Фундаменты
Классификация фундаментов
Фундаменты зданий должны быть прочными, устойчивыми на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы фундамента, долговечными, экономичными и индустриальными. Фундаменты капитальных зданий выполняют из бута, бетона, железобетона, бутобетона и кирпича. При отсутствии других материалов разрешается применять для фундамента хорошо обожженный кирпич.
По конструктивной схеме фундаменты делят на ленточные (в виде непрерывной ленты под всеми несущими стенами), столбчатые (в виде отдельных столбов), сплошные (в виде сплошной плиты под всем зданием) и свайные (рис. 41). В зависимости от необходимой площади подошвы и вида применяемого материала форма поперечного сечения ленточных (рис. 42) и столбчатых фундаментов может быть различной.
Рис. 41. Конструктивные схемы фундаментов;
а — ленточный; б — столбчатый; в — сплошной; г —свайный; 1 — монолитная железобетонная плита; 2 — сваи; 3 — ростверк; 4 —стена; 5 — фундаментные балки
Рис. 42. Ленточные фундаменты:
а — прямоугольный; б — то же, с подушкой; в — трапецеидальный; г — ступенчатый: д —
гибкий фундамент; 1 — обрез фундамента; 2 — подушка
По работе материала фундамента под нагрузкой различают жесткие фундаменты, работающие преимущественно на сжатие, и гибкие, работающие на растяжение и скалывание. Углы наклона (а) теоретической боковой грани жесткого фундамента к вертикали, при которых в фундаментах не возникают опасные напряжения скалывания и растяжения, нормируют. К жестким фундаментам относят бутовые, бутобетонные и бетонные фундаменты. Гибкие фундаменты выполняют из железобетона. По способу возведения фундаменты могут быть монолитными и сборными (рис. 43).
В зависимости от глубины заложения подошвы фундаментов различают фундаменты глубокого (более 5 м) и мелкого заложений.
Глубина заложения фундаментов
Глубиной заложения фундамента называется расстояние от отметки планировки грунта до подошвы фундамента. Глубина заложения фундаментов зависит от конструктивных особенностей здания (наличие или отсутствие подвалов и др.), величины и характера нагрузок на основание, глубины заложения фундаментов смежных зданий, геологических и гидрологических условий участка (виды грунтов, их физическое состояние, наличие грунтовых вод, их отметки и колебания уровня), климатических особенностей района (глубина промерзания грунтов), а также от принятой конструкции фундамента.
Ряс. 43 Конструкции ленточных фундаментов:
а — сборный; б — то же, прерывистый; в — монолитный фундамент (бутобетонный); г — бутовый фундамент; 1 — фундаментные подушки; 2 — бетонные блоки; 3 — отмостка; 4— гидроизоляция; 5 — кирпичная облицовка (в 1/2 кирпича)
При непучинистых грунтах и отсутствии других неблагоприятных факторов глубину заложения фундамента принимают на основании расчета на выдавливание грунтов из-под подошвы фундамента, но не менее 0,5 м. Аналогично определяют и глубину заложения фундаментов под внутренние стены отапливаемых зданий, но номинальную глубину заложения сборных фундаментов в этом случае допускают 0,2 м.
При наличии в здании неотапливаемых подвалов глубину заложения фундамента от уровня пола подвала принимают равной 50% глубины промерзания.
Конструкции фундаментов зависят от конструктивной схемы здания, нагрузок, гидрогеологических условий строительной площадки, наличия средств механизации, возможности использования местных строительных материалов.
Ленточные фундаменты устраивают под несущие стены здания. Они подразделяются на сборные и монолитные.
Сборные ленточные фундаменты собирают из железобетонных блоков (рис. 43, а).
Блоки-подушки прямоугольного или трапецеидального сечений высотой 300 и 500 мм, длиной от 800 и до 2800 мм, уложенные на выровненное основание вплотную одна к другой в направлении несущих стен, образуют сплошную ленту, по которой в перевязку швов на растворе укладывают бетонные блоки стенки фундамента. Блоки стенки шириной 300, 400, 500, 600 мм, высотой 580 мм, длиной 780 и 2380 мм могут быть сплошные и пустотелые.
