Фундамент своими руками: пошаговая инструкция для самостоятельного возведения фундамента. Сплошной фундамент Как работает плита сплошного фундамента
Делятся на: отдельные - под каждой колонной; ленточные - под рядами колонн в одном или двух направлениях, а также под несущими стенами; сплошные - под всем сооружением. Фундаменты возводят чаще всего на естественных основаниях (они преимущественно и рассмотрены здесь), но в ряде случаев выполняют и на сваях. В последнем случае фундамент представляет собой группу свай, объединенную поверху распределительной железобетонной плитой - ростверком.
Отдельные фундаменты устраивают при относительно небольших нагрузках и достаточно редком размещении колонн. Ленточные фундаменты под рядами колонн делают тогда, когда подошвы отдельных фундаментов близко подходят друг к другу, что обычно бывает при слабых грунтах и больших нагрузках. Целесообразно применять ленточные фундаменты при неоднородных грунтах и внешних нагрузках, различных по значению, так как они выравнивают неравномерные осадки основания. Если несущая способность ленточных фундаментов недостаточна или деформации основания под ними больше допустимых, то устраивают сплошные фундаменты. Они в еще большей мере выравнивают осадки основания. Эти фундаменты применяют при слабых неоднородных грунтах, а также при значительных и неравномерно распределенных нагрузках.
По способу изготовления фундаменты бывают сборные и монолитные.
28. Железобетонные фундаменты неглубокого заложения. Расчет центрально нагруженных фундаментов.
В зависимости от размеров сборные фундаменты колонн выполняют сборными и монолитными. Их выполняют из тяжелых бетонов классов В15...В25, устанавливают на песчано-гравийную уплотненную подготовку толщиной 100 мм. В фундаментах предусматривают арматуру, располагаемую по подошве в виде сварных сеток. Минимальную толщину защитного слоя арматуры принимают 35 мм. Если под фундаментом нет подготовки, то защитный слой делают не менее 70 мм.
Необходимая площадь подошвы центрально-нагруженного фундамента при предварительном расчете
A=ab=(1,2…1,6)Ncol/(R-γ m d) R – расчетное давление на грунт; γ m усредненная нагрузка от веса фундамента и грунта на его ступенях; D – глубина заложения фундамента
Минимальную высоту фундамента с квадратной подошвой определяют условным расчетом его прочности на продавливание в предположении, что оно может происходить по поверхности пирамиды, боковые стороны которой начинаются у колонн и наклонены под углом 45°. Это условие выражается формулой (для тяжелых бетонов)
P<=Rbt ho u m
Продавливающую силу принимают согласно расчету по первой группе предельных состояний на уровне верха фундамента за вычетом давления грунта по площади основания пирамиды продавливания: P=N-A1 p.
P=N/A1; A1=(hc+2ho)(b c +2h 0)
29. Железобетонные фундаменты неглубокого заложения. Особенности расчета внецентренно нагруженных отдельных фундаментов.
Внецентренно нагруженные фундаменты. Их целесообразно выполнять с прямоугольной подошвой, вытянутой в плоскости действия момента.
Соотношение сторон b/a=0,6…0,8. При том размеры сторон округляем в большую сторону до значения кратного 30 см при использовании металлической инвентарной опалубки и 10 см при неинвентарной опалубки.
Максимальное и минимальное давление под краем подошвы определяют из предположения линейного распределения напряжений в грунте:
Pmax min=Ntot/A+-Mtot/W=Ntot/ab(1+-b*eo/a)
Ntot Mtot – нормальная сила и изгибающий момент при гамма ф =1 на уровне подошвы фундамента.
Ntot=Ncol+A гамма м Н
Mtot=Mcol+Qcol H
Eo – эксцентриситет продольной силы относительно центра тяжести подошвы фундамента. Eo= Mtot/ Ntot
Максимальное краевое давление на грунт не должно превышать 1,2R а среднее давление – R.
В промышленных здания с мостовыми кранами Q<75 т принимают pmin>0, не допускается отрыв фундамента от грунта.
Высоту внецентренно нагруженного фундамента определяют из условия:
Ho=-hcol/2+0,5(Ncol/Rbt+P)^0,5
И конструктивных требований
Hsoc=>(1-1,5)hcol+0.05
Hsoc=>lan+0.05
Hsoc – глубина стакана
Lan – длина анкеровки арматуры колонны в стакане фундаментаю
Определив высоту фундамента из расчета на продавливание и конструктивных требования принимают большую из них.
При
h<450
мм фундамент выполняют одноступенчатым,
при 450 Затем
проверяют дно стакана на продавливание,
проверяют высоту ступени на действие
поперечной силы по наклонному сечению
и подбирают арматуру. 30.
Классификация одноэтажных производственных
зданий по конструктивным признакам.
Компоновка конструктивной схемы здания,
привязка элементов к разбивочным осям.
Устройство температурно-деформационных
швов.
Одноэтажные
промышленные здания делятся на: По
количеству пролетов – однопролетные
и много пролтеные; По
наличию кранового оборудования: здания
без кранового оборудования, здания с
подвесными кранами, здания с мостовыми
кранами; Фонарные
и бесфонарные здания; Здания
со скатной кровлей, здания с малоуклонной
кровлей. Современные
одноэтажные производственные здания
в большинстве случаев решаются по
каркасной схеме. Каркас
может быть образован из плоских элементов,
работающих по балочной схеме (стропильных
конструкций), либо включать в себя
пространственную конструкцию покрытия
(в виде оболочек, опертых на колонны). Пространственный
каркас условно расчленяют на поперечные
и продольные рамы, каждая из которых
воспринимает горизонтальные и вертикальные
нагрузки. Основным
элементом каркаса является поперечная
рама, состоящая из колонн защемленных
в фундаментах, ригелей (ферма балка
арка), покрытия над ними в виде плит. Поперечная
рама воспринимает нагрузку от массы
снега, кранов, стен, ветра и обеспечивает
жесткость здания в поперечном направлении. В
продольную раму включают один ряд колонн
в пределах температурного блока и
продольные конструкции, такие как
подкрановые балки, вертикальные связи,
распорки по колоннам, конструкции
покрытия. Продольная
рама обеспечивает жесткость здания в
продольном направлении и воспринимает
нагрузки от продольного торможения
кранов и ветра, действующего в торец
здания. В
задачу компоновки конструктивной схемы
входят: Выбор
сетки колонн и внутренних габаритов
здания Компоновка
покрытия Разбивка
здания на температурные блоки Выбор
схемы связей, обеспечивающих
пространственную жесткость здания В
целях обеспечения максимальной типизации
элементов каркаса приняты следующие
привязки к продольным и поперечным
координационным разбивочным осям: 1.
