Что такое фундамент и основание: в чем их ключевые отличия

Фундамент и основание — это два термина, которые часто используются в строительстве, но они имеют различия. Фундамент представляет собой нижнюю часть строительной конструкции, которая принимает нагрузку от всей конструкции и распределяет её на землю. Он обеспечивает стабильность и долговечность здания, предотвращая его осадку и другие деformations.

Основание, в свою очередь, обычно подразумевает подготовительный слой, который находится под фундаментом и служит для обеспечения равномерного распределения нагрузки. Иногда основание может быть дополнительно укреплено или изолировано, чтобы улучшить характеристики фундамента. Таким образом, основание выполняет вспомогательную функцию, тогда как фундамент является основным элементом, обеспечивающим устойчивость всей конструкции.

Разница между фундаментом и основанием

Toggle navigation

Ремонт в регионах

Москва 2,078

1. Главная
2. Строительство
3. Фундамент
4. Основания зданий и сооружений

Основания зданий и сооружений

Все здания и сооружения основываются на грунте. Слой грунта, на который передаются нагрузки от здания или сооружения, называется основанием. Грунт как основание здания или сооружения должен быть однородным и обладать достаточной несущей способностью.

Несущая способность грунта характеризуется его расчетным сопротивлением; учитывая, что практически все грунты (кроме скальных) под действием нагрузки дают со временем осадки, расчетное сопротивление выбирают исходя из величины безопасных для зданий и сооружений многолетних осадок. Поэтому расчетное сопротивление зависит не только от качества грунта непосредственно под подошвой фундамента, но и от напластования грунтов в пределах всей сжимаемой толщи и определяется по результатам бурения скважин (рис. 1) при изысканиях на площадке.

Однородность в пределах площади, занимаемой зданием или сооружением, важна для обеспечения равномерных осадок. Неравномерные осадки особенно опасны.

Рис. 1. Разрез по скважинам

Грунт, используемый в качестве основания без каких-либо мероприятий по изменению его свойств, называется естественным основанием. Применяя мероприятия, повышающие несущую способность грунта, получают искусственное основание.

В СНиПе предусмотрена разработанная специально для строительных целей следующая классификация грунтов как естественных оснований:

Вечномерзлые грунты распространены в России в основном за полярным кругом, но встречаются (в виде островной вечной мерзлоты) даже южнее 50-й параллели (южнее Иркутска, Читы и др.).

В своем природном состоянии все виды вечномерзлых грунтов обладают высокой несущей способностью. Однако при оттаивании (размораживании) водонасыщенных вечномерзлых грунтов их несущая способность может снизиться до нуля, например при наличии в толще грунта масс ископаемого льда.

Основными видами искусственных оснований промышленных зданий и сооружений являются следующие:

1. Песчаные подушки (рис. 2, а) заменяют природный слабый грунт под фундаментом (слоем более качественного искусственного песчаного грунта). Размеры песчаной подушки определяются расчетом так, чтобы давление от подушки на нижележащий природный слой грунта не превышало его несущей способности.

2. Свайное основание. В зависимости от способа передачи нагрузки сваями на грунт различают сваи-стойки (рис. 2, б), опирающиеся концами на плотный, глубоко залегающий слой грунта (материк), и висячие (рис. 2, в), держащиеся в грунте трением или зацеплением.

В зависимости от способа опускания в грунт сваи делят на забивные (железобетонные) и набивные (бетонные, железобетонные), бетонируемые непосредственно в скважинах, предварительно получаемых вращательным или ударным бурением.

Рис. 2. Искусственные основания;

а — песчаная подушка; б — свайное основание со сваями-стойками; в то же, с висячими сваями;1 — песчаная подушка; 2 — изобары

Из перечисленных наиболее распространены железобетонные забивные сваи квадратного сечения со стороной 200-400 мм. В последние годы в практике строительства крупных сооружений (мостов, башенных копров и др.) все чаще применяются сваи-оболочки в виде железобетонных труб диаметром до 3 м. Такие сваи опускаются в грунт (до материка) при помощи вибропогружателей, затем грунт из полости сваи удаляется и свая (в нижней части) заполняется бетоном.

