Расчет несущей способности свай по СП

Расчет несущей способности свай по СП
Расчет несущей способности свай по СП

Сваи — основной конструктивный элемент фундаментов, особенно в сложных грунтовых условиях, при высоких нагрузках или в ограниченных по пространству зонах строительства. Ошибки на стадии проектирования свайного фундамента могут привести к деформациям, просадкам и аварийным ситуациям. 

Классификация свай и влияющие параметры

Перед расчетом важно определить:

  • Тип сваи: забивная, буронабивная, буроинъекционная, вдавливаемая и др.;

  • Материал: железобетон, сталь, дерево;

  • Метод заглубления: с вибропогружением, бурением, вибропогружением с обсадкой и т.п.;

  • Грунтовые условия: послойная структура, физико-механические характеристики, уровень грунтовых вод;

  • Рабочая нагрузка и тип сооружения: постоянная, временная, аварийная нагрузка, класс ответственности здания.

Методика расчета по СП 24.13330.2011

Основное уравнение для расчета по I группе предельных состояний:

Ra = Qb + Qs

где:
Ra — расчетная вертикальная несущая способность сваи, кН;
Qb — сопротивление под нижним торцом сваи (основание);
Qs — сопротивление боковой поверхности сваи (трение).

Расчет сопротивлений грунта

Сопротивление под нижним торцом:

Qb = Ab × qb

  • Ab — площадь подошвы сваи (м²);

  • qb — расчетное сопротивление грунта под пятой сваи (кПа), зависит от типа грунта, глубины заложения, и определяется по Таблице 6 СП 24.13330.2011.

Для круглой сваи:
Ab = π × D² / 4

Сопротивление по боковой поверхности:

Qs = Σ(ui × hi × fsi)

  • ui — периметр сваи (для круглой: π × D);

  • hi — толщина i-го слоя вдоль ствола сваи, м;

  • fsi — расчетное сопротивление грунта по боковой поверхности (кПа), определяется по Таблице 5.1 СП.

📌 Важно: при наличии подземных вод учитываются снижающие коэффициенты для песков, а также возможное замачивание глинистых грунтов.

Учет коэффициентов условий работы

Расчетная несущая способность с учетом надежности:

Ra = (Qb + Qs) / γc

где:

  • γc — коэффициент условий работы, зависит от типа сваи:

    • Забивные сваи: γc = 1.2

    • Буронабивные: γc = 1.25–1.4

    • Вдавливаемые: γc ≈ 1.25

Дополнительно вводятся:

  • η — коэффициент условий работы сваи (учитывает технологию устройства):

    • Забивная: η = 1.0

    • Буронабивная: η = 0.85–0.95

  • φ — коэффициент условий работы грунта:

    • Зависит от степени неоднородности, водонасыщенности, степени уплотнения.

Полная формула с учетом всех коэффициентов может быть представлена так:

Ra = η × φ × (Qb + Qs) / γc

Альтернативный подход: по результатам испытаний

Если имеются данные статических испытаний (по ГОСТ 5686), применяется:

Ra = Qult / γc

где Qult — предельная нагрузка по результатам испытаний (по кривой "нагрузка-осадка", принимается как нагрузка при резком увеличении осадки).

Также допускается расчет по результатам статического зондирования (СП 47.13330.2016), где сопротивления qb и fsi подбираются на основе данных зонда.

Расчет по деформациям (II группа предельных состояний)

Даже если несущая способность удовлетворяет требованиям I группы, следует выполнить проверку по осадкам. В частности:

s ≤ sallow

где:

  • s — расчетная осадка сваи;

  • sallow — допустимая осадка (зависит от типа здания и фундамента, обычно 5–10 мм для одиночной сваи, до 20–40 мм для ростверков).

Расчет выполняется методом послойного суммирования с учетом модуля деформации грунта.

Практический пример

Дано:
Буронабивная свая диаметром 0.6 м, длина 10 м.
Грунты:

  • 0–2 м — супесь, fsi = 18 кПа

  • 2–8 м — суглинок, fsi = 24 кПа

  • 8–10 м — песок средней плотности, qb = 450 кПа

  • γc = 1.3

  • η = 0.9

Решение:

Ab = (π × 0.6²) / 4 = 0.2827 м²
Perimetr (u) = π × 0.6 = 1.884 м

Qs = 1.884 × (2 × 18 + 6 × 24) = 1.884 × 180 = 339.1 кН
Qb = 0.2827 × 450 = 127.2 кН
Сумма = 466.3 кН

Ra = 0.9 × (466.3) / 1.3 = 322.6 кН

Частые ошибки при расчете свай

  1. Игнорирование подземных вод — ведёт к переоценке несущей способности в песках.

  2. Упрощение при послойном расчете — неправильная разбивка на слои снижает точность.

  3. Неправильный выбор коэффициентов γc, η — особенно часто завышают для буронабивных свай.

  4. Отсутствие проверки по осадке — недопустимо при проектировании ростверков.

  5. Игнорирование статистики испытаний — теоретические расчеты без полевых данных ограничены по надежности.

Расчет несущей способности свай по СП — это не просто формула, а инженерное моделирование поведения свай в сложной среде. Для достижения высокой точности необходимо использовать:

  • Послойный расчет по геологическим данным;

  • Учет коэффициентов условий работы;

  • Сравнение с нагрузками от здания;

  • Проверку по осадкам;

  • Полевые испытания или статическое зондирование.

Пренебрежение хотя бы одним из этих аспектов может привести к дорогостоящим последствиям.