Розрахунок пальового фундаменту: особливості та приклад

Необхідність застосування пальового фундаменту не завжди обумовлена економічними міркуваннями або меншими затратами, наприклад в порівнянні з стрічковим або плитних. Причиною може стати мала несуча здатність грунту, коли навіть при невеликому навантаженні на нього не можна використовувати мелкозаглубленний стрічковий фундамент.

На таких ділянках можна, не рою глибоких траншей для заглибленого підстави, за допомогою, наприклад, гвинтових паль вийти на шар грунту з більшою несучою здатністю. При цьому ускладнюється розрахунок пальового фундаменту.

при розрахунку стрічкового фундаменту враховують тільки вертикально діючі навантаження, для визначення яких досить загальна вага майбутньої будови розділити на площу підстави, що спирається на грунт. Результат помножити на 1,4 (запас міцності) і порівняти з несучою здатністю грунту, яка зазвичай вказується в кг / см².

Про гвинтових палях і їх особливості

Фундамент палі складається з окремих елементів - паль.

Зверху їх обєднують ростверком. Ростверк можна виконати з деревяних або залізобетонних балок або у вигляді суцільної залізобетонної плити.

Палі виготовляють на виробництві або самостійно. Якщо вони виготовлені на місці будівництва, то їх підставу роблять плоским. Для розрахунку навантаження, що передається від неї на грунт, знати тільки площа опори недостатньо. Необхідно враховувати і сили тертя, які виникають між бічною поверхнею стрижня і грунтом і створюють додатковий опір навантаженню, що діє на грунт.

На рис. 1 представлена гвинтова паля. Такий тип в Росії в цивільному будівництві застосовують порівняно недавно, хоча їх широко застосовували військові інженери при будівництві мостів і переправ.

Стовбур палі - це сталева труба (діаметр від 80 до 130 мм, сталь марки Ст10), кінець якої роблять у формі прямого конуса. Перед переходом циліндра в конус приварена гвинтова конструкція (лопать), за рахунок якої і відбувається закручування в грунт. На рис. 1 представлена гвинтова паля з уже готовим оголовком. Однак є елементи без оголовка, з отворами в кінці ствола. В отвір заводять важіль для її обертання. Таке виконання дозволяє при необхідності подовжити ствол.

Переваги гвинтових паль:

• нескладна і безпечна технологія установки;
• застосування можливе практично на будь-яких грунтах, крім скельних, на яких можна будувати будинок і без спеціальної підстави;
• при закручування гвинтових паль відсутня ударне навантаження, що дозволяє застосовувати їх в місцях щільної забудови;
• після установки на гвинтові елементи можна відразу ж монтувати ростверки, тобто переходити до наступного етапу будівництва;
• горбиста місцевість або нерівні ділянки не є перешкодою для застосування цього виду;
• гвинтові палі можна встановлювати практично в будь-яких погодних умовах, в тому числі і взимку в мороз;
• при необхідності їх можна витягти для повторного закручування.

Закладка фундаменту на основі гвинтових паль

В першу чергу необхідно безпосередньо на території будівництва обстежити структуру ґрунту і визначити під слабкими ґрунтами нижній шар, який може витримати вагу будинку. Довжина палі повинна забезпечити заглиблення в несучий шар на глибину 0,5-1 м.

Таке обстеження виконують шляхом попереднього буріння. Визначають рівень грунтових вод і враховують глибину промерзання грунту в районі будівництва. Далі позначимо основні етапи будівництва:

1. Розмітка і вирівнювання периметра. В процесі розмітки першими визначають місця установки кутових паль. При цьому місце слід визначити так, щоб елемент згодом виявився посередині ростверку.
2. Розмічають місця установки інших паль. Оптимальна відстань між ними - 2 м, максимальна - 3 м. Вони повинні бути під усіма стінами будинку, незалежно від того, що несе це стіна або внутрішня перегородка.
3. Загвинчування починають з кутових елементів. В отвори її верхній частині пропускають лом, а для подовження важеля на лом надягають металеві труби. Відхилення від вертикалі остаточно ввинченной деталі не повинно перевищувати 2 градусів. Кут нахилу за допомогою магнітного рівня слід контролювати безперервно в процесі закручування.
4. На кутових палях за допомогою шлангового рівня наносять мітки, що визначають горизонтальну площину і нижню кромку ростверку. Елементи поки не обрізають.
5. Вворачивают інші палі. Глибину вворачивания роблять такий, щоб від верху труби до горизонтальної площини, позначеної на кутових деталях (визначають за допомогою шлангового рівня), було не більше 15-20 см.
6. За позначеним рівнями обрізають що не несе поверхню.
7. Роблять водний розчин цементу і піску в співвідношенні 1: 4 і заповнюють їм палі.

Примітка. Якщо елемент має оголовок, як показано на рис. 1, то горизонтальна площина по кутовим сваям встановлюється за найвищим кутку фундаменту, а потім за допомогою шлангового рівня визначають, наскільки необхідно заглибити деталь.

