Боковая поверхность фундамента представляет собой вертикальные стороны основания строения, которые контактируют с грунтом. Эти поверхности играют важную роль в распределении нагрузки от здания на почву и предотвращении повреждений, связанных с воздействием влаги и почвы.
Правильное устройство боковых поверхностей фундамента способствует повышению долговечности и устойчивости конструкции, а также может предотвратить осадку и деформации. Важно учитывать их обработку и защиту от внешних факторов, чтобы обеспечить надежность фундамента в долгосрочной перспективе.
Что такое основания и фундаменты
При строительстве мостов на устройство фундаментов затрачивают до 40% времени и труда и до 30% финансовых средств, а в сложных инженерно-геологических условиях эти показатели еще выше.
Повышение экономической эффективности фундаментостроения должно осуществляться в неразрывной связи с повышением качества работ, которое во многом предопределяет надежность и долговечность любых сооружений в целом. Особое внимание требуется уделять доброкачественному проектированию и выполнению подземных работ, поскольку из-за отсутствия надежных методов контроля за состоянием оснований и фундаментов в период эксплуатации сооружений не всегда удается своевременно принять необходимые меры по устранению последствий случайных дефектов. Такие дефекты, возникшие в результате допущенных ошибок при проектировании и не замеченные в период возведения фундаментов, в дальнейшем, спустя некоторое время, начинают проявляться в виде разного рода деформаций сооружений, затрудняющих или исключающих нормальную их эксплуатацию. Устранение дефектов, как правило, требует затрат, значительно превышающих первоначальные, а для мостов, кроме того, и длительных перерывов или ограничений движения обращающихся нагрузок.
Чтобы проектировать и строить фундаменты не только экономично, но, главное, надежно, необходимо ясно представлять, как передаются на грунты нагрузки от сооружений, особенности поведения грунтов под действием на них сжимающих, выдергивающих и сдвигающих нагрузок, как изменяются свойства разных грунтов при действии на них воды, какие фундаменты и в каких грунтах следует применять, какими способами их возводить. Ответы на перечисленные и многие другие вопросы можно получить в результате изучения предмета «Основания и фундаменты».
Для изучения предмета «Основания и фундаменты» необходимо знать основы инженерной геологии, механики грунтов и гидрогеологии. Инженерная геология изучает и оценивает влияние геологических факторов на работу проектируемых зданий и сооружений, а Возможные изменения этих факторов в результате нарушения природных условий при возведении и эксплуатации зданий и сооружений. Механика фунтов занимается изучением напряженно-деформированного состояния и физико-механических свойств грунтов оснований, разработкой методов расчета прочности и деформаций оснований, способов определения давления грунтов на ограждающие конструкции. Гидрогеология изучает подземные воды , содержащиеся в толще грунтов.
Основные понятия. Классификация оснований и фундаментов
Основанием называют 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.
Если основание состоит из одного слоя грунта, его называют однородным, если из нескольких слоев — неоднородным. Слой (пласт) грунта, на который опирается фундамент, называют несущим слоем, а нижележащие слои — подстилающими.
Фундаментом называют часть здания или сооружения, находящуюся ниже поверхности грунта (на суше) или ниже самого низкого (меженного) уровня воды в водотоке (водоеме) и предназначенную для передачи нагрузок на основание. Различают массивные фундаменты, состоящие из одного несущего элемента (рис. В.1), и не массивные, состоящие из группы (куста) несущих элементов — свай разных видов, свай-оболочек (оболочек), свай-столбов (столбов), объединенных в единую конструкцию плитой, называемой ростверком (рис. В. 2).
Независимо от типа фундаментов и особенностей их конструкции принято называть обрезом фундамента
поверхность его соприкасания с над фундаментной частью здания или сооружения; подошвой фундамента нижнюю поверхность его соприкасания 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.
Под воздействием на фундамент вертикальных нагрузок, равномерно сжимающих грунты основания, происходят перемещения зданий и сооружений, называемые осадкой. При действии на фундаменты неравномерных сжимающих нагрузок наблюдаются наклоны, именуемые кренами. Воздействие больших горизонтальных нагрузок иногда приводит к смещениям, называемым сдвигами.
Для предотвращения возможности появления недопустимых осадок, кренов или сдвигов зданий и сооружений (исходя из условия обеспечения их нормальной эксплуатации) фундаменты закладывают на некоторой глубине от дневной поверхности, чтобы
передать расчетные нагрузки на более прочные грунты.
