Основные понятия, классификация оснований и фундаментов. Фундаменты и основания
Определение и виды оснований. — Требования, предъявляемые к фундаментам. — Классификация фундаментов. — Виды фундаментов: ленточные, бутовые, бутобетонные, столбчатые, свайные, сплошные. — Гидроизоляция .
Массив грунта, залегающий под фундаментом, способный надежно воспринимать давление от здания, называют естественным основанием .
Грунты, образующие основание, подразделяют на глинистые, песчаные, крупнообломочные и скальные.
Если грунты основания не способны надежно воспринимать давление от здания, их искусственно укрепляют.
Основание, грунты которого искусственно укреплены, называют искусственным .
Под действием нагрузки от здания глинистые, песчаные и крупнообломочные грунты способны сжиматься, что может повлечь за собой осадку здания. Величина и равномерность осадки зависят от величины нагрузки, сжимаемости грунта, формы и размеров опорной площади фундамента.
Сжимаемость и несущая способность различных видов грунтов неодинаковы, так как различны их физико-механические свойства. Грунтовые воды снижают несущую способность основания.
Требования, предъявляемые к фундаментам:
1) прочность;
2) устойчивость на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы фундамента;
3) устойчивость к агрессивным грунтовым водам;
4) стойкость к атмосферным факторам (морозостойкость; пучение грунтов при замерзании);
5) соответствие по долговечности сроку службы здания;
6) индустриальность;
7) экономичность.
По работе материала фундамента под нагрузкой различают жесткие фундаменты, работающие преимущественно на сжатие, и гибкие , работающие на растяжение и скалывание.
К жестким фундаментам относят бутовые, бутобетонные и бетонные фундаменты.
Гибкие фундаменты выполняют из железобетона .
По конструктивной схеме (рис. 2) фундаменты делят:
1) на ленточные (в виде непрерывной ленты под всеми несущими стенами);
2) столбчатые (в виде отдельных столбов);
3) сплошные (в виде сплошной плиты под всем зданием);
4) свайные.
Рис. 2. Конструктивные схемы фундаментов: а — ленточный; б — столбчатый; в- сплошной; г — свайный: 1 — монолитная железобетонная плита: 2 — сваи: 3 - ростверк; 4 — стена; 5 — фундаментные балки
По способу возведения фундаменты могут быть монолитными и сборными.
В зависимости от глубины заложения подошвы фундаментов различают фундаменты глубокого (более 5 м) и мелкого заложений. Глубиной заложения фундамента называется расстояние от отметки планировки грунта до подошвы фундамента. Глубина заложения фундаментов зависит от конструктивных особенностей здания (наличие или отсутствие подвалов и др.), величины и характера нагрузок на основание, глубины заложения фундаментов смежных зданий, геологических и гидрологических условий участка (виды грунтов, их физическое состояние, наличие грунтовых вод, их отметки и колебания уровня), климатических особенностей района (глубина промерзания грунтов), а также от принятой конструкции фундамента.
ГЗ = ГП + Ц + 0,2 ,
где ГЗ — глубина заложения фундамента; ГП — глубина промерзания грунта; Ц — высота цоколя; 0,2 м — конструктивный запас.
Ленточные фундаменты устраивают под несущие стены здания. Они подразделяются на сборные и монолитные (рис. 3)
Рис. 3. Конструкции ленточных фундаментов : а — сборный; б — то же, прерывистый; в — монолитный фундамент (бутобетонный); г — бутовый фундамент: 1 — фундаментные подушки; 2 — бетонные блоки; 3 — отмостка; 4 — гидроизоляция ; 5 — кирпичная облицовка (в полкирпича)
Сборные ленточные фундаменты собирают из железобетонных блоков-подушек прямоугольного или трапецеидального сечений высотой 300 и 500 мм, длиной от 800 и до 2800 мм. уложенные на выровненное основание вплотную одна к другой в направлении несущих стен, они образуют сплошную ленту, по которой в перевязку швов на растворе укладывают бетонные блоки стенки фундамента. Блоки стенки шириной 300, 400, 500, 600 мм, высотой 580 мм, длиной 780, 1180 и 2380 мм могут быть сплошными и пустотелыми.
Пустотелые блоки неприменимы в грунтах, насыщенных водой, так как в пустоты блоков проникает вода и при замерзании разрушает их стенки. Фундаменты, в которых блоки-подушки уложены с расстоянием одна от другой, называются прерывистыми (рис. 4, б). Расстояние между блоками засыпают песком. Прерывистые фундаменты экономичнее сплошных.
Рис. 4. Конструкции ленточных фундаментов: а — ленточный сборный фундамент; б - ленточный монолитный фундамент
Бутовые фундаменты.
Рис. 5. Ленточные монолитные фундаменты. План
Рис. 6. Ленточные сборные фундаменты. План
Бутовые фундаменты. В современном строительстве бутовые фундаменты применяют только в тех районах, где бут является местным строительным материалом, потому что бутовые фундаменты трудоемки в изготовлении и неэкономичны.
Рис.7. Ленточный бутовый фундамент: 1 — отмостка, 2 — обратная засыпка грунтом
Наиболее экономичными из монолитных ленточных фундаментов являются бутобетонные фундаменты .
Рис. 8. Бутобетонный фундамент
Их выполняют из бетона М75 (и выше) и бутового камня (40...50%), вводимого в бетон по мере возведения фундаментов.
При устройстве монолитных фундаментов применяют инвентарную щитовую опалубку.
Рис. 9. Бутобетонный фундамент. План
Столбчатые фундаменты устраивают в тех случаях, когда нагрузки от здания вызывают давление на грунт меньше нормативного (например, малоэтажные здания, некоторые типы панельных зданий) или когда слой грунта, служащий основанием, залегает на значительной глубине (3...5 м), что экономически не оправдывает применение ленточных фундаментов.
Рис. 10. Столбчатый фундамент
Рис. 11. Столбчатый фундамент. План
Столбчатые фундаменты могут быть монолитными и сборными. Под зданиями с несущими стенами столбчатые фундаменты располагают под углами стен, в местах пересечения наружных и внутренних стен, под простенками и через 3...5 м на глухих участках стен. По столбчатым фундаментам под несущие стены устраивают фундаментные балки из сборного или монолитного железобетона. При расстоянии между столбчатыми фундаментами до 4 м иногда устраивают кирпичные армированные перемычки. Во избежание деформаций фундаментных балок от сил пучения грунтов при промерзании в пучинистых грунтах (под фундаментными балками) устраивают подушку из песка или шлака высотой 50...60 см.
Столбчатые фундаменты устраивают и под отдельно стоящими опорами зданий: под каменные колонны — сборный фундамент из железобетонных блоков-подушек.
Свайные фундаменты устраивают на деревянных, бетонных и (редко) стальных сваях.
Свайные фундаменты различают:
1) по способу изготовления и погружения свай в грунт — на сваи забивные, погружаемые в грунт в готовом виде, и набивные, изготовляемые непосредственно в грунте;
2) по характеру работы в грунте — на сваях-стойках, которые проходят через слабые грунты и опираются на прочный грунт, и висячих сваях (сваях трения), которые уплотняют слабый грунт и передают нагрузку на грунт трением, возникающим между грунтом и боковой поверхностью свай.
