расширению у основания, буронабивным сваям не страшны температурные перепады и высокие нагрузки. Они также неприхотливы к типам почвы, и применяются даже для строений на косогорах. Буронабивной фундамент, несмотря на высокие физические свойства, по-прежнему остается одним из самых доступных по цене.

Плюсы буронабивных свай:

  • Высокая несущая способность.
  • Нет вибрации в процессе строительства.
  • Устойчивость к коррозии.
  • Можно выбирать наиболее подходящий по проекту диаметр опоры.

Минусы буронабивных свай:

  • Длина стержня ограничена.
  • Более высокая стоимость создания опоры.
  • Бетон достигает требуемых характеристик прочности в течение 28 дней.

Нужен фундамент для объекта? обращайтесь в нашу компанию — рассчитаем и установим!

Как видно из этих формул, многое зависит от сопротивления грунта. Буронабивные фундаменты устраивают на осадочных породах – песках, глинах и т.д. Приведем значения сопротивлений для разных пород.

Сопротивление по основанию:

  • глины – от 24 тонны на метр квадратный (мягкопластичные сильнопористые) до 90 (твердые малопористые);
  • суглинки – от 21 до 47;
  • супеси – от 33 до 47;
  • пески пылеватые среднеплотные – от 20 (влажные) до 30 (маловлажные);
  • пылеватые плотные – 30-40;
  • мелкозернистые – 25-30 и 37-45 соответственно;
  • средние – 40 и 55;
  • крупнозернистые – 50 и 70;
  • гравий – 45-75 (в зависимости от минерального состава);
  • щебень с песком – 90.

Боковое сопротивление зависит от глубины залегания слоя. Например, для глин на глубине полметра оно варьируется от 2,8 (твердые глины) до 3 (мягкие), а на глубине 3 метра – 0,8-4,8.

Расчет буронабивных свай в зависимости от типа грунта

Для расчета нам потребуются значения сопротивления грунта у подошвы сваи и у боковой стенки. Их можно взять из таблиц СНиП (Свайные Фундаменты). Сопротивление у основания (т/м2):

  • твердая глина с коэфф. пористости 0,5 – 90;
  • тугопластичная 0,6 – 63;
  • мягкопластичная 1,1 – 2,4;
  • плотный влажный песок – от 30 до 70 (в зависимости от фракции);
  • среднеплотный маловлажный – 30-50;
  • щебень с песком – 90;
  • гравий из осадочных пород – 45;
  • из кристаллических – 75 и т.д.

Боковое сопротивление (т/м2) зависит от состава слоя и от глубины его залегания:

  • твердая глина 0,5 метра – 2,8;
  • метр – 3,5;
  • два – 4,2;
  • три – 4,8;
  • тугопластичная – от 0,8 до 2 соответственно;
  • мягкопластичная – от 0,3 и до 0,8.

Пример расчета буронабивной сваи – какова несущая способность для разных грунтов при разных диаметрах ствола:

  • на гравелистых и крупных песках при сечении 100 мм – 275-353 кг (разница зависит от плотности грунта);
  • сечение 150 – 618-795;
  • 200 – 1099-1413;
  • 300 – 2473-3179;
  • 400 – 4396-5652;
  • 500 – 6869-8831;
  • мелкий маловлажный песок, 100 мм – 157-236;
  • 200 мм – 628-942;
  • 500 – 3925-5888;
  • водонасыщенный песок – 196-257, 785-1099, 4906-6869;
  • твердая глина – 236-471, 942-1884, 5888-11775;
  • пластичная глина – 79-236, 314-942, 1963-5888;
  • щебень, гравий – 393-471, 1884-2453, 9813-11775.

Независимо от типа грунта сваю заглубляют ниже линии промерзания минимум на 0,3 м.

Испытание забивных свай статической нагрузкой.

Существует несколько методов определения несущей способности основания. Самый действенный из них – практическое испытание забивных свай статической нагрузкой. После установки опоры, её оставляют в покое на 2 – 3 суток. Затем ступенчатым домкратом оказывается нагрузка, сравнимая с давлением веса будущего сооружения. Прогибометром вычисляется степень усадки конструкции.

ИСПЫТАНИЕ ЗАБИВНЫХ СВАЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ.

