Проектирование свайных фундаментов объектов транспортного строительства

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССЙИСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное учреждениевысшего

образования

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

Кафедра «Автомобильные дороги, аэродромы, основания и фундаменты»

Проектирование свайных фундаментов объектов транспортного строительства

Учебное пособие

для студентов специальности «Строительство автомобильных дорог и аэродромов»

Москва 2023

УДК 624.154

Г 73

Учебное пособие. /
Проектирование свайных
фундаментов объектов транспортного 

строительства Н.З. Готман, Н.И. Тенирядко, Н.Ю. Кириллова -М.: РУТ (МИИТ), 2023- 94 с.

В данном учебном пособии изложены основные требования по проектированию 

свайных фундаментов мостовых опор и усиления основания земляного полотна 

автомобильных дорог сваями в соответствии с требованиями норм РФ. Приведена 

методика расчета свайных фундаментов опор и усиления основания земляного полотна 

дороги забивными сваями. Изложены теоретические предпосылки и даны примеры расчета. 

Приведены справочные данные по конструкциям свай.

Рекомендовано для обучающихся по направлению «Строительство».

Рецензенты 

Заместитель 
начальника 
Управления 
объектов 
транспортной 
инфраструктуры ООО 

ПОДЗЕМПРОЕКТ Астафьев Е.А.

Канд. техн. наук, доцент кафедры «Автомобильные дороги, аэродромы, основания и 
фундаменты» РУТ(МИИТ) Николаевский В. Е.

Содержание

Общие сведения.........................................................................................................................4

1.1
Определение расчетных нагрузок.............................................................................6

1.2. Определение глубины заложения и предварительное назначение размеров ростверка6

1.3. Назначение глубины погружения, типа и размеров свай...............................................7

1.4. Определение расчетной несущей способности одиночной сваи...................................8

1.6. Проверка свайного фундамента по несущей способности грунтов основания .........16

1.7.
Расчет осадки свайного фундамента..........................................................................19

1.8 Проектирования свайного фундамента (пример)........................................................... 26

Проверка свайного фундамента по несущей способности грунтов основания ................35

ГЛАВА 2. РАСЧЕТ УСИЛЕНИЯ ОСНОВАНИЯ ЗЕМЛЯНОГО ПОЛОТНА 
АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ СВАЯМИ .................................................................... 41

2.1. Основные требования к проектированию......................................................................41

2.2 Методы усиления основания насыпи..............................................................................42

2.3. Расчет усиления слабого основания путем устройства забивных свай ......................43

2.3.1. Расчетные требования............................................................................................... 43

2.3.2. Определение нормативных нагрузок в основании насыпи ...................................45

2.3.3. Определение шага и длины свай в основании насыпи. .........................................46

2.4 Пример расчета...............................................................................................................51

Приложение 1.   Классификация свай. Общие положения по проектированию свайных 
фундаментов..................................................................................................................... 56

1.1 Классификация свай (Справочные данные) ...................................................................56

1.1.1. Предварительно изготовленные сваи ......................................................................57

1.1.2 Сваи, изготавливаемые на строительной площадке................................................72

1.1.3 Сваи из инертных материалов (песчаные, каменные колонны). ...................79

1.1.4 Грунтоцементные сваи (грунтоцементные элементы)............................................81

1.2 Проектирование свайных фундаментов. Общие положения........................................82

1.2.1 Исходные данные......................................................................................................82

1.2.2 Этапы проектирования свайного фундамента...................................................84

Список литературы ......................................................................................................... 93

Глава1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
СВАЙНОГО 
ФУНДАМЕНТА
МОСТОВОЙ

ОПОРЫ

Общие сведения

В соответствии с требованиями СП 24.13330.2016 [3] свайные фундаменты и их 

основания рассчитываются по двум группам предельных состояний.

По первой группе рассчитывают прочность и устойчивость отдельных свай по 

материалу, несущую способность (прочность) их по грунту, прочность ростверка и

прочность грунтового основания под всем кустом свай.

