Фундамент как элемент строительной конструкции появился вместе с развитием архитектуры и инженерии. Первые известные примеры используют простые методы, такие как закладывание камней или древесины в землю, чтобы обеспечить устойчивость зданий, и относятся к древним цивилизациям, таким как Египет и Месопотамия.
С течением времени технологии строительства эволюционировали, и возникли более сложные типы фундаментов, такие как ленточные и свайные. Важным этапом в развитии фундамента стало применение бетона и железобетона в XIX веке, что значительно повысило прочность и долговечность зданий.
Краткая история фундаментостроения
Первые в истории человечества жилые дома имели, как правило, форму полусферы с обычным диаметром 3. 6 м. Свежесрезанные прутья вдавливали вручную по кругу в землю, их верхушки пригибали к центру и связывали лианой, затем покрывали листьями, укладывая их друг на друга наподобие черепицы. Позже такие хижины, круглые и прямоугольные в плане, поднимали над поверхностью земли на небольшую высоту на деревянных сваях (для безопасности). Первые фундаменты в истории были в виде деревянных свай.
Использование фундаментов, опирающихся на грунтовые основания, началось в древности, когда люди научились строить более капитальные и тяжелые жилища и другие сооружения. Уже тогда строители знали, что сооружения тем лучше противостоят воздействию внешних сил, чем лучше их основание. Первые строители опирали тяжелые сооружения на прочную скалу. Так, строители пирамиды Хеопса использовали в качестве основания невысокий холм, наверху которого была полностью обнажившаяся скала. Они выровняли поверхность скалы и уложили на ней сплошную постель из трехтонных блоков известняка в форме квадрата со стороной 225 м. На этой подушке была возведена пирамида весом 7 млн т и высотой 144 м, простоявшая в течение 5000 лет без какой-либо деформации.
Строители Вавилона при строительстве города в менее прочной аллювиальной долине сначала сделали сплошную подсыпку из грунта высотой от 1,5 до 4,5 м и до 1,5 км в диаметре. Под каждым сооружением они устраивали подушку из высушенных на солнце и обожженных кирпичей, связанных друг с другом битумными материалами. На таких подушках толщиной 0,9.
1,2 м они сооружали городские стены, храмы и общественные здания. Для предотвращения неравномерных осадок тяжелых каменных сооружений на мягких грунтовых основаниях строители разделяли сооружения на отдельные части такой жесткости, которая позволяла им претерпевать разные осадки без повреждений. Примыкающие друг к другу блоки соединялись по вертикали в шпунт, что не мешало раздельной осадке, обеспечивало плотное соприкосновение и не допускало независимого поворота блоков. В Древней Греции и Китае сооружения опирали на подушки из тесаного камня.
Древние римляне строили сооружения в разных странах, поэтому они приспосабливали фундаменты к разным грунтовым условиям: в мягких грунтах они применяли деревянные сваи, на более плотных грунтах укладывали деревянные ростверки прямо на поверхность грунта, а затем на них возводили каменные сооружения. Иногда фундаменты возводились из плоских камней, скреплявшихся цементом или известковым раствором.
По-видимому, это был самый ранний опыт сооружения бутобетонных фундаментов. Фундаменты под храмы представляли собой непрерывные каменные стены под каждой линией колонн.
При проектировании этих фундаментов придерживались правила, что ширина их должна быть в 1.5 раза больше диаметра самой широкой части колонны, если только грунт не был настолько слабым, что требовалось применение свай. Плотность грунта оценивалась строителями «на глаз». Народность майя в Юкатане (около 200 г. н.э.) применяла фундаменты в виде сплошных плит.
На выровненную площадку укладывали слой камней размером 0,3. 0,6 м. Затем на большие камни укладывали меньшие камни и известковый раствор, чтобы получить сплошную плиту толщиной 0,9. 1,2 м. Плита служила одновременно фундаментом для стен здания и полом для внутренних помещений.
Средневековые фундаменты
В средние века фундаменты по-прежнему устраивали в виде сплошных каменных подушек, укладываемых с перевязкой швов на выровненную поверхность грунта. Когда в готической архитектуре потребовалось устройство стен и колонн с большим шагом, сплошные плиты стали разделять на отдельные фундаменты. Специальных правил их проектирования, по-видимому, не существовало.
