2.3 Основания и фундаменты

Все горные породы (глины, пески, скалы, и др.) из которых, слагается земная кора, в строительной практике называются грунтами.

Грунты, на которых возводятся сооружения непосредственно воспринимающие нагрузки, называют основанием сооружения. Грунты, используемые в качестве оснований зданий и сооружений, подразделяются на глинистые, песчаные, крупнообломочные и скальные. Эти грунты в свою очередь подразделяются на следующие виды: а) глинистые грунты - супеси, суглинки, глины; б) песчаные грунты - пески гравелистые, крупные, средние, мелкие, пылеватые; в) крупнообломочные грунты - щебенистые, дресва; г) скальные грунты - скальные, полускальные.

Глинистые грунты, обладающие в природном состоянии видимыми порами в форме ячеек и вертикальных трубочек, размеры которых значительно превосходят размеры частиц, составляющих скелет грунта, называются макропористыми грунтами. При увлажнении эти грунты теряют связность, быстро намокают и при этом уплотняются, образуя просадки, поэтому их называют просадочными грунтами. При проектировании и строительстве на таких грунтах должны выполняться мероприятия по укреплению грунтов основания и по защите их от увлажнения.

Существуют также насыпные грунты - искусственные насыпи, образованные при засыпке оврагов, прудов, побережий рек. Вопрос об использовании насыпных грунтов, в качестве основания для зданий и сооружении рассматривается в каждом отдельном случае в зависимости от характера грунтов и возраста насыпи, а также в зависимости от назначения здания или сооружения.

Грунты всех видов называются мерзлыми, если они содержат в своем составе лед, при отрицательной или нулевой температуре, и вечномерзлыми, если они в продолжении многих лет не подвергались сезонному оттаиванию.

Основными параметрами механических свойств грунтов являются угол внутреннего трения , удельное сцепление С и модуль деформации грунтов Е.

Основания сооружений подразделяются на естественные и искусственные. Естественным основанием служат грунты, сложенные из рыхлых горных пород (обломочных, песчаных, глинистых), а также скальные породы (изверженные, метаморфические и осадочные), которые в условиях естественного залегания воспринимают нагрузки от сооружений.

При выборе естественного основания необходимо рассмотреть физико- механические свойства грунтов и гидрологические условия строительной площадки, по которым устанавливают глубину заложения, тип и конструкцию фундаментов.

Если грунты основания в пределах сжимаемой толщи слабы, не обладают необходимой несущей способностью или от воздействия нагрузок от здания и сооружения в них могут возникнуть значительные неравномерные осадки, их искусственно укрепляют или применять фундаменты, передающие нагрузки на нижележащие прочные грунты. Устройство искусственного основания предусматривается двух видов грунтовые и свайные. Слабые грунты, заменяют песчаной или щебеночной подушкой (рис.2.9) уплотняют укаткой , трамбовкой, вибрированием или закрепляют термической обработкой цементированием, силикатизацией. Песчаные подушки устраиваются под ленточные и столбовые фундаменты шириной не более 1,5м.

При наличии грунтовых вод необходимо стремиться, чтобы подошва песчаной подушки была расположена выше максимального уровня грунтовых вод на 0,5м. Не допускается устройство песчаных подушек в грунтовых водах, находящихся в движении, что может вызвать вымывание песка из подушки или ее заиливание.

Рисунок 2.9

а - Фундамент на песчаной подушке, заменяющей слабый насыпной грунт: 1- стена; 2- цоколь; 3 – фундамент; 4 – песчаная подушка. б - нагрузки на ленточные фундаменты; силовые воздействия: 1 – нагрузка от зданий; 2 – боковое давление от грунта, 3 – сейсмические нагрузки; 4 – силы пучения грунта; 5 – упругий отпор грунта; 6 – вибрации; 7 – влага грунта; Несиловые воздействия: 8 –температура помещения подвала, 9 – влага воздуха подвала; 10- агрессивные примеси в воде и воздухе; 11 – биологические факторы.

Фундаменты. Фундаментом называется подземная часть здания или сооружения, воспринимающая все нагрузки, как постоянные, так и временные, возникающие в надземных частях и, передающая давление от этих нагрузок на основание. Стоимость фундаментов составляет примерно 10% стоимости здания, масса до 20%, трудоемкость около 15%.

Фундаменты должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости, долговечности и экономичности. Необходимая прочность достигается выбором материала и размеров сечений фундаментов, способных воспринять расчетные нагрузки. Устойчивость против опрокидывания или скольжения по основанию обеспечивают формой фундаментов, соответствующей направлению равнодействующей сил по их подошве. Долговечность фундаментов зависит от их сопротивления действию грунтовых вод и морозостойкость. При выборе типа фундамента следует исходить из требований индустриализации, достигаемой применением сборных блоков заводского или полигонного изготовления с максимальным укрупнением их, насколько это позволяет имеющиеся на строительстве подъемно- транспортные механизмы.

