25. Столбчатые фундаменты. Сплошные фундаменты.
Фунда́мент - это несущая конструкция, часть здания, которая воспринимает все нагрузки от выше лежащих конструкций и передает его на основание. Фундаменты закладываются ниже глубины промерзания грунта, для того, чтобы предотвратить их выпучивание. На пучинистных грунтах при строительстве легких деревянных построек применяют мелкозаглубленные фундаменты.
Конструкции фундаментов бывают различных типов : ленточные, столбчатые, плитные (сплошные) и свайные. Выбор типа фундаментов зависит от конструктивной системы зданий, величины передаваемых нагрузок, а также от несущей способности и деформативности грунтов.
Столбчатые фундаменты в виде сборных железобетонных столбов и подушек применяют для передачи грунту нагрузок от колонн каркасных зданий. Столбчатые фундаменты возводят в основном под дома без подвалов с легкими стенами (деревянными, щитовыми, каркасными). Закладывают их и под кирпичные стены, когда требуется глубокое заложение и ленточный фундамент неэкономичен. Столбчатые фундаменты по расходу материалов и трудозатратам в 1,5-2 раза экономичнее ленточных. Сооружать столбчатые фундаменты предпочтительнее на пучинистых грунтах , так как с минимальными затратами их можно устанавливать ниже глубины промерзания.
В зависимости от конструкции здания столбы для фундамента могут быть каменные, кирпичные, бетонные, бутобетонные, железобетонные и из других материалов. Чаще всего при устройстве столбчатых фундаментов применяют готовые сборные бетонные и железобетонные блоки. Столбчатые фундаменты обязательно устанавливают под углы дома, в местах пересечения стен, под стойками каркаса, тяжелыми и несущими простенками, балками и другими местами сосредоточенной нагрузки.
Для уменьшения давления на слабые грунты столбчатые фундаменты из штучных материалов уширяют в нижней части, делая уступы высотой не менее двух рядов кладки.
Для повышения устойчивости столбчатых фундаментов, во избежание горизонтального их смещения и опрокидывания, а также для устройства опорной части цоколя между столбами делают ростверк. При устройстве столбчатых фундаментов под деревянные постройки функцию ростверка может выполнять деревянная обвязка из бревен или бруса. При этом пространство между планировочной отметкой земли (отмосткой) и обвязкой заполняют забиркой.
Подушки таких фундаментов выполняют в виде специальных блоков стаканного типа или различных комбинаций из трапециевидных сборных подушек ленточных фундаментов. При больших нагрузках фундамент колонны может быть дополнен плоскими железобетонными плитами необходимых размеров. Наружное ограждение подпольного пространства зданий со столбчатыми фундаментами устраивают из цокольных панелей, которые опирают на специальные консоли колонн наружных рядов или уступы фундаментных подушек.
Сплошные (плитные) фундаменты применяют преимущественно при строительстве многоэтажных зданий на слабых, неравномерно сжимаемых грунтах. Плитные фундаменты являются разновидностью мелкозаглубленных, а точнее, незаглубленных фундаментов, глубина заложения которых составляет 40-50 см. Устройство плитного фундамента связано с расходом бетона, арматуры и может быть целесообразно при сооружении небольших и компактных в плане домов или других построек, когда не требуется устройство высокого цоколя, и сама плита используется в качестве пола.
Фундаментная плита проектируется плоской или ребристой с расположением ребер под несущими стенами или колоннами. Ребристая конструкция обеспечивает снижение расхода стали и бетона, но отличается большей трудоемкостью, чем сплошная. При выполнении фундаментов из плоских плит предельно упрощаются опалубка, арматурные работы (раскатка готовых арматурных сеток), механизируются бетонные работы. Благодаря меньшей трудоемкости фундаменты в виде плит сплошного сечения распространены больше ребристых. Толщина фундаментной плиты назначается в зависимости от пролета (шага) несущих конструкций и типа самой плиты и составляет для ребристых плит 1/8-1/10 пролета, а для сплошных 116-1/8 пролета.
Сплошная незаглубленная плита в составе пространственной системы «плита - надфундаментное строение» обеспечивает восприятие внешних силовых воздействий и возможных деформаций грунтового основания и исключает необходимость различного рода мероприятий, предотвращающих неравномерные деформации грунта, на которые обычно в условиях слабых, песчаных и пучинистых грунтов затрачиваются значительные ресурсы.
