Если подошва фундамента выполнена не по уровню, это может привести к неравномерному распределению нагрузки на стены и перекрытия, что в свою очередь может вызвать деформацию здания и трещины в конструкциях. Очень важно при строительстве следить за уровнем всех элементов, чтобы обеспечить долговечность и безопасность сооружения.
Для исправления проблемы необходимо провести тщательную проверку уровня фундамента и при необходимости выполнить корректировку, которая может включать поднятие низких участков или выемку высоких. Крайне важно осуществить такие работы до начала возведения стен, чтобы избежать более серьезных последствий в будущем.
Основания и фундаменты транспортных сооружений: Электронный учебник , страница 10
В пределах водотока регулирующим фактором при назначении глубины заложения фундамента является величина местного размыва грунта у опоры. В этом случае подошва фундамента мелкого заложения должна располагаться глубже уровня местного размыва не менее чем на 2,5 м.
В отношении размеров подошвы фундамента следует иметь в виду следующее.
1. Размеры подошвы должны быть достаточными, для обеспечения прочности грунта основания и развития осадок и кренов фундамента не более допустимых. Выполнение этих условий, в принципе, возможно и для минимально допустимой глубины заложения фундамента.
2. Конструкция фундамента должна быть экономически целесообразной. Поэтому, минимальная глубина заложения фундамента может привести к необходимости конструирования гибкого фундамента мелкого заложения, т.е. с углом развития фундамента более 30°. Такой вариант фундамента, как правило, не является рациональным. Поэтому глубина заложения фундамента и размеры его подошвы подбираются такими, чтобы обеспечить работу фундаментной конструкции как жесткого тела.
Указанные требования приводят к необходимости выбирать в качестве несущего слоя грунт, обладающий наибольшей прочностью, а также глубину заложения фундамента, позволяющую выполнить конструкцию жесткого фундамента мелкого заложения. В то же время, при соответствующем экономическом обосновании, не исключается возможность применения в качестве фундамента мелкого заложения и гибкой конструкции.
В заключение приведем пример оформления фундаментной части промежуточной опоры моста. Рассмотрим случай массивного жесткого фундамента. Располагая принятыми геометрическими параметрами, конструктивное решение фундамента выполняется в соответствии с рис. 3.5.
Рис. 3.5. Пример конструирования ФМЗ.
3.3. Расчет фундамента мелкого заложения по первой группе
предельных состояний.
3.3.1. Проверка положения равнодействующей внешних нагрузок
Расчеты массивного фундамента мелкого заложения по первой группе предельных состояний предупреждают потерю несущей способности оснований, устойчивости положения фундамента против опрокидывания, сдвига по подошве, устойчивости фундаментов при воздействии сил морозного пучения грунтов, прочности и устойчивости конструкций фундаментов.
Расчеты по первой группе предельных состояний выполняют от сочетаний расчетных нагрузок, действующих в двух направлениях — в плоскости моста и плоскости опоры. Эти расчеты включают в себя следующие проверки:
1. проверки по среднему и максимальному давлению на основание в плоскости подошвы фундамента;
2. проверку несущей способности слабого подстилающего слоя основания;
3. проверку на опрокидывание фундамента относительно ребра;
4. проверку на сдвиг в плоскости подошвы;
5. проверка устойчивости против глубокого сдвига.
С целью обеспечения действия сжимающих напряжений по подошве фундамента требуется проверить положение равнодействующей внешних нагрузок относительно центра тяжести подошвы по формуле:
Относительный эксцентриситет определяется выражением:
где Fv и М — нагрузки, действующие по подошве; (при расчете поперек моста) и (при расчете вдоль моста) — момент сопротивления подошвы фундамента; А = ba — площадь подошвы фундамента.
Величина при действии постоянных и временных нагрузок принимается равной 1,0, а при действии только постоянных нагрузок 0,1.