Применение свайных фундаментов в промышленном строительстве до сих пор ограничивалось случаями наличия на строительной площадке слабых грунтов. Исследования, проведенные в последние годы, показали, что свайные фундаменты можно успешно применять и при нормальных грунтовых условиях, при глубине заложения фундаментов 3—4 м, так как, несмотря на сравнительно высокую стоимость забивки свай, уменьшение объема земляных работ и объема бетона в фундаментах делается свайные фундаменты более экономичными.

3. Различные способы закрепления или уплотнения грунтов. Сюда относятся:

1. цементация слабых песчаных грунтов путем нагнетания в грунт жидкого цементного теста;
2. силикатизация грунтов путем нагнетания в грунт жидкого стекла и раствора хлористого кальция;
3. уплотнение лёссовидных грунтов грунтовыми сваями, т. е. набивкой местного грунта в скважины, предварительно пробитые в грунте;
4. уплотнение грунта тяжелыми механическими трамбовками; при диаметре трамбовок 1,3 м и весе 2 г достигается уплотнение грунта в глубину на 1,5—2,5 м;
5. поверхностное уплотнение грунта гладкими или кулачковыми катками (применяется при устройстве полов).

Для закрепления водонасыщенных грунтов и во избежание затопления котлована на время постройки сооружений глубокого заложения используют также замораживание мелкозернистых грунтов и битумизацию трещиноватых скальных грунтов.

В связи с бесконечным разнообразием местных грунтовых условий выбор основания и его расчетного сопротивления может быть сделан только на основании инженерно-геологических изысканий на местности. Конкретной целью таких изысканий является выявление напластования грунтов, их влажности, уровня и химического состава грунтовых вод и др.

Глубина заложения фундаментов

Глубина заложения фундаментов, основываемых на скальных и крупнообломочных грунтах и на песках гравелистых крупных и средней крупности, принимается независимо от глубины промерзания и уровня грунтовых вод.

Глубина заложения фундаментов, основываемых на песках мелких и пылеватых, а также на супесях, суглинках и глинах малой и средней влажности, определяется в зависимости от взаимного расположения уровня промерзания и уровня грунтовых вод (рис. 1). При тех же грунтах, но высокой влажности, глубина заложения фундаментов принимается во всех случаях не менее глубины промерзания, во избежание повреждения зданий при пучении грунта.

Рис. 1. Глубина заложения фундаментов в глинистых грунтах

Глубина заложения фундаментов внутренних стен и колонн отапливаемых зданий принимается независимо от глубины промерзания, поскольку грунт промерзает только по периметру такого здания.

Верх фундаментов сборных железобетонных колонн располагают на уровне планировки грунта, так как это дает возможность полностью закончить работы нулевого цикла (устройство фундаментов, прокладку подземных коммуникаций, обратную засыпку всех котлованов и траншей и планировку поверхности грунта) до начала работ по монтажу каркаса, покрытия и других надземных частей здания.

Верх фундаментов стальных колонн приходится располагать на 0,8—1,0 м ниже с таким расчетом, чтобы башмак колонны был закрыт полом.

Если при этом подошвы фундаментов не достигают необходимой глубины заложения, то под фундамент закладывают подушку из тощего бетона, плотно утрамбованного песка или шлака и прочее (рис. 2, а) или делают фундамент с удлиненным подколонником (рис. 2, б).

Заглубленные фундаменты монолитных железобетонных колонн из тех же соображений бетонируют совместно с подколенником (рис. 2,в).

