Несуча здатність палі за матеріалом та ґрунтом – методи визначення, розрахунок для гвинтових, забивних, буронабивних паль, способи поліпшення
При будівництві будинку на ділянках з нестабільним ґрунтом найчастіше застосовується пальовий фундамент. При цьому головним параметром, що впливає на його експлуатаційні характеристики, є здатність палі, що несе. Розберемо, що вона є, від чого залежить, які види паль застосовують у приватному будівництві, як поліпшити їхню міцність, які методи для розрахунку цього показника існують, а також у чому полягають особливості експлуатації та несучих характеристик для найбільш популярних видів пальових опор.
Несуча здатність – що це таке, фактори, що впливають на її значення, види паль
Несуча здатність характеризує ступінь стійкості пальової опори до деформацій під дією різносторонніх навантажень, що надаються на неї – без змін у її структурі та втрати властивостей. Характер та величина факторів впливу складається з двох основних складових:
- Маси надземної частини споруди.
- Характеристика ґрунту – структура, щільність, ступінь зволоженості.
Тому в залежності від набору факторів, що діють, та їх особливостей у кожному конкретному випадку для заснування будинку підбирається певна кількість пальових елементів. При цьому враховується матеріал та конструкція застосовуваних опор. У приватному домобудівництві найбільшого поширення набули такі види паль:
- Забивні.
- Гвинтові.
- Буронабивні.
Забивні залізобетонні опори монтуються в грунт шляхом забивання молотом, вібро-занурювальними установками або спеціальними пристроями, що вдавлюють без виїмки породи. Гвинтові металеві аналоги просто вкручуються у ґрунт. Буронабивні встановлюються методом бетонування попередньо підготовленої свердловини.
За характером взаємодії з ґрунтом палі діляться на два типи:
- Палі-стійки, що спираються на тверді скельні породи. Основне навантаження передається на п'яту.
- Висячі палі - спираються всією площею поверхні на навколишні шари грунту, що стискають навколо.
Зверніть увагу! Визначення несучої здатності палі здійснюється за двома основними параметрами – по ґрунту та матеріалу. При цьому для вибору конкретного тип пальового стрижня враховується міцність ґрунтового шару, що визначається геодезичними дослідженнями. Це насамперед такі його характеристики, як витримуваний ним тиск, вологонасиченість, щільність.
Способи покращення несучої здатності
При розрахунку фундаменту на міцність враховується навантаження від наземної частини споруди та вага пальових опор. Якщо при складанні всіх складових та обліку коефіцієнта міцності підсумкове навантаження на підставу виходить менше за розрахунковий, то будівництво здійснюється за розрахунковим планом. В іншому випадку, збільшується кількість пальових елементів або застосовуються такі способи підвищення несучої здатності:
- Ін'єктування ґрунту .
Це найбільш поширений та ефективний метод збільшення стійкості до навантажень для паль будь-якого типу.
Застосовується переважно у ґрунтах низької щільності. На глибину близько 1-2 метрів у простір між палями, нижче за мінімальну точку їх розташування, за допомогою спеціального обладнання нагнітається цементно-піщаний розчин під постійно зростаючим тиском.
В результаті навколо паль утворюються зміцнені бетонні утворення діаметром до 3-4 метрів. При цьому розрахунок ін'єкцій ведеться так, щоб області, що формуються, примикали один до одного по всьому палевому периметру. Технічно правильна організація процедури ін'єктування підвищує здатність грунту, що несе, в 2 рази.
- Збільшення діаметра опорної підошви .
Інший спосіб збільшення несучої здатності в нещільному ґрунті – збільшення площі опорної підошви пальового елемента. Найпростіше підвищити стійкість до навантажень за рахунок посилення діаметра лопатей на гвинтових палях, що монтуються в ґрунт шляхом загвинчування.
Складніше метод застосовується до забивних та буронабивних аналогів. Для успішного його застосування потрібно облаштування камуфлетних пальових опор та попереднім бурінням лідерних свердловин. У нижній частині такого тунелю здійснюється вибух. В результаті утворюється порожнина-розширення, що заповнюється бетонним розчином, в яку згодом і занурюється ж/б-паль або формується буронабивна опора.
Методи обчислення несучих характеристик палі
Для розрахунку несучих характеристик грунту і пальових опор застосовуються 4 основні способи:
- Теоретичний.
- Динамічний.
- Статичний.
- Зондування.
Розберемо особливості кожного їх докладніше.
Теоретичний
Розрахунок несучих характеристик палі є попереднім і практично завжди співвідноситься і виправляється відповідно до параметрами грунту. Обчислення проводяться за такою формулою:
Wd = Gc * (Gcr * H * A + P * ∑ Qcri * zi * si)
Розшифровка умовних позначень:
- Gc – загальний коефіцієнт умов роботи;
- Gcr – коефіцієнт опору ґрунту під підошвою палі;
- H – протидія ґрунту під опорною п'ятою палі;
- А – діаметр опорної підошви;
- P – периметр перерізу палі;
- Qcri – коефіцієнт умов роботи ґрунту з бокових стінок пальового стовпа;
- zi – опір ґрунту з бокових стінок;
- si – довжина бічних поверхонь.