Наружные грани колонн и внутренние
поверхности стен совмещаются с продольными
разбивочными осями (нулевая привязка)
в зданиях без мостовых кранов и в зданиях,
оборудованных мостовыми кранами
грузоподъемностью до 30 т включительно
при шаге колонн 6 м и высоте от пола до
низа несущих конструкций покрытия менее
16,2 м. 2.
Наружные грани колонн и внутренние
поверхности стен смещаются с продольных
разбивочных осей наружу здания на 250 мм
в зданиях, оборудованных мостовыми
кранами грузоподъемностью до 50 т
включительно при шаге колонн 6 м и высоте
от пола до низа несущих конструкций
покрытия 16,2 и 18 м, а также при шаге колонн
12 м и высоте от 8,4 до 18 м. 3.
Колонны средних рядов (за исключением
колонн, примыкающих к продольному
температурному шву, колонн, установленных
в местах перепада высот пролетов одного
направления, а также кроме колонн при
поперечных температурных швах и колонн,
примыкающих к торцам зданий) располагают
так, чтобы оси сечения подкрановой части
колонны совпадали с продольными и
поперечными разбивочными осями. 4.
Геометрические оси торцовых колонн
основного каркаса смещаются с поперечных
разбивочных осей внутрь здания на 500
мм, а внутренние поверхности торцовых
стен совпадают с поперечными разбивочными
осями (нулевая привязка). 5.
Перепады высот между пролетами одного
направления и продольные температурные
швы в зданиях с железобетонным каркасом
следует осуществлять, как правило, на
двух колоннах со вставкой. 6.
Поперечные температурные швы осуществляют
на парных колоннах. При этом ось
температурного шва совмещается с
поперечной разбивочной осью, а
геометрические оси парных колонн
смещаются с разбивочной оси на 500 мм. 7.
В зданиях, оборудованных электрическими
мостовыми кранами грузоподъемностью
до 50 т включительно, расстояние от
продольной разбивочной оси до оси
подкранового рельса принимается равным
750 мм. 8.
Примыкание двух взаимно перпендикулярных
пролетов следует осуществлять на двух
колоннах со вставкой размером 500 и 1000
мм. Высота
здания определяется по технологическим
условиям и назначается исходя из верха
кранового рельса. С
изменением температуры железобетонные
конструкции деформируются -
укорачиваются или удлиняются;
вследствие усадки бетона - укорачиваются.
При неравномерной осадке основания
части конструкций взаимно смещаются в
вертикальном направлении. В большинстве
случаев железобетонные конструкции
представляют собой статически
неопределимые системы и поэтому от
изменения температуры, усадки бетона,
а также от неравномерной осадки
фундаментов в них возникают дополнительные
усилия, что может привести к появлению
трещин или к разрушению части конструкции.
Чтобы уменьшить усилия от температуры
и усадки, железобетонные конструкции
делят по длине и ширине температурно-усадочными
швами на отдельные части - деформационные
блоки. Температурно-усадочные швы
выполняют в наземной части здания-от
кровли до верха фундамента, разделяя
при этом перекрытия и стены. Ширина
температурно-усадочного шва составляет
20-30 мм. Осадочные швы, служащие одновременно
и температурно-усадочными, устраивают
между частями зданий разной высоты или
в зданиях, возводимых на участке с
разнородными грунтами; такими швами
делят и фундаменты. Осадочные швы
устраивают с помощью вкладного пролета
из плит и балок. Наибольшее
допустимое расстояние между
температурно-усадочными швами в
железобетонных конструкциях нормируется
и составляет в отапливаемых одноэтажных
зданиям из сборного железобетона 72 м,
в неотапливаемых – 48 м.. Сплошные фундаменты бывают: плитными безбалочными, шштно-балочными и коробчатыми (рис. 18.1). Наибольшей жесткостью обладают коробчатые фундаменты. Сплошные фундаменты делают при особенно больших и неравномерно распределенных нагрузках. Конфигурацию и размеры сплошного фундамента в плане устанавливают так, чтобы равнодействующая основных нагрузок от сооружения проходила примерное центре подошвы. В некоторых случаях инженерной практики при расчете сплошных фундаментов достаточным оказывается приближенное распределение реактивного давления грунта по закону, плоскости. Если на сплошном, фундаменте нагрузки распределены редко, неравномерно, правильнее рассчитывать его как плиту, лежащую на деформируемом основании. Под действием реактивного давления грунта сплошной фундамент работает подобно перевернутому железобетонному перекрытию, в котором колонны; выполняют роль опор, а элементы конструкции фундамента испытывают изгиб под действием давления грунта снизу. В соответствии с изложенным в подглаве 17.3 практическое значение для сплошных фундаментов имеет расчет плит на обжимаемом слое ограниченной глубины и в некоторых оговоренных случаях на основании с коэффициентов постели. Решение подобных задач выходит за пределы курса. Рис.18.1. Сплошные железо-бетонные фундаменты а – плитный безбалочный; б – плитно-балочный; в – коробчатый В зданиях и сооружениях большой протяженности сплошные фундаменты (кроме торцевых участков небольшой длины) приближенно могут рассматриваться как самостоятельные полосы (ленты) шириной, главной единице, лежащие на податливом основании. Их расчет на основании с коэффициентом постели соответствует изложенному в подглаве 17.3, а расчет на обжимаемом слое ограниченной глубины поясняется ниже. Безбалочные фундаментные плиты армируют сварными сетками. Сетки принимают с рабочей арматурой в одном направлении; их укладывают друг на друга не более чем в четыре слоя, соединяя без нахлестки в нерабочем направлении и внахлестку - без сварки в рабочем направлении. Верхние сетки укладывают на каркасы-подставки. Плитно-балочные сплошные фундаменты армируют сварными сетками и каркасами. На рис. 18.1 приведен пример армирования фундамента многоэтажного здания. В толще плиты уложены двойные продольные и поперечные сетки. Наиболее напряженная зона до-полнительно усилена двойным слоем продольных сеток. На местный изгиб плита армирована верхней арматурой, сгруппированной в сетки из трех рабочих стержней; между ними оставлены промежутки для доступа к нижней арматуре. В ребрах плоские каркасы объединены в пространственные приваркой поперечных стержней и шпильками связаны с арматурой плиты. Плита единичной ширины, выделенная из сплошного фундамента вместе с основанием, по классификации теории упругости рассматривается как плоская задача при плоской деформации. 