Фундаменты и их конструктивные решения

Фундаменты являются важным кон­структивным элементом здания, воспри­нимающим нагрузку от надземных его частей и передающим ее па основание. Фундаменты должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости, долговечности, технологичности уст­ройства и экономичности.

Верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются надземные части здания, называется поверхностью фундамента или обрезом, а нижняя его плоскость, непосредственного соприкасающаяся с основанием, - подошвой фундамента.

Расстояние от спланированной поверхности грунта до уровня подошвы называется глубиной заложения фундамента,которая должна соответствовать глубине залегания слоя основания. При этом необходимо также учитывать глу­бину промерзания грунта (рис. 4.3). Если основание состоит из влажного мелкозернистого грунта (песка мелкого или пылеватого, супеси, суглинка или глины), то подошву фундамента нужно располагать не выше уровня промерза­ния грунта. На рис. 4.3 приведены изо­линии нормативных глубин промерза­ния суглинистых грунтов.

Глубина заложения фундаментов под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта; ее назначают не менее 0,5 м от уровня земли или пола подвала.

В пепучинистых грунтах (крупнооб­ломочных, а также песках гравелистых, крупных и средней крупности) глуби­на заложения фундаментов также не зависит от глубины промерзания, одна­ко она должна быть не менее 0,5 м, счи­тая от природного уровня грунта, при планировке подсыпкой и от планировочной отметки при планировке участка срезкой.

По конструктивной схеме фундамен­ты могут быть: ленточные, располагае­мые по всей длине стен или в виде сплошной ленты под рядами колонн (рис. 4.4, а, б); столбчатые, устраивае­мые под отдельно стоящие опоры (ко­лонны или столбы), а в ряде случаев и под стены (рис. 4.4, в, г); сплошные, представляющие собой монолитную плиту под всей площадью здания или его частью и применяемые при особо больших наврузках на степы или от­дельные опоры, а также недостаточно прочных грунтах в основании (рис. 4.4, д, е); свайные в виде отдельных погруженных в грунт стержней с целью передачи через них на основание нагрузок от здания (рис. 4.4, ж).

По характеру работы под действием нагрузки фундаменты различают жест­кие, материал которых работает пре­имущественно на сжатие и в которых не возникают, деформации изгиба, и гибкие, работающие преимущественно на изгиб. Для устройства жестких фун­даментов применяют кладку из природного камня неправильной формы (бутового камня или бутовой плиты), бутобетона и бетона. Для гибких фун­даментов применяют в основном желе­зобетон.

Ленточные фундаменты. По очертанию в профиле ленточный фун­дамент под стену в простейшем слу­чае представляет собой прямоугольник (рис. 4.5, а). Его ширину устанавлива­ют немного больше толщины стены, предусматривая с каждой стороны не­большие уступы по 50—150 мм. Одна­ко прямоугольное сечение фундамента на высоте допустимо лишь при неболь­ших нагрузках на фундамент и доста­точно высокой несущей способности грунта.

Чаще всего для передачи давления на грунт и обеспечения его необходи­мой несущей способности необходимо увеличивать площадь подошвы фунда­мента путем ее уширения. Теорети­ческой формой сечения фундамента в этом случае является трапеция (рис. 4.5,6), где угол, а определяет рас­пространение давления и принимается для бутовой кладки и бутобетона от 27 до 33°, для бетона 45°. Устройство та­ких трапецеидальных фундаментов свя­зано с определенными трудозатратами, поэтому практически такие фундамен­ты в зависимости от расчетной шири­ны подошвы выполняются прямоуголь­ными или ступенчатой формы (рис. 4.5, в, г) с соблюдением правила, чтобы габариты фундамента не выхо­дили за пределы его теоретической формы. Размеры ступеней по ширине (а) принимаются не более 20—25 см, а по высоте (с) — соответственно не менее 40—50 см.

По способу устройства ленточные фундаменты бывают монолитные и сборные.

Монолитные фундаменты устраивают бутовые, бутобетонные, бетонные и железобетонные. На рис. 4.6 показан лен­точный фундамент из бутового камня и бутобетона. Ширина бутовых фунда­ментов должна быть не менее 0,6 м для кладки из рваного бута и 0,5 м — из бутовой плиты. Высота ступеней в бу­товых фундаментах составляет обычно около 0,5 м, ширина — от 0,15 до 0,25 м.

Устройство монолитных бутобетонных, бетонных и железобетонных фун­даментов требует проведения опалубоч­ных работ. Кладку бутовых фундамен­тов производят на сложном или цемент­ном растворе с обязательной перевяз­кой (несовпадением) вертикальных швов (промежутков между камнями, за­полняемых раствором).