Для равномерного распределения нагрузки от здания на все сваи, располагаемые рядами или в шахматном порядке, головы свай заделывают в бетонную или железобетонную плиту (ростверк).
Свайные фундаменты позволяют сократить объем земляных работ, расход бетона, снизить стоимость фундаментов. Вместе с тем свайные фундаменты менее экономичны по расходу стали.
Забивные железобетонные и деревянные сваи погружают с помощью копров, вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов.
Набивные сваи устраивают методом заполнения бетонной или иной смесью предварительно пробуренных, пробитых или выштампованных скважин. Нижняя часть скважин может быть уширена с помощью взрывов (сваи с камуфлетной пятой).
Буроопускные сваи отличает oт набивных то, что в скважину устанавливают готовые железобетонные сваи с заполнением зазора между сваей и скважиной песчано-цементным раствором.
Свайные фундаменты в плане могут состоять:
Из одиночных свай — под опоры;
Лент свай — под стены здания, с расположением свай в один, два и более рядов;
Кустов свай — под тяжело нагруженные опоры;
Сплошного свайного поля — под тяжелые сооружения с равномерно распределенными по плану здания нагрузками.
Расстояние между сваями и их число определяют расчетом. Минимальное расстояние между висячими сваями принимают 3d (где d — диаметр круглой или сторона квадратной сваи).
Рис. 12. Свайный фундамент из сборных винтовых свай
Сплошные фундаменты проектируют в виде балочных или безбалочных, бетонных или железобетонных плит. Ребра балочных плит могут быть обращены вверх и вниз. Места пересечения ребер служат для установки колонн каркаса. Пространство между ребрами в плитах с ребрами вверх заполняют песком или гравием, а поверх устраивают бетонную подготовку. Бетонные плиты не армируют. Железобетонные армируют по расчету. При большом заглублении сплошных фундаментов и необходимости обеспечить большую их жесткость фундаментные плиты можно проектировать коробчатого сечения с размещением между ребрами и перекрытиями коробок помещений подвалов.
Рис. 15. Сплошные фундаментные плиты: а — под стены или колонны; б — плитно-балочный вариант; в — коробчатые; г — в виде цилиндрических оболочек; д — оболочек двоякой кривизны
Рис. 16. Сплошной фундамент. План
План лекции.
1.1. Работа грунта под нагрузкой.
1.2. Естественные основания. Виды грунтов и их важнейшие характеристики.
1.3. Искусственные основания.
2. Фундаменты малоэтажных жилых зданий.
2.1. Классификация фундаментов
2.2. Конструктивные решения фундаментов.
1. Основания фундаментов и их характеристика.
1.1. Работа грунта под нагрузкой
Грунты – это геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры, состоящие из твердых частиц (зерен) разной крупности (скелета грунта) и пор, заполненных или воздухом полностью, либо частично водой. А грунт, который находится под фундаментом в напряженном состоянии от действия нагрузки от здания, называется основанием фундамента .
Основание фундамента представляет собой массив грунта, расположенный под фундаментом и непосредственно воспринимающий через него нагрузки от здания или сооружения.
Эти нагрузки вызывают в основании напряженное состояние (рис.7.1), которое при достижении определенного уровня может привести к деформациям , как самого основания, так и фундамента.
Вследствие давления, предаваемого зданием на основание, грунты под фундаментом испытывают значительные сжимающие усилия. Под действием этих усилий грунты равномерно уплотняются. Такие равномерные деформации называют осадкой грунта, которая вызывает осадку фундаментов.
Неравномерные деформации грунта, происходящие в результате уплотнения и, как правило, коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, собственной массы грунта и других факторов (замачивания просадочного грунта, подтаивание линз льда в грунте и т.д.), называют просадками. Они могут вызвать повороты фундаментов и т.п. вплоть до разрушения. Просадки оснований недопустимы.
Для того чтобы осадки не оказали опасных воздействий на работающие под нагрузкой конструкции, а также не повлияли на условия эксплуатации зданий, установлены предельные величины деформаций основания и напряжений в грунте , возникающих под подошвой фундаментов.
1.2. Естественные основания. Виды грунтов и их важнейшие характеристики.
Если грунты неподвижны и способны воспринимать нагрузку без предварительного усиления, то они могут быть использованы в качестве естественных оснований .
Качество естественного основания зависит от многих факторов, однако в первую очередь, его определяет вид грунта, его влажность, уровень грунтовых вод и условия промерзания.
Естественные основания – это грунты, которые в природном состоянии имеют достаточную несущую способность, небольшую и равномерную сжимаемость, не превышающую допустимые значения .
По своему строению грунты состоят из частиц, удерживаемых от взаимного смещения различным образом: жесткой связью между зернами (спаянностью) – в сцементированных грунтах, постоянно сохраняющих свою структуру; силой трения – в сыпучих грунтах; силой сцепления – в связных грунтах.
Грунты, используемые в качестве оснований зданий и сооружений, подразделяют в зависимости от геологических характеристик на скальные и нескальные .
К скальным грунтам относятся: изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами (спаянные и сцементированные), залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива. К таким породам относят, например, граниты, базальты, песчаники, известняки. Под нагрузкой от зданий и сооружений указанные породы не сжимаются и являются наиболее прочным естественным основанием.
К нескальным грунтам относятся крупнообломочные , песчаные и глинистые .
Крупнообломочные грунты по своей структуре (зерновому составу) подразделяются на щебенистые (вес частиц крупнее 10 мм составляет более половины) и дресвяные (вес частиц размером 2 – 10 мм составляет более 50 %). Если в этих грунтах преобладают окатанные частицы, они соответственно получают названия галечникового или гравийного.
Пески в сухом состоянии представляют в своей массе сыпучий грунт. По крупности частиц различают пески: гравелистые , крупные , средней крупности, мелкие и пылеватые с соответствующим соотношением частиц от 2 мм до 0,05 мм в % от веса воздушно-сухого грунта. Песчаные грунты из гравелистых, крупных и средней крупности песков мало сжимаемы и при достаточной мощности слоя служат прочным и устойчивым основанием зданий и сооружений.
Глинистые грунты относятся к категории связных грунтов с размерами плоских частиц, не превышающими 0,005 мм, и толщиной менее 0,001 мм. Глинистые частицы скреплены силами внутреннего сцепления, величина которого зависит от влажности грунта. Глинистые грунты пластичны, т.е. способны при увлажнении переходить из твердого состояния в пластическое и даже в текучее. Глинистые грунты, находящиеся в твердом сухом состоянии, служат прочным основанием.
К глинистым грунтам относятся также суглинки и супеси, содержащие наряду с глинистыми частицами примеси песка. Содержание этих примесей характеризуется так называемым «числом пластичности». Для супесей это значение составляет от 0,01 до 0,07, для суглинков – от 0,07 до 0,17.