Рис. 2. Способы заглубления подошвы фундаментов: а — фундамент сборной железобетонной колонны с подушкой; б — то же, с железобетонным подколонником; в — фундамент монолитной железобетонной колонны: 1 — фундамент; 2—подушка; 3 — подколонник

В тех случаях, когда в здании имеются туннели, приямки или подвалы, фундаменты, непосредственно примыкающие к таким сооружениям, закладывают на такую глубину, чтобы при вскрытии котлована с соблюдением углов естественного откоса грунта все фундаменты основывались на нетронутом грунте (рис. 3,а). С этим требованием необходимо также считаться, когда проектируемое здание пристраивается к существующему.

Рис. 3. Уступчатое заглубление фундаментов:

а — фундаменты колонн; б — ленточный фундамент стены В фундаментах под стены переход от более заглубленных частей к менее заглубленным делают уступами (рис. 3, б).

Выбор основных размеров фундамента

Расчетное сопротивление основания зависит от многих причин — вида грунта, его пористости, влажности, напластования слоев и обычно лежит в пределах от 1 до 2—2,5 кГ/см2.

Площадь подошвы F центрально нагруженного фундамента определяется по формуле центрального сжатия.

При внецентренном расположении колонны на фундаменте, при наличии в нижнем сечении колонны изгибающего момента или поперечной силы основание под подошвой фундамента работает на внецентренное сжатие. При этом отрицательные (растягивающие) напряжения под подошвой фундамента не допускаются.

Конструкции фундаментов

Фундаменты под несущие стены располагаются по всему их периметру и называются ленточными (рис. 4, а).

Сборный ленточный фундамент выкладывается на растворе, из блоков двух видов: стеновых бетонных (неармированных) пустотелых блоков и железобетонных блоков-подушек. При малой нагрузке на фундамент и высоком расчетном сопротивлении основания блоки-подушки могут отсутствовать.

Бутовые ленточные фундаменты — раньше очень широко распространенные — имеют по сравнению со сборнымиными- го больший объем (рис. 4, б, в), совершенно не индустриальны, трудоемки и, кроме того, требуют высококвалифицированной рабочей силы. По этим причинам они в промышленном строительстве теперь не применяются.

Фундаменты сборных железобетонных колонн (рис. 5, а) делают в виде ступенчатого массива, армированного понизу, с выемкой (называемой стаканом) для колонны. После установки колонны остающийся объем стакана заполняется бетоном. После его отвердения колонна и фундамент превращаются в единое целое.

Рис. 4. Ленточные фундаменты: а — план; б — сечение сборного ленточного фундамента; в — сечение бутового ленточного фундамента; 1 — продольная стена; 2 — поперечная стена; 3 — прямоугольный блок; 4 — блок-подушка

Рис. 5. Конструкции фундаментов колонн: а — ступенчатый фундамент сборной железобетонной колонны; б — фундамент стальной колонны; 1 — железобетонная колонна; 2 — башмак стальной колонны

Фундаменты сборных колонн, имеющие небольшой вес, делают сборными, т. е. изготовляют на заводе (или полигоне) и устанавливают на место кранами на слой песка или гравия. Крупные фундаменты колонн бетонируются на месте.

Фундамент монолитной колонны отличается от фундамента сборной колонны отсутствием стакана. Для связи колонны с фундаментом ее арматура доводится до низа фундамента.

Фундамент стальной колонны (рис. 5, б) делают с тщательно выравненной поверхностью, из которой выступают анкерные болты, закладываемые в фундамент при его бетонировании. Стальную колонну устанавливают башмаком на фундамент так, чтобы анкерные болты прошли в вырезы (или отверстия) башмака, и закрепляют гайками.

При проектировании многоэтажных зданий с тяжелыми нагрузками на слабых грунтах иногда приходится от отдельно стоящих фундаментов переходить к ленточным железобетонным (монолитным) фундаментам (рис. 6). При значительной ширине лент (приближающейся к расстоянию между осями колонн) они сливаются, превращаясь в сплошную плиту с выступающими вверх ребрами.

Рис. 6. Фундамент в виде пересекающихся железобетонных лент

При резко различающейся высоте соседних частей здания, при расширении и в других случаях во избежание повреждения конструкций в результате неравномерных осадок фундаментов, здание разрезают до грунта осадочными швами, которые в надземной части совмещают с температурными.

