ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

Инженерно-геологические изыскания.

Грунты, используемые в качестве естественных оснований

  Подземная часть здания или сооружения - фундаменты - передают нагрузку от надземной части на нижележащие слои грунта. Слои грунта, на которые опирается здание или сооружение, передавая на них свою нагрузку, называются естественным основанием.

Грунты, оказавшиеся недостаточно прочными для восприятия нагрузки от здания или сооружения, приходится уплотнять, утрамбовывать или заменять. Полученные основания называются искусственными.

Давление на основание не должно превышать величину нормативного давления для данного грунта. Основания должны обеспечивать равномерную осадку здания или сооружения в допускаемых нормами пределах, обладать устойчивостью и не выпучиваться при промерзании, не разрушаться под действием поверхностных и грунтовых вод, обладать неподвижностью.

Несущая способность основания определяется величиной нагрузки, при которой осадка (сжимаемость) грунта по величине и равномерности соответствует нормам. Величина нагрузки - нормативное давление на основание - выражается в кгс/см2. Осадка основания зависит не только от нагрузки и степени сжимаемости, но и от формы и размеров подошвы фундамента. 

  До выбора основания на строительной площадке проводят инженерно-геологические изыскания - определяют геологическое строение, расположение и мощность пластов грунта, физико-химические и механические свойства, положение уровня грунтовых вод. Исследования или разведку выполняют путем бурения или шурфования. При бурении - быстром и сравнительно дешевом способе разведки - от каждого пласта грунта отбирают пробы, но не реже чем через 0,5 м по высоте скважины. Шурфом называют колодец прямоугольного сечения, также предназначенный для разведки грунта. В этом случае можно осмотреть грунт в естественном состоянии и с ненарушенной структурой.

Сведения о результатах разведки грунтов заносят в специальные журналы и геологические профили (разрезы). В полевых условиях и в лабораториях по взятым пробам определяют физико-механические свойства грунта и качество воды.

Размещение точек исследования на плане строительной площадки, порядок отбора проб грунта и воды устанавливаются специальными инструкциями. Исследования должны обосновать выбор основания будущего здания или сооружения и определить величину нормативного давления.    Основанием могут служить различные виды грунтов: пески, супеси, суглинки, глины, лёссы, мергель, гравий, щебень, скальные грунты.    Пески - продукт разрушения горных пород, подвергшихся различным атмосферным воздействиям (осадки, ветер, температура и т. п.). Различают мелкий песок с преобладанием зерен 0,1…0,25 мм, песок средней крупности - 0,25…0,5 мм и крупный песок более 0,5 мм. При увлажнении несущая способность песчаных грунтов снижается. Песок служит хорошим основанием при залегании достаточно большим (мощным) слоем, если он при этом не подвержен размыванию.    Глина представляет собой осадочную породу из чрезвычайно мелких глинистых частиц кремнезема, примеси песка, извести, окиси железа, содержащую связанную воду. Обычно в глине содержится более 30% частиц диаметром менее 0,005 мм, при содержании таких частиц более 60% глина называется тяжелой. Глинистые грунты обладают пластичностью и способностью необратимо изменять свою форму под давлением в отличие от песчаных. В сухом и маловлажностном состоянии глины, как правило, имеют достаточно хорошую прочность, а в пластичном состоянии их прочность уменьшается.    Супесью, или супеском, называют грунт, состоящий из песка и глинистых частиц (90-97% песка и 3-10% глинистых частиц).    Лёсс состоит в основном из мельчайших пылеватых частиц, отложенных ветрами и сцементированных известью, с образованием мельчайших пустот. Лёсс часто содержит примеси извести, легко впитывает воду и при этом расплывается. Как правило, для естественного основания непригоден.    Мергель представляет собой довольно твердую породу, состоящую из смеси глинистых или суглинистых грунтов с известью. При выветривании превращается в рыхлую массу.    Гравий - обломочная горная порода, состоящая из отдельных скатанных зерен размером 3-40 мм с примесью глинистых и песчаных частиц. Гравий с зернами размером 40-200 мм называется галькой, а более 200 мм - валунами.

Щебень- неокатанные остроугольные обломочные породы с частицами 20-200 мм .

