Фундаменты являются основой для любых строительных конструкций и служат для передачи нагрузок от здания на грунт. Существуют различные типы фундаментов, которые выбираются в зависимости от характеристик грунта, типа сооружения и его веса. Основные конструктивные решения включают ленточные, столбчатые и плитные фундаменты, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения.
Ленточные фундаменты, как правило, используются для домов с несущими стенами и способны равномерно распределять нагрузку. Столбчатые фундаменты эффективны на слабых грунтах, дазволяют экономить материалы и упрощают строительство. Плитные же фундаменты подходят для зданий с высоким весом и в условиях неустойчивых грунтов, обеспечивая стабильность и прочность конструкции.
Виды фундаментов
Разные виды фундаментов по-разному взаимодействуют с грунтами основания, поэтому, выбирая технологию нужно понимать, соответствует ли она грунтовым условиям.
Назначение фундамента на основании
данных о грунтах
Фундамент – это заглубленная в грунт конструкция,
передающая нагрузки и воздействия от здания (сооружения) на основание
(напластование грунтов, воспринимающее давление от сооружения).
Независимо от типа сооружения способность фундаментной конструкции к восприятию проектных нагрузок определяется в первую очередь несущей способностью грунтов, и только потом конструктивными параметрами самого фундамента, которые также будут назначаться с учетом нагрузок и данных о грунтовых условиях конкретной площадки строительства ( подробнее). Невозможно делать какие-то выводы о способности к восприятию проектных нагрузок (а также о сроке службы) фундамента, не владея никакой информацией о грунтах. Для получения необходимой информации достаточно выполнить геотехнические и геолого-литологические исследования, а также измерения коррозионной агрессивности грунтов (КАГ). Эти процедуры, разработанные специалистами ГК «ГлавФундамент», адаптированы к нуждам малоэтажного строительства, в том числе по стоимости.
В рамках геотехнических исследований (ГТИ) выполняется динамическое зондирование грунтов, которое позволяет определить физико-механические характеристики основания, используемые непосредственно в расчетах оснований конкретных зданий/сооружений, спрогнозировать поведение грунтов под фундаментом при различных воздействиях и т.д.
В части проведения полевых исследований динамическое зондирование ГК «ГлавФундамент» полностью соответствует ГОСТ 19912 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием». А интерпретация данных осуществляется по собственной методике, разработанной специалистами научного отдела.
В рамках ГТИ для идентификации литологических типов грунтов (глина, песок, гравийные отложения и др.), выяснения характера их напластования (установления литологического разреза), уровня подземных вод, выявления грунтов со специфическими свойствами (просадочные, пучинистые, слабые) выполняется оценка геолого-литологического строения площадки строительства.
Виды фундаментов
Различают столбчатые, ленточные, плитные (сплошные) и свайные конструкции. В последней группе отдельно стоит выделить фундаменты из винтовых свай. Большинство из перечисленных конструкций – бетонные или железобетонные. Их значительная распространенность связана с тем, что многие уверены в надежности бетона, а В том, что он якобы хорошо сохраняет тепло и позволяет отказаться от дорогих и трудоемких дополнительных мероприятий по утеплению пола, коммуникаций, отделке и утеплению цоколя.
Хотя мифы о бетоне популярны, доверять им слепо все же не стоит, ведь любой строительный материал имеет недостатки. Бетонные или железобетонные фундаменты по способу сооружения:
- монолитные (сооружаются на площадке строительства);
- сборные (строятся из готовых железобетонных элементов);
- комбинированные (сооружаются из готовых элементов заводского изготовления и бетонного раствора).
Столбчатый фундамент
Надежен и экономичен, так как не требует дополнительных земляных и гидроизоляционных работ. Подходит для зданий из легких материалов (дома из бруса, SIP-панелей, каркасно-щитовые дома, беседки) без подвала.
Столбы устанавливают по периметру во всех точках пересечения наружных и внутренних стен здания и по углам наружных стен.
Расстояние между столбцами может меняться от 1,2 до 2,5 метров, в зависимости от нагрузки на фундамент. Сверху на столбы крепят обвязочные балки. Если расстояние между столбами составляет более 2,5 или 3 метров, то на них устанавливают балки, изготовленные из металла или железобетона. Необходимое сечение столбов зависит от того, из какого материала они изготовлены: бетонные столбы, столбы из кирпича или камня.
Столбчатые фундаменты бывают:
Монолитные. Используют, когда глубина залегания грунтовых вод составляет более одного метра. Выкапывают шурфы или бурят скважины спецтехникой. Столбы армируют каркасами для восприятия горизонтальных и моментных нагрузок, а затем формируют в опалубке.
Сборные. Используются в местности с высоким уровнем грунтовых вод, например, на заболоченных участках. Их производят заранее на заводе. Это железобетонные столбы, которые соединены с опорной плитой или ростверком.
Ленточный фундамент
Ленточные фундаменты чаще всего применяют в индивидуальном жилищном строительстве. Это простая, но трудоемкая технология, для которой характерен большой объем земляных работ и расход материалов.
Ленточный фундамент – это железобетонная или бетонная полоса по периметру всего сооружения. Она закладывается под все несущие наружные и внутренние стены здания. Ширина ленты зависит от нагрузок, которые передаются от наземной конструкции.
На таком фундаменте строят тяжелые дома из камня, кирпича, бетона, керамзитобетона и шлакобетона, здания с подвалом, цокольным этажом или гаражом.
Монолитные ленты выдерживают большие нагрузки (в зависимости от марки бетона и армирования) и пригодны для сооружений любой формы. Для их строительства выкапывают траншею, в которой устанавливают опалубку. Устанавливают арматурный каркас, а затем укладывают бетонную смесь, получая бетонные ленты, ширина которых обычно около 40-80 сантиметров.
