Расчет несущей способности висячих свай

Расчет несущей способности висячих свай
Расчет несущей способности висячих свай

Висячие сваи — это свайные элементы, не достигающие прочного несущего слоя, которые передают нагрузку на окружающий грунт преимущественно за счёт трения по боковой поверхности. Они широко применяются при строительстве на слабых или неоднородных грунтах, где заглубление до устойчивых слоев экономически или технически нецелесообразно. Точный расчет несущей способности таких свай является ключевым для обеспечения устойчивости здания и безопасности эксплуатации.

1. Нормативная база

Расчет висячих свай выполняется в соответствии со следующими документами:

  • СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты»

  • СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений»

  • ГОСТ 5686-2020 «Грунты. Методы полевых испытаний сваями»

  • Методические рекомендации профильных НИИ

2. Что такое висячая свая?

Висячая свая — это свая, не опирающаяся непосредственно на прочный слой, а передающая нагрузку на грунт через:

  • боковое сопротивление вдоль тела сваи (трение, адгезия),

  • и в некоторых случаях — частично через сопротивление под нижним концом.

Чаще всего несущая способность рассчитывается только по боковому сопротивлению, если наконечник погружен в слабый грунт.

3. Виды висячих свай

  • Буронабивные сваи — создаются методом бурения с последующим бетонированием.

  • Забивные сваи — забиваются молотами или вибропогружателями.

  • Винтовые сваи — ввинчиваются в грунт и применяются при временном или легком строительстве.

4. Основы расчета

Расчет производится на основе анализа:

  • инженерно-геологических условий,

  • конструктивных параметров сваи,

  • и требований нормативной документации.

Учитываются характеристики грунта, диаметр и длина сваи, а также способ ее погружения.

5. Расчетная формула

Несущая способность сваи (Q) рассчитывается как сумма сопротивления под нижним концом (если оно учитывается) и бокового сопротивления вдоль длины сваи:

Q = Rb + Rs

где:
Rb — сопротивление под нижним концом (для висячей сваи часто принимается как ноль),
Rs — сумма сопротивлений по боковой поверхности по всем слоям.

Rs = Σ (fsi × ui × li)

где:
fsi — удельное боковое сопротивление в i-м слое,
ui — периметр поперечного сечения сваи в этом слое,
li — длина участка сваи в этом слое.

6. Определение удельного сопротивления fsi

Для песчаных грунтов:

fsi = k × σzi × tan(δ)

где:
σzi — эффективное вертикальное давление в середине i-го слоя,
δ — угол трения между грунтом и материалом сваи,
k — коэффициент контакта (обычно 0.7–1.0).

Для глинистых грунтов:

fsi = α × ci

где:
α — коэффициент адгезии (обычно 0.4–1.0),
ci — сцепление грунта в i-м слое.

7. Учет коэффициентов надежности

В расчет включаются нормативные коэффициенты:

  • коэффициент надежности по нагрузке γf = 1.2...1.4,

  • коэффициент надежности по грунту γc = 1.25,

  • коэффициенты условий работы сваи ψb и ψs (обычно от 0.7 до 1.0).

Расчетное значение несущей способности определяется с учетом этих коэффициентов:

Q расчетная = Q / γc

8. Проверка по деформациям

Несущая способность должна быть также проверена по предельным деформациям (осадке сваи), особенно при использовании в жилых зданиях и сооружениях с повышенными требованиями к эксплуатации.

Методы расчета:

  • линейно-деформационная модель (по модулю деформации грунта),

  • метод послойной интеграции,

  • результаты полевых испытаний (статические испытания по ГОСТ 5686).

9. Упрощенный пример расчета

Дано:

  • Буронабивная свая диаметром 0.4 м и длиной 12 м.

  • Грунтовые слои:

    • 1-й слой — суглинок: c = 25 кПа, α = 0.6, длина 4 м

    • 2-й слой — глина: c = 35 кПа, α = 0.5, длина 5 м

    • 3-й слой — супесь (не учитывается), длина 3 м

Решение:

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

  2. Сопротивление по слоям:

    • Слой 1: Rs1 = 0.6 × 25 × 1.256 × 4 = 75.36 кН

    • Слой 2: Rs2 = 0.5 × 35 × 1.256 × 5 = 109.9 кН

    • Слой 3 не учитывается

  3. Общая боковая несущая способность:
    Rs = 75.36 + 109.9 = 185.26 кН

  4. Расчетная несущая способность:
    Q = Rs / γc = 185.26 / 1.25 ≈ 148.2 кН

10. Практические рекомендации

  • Обязательно проводить статические испытания контрольных свай.

  • Не проектировать висячие сваи в грунтах с крайне низкой несущей способностью (торф, ил).

  • При необходимости — усиливать сцепление с грунтом (например, обсадкой или расширением нижней части сваи).

  • Учитывать возможное вымывание грунтов или сезонное промерзание.

  • Проектировать с учетом строительной технологии устройства сваи — это влияет на коэффициенты условий работы.

Висячие сваи — эффективное решение для передачи нагрузки на слабые и неоднородные грунты. Однако их расчет требует точного подхода и глубокого анализа инженерно-геологических данных. Основной вклад в несущую способность таких свай вносит сопротивление боковой поверхности, что делает качественные изыскания и грамотную интерпретацию параметров грунта особенно важными. Использование нормативных формул, корректных коэффициентов и полевых испытаний позволяет надежно проектировать свайные фундаменты, соответствующие современным требованиям строительной безопасности.