3.1. Основания и фундаменты

Прочность и устойчивость любого здания или сооружения прежде всего зависит от надежности оснований и фундаментов.

Основанием называется массив грунта, испытывающий давление от возведенного здания. Надежность основания является важнейшим условием, обеспечивающим прочность и устойчивость любого здания или сооружения.

Основания подразделяются на естественные и искусственные.

Естественными основаниями являются грунты, способные в своем природном состоянии выдержать нагрузку от возведенного здания.

Грунты, расположенные в основании, должны удовлетворять следующим требованиям:

• обладать достаточной несущей способностью, а также малой и равномерной сжимаемостью;

• не подвергаться пучению;

• не допускать просадок и оползней;

• не размываться и не растворяться грунтовыми водами.

В соответствии с нормами принята следующая классификация грунтов:

• скальные – каменные породы, залегающие в виде сплошного массива, образующего подобие сухой кладки;

• крупнообломочные – несвязные грунты, содержащие свыше 50 % обломков скальных пород;

• песчаные – сыпучие в сухом состоянии, не обладающие свойством пластичности;

• глинистые – связные грунты, обладающие пластичностью;

• лессовые – глинистые грунты с содержанием большого количества пылеватых частиц и наличием крупных пор, видимых невооруженным глазом.

Под действием нагрузки от здания грунты в основании испытывают сжимающие напряжения и, уплотняясь, вызывают осадку здания.

Скальные грунты являются практически несжимаемыми.

Крупнообломочные и песчаные грунты обладают небольшой и быстро протекающей сжимаемостью, которая заканчивается с возведением здания.

Уплотнение глинистых грунтов происходит в течение двух-трех лет.

Для выбора надежного основания на отведенном под строительство участке производят инженерно-геологические и гидрогеологические исследования (рис. 3).

Рис. 3. Профиль геологического разреза:

УВГВ – уровень высоких грунтовых вод; УНГВ – уровень низких грунтовых вод.

При гидрогеологическом исследовании определяют положение уровня грунтовых вод. В случае расположения грунтовых вод в зоне фундаментов грунтовые воды подвергают химическому анализу.

В случаях, когда грунты в природном состоянии неспособны служить надежным основанием, прибегают к их искусственному усилению.

Фундамент – это подземная конструкция, воспринимающая всю нагрузку от здания и передающая ее на грунт.

Типы фундаментов представлены на рисунке 4.

Рис. 4. Типы фундаментов:

а – ленточный из бутового камня; б – ленточный монолитный; в – ленточный из сборных элементов; г, д – столбчатые; е – в виде монолитной железобетонной плиты;

ж, з – на забивных сваях;

1– природный камень; 2 – арматура; 3 – опалубка; 4 – раствор; 5 – фундаментные блоки;

6 – блоки-подушки; 7 – кирпичный столб; 8 – железобетонные перекрестные ленты;

9 – колонны; 10 – забивные сваи; 11 – ростверк; 12 – грунт.

Фундаменты должны обладать достаточной прочностью, устойчивостью, долговечностью, быть экономичными. По роду материалов бывают фундаменты железобетонные, бетонные, деревянные, стальные и комбинированные

По характеру работы под нагрузкой фундаменты делят на жесткие – бутовые, бутобетонные и бетонные, и гибкие – железобетонные.

Основными типами фундаментов являются (рис. 4):

• ленточные – располагаемые по всей длине наружных и внутренних стен;

• столбчатые – располагаемые под отдельно стоящие опоры;

• сплошные – представляющие собой монолитную железобетонную плиту под всей площадью здания;

• свайные – в виде свай, погруженных в грунт.

Нижняя плоскость ленточного и столбчатого фундамента, опирающаяся на основание, называется подошвой фундамента. Верхняя плоскость фундамента называется обрезом. Расстояние от планировочной поверхности земли до уровня подошвы называется глубиной заложения фундамента.

Сборные ленточные фундаменты выполняются из железобетонных блоков-подушек и бетонных блоков (рис. 5).