При наличии в глинистых грунтах до 15 – 25 % (по весу частиц крупнее 2 мм к указанным наименованиям должны прибавляться термины «с галькой» («со щебнем») или «с гравием» («с дресвой»); если же содержание частиц составляет 25 – 50 % (по весу) прибавляются термины «галечниковый» («щебенистый»), «гравелистый» («дресвянистый»). При наличии частиц крупнее 2 мм более 50 % (по весу) грунты относятся к крупнообломочным.
В зависимости от степени влажности или степени заполнения пор водой различают грунты маловлажные , влажные и насыщенные водой. Крупнообломочные и песчаные грунты с крупностью частиц выше средней при увлажнении мало сжимаемы и могут служить устойчивым основанием. Увлажнение мелкозернистых песчаных грунтов снижает их несущую способность тем больше, чем меньше размеры частиц грунта. Особенно сильно влияет на снижение несущей способности грунта увлажнение пылеватых песков с глинистыми и илистыми примесями. Такие грунты в водонасыщенном состоянии становятся текучими и называются плывунами . Возведение зданий на таких грунтах требует дополнительных мер по усилению основания.
В строительной практике встречаются насыпные грунты – искусственные насыпи, образованные в результате культурной и производственной деятельности человека. Такие грунты формируются при засыпке оврагов, высохших водоемов, на месте свалок и отходов производства и т.п.
Плотность насыпных грунтов часто зависит от характера подстилающего слоя и состава насыпи (наличие мусора, шлаков и др.). Вопрос об использовании насыпных грунтов в качестве основания для зданий и сооружений рассматривается в каждом отдельном случае в зависимости от характера грунта и возраста насыпи. Так, например, песчаные насыпи, в своей основе содержащие песок, самоуплотняются через 2-3 года, а глинистые – через 5 – 7 лет, после чего они могут быть использованы в качестве естественного основания. Несущая способность глинистых грунтов при их увлажнении значительно снижается. При замерзании влажных глинистых грунтов основания происходит замерзание воды в порах: происходит так называемое «пучение», которое часто является причиной деформаций фундаментов и зданий. Поэтому глубина заложения фундаментов от уровня земли на глинистых грунтах должна быть, как правило, ниже глубины зимнего промерзания на 15 – 20 см.
Глинистые грунты (например, лессы и лессовидные ), обладающие в природном состоянии видными невооруженным глазом крупными порами (макропорами), называют макропористыми грунтами. При увлажнении такие грунты из-за содержания в них растворимых в воде извести, гипса и других солей теряют связность, быстро намокают и при этом уплотняются, образуя просадки. Указанные грунты называют просадочными и для обеспечения необходимой прочности и устойчивости возводимых на таких грунтах зданий и сооружений должны выполняться специальные мероприятия по укреплению грунтов основания и по защите их от увлажнения.
Грунтовые воды образуются в результате проникновения в грунт атмосферных осадков. Дойдя до водонепроницаемого слоя («водоупора»), например слоя глины, вода стекает по его склону, просачиваясь через водопроницаемые слои (крупнозернистые и т.п.). Уровень дренируемой воды зависит от близости водоупора к поверхности, от сезонных колебаний уровней воды в водоемах местности и т.п. Этот уровень, называемый уровнем грунтовых вод , может изменяться еще и от проникновения воды сверху – так называемой верховодки при таянии снегов, дождях и при наличии прослоек глинистых грунтов, задерживающих движение воды.
В зависимости от гидрогеологических условий, слои грунта могут быть в различной степени насыщены грунтовой водой. Крупнозернистые грунты содержат ее в том случае, если ниже них залегают водоупорные слои. Мелкозернистые грунты могут содержать грунтовую воду частично или полностью, а глинистые грунты в силу своей большой влагоемкости чаще всего имеют только капиллярную (связную) воду.
Грунтовые воды, содержащие растворенные примеси солей и других веществ, разрушающих материал фундаментов, называют агрессивными.
Для защиты от агрессивных грунтовых вод создаются специальные конструкции, способные работать в агрессивной среде и защищающие фундаменты от разрушения (СНиП 3.02.01-83).
Грунты, имеющие в своем составе лед, называют мерзлыми. Грунты, промерзающие только в течение одного зимнего времени, называются сезонно-мерзлыми; сохраняющие мерзлое состояние непрерывно в продолжении долгих лет – вечномерзлыми. Сезонно-мерзлые грунты в зимнее время под воздействием нулевой или отрицательной температуры района строительства промерзают на некоторую глубину.
Промерзание некоторых из этих грунтов может вызвать их пучение . Грунты, в которых присутствует значительное количество глины (супеси, суглинки и глины), называют вспучивающимися при замерзании. Остальные грунты (пески, гравелистые и др.) составляют группу невспучивающихся при замерзании. Силы пучения всегда направлены снизу вверх, в процессе замерзания или оттаивания происходит смещение отдельных участков поверхности относительно друг друга. По степени пучения грунты разделяются на сильно пучинистые, пучинистые и непучинистые. Более всего пучинят глинистые грунты. При насыщении водой в небольшой степени пучинят мелкие пески. Крупнообломочные и песчаные грунты крупных фракций не пучинят даже в насыщенном водой состоянии. В скальных породах и крупнообломочных грунтах деформации грунта, развивающиеся при замерзании, незначительны либо вовсе отсутствуют.
- Общие требования к проектированию фундаментов и оснований
- Подготовка оснований
- Устройство песчаного и щебеночного основания под фундамент
- Глубина заложения и типы фундамента
Фундамент должен выдерживать нагрузки всех конструкций дома и передавать их на грунт. Основания и фундаменты могут иметь достаточную несущую способность, но под воздействием нагрузок здания и деформаций грунта (вспучивания) возможны значительные перемещения конструкций. По условиям нормальной эксплуатации строений они недопустимы.
Поэтому до начала строительства необходимо участка. В различных регионах свойства почвы и глубина ее промерзания значительно различаются. Даже на соседних строительных площадках могут быть разными. Для их определения проводятся гидрогеологические исследования.
Общие требования к проектированию фундаментов и оснований
Основания и фундаменты рассчитываются индивидуально для каждого объекта.
Типовых проектов для систем сооружение-основание не существует. Система рассчитывается как единое целое. Расчет ведется по предельным нагрузкам.
В конструктивной выбираются характерные сечения. В них рассчитывается взаимодействие фундамента и основания. Размеры сооружения должны соответствовать всем расчетам по предельным состояниям. Исходя из результатов расчетов, конструируются фрагменты в каждом сечении, а затем фундамент для всего здания.
Основания и фундаменты проектируются по вариантному методу. Расчет производится для нескольких конструкций сечений и сооружения в целом. Затем делается сравнение по ряду технико-экономических показателей, и выбирается наиболее экономичный вариант. Для него разрабатывается проект, включающий архитектурно-строительные чертежи и ППР.
При выборе варианта учитываются:
- рельеф площадки;
- физико-механические свойства грунтов;
- геологическое строение массива;
- гидрогеологические условия площадки;
- объемно-планировочное решение здания;
- особенности производства работ при закладке фундамента;
- особенности использования строения и возможные факторы, приводящие к изменению свойств грунтов в период его эксплуатации.
При производятся расчеты на прочность, трещиностойкость и устойчивость к деформациям.