Если подстилающий грунт был твердым, то фундамент делали такой же ширины, как у поддерживаемой им конструкции. Если грунт был мягким, то фундаменты расширялись и выступали за опиравшиеся на них колонны или стены. Размеры этих фундаментов редко связывали с нагрузкой от колонн; обычно они определялись имевшимся пространством или формой опиравшихся на них колонн или стен. Если происходило разрушение, то соответствующая конструкция увеличивалась до тех пор, пока она могла выдерживать нагрузку. При слабых грунтах устраивали подушки из хвороста толщиной в десятки сантиметров: на них затем опиралась каменная кладка фундаментов.
Строительство все более высоких и тяжелых сооружений в конце XIX в. вызывало во многих случаях затруднения при устройстве фундаментов и пробудило интерес к проблеме их проектирования. Появилось требование: при строительстве ступенчатых каменных фундаментов на каждый фут уширения за пределы колонны или стены необходимо производить добавочное заглубление фундамента на I фут.
Поэтому фундаменты становились шире при более тяжелых нагрузках; одновременно они делались более глубокими и тяжелыми. В результате вес фундаментов начал составлять большую часть нагрузки от сооружения. Поэтому для облегчения фундаментов в XIX в. пробовали применять обратные арки для распределения нагрузки.
Снижение веса фундаментов достигали применением ростверков из рядов деревянных или стальных балок, причем каждый ряд укладывали под прямым углом к ряду, лежащему ниже. Такие ростверки были впервые применены в 80-х гг. XIX в. в Чикаго (США). Они позволили делать фундаменты, выступающие на 3 м за пределы колонн при глубине заложения всего около 1 м. Распространение железобетона в начале XX в. позволило получать тот же результат при меньших затратах.
Существенный прогресс в понимании «поведения» фундаментов заключался в представлении о том, что площадь фундамента должна быть пропорциональна нагрузке и что центр тяжести нагрузки должен располагаться над центром тяжести фундамента. Эта идея, впервые опубликованная Ф. Бауманом в США в 1873 г., использовалась проектировщиками много лет. Значительные осадки и отдельные случаи разрушения фундаментов в конце XIX в. заставили инженеров пересмотреть методы проектирования: впервые стали указывать в проектах максимально допустимое давление от фундамента на грунты различных типов и испытывать грунты пробной нагрузкой для определения их несущей способности.
Фундаменты в Древней Руси
В Древней Руси в период раннего средневековья основным строительным материалом было дерево. Строительство из камня стало развиваться в X в., главным образом, при возведении укреплений, храмов и монастырей. Известно, например, широкое использование камня при переустройстве в конце X в. киевских укреплений, возводившихся на прочных массивных фундаментах. Камень и кирпич особенно широко использовали в 1485 — 1495 гг. при строительстве стен Московского Кремля взамен старых деревянных, первая постройка которых из дерева Юрием Долгоруким относится еще к 1156 г. Аналогичное строительство кремлей и других сооружений из камня и кирпича велось в XVI —XVII вв. во многих русских городах.
Начиная с древних времен вопросам устройства фундаментов и выбору для них в качестве основания прочных грунтов всегда придавалось большое значение. Известный римский архитектор и военный инженер при Юлии Цезаре Витрувий в своих трудах «Десять книг об архитектуре», написанных еше в I в. до н.э., дает ряд практических указании по устройству фундаментов: Для фундаментов . надо копать канаву до материка, если можно до него дойти, да и в самом материке, на глубину, соответствующую объему возводимой постройки, и выводить но всему дну самую основательную кладку. Если же нельзя дорыться ло материка и земля на месте будет до самой глубины наносной или болотистой, надо это место выкопать, опорожнить и забить ольховыми, масличными или дубовыми обожженными сваями и вбить их машинами как можно теснее, а промежутки между ними завалить углем, после чего выложить как можно более основательный фундамент».*
Выдающийся итальянский архитектор и строитель А. Палладио в своем трактате «Четыре книги об архитектуре» (1570 г.) писал: . из всех ошибок, происходящих на постройке, наиболее пагубны те, которые касаются фундамента, так как они влекут за собой гибель всего здания и исправляются только с величайшим трудом. . Он рекомендовал закладывать фундаменты в твердой почве на глубину, равную 1/6 высоты здания, а в слабых грунтах применять дубовые сваи и забивать их до «хорошей и крепкой земли». Если это невозможно, то следует применять сваи длиной в одну восьмую вышины стены и толщиною в двенадцатую долю своей длины» и «ставить их настолько тесно, чтобы между ними не оставалось места для других, и вбивать ударами скорее частыми, чем тяжелыми, для того, чтобы земля под ними плотнее улеглась и лучше держала .* Сваи в разные периоды времени постоянно применялись в строительстве.
