Фундаменты и их конструктивные решения

Фундаменты являются важным конструктивным элементом здания, воспринимающим нагрузку от надземных его частей и передающим ее на основание. Фундаменты должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости, долговечности, технологичности устройства и экономичности.

Верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются надземные части здания, называется поверхностью фундамента или обрезом, а нижняя его плоскость, непосредственно соприкасающаяся с основанием, – подошвой.

Расстояние от спланированной поверхности грунта до уровня подошвы называется глубиной заложении фундамента, которая должна соответствовать глубине залегания слоя основания. При этом необходимо также учитывать глубину промерзания грунта (рис.4.1). 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.

Глубина заложения фундаментов под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта; ее назначают не менее 0,5 м от уровня земли или пола подвала. На рис.4.1 приведены изолинии нормативных глубин промерзания суглинистых грунтов.

В непучинистых грунтах (крупнообломочных, а также песках гравелистых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундаментов также не зависит от глубины промерзания, однако она должна быть не менее 0,5 м, считая от природного уровня грунта при планировке подсыпкой и от планировочной отметки при планировке участка срезкой.

Рис.4.1 – Определение глубины заложения фундаментов: а – схема: 1 – подошва фундамента; 2 – тело фундамента; 3 – отметка глубины заложения фундамента; 4 – отметка глубины промерзания грунта; 5 – отметка уровня грунтовых вод; 6 – планировочная отметка; 7 – стена; 8 – уровень пола I этажа; 9 – обрез фундамента; hф – глубина заложения фундамента; b – ширина подошвы фундамента; б – карта нормативных глубин промерзания суглинистых грунтов

По конструктивной схеме фундаменты могут быть: ленточные, располагаемые по всей длине стен или в виде сплошной ленты под рядами колонн (рис.4.2, а, б); столбчатые, устраиваемые под отдельно стоящие опоры (колонны или столбы), а в ряде случаев и под стены (рис.4.2, в, г); сплошные, представляющие собой монолитную плиту под всей площадью здания или его частью и применяемые при особо больших нагрузках на стены или отдельные опоры, а также недостаточно прочных грунтах в основании (рис.4.2, д, е); свайные в виде отдельных погруженных в грунт стержней с целью передачи через них на основание нагрузок от здания (рис.4.2, ж).

Рис.4.2 – Конструктивные схемы фундаментов:

а – ленточный под стены; б – то же под колонны; в – столбчатый под стены; г – отдельный под колонну; д – сплошной безбалочный; е – сплошной балочный; ж – свайный; 1 – стена; 2 – ленточный фундамент; 3 – железобетонная колонна; 4 – железобетонная фундаментная балка; 5 – столбчатый фундамент; 6 – ростверк свайного фундамента; 7 – железобетонная фундаментная плита; 8 – сваи

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 устройства жестких фундаментов применяют кладку из природного камня неправильной формы (бутового камня или бутовой плиты), бутобетона и бетона. Для гибких фундаментов используют в основном железобетон.

Ленточные фундаменты. По очертанию в профиле ленточный фундамент под стену в простейшем случае представляет собой прямоугольник. Его ширину устанавливают немного больше толщины стены, предусматривая с каждой стороны небольшие уступы по 50- 150 мм. Однако прямоугольное сечение фундамента на высоте допустимо лишь при небольших нагрузках на фундамент и достаточно высокой несущей способности грунта.

По способу устройства ленточные фундаменты бывают монолитные и сборные.

Монолитные фундаменты устраивают бутовые, бутобетонные, бетонные и железобетонные (рис.4.3). Ширина бутовых фундаментов должна быть не менее 0,6 м для кладки из рваного бута и 0,5 м – из бутовой плиты. Высота ступеней в бутовых фундаментах составляет обычно около 0,5 м, ширина – от 0,15 до 0,25 м.

Устройство монолитных бутобетонных, бетонных и железобетонных фундаментов требует проведения опалубочных работ. Кладку бутовых фундаментов производят на сложном или цементном растворе с обязательной перевязкой (несовпадением) вертикальных швов (промежутков между камнями, заполняемых раствором).

Рис.4.3 – Ленточные монолитные фундаменты под кирпичную стену: а – бутовый фундамент; б – бутобетонный

Монолитные бутовые фундаменты не отвечают требованиям современного строительства, для их устройства трудно механизировать работы. Бутовые и бутобетонные фундаменты являются трудоемкими при возведении и поэтому применяются в основном в районах, где бутовый камень является местным материалом.

Более эффективными являются бетонные и железобетонные фундаменты из сборных элементов заводского изготовления (рис.4.4), которые в настоящее время имеют наибольшее распространение. При их устройстве трудовые затраты на строительство уменьшаются вдвое. Их можно возводить и в зимних условиях без устройства обогрева.

Сборные ленточные фундаменты под стены состоят из фундаментных блоков-подушек и стеновых фундаментных блоков. Фундаментные подушки укладывают непосредственно на основание при песчаных грунтах или на песчаную подготовку толщиной 100-150 мм, которая должна быть тщательно утрамбована.

Фундаментные бетонные блоки укладывают на растворе с обязательной перевязкой вертикальных швов, толщина которых принимается равной 20 мм (рис.4.5). Вертикальные колодцы, образующиеся торцами блоков, тщательно заполняют раствором. Связь между блоками продольных и угловых стен обеспечивается перевязкой блоков и закладкой в горизонтальные швы арматурных сеток из стали диаметром 6-10 мм.