Вернуться к оглавлению
Подготовка оснований
Могут служить плотные слои естественного грунта, залегающие на определенной глубине, или искусственно оборудованное ложе. Естественные основания обустраивают, если грунты в своем природном состоянии способны выдержать проектируемую нагрузку будущего строения.
Если несущая способность грунта недостаточна для нагрузки от возводимого здания, он уплотняется или делается искусственное основание. Грунт уплотняется трамбованием или выполняется цементация — нагнетание в почву цементного раствора, обжиг грунта или силикатизация — нагнетание хлористого кальция и стекла. Для не массивных зданий в качестве искусственного основания фундамента может служить бетонная, железобетонная или песчаная подушка. Их устройство уменьшает давление на единицу площади грунта. Основания, сооруженные искусственно, увеличивают затраты на возведение здания, поэтому их устраивают лишь в условиях, когда это экономически оправдано.
Чистка дна котлована выполняется бульдозером. На пересечении осей и углов с помощью нивелира колышками фиксируются проектные отметки котлована. При механизированном выравнивании поверхности грунт срезается немного ниже проектной отметки, затем необходимый уровень достигается подсыпкой песком.
Уплотнение грунта на дне котлована выполняется кулачковыми или гладкими катками. Используются дизельные и пневматические трамбовки. Поверхность трамбуется по участкам последовательными ударами. Участки распределяются равномерно поперечно полосе площадки.
- песчаные и обломочные грунты уплотняют вибрированием;
- лессовые просадочные грунты уплотняются с предварительным замачиванием, в пробуренные скважины засыпается дренирующий материал и заливается вода;
- с помощью гидровибрирования производится глубинное уплотнение грунта, при уплотнении грунт увлажняется до полного насыщения;
- слабые глинистые и заиленные почвы уплотняют песчаными и грунтовыми сваями;
- торфяные слои, подстилающие верхний грунт, стабилизируют с помощью вакуумирования или электроосмоса.
Вернуться к оглавлению
Устройство песчаного и щебеночного основания под фундамент
Применение песчаной подушки обеспечивает оптимальное воздействие нагрузки на ни нижнюю часть фундамента, противодействует его подмыванию грунтовыми водами. Если грунт в вырытом котловане неприемлем для возведения спроектированного фундамента, поверхностный слой убирается, засыпается песок толщиной не менее 0,2-0,25 м. Подушка тщательно разравнивается.
Чтобы основание фундамента не было зыбким, подушку следует тщательно утрамбовать с помощью виброплиты. В процессе трамбования песок периодически поливается водой для обеспечения максимальной плотности слоя.
При устройстве основания необходимо учитывать активность и уровень грунтовых вод на участке в весенний период. Если строительство ведется в местности, где вода близко подступает к поверхности почвы, под песчаной подушкой обустраивается дренажный слой.
Основание с песчаной подушкой подготавливается в основном при глубоком залегании от поверхности земли грунтовых вод. Метод используется при сооружении одноэтажных домов из легких материалов (пенополистирольных блоков, каркасных строений и т. д).
Для ленточного фундамента толщина песчаного слоя должна быть примерно в 3 раза больше его ширины. Для увеличения срока эксплуатации подушки из песка и предотвращения ее заиливания перед засыпкой в котлован укладывается полотно геотекстиля. Лучше выполняет свои функции подушка трапецеидальной формы с сужением граней вниз под углом в 30˚. Ширина и длина основания должна быть больше размеров фундамента на 0,15-0,2 м.
При предварительно засыпается слой песка 0,05-0,1 м и поливается водой. Затем укладывается щебень слоем в 20-25 см. Подсыпка производится до проектного уровня с постепенной трамбовкой виброплитой. Щебень используется фракции 20-40 мм. Основание фундамента с подушкой из щебня обустраивается при строительстве частных домов и котеджей из разнообразных строительных материалов и любой этажности.
Вернуться к оглавлению
Глубина заложения и типы фундамента
Чаще всего фундамент закладывается ниже глубины промерзания почвы в регионе строительства для предотвращения вспучивания основания. Величина заглубления зависит от:
- климатических условий местности;
- наличия подземных коммуникаций;
- характеристик грунтов под основанием фундамента;
- и т. д.
На непучинистых слоях грунта при глубоком залегании грунтовых вод допускается расположение подошвы фундамента выше нижнего уровня промерзания почвы. При этом должны быть учтены максимальные нагрузки на основание и другие особенности конструкции строения.
При повышенном уровне грунтовых вод подвальные и цокольные помещения должны быть оборудованы соответствующей гидроизоляцией, предотвращающей их затопление. В бетонном растворе для заливки фундамента используются добавки, улучшающие гидроизоляционные свойства конструкции.
В зависимости от условий строительства устанавливаются следующие ;
§ 16.1. Основания. Классификация и расчет
Прочность и устойчивость любого сооружения прежде всего зависят от надежности основания и фундамента.
Основанием считают слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и в стороны от него, воспринимающие нагрузку от сооружения и влияющие на устойчивость фундамента и его перемещения. Проектирование оснований зданий и сооружений зависит от большого количества факторов, основными из которых являются: геологическое и гидрогеологическое строение грунта; климатические условия района строительства; конструкция сооружаемого здания и фундамента; характер нагрузок, действующих на грунт основания, и т.д. Основания под фундаменты зданий и сооружений бывают естественными и искусственными.
Естественными основаниями называют грунты, которые в условиях природного залегания обладают достаточной несущей способностью, чтобы выдержать нагрузку от возводимого здания или сооружения. Естественные основания не требуют дополнительных инженерных мероприятий по упрочнению грунта; их устройство заключается в разработке котлована на расчетную глубину заложения фундамента здания или сооружения. К грунтам, пригодным для устройства естественных оснований, относятся скальные и нескальные.
Скальные грунты представляют собой залежи изверженных, осадочных и метаморфических горных пород (граниты, известняки, кварциты и др.). Встречаются они в виде сплошного массива или отдельных трещиноватых пластов. Они обладают большой плотностью, а следовательно, и водоустойчивостью и являются прочным основанием для любого вида сооружений. К нескальным грунтам относятся крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты. Крупнообломочные грунты (щебень, гравий, галька) представляют собой куски, образовавшиеся в результате разрушения скальных пород, с размерами частиц более 2 мм. Они уступают по прочности скальным грунтам. Если крупнообломочные грунты не подвержены воздействию грунтовых вод, они также являются надежным основанием.
Песчаные грунты представляют собой частицы горных пород крупностью 0,1...2 мм. Пески крупностью 0,25...2 мм обладают значительной водонепроницаемостью и поэтому при замерзании не 1зспучиваются. Прочность и надежность песчаных оснований зависят от плотности и мощности залегающего слоя песка: чем больше мощность залегания и равномерней плотность слоя песка, тем прочнее основание. При регулярном воздействии воды прочность песчаного основания резко снижается.
Глинистые грунты представляют собой тонкодисперсные частицы чешуйчатой формы размером менее 0,005 мм. Сухое глинистое основание может выдерживать большие нагрузки от массы зданий и сооружений. С увеличением влажности глины резко падает ее несущая способность. Влияние положительных и отрицательных температур вызывает во влажной глине усадку при высыхании и вспучивание при замерзании воды в порах глинистого грунта. Разновидностью глинистых грунтов являются супеси, суглинки и лёссы.