Верхняя часть фундамента, на которую опираются стены здания, называется обрезом, а нижняя поверхность, непосредственно опирающаяся на основание, - подошвой фундамента. По материалу фундаменты разделяют на бетонные, железобетонные и каменные. Наиболее распространены фундаменты из бетона и железобетона. Бутобетонные (каменные) фундаменты устраивают главным образом в малоэтажных зданиях.

Различают фундаменты неглубокого заложения, свайные фундаменты и фундаменты глубокого заложения (опускные колодцы, кессоны).

Рисунок 2.10 Виды фундаментов

а- ленточный из бутового камня; б- ленточно-сборный; в- свайный монолитный; г- отдельно стоящий; д- перекрестно - ленточный; ж- сплошная фундаментная плита.

По конструкции фундаменты бывают ленточными, столбчатыми, сплошными и свайными; по форме профиля: прямоугольными, трапециевидными или ступенчатыми. По способу возведения фундаменты могут быть сборными или монолитными. Сборные фундаменты выполняют из крупных блоков, столбов или панелей. Монолитные фундаменты устраивают при больших нагрузках, слабых грунтах, для устранения неравномерных осадок зданий.(рис.2.10)

Сборные фундаменты устраивают из типовых сплошных или пустотелых крупных блоков. Сплошные фундаменты состоят из подушки, выложенной из блоков и фундаментной стены из блоков вперевязку.

Монолитные ленточные фундаменты выполняют из бутобетона, бетона, железобетона, крупнопористого бетона и грунтобетона.

Бутовые фундаменты устраиваются из бута на растворе марки 25-50. Бутовая кладка трудоемка. Применяют бутовые фундаменты, когда имеется местный материал.

Бетонные фундаменты -изготовляют из тяжелого бетона класса В 7,5 или легкого бетона класса В 10. Шлакобетонные фундаменты применяют при маловлажных грунтах.

Б у т о б е т о н н ы е фундаменты устраивают из тяжелого бетона класса В 10 и выше, с добавлением в бетон рваного бутового камня (изюма). Фундаменты в виде блоков из силикатобетона класса 15 применяют при маловлажных грунтах.

Столбчатые фундаменты устраивают в зданиях, в которых сосредоточенные нагрузки передаются на столбы каркасных стен и пилястры - несущих стен, расположенные друг от друга на значительных расстояниях. При устройстве столбчатых фундаментов стены в промежутках между фундаментами опирают на железобетонные балки; а при расстояниях между столбами не более 2м-на рядовые или арочные перемычки.

Сплошные фундаменты устраивают при значительных нагрузках, слабых грунтах и сближенных стенах или колоннах.

При строительстве многоэтажных каркасных здании на слабых или неоднородных грунтах, при больших нагрузках на колонны целесообразно устраивать ленточные железобетонные фундаменты.

Свайными фундаментами называют систему свай, погруженные в грунты соединенные поверх ростверками.

Свайные фундаменты применяются при строительстве на слабых сжимаемых грунтах, а также в тех случаях, когда достижение естественного основания экономически или технически невыполнимо из-за большой глубины его заложения.

Фундаментные монолитные плиты

В современных условиях, при проектировании ответственных зданий, нагрузки от которых на грунт превышают его несущую способность, устраиваются монолитные железобетонные плиты, площадь которых определяется площадью застройки. В этом случае распределение нагрузки от несущих конструкций здания равномерно распределяется на грунт, а в случае неравномерных просадок грунта под фундаментной плитой происходит перераспределение усилий за счет упругих деформаций в железобетонной конструкции плиты.

Как правило, монолитная железобетонная фундаментная плита опирается на подготовленное или искусственное основание, в том числе в виде свайного поля.

По способу передачи вертикальной нагрузки от здания или сооружения на грунт различают два вида свайных фундаментов: сваи-стойки, которые проходят через слабые грунты и опираются на толщу прочного грунта, и висячие сваи (или сваи трения), которые плотного грунта не достигают, удерживаются в слабом грунте за счет его уплотнения и передают нагрузку на грунт трением, возникающим между боковой поверхностью свай и грунтом. По способу погружения в грунт сваи бывают забивные, вдавливаемые, завинчиваемые и буронабивные.

Забивные сваи бывают железобетонные, а также деревянные. Набивные сваи изготовляют непосредственно на строительной площадке в грунте.

Для равномерной передачи нагрузок по сваям укладываются плиты или ленты, называемые ростверками. Ростверки могут быть железобетонными, монолитными, сборно- монолитными и сборными.

Железобетонные сваи по форме разделяются на призматические и цилиндрические с острием и без острия. По виду поперечного сечения сваи бывают сплошные квадратные, квадратные с круглой полостью, круглые или трубчатые (сваи – оболочки).