Пустотелые блоки неприменимы в грунтах, насыщенных водой, так как в пустоты блоков проникает вода и при замерзании разрушает их стенки.
Фундаменты, в которых блоки-подушки уложены с расстоянием одна от другой, называются прерывистыми (рис. 43, б). Расстояние между блоками засыпают песком. Прерывистые фундаменты экономичнее сплошных.
В поисках экономичных решений фундаментов в строительстве применяются пустотелые, ребристые фундаментные блоки-подушки (рис. 44), однако они не нашли широкого применения вследствие сложной технологии изготовления.
Существенная экономия материала достигается применением крупноразмерных элементов фундаментов.
В некоторых жилых зданиях в поперечными несущими стенами применяют ленточные фундаменты в виде железобетонных плит длиной до 3500 мм, высотой 300 мм, по которым устанавливают безрас- косные железобетонные рамы высотой, равной высоте подвального помещения (рис. 45, а). Панели продольных стен подвала опираются на выступы ленточных фундаментов.
В зданиях с продольными несущими стенами применяют фундаменты со стенкой из крупных железобетонных панелей (рис. 45, б), являющихся одновременно стенами подвала.
При укладке сборных подушек на сильно сжимаемые грунты (для увеличения жесткости фундамента) по периметру стен между подушкой и стенкой фундамента из бетонных блоков устраивают армированный пояс высотой 10—15 см (см. ниже рис. 50, б). Диаметр продольных стержней арматурных сеток — 8—10 мм.
Монолитные ленточные фундаменты выполняют из каменной кладки, бетона или железобетона.
В современном строительстве бутовые фундаменты применяют в тех районах, где бут является местным строительным материалом. Кладка фундаментов производится вручную с перевязкой вертикальных швов. Бутовые фундаменты трудоемки в изготовлении, неэкономичны.
Рис. 44. Типы сборных блок-подушек: а, б, в — блок-подушки массовою строительства; е — блок-подушка с предварительно напряженной арматурой; д — то же, с облегченными консолями; е — то же, с горизонтальными пустотами
Рис. 45. Конструкции облегченных ленточных фундаментов:
1 — фундаментный блок-подушка; 2 — железобетонная ферма; 3 — плиты перекрытий; 4 — цокольная панель; 5 — панель стенка; 6 — место сварки панелей; 7 — стена; 8 — отмостка; 9 — бетон; 10 — глиняная подстилка; 11 — утеплитель
Рис. 46. Столбчатые фундаменты малоэтажных зданий:
а — под каменные стены; б — под панельные стены одноэтажных зданий; в — под деревянные стены; 1 — фундаментные столбы; 2 — цокольная стенка из кирпича; 3 — шлак (песок); 4 — отмостка; 5 — фундаментный стакан; 6 — железобетонный столб 120X120 мм; 7—рандбалка; 8 — фундаментный блок; 9 — фундаментно-цокольная рандбалка; 10 — стеновая панель; 11—гидроизоляция
Наиболее экономичными из монолитных ленточных фундаментов являются бутобетонные фундаменты. Их выполняют из .бетона М75 (и выше) и бутового камня (40—50%), вводимого в бетон по мере возведения фундаментов. При устройстве монолитных фундаментов применяют инвентарную щитовую опалубку. Бетонные фундаменты из бетона М50 (и выше) требуют значительного расхода цемента и применяются в случае отсутствия бутового камня. Для обеспечения перевязки вертикальных швов ширина фундаментов должна быть не менее 50 см независимо от результата их расчета.