3.3.2. Проверка несущей способности основания под подошвой
Проверки несущей способности основания под подошвой фундамента мелкого заложения выполняют отдельно вдоль и поперек моста по формулам:
где p и pmax — среднее по подошве и максимальное под краем фундамента давление, кПа; gс = 1,2 — коэффициент условия работ; gn = 1,4 — коэффициент надежности по назначению сооружения; R — расчетное сопротивление грунта несущего слоя для принятых размеров подошвы фундамента и глубине ее заложения от проектной отметки поверхности грунта или дна водотока (с учетом размыва).
Расчетное сопротивление R является основной характеристикой прочности грунта основания. Величина R устанавливается по эмпирической формуле [16]:
где R0 — условное сопротивление грунта несущего слоя (табл. 3.1, 3.2, 3.3); k1 и k2 — табличные коэффициенты для грунта несущего слоя (табл. 3.4); g = rg — средний в пределах глубины заложения d удельный вес грунта, кН/м 3 , r — средняя плотность грунта в пределах той же глубины, которую допускается принимать равной 2 т/м 3 , или определять по формуле:
где ri, hi – средняя плотность, т/м 3 , без учета взвешивающего действия воды и толщина отдельных слоев грунта, м, в пределах глубины заложения фундамента d; n – число слоев в пределах глубины d.
При ширине подошвы b > 6 м в формуле (2.5) принимают условно b = 6 м.
Примечание. Значения R0 даны для грунтов с песчаным заполнителем. Если в крупнообломочном грунте содержится свыше 40 % глинистого заполнителя, то значения R0 принимают по табл. 2.3 в зависимости от Ip, IL и e заполнителя.
Примечание. Для плотных песков R0 увеличивают в два раза, если их плотность определена статическим зондированием, и в 1,6 раза — лабораторными испытаниями.
Примечание. При значении числа пластичности грунтов Ip в интервале 5…10 и 15…20 значение R0 устанавливают интерполяцией по Ip, а для промежуточных значений показателя текучести IL и коэффициента пористости e — интерполяцией по IL и e.
Подошва для фундамента: что это, особенности устройства и расчетов конструкций
Основание или подошва фундамента – это горизонтальная плоскость, которой конструкция опирается на грунтовую основу. Подошва принимает на себя не только нагрузку от возведенного объекта, но также от бокового давления грунта, защищая при этом здание от разрушения. В зависимости от типа фундамента и особенностей грунтовой породы подошва обустраивается по-разному, но в любом случае ширина подошвы фундамента должна быть вдвое больше от самой фундаментальной конструкции, а высота как правило не превышает 30 сантиметров.
Подошва для фундамента — достоинства и недостатки, монтаж конструкции
Важным конструктивным элементом любого сооружения, от которого зависит продолжительность его эксплуатационного периода, является фундаментная основа. Чтобы нагрузочное воздействие железобетонной конструкции равномерно передавалось на почвенный состав, под ним устраивается подошва фундамента. Сооружается подошва в случаях, если предстоит строительство на слабом почвенном составе.
Особенности устройства подошв фундамента
Строительство любого объекта всегда начинают с закладки фундамента. Чтобы повысить прочность и надежность фундаментальной основы выполняют устройство подошвы фундамента.
По классификации фундаментных конструкций выделяют разные виды подошв фундаментов, которые отличаются между собой конструктивными особенностями и обустраиваются по определенным технологиям.
Ленточные фундаменты
Подошва ленточного фундамента укладывается вдоль периметра стен здания в виде замкнутой железобетонной полосы. Такое основание равномерно распределяет нагрузку, предотвращает перекосы и просадку строения, отлично справляется с силами пучения.
Для ленточных фундаментов подошвы могут быть:
- естественными, когда непосредственно на грунтовую породу передается нагрузка;
- свайными – первоначально нагрузка оказывается на сваи, а потом на грунт.
Чтобы подошва не разрушалась от воздействия грунтовых вод, для защиты ее обустраивают гравийно-песчаную подушку.
Монолитные ленточные фундаменты отличаются расположенной максимально близко к поверхности широким основанием, образующим надежную опору. Как правило такие конструкции выполняют в условиях высоко залегающих подземных вод или при слабом грунте.