Фундаментные балки

заменяют собой фундаменты для самонесущих и нижней части ненесущих стен. Эти балки всегда делают сборные железобетонные. Ширина фундаментной балки поверху определяется толщиной опирающейся на нее стены; ширина понизу, определяемая расчетом прочности балки и необходимостью размещения арматуры, обычно бывает меньше. Поэтому фундаментные балки имеют тавровое поперечное сечение.

Рис. 7. Фундаментные балки, 1 — бетонные столбики

Фундаментные балки укладывают концами на уступы фундаментов колонн так, чтобы верх балок располагался на 30 мм ниже уровня пола. С этой целью под концами фундаментных балок делают бетонные столбики необходимой высоты.

Проектирование гражданских зданий

Фундаменты вместе с грунтовым основанием в значительной мере оказывают влияние на прочность и устойчивость здания.

Толщину грунта, залегающую под фундаментом и воспринимающую нагрузку от здания, называют естественным основанием. Если природный массив грунта не способен воспринимать нагрузки от возводимого здания и требует работ по его усилению, то такое основание называют искусственным.

При возведении зданий на естественном основании грунты, залегающие в толще этого основания, должны иметь небольшую и равномерную сжимаемость. Это обусловлено тем, что в естественном состоянии между частицами грунта имеются неплотности (зазоры), уменьшающиеся под воздействием нагрузки. Уплотнение грунтов под нагрузкой вызывает равномерную осадку здания, не представляющую для него опасности. Однако значительная и неравномерная сжимаемость грунтов может вызвать повреждение и даже разрушение здания;

– грунты должны иметь достаточную несущую способность. Их физикомеханические свойства определяют при инженерно-геологическом исследовании площадки строительства;

– грунты не должны иметь пучинистых свойств. Известно, что при замерзании грунты увеличиваются в объёме, а при оттаивании уменьшаются. Это приводит к неравномерной осадке здания и появлению в нём деформационных трещин;

– грунты должны противостоять воздействию грунтовых вод, которые растворяя некоторые породы, выносят из их толщи мельчайшие частицы. В результате появляется пористость основания, которая снижает его несущую способность.

При возведении зданий наибольшую опасность представляет деформация основания. Коренное изменение структуры залегающих грунтов под воздействием нагрузки от здания, называют их просадкой. Просадка возможно и при недостаточной толщине плотных грунтов, т.е. если ниже залегает массив рыхлых грунтов.

При наклонном залегании грунтов на косогорах под действием нагрузок от здания возможен оползень, т.е. сползание залегающего массива основания.

Краткая характеристика грунтов основания

В качестве оснований могут быть использованы различные грунты:

– скальные – в виде сплошного или трещиноватого массива из кварцитов, известняков, песчаников и других каменных пород. Такие грунты практически несжимаемы, не подвержены пучению, водоустойчивы и являются идеальным основанием;

– крупнообломочные – в виде слоёв крупного камня (валунов), гальки. Эти грунты малосжимаемы, непучинисты, водоустойчивы и представляют собой хорошее основание;

– песчаные, в зависимости от размера частиц подразделяются на пески гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Гравелистые, крупные и средней крупности пески под нагрузкой быстро уплотняются, при замерзании не вспучиваются и являются прочным и надёжным основанием. Мелкие и пылеватые пески при увлажнении и последующем замерзании становятся пучинистыми. Несущая способность их при увлажнении уменьшается. Пылеватые пески в водонасыщенном состоянии становятся неспособными воспринимать нагрузки;

– глинистые, в сухом или маловлажном состоянии способные воспринимать значительные нагрузки. Однако при увлажнении их несущая способность снижается. Такие грунты отличаются длительной осадкой под нагрузкой и вспучиванием при замерзании;

– лессовидные в естественном состоянии имеют поры в виде вертикальных трубочек, различаемых невооружённых глазом. Такие грунты в сухом состоянии обладают достаточной несущей способностью. Однако при увлажнении структура лессовидных грунтов разрушается, и под действием нагрузки образуются просадки. При использовании таких грунтов в качестве оснований требуются специальные меры по укреплению и защите от увлажнения;

– насыпные, образованные при засыпке оврагов, прудов и других мест. Такие грунты неоднородны по структуре, их несущая способность зависит от того, когда сделана насыпь. Для использования таких грунтов в качестве оснований необходимы исследования их несущей способности.