К строительству фундамента сплошной конструкции чаще всего прибегают в тех случаях, когда участок, отведённый под строительство дома, находится на почве с повышенным уровнем грунтовых вод. Иногда сплошной фундамент применяют на песчаных подушках и на вспучивающихся грунтах.
Сплошной фундамент представляет собой единую железобетонную плиту, уходящую глубоко в грунт . В связи с этим данный тип фундамента часто называют плитным. Он хорошо подходит для строительства домов из кирпича, бетонных блоков или других тяжёлых строительных материалов. Нередко проектом предусматривается сплошной фундамент и в случае строительства промышленных помещений, на которые налагаются повышенные требования по части несущей способности. К таковым можно отнести, к примеру, гаражи.
За счёт равномерного распределения прилагаемой к фундаменту нагрузки по всей его плоскости, давление на грунт сводится к минимуму. Это позволяет осуществлять строительство загородных домов даже на вспучивающихся нестабильных грунтах.
Фундамент сплошной конструкции устойчив к перемещению грунта , которое может возникнуть из-за осадки или промерзания. Его строительство возможно практически на любом грунте, так как монолитная плитка из бетона или железобетона фактически перемещается вместе с грунтом при его смещении, исключая деформацию построенной на нём конструкции.
Основной технологической особенностью фундамента сплошного типа является тот факт, что он образует вместе с опалубкой единую цельную конструкцию. Принимая в расчёт то обстоятельство, что монолитный фундамент чаще всего закладывается на проблемных грунтах, к нему предъявляются особые требования. Вот почему при его планировании и строительстве все технологии должны соблюдаться с особой тщательностью.
Плита сплошного фундамента может быть простой или армированной, ребристой или гладкой, цельной или решётчатой. Марка бетона подбирается в зависимости от особенностей реализуемого проекта.
По глубине сплошной фундамент может быть глубоко- и мелкозаглубленным . Первый, помимо лучших несущих свойств, позволяет ещё и организовать подвальное помещение.
Фундамент сплошной конструкции укладывается на утрамбованную гравийно-песчаную подушку, под которой обустраивается система дренажа. Для организации глубокозаглубленного фундамента необходимо предварительно выкопать котлован. Перед заливкой бетона следует установить арматуру, проложить гидроизоляционный слой, а при необходимости и слой утеплителя.
Сплошные фундаменты в виде монолитных железобетонных ребристых или безбалочных плит устраивают под все здание в тех случаях, когда на фундамент действует значительная нагрузка, а грунты основания очень слабые, с неравномерной просадочностью, или когда необходимо защитить подвал от проникновения грунтовых вод при высоком их уровне.
Для передачи значительных нагрузок от зданий или сооружений при слабых грунтах устраивают свайные фундаменты . Свайные фундаменты позволяют повысить уровень индустриализации строительных работ. В последние годы они находят все более широкое применение и при строительстве на естественных основаниях.
По методу изготовления различают сваи, погружаемые в грунт ударами, вибрированием, завинчиванием, и в виде монолитной конструкции, бетонируемой на месте в специально подготовленных скважинах (набивные сваи). В зависимости от характера работы различают сваи висячие и материковые (сваи-стойки).
Висячие сваи целесообразны, когда глубина залегания прочного (материкового) грунта значительна, а сопротивление грунта у боковой поверхности свай и под нижними концами достаточное, чтобы выдержать передаваемую нагрузку (рис. 1. а).
Если глубина залегания прочного грунта не превышает возможной длины свай, применяют сваи-стойки, которые своими концами входят в материковый грунт и передают на него нагрузку (рис. 1. б).
Рис. 1. Свайные фундаменты а - висячая свая; б-свая-стойка; в-железобетонные сваи; г-набивные бетонные; д-металлические завинчивающиеся; 1 - железобетонная свая; 2 - сборный железобетонный ростверк; 3 - заполнение из бетона; 4 - стеновая панель; 5 - слабый грунт; 6 -плотный (материковый) грунт; 7 - лопасть. 8 - стык
В зависимости от материала сваи бывают деревянные, железобетонные, бетонные, стальные и комбинированные (рис. 1. в-д).