По второй группе
рассчитывают осадки оснований свайных фундаментов от 

вертикальных нагрузок и смещения (вертикальные и горизонтальные) свай совместно с 

грунтом основания от действия вертикальных и горизонтальных нагрузок.

Свайные фундаменты сооружают в тех случаях, когда в верхних слоях земли (до 

глубины 6-7 м) залегают грунты, имеющие низкую прочность и высокую сжимаемость.

Свайные фундаменты состоят из погруженных в грунт свай и плиты-ростверка. 

Основное назначение свай заключается в том, чтобы передавать нагрузку от сооружения на 

более глубокие плотные слои грунта, обладающие необходимой несущей способностью и 

малой сжимаемостью. Ростверк объединяет головы свай, обеспечивает передачу нагрузки от 

сооружения (мостовой опоры) не все сваи и препятствует горизонтальному перемещению 

верхних частей свай.

Ростверки различают высокие, низкие. Подошва высокого ростверка расположена выше 

поверхности грунта; подошва низкого ростверка заглублена в грунт. При сооружении 

мостовых опор высокие ростверки применяют обычно на реке при глубине воды более 3м. 

Низкие ростверки проектируют на суходоле или в реке на мелководье, когда его подошва 

находится ниже отметки местного размыва речного дна. Минимальная толщина ростверка 

1,2-1,5 м. Обычно под мостовые опоры проектируют ростверки из железобетона, класс

бетона не ниже 15.

Конструкцию свай выбирают с учетом величины действующей нагрузки, свойств 

грунтов и способов погружения. По способу погружения различают: сваи забивные 

железобетонные; деревянные, погружаемые в грунт молотами и вибропогружателями; сваи-

оболочки железобетонные; сваи набивные бетонные и железобетонные, изготовляемые 

непосредственно в скважине, предварительно пробуренной в грунте; сваи буро-опускные 

железобетонные, погружаемые в предварительно пробуренные скважины, сваи винтовые со 

стальным или железобетонным стволом. Забивные сваи имеют различные конструкции. Их 

изготавливают из обычного бетона (класс не ниже 22,5) и предварительно напряженного 

железобетона (класс не ниже 30). Поперечное сечение таких свай может быть сплошным или 

полым. Пустотелые сваи и сваи-оболочки имеют открытый или закрытый нижний конец, что 

сказывается на способе их погружения. Сплошные сваи имеют нижний заострённый конец. 

Конструкции 
готовых 
забивных 
свай 
—
стандартны. 
Наиболее 
распространены 

железобетонные призматические сваи сплошного квадратного сечения. Такие сваи имеют 

размеры поперечного сечения от 200 х 200 мм до 400 х 400 мм с градацией через 50 мм и 

длину от 3 до 20 м.

В зависимости от свойств грунтов, залегающих под нижним концом свай, их 

подразделяют на сваи-стойки и висячие сваи. Сваи - стойки передают нагрузку нижним 

концом на практически несжимаемые грунты. Силы трения грунта по боковой поверхности 

таких свай не возникают. Висячие сваи погружаются в сжимаемые грунты, передавая 

нагрузку на грунт боковой поверхностью и нижним концом.

Справочные материалы по конструкциям свай приведены в таблице 15.

Свайные фундаменты сооружают как с одними вертикальными, так и наклонными 

сваями. В учебном пособии, рассмотрены вертикальные сваи. Сваи в уровне подошвы 

ростверка размещают в рядовом или шахматном порядке.

Проектирование свайного фундамента мостовой опоры производится в следующем 

порядке:

определение глубины заложения ростверка и предварительное назначение его размеров;

назначение типа, размеров и глубины погружения свай; определение расчетной несущей 

способности одиночной сваи; определение числа свай, размещение их по подошве ростверка, 

уточнение размеров ростверка;

проверка свайного фундамента по несущей способности (по первой группе предельных 

состояний);

расчет свайного фундамента как условного массивного;

расчет осадки свайного фундамента (по второй группе предельных состояний). 

1.1
Определение расчетных нагрузок

Расчетные схемы должны учитывать условия работы конструкции мостов при их 

эксплуатации и строительстве.