Динамические испытания схожи со статическими по принципу проведения действий. Опорные столбы погружают в грунт, оставляют отдыхать. По истечении периода времени начинается воздействие нагрузками. Именно в этом моменте выражается разница в процессах. Давление происходит посредством дизель молота, который передает ударную нагрузку. После каждого (до 10) ударов мера осадки фиксируется прогибометром. Чаще всего этот вид испытаний происходит в совокупности с предыдущим.

Подготовка к расчету

Исходные данные, которые понадобятся для расчета несущей способности буронабивной сваи, получают в итоге проведения геологических изысканий и подсчета общей предполагаемой нагрузки здания. Это обязательные этапы расчета, проведение которых обосновано теорией расчета прочностных характеристик буронабивных фундаментов.

Такие показатели как глубина промерзания, уровень залегания грунтовых вод, разновидность грунта и его механические характеристики очень важны для получения точного результата. Информация о глубине промерзании грунта находится в СНиП 2.02.01-83*, данные разделены по климатическим районам, представлены картографически и в виде таблиц.

Не стоит полагаться на данные геологической и гидрогеологической разведки, полученные на соседних участках. Даже в пределах периметра одного земельного надела состояние грунтов оснований может резко изменяться. Три-четыре контрольные скважины в контрольных точках периметра дадут точную информацию о состоянии почв.

Расчет массы постройки ведут с учетом климатического района, расположения здания относительно румба ветров, среднего количества осадков в зимний период, массы строительных конструкций и оборудования. Этот показатель наиболее значим при проектировании фундамента – данные для проведения этой части расчета, а также схему и расчетные формулы можно найти в СНиП 2.01.07-85.

Проведение геологии

Проведение геологических изысканий ответственное мероприятие и в массовом поточном строительстве этим занимаются специалисты-геологи. В индивидуальном жилищном строительстве часто проводят самостоятельную оценку состояния грунтов. Не имея опыта проведения изысканий такого уровня очень сложно оценить реальное положение вещей. Работа грамотного специалиста по большей части заключается в визуальной оценке состояния напластований.

Для начала на участке устраивают шуфры – вертикальные выработки грунта прямоугольного или круглого сечения, глубиной от двух метров и шириной достаточной для визуального осмотра основания стенок ямы. Назначение шуфров – раскрытие почвы с целью осуществления доступа к напластованиям, скрытым под верхним слоем грунта. Геологи измеряет глубину пластов, берет пробу грунта из середины каждого слоя, а также впоследствии наблюдает за накоплением воды на дне забоя. Вместо шуфров могут устраиваться круглые скважины, из которых с помощью специального устройства вынимают керн или берут локальные пробы.

Шуфры укрывают на некоторое время – два-три дня – ограничивая попадание атмосферных осадков. После оценивают уровень воды, поднявшийся в полости скважины – эта отметка, отсчитанная от верхней границы, и будет уровнем залегания грунтовых вод.

Все полученные данные заносятся в сводную таблицу.Кроме того, составляется профиль сечения грунта, который позволяет предугадать состояние грунтов в точках, где бурение не производилось. При самостоятельной оценке оснований следует руководствоваться сведениями, представленными в СНиП 2.02.01-83* и ГОСТ 25100-2011, где в соответствующих разделах представлены классификации грунтов с описаниями, методы визуального определения типов грунта и характеристики в соответствии с типами.

Способы вычисления несущей способности по различным параметрам

Несущая способность сваи зависит от целого ряда параметров. Главные из них – материал опоры и виды грунта, с которыми она контактирует при заглублении. Опираясь на данные характеристики можно легко рассчитать необходимое количество элементов свайного фундамента и их геометрические параметры.

Среди получивших наибольшее распространение в частном домостроении можно выделить следующие свайные фундаменты:

  • На винтовых сваях;
  • На забивных опорах;
  • С помощью буронабивных свай.

Каждый вариант хорош в тех или иных случаях и может использоваться при строительстве зданий различной конструкции и этажности.

Расчет фундамента на винтовых сваях

Винтовые сваи представляют собой стальные трубчатые опоры, оснащенные в нижней части лопастями, облегчающими процесс внедрения в грунт. Для строительства домов используют элементы диаметром 133, 108 и 89 мм. Более тонкие сваи можно применять для монтажа легких конструкций типа беседок и террас.

Фундамент на винтовых сваях

Несущая способность сваи с лопастями зависит от следующих параметров опоры:

  1. Диаметра трубы;
  2. Длины трубы, погруженной в почву;
  3. Диаметра лопастей, распределяющих конечную нагрузку на грунт.