Технология строительства сборного ленточного фундамента отличается: бетонные или железобетонные блоки укладывают на раствор. Конструкция собирается быстро, а перевязка швов обеспечивает надежность.
Недостатки «ленты»:
- для обеспечения надежности «ленту» нужно заглублять за глубину промерзания грунта (более 2 м) – дополнительное увеличение расходов;
- сложность организации надлежащего контроля качества выполненных работ (использование бетона низкого качества, недостаток арматуры и пр.);
- много времени уходит на набор прочности бетоном;
- высокая стоимость.
Плитный фундамент
Плитный или сплошной фундамент – монолитная железобетонная плита без пустых полостей, заливаемая по всей площади строения.
Для его установки нужно разработать котлован (глубина зависит от грунтов на участке строительства и запроектированных конструктивных решений), в который затем засыпается песок и гравий, образуя песчано-гравийную подушку для выравнивания основания. Монтируется опалубка, выполняется армирование, по всей площади заливается бетон.
Плитные фундаменты эффективны в слабых грунтах. Их проектируют в виде плоской или ребристой плиты с расположением ребер под несущими стенами или колоннами. Сплошные фундаменты обеспечивают более равномерную осадку здания и защищают подвальные помещения от подпора грунтовых вод.
Преимущество плиты – большая площадь:
- обеспечивает высокую несущую способность;
- снижает давление на основание;
- позволяет проводить работы в сложных грунтовых условиях;
- дает больше свободы в выборе планировки за счет более равномерного распределения нагрузок.
Недостатки:
- высокая стоимость;
- необходимость качественной гидроизоляции;
- сложность организации контроля качества выполненных работ;
- много времени уходит на набор прочности бетоном.
Свайный фундамент
Свайный фундамент – комплекс свай, объединенных в единую конструкцию, передающую нагрузки на основание.
Сваи по способу заглубления в грунт:
- забивные или вдавливаемые – железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его разбуривания или в лидерные скважины молотами, вибропогружателями, вибровдавливающими, виброударными и вдавливающими устройствами, а также железобетонные сваи-оболочки диаметром до 0,8 м, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью;
- сваи-оболочки – железобетонные, погружаемые вибропогружателями с выемкой грунта из их полости и заполняемые частично или полностью бетонной смесью;
- набивные – бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения — отжатия грунта;
- буровые – железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов;
- винтовые – состоящие из металлической винтовой лопасти и трубчатого металлического ствола со значительно меньшей по сравнению с лопастью площадью поперечного сечения, погружаемые в грунт путем ее завинчивания в сочетании с вдавливанием.
По условиям взаимодействия с грунтом выделяют:
- сваи-стойки – сваи всех видов, которые опираются на малосжимаемые грунты в основании;
- висячие сваи – сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом.
Свайный фундамент подходит для оснований сложенных большой мощностью слабых грунтов в верхней зоне, или в местности, где зафиксирован высокий уровень подземных вод. Сваи переносят нагрузку с верхних слоев грунта, на более глубокие, с большей несущей способностью.
Преимущества свайных фундаментов – значительно меньший уровень осадок и сравнительно невысокая цена. Но строительство такого фундамента – комплекс работ, проконтролировать качество которых трудно.
Главный же недостаток – привлечение спецтехники для устройства свай. Этот фактор можно исключить, если использовать фундамент из винтовых свай.
Фундамент из винтовых свай
Фундамент из винтовых свай – один из подвидов свайного фундамента.
Недостатки
Несоответствие срока службы требованиям ГОСТ 27751 «Надежность строительных конструкций и оснований».
Только подобрав толщину стенки ствола и лопасти, марку стали в соответствии с указанными данными, определив порядок действий для снижения коррозии (водоотведение, использование цинковых колец (анодов) можно обеспечить нормативный срок службы фундаментный конструкции и всего сооружения.
«Уход в срыв» однолопастных дезаксиальных винтовых свай при нормируемых осадках, если диаметр их ствола менее 159 мм.
При расчете свайно-винтовых фундаментов используют формулы, заложенные в СП 24.13330 «Свайные фундаменты». Эти формулы, разработанные еще в 60-е годы 20 века и базирующиеся на упрощенных моделях взаимодействия (например, модель Мариупольского для анкеров), не учитывают многие особенности совместной работы свай и грунтов.
Поэтому при расчете несущей способности винтового основания нужно учитывать результаты полевых испытаний грунтов (ГОСТ 5686).
Может потребоваться бетонирование основания колонны или создание жесткого сопряжения для однолопастных свай малых диаметров (57-76 мм).
Из-за недостаточности диаметра ствола эти сваи не обеспечивают достаточное сопротивление горизонтальным нагрузкам без проведения дополнительных мероприятий.
Чтобы отказаться от бетонирования основания колонны или создания жесткого сопряжения, достаточно использовать элемент сопротивления боковым нагрузкам (ЭСБН).
Нарушение структуры грунта при погружении винтовых свай и снижение его несущей способности.
Такие ситуации возникают, когда в расчетах учитывается только диаметр лопасти, но не ее конфигурация.
Конфигурация лопасти винтовой сваи, подобранная под конкретные грунтовые условия, сводит к минимуму нарушения структуры грунта при погружении, что обеспечивает надлежащее восприятие проектных нагрузок.
Сваи с двумя и более лопастями могут уступать в восприятии, к примеру, горизонтальных нагрузок даже однолопастным дезаксиальным конструкциям.
Причина– неправильное (часто просто бездумное) расположении второй и последующих лопастей на стволе.
Неравномерное распределение запаса прочности по фундаментам объектов ИЖС, из-за которого снижается уровень их надежности и сокращается срок службы.
