Розрахунок несучої здатності палі по грунту та матеріалу

Розрахунок несучої здатності палі

Плануючи будівництво житлового будинку на фундаменті того чи іншого виду життєво важливо правильно виконати розрахунок несучої здатності палі. Від якості цієї роботи залежить як цілісність і надійність будівлі загалом, а й величина витрат. Розглянемо основні параметри, що впливають визначення навантаження, яку може витримати кожен елемент пальового фундаменту будинку, і способи виконання розрахунків.

Способи обчислення несучої здатності за різними параметрами

Несуча здатність палі залежить від низки параметрів. Головні з них – матеріал опори та види ґрунту, з якими вона контактує при заглибленні. Спираючись на дані характеристики, можна легко розрахувати необхідну кількість елементів пальового фундаменту та їх геометричні параметри.

Серед тих, хто набув найбільшого поширення у приватному домобудуванні, можна виділити такі пальові фундаменти:

На гвинтових палях;
на забивних опорах;
За допомогою буронабивних паль.

Кожен варіант хороший у тих чи інших випадках і може використовуватися при будівництві будівель різної конструкції та поверховості.

Розрахунок фундаменту на гвинтових палях

Гвинтові палі є сталевими трубчастими опорами, оснащеними в нижній частині лопатями, що полегшують процес впровадження в грунт. Для будівництва будинків використовують елементи діаметром 133, 108 та 89 мм. Більш тонкі палі можна використовувати для монтажу легких конструкцій типу альтанок і терас.

Фундамент на гвинтових палях

Несуча здатність палі з лопатями залежить від наступних параметрів опори:

Діаметр труби;
Довжина труби,зануреної у ґрунт;
Діаметр лопатей, що розподіляє кінцеве навантаження на грунт.

Навіть труби найбільшого діаметру не дозволяють використовувати їх для будівель з таких порівняно важких будівельних матеріалів, як цегла та бетонні стінові блоки. Для відповідності навантаженню будинку навіть на таких потужних ґрунтах, як глиняний крок установки гвинтових паль може становити 0,3 метри, що невигідно з погляду технології та економіки будівництва.

Особливості фундаменту на забивних палях

Максимально можлива здатність забивної палі дозволяє широко використовувати подібний вид фундаментів навіть при будівництві багатоповерхових житлових будинків. Це сприяє їхньому поширенню при зведенні конструкцій висотою до 40-60 метрів.

Застосування спеціалізованої будівельної техніки дозволяє використовувати опори, довжина бічної поверхні якої може становити десятки метрів. Забита паля нижнім кінцем спирається на міцні скельні породи, передаючи їм навантаження від конструкції будинку. Міцність матеріалу опори достатня для збереження її цілісності під таким високим навантаженням.

У приватному будівництві фундамент на забивних палях поширений дуже слабко. Пов'язано це з високою вартістю оренди пневматичного забивного обладнання та його операторів. Тільки крайніх випадках будівельні інженери схиляються на користь такого виду фундаменту для двоповерхових приватних будинків.

Буронабивні палі - оптимальний варіант фундаменту

Буронабивні палі аналогічні забивним, але монтаж тіла опор здійснюється безпосередньо на місці будівництва. Для цього в ґрунті бурить отвір, в який опускається порожниста циліндрична опалубка у вигляді труб. Всередину встановлюється сталевий каркас, що посилює, і порожнину.заповнюється бетоном. Для збільшення несучої здатності палі можливе виготовлення її нижнього кінця як напівсферичного або конічного розширення.

Важливий аспект – матеріал, з якого виготовлена опора та спосіб її виготовлення. Максимальна величина й у залізобетонних заводських стійок. Несуча здатність палі за матеріалом у розрахунках характеризується коефіцієнтами, величина яких визначається за відповідними таблицями.

Фундамент на буронабивних палях

У процесі буріння першого або пробного шурфу на місці будівництва необхідно якнайретельніше вивчити наявні шари ґрунту, бо кожен з видів ґрунтів має різну несучу здатність палі. Конкретні цифри з кожного виду ґрунтів легко знайти у відповідному ГОСТі, який називається «Грунти. Класифікація». Ці величини враховують, коли визначається несуча здатність палі по ґрунту.