Увеличение ширины фундамента к подошве производят уступами. Высоту уступов для бутобетонной кладки принимают не менее 30 см, а для бутовой кладки — не менее двух рядов кладки, что составляет, в зависимости от крупности камня, 35—60 см. Минимальное отношение высоты уступа к его ширине зависит от материала фундамента и давления на грунт и колеблется от 1,25 до 2 (определяется по нормам проектирования каменных конструкций).
Столбчатые фундаменты устраивают в тех случаях, когда нагрузки от здания вызывают давление на грунт меньше нормативного давления грунта основания (например, малоэтажные здания, некоторые типы панельных зданий) или когда слой грунта, служащий основанием, залегает на значительной глубине (3—5 м), что экономически . не оправдывает применение ленточных фундаментов.
Рис. 47. Сборные столбчатые фундаменты многоэтажных зданий:
а — под каменные колонны; б — под сборные колонны; в — фундамент стаканного типа; 1-блок-подушка; 2 — колонны; 3 — цокольная панель; 4 — отмостка; 5 — песчаная подсыпка; 6 — заливка цементным раствором; 7 — подколенник
Столбчатые фундаменты могут быть монолитными и сборными (рис. 46 и 47). Под зданиями с несущими стенами (см. рис. 43) столбчатые фундаменты располагают под углами стен, в местах пересечения наружных и внутренних стен, под простенками и через 3—5 м на глухих участках стен. По столбчатым фундаментам под несущие стены устраивают фундаментные балки из сборного или монолитного железобетона. При расстоянии между столбчатыми фундаментами до 4 м иногда устраивают кирпичные армированные перемычки. Во избежание деформаций фундаментных балок от сил пучения грунтов при промерзании в пучинистых грунтах (под фундаментными балками ) устраивают подушку из песка или шлака высотой 50—60 см.
Столбчатые фундаменты устраивают и под отдельно стоящие опоры зданий (рис. 47): под каменные колонны — сборный фундамент из железобетонных блоков-подушек, а под железобетонные колонны каркасных- зданий — из железобетонных блоков-подушек и подколенников стаканного типа. Столбчатые фундаменты некоторых типов панельных зданий устраивают из железобетонных блоков-подушек стаканного типа и фундаментных столбов (колонн).
Рис. 48. Свайные фундаменты:
а— на сваях-стойках; б — на висячих сваях; в — на монолитных набивных сваях; г — на железобетонных забивных сваях; д — узел колонны I этажа и рандбалки; 1 — сваи; 2 — ростверк; 3 — насыпной грунт; 4 — торф; 5 — твердая глина; б — плывун; 7 —арматурный каркас; 8 — монолитный оголовок свай, 9 — камуфлетная пята; /б4—уплотненная грунтовая оболочка; 11 — цоколь; 12 — рандбалка; 13 — перекрытие; 14 — колонна; 15 — стена
Под монолитные железобетонные или стальные колонны зданий устраивают монолитные (в большинстве случаев ступенчатые) фундаменты из бута, бутобетона, бетона или железобетона.
При значительных нагрузках на слабые грунты основания в некоторых случаях устраивают сплошные фундаменты в виде ребристой железобетонной плиты под всем зданием. Более экономичными в таких случаях являются свайные фундаменты. Свайные фундаменты (рис. 48) устраивают на деревянных, бетонных и (редко) стальных сваях.
По способу изготовления и погружения свай в грунт различают сваи забивные, погружаемые в грунт в готовом виде, и набивные, изготовляемые непосредственно в грунте.
По характеру работы в грунте свайные фундаменты могут быть на сваях-стойках, которые проходят через слабые грунты и опираются на прочный грунт, и висячих сваях (сваях трения), которые уплотняют слабый грунт и передают нагрузку на грунт трением, возникающим между грунтом и боковой поверхностью свай.
Наиболее дешевыми являются деревянные сваи. Однако, находясь в грунте G переменной влажностью, они быстро загнивают, поэтому головы деревянных свай следует располагать ниже уровня грунтовых вод. При ремонте или реконструкции зданий рекомендуется применять набивные сваи, исключающие вибрацию стен соседних зданий при забивке свай. Для устройства набивных свай заранее приготовленные скважины заполняют через обсадные трубы бетоном с последующим его уплотнением.