Причина – неучет разных величин нагрузок, воздействующих на фундаменты даже простых сооружений (под ответственными узлами, под несущими стенами, под ненесущими стенами, под лагами пола).
Чтобы этого избежать, под разные нагрузки нужно устанавливать разные типоразмеры свай (подробнее).
Общие сведения о фундаментах и их типы
Фундаменты должны удовлетворять следующим основным требованиям: обладать достаточной прочностью в устойчивостью па опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы, сопротивляться влиянию грунтовых и агрессивных вод. а Влиянию атмосферных факторов (морозостойкость), соответствовать по долговечности сроку службы здания, быть индустриальными в изготовлении и экономичными.
По конструкции фундаменты могут быть ленточные, столбчатые, сплошные и свайные.
Ленточные фундаменты устраивают под стены здания или под ряд отдельных опор. В первом случае фундаменты имеют вид непрерывных подземных стен (рис. 62, а), во втором — железобетонных перекрестных балок (рис. 62, б).
Столбчатые, или отдельные, фундаменты имеют вид отдельных опор, устраиваемых под стены (рис. 62, в), колонны (рис. 62, г) или столбы.
Сплошные фундаменты представляют собой сплошную безбалочную или ребристую железобетонную плиту под всей площадью здания (рис. 62, д).
Свайные фундаменты состоят из отдельных свай, объединенных вверху бетонной и железобетонной плитой или балкой, называемой ростверком (см. рис. 73).
Сваей называется стержень, погруженный в грунт и предназначенный для передачи грунту нагрузки от сооружения.
По характеру работы под действием нагрузки фундаменты различают жесткие, материал которых работает преимущественно на сжатие и в которых не возникают деформации изгиба, и гибкие, работающие преимущественно на изгиб.
Для возведения жестких фундаментов применяют кладку из природного камня неправильной формы (бутового камня или бутовой плиты), бутобетона или бетона. Для устройства гибких фундаментов используют исключительно железобетон.
Ленточные фундаменты
По очертанию в профиле ленточный фундамент под каменную стену представляет собой в простейшем случае прямоугольник (рис. 63, а). Ширину бутового фундамента поверху делают немного больше толщины стены, предусматривая с каждой ее стороны уступы по 50—60 мм, называемые обрезами.
Прямоугольное сечение фундамента по высоте допустимо лишь при небольших нагрузках на фундамент и достаточно высокой несущей способности грунта.
В большинстве случаев для передачи давления на основание, не превышающего нормативного давления на грунт, приходится уширять подошву фундамента.
Теоретической формой сечения фундамента с уширенной подошвой является трапеция (рис. 63, б). Уширение подошвы не должно быть большим во избежание появления растягивающих и скалывающих напряжений в выступающих частях фундамента и появления в них трещин.
На основе опыта установлены предельные углы наклона теоретической боковой грани фундамента к вертикали, при которой не возникают опасные растягивающие и скалывающие напряжения. Предельный угол α, называемый условно углом распределения давления в материале фундамента, составляет для бутовой кладки на сложном растворе состава 1:1:9 — 26°30′, на цементном растворе 1:4 —33°30′, для бетона — 45°.
Практически фундаменты делают ступенчатого сечения (рис. 63, в). В зданиях с подвалами сечение фундамента в пределах подвала устраивают прямоугольной формы с уширением ниже пола подвала, называемым подушкой (рис. 63, г).
Ширина бутовых фундаментов для обеспечения необходимой перевязки швов должна быть не менее 0,6 мм для кладки из рваного бута и 0,5 м из бутовой плиты. Высота ступеней в бутовых фундаментах составляет обычно около 0,5 м, ширина их — от 150 до 250 мм.
Глубина заложения фундамента должна соответствовать глубине залегания того слоя грунта, который по своим качествам можно принять для данного здания за естественное основание.
Кроме того, при определении глубины заложения фундамента необходимо учитывать глубину промерзания грунта. Если основание состоит из влажного мелкозернистого грунта (песка мелкого или пылеватого, супеси, суглинка или глины), то подошву фундамента нужно располагать не выше уровня промерзания грунта.
Уровень промерзания грунта принимают на такой глубине, где зимой наблюдается температура 0°, за исключением глинистых и суглинистых грунтов, для которых уровень промерзания принимается на меньшей глубине, такой, где возникает температура около —1°.
Нормативная глубина промерзания суглинистых и глинистых грунтов указана в СНиПе на схематической карте, на которой нанесены линии одинаковых нормативных глубин промерзания, выраженных в сантиметрах (см. СНиП II-A. 6—62 и рис. 64).
Нормативную глубину промерзания пылеватых глин и суглинков, мелких и пылеватых песков и супесей принимают также по карте, но с коэффициентом 1,2.
Исследованиями установлено, что грунты под фундаментами наружных стен регулярно отапливаемых зданий (с температурой помещений не ниже +10°) промерзают на меньшую глубину, чем на открытой площадке. Поэтому расчетную глубину промерзания под фундаментами отапливаемых зданий уменьшают против нормативного значения на 30% при полах на грунте; на 20%, если полы на лагах по грунту, и на 10%, когда полы уложены на балках.
Глубина заложения фундамента под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта; ее назначают не менее 0,5 м от уровня земли или пола подвала.
Глубину заложения фундаментов стен зданий, имеющих неотапливаемые подвалы, назначают от пола подвала, и она равна половине расчетной глубины промерзания.
В непучинистых грунтах (крупнообломочных, а также песках гравелистых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундамента не зависит от глубины промерзания; однако она не должна быть менее 0,5 м, считая от природного уровня грунта при планировке подсыпкой и от планировочной отметки при планировке срезкой.