В Люцернском озере (Швейцария) были обнаружены сваи, на которые опирались еше доисторические жилища. Цезарь построил мост на сваях через р. Рейн. Древние строители забивали эти сваи ручными деревянными кувалдами, ручными подвесными молотами, копрами с ручными лебедками либо использовали усилия от водяных колес. Современные методы забивания свай возникли после появления в 1885 г. паровых свайных молотов. * Лалетин Н. В. Основания и фундаменты / Н. В.Лалетин. М. : Высш. шк., 1964.
По мере роста высоты и капитальности зданий и сооружений, увеличения нагрузок на основания, проявления деформаций и случаев разрушения повысился интерес к проектированию более надежных оснований и фундаментов и начались первые исследования. В 1773 г. французский ученый Ш. Кулон предложил решение задачи о сопротивлении грунтов сдвигу и их давлении на подпорные стенки, используемое до настоящего времени.
В 1801 г. русский академик Н.И.Фусс, изучая образование колеи на грунтовых дорогах, впервые высказал мысль о пропорциональной зависимости деформации грунтов от нагрузки. Он считал, что эти деформации имеют остаточный характер и возникают лишь в пределах плошали действия нагрузки. Такое же предложение было сделано в 1867 г. Е. Винклером, который считал деформации грунта упругими и ввел для определения их величины коэффициент пропорциональности, названный затем коэффициентом постели. Крупным событием было создание К.Терцаги механики грунтов, описанной в 1925 г. в монографии «Строительная механика грунтов». Это был первый анализ поведения грунтов под нагрузкой.
Отечественные ученые и инженеры внесли ценный вклад в развитие науки и техники фундаментостроения. В 1899 г. инженер А. Н.Лентовский впервые применил железобетон для устройства железобетонных кессонов. В том же году инженер А. Э. Страус изобрел и впервые ввел в практику строительства бетонные набивные сваи в буровых скважинах и набивные железобетонные сваи.
Значительный вклад в развитие фундаментостроения как научной дисциплины внес известный русский ученый В. И. Курдюмов, который впервые выявил криволинейный характер поверхностей скольжения, образующихся в сыпучих грунтах при вдавливании жесткого фундамента или штампа. Выдающемуся отечественному ученому Н. М. Герсеванову принадлежат важнейшие работы по различным проблемам механики грунтов.
В 1917 г. он опубликовал формулу для определения сопротивления свай по результатам динамических испытаний. Много для развития отечественного фундаментостроения сделал крупнейший специалист в этой области В. К.Дмоховский. Широко известны работы Г. И.Покровского (статистический метод решения задач механики грунтов).
Выдающимся вкладом в науку явилось решение задачи о расчете прочности естественных оснований, предложенное Н.П.Пузыревским в 1923 г. Изучение свойств вечной мерзлоты наиболее плодотворно представлено в трудах В.А.Обручева, М.И.Сумгина. Н. А.Цытовича и других ученых. В ряде областей фундаменто-строения известны работы В. А.Флорина. В. В. Соколовского.
Д. Д. Баркана, монографии Б. И. Далматова, Б. Д. Васильева. Е.А.Сорочана, Н.В.Лалетина и др.
Для проведения научной работы в области фундаментостроения в 1931 г. был создан Всесоюзный научно-исследовательский институт оснований сооружений (в настяшее время Научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений (НИИОСП)). Отечественным ученым и конструкторам принадлежат многочисленные выдающиеся решения фундаментов: коробчатый фундамент здания МГУ, фундамент мелкого заложения Останкинской телебашни (автор — выдающийся инженер Н.В.Никитин), свайные фундаменты для застройки территорий с вечномерзлыми грунтами с сохранением их состояния, фундаменты в вытрамбованном ложе, сваи-оболочки и др. В мировой практике известны оригинальные решения железобетонных фундаментов в форме оболочек под сооружения башенного типа, под высотные гражданские и каркасные производственные здания; созданы различные тины предварительно напряженных фундаментов, «плавающие» фундаменты и др
Но действительная работа железобетонных фундаментов была изучена недостаточно, отсутствовали исследования ряда конструкций фундаментов (плитных, в том числе круглых и кольцевых, и др.). Отдельные важные исследования проводились упрощенно, без глубокою изучения процесса разрушения (продавливание фундаментов без изучения внутреннего трещинообразования, работа плит без учета мембранных сил, действующих в их плоскости, и др.).