В зависимости от особенностей передачи нагрузки на грунты основания фундаменты подразделяют на два типа: мелкого и глубокого заложения. Характерной особенностью фундаментов мелкого заложения (см. рис.
В. 1), иногда неправильно называемых «фундаментами на естественном основании», является передача на основание вертикальных, горизонтальных и изгибающих (от моментов) нагрузок от над фундаментной части 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. В отличие от фундаментов мелкого заложения нагрузки, воспринимаемые фундаментами глубокого заложения (см. рис. В. 2), передаются на грунт не только через их подошву или торец несущих элементов в виде свай, оболочек, столбов либо опускных колодцев, но и через их боковую поверхность вследствие проявления сил трения, сопротивляющихся вдавливанию (вертикальному смещению) фундаментов в грунт, и сил бокового отпора грунта, сопротивляющихся смещению (сдвигу или повороту) фундаментов.
Благодаря тому, что в работе фундаментов глубокого заложения кроме подошвы участвует их боковая поверхность, повышается степень использования прочностных свойств материалов, а следовательно, сокращается их расход. Для устройства фундаментов глубокого заложения в равных с фундаментами мелкого заложения условиях требуется, в зависимости от конструкции фундаментов и сложности местных особенностей строительства, в 2—4 раза меньше бетона. При этом объем земляных работ сокращается в 5—10 раз, затраты труда и сроки строительства фундаментов уменьшаются в 1,5—3 раза. Кроме существенной экономической эффективности фундаменты глубокого заложения обладают более высокой надежностью.
Водопропускные трубы сооружают, как правило, с фундаментами мелкого заложения и редко с фундаментами из свай разных типов. Опоры мостов традиционной конструкции, имеющие над фундаментную часть, возводят с фундаментами как мелкого, так и глубокого заложения.
Применяемые для мостов, водопропускных труб, зданий и других сооружений фундаменты мелкого и глубокого заложения подразделяют по конструктивным особенностям. Фундаменты мелкого заложения можно разделить на массивные, сплошные в виде плиты, ленточные, стоечные, комбинированные. Фундаменты глубокого заложения подразделяют по виду несущих элементов: из свай, оболочек, столбов или опускных колодцев.
В свою очередь фундаменты перечисленных видов могут быть монолитными, полностью возводимыми на месте постройки, и сборными, монтируемыми из заранее изготовленных элементов. Промежуточное положение занимают сборно-монолитные фундаменты, состоящие из сборных элементов, омоноличиваемых бетоном, например сваи с монолитной плитой, фундаменты из сборных железобетонных оболочек, заполняемых бетоном, и т. п.
Помимо перечисленных основных видов фундаментов в практике строительства мостов и труб известны разновидности фундаментов, представляющие собой видоизмененные основные конструкции, например безростверковые фундаменты опор мостов, так называемые безростверковые опоры. Характерной особенностью таких опор (рис. В. 3) является использование нижней заглубленной в грунт части стоек в качестве фундамента, не имеющего объединяющего их ростверка, а верхней части стоек, возвышающейся над грунтом или над водой и объединенной подферменной плитой (насадкой), в качестве над фундаментной конструкции опор. В качестве стоек опор используют сваи, оболочки или столбы.
Безростверковые опоры широко применяют для мостов с длиной пролетных строений до 33 м, в ряде случаев до 100 м. Опоры проектируют преимущественно из одного, реже из двух рядов стоек по фасаду моста. В каждом ряду имеется две и более стоек.
Отказ от устройства ростверка в конструкции опор одновременно с уменьшением потребности в бетоне обеспечивает значительное сокращение затрат ручного труда и сроков возведения опор главным образом благодаря исключению котлованных работ по устройству ростверка.
Как выровнять фундамент после заливки
Из-за нарушения технологии производства работ при устройстве фундаментов могут возникнуть отклонения от линейных размеров. Тогда сразу возникает вопрос – как выровнять фундамент и можно ли устранить нарушения. Многие домашние строители после снятия опалубки с залитого бетоном фундамента могут увидеть, что геометрические размеры конструкции фундамента очень далеки от правильного нормально вида и сразу впадают в отчаяние. Отчаиваться не надо, есть способы исправить возникшие дефекты и выполнить выравнивание фундамента.
Разновидности фундаментов
По способу устройства фундаменты для строительства домов подразделяются на ленточные, столбчатые в виде отдельных столбов, монолитные и свайные. При устройстве всех разновидностей фундаментов необходимо точно соблюдать технологию проведения работ. В строительстве не бывает мелочей и ненужных процессов и если на каком-то этапе будет нарушена технология производства работ, то в можно получить ненадежную конструкцию фундамента со значительными дефектами.