Ленточный фундамент из бутового камня под кирпичную стену изобрази на рис. 65, а. Фундаменты из бутового камня не отвечают требованиям современного индустриального строительства, поскольку применение бутового камня затрудняет механизацию работ и снижает их темпы, особенно в зимнее время. Применение ленточпых бутобетонных (рис. 65, б) и бетонных фундаментов позволяет значительно шире использовать механизацию при их возведении.
Наиболее индустриальны сборные бетонные и железобетонные фундаменты из крупных фундаментных блоков. Применение сборных фундаментов позволяет значительно сократить сроки строительства и уменьшить трудоемкость работ.
Сборный фундамент
Сборный фундамент (рис. 66, а) состоит из двух элементов: подушки, выполняемой из железобетонных блоков прямоугольной или трапецеидальной формы (рис. 66, б), укладываемой на тщательно утрамбованную песчаную подготовку толщиной 150 мм, и вертикальной стенки из блоков в виде бетонных прямоугольных параллелепипедов (рис. 66, в).
Блоки-подушки изготовляют толщиной 300 и 500 мм, шириной 10, 12, 14, 16, 20, 24, 28 и 30 дм и длиной 12, 24 и 30 дм, блоки-стенки — шириной 300, 400, 500, 600 мм, высотой 580 мм и длиной 780 и 2380 мм.
При строительстве на слабых (сильносжимаемых) грунтах в сборных фундаментах для повышения их жесткости и сопротивления растягивающим усилиям устраивают железобетонные пояса толщиной 100—150 мм или армированные швы толщиной 30—50 мм, размещая их между подушкой и нижним рядом фундаментных блоков, а также на уровне верхнего обреза фундамента.
В целях сокращения расхода бетона и уменьшения веса блоки стен подвала иногда изготовляют пустотелыми с узкими сквозными пустотами шириной не более 40 мм или с широкими замкнутыми (рис. 66, г). Однако пустотелые блоки неприменимы в насыщенных водой грунтах, так как в пустотах может скопиться вода, которая при замерзании может разрушить тонкие стенки блоков.
Стены фундаментов, монтируемые из крупных блоков, несмотря на их большую прочность, иногда делают толще надземной части стен. В результате прочность материала фундамента используется всего на 15—25%. Расчеты показывают, что толщину стен сборных фундаментов можно принимать равной толщине надземных стен или даже меньшей ее, но не менее 300 мм.
В последние годы были построены дома, в которых сборные фундаменты из сплошных блоков имеют толщину 380 мм при толщине надземных стен 640 мм (рис. 67, а). При такой конструкции прочность материала фундамента используется полнее и получается экономия бетона.
Экономию материала можно получить при устройстве так называемых прерывистых фундаментов (рис. 67, б), которые состоят из железобетонных, блоков-подушек, уложенных не вплотную, как это предусмотрено в ленточных фундаментах, а на некотором расстоянии один от другого (примерно от 0,2 до 0,9 м). Промежутки между блоками засыпают грунтом.
В случае применения прерывистых фундаментов существенно изменяется распределение напряжений в грунте под подошвой фундамента. Глубина напряженных зон (см. рис. 59) под каждым блоком-подушкой будет меньше, чем у ленточного фундамента, вследствие чего осадка прерывистого фундамента будет также меньше. Поэтому прерывистые фундаменты можно устраивать с меньшей опорной площадью, чем непрерывные ленточные, в результате чего снижается расход материалов.
В крупнопанельных эданиях отдельные блоки фундаментов и стен подвалов целесообразно заменять крупноразмерными элементами. Например, для зданий с поперечными несущими стенами можно укладывать ленточные железобетонные фундаменты (рис. 68, а) в виде блоков-подушек толщиной 300 и длиной 3500 мм.
На блоки устанавливают панели, представляющие собой сквозные железобетонные рамы, имеющие толщину 240 мм и высоту, равную высоте подвального помещения. Нижний пояс рам воспринимает отпор грунта, а верхний — нагрузку, передаваемую несущими поперечными стенами. По расходу бетона зта конструкция является весьма экономичной. Самонесущие продольные стены подвала опирают на выступы фундаментных блоков-подушек под поперечные стены.
На рис. 68, б изображен фундамент в виде плоских железобетонных панелей толщиной 14 см, являющихся по существу продолжением несущих поперечных панельных стен здания. Для пропуска инженерных коммуникаций в таких панелях устраивают необходимые отверстия. Эту конструкцию фундаментов целесообразно применять в 9-этажных панельных домах взамен описанных выше фундаментов в виде рамных каркасов с целью сокращения расхода стали.
Все рассмотренные выше фундаменты, имеющие симметричное сечение, можно применять лишь в тех случаях, когда равнодействующая всех воспринимаемых ими сил вертикальна и совпадает с осью фундамента или смещена от нее не более чем на 50 мм (рис. 69, а).
Если же нагрузка действует на фундамент внецентренно, т. е. равнодействующая смещена от оси фундамента более чем на 50 мм (это смещение называют эксцентриситетом и обозначают е), то давление на грунт передается неравномерно: оно будет больше у того края подошвы фундамента, к которому ближе равнодействующая сил (рис. 69, б).
Причинами такого смещения равнодействующей могут быть внецентренная передача нагрузки на стену от перекрытия или действие горизонтальных сил (давление ветра на стену, грунта на фундамент здания с подвалом и пр.).
Краевое давление на грунт под более нагруженным краем фундамента не должно превышать нормативного давления на грунт более чем на 20%. В противном случае приходится устраивать несимметричный фундамент, уширяя его в сторону смещения равнодействующей так, чтобы последняя проходила через середину подошвы (рис. 69, в).
