Расчет несущей способности свайного фундамента

Расчет несущей способности свайного фундамента
Расчет несущей способности свайного фундамента

Свайный фундамент — один из самых надежных способов передачи нагрузок от здания на глубинные слои грунта с достаточной прочностью. Он используется при строительстве на слабых, водонасыщенных или неоднородных грунтах, а также при возведении высотных зданий, мостов, набережных и других инженерных сооружений.

Ключевым этапом проектирования свай является расчет их несущей способности, то есть определение предельной нагрузки, которую свая (или группа свай) может воспринимать без потери прочности и устойчивости, а также без превышения допустимых осадок.

Рассмотрим, как выполняется расчет несущей способности свай по действующим строительным нормам и геотехнической практике.

1. Виды свай

Перед началом расчетов необходимо классифицировать сваю, так как методика зависит от ее типа.

По принципу работы:

  • Стоячие сваи — опираются на плотный грунт в основании.

  • Висячие сваи — удерживаются за счёт трения о грунт боковой поверхности.

По способу устройства:

  • Забивные сваи

  • Буронабивные сваи

  • Сваи-оболочки

  • Инъекционные сваи

По материалу:

  • Железобетонные

  • Стальные

  • Деревянные

2. Что такое несущая способность сваи

Несущая способность — это предельная нагрузка, которую свая может воспринять без разрушения или чрезмерной осадки.

Она состоит из двух основных составляющих:

  • Сопротивление по боковой поверхности сваи (трение)

  • Сопротивление под нижним концом сваи (упор)

Формула полной несущей способности:

Q_ult = Q_s + Q_b

Где:

  • Q_s — сопротивление по боковой поверхности,

  • Q_b — сопротивление под острием сваи.

Расчет проводится с учетом коэффициентов надежности и нормативных требований.

3. Расчет по СП 24.13330.2011 / СП 24.13330.2021

Расчёт выполняется по двум группам предельных состояний:

  • Первая группа — разрушение или потеря устойчивости

  • Вторая группа — чрезмерные деформации (осадки)

3.1. Расчет сопротивления по боковой поверхности

Q_s = сумма по всем слоям грунта (f_si × u_i × l_i)

Где:

  • f_si — удельное касательное сопротивление грунта в i-ом слое, в кПа

  • u_i — периметр сваи в этом слое, в метрах

  • l_i — длина сваи, находящаяся в этом слое, в метрах

Значения f_si берутся из данных инженерно-геологических изысканий или по таблицам СП.

3.2. Расчет сопротивления под нижним концом сваи

Q_b = A_b × q_b

Где:

  • A_b — площадь нижнего сечения сваи, м²

  • q_b — расчетное сопротивление грунта под острием, кПа

3.3. Итоговая несущая способность с учетом коэффициента надежности

Q_r = (Q_s + Q_b) / γ_c

Где:

  • γ_c — коэффициент надежности (обычно от 1.2 до 1.4)

4. Расчет по результатам испытаний свай

Если проводились статические испытания свай на сжатие или выдергивание, то расчет ведется по полученным графикам "нагрузка – осадка".

Расчетная несущая способность определяется как:

Q_r = Q_max / γ_c

Где:

  • Q_max — максимальная нагрузка, при которой осадка соответствует нормативу (как правило, не более 40 мм),

  • γ_c — коэффициент надежности.

5. Расчет группы свай (свайного поля)

Когда свай несколько, и они объединены ростверком, учитывается совместная работа свай и перераспределение нагрузки.

Общая несущая способность свайного поля:

Q_group = η × Q_r × n

Где:

  • Q_r — несущая способность одной сваи

  • n — количество свай

  • η — коэффициент работы свай в группе (обычно от 0.85 до 1.0 в зависимости от жесткости ростверка)

6. Проверка осадки (вторая группа предельных состояний)

Дополнительно проверяется, не превышает ли осадка ростверка или подошвы свай допустимые значения. Для этого применяются методы:

  • Послойного суммирования

  • Метод эквивалентного фундамента

  • Метод условного модуля деформации

Предельно допустимые осадки зависят от назначения здания и его категории ответственности.

7. Пример расчета

Исходные данные:

  • Буронабивная железобетонная свая диаметром 0.4 м, длина 9 м

  • Грунт: суглинки и пески средней плотности

  • Касательное сопротивление по боковой поверхности f_s = 25 кПа

  • Сопротивление под нижним концом q_b = 300 кПа

  • Коэффициент надежности γ_c = 1.25

Расчет:

  • Периметр сваи: u = π × d = 3.14 × 0.4 = 1.256 м

  • Боковое сопротивление: Q_s = 25 × 1.256 × 9 = 282.6 кН

  • Площадь основания сваи: A_b = π × (0.4)² / 4 = 0.126 м²

  • Сопротивление под пятой: Q_b = 0.126 × 300 = 37.8 кН

  • Общая несущая способность: Q_ult = 282.6 + 37.8 = 320.4 кН

  • Расчетная несущая способность: Q_r = 320.4 / 1.25 = 256.3 кН

Итог: Расчетная несущая способность сваи составляет 256.3 кН

Точный расчет несущей способности свай — это не просто формальность, а залог безопасности и долговечности любого сооружения. При этом важно:

  • Учитывать реальную работу свай в грунте

  • Основываться на геологических данных и испытаниях

  • Проверять расчеты по нескольким методикам

  • Проводить оценку осадок

Только грамотный инженерный подход позволяет создать устойчивый и эффективный фундамент под любые условия.