Сваи под подошвой фундамента располагают обычно, группами или рядами. Одиночными называют сваи, размещенные изолированно или на расстоянии более 1/4 их длины.
Группа свай, расположенных под фундаментом, называется свайным кустом, а сваи, расположенные в один или несколько рядов, образуют свайную полосу. Верхние концы свай объединяют в единую конструкцию при помощи бетонной или железобетонной плиты - ростверка (рис. 1. а, б).
Для отвода от фундамента и цоколя атмосферных осадков служат отмостки или тротуары
●Конструктивные решения сплошных фундаментов аналогичны решениям монолитных железобетонных перекрытий и могут проектироваться как ребристые или безбалочные плиты, загруженные снизу отпором грунта, а сверху - сосредоточенными или распределенными нагрузками от колонн или стен.
В ребристых плитах ребра располагают сверху или снизу плиты. Последнее решение предпочтительнее, особенно в зданиях с подвалом, поскольку в этом случае не требуется устройства опалубки ребер (бетон можно укладывать в траншеи) и упрощается устройство пола подвала. Безбалочные плиты целесообразны при сетке колонн, близкой к квадратной (см. рис. 10.1, в). Применяют также коробчатые (рамные) фундаменты под многоэтажные здания и некоторые другие высокие сооружения. Они состоят из верхней и нижней плит и системы продольных и поперечных вертикальных ребер (диафрагм).
Особенности расчета сплошных фундаментов изложены в .
Свайные фундаменты
●Свайные фундаменты применяются при возведении зданий и сооружений на грунтах с недостаточной несущей способностью. Они состоят из группы свай, объединенных поверху ростверком - железобетонной плитой (балкой). По сравнению с фундаментами на естественном основании применение свайных фундаментов уменьшает объем земляных работ, снижает трудоемкость нулевого цикла, облегчает производство работ в зимнее время.
Рис. 10.6. Схема свайного фундамента:
а - на сваях-стойках, б - на висячих сваях;
1 - твердый грунт; 2 - сваи; 3 - рыхлый грунт; 4 - ростверк
●По характеру работы различают сваи-стойки, опирающиеся на твердый грунт, и висячие сваи, нагрузка на которые воспринимается грунтом как по площади поперечного сечения сваи, так и силами трения по ее боковой поверхности (рис. 10.6). В отечественной практике известно более 150 видов свай, отличающихся материалом, способом устройства и т. п., однако наибольшее распространение получили железобетонные сваи.
●По форме поперечного сечения различают железобетонные сваи сплошные и полые (пустотелые и сваи-оболочки). При диаметре поперечного сечения до 800мм и наличии внутренней полости сваи называют пустотными, при диаметре более 800мм - сваями-оболочками.
При небольших нагрузках широко применяют сваи квадратного сплошного сечения (цельные и составные) размером от 200×200 мм до 400×400 мм, длиной 3...16м без предварительного напряжения продольной арматуры и 3...20 м с предварительным напряжением. Сваи без предварительного напряжения изготовляют из бетона класса В15, арматуры классов А-II, А-III, диаметром не менее 12мм. В верхней части сваи, непосредственно воспринимающей удар молота, устанавливают 3...5 сеток из арматурной проволоки на расстоянии 5см друг от друга. В средней части располагают две строповочные петли. Шаг поперечной (спиральной) арматуры принимают у концов сваи 50мм, в средней части 100...150 мм (рис. 10.7). Сваи с предварительно напряженной продольной арматурой изготовляют из бетона В20...В25; по сравнению со сваями без предварительного напряжения арматуры они экономичней (по расходу арматуры) и поэтому предпочтительней. Полые круглые сваи и сваи-оболочки применяют при больших нагрузках. Их изготовляют звеньями длиной 2...6 м. Стыки звеньев могут быть болтовыми, сварными или на вкладышах.
Несущая способность фундаментов на сваях-стойках (при любой их расстановке в плане) равна сумме несущих способностей отдельных свай, а несущая способность свайных фундаментов на висячих сваях зависит от числа свай, их расстановки в плане, формы, размеров поперечного сечения и длины.
Сваи и свайные фундаменты рассчитывают по предельным состояниям. По предельным состояниям первой группы определяют несущую способность свай по грунту, прочность материала свай и ростверков ; по предельным состояниям второй группы рассчитывают осадки свайных фундаментов, образование и раскрытие трещин в железобетонных фундаментах и ростверках. Помимо этого сваи рассчитывают по прочности на воспринятие усилий, возникающих при монтаже, транспортировке, а также при выемке свай из пропарочных камер.