Столбчатые и сплошные фундаменты
При незначительных нагрузках на фундамент, когда давление на грунт меньше нормативного, непрерывные ленточные фундаменты под стены малоэтажных домов целесообразно заменять столбчатыми. Фундаментные столбы (бетонные или железобетонные) перекрывают железобетонными фундаментными балками, на которых возводится стена. Для того чтобы устранить возможность выпирания фундаментной балки вследствие пучения расположенного под ней грунта, под ней устраивают подушку из песка или шлака толщиной 0,5 м.
Расстояние между осями фундаментных столбов принимают 2,5—3 м. Столбы располагают обязательно под углами здания, в местах пересечения и примыкания стен в под простенками.
Схемы конструктивного решения сборных столбчатых железобетонных фундаментов под стены малоэтажных каменных и деревянных зданий приведены на рис. 70.
Столбчатые фундаменты под стены возводят В зданиях большой этажности при значительной глубине заложения фундамента (4—5 м), когда устраивать ленточный непрерывный фундамент невыгодно вследствие большого его объема и, следовательно, большого расхода материалов. Столбы перекрывают сборными железобетонными балками, на которых возводят стены.
Столбчатые одиночные фундаменты устраивают также под отдельные опоры малоэтажных и многоэтажных зданий.
На рис. 71, а изображен сборный фундамент под кирпичный столб; он выполнен из железобетонных блоков-подушек. Более экономно для фундаментов под кирпичные столбы укладывать железобетонные блоки-плиты (рис. 71,6). Сборные фундаменты под железобетонные колонны каркасных зданий могут состоять из одного железобетонного башмака стаканного типа (рис.
71, в) или из железобетонных блока-стакана и опорной плиты под ним (рис. 71, г).
Когда нагрузка, передаваемая на фундамент, значительна, а грунт основания слабый, в некоторых случаях устраивают сплошные фундаменты под всей площадью здания.
Сплошные фундаменты
Сплошные фундаменты сооружают обычно в виде железобетонных монолитных плит, которые могут быть ребристыми (рйс. 72, а) или безбалочными (рис. 72, б).
Эта конструкция особенно целесообразна тогда, когда необходимо защитить подвал от проникания грунтовой воды при высоком ее уровне, если пол подвала подвергается снизу большому гидростатическому давлению.
Свайные фундаменты
Свайные фундаменты устраивают в тех случаях, когда необходимо передать на слабый грунт значительные нагрузки.
Сваи различают по материалу, по методу изготовления, погружения в грунт и по характеру работы в грунте. По материалу сваи бывают деревянные, железобетонные, бетонные, стальные и комбинированные. По методу изготовления и погружения в грунт сваи бывают забивные, погружаемые в грунт в готовом виде, и набивные, изготовляемые непосредственно в грунте.
В зависимости от характера работы в грунте различают два вида свай: сваи-стойки и висячие. Сваи-стойки (рис. 73, а) своими концами опираются на прочный грунт (скальную породу) и передают на него нагрузку. Их применяют, когда глубина залегания прочного грунта не превышает возможной длины свай. Свайные фундаменты на сваях-стойках почти не дают осадки.
Если прочный грунт находится на значительной глубине, применяют висячие сваи (рис. 73,6). несущая способность которых определяется суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности и грунта под острием сваи.
Более дешевые деревянные сваи. Но поскольку они быстро загнивают, если находятся в грунте с переменной влажностью, головы деревянных свай нужно располагать ниже самого низкого уровня грунтовых вод.
Железобетонные сваи дороже деревянных, но зато они способны выдерживать значительные нагрузки. Кроме того, проектная отметка голов железобетонных свай не зависит от уровня грунтовых вод, что расширяет область их применения.
Расстояние между осями свай определяют расчетом. В пределах наиболее часто встречающихся глубин погружения свай (от 5 до 20 м) эти расстояния для обычных диаметров свай составляют от 3d до 8d, где d — диаметр сваи.
В последние годы в жилищном строительстве возводят свайные фундаменты взамен обычных блочных. Их применение сокращает трудоемкие земляные работы, а при строительстве бесподвальных зданий они почти полностью отпадают. Кроме того, в сравнении с обычными блочными свайные фундаменты дают меньшие осадки, благодаря чему снижается вероятность неравномерных деформаций грунта.
Чаще других применяют короткие сваи — длиной 3—6 м. У таких свай, забиваемых в относительно плотные грунты (с нормативным давлением 2 кГ/см 2 и более), сопротивление острия под нижним конном сваи достигает 80—85% от общего сопротивления сваи, благодаря атому, несмотря на малую длину коротких свай, значительно повышается их несущая способность.
Сваи под стенами домов устанавливают обычно в один или в два ряда.
Сваям придают прямоугольное сплошное сечение (250X350 мм), квадратное (от 250Х250 до 400X400 мм) или квадратное с круглой полостью. Весьма эффективны в технико-экономическом отношении сваи трубчатого сечения диаметром от 400 до 700 мм. Нижний конец их полый или со вставкой железобетонного башмака для применения в грунтах, позволяющих использовать вибропогружатели.
Поверху сваи связывают между собой железобетонным ростверком. Ширину ростверка при однорядном расположении свай принимают сечением 250×250 или 300×300 мм, т. е. равной толщине стены, но не менее 300 мм, высоту — 400—500 мм.
Ростверк устраивают двух видов — монолитный и сборный. На рис. 74, а приведен рае-рез свайного фундамента с монолитным ростверком.
При устройстве сборного ростверка его сопрягают со сваями с помощью заранее заготовленного железобетонного оголовка (рис. 74, б) с отверстием в виде усеченного конуса. Головы забитых в грунт свай приходится срубать для обнажения арматуры, а верх свай выравнивают цементно-песчаным раствором до проектной отметки.