Скальные грунты - состоят из сплошных массивов изверженных или осадочных пород, иногда покрытых сетью трещин и прослоек. Мергель и гравийные грунты слабо сжимаются под нагрузкой и, если они не подвержены размыванию, являются хорошим основанием. Скальные грунты, залегающие в виде сплошного массива (граниты, кварциты, песчаники и др.), водоустойчивы и несжимаемы. Скальные грунты, залегающие в виде трещиноватых слоев, менее прочны; к ним относятся скальные неводостойкие породы, например гипс. В основном скальные грунты не сжимаются и являются надежным естественным основанием.    Кроме перечисленных, в строительстве часто встречаются также растительные грунты, солончаки и плывуны.    Растительные грунты состоят из смеси суглинка, песка, пылеватых частиц и остатков разложения растений - перегноя. Грунты с содержанием перегноя 4-22% называются черноземами. Растительные грунты при пропитывании водой расплываются, а при высыхании быстро твердеют.

Солончаки содержат большое количество солей, во влажном состоянии становятся липкими, при высыхании твердеют и растрескиваются.    Плывун - песчано-глинистый или пылевато-песчаный грунт, обильно насыщенный водой с подвижными, взвешенными в воде мелкими частицами. В откосе не держится совершенно, на штыковой лопате растрескивается.

Растительные грунты, солончаки и плывуны в качестве естественного основания непригодны.    Несущая способность грунта снижается под воздействием грунтовых вод, а вредные примеси в воде могут разрушать материал фундаментов.

НОРМАТИВНЫЕ ДАВЛЕНИЯ

Строительными нормами установлены нормативные давления на основания при глубине заложения фундамента 1-2,5 м и ширине подошвы 0,6-1,5 м;

для глинистых грунтов 1-6 кгс/см2 в зависимости от влажности и пористости;

для песков 1-4,5 кгс/см2 в зависимости от размера частиц, влажности и пористости;

для супесей 2-3 кгс/см2 в зависимости от влажности и пористости;

для суглинков 1-3 кгс/см2 в зависимости от влажности и пористости;

для крупнообломочных грунтов 3-6 кгс/см2 в зависимости от размера частиц;

для скальных грунтов - 1/2 временного сопротивления скального грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии.   

 Нагрузка, передаваемая от здания через подошву фундамента, вызывает в основании напряженное состояние и деформацию. Под подошвой фундамента давление достигает наибольшего значения, постепенно уменьшаясь в стороны. Деформация основания, возникающая в сжимаемой зоне, вызывает осадку здания. При равномерных осадках все элементы здания опускаются одинаково и в них не возникает дополнительных напряжений. Неравномерные осадки вызывают дополнительные напряжения в отдельных элементах здания, что может привести к их деформациям - трещинам, разрывам.

Искусственные основания

  Искусственные основания устраивают для повышения несущей способности грунта или для передачи нагрузок на слои грунта, имеющие большую прочность, но залегающие на глубине ниже подошвы фундамента.    Для поверхностного уплотнения слабого грунта применяют пневматические трамбовки, а также трамбовочные плиты массой 1-2 т, подвешиваемые к стрелам кранов и сбрасываемые с высоты 3-4 м. Грунт при этом уплотняется на глубину до 1 м и более. На больших площадках грунт можно укатывать катками. Песчаные грунты целесообразно уплотнять поверхностными вибраторами, для глинистых грунтов этот способ менее эффективен.    Для глубинного уплотнения слабых грунтов используют песчаную или гравийно-песчаную смесь. В грунт вибропогружателем забивают стальные трубы диаметром 400-500 мм, снабженные внизу наконечником, раскрывающимся при вытаскивании труб на поверхность. Трубы погружают в грунт, заполняют песком или гравийно-песчаной смесью, а затем извлекают. При подъеме труб под воздействием вибрации песок или смесь уплотняется, причем зона уплотнения грунта равна примерно трем диаметрам скважины.    Цементацию грунта выполняют путем нагнетания в грунт по заранее забитым перфорированным трубам жидкого цементного раствора или молока с последующим извлечением. Раствор, проникая в поры грунта, затвердевает и образует прочный массив. Цементации подвергают грунты, состоящие из крупных и средних песков.    Силикатизацию грунта осуществляют путем нагнетания (как и при цементации) жидкого стекла и хлористого кальция. Этот способ применяется при упрочнении песков, пылеватых песков и лёссовых грунтов. При силикатизации пылеватых песков в раствор жидкого стекла добавляют фосфорную кислоту.