1 - колонны; 2 - ребра; 3 - плиты Рис.18.1. Пример конструирования сплошного плитно-балочного фундамента а - схема конструкции фундамента в плане; б-раскладка сварных сеток в плане; в - детали армирования фундаментов; г - сварные Сегодня любая более-менее серьезная постройка, возведенная в соответствии с действующими технологическими нормами, требует наличия фундамента. В зависимости от характеристик грунта, этажности здания и некоторых внешних факторов выбирается тип используемого основания. Монолитный сплошной фундамент заливается в случае возведения здания на сыпучих грунтах с малой несущей способностью и в местах близкого залегания грунтовых вод к поверхности. Примеры мест, где никак не обойтись без использования такого фундамента – старые свалки, грунты, склонные к вспучиванию, песчаные местности. Относится данный тип основания к малозаглубленным, к тому же его применение позволяет получить зданию приемлемую площадь опоры на небольшом участке земли. Такой тип фундамента достаточно универсален – его сооружают как под тяжелыми многоэтажными домами, так и под сборно-щитовыми конструкциями небольшого веса. Основное отличие будет состоять в способе размещения армирующих стержней и схеме расположения дополнительных ребер жесткости. Сплошной (плитный) фундамент представляет цельную плиту из железобетона, размещенную по площади всего здания. Он отличается повышенной несущей способностью и хорошо противостоит смещению грунта, двигаясь фактически вместе с почвой. Также он усиливает устойчивость дома к нагрузкам, которые вероятны при просадке земли или колебании температур. Плитный фундамент ориентирован на сложные типы грунтов: Работы по формированию плитного (сплошного) фундамента допускают как заливку бетона на месте строительства, так и использование стандартных плит из железобетона, которые идут на прокладку дорог. Главное условие – толщина в пределах 20-30 см. В зависимости от этого, строительство включает в себя несколько этапов: Она состоит в проработке документации, расчете сметы, точном планировании и расчистке территории. Чтобы в итоге получить полный пакет документов, лучше всего обратиться к специалистам, работающим по профилю. Это позволит сэкономить время и средства, а также профессионально подойти к строительству дома, с учетом типа рекомендованной основы. Особенно это актуально при возведении задний на почвах с поверхностным залеганием влаги. Кроме того, основание под фундамент требует взвешенного подхода и уточнения всех деталей. Немаловажна и идеальная ровность поверхности. Для этого участок сначала освобождают от кустарниковой и иной растительности, удаляют пни и корни, собирают крупные камни и валуны. Далее выравнивают его с помощью лопаты и уровня, убирая выступы и углубления. Данный этап состоит в переносе плана на местность. Для этого осуществляется геодезическая разбивка и выставление ключевых меток будущего здания. Далее снимается весь верхний слой земли. Он обладает низкой несущей способностью и высокой склонностью к прессованию. Именно поэтому его удаляют на глубину до полуметра. Работы выполняются при помощи экскаватора. Для подсыпки котлована применяется гравийно-песчаная или щебеночно-песчаная смесь из расчета 60:40 соответственно. Ее плотно утрамбовывают. Такая подушка: Помимо этого песчаная основа не задерживает в себе воду, а низко «усаженное» строение не позволяет грунту промерзать в период холодов, обеспечивая конструкции повышенную устойчивость. Затем поперек фундамента прокладывают траншеи (для пластового дренажа) и выстилают их геотекстилем. Поверх него насыпают щебень. По углам полученного «сооружения» устанавливают поворотные герметичные колодцы, так как плитные основы лежат преимущественно на почвах с повышенным содержанием влаги и максимальной приближенностью грунтовых вод. Затем приступают к базовой опалубке. По расчетам, она должна выходить за периметр фундамента сантиметров на 15. Дно котлована засыпают гранитной щебенкой фракции 4-6 см. Предельная толщина слоя может достигать 20 см. Поверх нее формируют небольшую 4-сантиметровую прослойку из бетона, которая является первой стяжкой. Но перед этим щебень проливают жидкой смесью из песка и бетона с тем, чтобы внешний слой образовал ровную «корку». Далее переходят к гидроизоляции. Это могут быть особые рулонные материалы со спайками или обычная битумная грунтовка, которой покрывают цемент. На нее наклеивают любой рулонный гидроизолянт. Поверх мастики в 2 слоя стелется оклеечная наплавляемая гидроизоляция. При желании можно сделать и теплоизоляционные слои. Потом приступают к формированию опалубки под монолитную плиту из железобетона. Для этого по всему периметру конструкции вкапывают стойки и прибивают к ним любые дощатые материалы. В ходе этой операции обязательно используется уровень. Базой фундаментной плиты является особый металлический каркас с армированием по всей площади. Для этих целей используют две железные сетки – нижнюю и верхнюю. Их связку выполняют специальными крючьями и отожженной стальной проволокой. Затем между основными стержнями сетки устанавливают дополнительные, на расстоянии друг от друга в 20 см. Также монтируются компенсаторы из пластмассы или хомуты, обеспечивая наилучшее расположение стальных прутьев. Заливка бетона – финальный этап работ над плитным фундаментом. В ходе его выполнения могут использоваться как готовые сухие смеси, так и растворы самостоятельного замеса – на основе цемента, песка и