Столбчатые фундаменты
Подошва столбчатого фундамента являет собой плитную поверхность с небольшими размерами. Для более прочного и надежного соединения от фундамента в тело подошвы заводятся арматурные стержни.
При использовании естественной основы подошва устраивается на утрамбованной и залитой бетонной смесью площадке. Если основание свайное, то подошва монтируется в виде верхнего сегмента, который распределяет нагрузку на созданную из объединенных ростверком балок поверхность.
Свайные фундаменты
Подошва выполняемого на уходящих в землю сваях фундамента монтируется из бетона и может быть монолитной или кольцевой. Основание подошвы фундамента монолитного типа выступает разновидностью опирающейся на заглубленные сваи плитной фундаментной конструкции.
Кольцевая подошва по конструктивным особенностям напоминает ленточный фундамент, который может находиться на уровне почвы, быть заглубленным в землю на определенную глубину или приподнятым вверх. При этом высота подошвы фундамента составляет 20-30 сантиметров.
Плитные фундаменты
При устройстве плитного фундамента лента подошвы может заливаться одновременно с плитой или же для нее делается отдельная опалубка и заливка бетонной смеси осуществляется перед созданием фундаментной конструкции. В обеих случаях подошва должна создаваться только на материнском твердом грунте и ни в коем случае не на насыпном. Глубина и структура подошвенного основания определяется по характеристикам грунтовой породы.
Установка опалубки
Продолжаем разбираться, как устраивается ленточный фундамент на подошве.
Установка вешек завершена, остается соорудить опалубку. Для этого следует использовать пиломатериал, размеры сечения которого составляют 50 на 300 мм, соединяя его металлическими скобами в виде буквы «П», удерживающими опалубочные щиты снаружи и внутри конструкции. Оптимальный интервал их установки – около пятнадцати сантиметров.
Опалубка выставляется с таким расчетом, чтобы фундаментные стены распределились по центру подошвы. После этого под прямым углом соединяется пара досок, которая выносится от разметочного шнура на удаление в 17.5 см. Такие действия необходимы, чтобы сформировать наружные углы.
Выполнив указанное мероприятие, устанавливаем и фиксируем доски под внутреннюю опалубочную стену. Крепежные скобы выставляются с каждой стороны стыковочного участка щитов.
Если доски стыкуются не слишком плотно, разъемные участки заделываются накладными дощечками, набитыми снаружи. Длинные концы накладываются на соседний щит и прибиваются внахлест.
Опалубочные доски следует выравнивать и корректировать, так как данный фактор оказывает непосредственное влияние на показатель прочности обустраиваемого элемента и на способность выполнять предназначенные ему функции.
Закончив установку опалубки, наиболее слабые ее участки частично подсыпаются грунтовым составом. Как правило, данная мера предосторожности необходима на стыковочных участках или в местах, где отсутствуют крепежные элементы. Засыпание песка предотвратит протечку бетонного раствора под опалубочные доски.
Заключительный этап – установка верхнего уровня края фундаментной подошвы. Выполнять такую разметку необходимо с применением теодолита. Уточняя уровень, делаются фиксаторы маленькими гвоздиками, забитыми до половины длины с шагом в один метр. Эти ориентиры помогут ровно залить бетонный раствор.
Плюсы и минусы подошв под фундаменты
Устройство фундамента на опорной подошве сопровождается рядом преимуществ:
- усиление прочности и долговечности строительного объекта;
- нагрузка на подошву в разы повышает несущие возможности фундамента;
- минимум ограничений по типу возводимого здания;
- возможность проводить строительные работы в любое время года;
- возможность выполнять строительство в местах с разными видами грунтовых пород, учитывая и слабые грунты.
В числе минусов создания фундаментов на подошвах отмечают:
- для грунтов с сильным вспучиванием или с глубоким уровнем промерзания подошвы не подходят;
- в случае с бетонным монолитом устройство подошв требует значительных трудозатрат и сам процесс занимает много времени, что в свою очередь увеличивает сроки строительства объекта;
- создание подошвенного основания существенно повышает расход материалов, в частности арматурных прутьев, опалубных досок и бетонного раствора;
- при возведении фундаментов заглубленных разновидностей устройство подошв требует наличия специализированной строительной техники и оборудования;
- фундаменты с опорной подошвой обходятся дороже в сравнении с обычными.