В крупнозернистые пески и трещиноватые скальные породы для упрочнения и прекращения фильтрации воды нагнетают горячий битум; средне- и мелкозернистые пески могут закрепляться холодной битумной эмульсией.

В некоторых случаях слабый грунт под фундаментами удаляют, заменяя его более прочным, т. е. создают подушку.

В малоэтажном строительстве устраивают песчаные подушки из среднего и крупного песка с вибрацией и увлажнением. Подушки могут выполняться также из гравия, камня и цементно-грунтовой смеси.

ФУНДАМЕНТЫ

Типы фундаментов

  Фундаменты должны обладать достаточной прочностью и устойчивостью, действительное напряжение в них не должно превышать величину допускаемых напряжений. Кроме того, фундаменты должны быть устойчивыми к влиянию грунтовых и агрессивных вод, морозостойкими, по долговечности отвечать сроку службы здания или сооружения, быть индустриальными в изготовлении и экономичными.    По характеру конструкций фундаменты разделяются на ленточные - в виде непрерывных стен, столбчатые - в виде отдельно стоящих столбов-опор, сплошные - под всей площадью здания, свайные - в виде отдельных свай, связанных между собой с помощью ростверка.

Различают фундаменты жесткие, работающие главным образом на сжатие (растягивающие и скалывающие усилия в них незначительны), и гибкие, испытывающие довольно значительные растягивающие и скалывающие усилия.

По роду материалов фундаменты бывают деревянными, каменными, бетонными, железобетонными и смешанными.

    Глубина заложения фундаментов определяется глубиной залегания слоев грунтов, принятых за естественное основание. В грунтах влажных мелкозернистых подошву фундамента располагают ниже уровня промерзания грунта на 0,1-0,25 м.

В непучинистых грунтах глубина заложения фундамента не зависит от глубины промерзания и устанавливается условно, но должна составлять не менее 0,5 м от планировочной отметки. Глубина заложения фундаментов под внутренние стены отапливаемых зданий меньше, чем под наружные, и не зависит от глубины промерзания, но должна быть не менее 0,5 м от уровня земли.    Ленточные фундаменты чаще по поперечному сечению и реже по протяженности (в зависимости от уклона лестницы) делают ступенчатого сечения. Для передачи давления на основание подошву фундамента расширяют.

При устройстве таких фундаментов применяют кладку из природного бутового камня неправильной формы на цементном или сложном растворах. Фундаменты из бутового камня требуют значительных затрат ручного труда. Более рациональны фундаменты из бутобетона и бетона, при сооружении которых используется бетон заводского изготовления и возможна частичная механизация работ.    Индустриальными являются сборные бетонные и железобетонные фундаменты. Сборные ленточные фундаменты монтируют из железобетонных или бетонных блоков прямоугольной или трапециевидной формы (подушки) и стеновых блоков в виде параллелепипедов.

Блоки-подушки укладывают на утрамбованную песчаную подготовку толщиной 150 мм (при песчаных грунтах подготовка не требуется). Блоки стен фундаментов изготовляют сплошными или пустотелыми (для сухих грунтов), что уменьшает расход бетона и их массу, однако в водонасыщенных грунтах в пустоты может проникнуть вода, что вызовет их разрушение при замерзании. Целесообразна укладка железобетонных подушек фундаментов не сплошной лентой, а с разрывами, засыпаемыми грунтом. В отдельных случаях устраивают несимметричные по сечению фундаменты, что целесообразно при внецентренном действии нагрузок, когда их равнодействующая значительно смещена от оси фундамента. 

  

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. В этом случае замена ленточных фундаментов столбчатыми дает экономический эффект. Нагрузки передаются на столбы фундамента с помощью фундаментных балок. Столбчатые фундаменты устраивают также под внутренние колонны зданий, под трубы, оборудование и машины. Столбчатые фундаменты бывают деревянными (стулья) и каменными из бута, бетона, железобетона и др.

Деревянные стулья применяют для деревянных сооружений, в основном для временных зданий. Стул с нижней поперечной подкладкой менее жесток, чем стул с крестовиной и подкосами. Перед установкой на место стулья антисептируют.