гравия (щебня). Ими заполняют опалубку строго до высоты бортов. После высыхания плиты приступают к очередному этапу строительства. Плитные фундаменты рекомендуется выполнять в виде монолитных железобетонных плоских или ребристых плит. В зданиях стеновой конструктивной системы плитный фундамент рекомендуется устраивать под всем зданием; в зданиях ствольно-стеновой и каркасно-ствольной конструктивных систем допускается устраивать плитный фундамент только под стволами (ядрами жесткости). Для плитных фундаментов с ребрами места пересечения ребер служат для установки колонн каркаса. Пространство между ребрами, если они направлены вверх, заполняют песком или гравием, а поверх устраивают бетонную подготовку. При использовании безреберного фундамента колонны устанавливаются следующим образом: Рис. 17 Сплошной безбалочный фундамент для опирания колонн Для плитных фундаментов под бескаркасные здания небольшой высоты (или веса) требуется котлован, глубиной 50-70 см. Грунт в котловане выравнивается, поверх него насыпается подушка из щебня высотой 10-20 см, устанавливается арматура, которая представляет собой сетку металлических прутов толщиной не менее 12-16 мм, и всё это заливается первым слоем бетона высотой 20-25 см. На подготовленную основу укладывается гидроизоляция. По периметру дома и подо всеми внутренними несущими стенами сооружается с помощью опалубки ленточный фундамент. Поверх гидроизоляции заливается второй, защитный слой бетона 10-15 см, и поверхность будущего пола выравнивается с помощью цементно-песчаной стяжки. Завершающим этапом будет устройство гидроизоляции между фундаментом и перекрытиями цоколя. Железобетонные плиты армируют по расчету. Высота плит для многоэтажных зданий порядка метра. При большом заглублении сплошных фундаментов и необходимости обеспечить большую их жесткость можно проектировать фундаментные плиты коробчатого сечения с размещением подвалов между ребрами и перекрытиями коробок. Сплошные (плитные) фундаменты применяются в следующих случаях: На площадке слабые грунты и значительные нагрузки, которые не могут воспринимать одиночные или ленточные фундаменты; Неравномерная осадка зданий или сооружений не допускается или строго регламентируется. Фундаментные плиты значительно перераспределяют усилия на основание, и делают осадки и давление на него равномерным; Технологическая необходимость создания сплошного фундамента (например, установка технологического оборудования); Необходимость наружной защиты основания от проникновения воды (плита может быть использована в качестве гидроизоляции; днища резервуара и т.п.); Оправдано в малоэтажном строительстве при небольшой и простой форме здания. Сплошные фундаменты рассчитывают как плиты на упругом основании. Достоинства: относительная простота сооружения; возможность их выполнения в тяжелых пучинистых, подвижных, просадочных и карстовых грунтах. Недостатки: достаточно дороги (из-за большого расхода бетона и металла на арматуру). Рис. 17 Сплошные (плитные) фундаменты На сегодняшний день предлагается еще одна конструкция сплошного фундамента - с утеплителем, введенным в состав плиты. Такой фундамент позволяет без дополнительных затрат получить теплую конструкцию пола. Фото 1. Устройство плитного фундамента под жилой дом 1а – под многоквартирный жилой дом, 1б – под индивидуальный жилой дом Свайные фундаменты
Свайные фундаменты широко применяются в строительстве на слабых сильносжимаемых грунтах, а также при повышенной нагрузке на основание. Так, при строительстве зданий повышенной этажности и других, имеющих значительные нагрузки, свайные фундаменты применяются вместо обычных независимо от типа грунтов. Свайные фундаменты экономичнее ленточных на 32-34%, на 40% по затратам бетона, на 80% по объему земляных работ. Сваей называется стержень, погруженный в грунт и предназначенный для передачи грунту нагрузки от сооружения. По материалу сваи бывают железобетонные, деревянные, бетонные, металлические, комбинированные, грунтовые. В зависимости от способа погружения в грунт различают забивные, набивные, буроопускные, винтовые и сваи-оболочки. Забивные сваи погружают с помощью копров, вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов. Железобетонные сваи могут быть сплошного сечения (квадратные и круглые) и полые – сваи-оболочки (d=800мм). Сваевдавливающая машина После погружения до отказа верх сваи срубается. Набивная свая устраивается методом заполнения бетонной или иной смесью предварительно пробуренных, пробитых или выштампованных скважин. Нижняя часть скважины может быть расширена с помощью взрывов (сваи с камуфлетной пятой). Этот метод эффективен при действии усилий выдерживания; на просадочных грунтах. Буроопускные сваи отличает от набивных то, что в скважину устанавливают готовые железобетонные сваи с заполнением зазора между скважиной и сваей цементно-песчаным раствором. Винтовые сваи могут быть со стальным или железобетонным наконечником, а также сваи с шарнирно-раскрывающимися упорами. Применяются, как правило, для возведения уникальных зданий со значительными горизонтальными нагрузками. Конструкция препятствует выдергиванию сваи и опрокидыванию фундамента. В зависимости от свойств грунтов сваи могут передавать нагрузку от здания на практически несжимаемые грунты, опираясь на них нижними концами – сваи-стойки или передавать нагрузку боковыми поверхностями и нижним концом за счет сил трения – «висячие» сваи. Рис. 18 Виды свай в зависимости от способа передачи нагрузок Для равномерного распределения нагрузки в сжимаемых грунтах по верхним концам свай непосредственно на них или специально устраиваемые оголовки укладывают распределительные балки или плиты-ростверки, которые могут быть либо монолитными, либо сборными. Монолитные ростверки используются для кирпичных зданий, сборные - для крупнопанельных. В последнее время широкое применение получили безростверковые свайные фундаменты (для крупнопанельных зданий с небольшим шагом), плиты перекрытия и цокольные панели в этих случаях опирают на сборные оголовки свай. Ростверки бывают высокие – нижняя плоскость расположена выше поверхности земли, и низкие – когда нижняя плоскость опирается на грунт или заглублена в него. Свайные фундаменты в плане могут представлять собой: Ленты с расположением свай в один или два ряда на расстоянии друг от друга 3d –8d (при передаче небольших нагрузок (для зданий средней и малой этажности) расстояние между сваями принимают 1,5-1,8м (8d)), где d – диаметр или сторона сваи; Под опоры – одиночные сваи или расположенные кустом; В виде сплошного свайного поля – под тяжелые сооружения с равномерными нагрузками. Сваи располагают обязательно под всеми углами здания и в точках пересечения осей стен. При связных грунтах (глина, суглинок, супеси) под монолитным ростверком наружных стен укладывается подстилающий слой из примененных в отмостке материалов (шлак, щебень или крупнозернистый песок) толщиной от 0,2 м, а под ростверком внутренних стен – подготовка из тощего бетона, щебня или шлака толщиной 0,1 м. Сопряжение ростверка со сваями допускается предусматривать как свободно опирающимся, так и жестким. Достоинства: · дают меньшую усадку, · экономичны (снижают расход материалов, например, бетона на 40%), · менее трудоемки (при их сооружении значительно уменьшается объем земляных работ), · возможность сооружения на грунтах, обладающих низкой несущей способностью). Рис. 19 Виды свай а - поперечных: Рис. 20 Свайный фундамент с монолитным ростверком Фото 2. Свайный фундамент из металлических труб Рис.20 Свайный фундамент: варианты расстановка свай, сечение фундамента Рис.21 Свайный фундамент под колонну Рис. 22 Варианты устройства свайных фундаментов При значительных уклонах или сложном рельефе местности, а также при высоком уровне грунтовых вод, здания ставят на комбинированный ленточно-свайный фундамент. При этом сваи заглубляются за глубину промерзания грунта. Фундаменты являются опорной частью здания и предназначены для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций на основание. Фундаменты здания должны удовлетворять следующим основным требованиям: обладать достаточной прочностью и устойчивостью на Опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы, сопротивляться влиянию атмосферных факторов (морозостойкость), а также влиянию грунтовых и агрессивных вод, соответствовать по долговечности сроку службы здания, быть экономичными и индустриальными в изготовлении. Разбив место под фундамент здания, приступают к выемке грунта. Возведение фундамента рекомендуется проводить сразу после выемки грунта. Высыхая, земля в траншее осыпается и приходится затрачивать много времени на ее удаление. По конструкции фундаменты бывают: сплошные, ленточные, столбчатые и свайные. Сплошные фундаменты
Представляют собой сплошную безблочную или ребристую железобетонную плиту "под всей площадью здания. Сплошные фундаменты устраивают в случаях когда нагрузка, передаваемая на фундамент, значительна, а грунт основания слабый. Эта конструкция особенно целесообразна, когда необходимо защитить подвал от проникновения грунтовых вод при высоком их уровне, если пол подвала подвергается снизу большому гидростатическому давлению. Рис. 1 Сплошной безбалочный фундамент: 1 - железобетонная фундаментная плита
Устраивают под стены здания или под ряд отдельных опор. В первом случае фундаменты имеют вид непрерывных подземных стен (рис. 3 а), во втором - железобетонных перекрестных балок (рис. 3 б). По своему очертанию в профиле ленточный фундамент под.каменную стену представляет собой в простейшем случае прямоугольник (рис. 4д). Прямоугольное сечение фундамента по высоте допустимо лишь при небольших нагрузках на фундамент и достаточно высокой несущей способности грунта. В большинстве случаев для передачи на основание давления, не превышающего нормативного давления на грунт, приходится расширять подошву фундамента. Теоретической формой сечения фундамента с расширенной подошвой является трапеция (рис. 46). Расширение подошвы не должно быть слишком большим во избежание появления растягивающих и скалывающих напряжений в выступающих частях фундамента и появления в них трещин. Рис. 3. Конструкции фундаментов: А - фундамент в виде непрерывных подземных стен: 1 -ленточный фундамент; 2-стена; б-в виде перекрестных железобетонных балок: I - ленточный фундамент под колонны; 2 - железобетонная колонна
На основе опыта установлены углы наклона теоретической боковой грани фундамента к вертикали, по которой не возникает опасных растягивающих и скалывающих напряжений. Предельный угол, называемый условно углом распределения давления в материале фундамента, составляет для бетона 45°, кладки на цементном растворе состава 1:4 - 33° 30", для бутовой кладкцна сложном растворе состава 1:1:9 - 26° 30?. В зданиях с подвалами сечение фундамента в пределах подвала устраивают прямоугольной формы с расширением ниже пола подвала, называемом подушкой (рис. 5 а). Часто фундаменты делают ступенчатого сечения (рис. 5 б). Глубина заложения фундамента должна соответствовать глубине залегания того слоя грунта, который по своим качествам можно принять для данного здания за естественное основание. При определении заложения фундамента необходимо учитывать глубину промерзания грунта. Закладывать фундаменты рекомендуется ниже глубины промерзания. Если основание состоит из влажного мелкозернистого грунта (пылеватого или мелкого песка, супеси, суглинка, глины), то подошву фундамента располагают не выше уровня промерзания грунта. Уровень промерзания грунта принимают на глубине» где зимой наблюдается температура 0° С, за исключением глинистых и суглинистых грунтов, для которых уровень промерзания принимается на меньшей глубине, где возникает температура около -1° С. Нормативная глубина промерзания суглинистых и глинистых грунтов указана в СНиПе 2.02.01-83 на схематической карте, в которой нанесены линии одинаковых нормативных глубин промерзания, выраженных в сантиметрах. Нормативную глубину промерзания пылеватых и мелких песков, супесей, пылеватых глин и суглинков принимают также по карте, но с коэффициентом 1,2. Рис 4. : Рис 5. Ленточные фундаменты: А - прямоугольный с подушкой; б - ступенчатый с подушкой (1)