Бутобетонные фундаменты состоят из бетона кл. не ниже В5 с включени­ем в его толщу (в целях экономии бе­тона) отдельных кусков бутового кам­ня. Размеры камней должны быть не более 1/3 ширины фундамента.

Монолитные бутовые фундаменты не отвечают требованиям современного ин­дустриального строительства, а для их устройства трудно механизировать ра­боты. Бутовые и бутобетонные фунда­менты являются весьма трудоемкими при возведении и поэтому применяются в основном в районах, где бутовый ка­мень является местным материалом.

Более эффективными являются бетон­ные и железобетонные фундаменты из сборных элементов заводского изготов­ления (рис. 4.7), которые в настоящее время имеют наибольшее распростра­нение. При их устройстве трудовые за­траты на строительстве уменьшаются вдвое. Их можно возводить и в зимних условиях без устройства обогрева.

Сборные ленточные фундаменты под стены состоят из фундаментных бло­ков-подушек и стеновых фундаментных блоков. Фундаментные подушки укла­дываются непосредственно на основа­ние при песчаных грунтах или на пес­чаную подготовку толщиной 100—150 мм, которая должна быть тщатель­но утрамбована.

Фундаментные бетонные блоки укла­дываются на растворе с обязательной перевязкой вертикальных швов, тол­щина которых принимается равной 20 мм (рис. 4.7, 4.8). Вертикальные ко­лодцы, образующиеся торцами блоков, тщательно заполняются раствором. Связь между блоками продольных и угловых стен обеспечивается перевязкой блоков и закладкой в горизонтальные швы арматурных сеток из стали диа­метром 6—10 мм (рис. 4.9).

Блоки-подушки изготовляют толщиной 300 и 400 мм и шириной от 1000 до 2800 м а блоки-стенки — шириной 300, 400, 5U0 и 600 мм, высотой 580 и длиной 780 и 2380 мм.

В практике строительства применяют также сборные фундаментные блоки, имеющие толщину 380 мм при толщине надземных стен 510 и 640 мм (рис. 4.10, а). При такой конструкции прочность материала фундамента ис­пользуется полнее и в результате по­лучается экономия бетона.

Этой же цели соответствует устройство так называемых прерывистых фун­даментов (рис. 4.10,6), в которых бло­ки-подушки укладывают на расстоянии 0,3—0,5 м друг от друга. Промежутки между ними заполняют песком.

Строительство крупнопанельных зда­ний и зданий из объемных блоков по­требовало разработки новых конструк­тивных решений фундаментов. На рис. 4.10, в показан фундамент из крупноразмерных элементов для жило­го дома с поперечными несущими сте­нами и подвалом. Фундамент состоит из железобетонной плиты толщиной 300 мм и длиной 3,5 м и установлен­ных па них панелей, представляющих собой сквозные без раскосные железобе­тонные формы, имеющие толщину 240 мм и высоту, равную высоте под­вального помещения. Соединяются эле­менты между собой с помощью сварки закладных стальных деталей.

При строительстве зданий на участ­ках со значительными уклонами фунда­менты стен выполняют с продольными уступами (рис. 4.11). Высота уступов должна быть не более 0,5 м, а дли­на — не менее 1,0 м. Этим же правилом пользуются при устройстве перехода фундаментов внутренних степ к фунда­ментам наружных при разных глубинах их заложения.

Если необходимо обеспечить незави­симую осадку двух смежных участков здания (например, при их разной этаж­ности), то при устройстве ленточных монолитных фундаментов в их теле уст­раивают сквозные, разъединяющие фун­дамент зазоры. С этой целью в зазоры вставляют доски, обернутые толем. В подвальных зданиях доски с наруж­ной стороны вынимают, и швы в этих местах заполняют битумом. Если фун­даменты сборные, то для обеспечения необходимого зазора блоки укладывают так, чтобы вертикальные швы совпа­дали.

В местах пропуска различных трубо­проводов (водопровода, канализации и др.) в монолитных фундаментах за­ранее предусматриваются соответствую­щие отверстия, а в сборных между бло­ками — необходимые зазоры с после­дующей их заделкой.

Столбчатые фундаменты.

При небольших нагрузках на фунда­мент, когда давление на основание меньше нормативного, непрерывные ленточные фундаменты под стены ма­лоэтажных домов без подвалов целесо­образно заменять столбчатыми. Фунда­ментные столбы могут быть бутовыми, бутобетонными, бетонными и железо­бетонными (рис. 4.12, а). Расстояние между осями фундаментных столбов принимают 2,5—3,0 м, а если грунты прочные, то это расстояние может со­ставлять и 6 м. Столбы располагают обязательно под углами здания, в мес­тах пересечения и примыкания стен и под простенками. Сечение столбчатых фундаментов во всех случаях должно быть не менее: бутовых и бутобетонных — 0,6×0,6 м; бетонных — 0,4×0,4 м.

