Способы сохранения вечной мерзлоты под фундаментом
Наиболее целесообразны в условиях вечномерхлых грунтов свайные фундаменты, так как при их устройстве отпадает необходимость отрывки глубоких котлованов и траншей под фундаменты, земляные работы сокращаются до минимума. Проветривание подполий при свайных фундаментах организуется проще. Современные методы устройства свайных фундаментов резко сокращают затраты материалов, времени и сил для возведения собственно фундамента.
Искусственные основания. Если грунты основания в пределах сжимаемой толщи не обладают необходимой несущей способностью (насыпные грунты, торфянистые, рыхлые песчанистые и суглинистые грунты с большим содержанием органических остатков и т.п.), их искусственно укрепляют или применяют фундаменты, передающие нагрузки на нижележащие прочные грунты, в частности свайные фундаменты. Выбор свайных фундаментов или способа укрепления грунтов производится технико-экономическим сопоставлением различных вариантов устройства оснований и фундаментов.
В массовом гражданском строительстве, как правило, применяют искусственные основания, создаваемые одним из следующих способов:
- уплотнение грунта – глубинное или поверхностное. Поверхностное уплотнение производят с помощью укатки, трамбования или вибрирования. Вытрамбовывание котлована используется также как мера повышения несущей способности обычных оснований. Глубинное уплотнение может быть осуществлено песчаными или грунтовыми сваями, или с помощью взрывов;
- закрепление грунта – способ закрепления слабых грунтов посредством цементации, термического способа, химическим закреплением или силикатизацией грунтов;
- замена грунта – производится в случае, если уплотнение и закрепление грунта затруднено – слой слабого грунта заменяют более прочным. Замененный слой грунта называют подушкой. При небольшой этажности зданий (небольшой нагрузке) применяют подушки из крупного или средней крупности песка. Толщина подушки должна быть такой, чтобы давление под ней не превышало несущей способности нижележащего грунта. Песчаные подушки исключают также эффект пучения грунтов в его разрушающем проявлении.
Термический способ закрепления грунта состоит в нагнетании в толщу грунта под давлением через трубы воздуха, нагретого до 600-800оС, или в сжигании горючих продуктов, подаваемых в герметически закрытую скважину под давлением. Термический способ глубинного уплотнения грунта применяют для устранения просадочных свойств лессовых грунтов на глубине до 10-15 м. Обожженный грунт образует фильтрующий слой, сквозь который вода может проникнуть через толщу просадочного грунта на устойчивый непросадочный грунт. Обожженный грунт приобретает свойства керамического тела, не намокает и не набухает.
Цементация грунтов осуществляется нагнетанием в грунт через забитые в него трубы цементной суспензии, цементно-глинистых растворов. Цементация применяется для укрепления гравелистых, крупно- и среднезернистых песков, для заделки трещин и полостей в скальных грунтах.
Силикатизация грунтов состоит в инъекции через трубы в грунт растворов жидкого стекла и хлористого кальция и применяется для укрепления песчаных пылеватых грунтов, плывунов и макропористых грунтов. Инъекция делается на глубину 15-20 м и более, а радиус распространения силикатизации достигает 1 м.
Существуют и некоторые другие методы создания искусственных оснований – искусственное замораживание грунтов, шпунтовое ограждение и др.
Общие сведения о фундаментах
Фундаменты – часть здания, расположенная ниже отметки дневной поверхности грунта. Их назначение – передать все нагрузки от здания на грунт основания. В случае, когда под зданием устраиваются подвалы, фундаменты выполняют роль ограждающих конструкций подвальных помещений. Долговечность, надежность, прочность и устойчивость здания во многом зависят от качества фундаментов. Велика также их роль в общей стоимости и трудоемкости возведения здания.
Работа фундаментов протекает в сложных условиях. Они подвергаются влиянию разнообразных внешних воздействий как силовых, так и несиловых. Такие силовые воздействия, как нагрузки от массы здания и грунта, отпор грунта, силы пучения, сейсмические удары, вибрация вызывают появление различного рода сжимающих, сдвигающих изгибающих напряжений, результатом которых могут быть недопустимые деформации и разрушения.
Несиловые воздействия: переменная температура и влажность, избыточное увлажнение, воздействие химических веществ, деятельность насекомых, грибков и бактерий – могут привести как к появлению напряжений и разрушений в фундаментах, так и к нарушению эксплуатационного режима помещений здания.
Схема воздействия на фундаменты
Чтобы противостоять различного рода воздействиям и обеспечить необходимые условия эксплуатации здания, фундаменты должны отвечать ряду требований. Основные из них – прочность, долговечность, устойчивость на опрокидывание и на скольжение, стойкость к воздействию грунтовых вод, химической и биологической агрессии. Наряду с эксплуатационными фундаменты должны удовлетворять экономическим требованиям минимума затрат труда и времени на возведение, что может быть достигнуто при индустриальных методах строительства. Разнообразие материалов и конструктивных решений зданий, климатических и грунтовых условий определило множество различных видов фундаментов, используемых в современном строительстве.
Фундаменты классифицируют по материалу, конструктивному решению, заглублению в грунт, способу изготовления и характеру работы.
Материалом для фундаментов могут служить дерево, бутовый камень, бутобетон, бетон, железобетон.
Деревянные фундаменты, как правило, используют лишь для временных деревянных зданий. В условиях переменной влажности древесина быстро загнивает, поэтому для продления срока службы деревянные фундаменты следует антисептировать – обрабатывать химическими веществами, препятствующие гнилостным процессам.
В современных условиях все реже применяют фундаменты из бута. В этих фундаментах бутовый камень укладывают на растворе, что позволяет получить кладку достаточно высокой прочности на сжатие. Устройство таких фундаментов трудоемко, ограничено теплым сезоном и требует труда квалифицированных каменщиков.
Несколько проще устройство бутобетонных фундаментов. Их возводят в опалубке, включая в бетон 25-35% бута. При этом прочность фундаментов возрастает в десятки раз по сравнению с бутовым, затраты на возведение меньше, а необходимость в квалифицированных каменщиках отпадает.
Массовое распространение в современном строительстве получили бетонные и железобетонные фундаменты, особенно сборные. Бетонные и железобетонные сборные фундаменты обеспечивают круглогодичное ведение работ с широким применением индустриальных методов изготовления и монтажа элементов. Бетон и железобетон в наибольшей степени отвечают требования, предъявляемым к материалам для фундаментов: морозостойкости, механической прочности, стойкости к агрессивным водам, биостойкости, др.
По конструктивному типу и форме различают фундаменты:
- ленточные, располагаемые по всей длине стен или в виде сплошной ленты под рядами колонн;
- отдельно стоящие, или столбчатые, в виде отдельных опор под колоннами каркасных зданий, а также под стенами малоэтажных бесподвальных зданий;
- сплошные (плитные), представляющие собой монолитные плиты под всей площадью здания или его частью;
- свайные в виде погруженных в грунт (устроенных в грунте) стержней – свай.