Супесчаные грунты представляют собой смесь песка и глинистых частиц в количестве 3...10 %. Суглинистые грунты состоят из песка и содержат 10...30 % глинистых частиц. Эти виды грунтов могут использоваться в качестве естественных оснований (если они не подвержены увлажнению). По своей прочности и несущей способности они уступают песчаным и сухим глинистым грунтам. Отдельные виды супесей, подверженных регулярному воздействию грунтовых вод, становятся подвижными. Поэтому они получили название плывунов. Этот вид грунтов непригоден в качестве естественного основания.
Лёссовые грунты -г- то частицы пылеватых суглинков со сравнительно постоянным гранулометрическим составом. Лёссовые грунты в сухом состоянии могут служить надежным основанием. При увлажнении и воздействии нагрузок лёссовые грунты сильно
уплотняются, в результате чего образуются значительные просадки. Поэтому они называются просадочными.
Наименование грунтов, а также критерии выделения грунтов со специфическими свойствами и их характеристики приведены в СНиП «Основания зданий и сооружений. Нормы проектирования».
Искусственными основаниями называют грунты, которые по механическим свойствам в своем природном состоянии не могут выдерживать нагрузки от зданий и сооружений. Поэтому для упрочнения слабых грунтов необходимо выполнять различные инженерные мероприятия. К слабым относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты. Грунты с органическими примесями включают: растительный грунт, ил, торф, болотный грунт. Насыпные грунты образуются искусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки. Перечисленные грунты неоднородны по своему составу, рыхлые, обладают значительной и неравномерной сжимаемостью. Поэтому в качестве оснований их используют только после укрепления уплотнением, цементацией, силикатизацией, битумизацией или термическим способом.
Расчет оснований по второй группе предельных состояний (по деформациям) ограничивает деформации надфундаментных конструкций сооружения такими пределами, при которых еще не нарушается нормальная эксплуатация сооружения.
В связи с расчетом оснований сооружений по указанным выше предельным состояниям оценку грунтов производят по прочности (устойчивости) и по их способности деформироваться под нагрузкой (по сжимаемости). Для оценки прочности грунтов и расчета фундаментов по первой группе предельных состояний необходимо уметь определять расчетные сопротивления грунтов основания сжатию. Для оценки способности оснований деформироваться под нагрузками и определения осадок фундаментов необходимо знать характеристики сжимаемости грунтов.
§ 16.2. Фундаменты
Основными требованиями, предъявляемыми к фундаментам, явля~ ются: прочность, устойчивость, сопротивляемость влиянию атмосферных условий и отрицательных температур, долговечность, соответствующая эксплуатационному сроку службы надземной части зданий и сооружений, индустриальность устройства конструкций, экономичность.
По форме в плане фундаменты делятся на ленточные, столбчатые, сплошные и свайные. Ленточные фундаменты выполняют в виде непрерывных стен (16.1), столбчатые - в виде системы отдельно стоящих столбов (16.2) и сплошные - в виде сплошной плиты прямоугольного или ребристого сечения под все здание (16.3).
По виду материала фундаменты бывают железобетонные, бетонные, бутовые, бутобетонные, кирпичные и деревянные. Под все ответственные здания и сооружения, как правило, устраивают железобетонные фундаменты.
По характеру работы под нагрузкой фундаменты делят на жесткие и гибкие, по способу производства
(изготовления) - на сборные и монолитные. Фундаменты под железобетонные колонны. Под железобетонные колонны применяют железобетонные сборные и монолитные фундаменты стаканного типа. Сборные фундаменты могут состоять из одного железобетонного блока (башмака) стаканного типа или из железобетонного блока-стакана и одной или нескольких опорных плит под ним. Монолитные железобетонные фундаменты имеют симметричную ступенчатую форму с двумя или тремя прямоугольными ступенями и подколенником, в котором размещен стакан для колонны. Дно стакана, как правило, располагается на 50 мм ниже проектной отметки низа колонны, чтобы иметь возможность компенсировать неточности ъ размерах и заложении фундаментов.
Фундаменты под колонны проектируют из бетона классов В10, В12,5, В15. Армирование их осуществляют в соответствии с расчетом, г В качестве рабочей арматуры применяют чаще всего горячекатаную," сталь класса A-IL
Фундаменты под стены. Под стены зданий и сооружений различного назначения устраивают столбчатые, ленточные или свайные фундаменты.
Столбчатые фундаменты под стены устраивают при небольших нагрузках и прочных основаниях. Их применяют, как указывалось выше, в основном в промышленном строительстве в каркасных зданиях. В жилых и гражданских их проектируют, как правило, в малоэтажных зданиях без подвалов. Столбчатые фундаменты выполняют в виде деревянных стульев и в форме столбов квадратного, прямоугольного и трапецеидального сечений из керамического кирпича, бута, бетона, железобетона и других материалов.
Ленточные фундаменты могут быть сборными и монолитными. В настоящее время их чаще возводят из сборных бетонных и железобетонных блоков (см. 16.1). Сборные элементы для ленточных фундаментов унифицированы и выпускаются промышленностью для любых зданий под различные нагрузки, в виде фундаментных блоков-подушек и стеновых блоков разной ширины. Стеновые блоки изготовляют из бетона М150, блоки-подушки- из бетона марок 150...2Q0. Блоки-подушки армируют горячекатаной сталью класса А-П. Монолитные ленточные фундаменты устраивают из бетона и железобетона, бута, бутобетона и других материалов. Свайным фундаментом называют фундамент, в котором для передачи нагрузки от сооружения на грунт используют сваи (16.4). Он состоит из свай и объединяющей их жесткой связи. Жесткая связь оголовков свай осуществляется специальным устройством - ростверком или плитами перекрытий. В соответствии С этим свайные фундаменты подразделяются на ростверковые и безростверковые. Свайные фундаменты устраивают там, где
необходима передача значительных нагрузок на слабые водонасы-щенные грунты, когда производство большого объема земляных работ! для устройства основания под другае виды фундаментов технически невыполнимо или экономически нецелесообразно.
В зависимости от нагрузок, действующих на фундамент, сваи в нем располагают: по одной -под отдельные опоры; рядами - под стеновые конструкции; кустами -под колонны; свайными полями -под здания и сооружения малой площади со i значительными нагрузками. Сваи классифицируют по различным признакам.
По материалу сваи бывают железобетонные, бетонные, стальные и деревянные. Железобетонные сваи в свою очередь делят на сборные и монолитные. Наиболее распространены сборные сваи.
Их изготовляют двух видов: сплошные - квадратного сечения в плане и трубчатые - цилиндрические. Бетонные сваи, как правило, выполняют МОНОЛИТНЫМИ, с разными диаметрами и глубиной заложения; стальные - из двутавров, швеллеров, труб. Вследствие дефицитности металла и неустойчивости их к коррозии стальные сваи применяют редко. В лесной и деревообрабатывающей промышленности часто применяют деревянные сваи. Их изготовляют из древесины хвойных
пород, оборудуя нижний конец стальным башмаком, а верхний - бугелем (стальное кольцо для защиты от повреждения при забивке).