Буронабивна паля, як і забивна, завдяки щільній посадці в ґрунт навантаження від конструкції будинку передає не лише своїм нижнім кінцем, а й по всій бічній поверхні. Це відрізняє їх від пальових опор і є незаперечною перевагою. Для більш ретельного вивчення технології розрахунку несучої здатності палі розглянемо її на конкретному прикладі.

Розрахунок несучої здатності палі у конкретних умовах.

Перед початком будівництва будинку з піноблоків було проведено дослідження ґрунту на глибині 3 метри. Результати показали наступний розподіл ґрунтів:

0-2 метри – суглинисті ґрунти;
2-3 метри – глинисті ґрунти.

Виходячи з їх геометрії та ґрунтових умов, можна розрахувати несучу здатність палі по її торцевій частині та бічній поверхні. Для цього вирахуємо площу нижнього кінця опори:

Сторця = 3,14 D 2/4=3,13*0,3*0,3/4=0,07,

де D – діаметр кола. Наступний параметр, необхідний визначення несучої здатності паль – периметр опори:

Виходячи з перерахованого, несуча здатність буронабивної палі по грунту визначатиметься за такою формулою:

де Pтор – несуча здатність по торцю палі, 0,7 – загальноприйнятий коефіцієнт по грунту, Pнорм – нормативна несуча здатність (таблична величина з відповідних довідників), S – площа основи. Аналогічно розрахуємо несучу здатність буронабивної палі по її бічній поверхні:

де Pбок - несуча здатність по бічній поверхні палі, 0,8 - коефіцієнт за умовами роботи палі в ґрунті, U - периметр бічної поверхні, fiн - опір грунту воль бічної поверхні (також таблична величина, що залежить від виду грунту та глибини його розташування), h – висота того чи іншого шару ґрунту, через який проходить паля. Підставляючи відомі та розраховані величини отримаємо:

Pбок = 0,8 * (2,8 * 2 + 4,8 * 1) * 0,942 = 7,8т.

Виходячи з проведених обчислень, можемо виконати визначення несучої здатності паль. Для цього достатньо підсумувати Рбок та Ртор:

Тобто кожна паля із зазначеними вище параметрами в тому ґрунті, який розташовується в зоні будівництва згідно з нашим прикладом, здатна витримати навантаження 12 тонн 210 кг. Виходячи з цієї величини необхідно розрахувати необхідну і достатню кількість опор буронабивного фундаменту. І тому визначимо загальну масу будови.

Приклад розрахунку несучої здатності паль

Вага будинку визначається як сума ваги всіх частин, що входять до нього – перекриттів, перегородок, стін, кроквяної системи, покрівельного матеріалу, змінної навантаження від снігу та вітру, маси обробки зовні і всередині будівлі, атакож передбачається до встановлення в будинку меблів та побутової техніки. Припустимо, що порахувавши всі шукані величини, отримали загальну масу будівлі, що дорівнює 124 тонни.

Наступний необхідний параметр – довжина стін та перегородок, під якими передбачається встановлення паль. Ця величина дозволить розподілити опори будинку рівномірно з рівним кроком. Припустимо, що довжина стін становила 29 метрів. Тоді навантаження на 1 п.м. визначатиметься за формулою:

Крок установки опор визначимо як відношення несучої здатності палі на величину Q:

Використовуючи отримані дані, розрахуємо кількість опор буронабивного пальового фундаменту через відношення периметра стін до кроку установки опор:

Приймаємо найближчу кількість для отримання певного запасу міцності фундаменту.

Таким чином, навіть не володіючи необхідною інженерною будівельною освітою можна самостійно розрахувати несучу здатність паль фундаментів того чи іншого виду, а також крок встановлення опор та їх кількість. Необхідно це і для контролю робіт, що проводяться найнятою будівельною бригадою, і для попереднього економічного розрахунку витрат на будівництво будинку.