Рис. 5. Элементы сборных бетонных и железобетонных фундаментов:

а – бетонный блок; б – блок-подушка

В случае расположения грунтовых вод менее 2 метров от нижней границы промерзания грунта подошву фундамента располагают ниже глубины промерзания грунта.

Глубина заложения фундаментов под внутренние стены и столбы отапливаемых зданий принимается независимо от глубины промерзания грунта, но не менее 0,5 метра.

Связь между сборными фундаментами продольных и поперечных стен осуществляется перевязкой блоков.

Сборные ленточные фундаменты могут устраиваться непрерывными и прерывистыми (рис. 6).

Рис. 6. Сборные ленточные фундаменты непрерывные:

1 – бетонные блоки; 2 – железобетонные блок-подушки; 3 – заполнение раствором.

Столбчатые фундаменты под кирпичные столбы могут выполняться бутовыми, бетонными и железобетонными, а также сборными в виде железобетонных блоков-подушек или фундаментных железобетонных плит.

Под сборные железобетонные колонны применяют железобетонные фундаменты типа стакана.

Располагают столбчатые фундаменты в углах здания и в местах пересечения стен. Пролеты между столбами перекрываются железобетонными фундаментными балками (рис. 7).

Столбчатые фундаменты в основном применяют в промышленном и сельском строительстве; в гражданском строительстве их устраивают, как правило, для малоэтажных зданий и сооружений, при незначительных нагрузках на фундаменты.

Рис. 7. Столбчатый фундамент под стены:

1 – железобетонная фундаментная балка; 2 – подсыпка; 3 – отмостка; 4 – гидроизоляция;

5 – элементы сборного фундамента.

Свайные фундаменты применяют при слабых грунтах, залегающих на значительную глубину.

По характеру работы в грунте сваи подразделяются на сваи-стойки и сваи висячие.

Сваи, проходящие через слабые слои грунта и опирающиеся своими нижними концами на прочный грунт, называются сваями-стойками, а сваи, не достигающие прочного грунта, а лишь уплотняющие слабые слои, называются висячими (рис. 8).

.

Рис. 8. Сваи-стойки и сваи висячие:

1 – сваи; 2 – ростверк.

Висячие сваи воспринимают нагрузку от здания за счет сил трения, возникающих между их боковой поверхностью и грунтом.

По способу погружения в грунт сваи подразделяются на забивные, изготавливаемые заранее и погружаемые в грунт специальными механизмами путем забивки, и набивные, изготавливаемые путем предварительного устройства буровых скважин и последовательного заполнения их бетоном.

Устройство свайных фундаментов под здания взамен ленточных позволяет значительно уменьшить объемы земляных работ и сократить расход бетона. При возведении гражданских зданий сваи располагают под несущими стенами (наружными и внутренними).

Подвальное помещение также можно отнести к разновидности заглубленного фундамента. Подвальным считается этаж, у которого уровень пола помещений ниже уровня планировочной отметки земли более чем на половину их высоты. Высоту подвала принимают равной 1,9...2,2 м.

Подвалы должны обладать достаточной устойчивостью против горизонтального давления земли, а при отапливаемых подвалах – и надлежащими теплозащитными качествами.

Внутренние стены подвалов обычно выполняют такими же, как и внутренние наземные.

Подвальные этажи должны быть защищены от грунтовой сырости и грунтовых вод в случае расположения их уровня в зоне подвала. Защита от грунтовой сырости осуществляется устройством горизонтальной и вертикальной гидроизоляции (рис. 9).

В целях защиты основания от увлажнения поверхностными водами по всему периметру здания с наружной стороны устраивается водонепроницаемая отмостка шириной не менее 0,5 метра с уклоном от здания.

Рис. 9. Гидроизоляция подвалов:

а – от грунтовой сырости; б, в – от грунтовых вод;

1 – горизонтальная гидроизоляция; 2 – обмазка горячим гудроном; 3 – глиняный замок;

4 – бетонная подготовка; 5 – выравнивающий слой раствора; 6 – гидроизоляционный ковер, 7 – слой бетона, уравновешивающий напор воды; 8 – монолитная железобетонная плита;

9 – окраска мастикой; 10 – защитная кирпичная стенка.