По способу -изготовления и погружения в грунт сваи делят на забивные и набивные. Забивные сваи выполняются сборными железобетонными, стальными или деревянными. Их погружают (забивают) в грунт специальными механизмами путем забивки, вдавливания, вибрации, ввинчивания (винтовые стальные сваи). Набивные сваи относятся к монолитным. Их устраивают непосредственно в грунте из бетона или железобетона с помощью специальных обсадных труб, погружаемых в предварительно устроенные в грунте скважины. Набивные железобетонные сваи применяют при больших нагрузках на фундаменты, они имеют диаметр до 1000 мм и глубину залегания 30 м и более.
По характеру работы в грунте сваи делят на висячие (16.4, б) и сваи-стойки (16.4, а). Сваи-стойки проходят через слабый грунт и нижними концами опираются на прочное основание, передавая на него всю нагрузку от здания. Висячие сваи не достигают прочного грунта, а лишь уплотняют слабый грунт. Нагрузку от здания висячие сваи воспринимают главным образом за счет сил трения, возникающих между их боковой поверхностью и грунтом.
§16.4. Фундаменты под оборудование
Фундаменты под промышленное оборудование должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости и экономичности. Они должны обеспечивать нормальную эксплуатацию оборудования, надежное его крепление и отсутствие сильных вибраций. По конструкции фундаменты под промышленное оборудование делят на массивные и рамные." В качестве материала для их изготовления применяют чаще всего бетон и железобетон. Глубину заложения фундаментов назначают в зависимости от геологических и гидрологических условий строительной площадки, глубины заложения фундаментов здания, соседних примыкающих установок, размера и конструкции самого фундамента, вида и массы оборудования и
При проектировании фундаментов следует располагать центры тяжести фундамента и машины на одной вертикали. Во избежание передачи вибраций на конструкции зданий и другого оборудования необходимо предусматривать зазор между фундаментами зданий, соседних машин и другими конструкциями. Иногда целесообразно для уменьшения глубины заложения и давления на грунт увеличивать площадь фундамента и устраивать песчаное основание.
§ 16.5, Каркас одноэтажных промышленных зданий и его конструктивные элементы
Каркас - несущая основа здания, которая состоит из поперечных и продольных элементов. Поперечные элементы - рамы воспринимают нагрузки от стен, покрытий, перекрытий (в многоэтажных зданиях), снега, кранов, ветра, действующего на наружные стены и фонари, а также нагрузки от навесных стен.
Основные элементы каркаса - рамы. Они состоят из колонн и несущих конструкций покрытий - балок или ферм, длинномерных настилов и пр. Эти элементы соединяют в узлах шарнирно с помощью металлических закладных деталей, анкерных болтов и сварки. Рамы собирают из типовых элементов заводского изготовления. Другие элементы каркаса - фундаментные, обвязочные и подкрановые балки и подстропильные конструкции. Они обеспечивают устойчивость рам и воспринимают нагрузки от ветра, действующего на стены здания и фонари, а также нагрузки от кранов. Каркасы проектируют железобетонными, металлическими и смешанными. При строительстве промышленных зданий в лесной и деревообрабатывающей промышленности применяют железобетонные каркасы.
Фундаменты. Под колонны каркаса зданий устраивают фундаменты из железобетона в сборном или монолитном исполнении. Проектируют их, как правило, ступенчатой формы (16.6).
Колонны. Для восприятия вертикальных и горизонтальных нагрузок в промышленных зданиях предусматривают отдельные опоры - колонны. В современном строительстве применяют преимущественно сборные железобетонные колонны заводского изготовления
прямоугольного или квадратного сечения. Размеры сборных железобетонных колонны унифицированы по сечению, форме и длине и соответствуют установленным унифицированным высотам производственных зданий. Сборные железобетонные колонн применяют для зданий с мостовыми кранами и бее них. Для бескрановых зданий высотой до 10 800 мм применяют колонны прямоугольного сечения (16.7) размером 400x400 и 500x500 мм для крайних колонн, 400x600 и 500x600 мм -для средних.
Для каркасов зданий, оборудованных мостовыми кранами, применяют колонны прямоугольного и двухветвевого сечений. Они состоят из двух частей: надкрановой и подкрановой. Надкрановая часть- надколонник - служит для опирания несущей конструкции покрытия. Подкрановая часть передает нагрузку на фундамент от надколонника, а также от подкрановых балок, которые опираются на выступы консоли колонны. Крайние колонны крановых пролетов имеют односторонний выступ - консоль, средние - двусторонние консоли.
Колонны изготовляют из бетона классов В20, ВЗО и В40, армируют их сборными каркасами из горячекатаной стали периодического профиля класса А-Ш. Для крепления связей стеновых панелей, подкрановых балок, стропильных и подстропильных конструкций в колоннах предусматривают закладные металлические детали, представляющие собой металлические пластины с приваренными к ним анкерными стержнями. Для распалубки, погрузки и разгрузки в колоннах предусматривают подъемные монтажные петли из стали гладкого профиля.
Фундаментные балки. Они служат для передачи нагрузки от наружных и внутренних стен здания на фундаменты колонн. Фундаментные балки для наружных стен выносят за грани колонн, а для внутренних стен располагают между колоннами по линии их
осей. Балки имеют тавровое (16.8) или трапецеидальное поперечное сечение. Длина основных балок при шаге колонн 6000мм - 4950 мм, при шаге12 000мм - 10 700 мм.
Ширина верхней полки фундаментных балок для кирпичных и блочных стен равна 300, 400 и 520 мм, а для панельных стен - 200, 240, 300 и 400 мм. Высота балок 400 и 600 мм. Фундаментные балки изготовляют из бетона классов В20...В40, армируют стержнями периодического профиля из стали класса А-П. Укладывают их непосредственно на ступени фундаментов или на бетонные столбики.
Зазоры между торцами балок и фундаментов заполняют бетоном. По верхней поверхности балок устраивают гидроизоляцию. Пучинистые грунты из-под балок убирают и делают песчаную или шлаковую подсыпку.
Обвязочные балки. Они служат для опирания на них кирпичных или мелкоблочных стен в местах перепада высот, а также при устройстве ленточного остекления для опирания части стены, расположенной над остеклением. Балки изготовляют прямоугольного сечения или прямоугольного сечения с четвертью (16.9). Размеры и форму поперечного сечения обвязочных балок принимают в зависимости от шага колонн и толщины стен. Обвязочные балки устанавливают на специально устраиваемые в колоннах железобетонные или стальные консоли. Крепят их к колоннам с помощью болтов или сварки.
Подкрановые балки. Они предназначены для опирания рельсовых путей, по которым передвигаются мостовые краны. Их изготовляют
из железобетона и реже из стали. По конструктивному решению подкрановые балки бывают нескольких типов (16.10): таврового сечения с обычным армированием, таврово-трапецеидального сечения напряженно-армированные. Подкрановые балки таврового сечения с обычным армированием предназначаются под краны грузоподъемностью не свыше 5 т, балки таврово-трапецеидального сечения - для кранов грузоподъемностью 6,0.-30,0 т, двутаврового сечения - для кранов 30...50 т. Длина балок 6000 и 12 000 мм, высота 1000...1400 мм. Подкрановые балки изготовляют из бетона классов ВЗ...В50, армируют их в высокопрочной прядевой или стержневой арматурой класса А-Ш. В балках предусмотрены закладные детали для крепления их к колоннам, а также крепления к ним рельсов и токопроводящих шин.