Столбчатые фундаменты под стены возводят также в зданиях большой этажности при значительной глубине заложения фундаментов (4—5 м), ког­да устраивать ленточный фундамент нецелесообразно из-за большого расхо­да строительных материалов.

Столбы перекрывают железобетонны­ми фундаментными балками. Для пре­дохранения их от сил пучения грунта, а также для свободной их осадки (при осадке здания) под ними делают пес­чаную подсыпку толщиной 0,5—0,6 м. Если при этом необходимо утеплить пристенную часть пола, подсыпку вы­полняют из шлака или керамзита.

Столбчатые одиночные фундаменты устраивают также под отдельные опо­ры зданий. На рис. 4.12, б изображен монолитный бутовый или бетонный фундамент под кирпичную колонну, а на рис. 4.12, в, г — из железобетонных блока-подушки и блока-плиты. Сбор­ные фундаменты под железобетонные колонны могут состоять из одного желе­зобетонного башмака стаканного типа (рис. 4.12, д) или из железобетонных блока-стакана и опорпой плиты под ним (рис. 4.12, е).

Сплошные фундаменты воз­водят в случае, если нагрузка, переда­ваемая на фундамент, значительна, а грунт слабый. Эти фундаменты устра­ивают под всей площадью здания. Для выравнивания перавномерпостей осадки от воздействия нагрузок, передаваемых через колонны каркасных зданий; в двух взаимно перпендикулярных на­правлениях применяют перекрестные ленточные фундаменты (рис. 4.13, а). Их выполняют из монолитного железо­бетона. Если балки достигают значи­тельной ширины, то их целесообразно объединять в сплошную ребристую или безбалочную плиту (рис. 4.13, б, в). При сплошных фундаментах обеспечи­вается равномерная осадка здания, что особенно важно для зданий повышен­ной этажности. Сплошные фундаменты применяют также в том случае, если пол подвала испытывает значительный подпор грунтовых вод.

В практике строительства под инже­нерные сооружения (телевизионные башни, дымовые трубы и др.) применя­ют сплошные фундаменты коробчатого типа.

Свайные фундаменты исполь­зуют при строительстве на слабых сжи­маемых грунтах, а также в тех случа­ях, когда достижение естественного ос­нования экономически или технически нецелесообразно из-за большой глуби­ны его заложения. Кроме того, эти фун­даменты применяют и для зданий, воз­водимых на достаточно прочных грун­тах, если использование свай позволяет получить более экономическое решение.

По способу передачи вертикальных нагрузок от здания на грунт сваи под­разделяют на сваи-стойки и сваи вися­чие. Сваи, проходящие слабые слои

грунта и опирающиеся своими концами на прочный грунт, называются сваями-стойками (рис. 4.14,а), а сваи, не до­стигающие прочного грунта и передаю­щие нагрузку на грунт трением, возни­кающим между боковой поверхностью сваи и грунтом, называются висячими (рис. 4.14, б, в).

По способу погружения в грунт сваи бывают забивные и набивные. По ма­териалу изготовления забивные сваи бывают железобетонные, металлические и деревянные. Набивные сваи изготов­ляют непосредственно на строительной площадке в грунте.

Железобетонные сваи изготовляют сплошные квадратного (от 250×250 до 400×400 мм) и прямоугольного (250×350 мм) сечения, а также трубчатого сечения диаметром от 400 до 700 мм. Чаще других применяют короткие сваидлиной 3—6 м. Трубчатые сваи могут быть как с заостренным нижним кон­цом, так и с открытым.

Деревянные сваи во избежание их быстрого загнивания применяют лишь в грунтах с постоянной влажностью. Их изготовляют из хвойных пород леса диаметром в верхнем отрубе не менее 180 мм; кроме того, ствол деревянной сваи необходимо покрыть битумными или дегтевыми мастиками для предот­вращения их загнивания. Для защиты сваи от размочаливания при забивке на верхний конец ее надевают стальной бугель, а на нижний — стальной баш­мак.

В зависимости от несущей способнос­ти и конструктивной схемы здания сваи размещают в один или несколько ря­дов или кустами (рис. 4.15).

Поверху железобетонные и металли­ческие сваи объединяются между собой железобетонным ростверком, который может быть сборным или монолитным (рис. 4.15,5). При деревянных сваях ростверк также выполняют из дерева.