Это приводило к противоречивым суждениям об их действительном напряженно-деформированном состоянии (о двузначной или однозначной эпюре изгибающих моментов для плитных фундаментов, о продавливании и др.). С одной стороны, это было вызвано сложностью экспериментальных исследований фундаментов, отсутствием ряда сертифицированных приборов и методик.
С другой стороны, исторически сложилась ситуация, при которой фундаменты оказывались, на стыке исследований двух ведущих НИИ: головной научно-исследовательский институт бетона и железобетона (НИИЖБ) исследовал надфундаментные конструкции, а НИИОСП, в первую очередь, исследовал основания и подземные сооружения. Поэтому, например, в большом сборнике, изданном институтом НИИЖБ к I Всероссийской и международной конференции по бетону и железобетону «Железобетон в XXI в.», отсутствуют и фундаменты, и результаты исследований отечественных научных групп. Сейчас в НИИОСП ведутся работы по введению вопросов проектирования железобетонных фундаментов в нормативные документы (в СП 50-101-2004 появились небольшие (1. 2 стр.) разделы по проектированию столбчатых, ленточных и плитных фундаментов).
Вклад в экспериментально-теоретические исследования железобетонных фундаментов внесли С.А.Ривкин и его ученики (Киев). Е.А.Сорочан, Е.В.Палатников. Н.Н.Коровин (Москва), Ю.Н.Мурзенко и ею ученики (Новочеркасск). Л. Н.Тетиор и его ученики (Свердловск, Симферополь. Запорожье) и многие другие исследователи, решавшие более частные вопросы.
Крупный вклад в теории расчета фундаментов с учетом образования и раскрытия трешин внесли Н.И.Карпенко и его ученики (Москва), В.И.Соломин и его ученики (Челябинск) и др. Известны глубокие теоретические исследования фундаментов как упруго работающих конструкций на упругом основании, но эти исследования с большой степенью условности можно отнести к железобетонным фундаментам, так как в них не учитывается действительная неупругая работа железобетонных конструкций.
Многие отечественные исследователи внесли крупный вклад в разработки и исследования разнообразных типов свайных фундаментов и стен в грунте (Б. В. Бахолдин, М. И.Смородинов, К.С.Силин, Ю. Г. Трофименков и др.), фундаментов в вытрамбованном ложе (В.Л.Матвеев и др.). фундаментов реконструируемых зданий (П.А.Коновалов, С.Н.Сотников и др.), фундаментов в особых условиях (С.С. Вялов, В. И.Крутов. Н.Н. Морарескул и др.).
В настоящее время в связи с появлением все большего числа новых разнообразных типов зданий и сооружений (высотные здания, большепролетные производственные и общественные здания, напряженно-растянутые конструкции покрытий, подземные здания, телевизионные башни и пр.) и успешным освоением в качестве оснований самых разнообразных грунтов, которые ранее считались непригодными для строительства (слабые грунты, торфы и пр.), применяется большое количество разнообразных типов фундаментов. Появились переходные типы фундаментов (например, сваи-столбы и короткие набивные сваи с уширением работающие как столбчатые фундаменты; фундаменты «стена в грунте», работающие как набивные сваи; фундаменты из забивных блоков, сочетающие в себе свойства столбчатых фундаментов и забивных свай, и др.).
Статьи строительство и ремонт
- Можно или нет смешать цемент и гипс
- Отличия и области применения штукатурных смесей.
- Штукатурка, облицовка, покраска стен в ванной комнате.
- Штукатурка
- Чем штукатурить цоколь
- Как шпаклевать гипсокартон
- Планирование ремонта квартиры.
- Требования к экологичности фундаментов.
- История фундаментостроения.
- Мармолеум – натуральный линолеум.
- Обзор кровельных материалов.
- Делаем бетон.
- Какие откосы лучше.
- СНиП и ГОСТ на откосы.
- Устройство полов
- Ремонт своими руками.
- Статьи на тему Древний Рим.
История развития технологии свайных фундаментов
Археологи регулярно находят подтверждения использования деревянных свай при сооружении древних зданий. Первичное назначение свайных элементов – подъем строения над землей или водой. По мнению Витрувия, деревянные сваи следует использовать для передачи веса зданий, сооружаемых на болотистых местах, на твердое основание, называемое им "материк".