Исследованиями установлено, что грунт под фундаментами наружных стен регулярно отапливаемых зданий с температурой помещений не ниже +10° С промерзает на меньшую глубину, чем на открытой площадке. Поэтому расчетную глубину промерзания под фундаментами отапливаемого здания уменьшают против нормативного значения на 30% при полах на грунте; если полы по грунту на лагах - на 20%; полы, уложенные на балках - на 10%. Глубина заложения под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грунта, ее назначают не менее 0,5 м от пола подвала или уровня земли. Глубина заложения фундаментов стен зданий, имеющих неотапливаемые подвалы, назначается от пола подвала, она равна половине расчетной глубины промерзания. Предположение, что чем глубже заложен фундамент, тем больше его устойчивость и надежность работы, является неверным. При расположении подошвы фундамента ниже уровня промерзания грунта вертикальные силы морозного пучения перестают на нее действовать снизу, но действующие на боковые поверхности касательные силы морозного пучения могут вытащить фундамент вместе с промерзшим грунтом, и оторвать его под легкими зданиями при устройстве фундаментов из кирпича и мелких блоков. Поэтому, для успешной эксплуатации фундамента, чтобы не допустить его деформацию на пучинистых местах необходимо не только расположить подошву ниже уровня промерзания грунтов, что избавит от непосредственного давления мерзлого грунта снизу, но и нейтрализовать действующие на боковые поверхности фундамента касательные силы морозного пучения. Внутри фундамента на всю его высоту закладывают арматурный каркас, жестко связывающий верхние и нижние части фундамента, основание делают расширенным в виде опорной площадки-анкера, не позволяющей вытащить фундамент из земли при морозном пучении грунта. Данное конструктивное решение возможно при использований железобетона. При возведении фундамента из кирпича или мелких блоков, без внутреннего вертикального армирования, стены выполняют наклонными-сужающимися кверху Приведенный способ устройства фундаментных столбов и стен при тщательном выравнивании их поверхностей значительно ослабляет боковое вертикальное воздействие пучинистых грунтов на фундамент. Влияние сил морозного пучения уменьшают: покрытием боковых поверхностей фундамента скользящим слоем полиэтиленовой пленки; отработанным машинным маслом; утепление поверхностного слоя грунта/вокруг фундамента шлаком» пенопластом, керамзитом, при котором уменьшается местная глубина промерзания грунта. Последнее применимо также для мелкозаглубленных фундаментов, построенных ранее и нуждающихся в защите от морозного пучения. На крупнопадающем рельефе, при строительстве здания необходимо учитывать боковое давление грунта и его вероятный сдвиг. Жестко связанные в продольном и поперечном направлении ленточные фундаменты работают в этих условиях более надежно. Столбчатые фундаменты необходимо жестко объединить поверху железобетонным поясом - ростверком, для более эффективной совместной работы всех конструктивных элементов. В гравелистых, песках крупных и средней крупности, а также в крупнообломочных грунтах глубина заложения фундамента не зависит от глубины промерзания, но она должна быть не менее 0,5 м, считая от природного уровня грунта (планировочной отметки при планировке срезкой и подсыпкой). В современном строительстве наиболее индустриальны сборные бетонные и железобетонные фундаменты из крупных фундаментных блоков. Применение сборных фундаментов позволяет значительно сократить сроки строительства и уменьшить трудоемкость работ. Сборный фундамент (рис.6) состоит из двух элементов: подушки из железобетонных блоков прямоугольной или трапецеидальной формы (рис. 7)t укладываемой на тщательно утрамбованную песчаную подготовку толщиной 150 мм, и вертикальной стенки из блоков в виде бетонных прямоугольных параллелепипедов. Рис. 6. Сборный ленточный фундамент из бетонных блоков под стены дома с подвалом и техническим подпольем: I- фундаментная плита; 2 - бетонные стеновые блоки; 3 - окраска горячий Рис. 7. Фундаментный блок-подушка
При строительстве на слабых сильносжимаемых грунтах, в сборных фундаментах, для повышения сопротивления растягивающим усилиям и жесткости устраивают железобетонные пояса толщиной 100-150 мм или армированные швы толщиной 30-50 мм, размещая их между подушкой и нижним рядом фундаментных блоков, а также на уровне верхнего обреза фундамента. Стены фундаментов, монтируемые из крупных блоков, несмотря на их большую прочность, иногда устраивают толще надземной части стен. В результате прочность материала используется всего на 15-20%. Расчеты показывают, что толщину стен сборных фундаментов допустимо принимать равной толщине надземных стен, но не менее 300 мм. Экономии строительных материалов можно добиться с помощью устройства прерывистых фундаментов, состоящих из железобетонных блоков-подушек, уложенных не вплотную, как это предусмотрено в ленточных фундаментах, а на некотором расстоянии один от другого, примерно от 0,2 до 0,9 м. Промежутки между блоками засыпают грунтом. Столбчатые фундаменты
