Расчет несущей способности винтовой сваи
Винтовые сваи широко применяются в строительстве благодаря их высокой несущей способности, удобству монтажа и возможности использования в сложных грунтовых условиях. Корректный расчет несущей способности винтовых свай необходим для обеспечения надежности и долговечности фундамента.
Рассмотрим основные методики расчета, влияющие факторы и примеры практических вычислений.
1. Основные факторы, влияющие на несущую способность винтовой сваи
Несущая способность винтовой сваи зависит от следующих параметров:
-
Геометрические характеристики сваи (диаметр ствола и лопасти, длина, толщина стенки);
-
Физико-механические свойства грунта (плотность, угол внутреннего трения, сцепление);
-
Способ погружения (завинчивание или комбинированное завинчивание с вдавливанием);
-
Глубина заложения сваи и уровень грунтовых вод;
-
Коррозионные свойства среды (влияют на долговечность сваи).
2. Методики расчета несущей способности винтовой сваи
Существует несколько методик определения несущей способности, основными из которых являются:
-
Метод предельного состояния грунта (согласно СП 24.13330.2011 "Свайные фундаменты").
-
Эмпирические методы (по результатам полевых испытаний и расчетов на основе опыта эксплуатации).
-
Метод суммирования сопротивлений по боковой и нижней поверхности сваи.
Рассмотрим подробнее каждый из них.
3. Метод предельного состояния грунта (по СП 24.13330.2011)
По этому методу несущая способность сваи определяется как сумма двух составляющих:
Fd = Fp + Ff,
где:
-
Fd — расчетная несущая способность сваи (Н);
-
Fp — сопротивление грунта под нижним концом сваи (Н);
-
Ff — боковое сопротивление грунта (Н).
3.1. Определение сопротивления под нижним концом сваи
Формула для расчета сопротивления под нижним концом сваи:
Fp = Ap * qp,
где:
-
Ap = (π * d²) / 4 — площадь опорного пятна сваи (м²);
-
qp — расчётное сопротивление грунта под подошвой сваи (Па).
Значение qp определяется из инженерно-геологических изысканий или берётся из нормативных таблиц.
3.2. Определение бокового сопротивления грунта
Формула для бокового сопротивления грунта:
Ff = Σ (fi * Afi),
где:
-
fi — удельное боковое сопротивление грунта на глубине i (Па);
-
Afi — боковая поверхность сваи на данном участке (м²).
Боковое сопротивление обычно учитывается при сваях большой длины, которые работают как висячие.
4. Эмпирические методы расчета несущей способности
В практике часто применяются упрощенные формулы на основе эмпирических данных. Один из распространённых методов:
Fd = k * d^m * L^n,
где:
-
k, m, n — коэффициенты, зависящие от типа грунта и конструкции сваи;
-
d — диаметр сваи (м);
-
L — длина сваи (м).
Значения коэффициентов определяются на основе данных полевых испытаний.
5. Пример расчета несущей способности винтовой сваи
Исходные данные:
-
Диаметр сваи: d = 108 мм = 0,108 м
-
Длина сваи: L = 2,5 м
-
Грунт: суглинок, расчетное сопротивление под нижним концом сваи qp = 200 кПа
-
Боковое сопротивление f = 30 кПа
-
Коэффициент запаса: γ = 1.2
1. Определение сопротивления под нижним концом сваи:
Ap = (π * 0.108²) / 4 = 0.00916 м²
Fp = 0.00916 * 200 * 10³ = 1832 Н = 1.83 кН
2. Определение бокового сопротивления:
Af = π * d * L = π * 0.108 * 2.5 = 0.848 м²
Ff = 30 * 10³ * 0.848 = 25.44 кН
3. Общая несущая способность сваи:
Fd = (1.83 + 25.44) / 1.2 = 22.72 кН
Таким образом, расчетная несущая способность сваи составляет 22,72 кН.
6. Выводы и рекомендации
-
Расчёт несущей способности винтовой сваи должен выполняться с учётом геологических условий и нормативных требований.
-
Методика расчёта по СП 24.13330.2011 позволяет получить более точные данные, особенно для ответственных конструкций.
-
Для практического проектирования можно использовать упрощённые эмпирические формулы, но необходимо учитывать коэффициент запаса.
-
Рекомендуется проводить испытания свай на объекте для уточнения расчётных значений.
Корректно выполненный расчет позволяет предотвратить просадки, неравномерные деформации и обеспечивает надежность фундамента на протяжении всего срока эксплуатации.