Забивные сваи в поперечном сечении бывают круглыми, призматическими, двутавровыми, цилиндрическими.
В современном строительстве устраивают набивные сваи бетонные с уширенной пятой, образуемой заполнением бетона подземной полости от комуфлетного (без выброски грунта) взрыва.
Для равномерного распределения нагрузки от здания- на все сваи, располагаемые рядами или в шахматном порядке, головы свай заделывают в бетонную или железобетонную плиту (ростверк).
Свайные фундаменты имеют ряд преимуществ перед ленточными (табл. 4).
Свайные фундаменты позволяют сократить объем земляных работ, расход бетона, снизить стоимость фундаментов. Вместе с тем свайные фундаменты менее экономичны по расходу стали.
Детали фундаментов
При необходимости изменения глубины заложения ленточного фундамента по длине стены (например, при наличии подвала под частью здания) переход от одного уровня к другому осуществляется постепенно, уступами, высота которых для монолитных фундаментов должна быть не более 50 см, а для сборных — равной высоте блока стены фундамента. Отношение высоты уступа сборных фундаментов к его длине должно быть не менее 1 : 2 при глинистых и 1 : 3 при песчаных грунтах.
Рис. 51. Гидроизоляция фундаментов:
от капиллярной влаги (а) и при наличии напорной грунтовой воды (б. в, г); 1 — горизонтальная и 2 — вертикальная гидроизоляция; 3 — глиняный замок (мятая жирная глина); 4 — защитная стенка в 1/2 кирпича-железняка; 5 — облицовка из кирпича, 6 — пол подвала; 7 — слой загрузочного бетона; 8 — рулонный гидроизоляционный ковер под полом подвала; 9 — бетонная подготовка 150—200 мм; 10 — цементная штукатурка, 11 — пакля, смоченная битумом; 12 — железобетонная ребристая плита, заделанная в стены; 13 — подготовка под пол
Для ввода в здание инженерных коммуникаций в стенах подвалов оставляют проемы, длина которых в сборных фундаментах не должна превышать 60 см.
Подвалы освещают естественным светом через окна в стенах подвала, перед которыми устраивают световые приямки. Загрузку подвальных помещений топливом и другим материалом осуществляют через загрузочные люки. Световые приямки закрывают стальной решеткой, а загрузочные — крышками (рис. 50).
В целях защиты стен здания от увлажнения грунтовой водой, поднимающейся по порам материала стен, устраивают гидроизоляцию.
В зданиях без подвалов гидроизоляцию стен устраивают из двух слоев рубероида, склеенных битумной мастикой и укладываемых в горизонтальные швы на уровне 10—15 см от перекрытия и 15—25 см от отмостки или тротуара (рис. 51, а, б). Как показано на рисунке, при полах на грунте, кроме горизонтальной, устраивают и вертикальную гидроизоляцию путем обмазки битумной мастикой поверхности стены, соприкасающейся с грунтом.
Если уровень грунтовых вод ниже пола подвала, то гидроизоляцию стен здания с подвалом осуществляют в двух уровнях: в уровне подготовки под подвалы и не менее 15 см выше уровня отмостки. Вертикальную гидроизоляцию в этом случае делают путем обмазки горячим битумом в два слоя поверхности стены подвала, соприкасающейся с грунтом (рис. 51, б, в, г).
При уровне грунтовых вод выше пола подвала создается гидростатическое давление на пол снизу. В этом случае производят изоляцию пола и стен подвала (рис. 51, в, г) оклеечной изоляцией из двух слоев рубероида на битумной мастике. Изоляцию защищают стенкой толщиной 1/2 кирпича-железняка.
По гидроизоляционному ковру в конструкции пола подвала располагают слой загрузочного бетона, весом которого уравновешивают давление воды. При больших давлениях воды напор гасят путем устройства пола подвала по сплошной железобетонной плите (рис. 51, г).