Расчет свай, свайных фундаментов и их оснований по несущей способности необходимо 

выполнять на основные и особые сочетания нагрузок [4], по деформациям - на основные 

сочетания (таблицы 22,23).

Основное сочетание нагрузок:

𝑁осн

𝑝
= 𝛾𝑓п · 𝐹𝑣п

н + 𝛾𝑓в · 𝐹𝑣в

н ;

где:

𝐹𝑣п

н - постоянная нагрузка, включающая собственный вес опоры и вес пролетных 

строений, кН;

𝐹𝑣в

н − временная нагрузка от подвижного состава, кН;

Коэффициенты:

𝛾𝑓п = 1,1 − для постоянных нагрузок;

𝛾𝑓в = 1,2 − для временных нагрузок;

𝜂 = 0,8 − для временных нагрузок.

Наиболее невыгодное сочетание нагрузок:

𝑁невыг

𝑝
= 𝛾𝑓п · 𝐹𝑣п

н + 𝜂 · 𝛾𝑓в · 𝐹𝑣в

н ;

𝐹ℎв

р = 𝜂 · 𝛾𝑓в · 𝐹𝑣в

н ;

𝐹𝑣в

н − тормозная нагрузка, кН.

1.2. Определение глубины заложения и предварительное назначение размеров 

ростверка

Учебное пособие разработано для варианта фундамента с
монолитным
низким

ростверком. Подошва такого ростверка должна быть заглублена

ниже отметки поверхности земли (на суходоле) или отметки местного размыва речного 

дна.

Предварительно глубину заложения подошвы ростверка можно принять:

на суходоле - в зависимости от способности грунтов к пучению:

а) в непучинистых грунтах - на любом уровне;

б) в пучинистых грунтах - на глубине не менее dfn + 0.25 м, где

dfn - нормативная глубина промерзания.

в русле реки - на любом уровне ниже отметки местного размыва (условно считая, что 

вода не промерзает до дна).

Предварительно глубину заложения ростверка d можно принять по конструктивным 

соображениям так, чтобы его толщина была не менее 1,5 м (Рис. 1).

В плане ростверк должен иметь прямоугольную форму. Размеры ростверка поверху 

определяются размерами опоры и принятой шириной обрезов, а понизу — требуемой 

площадью для размещения расчетного числа свай. В курсовой работе рекомендуется 

принимать прямоугольный в плане одноступенчатый ростверк. Минимальная ширина обреза 

принимается amin = 0,5м, максимальная ширина определяется углом уширения α = 30°, аmax= 

hp·tg30°.

Отсюда ширина ростверка bр=b0+2а; длина ростверка ар =a0 + 2а,

где b0- ширина опоры, м; а0 - длина опоры, м; а - предварительно можно принять 0,5 м 

(см. Рис. 1).

Ростверк рекомендуется укладывать на слой щебня или крупного песка толщиной 20 см.

1.3. Назначение глубины погружения, типа и размеров свай

Глубина погружения сваи определяется геологическим разрезом с учетом свойств 

грунтов [1,6] и максимальной длиной сваи. Длина сваи определяется положением подошвы 

ростверка и прочного слоя грунта, в который заглубляется свая, далее уточняются тип и 

размеры свай.

Рис. 1 - Фундамент с низким свайным ростверком

При этом заглубление свай в опорный слой – С2 (принятый за основание) должно быть:

- в крупнообломочные грунты, гравелистые, крупные и средней крупности пески, а 

также глинистые грунты с показателем текучести IL ≤ 0,10 - не менее 0,5 м;

- в прочие нескальные грунты — не менее 1,0 м.

Глубина погружения свай от поверхности грунта (в русле реки - с учетом размыва) 

должна быть не менее 4,0 м.

Длина жесткой заделки голов свай в ростверк С1 (см. Рис.1) принимается при dсв до 60 см 

– C1 = 2·dсв (dсв - сторона поперечного сечения сваи). Длина сваи L = C1 + l + C2 и округляется 

в большую сторону до типового размера.