Закладка фундаменту на бурових залізобетонних палях

Для такого фундаменту необхідно виконати розрахунок пальового підстави, а потім бурові залізобетонні палі виготовити самостійно. Без ручного бензинового або електричного бура не обійтися, тому що невідомо, якої глибини доведеться бурити свердловину. За допомогою цих механізмів можна пробурити свердловину до 5 м глибиною і діаметром до 30 см.

Бурити свердловину необхідно, як мінімум, на 20 см нижче глибини промерзання. Але навіть в північних районах європейської частини Росії вона не перевищує 2 м. Якщо ж нижче цього рівня виявиться шар грунту з невеликою несучою здатністю або грунтові води (верховодка), то доведеться заглиблюватися, щоб досягти шару з більшою несучою здатністю.

За допомогою спеціальних головок в кінці свердловини можна зробити розширення. Можливо, таке розширення буде потрібно, щоб збільшити для пальового фундаменту площу опори на грунт і тим самим зменшити на нього тиск.

Як опалубки використовують руберойд в 2-3 шари або азбестову трубу відповідного діаметру. В сипучих грунтах опалубку необхідно робити обовязково. Це дозволить запобігти потраплянню грунту в бетон, що зменшить довговічність палі, бо її шорстка поверхня буде утримувати більше вологи і руйнування бетону від замерзання і розморожування відбуватиметься інтенсивніше. У щільних грунтах, де її довжина буде залежати тільки від глибини промерзання, можна обійтися без опалубки,

Палю обовязково необхідно армувати. Без армування вони можуть добре витримувати стискають навантаження, а ось від дії бічних сил одного бетону може виявитися недостатньо. Армування зробить деталь стійкої проти розтягуючих сил, які можуть виникнути в результаті замерзання грунту.

Для армування використовують металеві стрижні діаметром 6-8 мм. По довжині можна встановлювати 3-4 стрижня, які повязують між собою дротом або закріплюють зварюванням із кроком 500-600 мм. Армування можна виконати окремими блоками, які потім вставляють в свердловину на всю глибину. Над свердловиною арматура повинна виступати приблизно на 2-3 см нижче рівня ростверку.

Бетон в свердловину заливаємо шарами і так, щоб попередній шар не встиг застигнути. Для цього на палю діаметром 30 см і глибиною 5 м потрібно приблизно 0,35 м³ розчину.

Про ростверку пальового фундаменту

Ростверк не менш важлива частина фундаменту, ніж палі. Він може бути заглибленим або незаглибленного. У першому варіанті його необхідно захищати від сил пученія, що виникають при замерзанні грунту.

Створюючи ростверк з бетону, необхідно мати на увазі, що на вигин і розтягнення бетон працює приблизно в 30 разів гірше, ніж на стиск. Тому армування такої конструкції має визначальне значення. Між палями необхідно забезпечити по можливості мінімальний прогин, тому і армувати посилено необхідно нижню частину, яка буде розтягуватися. Над ними необхідно посилювати верхню частину, так як саме над нею будуть діяти максимальні розтягують сили.

Заглиблений ростверк робимо в неглибокій траншеї, прокладеної між палями по периметру і під внутрішніми несучими стінами. Створюємо піщану подушку, добре утрамбовують і укладаємо шар щебеню. Все це не повинно виступати вище рівня палі. Понад щебеню укладаємо руберойд.

Опалубку робимо міцної з надійними підпорами. Металевий каркас виготовляємо зі стрижнів товщиною 10-12 мм. Посилення в зазначених вище місцях можна виконувати, прокладаючи додатково пару стрижнів.

З незаглибленного ростверком простіше. Пісок укладаємо безпосередньо на грунт, на нього щебінь і руберойд. Опалубка така ж.

Для того щоб під будівлю не потрапляв вітер, до ростверку з зовнішньої сторони робимо вимощення.

Приклад розрахунку буронабивної палі

Розрахунок міцності однієї буронабивної палі дозволяє визначити, яка кількість деталей потрібно для фундаменту будівлі з відомим вагою. При цьому врахуємо, що мінімальне відстань між палями дорівнює 2 м, а всі опори повинні мати загальний ростверк.

Нехай буронабивної елемент має діаметр d = 30 см, а вага всієї споруди становить 100 т = 100000 кг. Несуча здатність грунту R = 4 кг / см². За умовою, навантаження на грунт не повинна перевищувати його несучої здатності. Отже, на одну палю не повинна діяти сила F_св більш за:

F_св= ( d²/ 4) · R = 707,7 · 4 = 2826 кг.

Щоб витримати загальну вагу в 100 т, буде потрібно:

N = 100000/2826 = 35,4, або 36 штук.

тепер виконаємо розрахунок палі, якщо збільшити площу її опори. Нехай зроблено розширення підстави до діаметра d = 50 см. Тоді:

F_св= ( d²/ 4) · R = 1962,5 · 4 = 7850 кг

Отже, потрібно:

N = 100000/7860 = 12,7, або 13 штук.

Підводячи підсумок, необхідно відзначити, що попередній розрахунок пальового фундаменту дозволить істотно заощадити кошти. Приклад виконаного розрахунку цього підтвердження: замість 36 можна обійтися 13 шт.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!