На выровненную голову сваи устанавливают оголовок, в конусное отверстие которого пропускают оголенную арматуру свая. Затем отверстие заполняют бетонной смесью и на оголовки свай укладывают элемент сборного ростверка. После этого к закладным частям в оголовках и ростверке приваривают стальные накладки, замоноличивают их цементным раствором.
На рис. 74, е изображена часть плана свайного фундамента жилого дома с тремя продольными несущими стенами. Под наружными стенами сваи расположены в один ряд, под внутреннюю продольную — в два ряда в шахматном порядке. На рис. 74, а приведен пример расположения свайных фундаментов в поперечном разрезе жилого дома с несущими поперечными внутренними и самонесущими наружными стенами.
Детали устройства фундамента
От одной глубины заложения фундамента к другой переходят постепенно с устройством уступов (рис. 75). На грунтах с нормативным давлением менее 2 кГ/см 2 отношение высоты уступа к его длине должно быть не более 1:2, причем высота уступа должна быть не больше 0,5 м, а длина — не менее 1 м. На более прочных грунтах (если нормативное давление R н ≥2,5 кГ/см 2 ) отношение высоты уступа к его длине допускается не более 1:1, а высота уступа — не более 1 м.
Если здание возводится на сборных фундаментах, высоту уступа можно принимать равной высоте унифицированного блока, т. е. 0,6 л; в этом случае длина уступа должна быть не менее 1,2 м.
При наличии уступов в ленточном фундаменте армированные швы должны перекрывать друг друга на равных уровнях не менее чем на 50 диаметров арматуры и больше удвоенного расстояния между швами по высоте. Точно так же армированные швы должны перекрывать проемы, имеющиеся в стенке фундаментов (см. рис. 75).
Если при подготовке основания в грунте обнаруживают старые засыпанные колодцы, ямы, случайные слабые прослойки грунта, то во избежание неравномерной осадки фундаментов эти места нужно расчистить в заполнить кладкой, тощим бетоном или утрамбованным песком, а при возведении фундаментов над этими местами следует наложить армированные швы.
Фундаменты подвергаются увлажнению просачивающейся через грунт атмосферной влагой или грунтовой водой. Вследствие капиллярности влага по фундаменту поднимается вверх и в стенах первого этажа появляется сырость. Чтобы преградить проникание влаги в стены, в нижней их части устраивают изоляционный слой, чаще всего из двух слоев битумных рулонных материалов (рубероида), склеенных между собой водонепроницаемой битумной мастикой.
Гидроизоляционный слой укладывают в цокольной части стены выше обреза фундамента и выше уровня отметки или тротуара на 150—250 мм. Если полы настилают по грунту, необходимо устраивать Вертикальную гидроизоляцию в местах соприкосновения цоколя с грунтом на участке от уровня горизонтальной гидроизоляции до верха подготовки под полы. В зданиях с подвалами гидроизоляционный слой укладывают также поверху подушки фундамента.
Во избежание появления в здании трещин от неравномерной осадки фундамент вместе с расположенной на нем стеной разрезают вертикальным осадочным швом. Неравномерность осадки может быть вызвана различной этажностью отдельных участков здания (с разницей в два и более этажей) или различными (в пределах здания) качествами грунта.
Осадочный шов в непрерывных фундаментах выполняют в виде поперечной вертикальной щели. В шов закладывают вертикально поставленные обвернутые толем доски толщиной 13 мм. По окончании кладки ближайшие к его поверхности доски вынимают и швы в этих местах заполняют водонепроницаемым материалом (битумом, асфальтом и т. п.).
Осадочные швы в этих случаях предусматривают В наземной части здания.
Технико-экономические показатели. Технико-экономическая эффективность применения различных типов ленточных фундаментов (бутовых, бутобетонных, сборных из пустотелых блоков, сборных из сплошных утоненных блоков и крупнопанельных, рис. 76) определяется показателями, приведенными в табл. 24.
Из табл. 24 видно, что более экономичны крупнопанельные фундаменты, однако на них расходуется стали больше, чем на блочные фундаменты.
Виды фундаментов по конструкции и изготовлению
Из этой страницы вы узнаете о видах фундаментов, о способе их изготовления и их конструкции. Мы рассмотрим технологии их возведения и расскажем какой техникой это всё делается.
Оглавление:
- Конструкция и способ изготовления фундаментов
- Классификация ленточных оснований
- Классификация столбчатых фундаментов
- Классификация свайных конструкций
- Классификация плитных фундаментов
- Заказ свайных фундаментов
Классификация фундаментов включает несколько типов оснований, имеющих разную конструкцию и обустраиваемых по определённым технологиям. Преимущественно на практике отдают предпочтение 4-ём видам подошв:
| Ленточные | Плитные | Столбчатые | Свайные |
Конструкция и способ изготовления фундаментов
Ленточные фундаменты имеют сплошную конструкцию и располагаются под несущими стенами зданий. Основание бывает нескольких типов: монолитное, сборное. Различают мелкозаглублённые и заглублённые фундаменты.
Обустройство мелкозаглубленных фундаментов возможно в условиях несклонных к морозному пучению грунтов. В таком случае лента фундамента (либо опорная часть столбчатых оснований) размещаются в грунте на глубине 30-50 сантиметров.
Рис: Классификация фундаментов по заглублению
Если строительство ведется на пучинистых грунтах, где присутствует повышенный риск деформации основания под воздействием выталкивающих сил, необходимо возводить фундамент глубокого заложения, опорная часть которого углубляется ниже уровня промерзания почвы. В таком случае на фундамент перестают действовать силы вертикального пучения, а касательные воздействия устраняются посредством замены грунта по периметру внешних стенок основания на непучинистую (песчаную) почву.
Плитные основания изготавливаются в виде сплошной конструкции, располагающейся на всей площади будущего дома и позволяющей равномерно распределять нагрузку на слабых грунтовых участках.