Во избежание нарушения гидроизоляции в стыке между полом и стеной при их независимых осадках устраивают эластичный замок из пакли, смоченной в битуме (рис. 51, в).
Фундаменты смежных зданий
В строительной практике нередко прибегают к строительству зданий вплотную. В этих случаях не допускается устройство фундаментов с уступами в сторону соседнего дома, вследствие чего фундаменты смежных зданий устраивают несимметричными (рис. 52).
Для уменьшения ширины подошвы фундамента вновь возводимого здания иногда прибегали к устройству шпунтовых стенок, позволяющих увеличить несущую способность грунта под фундаментом.
Фундаменты на вечномерзлых грунтах
Особенностью эксплуатации зданий в зоне вечномерзлых грунтов является необходимость сохранения основания в мерзлом состоянии, что обеспечивает устойчивость здания, исключает возможность возникновения неравномерных осадок. Это условие наиболее успешно
обеспечивается строительством зданий на отдельно стоящих опорах и устройством проветриваемого подполья (рис. 53).
Столбчатые фундаменты являются одним из основных видов фундаментов отапливаемых зданий в районах вечной мерзлоты. Поскольку при замерзании верхних слоев пучинистого грунта, смерзающегося с материалом фундамента, в фундаментных столбах возникают растягивающие усилия, которым каменная кладка не может сопротивляться, то для фундаментных столбов применяют железобетон.
Рис. 52. Фундаменты смежных зданий:
1 — фундамент существующего строения; 2 — вновь возводимый фундамент; 3 — шпунтовая стенка; 4 — межевая линия (межа)
Рис. 53. Фундаменты на вечномерзлых грунтах:
а — схема ленточного фундамента здания с проветриваемым подвалом; б — деталь ленточного фундамента; в — схема здания на сваях; 1 — ленточный фундамент; 2 — проветриваемое подполье; 3 — вечномерзлый грунт; 4 — нетеплопроводная водонепроницаемая отмостка; 5 — противопучинистые засыпки (гравий, песок); 6 — сваи; 7 — продухи; 8 — железобетонный цоколь-ростверк
Широкое развитие в современном строительстве в районах вечной мерзлоты получили свайные фундаменты. Сваи, вмороженные в грунт, обладают более высокой несущей способностью, чем забивные висячие сваи в талом грунте. Конструкции свайных фундаментов рассматривались ранее.
Реконструкция фундаментов
При эксплуатации зданий возможно выпадение из кладки фундаментов отдельных камней, появление трещин, вымывание или выкрашивание раствора из швов кладки, расстройство мест сопряжения фундаментов, изменение отметки полов подвала и нарушение гидроизоляции.
Рис. 54. Способы усиления фундаментов:
а — уширение подошвы фундамента сборным железобетоном; б — то же, монолитным; в — усиление стены подвала и фундамента железобетонными обоймами; г — усиление фундамента выносными сваями; 1 — фундамент; 2 — сборные железобетонные плиты; 3 — тощий бетон; 4 — железобетонная дополнительная часть фундамента, 5 — анкер; 6—железобетонная обойма; 7 — железобетонные подушки; 8 — стальные двутавровые балки; У— сгнившие ростверк, в сваи; 10 — выносные набивные сваи
В зависимости от причин, вызвавших нарушения фундаментов (недостаточная прочность материала фундаментов, недопустимые деформации основания, увеличение нагрузок от здания и др.), усиление и реконструкцию их можно провести цементированием, устройством обойм, выносных свай, уширением подошвы фундамента (рис. 54).
При усилении фундаментов цементированием в кладку нагнетают через трубки и заранее заготовленные отверстия цементный раствор (состав 1 : 1 или 1 : 1,5). Если цементирование затруднительно, фундамент усиливают железобетонными обоймами.
Уширение подошвы достигается устройством новых дополнительных частей.
Источник