На замітку! Для успішного монтажу буронабивних, забивних та гвинтових паль, потрібен також грамотний розрахунок несучої здатності ґрунту, проте для поширених типів ґрунту існують спеціальні будівельні таблиці із зазначенням даних параметрів. Характеристики наводяться з огляду на те, що заглиблення виконується більш ніж на 1,5 м.
Динамічний
Метод передбачає зняття вимірів величини усадки зі спеціального приладу – прогібоміру – у період, коли паля вже забита та пройшов контрольний період її відпочинку. Для випробування проводиться близько десятка ударів установкою-молотом. При цьому береться до уваги залежність між силою, що додається з ударом, величиною просідання і несучою здатністю конструкції. Для проведення подібних досліджень можуть застосовуватись також еталонні пальові опори.
Статичний
Метод здійснюється через 2-3 дні після забиття палі за допомогою тиску, що надається домкратом ступінчастої конструкції. Контроль вимірюваних параметрів здійснюють приладом, що аналогічно використовується в попередньому способі - прогібоміром. Тому часто обидва методи практикують у комплексі, що лише уточнює параметри, що шукаються.
Зондування
Спосіб застосовується для вимірювання несучих характеристик пальового елемента у конкретному типі ґрунту. При цьому конструкція оснащується спеціальними сенсорами, за допомогою яких знімаються показання опору ґрунту з її бічної поверхні та основи. Процедура занурення палі здійснюється динамічно молотом або статично віброзанурювальним механізмом.
Особливості застосування різних видів паль
Для облаштування фундаменту приватного будинку на нестабільних ґрунтах, як правило, застосовуються наступні 3 різновиди паль:
- Гвинтові
- Забивні
- Буронабивні
Розглянемо детально особливості експлуатації та несучих характеристик у кожному випадку.
Гвинтові
Так як в основі конструкції гвинтової палі лежить сталева труба з лопатями в нижній частині (діаметром 89, 108 і 130 мм), основною сферою застосування її є споруди з малим навантаженням (будинки з тонкого бруса, пористих бетонів або створені за каркасною технологією), при цьому на ступінь її несучої здатності впливають насамперед такі характеристики, як:
- Діаметр труби.
- Протяжність частини, що заглиблюється в грунт.
- Діаметр лопатей.
Корисне відео
Важливо! Навіть найбільш великогабаритні палі гвинтового типу непридатні для фундаменту під будинок з важких матеріалів. Наприклад, для облаштування основи під стіни з цегли стандартної товщини на глиняному ґрунті потрібно встановлювати їх на відстані один від одного не більше ніж 0,3-0,5 м, що буде економічно та технічно недоцільно.
Забивні
Маючи граничну несучу здатність, забивні пальові опори підходять під основу споруди з найважчих матеріалів - залізобетону, каменю, цегли. Міцності даних пальових елементів цілком достатньо для зведення висоток. При цьому довжина конструкції, що заглиблюється, може досягати більше десятка метрів. Проте на практиці приватного домобудівництва вони застосовуються рідко.
Лише за узгодженістю відповідно до спеціально розробленого проекту деякі компанії можуть виконати встановлення паль такого типу під 2-3-поверхову приватну забудову – коли інші варіанти недоступні. Головний недолік забивних паль – необхідність використання незручного та дорогого у застосуванні спецобладнання.
Корисне відео
Буронабивні
На відміну від забивних і гвинтових аналогів, буронабивні палі виготовляються безпосередньо на місці будівництва з матеріалу із заданою несучою здатністю під конкретне горизонтальне навантаження з розрахунку на одну опору (ваги будинку та типу ґрунту) відповідно до даних спеціальних виробничих таблиць. При цьому процедура монтажу виконується за такою технологією:
- По розмітці виконується буріння вертикальної свердловини заданої глибини та діаметра.
- За необхідності підвищення несучої характеристики нижня частина тунелю розширюється у вигляді напівсфери чи конуса – підвищення площі опори пальового елемента.
- У канал встановлюється порожня опалубка у формі труби відповідного діаметра.
- Всередину конструкції міститься об'ємний металевий каркас.
- Далі порожнину заповнюється бетонним розчином заданої марки міцності.
Зверніть увагу! Головною перевагою пальових опор буронабивного типу, крім зручного монтажу, є характер передачі навантаження від будинку до ґрунту. Розподіл ваги йде не лише на підошовну основу, а й на всю площу бічних стінок.
Корисне відео
Висновок
Несуча здатність визначає стійкість палі до деформації під дією ваги будівлі та впливу ґрунту без змін структури та функціональних характеристик. За типом конструкції, способом монтажу та несучої здатності палі поділяються на забивні, гвинтові та буронабивні. За характером взаємодії з ґрунтом вони діляться на палі-стійки та висячі.
Для збільшення несучої здатності застосовують два основних способи – ін'єктування ґрунту бетонним розчином та розширення основи самої конструкції. Для визначення несучої здатності палі застосовують 4 методи:
- Розрахунковий теоретичний.
- Динамічний.
- Статичний.
- Зондування.
Забивні палі застосовуються рідко – найчастіше під забудову 2-3 поверхових будинків із важких матеріалів, гвинтові – під легкі конструкції, буронабивні – найчастіше під усі види будинків на нестабільних ґрунтах.