Наряду с относительно большим перечнем недостатков выполненный на опорном основании фундамент гарантирует сооружению надежность и долговечность, и пользуется высокой популярностью среди большинства застройщиков.
Подготовительные работы: установка вешек
Когда известны размеры фундамента, можно приступать к следующему этапу. Перед тем как начать непосредственно сооружение самой подошвы фундамента, нужно сделать внизу котлована разметку, обозначающую максимально четкое расположение фундамента постройки.
Удобнее всего ориентироваться по вешкам, которые установили геодезисты в процессе разметки строительной площадки еще до того, как был выкопан котлован.
Положение угловых точек внизу котлована находим при помощи капронового шнура, натягивая его между вешками и отвесом, которые были установлены геодезистами.
Схема ленточного сборного фундамента.
На самом дне котлована, по отвесной его части, необходимо забить пару вешек. Для этого советуем использовать обрезки арматуры, поскольку в процессе заливки бетона их не надо будет вынимать. Между этой парой вешек расстояние должно в точности соответствовать протяженности стены, которая была определена и указана на архитектурном плане.
Для того чтобы быстрее закончить с черчением разметки пары оставшихся углов, в первую очередь советуем рассчитать размер их диагонали. Подобный просчет можно сделать самостоятельно, однако на расчеты, нанесение разметки уйдет очень много времени, что уже говорить о процессе самой постройки. Ввиду экономии времени желательно нанять пару-тройку специалистов, имеющих опыт выполнения данных задач.
Рассчитывать размеры фундамента оптимальнее всего при помощи трех членов бригады. Процедура будет следующая: в ключевых точках, которые уже были обозначены вершками, два человека фиксируют и крепко удерживают крайние части лент от двух рулеток. В это же время третий человек натягивает ленты этих рулеток таким образом, чтобы ленты пересекались на обозначении протяженности диагонали и протяженности стены. В точке пересечения лент необходимо забить в землю еще одну вешку.
В целях контроля четкости и правильности проделанной работы необходимо несколько раз проверить расстояние между всеми вешками. Последнее, что нужно сделать, – натянуть шнур между двумя углами, вследствие чего получится контур будущего ленточного фундамента.
Расчет подошвы фундамента
При проектировании фундамента с опорным основанием обязательным этапом является расчет подошвы фундамента. Основная цель такого расчета состоит в точном определении ширины, глубины и площади основания, при которых оказываемое весом здания удельное давление будет меньше нежели сопротивление грунта подошве фундамента.
Предварительно площадь подошвы фундамента можно установить по условию:
PII ≤ R, в котором
- РII – это среднее давление под подошвой фундамента в отношении к основному сочетанию нагрузок при вычислениях по деформациям;
- R – это расчетное сопротивление грунта основания. Показатель вычисляется по формуле СНиП.
На рисунке ниже подробно представлена расчетная схема центрально нагруженной фундаментальной подошвы.
При расчете фундаментов с повышенной жесткостью реактивная эпюра грунта принимается прямоугольной. Уравнение равновесия в этом случае выглядит так:
В данном уравнении есть определенная сложность. Дело в том, что в обеих его частях содержатся искомые геометрические размеры фундамента. Но при выполнении предварительных вычислений вес грунта и самого фундамента в АВСD заменяют на:
- Ɣm – средний показатель удельного веса фундаментальной конструкции и грунтовой породы на ее уступах. Как правило Ɣm составляет 20кН/м³;
- d – это глубина заложения подошвы фундамента, вычисляется в метрах.