Строительство гражданских и промышленных зданий

Геологические породы, залегающие в верхних слоях земной коры и исполь­зуемые в строительных целях, называют грунтами. Грунты предстаиляют собой скопление частиц различной величины, между которыми находятся поры (пу­стоты). Прочность сцепления между ча­стицами грунта во много раз меньше прочности самих частиц. Эти частицы образуют скелет грунта,Основанием называют массив грунта, расположенный под фундаментом и воспринимающий нагрузку от здания. Основания бывают двух видов: есте­ственные и искусственные,Естественным основанием назы­вают грунт, залегающий под фундамен­том и способный в своем природном состоянии выдержать нагрузку от возведен-ного здания.Искусственным основанием на­зывают искусственно уплотненный или упрочненный грунт, который в природ­ном состоянии не обладает достаточной несущей способностью по глубине зало­жения фундамента.Нагрузка, передаваемая фундаментом, вызывает в грунте основания напряжен­ное состояние и деформирует его.

На рис, 4.1 показана, примерная форма на­пряженного объема грунта. Как видно из рисунка, глубина и ширина напряженной зоны значительно превышают ширину фундамента.По мере углубления ниже фундамента область распространения напряжений увеличивается до определенного значе­ния, а их абсолютная величина снижает­ся, и постепенно область распростране­ния напряжений уменьшается. На глуби­не более 6b грунт практически не испыты­вает напряжений.Действующие нагрузки деформируют основания, вызывая осадку здания.

Рис. 4.1.

Напряженная дона грунта основания под подошвой фундамента:b — ширина фундамента, Р — нагрузка от здания, передаваемая фундаментом на основание В со­ответствии с изложенным грунты, соста­вляющие основание, должны отвечать следующим требованиям: обладать до­статочной несущей способностью, а так­же малой и равномерной сжимаемостью (большие и неравномерные осадки здания могут привести к его повреждению и да­же разрушению); не быть пучинистыми, т. е. иметь свойство увеличения объема при замерзании влаги в лорах грунта (в соответствии с этим требованием выби­рают глубину заложения фундамента, ко­торая должна быть согласована с глуби­ной промерзания грунта в районе строи­тельства); не размываться и не раство­ряться фунтовыми водами, что также приводит к снижению прочности основа­ния и появлению непредусмотренных оса­док здания; не допускать просадок и оползней.Просадки могут произойти при недо­статочной мощности слоя фунта, приня­того за основание, если под ним распола­гается грунт, имеющий меньшую прочность (более слабый грунт). Оползни фунта могут возникнуть при наклонном расположении пластов грунта, ограниченных крутым рельефом местности.Главное же внимание при проектирова­нии уделяется вопросу обеспечения рав­номерности осадок.

При этом необходи-мо прежде всего учитывать, что нагрузка от здания может вызнать рам рушение ос­нования при его недостаточной несущей способности. С другой стороны, основа­ние может и не разрушиться, но осадка здания окажется столь неравномерной, что в стенах здания появятся трещины, а в конструкциях возникнут усилия, могу­щие привести к аварийному состоянию всего здания или его части.Грунты оснований зданий и сооруже­ний не должны обладать свойством пол­зучести, т. е. способностью к длительной незатухающей деформации под нагрузкой. Классическим примером этого является почти 800-летняя осадка Пизанской башни, строившейся более 200 лет (рис. 4,2). Грунтовые воды оказывают значитель­ное влияние на структуру, физическое со­стояние и механические свойства грунтов, понижая несущую способность основа­ния.