Связи. Для обеспечения пространственной жесткости в зданиях между колоннами устраивают связи. По устройству они разделяются на крестовые и портальные. Связи изготовляют из стальных прокатных профилей. Для их крепления в колоннах предусматривают дополнительные закладные детали. Связи располагают в продольных рядах колонн у середины каждого температурного блока. Кроме вертикальных связей между колоннами устанавливают еще горизонтальные и вертикальные связи между фермами (балками) покрытий.
Несущие конструкции покрытия. Основные несущие конструкции покрытий в зависимости от величины перекрываемых пролетов
16.9. Обвязочная балка состоят из железобетонных одно-
скатных и двускатных балок, ферм, арок, пространственных конструкций и плит. По виду армирования несущие конструкции делят на обычно армированные и предварительно напряженные. Их выполняют цельными - на всю длину пролета, а также из отдельных блоков, собираемых в элементы путем укрупнительной сборки перед монтажом. Для небольших пролетов (6000, 9000, 12 000 и18 000 мм) в качестве несущих конструкций можно использовать железобетонные стропильные балки. Их изготовляют односкатными, двускатными и с параллельными поясами (16.11).
Односкатные балки (16.12, о, в) применяют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий пролетом 6000... 12000 мм, с шагом колонн 6 м и наружным водостоком. Двускатные балки (16.11, б, г, д) используют в покрытиях одноэтажных промышленных зданий при пролетах 6000...18 000 мм, шаге колонны 60000 и 12 000 мм с наружным и внутренним водостоком.
Балки с параллельными поясами (16.11, е, ж) применяют в покрытиях промышленных зданий с плоской кровлей при пролетах 12 000 и 18 000 мм и шаге колонн 6000 и 12 000 м. Стропильные балки имеют тавровое или двутавровое сечение. Для уменьшения массы балок и пропуска коммуникаций в их стенках
устраивают отверстия различного очертания. Одно- и двускатные балки можно собирать из отдельных блоков с последующим натяжением пропущенной через них арматуры. ,
Балки устанавливают на железобетонные колонны или на несущие стены с устройством железобетонных подушек, а балки пролетом 18 000 мм также и на подстропильные балки. К колоннам балки покрытия прикрепляют анкерными болтами, выпущенными из колонн и проходящими через опорный лист, приваренный к закладной детали балки. Опорный лист балки прикрепляют к листу, заложенному в колонну.
Балки изготовляют из бетона классов ВЗО, В40, В50, армируют высокопрочной проволокой класса Вр-П или стержневой арматурой из стали марки A-IV и А-Шв.
Стропильные фермы. Такие конструкции состоят из отдельных соединенных между собой стержней, образующих каркас. Стержни фермы, расположенные по ее верхнему контуру, составляют верхний пояс, а по нижнему контуру - нижний пояс. Вертикальные стержни фермы называют стойками, наклонные - раскосами. Стойки и раскосы, расположенные между верхними и нижними поясами, образуют решетку фермы," а точки (места), в которых сходятся концы стоек и раскосов,-узлы фермы. Участок между двумя соседними узлами называется панелью.
В зависимости от очертания, верхнего пояса фермы делят на сегментные, безраскосные и с параллельными поясам (16.12). Их применяют в скатных и плоских покрытиях одноэтажных промышленных зданий пролетом 18 000 и более. Устанавливают стропильные фермы на железобетонные колонны или подстропильные фермы. Для крепления ферм к колоннам (подстропильным фермам), а также к фермам плит покрытия, рам фонаря, связей в них предусмотрены соответствующие стальные закладные детали. Фермы выполняют с предварительным напряжением нижнего пояса. Изготовляют их из бетона классов В30...В50, рабочую арматуру - из высокопрочной проволоки Вр-И и стержней из стали марки A-IV и др.
Подстропильные фермы (балки). Их применяют в покрытиях одноэтажных многопролетных промышленных зданий (16.13).
Подстропильные фермы (балки) применяют в средних рядах зданий для опирания ферм или балок покрытия в тех случаях, когда шаг крайних колонн составляет 6000 мм, а шаг колонн средних рядов - 12 000 мм. Их устанавливают и закрепляют путем сварки закладных деталей. Все фермы (балки) имеют одинаковый пролет 12 000 мм, кроме ферм, устанавливаемых в торцах здания и у поперечных температурных швов, пролет которых составляет 11 500 мм (в соответствии с расположением колонн). По концам и посредине (в нижнем узле) подстропильных ферм (балок) предусмотрены площадки для опирания стропильных ферм (балок); В площадках имеются закладные листы с приваренными к ним анкерными болтами (16.14).
Фермы (балки) изготовляют с предварительным напряжением нижнего пояса из бетона классов В40...В50. Основная напрягаемая арматура - из высокопрочной стальной проволоки марки Вр-П и стали марки A-IV и др. При возведении.большепролетных производственных зданий в покрытиях часто используют пространственные конструкции (16.14).
§ 16.6. Конструктивные элементы каркаса многоэтажных промышленных и гражданских зданий
Многоэтажные промышленные, здания, как правило, сооружают каркасными из сборного железобетона. Габаритные схемы типовых зданий с унифицированными конструкциями приведены на 16.15. По конструкции многоэтажные промышленные здания могут быть с полным сборным железобетонным каркасом, самонесущими или навесными стенами. Сборные конструкции перекрытий применяют двух типов - балочные и безбалочные. Основными элементами каркаса многоэтажного промышленного здания являются колонны, отличающиеся от элементов каркаса одноэтажных зданий, и ригели перекрытий, образующие железобетонные рамы. Ригели перекрытий разработаны прямоугольного и таврового сечений.
Конструкции междуэтажных балочных перекрытий могут быть двух типов: 1) с опиранием плит на полки ригелей; 2) с опиранием плит сверху на прямоугольные ригели.
В зданиях небольшой этажности часто применяют схему неполного каркаса, например кирпичные наружные стены (несущие) и внутренние кирпичные столбы. При больших нагрузках целесообразно вместо кирпичных столбов применять железобетонные колонны, которые вместе с железобетонными ригелями образуют каркас здания.
Как указывалось выше, здания могут иметь полный или неполный каркас. Наряду с железобетонными каркасами в строительстве применяют стальные каркасы.
По конструктивной схеме стальной каркас в целом аналогичен железобетонному и представляет собой основную несущую конструкцию промышленного здания, поддерживающую покрытие, стены и подкрановые балки, а в некоторых случаях - технологическое оборудование и рабочие площадки. Основными элементами несущего стального каркаса, воспринимающими действующие на здание нагрузки, являются плоские поперечные рамы (16.16), образованные колоннами и стропильными фермами, ригелями. На поперечные рамы опирают продольные элементы каркаса - подкрановые балки, ригели стенового каркаса фахверха, прогоны покрытия ив некоторых случаях фонари. Пространственная жесткость каркаса достигается устройством связей в продольном и поперечном направлениях.