Столбчатые фундаменты монтируются в местах расположения каркасных колонн, а свайные создаются в соответствии с разными проектами:
- ленты;
- кусты;
- сплошное поле;
- отдельно стоящие опоры.
Рис.: Фундаменты бесподвальных домов
Фундаменты с ленточным и отдельно стоящим расположением свай используются в малоэтажном строительстве, они обвязываются ленточным ростверком из железобетона либо металлопроката. Свайные поля и кусты применяются при возведении многоэтажных зданий, роль обвязки в таких фундаментах выполняет уложенная поверх свай железобетонная плита.
Рис: Виды ленточных ростверков свайного фундамента
Взводятся свайные конструкции монолитного и сборного типа.
Важно: свайные фундаменты, в зависимости от особенностей конструкции и материалов изготовления, классифицируются на фундаменты из забивных, буронабивных и винтовых свай.
Основания на забивных сваях состоят из железобетонных столбов заводского производства, забивка в грунт которых осуществляется с помощью копровых установок.
Буронабивные фундаменты состоят из опор, сформированных на строительном участке посредством заливки пробуренных в грунте скважин бетонной смесью.
Винтовые фундаменты обустраиваются из вкручиваемых в землю металлических свай, длина которых не превышает 5 метров, тогда как длина используемых в частном строительстве железобетонных и буронабивных свай может достигать 12 м.
Рис: Виды винтовых свай
Классификация ленточных оснований
Ленточные подошвы имеют вид замкнутой железобетонной полосы, укладываемой вдоль периметра стен и равномерно распределяющей нагрузку. Основание отлично справляется с силами пучения, не допускает проседания и перекосов. Изготавливаются ленточные фундаменты на естественной или свайной основе.
- Первый тип характеризуется передачей нагрузки непосредственно на почву.
- Вторая конструкция способствует первоначальной передачи нагрузки на сваи, а затем на грунт.
Недопущение воздействия на подошву грунтовых вод, реализуется посредством использования гравийно-песчаной подушки.
Монолитные основания выделяются широкой фундаментной подушкой, расположенной максимально близко к поверхности и создающей надёжную опору. Конструкция применяется в условиях слабого грунта и высоко залегающих подземных вод. Целостная монолитная конструкция формируется посредством заливки качественного бетонного раствора и создания арматурного укрепляющего каркаса. Сборный фундамент формируется с применением железобетонных блоков, дополнительно скрепляемых цементным раствором.
Рис: Опалубка и армокаркас ленточного фундамента
По причине большей долговечности в жилищном строительстве преимущество отдается ленточным фундаментам монолитного типа. Технология их изготовления состоит из следующих этапов:
- Подготовка строительного участка — уборка поверхностной растительности, выкорчевывание корней, удаление валунов и мусора;
- Разметка контуров фундаментной ленты с помощью досок обноски и бечевки. Размечаются как наружные, так и внутренние стены здания;
- Разработка траншеи под фундамент. При обустройстве оснований мелкогозаглубленного типа котлован откапывается в ручную, при необходимости закладки фундамента ниже уровня промерзания почвы (на глубину 1.5-2 м.) привлекается экскаватор;
- Обустройство уплотняющей подсыпки на дне котлована. Подсыпка состоит из одинаковых по толщине (10-15 см) слоев песка и мелкого щебня, она необходима для предотвращения усадки почвы под весом здания и устранения сил пучения грунта;
- Создание опалубки под заливку бетоном из строганных досок. Опалубка размещается по всему периметру траншеи, ее высота равна проектной высоте поднятия цоколя фундамента над землей. Конструкция фиксируется с помощью упоров из бруса;
- Укладка в траншею и на внутренние стенки опалубки клеенки, которая будет препятствовать утечке из бетона цементного молочка;
- Сборка армокаркаса и его установка в опалубку. Каркас состоит из двух рядов продольных прутьев арматуры по нижнему и верхнему контуру фундамента. Для создания каркаса используются стержни арматуры диаметром 12 мм. (продольные) и 8 мм. (поперечные перемычки), которые соединяются с помощью сварки либо вязальной проволоки;
- Заливка опалубки бетоном и его последующее уплотнение (вибрированием либо штыкованием арматурой). Заливка фундамента выполняется одномоментно либо с минимальными паузами, не допускающими схватывание предыдущих слоев бетона.
Важно: монолитный ленточный фундамент может использоваться для дальнейшего строительства после полного отвердевания бетона (спустя 28-30 дней после заливки).
Рис: Ленточный фундамент после заливки бетоном
Классификация столбчатых фундаментов
Столбчатое основание бывает сборным и монолитным, оно формируется с применением железобетонных перемычек, фундаментных балок, монтируемых под углами здания и в районе пересечения несущих стен, принимающих основную нагрузку. Конструкция имеет унифицированную структуру, состоящую из подошвы, передающей нагрузку на грунт от колонн дома и стакана, выполненного в виде стойки с болтами анкерного типа. Возводятся монолитные и сборные конструкции на свайном и естественном основании.
Рис.: Опора столбчатого фундамента
Монолитные столбчатые фундаменты создаются в результате заливки опалубки, в которой размещен арматурный каркас, бетоном. Опалубка опорных столбов изготавливается из досок, которые демонтируются после набора столбом прочности.
Рис: Схема монолитного столбчатого фундамента
Также монолитные опорные столбы могут обустраиваться посредством заливки бетоном асбоцементных труб, что значительно сокращает сроки на монтаж опалубочной конструкции. Такой вариант распространен при строительстве легких каркасных зданий.