Виды неровностей фундаментов
Фундаменты служат основанием для возведения конструкции здания и поэтому к ним предъявляются повышенные требования по прочности, надежности и устойчивости. От того, насколько правильно выполнена заливка фундамента, зависит надежность всего здания. Дефектов фундаментов после заливки может быть несколько: отклонение стен конструкции по вертикали и неровная поверхность по горизонтали. Такие погрешности можно исправить, надо лишь знать некоторые тонкости.
Дефекты боковых неровностей фундаментов
Причиной отклонения линейных вертикалей боковых граней фундамента может быть неправильно установленная или плохо укрепленная деревянная или щитовая опалубка. Если щиты или доски опалубки выставлены не по вертикальному уровню, то при заливке бетоном стены фундамента будут кривыми и неровными. В зависимости от величины отклонения от вертикального уровня применяются различные способы устранения возникших дефектов:
- Если отклонения по вертикальному уровню незначительные, в пределах до 20 или 30 мм, то в таком случае достаточно набить металлическую штукатурную или арматурную сетку на стены фундамента и нанести штукатурный цементно-песчаный раствор, тщательно выравнивая боковые грани фундамента по уровню или штукатурным маякам.
- Можно вместо выравнивающей штукатурки наклеить на криволинейную боковую стенку экструдированный пенополистирол толщиной 20 или 50 мм. В этом случае, кроме иборьбы линейных дефектов неровности, будет выполнена дополнительно теплоизоляция фундаментных стен.
- В случае значительного уровня кривизны фундамента (более 50 мм) необходимо снова уставить опалубку, закрепить на боковые стены металлическую сетку из арматурной стали и залить бетонной смесью.
При заливке вертикальной стенки, бетонную смесь надо тщательно уплотнить, чтобы не было пустот и раковин в теле бетона. Выполнить эту процедуру можно при помощи строительного вибратора или вручную длинным куском арматуры.
Дефекты горизонтальной поверхности фундамента
Фундамент для здания должен иметь не только ровные стены, но и строго горизонтальную поверхность верхней части. При строительстве домов на верхнюю часть фундамента укладывается насухо горизонтальная прокладочная гидроизоляция из двух слоев рубероида или другого гидроизолирующего материала и только после этого начинается возведение стен.
Неровность верхнего уровня фундамента может получиться в нескольких случаях:
- Неправильно выполненная подготовка основания фундамента. Перед установкой опалубки для заливки фундамента, нужно обязательно сделать песчаную подготовку не менее 100 мм, такая толщина позволить сровнять неровности земли. Песок засыпается, проливается водой и тщательно уплотняется. На этом этапе легко добиться горизонтального уровня основания фундамента с помощью строительного уровня. Прочность пролитой водой и утрамбованной песчаной подушки сравнима с прочностью цементной стяжки такой же толщины. Горизонтальная песчаная подушка служит гарантией ровного фундамента.
- Несоответствие нулевой отметке уровня фундамента. Под нулевой отметкой в строительстве принято считать уровень чистого пола первого этажа. Верхнюю часть фундамента здания, выступающую над поверхностью земли, строители называют цоколем здания. Из всех этих определений понятно, что нулевой уровень фундамента – это не что иное, как верхний уровень цоколя. Если залитый фундамент ниже проектного уровня чистого пола, то такой фундамент надо выравнивать.
Если верхняя часть фундамента имеет отклонение от горизонтали, то тогда уложенная гидроизоляция будет неплотно прилегать, что может вызвать постепенное разрушение постройки.
Выравнивание горизонтали фундамента
Выравнивание фундамента по горизонту возможно несколькими способами. Если величина отклонения от верхнего края цоколя и проектной нулевой отметкой в пределах до 30 мм, то в этом случае необходимо сделать следующие шаги:
- Вначале необходимо отметить нулевую проектную отметку здания. Этот важный шаг рекомендуется выполнить с помощью геодезического прибора – нивелира. Но не у всех есть возможность применить нивелир, да и не все могут им пользоваться. Есть доступная простая альтернатива определения нулевой отметки с помощью строительного гидроуровня, которым легко можно передать проектную отметку на все углы конструкции фундамента. После определения «нуля» здания, следует перенести этот уровень на верхнюю часть залитого фундамента.