Для колонн промышленных зданий применяют сборные столбчатые железобетонные фундаменты стаканного типа, состоящие из башмака или блока-стакана и опорных плит под ним. 

  Если нагрузки на фундамент значительны, а грунт основания слаб и неоднороден, устраивают сплошные фундаменты по всей площади сооружения в виде железобетонной монолитной плиты.

  При устройстве фундаментов под машины и оборудование в промышленных зданиях в соответствии с СН "Фундаменты машин с динамическими нагрузками. Нормы проектирования" необходимо учитывать кроме статических динамические нагрузки, которые вызывают колебания конструкций зданий. Фундаменты под машины должны быть прочными, устойчивыми, недопустимы осадки, деформации и вибрация. Различают два вида фундаментов под машины: массивные и рамные. Массивные фундаменты сооружают из монолитного бетона или железобетона или из плит с отверстиями для крепления машин. Рамные фундаменты устраивают для машин с большим числом оборотов. 

СВАЙНЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

  В современном строительстве широко применяют свайные основания, которые в зависимости от способа передачи нагрузки от здания на грунт выполняют из свай-стоек и висячих свай. Сваи-стойки проходят слой слабого грунта и, опираясь своими концами на прочный грунт, передают на него нагрузку, при этом глубина залегания прочного грунта не должна превышать длины сваи. Висячие сваи держатся в слабом грунте, уплотняют его и передают на него нагрузку трением, возникающим между боковой поверхностью свай и грунтом.    По роду материалов бывают сваи железобетонные, бетонные, деревянные, стальные и комбинированные. 

  Наибольшее применение находят железобетонные сваи, способные выдерживать большие нагрузки. Деревянные сваи дешевле железобетонных, но срок их службы ограничен, особенно в условиях переменной влажности. Количество и размеры свай определяют по расчету. 

  Сваи применяют в некоторых случаях и при достаточно прочных грунтах. Устройство свайных фундаментов под здания и сооружения, взамен ленточных из фундаментных блоков позволяет значительно уменьшить объемы земляных работ и сократить расход бетона. При возведении гражданских зданий сваи располагают под несущими стенами (наружными и внутренними). 

  Для того чтобы предупредить появление в зданиях и сооружениях трещин от неравномерной осадки, устраивают вертикальные осадочные швы, разрезающие фундаменты и стены. Неравномерная осадка зданий и сооружений возможна при разной высоте их смежных частей или при наличии под подошвами фундаментов грунтов разного качества. В швы закладывают доски толщиной 13 мм, обернутые толем. В кирпичных стенах шов устраивают в виде штрабы с прокладкой толя и проконопаткой смоляной паклей.    Для изоляции фундаментов от влаги применяют гидроизоляцию, например из двух слоев рубероида, склеенных водонепроницаемой битумной мастикой. Изоляцию располагают на одном уровне с подготовкой под полы первого этажа или на 50-150 мм ниже опирания фундаментных балок. Кроме того, устраивают второй изоляционный слой выше отмостки или тротуара на 150-250 мм. При наличии в здании подвала изоляцию укладывают также в кладке фундамента, на уровне полов подвала. Если уровень грунтовых вод расположен выше пола подвала, гидроизоляцию устраивают снаружи стен и пола подвала. Изоляция может быть оклеечной, например из двух слоев рубероида на битумной мастике, или обмазочной - из двух слоев горячего битума. С внешней стороны стен подвала изоляцию следует защищать облицовкой в 0,5 кирпича повышенной прочности. Для понижения уровня грунтовых вод иногда устраивают дренаж, используя рельеф местности для стока воды в ближайшие водоемы, по возможности без ее перекачки. Во избежание проникновения в грунт около фундамента атмосферной воды по периметру здания делают отмостку - из камня или слоя асфальта по песчаному основанию шириной 0,7 м с уклоном от здания 0,1-0,15.

МЗФ

По бетонной плите в грунте настилается защитный геотекстиль и затем – битумно-полимерная гидроизоляционная мембрана, которая укладывается свободно и сваривается (склеивается) в швах. Поверх гидроизоляции укладывается теплоизоляция Primaplex в один или несколько слоев. Затем настилается полиэтиленовая пленка, которая играет роль защиты от проникновения цементного молочка в места стыков теплоизоляционных плит. Поверх пленки устраивается армированная стяжка.