Имеют вид отдельных опор, устраиваемых под стены, столбы или колонны. При незначительных нагрузках на фундамент, когда давление на грунт меньше нормативного, непрерывные ленточные стены малоэтажных домов целесообразно заменять столбчатыми. Фундаментные столбы из бетона или железобетона перекрывают железобетонными фундаментными балками, на которых возводится стена. Чтобы устранить возможность выпирания фундаментной балки вследствие вспучивания расположенного под ней грунта, под ней устраивают песчаную или шлаковую подушку толщиной 0,5 м. Расстояние между осями фундаментных столбов принимают равным 2,5-3 м. Столбы располагают обязательно под углами здания, в местах пересечения и примыкания стен и под простенками. Столбчатые фундаменты под стены возводят также в зданиях большой этажности при значительной глубине заложения фундамента - 4-5 м, когда устройство ленточного непрерывного фундамента невыгодно вследствие большого его объема и, следовательно, большего расхода материалов. Столбы перекрывают сборными железобетонными балками, на которых возводят стены. Столбчатые одиночные фундаменты устраивают также под отдельные опоры зданий. На рисунке 8а изображен сборный фундамент под кирпичный столб, выполненный из железобетонных блоков-подушек. Более экономичным вариантом является укладка под кирпичные столбы железобетонных блоков-плит (рис. 8 б). Сборные фундаменты под железобетонные колонны каркасных здании могут состоять из одного железобетонного башмака стаканного типа (рис, 8в) или из железобетонных блока-стакана и опорной плиты под ним (рис. 8г). Свайные фундаменты
Состоят из отдельных свай, объединенных сверху бетонной или Железобетонной плитой или балкой, называемой ростверком (рис. 9). устраивают в случаях, когда необходимо передать на слабый грунт значительные нагрузки. Рис 8. Сборные фундаменты под отдельные опоры: Сваи дифференцируют по материалу, методу изготовления и погружения в грунт, характеру работы в грунте. По материалу сваи бывают деревянные, бетонные, железобетонные, стальные и комбинированные. По методу изготовления и погружения в грунт сваи бывают забивные, погружаемые в грунт в готовом виде, и набивные, изготовляемые непосредственно в грунте. В зависимости от характера работы в грунте различают два вида свай: сваи - стойки и висячие. Сваи-стойки своими концами опираются на прочный грунт, например, скальную породу и передают на него нагрузку (рис. 10). Их применяют, когда глубина залегания прочного грунта не превышает возможной длины сваи. Свайные фундаменты на сваях-стойках практически не дают осадки. Если прочный грунт находится на значительной глубине применяют висячие сваи, несущая способность которых определяется суммой сопротивления сил трения по боковой поверхности и грунта под острием сваи (рис. 11). Рис. 9. Виды свай в грунте: А - висячие сваи; б- сваи-стойки: 1 - плотный известняк; 2 - суглинок илистый пластичный; 3 -.ил; 4 - илистый песок; 5 - торф; 6 - растительный слой
Деревянные сваи дешевы, но поскольку они быстро загнивают, если находятся в грунте с переменной влажностью, головы деревянных свай следует располагать ниже самого низкого уровня . Однако на местности с высоким уровнем грунтовых вод деревянные сваи стоят очень долго, если постоянно находятся в воде. В мировой практике известны примеры четырехсотлетних зданий на деревянных сваях, по сей день находящихся в хорошем техническом состоянии. Железобетонные сваи долговечны, дороже деревянных, но способны выдерживать значительные нагрузки. Значительно расширена область их применения ввиду того, что проектная отметка голов железобетонных свай не зависит от уровня грунтовых вод. Расстояние между осями свай определяется расчетным способом. В пределах наиболее часто встречающихся глубин погружения свай - от 5 до 20 м эти расстояния для обычных диаметров свай составляют от 3...8d, где d - диаметр сваи. Рис 10. Забивная свая-стойка фундамента: Рис. 11. Набивная висячая свая фундамента: Свайные фундаменты, по сравнению с блочными, дают меньшую осадку, благодаря чему снижается вероятность неравномерных деформаций грунта. При подготовке основания иногда в грунте обнаруживают старые засыпанные колодцы, ямы, случайные слабые прослойки грунта. Во избежание неравномерной осадки фундаментов эти места необходимо расчистить и заполнить кладкой, тощим бетоном или утрамбованным песком, а при возведении фундаментов над этими местами следует наложить армированные швы. Фундаменты подвергаются увлажнению просачивающейся через грунт атмосферной влагой или грунтовой водой. Вследствие капиллярности влага по фундаменту поднимается вверх и в стенах первого этажа появляется сырость. Чтобы преградить проникновение влаги в стены, в их нижней части устраивают изоляционный слой, чаще всего из двух слоев битумных рулонных материалов (рубероида и др.), склеенных между собой водонепроницаемой битумной мастикой. Подвалы
Одним из важных условий сохранности и целостности дома является гидроизоляция подвала. Стены и полы подвалов, независимо от расположения грунтовых вод, необходимо изолировать от просачивающихся через грунт поверхностных вод, а также от капиллярной грунтовой вла-rHj поднимающейся вверх. В подвальных помещениях, при расположении уровня грунтовых вод ниже пола подвала, достаточной гидроизоляцией пола служит его бетонная подготовка и выполненный по ней водонепроницаемый пол, а гидроизоляцией стен - покрытие поверхности, соприкасающейся с грунтом, двумя слоями горячего битума. Если уровень грунтовых вод находится выше пола подвала, в этом случае создается напор воды тем больший, чем больше разность уровней пола и грунтовых вод. В связи с этим для гидроизоляции стен и пола подвала необходимо создать оболочку, которая могла бы сопротивляться воздействию гидростатического давления. Эффективным мероприятием по борьбе с проникновением в подвал грунтовых вод является устройство дренажа. Сущность устройства дренажа заключается в следующем. Вокруг здания на расстоянии 2-3 м от фундамента устраивают канавы с уклоном 0,002--0,006 в сторону сборной отводящей канавы. По дну канав с уклоном прокладывают трубки (бетонные* керамические или другие). В стенках трубок имеются отверстия, через которые проникает вода. Канавы с трубами засыпают слоем крупного гравия, затем слоем крупного песка и сверху- открытым