- Если указанная выше величина в пределах до 40 мм, то в этом случае необходимо провести несколько другую работу по выравниванию горизонтальности фундамента. Чтобы вывести цоколь дома под ноль необходимо повторно установить опалубку и на ее внутренней части отметить проектный нулевой уровень. Для этой цели хорошо использовать малярный шнур – отбивку с синим или красным пигментом и с его помощью отбить по всей длине опалубки проектную отметку. После этого выполнить подливку цементно-песчаным раствором высокой марки, предварительно уложив по всей горизонтальной поверхности фундамента арматурную металлическую сетку.
- Если величина отклонения в пределах 50 мм, то в этом случае вывести фундамент в ноль можно с помощью кирпичной кладки, которую впоследствии легко заштукатурить. Класть кирпич нужно на слой цементного раствора непосредственно на горизонтальную часть фундамента.
Намного больше трудозатрат понадобится при значительном отклонении от проектной нулевой точки. Иногда неопытные строители могут залить фундамент так, что до нулевой отметки не хватает значительного расстояния в 200 или 300 мм. Для иборьбы такого недостатка помимо установления опалубки потребуется устройство армирующего пояса по всей площади горизонтальной части фундамента. Армопояс состоит из пространственного арматурного каркаса и бетонной смеси.
После установки опалубки отбивают на ней нулевой уровень, устанавливают пространственный арматурный каркас армопояса и заливают бетонной смесью до намеченного уровня.
Особенности выравнивания столбчатых фундаментов
Столбчатый фундамент намного экономичнее ленточного и именно поэтому ему отдают предпочтение при выборе опорной конструкции здания. Выполняется в виде отдельных столбов из бетона или кирпича, на которые впоследствии передается нагрузка от несущих конструкций здания и поэтому нужна повышенная точность при устройстве такого вида фундамента. Чаще всего столбчатый фундамент выполняется из кирпича или шлакоблока. Как вывести ноль на фундаменте и как исправить неточности горизонтального уровня помогут следующие рекомендации:
- Столбчатые фундаменты, выполненные из кирпича, располагаются с определенным шагом на площадке будущей постройки. Чтобы выложить верх кирпичных столбов фундаментов на один уровень, можно прибегнуть к помощи гидроуровня и последовательно передать нулевую отметку на каждый отдельно стоящий фундамент. При определении отклонения от единого проектного нулевого уровня нужно продолжить кладку кирпичом на необходимую высоту.
- Если величина отклонения меньше высоты кирпича и вывести ноль кирпичом не получится, то тогда можно выкладывать на поверхности столбов фундамента цементный раствор высокой марки по предварительно выставленной опалубке.
Видеопример выравнивания фундаментов можно увидеть по адресу: Исправить дефекты и выровнять фундамент вполне возможно, правда для этого потребуется немало сил и времени. Исправлять недостатки в строительстве всегда сложно и затратно. Лучше всего перед началом строительных работ внимательно ознакомиться с технологией производства работ, последовательно выполнять все этапы строительства и тогда не будет возникать досадных недостатков при возведении фундаментов.
Особенности устройства оснований зданий, возводимых на пучинистых грунтах
Глубина заложения фундаментов должна быть достаточной для того, чтобы не происходило промерзание пучинистого грунта под подошвой фундамента, т. е. глубина заложения фундамента должна быть чуть больше, чем расчетная глубина промерзания грунтов.
Существенно уменьшить глубину заложения фундаментов по условиям морозного мучения можно за счет применения:
• теплозащиты грунта (например, пенопластом, керамзитом и пр.);
• водозащитных мероприятий, которые значительно уменьшают степень пучинистости грунта;
• заложения под подошвой фундаментов и по боковой поверхности подушек из непучинистого грунта вместо пучинистого;
• защиты боковой поверхности фундаментов от смерзания с грунтом путем применения специальных конструктивных мероприятий;
• ряда конструктивных мероприятий, которые сведут к минимуму пагубное воздействие неравномерных деформаций основания при оттаивании и замерзании пучинистого грунта без нарушения прочности верхних конструкций и ухудшения эксплуатации зданий и сооружений.
При строительстве в зимний период необходимо так же исключить всякую возможность морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов (что рано или поздно непременно приведет к нарушению целостности фундамента) за счет:
• защиты основания от увлажнения поверхностными водами и верховодкой;
• своевременной засыпкой грунтом пазух фундаментов;
• утепления фундаментов теплоизоляционными материалами или грунтом.
Следует отметить, что морозное пучение грунтов является очень серьезной силой, которая может вызвать значительные деформации конструкций зданий и сооружений (появление трещин, обрушение конструкций и др.).
К примеру, промерзание грунта на каждые 8 см приведет к морозному пучению и окажет на подошву фундамента давление порядка 0,6-1,0 кгс/см 2 (минимальное значение от промерзания слабопучинистого грунта и максимальное – сильнопучинистого).