Рис.4.4 – Элементы сборных бетонных и железобетонных фундаментов: а – бетонный блок сплошной; б – то же, пустотелый; в – блок-подушка сплошная; г – то же, ребристая; 1 – монтажные петли	Рис.4.5 – Ленточный сборный фундамент из крупных блоков: а – разрез и фрагмент раскладки конструкций фундамента; б – общий вид; 1 – армированный пояс; 2 – стена; 3 – фундаментный блок; 4 – блок-подушка; 5 – участок, бетонируемый по месту; 6 – песчаная подготовка

Блоки-подушки изготавливают толщиной 300 и 400 мм и шириной от 1000 до 2800 мм, а блоки-стенки – шириной 300,400, 500 и 600 мм, высотой 580 и длиной 780 и 2380 мм.

При строительстве крупнопанельных зданий и зданий из объемных блоков применяют фундамент, состоящий из железобетонной плиты толщиной 300 мм и длиной 3,5 м и установленных на них панелей, представляющих собой сквозные безраскосные железобетонные формы, имеющие толщину 240 мм и высоту, равную высоте подвального помещения. Соединяют элементы между собой с помощью сварки закладных стальных деталей.

В местах пропуска различных трубопроводов (водопровода, канализации и др.) в монолитных фундаментах предусматривают соответствующие отверстия, а в сборных между блоками – необходимые зазоры с последующей их заделкой.

Столбчатые фундаменты. При небольших нагрузках на фундамент, когда давление на основание меньше нормативного, непрерывные ленточные фундаменты под стены малоэтажных домов без подвалов целесообразно заменять столбчатыми. Фундаментные столбы могут быть бутовыми, бутобетонными и железобетонными (рис.4.6, а). Расстояние между осями фундаментных столбов принимают 2,5-3,0 м, а если грунты прочные, то это расстояние может составлять и 6,0 м. Столбы располагают обязательно под углами здания, в местах пересечения и примыкания стен и под простенками. Сечение столбчатых фундаментов во всех случаях должно быть не менее: бутовых и бутобетонных – 0,6х0,6 м; бетонных – 0,4х0,4 м.

Рис.4.6. Столбчатые фундаменты:

1 – железобетонная фундаментная балка; 2 – подсыпка; 3 – отмостка; 4 – гидроизоляция; 5 – кирпичный столб; 6 – блоки-подушки; 7 – железобетонная плита; 8 – железобетонная колонна; 9 – башмак стаканного типа; 10 – плита; 11 – блок-стакан

Столбчатые фундаменты под стены возводят также в зданиях большой этажности при значительной глубине заложения фундаментов (4-5 м), когда устраивать ленточный фундамент нецелесообразно из-за большого расхода строительных материалов.

Столбы перекрывают железобетонными фундаментными балками. Для предохранения их от сил пучения грунта, а также для свободной их осадки (при осадке здания) под ними делают песчаную подсыпку толщиной 0,5-0,6 м. Если при этом нужно утеплить пристенную часть пола, подсыпку выполняют из шлака или керамзита.

Столбчатые одиночные фундаменты устраивают также под отдельные опоры зданий (рис.4.6, б, в, г). Сборные фундаменты под железобетонные колонны могут состоять из одного железобетонного башмака стаканного типа (рис.4.6, д) или из железобетонных блока-стакана и опорной плиты под ним (рис.4.6, е).

Сплошные фундаменты возводят в случае, если нагрузка, передаваемая на фундамент, значительная, а грунт слабый. Эти фундаменты устраивают под всей площадью здания. Для выравнивания неравномерностей осадки от воздействия нагрузок, передаваемых через колонны каркасных зданий, в двух взаимно перпендикулярных направлениях применяют перекрестные ленточные фундаменты (рис.4.7, а). Их делают из монолитного железобетона. Если балки достигают значительной ширины, то их целесообразно объединять в сплошную ребристую или безбалочную плиту (рис.4.7, б, в). При сплошных фундаментах обеспечивается равномерная осадка здания, что особенно важно для зданий повышенной этажности. Сплошные фундаменты применяют также в том случае, если пол подвала испытывает значительный подпор грунтовых вод.

В практике строительства под инженерные сооружении (телевизионные башни, дымовые трубы и др.) применяют сплошные фундаменты коробчатого типа. Свайные фундаменты используют при строительстве на слабых сжимаемых грунтах, а также в случаях, когда достижение естественного основания экономически или технически нецелесообразно из-за большой глубины его заложения. Кроме того, эти фундаменты применяют и для зданий, возводимых на достаточно прочных грунтах, если использование свай позволяет получить более экономическое решение.

Рис.4.7 – Сплошные фундаменты: 1 – колонна; 2 – железобетонная лента; 3 – железобетонная плита; 4 – бетонная подготовка

По способу передачи вертикальных нагрузок от здания на грунт сваи подразделяют на сваи-стойки и сваи висячие. Сваи, проходящие сквозь слабые слои грунта и опирающиеся своими концами на прочный грунт, называются сваями-стойками (рис.4.8, а), а сваи, не достигающие прочного грунта и передающие нагрузку на грунт трением, возникающим между боковой поверхностью сваи и грунтом, называются висячими (рис.4.8, б, в).

По способу погружения в грунт сваи бывают забивные и набивные. По материалу изготовления забивные сваи бывают железобетонные, металлические и деревянные. Набивные сваи изготавливают непосредственно на строительной площадке в грунте.

В зависимости от несущей способности и конструктивной схемы здания сваи размещают в один или несколько рядов или кустами.

Поверху железобетонные и металлические сваи объединяются между собой железобетонным ростверком, который может быть сборным или монолитным. При деревянных сваях ростверк также выполняют из дерева.

Рис.4.8 – Виды свайных фундаментов:

1 – свая забивная; 2 – ростверк; 3 – свая набивная

Выбор того или иного вида фундамента осуществляют в результате технико-экономического сравнения.