Для возведения небольшого дома можно выбрать наиболее простую конструкцию фундамента – сплошную плитную. Данные фундаменты являются разновидностью мелкозаглубленных, вернее, незаглубленных фундаментов. Глубина их заложения составляет от 40 см до 50 см.
В отличие от незаглубленных столбчатых и ленточных фундаментов, они обладают жестким пространственным армированием по всей несущей плоскости.
Благодаря этому знакопеременные нагрузки, которые появляются при неравномерном перемещении грунтов, воспринимаются основанием без возникновения внутренних деформаций.
Те фундаменты, которые одновременно с грунтом обладают сезонными перемещениями, называют плавающими. Конструкция таких фундаментов – это решетчатая либо сплошная плита, изготовленная из железобетонных перекрестных сборных балок, монолитного железобетона или же из сборных плит, покрытие которых монолитно.
Строительство плитного фундамента
Строительство плитного фундамента подразумевает значительный расход бетона и арматуры. Такое основание целесообразно в случае сооружения компактного в плане дома либо иной постройки, где не требуется возведение высокого цоколя и при этом саму плиту предполагается использовать в качестве пола.
Если же речь идет о строительстве коттеджа более высокого класса, тогда обычно сооружают фундаменты в виде перекрестных армированных лент либо ребристых плит.
Устройство опорных конструкций
Благодаря большой площади опоры плит давление на грунт снижается до 0,1 кг/см 2 . При этом перекрестные ребра жесткости образуют конструкцию, довольно устойчивую к тем знакопеременным нагрузкам, кои возникают при:
- просадке,
- замораживании,
- оттаивании грунта.
Устройство таких конструкций требует использования высокопрочных бетонов (класс не ниже В12,5) и стержней арматурных диаметром не меньше 12 мм - 16 мм.
Относительно большой объем расхода бетона и арматурной стали вполне оправдан, если все иные технические решения фундаментов в данных условиях не могут уверенно гарантировать их надежное функционирование. В тех зданиях, где пол располагается довольно невысоко над отметкой земли, плитные фундаменты являются даже экономичнее столбчатых, поскольку не требуется устраивать ростверк и цокольное перекрытие.
Незаглубленная сплошная плита
Незаглубленная сплошная плита как элемент пространственной системы «плита-надфундаментное строение» позволяет обеспечить восприятие возможных деформаций грунта и внешних силовых воздействий. При этом не требуется осуществлять разнообразные мероприятия по предотвращению неравномерных деформаций грунтов (а в условиях песчаных, пучинистых и слабых грунтов на такие мероприятия затрачиваются значительные ресурсы).
В сравнении с заглубленными конструкциями использование незаглубленной фундаментной плиты позволяет уменьшить трудовые затраты на 40%, расход бетона на 30%, стоимость подземной части на 50%. Однако дабы защитить такие плиты от промерзания, их необходимо утеплять.
Фундамент мелкого заложения
В холодных регионах, где присутствует сезонное промерзание грунта и возможность морозного пучения практичной альтернативой более дорогостоящему фундаменту глубокого заложения является морозоустойчивый фундамент мелкого заложения.
Мелкое заложение таких фундаментов достигается благодаря устройству теплоизоляции, размещенной в наиболее важных местах (вокруг дома). В результате становится возможным возводить фундаменты с глубиной заложения в 40 см - 50 см (и даже в условиях весьма сурового климата).
Технология морозоустойчивого фундамента
Технология морозоустойчивого фундамента мелкого заложения весьма популярна в Скандинавских странах. Такие фундаменты выполняют в виде железобетонной монолитной плиты толщиной в 20 см - 25 см, обладающей утолщенными краями, являющимися контурными ребрами.
С целью защиты от мороза применяют пенопропиленовую изоляцию (пенопласт).
То тепло, которое уходит через фундаментную плиту в грунт из дома, плюс тепло геотермальное заставляют подниматься границу промерзания вверх по периметру морозоустойчивого фундамента.
Видео. Фундамент монолитная плита - подушка и опалубка
Видео. Инструкция по возведению плитного фундамента с помощью мембран Planter