По указанной ниже формуле определяется необходимая площадь фундаментальной подошвы:
При этом расчет ширины подошвы фундамента (b) выполняется:
- для ленточного фундамента: А = b х 1п.м.:
- для квадратного столбчатого фундамента: А = b²
- для прямоугольного столбчатого фундамента: По этой формуле определение размеров подошвы фундамента выполняется исходя из соотношения длины (l) к ширине (b) проектируемого фундамента, поскольку он полностью повторяет конфигурацию конструкции, которая на него опирается. Из этого следует, что
- для круглого столбчатого фундамента – b = D, где D – это диаметр конструкции
Когда завершено предварительное определение ширины подошвы b = f(Ro) нужно уточнить расчетную сопротивляемость грунтового основания: R = f (b, φ, c, d, γ).
Рассчитав точную сопротивляемость опять нужно вычислить ширину. Повторять действия необходимо до тех пор, пока оба показателя не будут одинаковыми.
Когда с учетом унификации и модульности конструкций размер фундамента подобран, то необходимо проверить фактическое давление на грунт и напряжение под подошвой фундамента.
Чем меньшая разница будет между величинами РII и R, тем экономичнее получится проектное решение.
Данным способом поверяется достоверность расчета по линейной теории деформации грунта. Когда же условие не соблюдается, то для вычислений применять следует нелинейную теорию, а это существенно осложняет расчетные мероприятия.
В зависимости от жесткости и схемы нагружения фундаментов, типа сопряжения их со зданиями возможны пространственные перемещения из-за перераспределения усилий в бетоне и арматуре. Поэтому при выполнении расчетов следует учитывать допустимый отрыв подошвы фундамента, который не окажет негативного воздействия на строительный объект.
Как рассчитать размер подошвы фундамента?
Чтобы рассчитать размеры фундамента и размеры его подошвы, необходимо произвести ряд несложных шагов. Первое, что нужно сделать, – это определиться с местом расположения будущего дома. В данном случае важно знать тип грунта, на котором будет строиться фундамент постройки.
Если работу будет проводить специалист, то сначала им будут взяты пробы с различных уровней почвы, чтобы позже в научно-экспериментальных условиях определить ее свойства. В дальнейшем, используя специальную таблицу максимальной нагрузки и полученные данные по свойствам и характеристикам грунта, очень просто вычислить уровень самой большой нагрузки на почву и рассчитать размеры фундамента. Таблицу сопротивления грунта можно легко и быстро найти в интернете.
Для того чтобы определить саму площадь подошвы основы дома, необходимо знать не только состояние и сопротивление грунта, но и предполагаемую глубину заложения фундамента, приблизительную массу постройки
Используемые при устройстве подошвы материалы
При обустройстве фундаментальной подошвы потребуются следующие материалы и инструменты:
- совковые и штыковые лопаты, необходимы для выполнения земляных работ ручным методом;
- вязальная проволока и арматурные стержни, с помощью которых осуществляется армирование подошвы фундамента дома;
- гвозди и молоток;
- крючок, которым выполняется вязка металлического каркаса;
- шнур для разметки;
- доски для монтажа опалубки;
- скобы монтажные;
- материалы для подошвы: песок, гравий, бетонный раствор.
Для проведения съемки местности потребуется также нивелир, который поможет с точностью установить уровень подошвы фундамента.
Технология устройства фундаментальной подошвы
Вне зависимости от того, устраиваются подошвы фундаментов мелкого заложения, ленточных, столбчатых или других типов конструкций, работы по их монтажу проводятся поэтапно:
- подготовительный этап состоит в рытье котлована. На его дне выполняется разметка, с точностью определяющая расположение будущей конструкции;
- устройство опалубки. Здесь обязательно учитывается толщина подошвы фундамента. Выставляется опалубка таким образом, чтобы по центру подошвы распределялись фундаментальные стенки. для формирования наружных углов пара досок соединяется между собой под прямым углом и выносится на расстояние 17,5 см от разметочного шнура. При наличии слабых участков опалубки их нужно подсыпать снаружи грунтовой смесью для предотвращения протечки бетона. Если строительство предстоит на участке в повышенным уровнем грунтовых вод, то в целях безопасности выполняется гидроизоляция подошвы фундамента;
- следующий этап – армирование. Металлические прутья обеспечивают усиление подошвы фундамента и соответственно повышают прочностные свойства всей строительной конструкции;
- заливка бетона. После расположения арматуры выполняется бетонирование подошвы. При этом должна контролироваться расчетная отметка основания. Для более прочного сцепления фундамента с подошвой на ней прорезается шпоночная канавка по центральной оси кромки. После застывания бетона выполняется затирка поверхности.