Сборные столбчатые фундаменты изготавливаются из ФБС — фундаментных блоков, либо кирпича. Они обладают меньшей долговечностью и надежностью, поскольку их армирование выполняется не арматурными стержнями а обычной металлической сеткой, укладываемой в кладочные швы.
Рис: Сборный столбчатый фундамент из кирпича
Если используется естественная основа, то подошва монтируется на предварительно утрамбованной, залитой бетоном площадке. Отдав предпочтение свайному основанию, требуется сделать подошву в виде верхнего сегмента, распределяющего нагрузку на подошву, созданную из балок, объединённых ростверком.
Рис: Обустройство столбчатого фундамента из асбоцементных труб
Этапы изготовления монолитного столбчатого фундамента из асбоцементных труб:
- Разметка фундамента и определение мест расположения опорных столбов;
- Бурение скважин под столбы с помощью ручного бура. Глубина заложения опор должна быть ниже сезонного промерзания почвы, оптимальный вариант 2-2.5 метров;
- Подсыпка в скважину уплотняющей подушки из песка толщиной 15-20 см. Песок поливается водой и утрамбовывается;
- Установка в скважины асбоцементных труб, высота которых выравнивается по нулевому уровню фундамента. Трубы закрепляются временными распорками из деревянного бруса;
- Внутрь труб устанавливаются арматурные прутья в количестве 4-6 шт., связанные между собой стальной проволокой;
- Заливка асбоцементных труб бетоном;
Важно: после отвердевания бетона опорные столбы обвязываются ростверком из деревянного бруса, швеллера либо двутавровой балки.
Рис: Столбчатый фундамент из асбоцементных труб с обвязкой из бруса
Классификация свайных конструкций
Свайный фундамент сооружается с применением стоек и висячих конструкций. Когда на незначительной глубине залегает твёрдый грунт, то отдают предпочтение сваям-стойкам, прорезающим почву и передающим нагрузку на надёжный слой. Залегание твёрдого слоя грунта на существенной глубине вынуждает использовать висячие сваи, способствующие уплотнению почвы в процессе погружения.
Сваи изготавливаются из металла, древесины, железобетона. Конструкции различают исходя, из технологии опускания, выделяя следующие методики:
Рис.: Типы свай
Фундаменты на забивных сваях предназначены для возведения тяжелых зданий из кирпича и бетона. Они обладают максимальной несущей способностью, которой достаточно для многоэтажных домов и сооружений. Основания на буронабивных сваях промышленного изготовления (созданные с помощью буровых установок) в плане эксплуатационных характеристик аналогичны фундаментам из забивных свай.
Рис: Этапы обустройства буронабивных свай с помощью буровой установки
Буронабивные опоры широко распространены в индивидуальном строительстве, где они изготавливаются с помощью ручных инструментов. Такие опоры (заложенные на глубину до 2,5-4 м.) могут использоваться для возведения одноэтажных домов из среднетяжелых материалов — бруса, пенобетона.
Рис: Самодельные буронабивные сваи
Основания на винтовых сваях используются для строительства легких каркасных и деревянных домов, это наиболее быстровозводимый тип фундамента, который может быть обустроен за 2-3 дня.
Рис: Забивка железобетонных свай
Этапы изготовления фундамента на забивных сваях:
- Перебазирование строительной техники и доставка свай на объект;
- Разбивка свайного поля, состоящая из разметки точек погружения свай, базисных осей и нулевого уровня фундамента;
- Забивка свай. Цикл работы копровой установки состоит из подтягивания сваи к месту погружения, строповки и установки столба в вертикальное положение, забивки опоры до наступления отказа;
- Обрезка голов погруженных свай по нулевому уровню;
- Обустройство опалубки ростверка по периметру свайного поля;
- Установка в опалубку армокаркаса и его приваривание к выступающей из свай арматуре;
- Заливка ростверка бетоном.
Рис: Свайное поле из забивных железобетонных свай
Классификация плитных фундаментов
Плитные фундаменты имеют сплошную железобетонную конструкцию. Основание не подвергается заглублению, и классифицируются следующим образом:
- монолитные балочные;
- монолитные своды;
- массивные коробчатые конструкции.
Выбор зависит от типа почвы и глубины залегания грунтовых вод.
Балочные фундаменты и плитные своды не предусматривают возможность обустройства подвального помещения. Балочные плиты имеют увеличенную толщину по контуру расположения стен дома (уширения выполняют функцию ребер жесткости), толщина сводных плит одинакова по всему периметру.
Рис: Схема монолитной фундаментной плиты
При строительстве зданий с подвальными помещениями используются коробчатые конструкции, состоящая из двух плит, первая из которых углублена в почву и выступает в качестве полового перекрытия подвала, вторая плита — поднятая до уровня почвы, используется как потолочное перекрытие. Плиты соединяются стенами подвала и дополнительными колоннами, расположенными по его периметру.
Рис: Процесс обустройства плитного фундамента
Этапы изготовления фундамента из монолитной плиты:
- Разработка котлована на глубину заложения плиты;
- Подсыпка уплотняющей песчано-гравийной подушки на дно котлована (толщина от 20 до 40 см);
- Заливка подбетонки — чернового слоя жидкого бетона толщиной 2-3 см, который после отвердевания будет препятствовать утечкам цементного молочка при заливке основной плиты;
- Установка опалубочных щитов по периметру котлована и их фиксация боковыми упорами;
- Обустройство пространственного арматурного каркаса по всей площади котлована. Используется двухконтурный каркас, соединенный вертикальными перемычками;
- Заливка фундаментной плиты бетоном и последующее уплотнение смеси вибрированием.
Важно: демонтаж опалубки плитного фундамента осуществляется спустя 2 недели после заливки, после чего плита выдерживается до набора бетоном проектной прочности. Общий срок отвердевания составляет 28-30 дней.