После назначения длины сваи L, уточняется величина C2. Для фундаментов мостовых 

опор наиболее распространенными забивными железобетонными
сваями являются 

сплошные сваи квадратного сечения: 30 х 30; 35 х 35 и 40 х 40 см. 

1.4. Определение расчетной несущей способности одиночной сваи

Расчетная нагрузка Р, допускаемая на одиночную сваю, определяется по формуле, кН 

(тс):

𝐹𝑑
𝛾𝑘 = 𝑃
(1.1)

где Fd - расчетная несущая способность грунта основания одиночной сваи, называемая 

для краткости «несущая способность сваи», кН (тс);

γκ - коэффициент надежности, равный 1,4.

Несущая способность Fd, кН, сваи-стойки, опирающейся на практически несжимаемый 

слой, определяется по формуле:

𝐹𝑑 = 𝛾𝑐 ∙ 𝑅 ∙ 𝐴
(1.2)

где γc - коэффициент условий работы сваи в грунте, равный 1,0;

А - площадь опирания на грунт сваи, принимаемая для свай сплошного сечения равной 

площади поперечного сечения, м2;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи-стойки, кПа (тс/м2) (к 

практически несжимаемым грунтам относятся крупнообломочные с песчаным заполнителем 

и глинистые грунты твердой консистенции).

Расчетное сопротивление скального грунта R для всех видов забивных свай, 

опирающихся на скальные и малосжимаемые грунты, следует принимать R = 20 000 кПа.

Для набивных, буровых свай и свай-оболочек, заполняемых бетоном, опирающихся на 

невыветрелые скальные и малосжимаемые грунты (без слабых прослоек) и заглубленные в 

них менее чем на 0,5 м, R следует определять по формуле:

g

n
m
c

m

R
R
R


,
,
=
=
(1.3)

где Rm - расчетное сопротивление массива скального грунта под нижним концом сваи-

стойки, определяемое по Rc,m,n, - нормативному значению предела прочности на одноосное 

сжатие массива скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяемому, как 

правило, в полевых условиях;

yg - коэффициент надежности по грунту, принимается равным 1,4.

Для предварительных расчетов оснований сооружений всех уровней ответственности 

значения характеристик Rm и Rc,m,n допускается принимать равным

Rm = Rc Ks,

Rc,m,n = Rc,n Ks

где Rc и Rcn - соответственно расчетное и нормативное значения предела прочности на 

одноосное сжатие скального грунта в водонасыщенном состоянии, кПа, определяются по 

результатам испытаний образцов отдельностей (монолитов) в лабораторных условиях;

Ks - коэффициент, учитывающий снижение прочности ввиду трещиноватости скальных 

пород, принимаемый по таблице 1.

Таблица 1

Степень 

трещиноватости

Показатель 
качества 

породы RQD, %

Коэффициент 
снижения 

прочности Кs

Очень 

слаботрещиноватые

90-100
1

Слаботрещиноватые
75-90
От 0,60 до 1

Среднетрещиноватые
50-75
Св. 0,32» 0,60

Сильнотрещиноватые
25-50
» 0,15» 0,32

Очень 

сильнотрещиноватые

0-25
» 0,05» 0,15

П р и м е ч а н и я

1 Большим значениям RQD соответствуют большие значения Ks,

2 Для промежуточных значений RQD коэффициент Ks определяется интерполяцией.

3 При отсутствии данных о значениях RQD из диапазона величин Ks, принимаются 

наименьшие значения.

В любом случае значение R следует принимать не более 20 000 кПа.

Расчетное сопротивление скального грунта R для набивных и буровых свай и свай 

оболочек, заполняемых бетоном и заделанных в невыветрелый скальный грунт (без слабых 

прослоек) не менее чем на 0,5 м, определяется по формуле:









 +
=

f

d

m
d
l
R
R
4,0
1
(1.4)

где Rm - определяется по формуле (1.3);

ld - расчетная глубина заделки набивной и буровой сваи и сваи-оболочки в скальный 

грунт, м;

df - наружный диаметр заделанной в скальный грунт части набивной и буровой свай и 

сваи-оболочки, м.