грунтом. По уложенным в канавах трубам вода стекает в низину (кювету, овраг, реку и др.). В результате устройства дренажа уровень грунтовых вод понижается. Когда уровень грунтовых вод расположен не выше 0,2 м от пола подвала, гадроизоляцию пола и стен подвала устраивают так. После обмазки стен битумом устраивают глиняный замок, то есть до отсыпки траншеи забивают вплотную к наружной стене подвала мятую жирную глину. Бетонную подготовку пола также укладывают по слою мятой жирной глины. При высоте уровня грунтовых вод от 0,2 до 0,5 м применяют оклеечную гидроизоляцию из двух слоев рубероида на битумной мастике (рис.12). Изоляцию укладывают по бетонной подготовке пола, поверхность которой выравнивают слоем цементного раствора или асфальта. Поскольку конструкция пола должна выдерживать достаточно большое гидростатическое давление снизу, поверх изоляции укладывают нагрузочный слой бетона, который своим весом уравновешивает давление воды. С внешней стороны стен наклеивают изоляцию на битумной мастике и защищают кладкой из кирпича-железняка в 1/2 кирпича на цементном растворе и слоем мятой жирной глины толщиной 250 мм. Оклеечную изоляцию наружных стен подвала располагают на 0,5 м выше уровня грунтовых вод, учитывая его возможное колебание. Рис 12. Гидроизоляция ленточного фундамента в здании с подвалом: 1 - слой нагрузочного бетона; 2 - бетонная подготовка; 3 - рулонная гидроизоляция; 4 - мятая жирная глина 250 мм; 5 - кладка из кирпича-железняка на цементном растворе 120 мм; 6 - двойной слой битума
Рис. 13. Гидроизоляция ленточного фундамента в здании с подвалом: 1 -бетонная подготовка; 2-железобетонная плита; 3-рулонная гидроизоляция; Если уровень грунтовых вод расположен выше пола подвала более чем на 0,5 м, то поверх гидроизоляции пола, выполняемой из трех слоев рубероида или гидроизола, устраивают железобетонную плиту (рис. 13). Плиту заделывают в стену подвала, которая, работая на изгиб, воспринимает гидростатическое давление грунтовых вод. При высоком уровне грунтовых вод устройство наружной гидроизоляции иногда вызывает затруднения. В таких случаях ее выполняют по внутренней поверхности стен подвала {рис.14). Гидростатический напор воспринимается специальной железобетонной конструкцией - кессоном. Рис. 14. Гидроизоляция подвала при больших напорах грунтовых вод; 1 - рулонная изоляция; 2 - бетонная подготовка; 3 - цементный слой; 4 - цементная стяжка; 5 - железобетонная коробчатая конструкция; 6 - чистый пол; 7 - цементная штукатурка по битумной обмазке; 8 - гидроизоляция
Необходимые особенности, которые учитываются при строительстве фундаментов и возведении цоколей
При закладке фундаментов любого типа необходимо соблюдать следующие правила: В большинстве фундаментных конструкций применяется бетон. Бетон обладает свойством "созревания", 28 - 30 дней. После заложения бетонной конструкции ее надо выдерживать в течение данного времени без нагрузок и желательно закрыть либо рубероидом, либо другим подручным материалом от пересыхания верхнего слоя. В период схватывания бетона периодически поливать фундамент водой, чтобы не допустить его неравномерного высыхания. Так что постройка дома на только что возведенном фундаменте таит в себе опасность, дефекты не заставят ждать. Гидроизоляция фундамента имеет важное значение. Она заключается в обмазке горячим битумом всей поверхности, соприкасающейся с грунтом. Изолируют также и стены. Для этого прокладывают два слоя рубероида (1-й слой - между цоколем и нулевым уровнем; 2-й слой - между цоколем и основной стеной дома). Это предохраняет стены дома и цоколь от сырости. Защита наружной стороны цоколя от атмосферных влияний. Это достигается штукатуркой или облицовкой плиткой. Для затирки фундамента в смесь добавляют резиносодержащие компоненты (золу от сгоревших автомобильных покрышек). Получается "шуба" для цоколя. Она красива и надежна. При возведении цоколя предусматриваются вентиляционные отверстия. Летом они служат для проветривания подпола, а зимой их закрывают, чтобы сырость не попала в дом. Отмостка необходима для защиты фундамента от воздействия поверхностных вод. Ширина отмостки от 0,75 до I метра с наклоном от стены цоколя. В качестве материалов используются: железобетон, асфальт, бетон или хорошо утрамбованная глина. Устройство слива дождевой воды с крыш также влияет на прочность фундамента. Дождевая вода с крыши попадает на отмостку, разбивает ее и цоколь постепенно, неравномерно увлажняет грунт вблизи фундамента. Это сказывается на несущей способности фундамента и способствует проседанию фундамента.
Технология устройства сплошного (плитного) фундамента
Общие характеристики
Этапы работ
Подготовка
Разбивка участка
Формирование опалубки и арматуры
Заливка бетона
а 
б
1 - квадратная; 2 - квадратная с круглой полостью; 3 - круглая пустотелая; 4 - прямоугольная; 5 - швеллерная; 6 - двутавровая;
б - продольных:
7 - призматическая; 8 - цилиндрическая; 9 - пирамидальная;
10 - трапецеидальная; 11 - ромбовидная; 12 - с уширенной пятой.
доб в рис 20
а -- прямоугольный; б - трапецеидальный: 1 - обрез
битумом; 4 - цементно-песчаный раствор; 5 - отмостка; б - два слоя толя иди
гидронзола на битумной мастике; 7 - цокольное перекрытие
а - под кирпичные столбы из блоков ленточных фундаментов; б - то же, из специальных железобетонных плит; в -под железобетонную колонну из башмака стаканного типа; г - то же, из блока-стакана и опорной плиты
I - гидроизоляция; 2 - поверхность земли; 3 - железобетонная балка ростверка; 4 - забивная свая прямоугольного сечения; 5 - плотный грунт
1 - гидроизоляция; 2 - железобетонная балка ростверка; 3 - набивная свая; 4 - наконечник обсадной трубы; 5-слабые грунты
В процессе эксплуатации фундаментов необходимо следить за осадкой основания и возможными деформациями.
4 - мятая жирная глина 250 мм; 5 - кладка из кирпича-железняка на цементном
растворе 120 мм; б - двойной слой битума