Рис 4.2 Разрез Пизанской башни Если же в грунте содержатся легко рас­творимые в воде вещества (например, гипс), возможно выщелачивание его, что влечет за собой увеличение пористости основания и снижение его несущей спо­собности. Для этого в необходимых слу­чаях понижают уровень грунтовых вод, Когда скорость движения грунтовых вод такова, что возможно вымывание частиц мелкозернистых грунтов, необходимо применять меры по защите основания. Для этого устраивают вокруг здания спе­циальное шпунтовое ограждение или дре­наж,Каковы же основные виды грунтов и их свойства?

Рис, 4.3. Пример геологического разреза участка строительства здания: а — план расположения скважин, б—колонка буровой скважины; в — геологический профиль грунтового массива, УВГВ — уровень верхних грунтовых вод, УИГВ — уровень низких грунтовых вод Результаты геологических и гидрогео­логических исследований заносят в спе­циальные журналы, после чего соста­вляют чертежи вертикальных разрезов (колонок) буровых скважин или шурфов и по ним — геологического профиля грун­тового массива с указанием полных ха­рактеристик пластов грунта и положения уровня грунтовых вод, что дает основа­ние для принятия необходимых решений (рис.

4.3, б, г).Если грунт на участке строительства не удовлетворяет предъявляемым требова­ниям, а здание необходимо возводить именно в этом месте, то устраивают ис­кусственные основания. Такие основания при возведении зданий на слабых фунтах устраивают путем их искусственного упрочнения или заменой слабого грунта более прочным.

Упрочнение грунта мо­жет быть осуществлено следующими спо­собами :1. Уплотнением — пневматическими трамбовками (иногда с втрамбовагжем щебня или гравия) или трамбовочными плитами массой от 2 до 4 т, которые имеют вид усеченного конуса с диаме­тром основания не менее I м (из железо­бетона, стали или чугуна).

Этот способ применяют в случае, если грунты недо­статочно плотные, а также при насыпных грунтах. Для уплотнения больших пло­щадей используют катки массой 10. 15 т. Если грунты песчаные или пылеватые, то для их уплотнения применяют также по­верхностные вибраторы. Необходимо от­метить, что этот метод ниляется более эффективным, так как грунт уплотняется быстрее.2.

Силикатизацией — для закрепления песков, пылеватых песков (плывуиов) и лёссовых грунтов. Для этого в песчаный грунт поочередно нагнетают растворы жидкого стекла и хлористого кальция, для закрепления пылеватых песков — раствор жидкого стекла, смешанного с раствором фосфорной кислоты, а для закрепления лёссов — только раствор жидкого стекла.

В результате нагнетания указанных растворов грунт по истечении определенного времени каменеет и имеет значительно большую несущую способность.3. Цементацией — путем нагнетания в грунт по трубам жидкого цементного раствора или цементного молока, ко­торые, затвердевая в порах грунта, при­дают ему камневидную структуру.

Це­ментацию применяют для укрепления гравелистых, крупных и среднезернистых песков.4. Обжигом (термическим способом) — путем сжигания горючих продуктов, по­даваемых в специально устраиваемые скважины под давлением.

Этот способ используют для укрепления лёссовых просадочных грунтов,Если уплотнить или закрепить грунт затруднительно, слой слабого грунта за­меняют более прочным. Замененный слой грунта называют подушкой. При неболь­шой нагрузке на основание применяют песчаные подушки из крупного или сред­ней крупности песка. Толщина полушки должна быть такой, чтобы давление на нижележащий слабый слой фунта не пре­вышало его нормативного сопротивле­ния.

• Двери и их конструктивные решения
• Конструкции стеновых панелей
• Кирпичные стены
• Специальные эвакуационные пути
• Конструктивные решения зданий из крупных блоков
• Фундаменты и их конструктивные решения
• Полы и их конструктивные решения