Витрувий, живший в I в. до н.э., детально описывал последовательность работ при закладке фундаментов храмовых сооружений. По его советам, необходимо раскапывать нестабильный грунт до твердых оснований, после чего туда следует погрузить дубовые, оливковые или ольховые обожженные сваи. При этом желательно обеспечить максимально плотное размещение опорных свай.
Средневековый опыт
При освоении земель, отвоеванных у моря, нидерландские строители активно использовали деревянные сваи, обеспечивавшие стабильное положение эксплуатируемых зданий. По свидетельству историков весь средневековый Амстердам был построен на сваях. Петр I использовал ценный голландский опыт, позволявший осваивать участки с нестабильным грунтом.
Архивные описания сооружений на стрелке Васильевского острова содержат следы свайных конструкций. Реконструкция набережной, спроектированная Ф.И. Герардом, началась зимой 1805 года. Смета реконструкционных работ содержит упоминание о количестве бревен, использованных в качестве шпунтовых свай. Несколько тысяч бревен, погруженных в мягкий грунт, обеспечили необходимое упрочнение берега на участке напротив биржи.
Капитальная реконструкция старинной Дворцовой набережной, проведенная в 1925 году, выявила следы свайного основания проезжей части. Гравюры Х. Морселиуса и А. Зубова детально отображают внешний вид набережных, укрепленных наклонными сваями, закладываемых деревянными щитами.
«Инженерный журнал», описывавший в 1861 году строительство Исаакиевского собора, рассказывает, что вся фундаментная яма перед возведением собора была заполнена сосновыми сваями, забитыми до отказа. Работы по забивке 10 762 свай проводились круглогодично. После заполнения промежутков древесным углем была сформирована горизонтальная плоскость.
Развитие технологии
На протяжении многих веков погружение свай производилось вручную. Наиболее древнее описание простейшего ручного копра было выполнено в 1660 году. Разработка специальной конструкции станины, оснащенной направляющей и дополнительными приспособлениями, существенно увеличило мощность снаряда.
Серьезным продвижением в эффективности оборудования стало изобретение Нэсмитом паровой установки. Дальнейшее усовершенствование механизма С.А. Арцишем в 1889 году обеспечило значительное увеличение производительности.
В период до 1838 года зодчими использовались исключительно сваи забивной конструкции. Для погружения свай в твердые и каменистые грунты деревянные сваи оснащались металлическими башмаками. Митчелл в 1848 году оснастил сваи винтом для удобного безударного погружения в грунт. Форма наконечников зависела от характеристик грунта. В монографии В. Карловича, изданной в 1869 году, отмечается превосходство винтовых свай перед традиционными забивными аналогами.
В районах с проблемным грунтом для строительства домов часто используют проектирование свайных фундаментов. В случае задействования такого типа фундамента нагрузка от здания передается на основание через опоры, что позволяет избежать деформации и сохранить целостность объекта.
Укрепление грунтов необходимо для предотвращения их смещений, вызванных подземными водами, осадками или ветром. Деформации также могут возникать вследствие человеческой активности, такой как прокладка дорог или строительство тоннелей.
Обследование оснований и фундаментов считается обязательным мероприятием при строительстве или реконструкции здания. Кроме фундамента также подлежат тщательному обследованию все его несущие конструкции, для определения функциональности элементов.
Согласно установленным правилам, проектирование свайных фундаментов делается с учетом различных данных. Это информация о сейсмических процессах, происходящих в районе будущего строительства, заключение геотехнических исследований, расчеты нагрузок на основание фундамента,
Шпунтирование котлованов представляет собой устройство ограждений котлованов путем забивки шпунтов. Шпунтовые ограждения считаются эффективнее других известных видов оградительных конструкций.
Бурение скважины на собственном участке — самый простой, удобный и бюджетный способ обеспечить водой частный дом или дачу. Не нужно ждать подвоза воды или ездить за ней на водокачку — живительная влага всегда будет под рукой.
Технологии в современном строительстве претерпели множество изменений. Простые и эффективные решения, заменили устаревшие практики, и уверенно зарекомендовали себя. К таком технологиям относится и алмазное бурение.
Шпунт Ларсена представляет собой металлический профиль с замками и пазами, который используют при строительстве мостов, ограждений, возведении подпорных стенок и укреплении котлованов. При погружении шпунта создаются ограждения, которые препятствуют перемещению грунта.
Контакты для связи и заказа