Даже трубы самого большого диаметра не позволяют использовать их для строений из таких сравнительно тяжелых строительных материалов, как кирпич и бетонные стеновые блоки. Для соответствия нагрузке дома даже на таких мощных почвах, как глиняные шаг установки винтовых свай может составлять 0,3 метра, что невыгодно с точки зрения технологии и экономики строительства.

Особенности фундамента на забивных сваях

Максимально возможная несущая способность забивной сваи позволяет широко использовать подобный вид фундаментов даже при строительстве многоэтажных жилых домов. Это способствует их распространению при возведении конструкций высотой до 40-60 метров.

Применение специализированной строительной техники позволяет использовать опоры, длина боковой поверхности которой может составлять десятки метров. Забитая свая нижним концом опирается на высокопрочные скальные породы, передавая им нагрузку от конструкции дома. Прочность материала опоры достаточна для сохранения ее целостности под такой высокой нагрузкой.

В частном домостроении фундамент на забивных сваях распространен очень слабо. Связано это с высокой стоимостью аренды пневматического забивного оборудования и его операторов. Только в крайних случаях строительные инженеры склоняются в пользу такого вида фундамента для двухэтажных частных домов.

Буронабивные сваи – оптимальный вариант фундамента

Буронабивные сваи аналогичны забивным, но монтаж тела опор осуществляется непосредственно на месте строительства. Для этого в грунте бурится отверстие, в которое опускается полая цилиндрическая опалубка в виде труб. Внутрь устанавливается стальной усиливающий каркас и полость заполняется бетоном. Для увеличения несущей способности сваи возможно изготовление ее нижнего конца в виде полусферического или конического расширения.

Важный аспект – материал, из которого изготовлена опора и способ ее изготовления. Максимальная величина характерна для железобетонных заводских стоек. Несущая способность сваи по материалу в расчетах характеризуется коэффициентами, величина которых определяется по соответствующим таблицам.

Фундамент на буронабивных сваях

В процессе бурения первого или пробного шурфа на месте строительства необходимо как можно тщательнее изучить имеющиеся слои грунта, ибо каждый из видов почв обладает различной несущей способностью сваи. Конкретные цифры по каждому виду почв легко найти в соответствующем ГОСТе, который называется «Грунты. Классификация». Эти величины учитывают, когда определяется несущая способность сваи по грунту.

Буронабивная свая, как и забивная, благодаря плотной посадке в почву нагрузку от конструкции дома передает не только своим нижним концом, но и по всей боковой поверхности. Это отличает их от свайных опор и служит неоспоримым преимуществом. Для более тщательного изучения технологии расчета несущей способности сваи рассмотрим ее на конкретном примере.

Методы расчета

Оболочки в условиях строительной площадки проходят несколько испытаний. Число контрольных исследований выбирает автор проекта с учетом полевых условий, конструкции здания, проектной способности свай по рекомендациям строительных ГОСТ на изыскание грунтов. Ревизионные испытания выполняют в начале погружения, чтобы не перерасходовать бетон и металл и полностью использовать проектную прочность.

Контрольные изыскания проводят методами:

  • статического давления на сваю;
  • динамического действия;
  • изучением грунта при погружении эталонного стержня;
  • исследованием почвы статичным зондом.

Статичному испытанию подвергается 1% от количества свай на площадке, результат зависит от сложности грунта, формата нагрузок и количества разновидностей вертикальных опор. Динамической нагрузке подвергается 2% от количества стержней, но не меньше 6 – 9 в зависимости от класса строения.

Несущие характеристики сваи и грунта можно рассчитать по формулам теоретическим, динамическим и пробным способом.

Теоретический

Качественный результат расчета взаимодействия свай и почвы получается с учетом пластики грунтового слоя, сжимаемости фундаментного стержня. Определяются локальные области предельного напряжения и перераспределение касательных нагрузок. Минимальное расстояние между винтовыми элементами принимается в размере двойного лопастного диаметра, а максимум выбирается по способности ростверка и опоры сопротивляться давлению.

Пролет между столбами рассматривают жестко закрепленной балкой с двух торцов, нагрузку определяют так, чтобы не возникали деформации, а центральный прогиб был не больше нормативов.

Теоретически расчет несущей способности сваи выражается формулой W = H / d, где:

  • H — расчетная несущая характеристика стержня;
  • d — коэффициент прочности, учитывающий запас сопротивления давлению.