Если несущая способность грунтов в месте строительства недостаточная, то для достижения нужных эксплуатационных показателей выполняется уширение подошвы фундамента путем устройства двусторонних или односторонних банкет.
Ленточный фундамент и грунты: почему это так важно
При выборе типа фундамента важно точно знать две характеристики подлежащих грунтов: их несущую способность и пучинистость. Несущая способность выше всего у скальных грунтов; за ними следуют хрящеватые – смесь песка и глины с мелким камнем и щебнем
Песчаные грунты склонны к просадке, свойства песчано-глинистых (супесей и суглинков) зависят от соотношения глины и песка. Самая низкая несущая способность – у грунтов органического происхождения: торфа, сапропеля, ила
Несущая способность выше всего у скальных грунтов; за ними следуют хрящеватые – смесь песка и глины с мелким камнем и щебнем. Песчаные грунты склонны к просадке, свойства песчано-глинистых (супесей и суглинков) зависят от соотношения глины и песка. Самая низкая несущая способность – у грунтов органического происхождения: торфа, сапропеля, ила.
Строительные нормы запрещают опирать фундамент непосредственно на органические грунты со слабой несущей способностью.
Также сложными считаются грунты водонасыщенные и имеющие переменную структуру слоев. Проблема слабых грунтов типична, например, для участков, находящихся на месте осушенных болот. Строительство дома на малозаглубленном ленточном фундаменте на таких грунтах теоретически возможно, но требует довольно затратных работ.
Так, если глубина слабонесущего слоя не более 1 м, а под ним находится более «выносливый», то при строительстве слой слабого грунта вынимается и в траншее устраивается подложка из песка либо бетонная подготовка. Также плохой грунт иногда уплотняют механическим способом, заменяют подушкой из гравия либо армируют специальными сетками. Специалисты, однако, рекомендуют в таких ситуациях отказаться от ленточного фундамента в пользу свайного.
Пучинистость грунта прямо связана с его способностью удерживать воду, а морозным пучением называется увеличение объема грунта из-за расширения воды при ее замерзании.
Непучинистые грунты: твердые глины, малоувлажненные гравелистые, песчаные грунты при глубоком залегании грунтовых вод.
Сильнопучинистые и чрезмернопучинистые: мягкопластичные глинистые, пылеватые и мелкие пески с сильным водонасыщением.
На сильнопучинистых грунтах возможно строительство небольших (1-2 этажа) деревянных домов на малозаглубленном ленточном фундаменте из монолитного железобетона. Для более тяжелых домов будет необходим комплекс работ по понижению уровня грунтовых вод, организации дренажа и водоотведения.
Чем выше стоят грунтовые воды, тем более пучинистыми будут грунты независимо от их состава. Критический для строительства фундамента уровень грунтовых вод различается для разных почв и высчитывается по формуле: нижняя граница промерзания грунта (в метрах) плюс следующее число:
- пески – 0,8-1 м
- супеси 1 – 1,5 м
- суглинки 2 – 2,5 м
- глины 2,5 – 3,5 м.
При залегании грунтовых вод ниже указанных значений они не влияют на степень пучинистости грунтов.
Вообще же сооружение ленточного фундамента на сильнопучинистых грунтах с высоким уровнем грунтовых вод считается нецелесообразным: в таких условиях лучше всего себя показывает свайно-ростверковый фундамент.
Планируя строительство, лучше всего не экономить на профессиональном обследовании грунта на вашем участке: это поможет избежать больших проблем в будущем. Услуги специалиста стоят денег, однако это вложение себя оправдывает. Спасать дом, фундамент которого деформировался из-за ошибок в оценке свойств подлежащих грунтов, обойдется гораздо дороже.