Укладка фундаментов на промороженный грунт (без его отогрева) не допускается.
Необходимо отметить, что деформации конструкций от морозного пучения грунта особенно неблагоприятны вследствие их знакопеременности и ежегодного повторения.
Водозащитные мероприятия должны предотвратить локальное замачивание грунтов основания атмосферными или производственными водами, для этого необходимо:
• предусмотреть планировку территории, обеспечивающую надежный отток атмосферных вод от здания;
• выполнить организованный отвод вод с кровли здания;
• предусмотреть отмостку такой ширины, чтобы она перекрывала не менее чем на 0,3-0,5 м пазухи засыпанных котлованов. Отмостки должны иметь уклон не менее 3°. Вода отводиться с отмостки от здания за счет правильной планировки территории;
• все вводы и выпуски водонесущих трубопроводов (водопровод, канализация и т. д.) должны обеспечить надежность соединений, исключающих возможность замачивания грунта.
Защита боковой поверхности фундамента плоским асбестоцеменмным листом: 1 — песчаная подушка из средне- или крупнозернистого песка; 2 — боковая поверхность; 3 — плоский асбестоцементный лист; 4 — армированный пояс из арматуры 0 All (5 шт.); 5 — отмостка; 6 — фундамент; 7 — ур. пола 1-го этажа; 8 — гидроизоляция
Защита боковой поверхности фундамента экраном из грунта:
1 — песчаная подушка из средне- или крупнозернистого песка; 2 — боковая поверхность; 3 — средне- или крупнозернистый песок; 4 — экран из уплотненного глинистого фунта; 5 — армированный пояс из арматуры 0 All (5 шт.); 6 — отмостка; 7 — фундамент; 8 — уровень пола 1-го этажа; 9 — гидроизоляция
Конструктивные мероприятия, обеспечивающие восприятие неравномерных деформаций основания, включают в себя:
• разбивку здания на отдельные отсеки осадочными швами. Отсек должен иметь правильную геометрическую форму в плане и одинаковую высоту;
• устройство непрерывных армированных поясов на уровне низа фундаментов и покрытий.
Пояса должны быть высотой не менее 15 см и перекрывать полностью наружные и внутренние стены. Армирование поясов выполнить из арматуры 5 0 АII (5 шт.), укладываемых без перерыва с нахлестом не менее 300 мм.
Ниже приведены примеры устройства антипучинистых мероприятий для фундаментов, возводимых в грунтах, обладающих свойствами морозного пучения (грунтовые воды в расчетной зоне отсутствуют).
Пример 1. Устроить песчаную подушку из средне-или крупнозернистого песка; окрасить боковую поверхность горячим битумом 2 раза; установить плоский асбестоцементный лист для предотвращения бокового смерзания фундамента с грунтом; устроить армированные пояса из арматуры Ø 10 АII (5 шт.); выполнить отмостку шириной, перекрывающей не менее чем на 400 мм пазухи котлована, но не менее — 1000 мм.
Упрощенный вариант устройства фундаментов для одноэтажных деревянных зданий:
2 — боковая поверхность;
3 — армированный пояс из арматуры Ø АII (5 шт.);
4 — отмостка шириной 700 мм;
6 — уровень пола 1-го этажа;
Пример 2. Устроить песчаную подушку из средне-или крупнозернистого песка; окрасить боковую поверхность горячим битумом 2 раза; засыпать пазухи средне- или крупнозернистым песком; устроить экран из уплотненного глинистого грунта; устроить армированные пояса из арматуры Ø АII (5 шт.); выполнить отмостку шириной, перекрывающей не менее чем на 400 мм пазухи котлована, но не менее -1000 мм.
Пример 3. Для одноэтажных деревянных зданий и сооружений можно предложить упрощенный вариант устройства фундаментов.
Устроить песчаную подушку из средне- или крупнозернистого песка; окрасить боковую поверхность горячим битумом 2 раза; сделать армированные пояса из арматуры Ø AН (5 шт.) и выполнить отмостку шириной 700 мм.
Отмостка выполняется по периметру наружных стен и имеет состав:
• подстилающий слой — щебень толщиной 100 мм по уплотненному основанию;
• покрытие — бетон В17,5, толщиной 100 мм, армированный сеткой. Через 3 м по длине необходимо устроить деформационные швы путем установки на ребро доски толщиной 20-25 мм.
Вместо бетона в качестве покрытия можно уложить асфальтобетон толщиной 70 мм.