Величина H определяется умножением площади опоры или на расчетное сопротивление почвы там, где она закладывается в землю. Для распространенных почвенных слоев такие показатели приводятся в строительных таблицах при условии заглубления больше 1,5 метра. При погружении земля теряет плотность, начальные характеристики длительно восстанавливаются. Принимается максимальное расстояние между опорами на уровне трех метров. Если при расчете получаются большие промежутки, добавляют несколько стержней для уменьшения пролета.

Динамический

Контрольные испытания проводят зондированием и специальным расчетом, но таких итогов недостаточно и требуется испытание почвенных слоев погружением эталонных опор. Сваи отягощаются на уровне расчетной нагрузки, которая находится по нормативным документам СП 24.13330 – 2011, где регламентируется проектирование свайных фундаментов.

Технология динамического метода заключается в том, что при заглублении столба увеличивается сопротивление почвенного слоя. Принимается во внимание связь между силой удара при погружении и несущей характеристикой элемента. Забивка выявляет слабые места свайного поля и оболочек для вычисления диаметра и протяженности опорного столба.

Динамические изыскания не требуют дорогого оборудования и больших затрат, подходят для испытания разных типоразмеров. Минусом считается факт, что меняющаяся нагрузка иногда завышает показатель прочности, и появляется неточность при проведении расчета. Динамические испытания проводят опытные техники, для этого метода не подходят нестабильные или сыпучие основания.

Вид свай выбирают по свойствам пласта, который располагается под острием стержня. Сваи-стойки монтируют, если используется малосжимаемые скальные почвы. В других вариантах ставят сваи трения (защемленные в земле). Длина выбирается с учетом того, что стержень заделывается в тело ростверка на 5 – 10 см при вертикальной нагрузке.

Пробный

Процесс пробного заглубления сопровождают техническими документами, где проставляют размер, вид и расчетную нагрузку на сваю. Для проведения требуется подробный план фундамента с приведенными шурфами зондирования, которые исследовались геологами. Указывается прохождение коммуникаций и электрических кабелей.

Пробные забивки проводят в случае:

  • присутствия слабых почв, техногенных насыпных участков;
  • количества свай больше 2 тыс.;
  • строительства многоэтажек свыше пяти этажей;
  • если есть сомнения в правильности теоретической части расчета.

Погружение сопровождается техническими документами с указанием расчетных нагрузок, типа оболочек. Результаты испытания заносятся в журнал, где описываются полученные повреждения, категория молота и число ударов до конечного погружения.

Расчет несущей способности свай в конкретных условиях

Несущие свойства забивных железобетонных стержней вычисляются как сумма сопротивления почвы под подошвой и боковой обструкции F = y · (Fd + Fr), где:

  • Fd = u · Σ y · Fl · Hl;
  • u — наружный периметр столба;
  • y — коэффициент функционирования;
  • Fl — боковое сопротивление земли;
  • Hl — толщина почвенных слоев в области контакта;
  • Fr = y · R · S;
  • R — сопротивление грунта под острием по норме;
  • S — площадь опоры внизу.

Расчет ведется и для буронабивных оболочек. Для таких свай несущая способность вычисляется по формуле F = R · S + u · ∫ y · Fl · Hl, где:

  • R — сопротивление грунта под острием по норме;
  • S — площадь опоры внизу;
  • u — наружный периметр столба;
  • y — коэффициент функционирования;
  • Fl — боковое сопротивление земли;
  • Hl — толщина почвенных слоев в области контакта.

Формула вычисления показателя для винтовой сваи отличается от предыдущих выражений, т.к. требуются иные характеристики: F = yc · ((a1 · c1 + a2 · y1 · h1) · D + u · G · (h – d)), где:

  • yc — коэффициент функционирования;
  • a1 и a2 — табличные коэффициенты;
  • c1 — коэффициент линейности грунта для песка или удельное сцепление для глины;
  • y1 — удельный вес земли выше лопасти;
  • h1 — величина заглубления;
  • D — диаметр лопастей за вычетом диаметра самой сваи;
  • u — периметр основания сваи;
  • G — боковое сопротивление грунта;
  • h — протяженность сваи;
  • d — диаметр опорного винта.

Несущая способность после динамического, статического исследования и зондирования проверяется расчетом нагрузок и действий сопротивления материала. Если один из видов испытания не подтверждает расчетные показатели, такие сваи не допускаются к установке.