Значение фактора заглубления 

f

d
d
l
4,0
1+
принимается не более 3 м.

Для окончательных расчетов оснований сооружений I и II уровней ответственности, а 

также оснований, сложенных выветрелыми, размягчаемыми, со слабыми прослойками 

скальными грунтами, несущую способность сваи-стойки Fd
следует принимать по 

результатам испытаний свай статической нагрузкой.

Для свай-оболочек, равномерно опираемых на поверхность невыветрелого скального 

грунта, прикрытого слоем нескальных неразмываемых грунтов толщиной не менее трех 

диаметров сваи-оболочки, - по формуле (1.4), принимая фактор, заглубления 

f

d
d
l
4,0
1+

равным единице.

Несущая способность Fd, кН, висячей забивной и вдавливаемой свай и сваи-оболочки, 

погружаемой без
выемки грунта, работающих на осевую сжимающую нагрузку, 

определяется (Рис. 2) по формуле:

𝐹𝑑 = 𝛾𝑐(𝛾𝑐𝑟 ∙ 𝑅 ∙ 𝐴 + 𝑢 ∑ 𝛾𝑐𝑓 ∙ 𝑓𝑖 ∙ ℎ𝑖)
(1.5)

где γc - коэффициент условий работы сваи в грунте, равный 1,0;

А - площадь опирания на грунт сваи, принимаемая для свай сплошного сечения равной 

площади поперечного сечения, м2;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, зависящее от грунта и 

глубины погружения сваи z, кПа (тс/м2) (расстояние от поверхности грунта до нижнего 

конца сваи) (таблица 24 Приложения); 

u - наружный периметр поперечного сечения сваи, м;

fi - расчетное сопротивление i -го слоя грунта по боковой поверхности сваи, кПа (тс/м2), 

зависящее от грунта и средней глубины расположения слоя относительно поверхности 

грунта zi (расстояние от поверхности грунта до середины i-гo слоя грунта) (таблица 25 

Приложения);

hi - толщина i-гo слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи, м;

γcr , γcf
- коэффициенты условий работы грунта соответственно под нижним концом и 

по боковой поверхности сваи, учитывающие влияние способа погружения свай на расчетные 

сопротивления грунта и принимаемые; для сплошных забивных свай γcr = γcf
=1.0 (таблица 

26 Приложения). 

Несущую способность Fdu, кН, висячей забивной и вдавливаемой сваи и сваи-оболочки, 

погружаемой без выемки грунта, работающих на выдергивающую нагрузку, следует 

определять по формуле:

Fdu = γc·u·Σγcf ·fi·hi
(1.6)

где u, γcf,  fi,, hi - то же, что и в формуле (1.5);

γc - коэффициент условий работы сваи в грунте (для свай, погружаемых в грунт на 

глубину менее 4 м, γc = 0,6, на глубину 4 м и более γc = 0,8 - для всех сооружений, кроме опор 

воздушных линий электропередачи).

Несущую способность Fd, кН, набивной и буровой свай с уширением и без уширения, а 

также сваи-оболочки, погружаемой с выемкой грунта и заполняемой бетоном, работающих 

на сжимающую нагрузку, следует определять по формуле:

Fd = γc· (γcR·R·A + γcf·u·Σfi·hi)
(1.7)

где γc - коэффициент условий работы сваи; в случае опирания ее на глинистые грунты со 

степенью влажности Sr < 0,85 и на лессовые грунты - γc = 0,8, в остальных случаях - γc = 1;

(Табл.2),

γcR - коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; γcR = 1 во всех 

случаях, за исключением свай с камуфлетным уширением и буро-инъекционных свай, для 

которых этот коэффициент следует принимать равным 1,3, и свай с уширением, 

бетонируемым подводным способом, для которых γcR = 0,9;

R - расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, кПа; (Табл.24), а для 

набивной сваи, изготавливаемой по технологии, указанной в [3];

А - площадь опирания сваи, м2, принимаемая равной: