3 Фундаменты

3. ФУНДАМЕНТЫ

Фундаменты – это часть здания, расположенная ниже отметки дневной поверхности грунта. Фундаменты предназначаются для передачи нагрузок от здания на основание. Они устраиваются под всеми вертикальными несущими конструкциями. Работа фундаментов протекает в сложных условиях. Они подвергаются влиянию разнообразных внешних воздействий, как силовых, так и несиловых (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Силовые и несиловые воздействия на фундамент:

а) силовые: 1 – нагрузка от здания; 2 – боковое давление грунта; 3 – сейсмические нагрузки; 4 – силы пучения грунта; 5 – упругий отпор грунта; 6 – вибрации;

б) несиловые: 7 – температура грунта; 8 – температура помещения подвала; 9 – влага грунта; 10 – влага воздуха подвала; 11 – агрессивные примеси в воде и воздухе; 12 – биологические факторы.

В результате в фундаменте возникают сжимающие и при определенных условиях другие виды напряжений – изгиб, сдвиг и др. Поэтому основное требование, предъявляемое к фундаментам, обеспечение прочности и устойчивости.

Для устройства фундаментов применяют влагоустойчивые материалы, бутовый камень, бутобетон, бетон, железобетон. Кирпич может применяться только для фундаментов легких деревянных зданий. Деревянные фундаменты, как правило, используют лишь для временных деревянных зданий. Деревянные фундаменты, так называемые «стулья», представляют собой столбы с подкладками, закопанные в грунт (рис.3.2). Дерево подвержено гниению, такие столбовые фундаменты крайне недолговечны. Для продления срока службы деревянные фундаменты следует антисептировать – обрабатывать химическими веществами, препятствующими гнилостным процессам.

Рис. 3.2. Устройство деревянного фундамента

Массовое распространение получили бетонные и железобетонные фундаменты. Особенно сборные. По конструктивной схеме фундаменты различают ленточные, отдельностоящие, сплошные, свайные (рис. 3.3).

а) б)

в) г)

Рис. 3.3. Виды фундаментов по конструктивной схеме:

а – ленточные; б – отдельностоящие; в – сплошной; г – свайный

Ленточные фундаменты устраиваются под все капитальные стены, а в некоторых случаях и под колонны (рис. 3.3, а). Они представляют собой заглубленные в грунт ленты – стенки из бутовой кладки, бутобетона, бетона или железобетона.

Ленточные фундаменты получили большое распространение в жилищном строительстве для зданий до 12 этажей, выполненных по бескаркасной схеме.

Форма фундамента в плане повторяет очертания капитальных стен здания – несущих и самонесущих (рис. 3.4). Вертикальную часть фундамента выполняют из стандартных пустотелых или сплошных бетонных блоков шириной от 300 до 600 мм, длиной до 2,38 м и высотой 580 мм, изготовленных из бетона марки 150 или 200 (рис. 3.5). Фундаментные блоки маркируют буквами Ф с добавлением размеров в дм. Например: Ф-6-12 – фундаментальный блок шириной 60 см и длиной 120 см.

Рис. 3.4. План ленточных фундаментов

Рис. 3.5. Фундаментный блок

Сплошные фундаменты могут быть плитные и коробчатые, в один или несколько этажей (рис. 3.3, в, рис. 3.6). Сплошные фундаменты применяют для зданий с большими нагрузками или при слабых и неоднородных основаниях. Сплошные фундаменты проектируют в виде балочных или безбалочных, бетонных или железобетонных плит. Бетонные плиты не армируют. Железобетонные армируют по расчету.

а) б)

в) г)

Рис. 3.6. Виды сплошных фундаментов: а – без ребер; б – ребрами вниз; в – ребрами вверх; г - коробчатые

Отдельностоящие фундаменты представляют собой отдельные плиты с установленными на них подколонниками или башмаками колонн. Их устраивают для каркасных зданий (рис. 3.3, б). Разновидностью отдельностоящих фундаментов являются столбчатые, которые проектируют для малоэтажных зданий при малых нагрузках и прочных основаниях. Их возводят под колонны и столбы.

Свайные фундаменты применяют на слабых сжимаемых грунтах, при глубоком залегании прочных материковых пород, больших нагрузках (рис. 3.3, г). В последнее время свайные фундаменты получили широкое распространение для обычных оснований, так как их применение дает значительную экономию объемов земляных работ и затрат бетона. Основными элементами свайных фундаментов являются собственно сваи, оголовки и ростверки. Они могут быть двух типов: 1 – со сваями-стойками; 2 – с висячими сваями (рис. 3.7). Сваи-стойки передают нагрузку от здания на глубоко залегающий прочный грунт, если он находится на глубине возможной длины сваи.

Висячие сваи уплотняют грунт и передают ему нагрузку от здания за счет сил трения, возникающих между боковой поверхностью сваи и грунтом.

1) 2)

Рис. 3.7. Типы свай: 1 – со сваями-стойками; 2 – с висячими сваями

Сваи представляют собой железобетонные, бетонные и реже деревянные или металлические стрежни, погруженные в грунт ударным или вибрационным способом, ввинчиванием, или бетонируемые на месте, в заранее пробуренных скважинах. В зависимости от способа погружения в грунт различают забивные, набивные, сваиоболочки, буроопускные и винтовые сваи (рис. 3.8).

а) б) в) г)

д) е) ж) з) и)

Рис. 3.8. Виды свай:

а – забивные: квадратные, круглые, сплошные, пустотелые;

б – набивные: обычные, с умеренной пятой; в – комуфлетные; г – с шарнирно-раскрывающими упорами; д – деревянная; е – винтовая; ж – призматическая; з – свая-оболочка; и – свая в лидерной скважине

Забивные железобетонные и деревянные сваи погружают с помощью копров, вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов. Эти сваи получили наибольше распространение в строительстве.

Набивные сваи устраивают методом заполнения бетонной или иной смесью предварительно пробуренных, пробитых или выштампованных скважин. Нижняя часть скважин может быть уширена с помощью взрывов.

Буроопускные сваи отличает от набивных то, что в скважину устанавливают готовые железобетонные сваи с заполнением зазора между сваей и скважиной песчано-цементным раствором.

По верху свай для равномерного распределения нагрузки устраивают железобетонный монолитный или сборный ростверк, служащий основанием для стен подвала или других конструкций. В последнее время разработанные конструктивные решения свайных фундаментов без ростверков. Плиты перекрытия в этих случаях опирают на сборные оголовки свай.

Свайные фундаменты в плане могут состоять из одиночных свай – под опоры; лент свай – под стены здания, с расположением свай в один, два и более рядов; кустов свай – под тяжело нагруженные опоры; сплошного свайного поля – под тяжелые сооружения с равномерно распределенными по плану здания нагрузками (рис. 3.9).

а) б)

в) г) д)

Рис. 3.9. План свайного фундамента: а – из лент свай; б – из одиночных свай; в, г – из кустов свай; д – из сплошного свайного поля

Расстояние между сваями и их число определяют расчетом. Минимальное расстояние между висячими сваями принимают 3 d, где d – диаметр круглой или сторона квадратной сваи.

Важное значение имеет защита фундамента и расположенных выше его элементов от грунтовых вод, особенно в зданиях с подвалами. Для защиты от капиллярной влаги стен или столбов выше уровня земли устраивается горизонтальная гидроизоляция (рис. 3.10). Если с внутренней стороны в бесподвальных зданиях грунт имеет более высокую отметку, устраивается и вертикальная гидроизоляция по внутренней поверхности фундамента. Горизонтальная изоляция обычно делается из рулонных материалов (толя, пергамина) или их жирного цементного раствора, вертикальная – обмазка горячим битумом за 2 раза.

В зданиях с подвалами решение гидроизоляции зависит от положения уровня грунтовых вод.

а) б)

в)

1 – рулонная гидроизоляция; 2 – окрасочная гидроизоляция (промазка горячим битумом за 2 раза); 3 – оклеечная гидроизоляция; 4 – защитная стенка из кирпича; 5 – стеклоткань; 6 – деформационный шов;

7 – глина; 8 – пол подвала; 9 – стяжка; 10 – железобетонная плита;

11 – пригрузочный слой из бетона; 12 - подготовка

Рис. 3.10. Гидроизоляция фундаментов: а – при напоре грунтовых вод менее 200 мм; б – при напоре 200 – 1000 мм; в – при напоре свыше 1000 мм