Стальной каркас имеет определенные преимущества перед железобетонными. Его монтаж осуществляется значительно быстрее, а сокращение сроков строительства на один год дает значительную экономию стоимости основных фондов строящегося предприятия. Однако металлический каркас значительно дороже железобетонного, требует большого расхода металла и дороже в эксплуатации.
Подземные части здания (или, как их еще называют, конструкции нулевого цикла) располагаются ниже нулевой отметки, за которую принимают перекрытие первого этажа. К этим конструкциям относятся фундаменты и стены подвальных или цокольных этажей, которые должны отвечать требованиям по обеспечению прочности, устойчивости и долговечности (морозостойкости, сопротивлению воздействия грунтовых и агрессивных вод и др.)
Все здания и сооруженияопираются на поверхностные слои земли (глины, пески, скальные породы и т.р.), именуемые в строительстве грунтами.
Основаниемназывают часть массива грунтов, непосредственно воспринимающую нагрузку и вследствие этого подверженную деформациям под ее воздействием. Основание из грунтов природного сложения называют естественным. Основание из предварительно уплотненных или укрепленных тем или иным способом грунтов называют искусственным. Естественным основанием называется грунт, залегающий под подошвой фундамента и имеющий в своем природном состоянии достаточную несущую способность для обеспечения устойчивости зданий и допустимых по величине и равномерности осадок (скальные, крупнообломочные грунты, крупные и средние гравелистые пески). Искусственное основание – это искусственно уплотненный грунт, который в природном состоянии не обладает достаточной несущей способностью на глубину заложения фундамента.
Если основание состоит из одного слоя грунта, его называют однородным, если из нескольких слоев – неоднородным. Слой (пласт) грунта, на который опирается фундамент, называют несущимслоем, а нижележащие слои – подстилающими.
Фундаментом называют часть здания или сооружения, преимущественно находящуюся ниже поверхности грунта (на суше) или ниже самого низкого (меженного) уровня воды в водотоке (водоеме) и предназначенную для передачи нагрузок на основание.
Различают массивныефундаменты, состоящие из одного несущего элемента и немассивные, состоящие из группы (куста) несущих элементов – свай разных видов, свай-оболочек (оболочек), свай-столбов (столбов), объединенных в единую конструкцию плитой, называемой ростверком.
Независимо от типа фундаментов и особенностей их конструкции принято называть обрезом фундамента поверхность его соприкосновения с надфундаментной частью здания или сооружения; подошвой фундамента нижнюю поверхность его соприкосновения с грунтом основания; высотой фундамента расстояние от его подошвы или нижнего конца (низа) несущих элементов до обреза; глубиной заложения фундамента расстояние от поверхности грунта или уровня воды в водоеме до подошвы фундамента или низа несущих элементов. См. рис.2.
Рис. 2 Основные характеристики фундаментов на примере фундамента мелкого заложения
Следует отметить особо, что у свайных фундаментов не выделяется низ фундамента. И характеристика «высота фундамента» заменяется характеристикой «длина сваи». План фундамента – это разрез здания горизонтальной секущей плоскостью в уровне обреза фундамента.
План свайного фундамента приведен на рис.3.
Фундаменты классифицируют по нескольким параметрам - по виду заложения, по способу изготовления, по материалу из которого они выполнены.
По виду заложения фундаменты подразделяются на два типа: мелкого и глубокого заложения. Характерной особенностью фундаментов мелкого заложения иногда не правильно называемых «фундаментами на естественном основании», является передача на основание вертикальных, горизонтальных и изгибающих (от моментов) нагрузок от надфундаментной части здания или сооружения только через их подошву. Их боковая поверхность в работе не участвует из-за невозможности, как правило, обеспечить засыпку пазух между боковыми поверхностями фундаментов и котлованов грунтом с плотностью, равной или выше природной.
Фундаменты мелкого и глубокого заложения подразделяют по конструктивным особенностям. Фундаменты мелкого заложения можно разделить на:
· массивные,
· сплошные в виде плиты,
· ленточные,
· столбчатые,
· комбинированные.
Рис. 3а Схема расположения свайного поля
Рис 3б Схема расположения свайных ростверков (фрагмент в осях 1-18)
На рис.4,5,6 приведены фундаменты мелкого заложения.
Рис. 4 Фундаменты сборные ж/б столбчатый пенькового типа и ленточный
Рис. 5 Фундамент сборный ж/б мелкого заложения стаканного типа
Рис.6 Фундамент ж/б монолитный мелкого заложения
В отличие от фундаментов мелкого заложения нагрузки, воспринимаемые фундаментами глубокого заложения (выполняемых в виде свай, оболочек, столбов либо опускных колодцев),передаются на грунт не только через их подошву (сваи-стойки). Нагрузка может передаваться и через боковую поверхность сваи (висячие сваи) и вследствие появления сил трения, фундаменты сопротивляются вдавливанию (вертикальному смещению) в грунт, и силам бокового отпора грунта, т.е. сопротивляются смещению (сдвигу или повороту).
Благодаря тому, что в работе фундаментов глубокого заложения всегда в той или иной степени кроме подошвы участвует и боковая поверхность, повышается степень использования прочностных свойств материалов, а, следовательно, сокращается их расход.
Фундаменты глубокого заложения подразделяют по виду несущих элементов из:
· оболочек,
· столбов,
· опускных колодцев.
Ниже на рис.7 приведен вид в плане и разрезе фундамента глубокого заложения.
Рис. 7 Куст свай
В свою очередь фундаменты перечисленных видов могут быть монолитными, сборными и сборно-монолитными. Сборные конструкции это те конструкции, которые с завода привозят готовыми для монтажа (например, фундаментный блок). Монолитные конструкции это те конструкции, которые выполняют непосредственно на стройке, т.е. на место привозят доски на опалубку (или инвентарную опалубку), смазочные материалы, арматуру, бетон и пр.
Следует отметить, что при устройстве столбчатых и свайных фундаментов без дополнительных мер невозможно устроить подземный объем (цокольный этаж, подвал и техподполье).
Помимо перечисленных основных видов фундаментов в практике строительства мостов и трубопроводов известны другие разновидности фундаментов. Они представляют собой видоизмененные основные конструкции, например безростверковые фундаменты опор мостов, так называемые безростверковые опоры.
Материалом для фундаментов могут служить дерево, бутовый камень, бутобетон, бетон, железобетон, грунтовые материалы.
Фундамент должен выполняться из материалов с минимальным водопоглощением (например, полнотелого глиняного кирпича). Иначе грунтовая влага через сеть капилляров материала за счет осмотических сил будет подниматься вверх. И, соответственно, чем выше и чем дольше поднимется влага, тем дольше она будет оставаться в конструкции, следовательно, тем выше будет степень намокания фундамента (а, возможно, и стен) и тем сложнее потом будет конструкции осушить. Поэтому для предотвращения намокания стен очень важно грамотно выполнить горизонтальную гидроизоляцию в надфундаментной части здания.
