Глубина заложения фундаментов
Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность основания.
Глубина заложения фундаментов должна определяться с учетом:
• назначения, а также конструктивных особенностей зданий и сооружений (например, наличие подвалов, подземных коммуникаций, фундаментов под оборудование и т. д.);
• величины и характера нагрузок и воздействий, действующих на основание;
• глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений, а также оборудования;
• существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;
• геологических условий площадки строительства (строительных свойств грунтов, характера напластований отдельных видов грунта, наличия слоев, склонных к скольжению; наличия пустот, образовавшихся вследствие выветривания, растворения солей; наличия пустот, засыпанных строительным мусором или насыпным грунтом и пр.);
• гидрогеологических условий площадки строительства (уровней грунтовых вод и верховодки, а также возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений, агрессивности грунтовых вод и т. д.);
• принятой конструкции фундаментов и методов производства работ;
• возможности пучения грунтов при промерзании и осадки при их оттаивании.
Глубина заложения фундаментов из условия возможности пучения грунтов при промерзании указана в приведенной ниже таблице 10.
Таблица 10
Помимо пучения грунтов, залегающих в основании, необходимо считаться с возможностью выпучивания фундаментов вследствие смерзания боковой поверхности фундаментов с окружающим его пучащимся грунтом.
Глубина заложения фундаментов исчисляется от поверхности планировки или пола подвала до подошвы фундамента, т. е. нижней его поверхности, опирающейся на несущий слой грунта и передающей на него нагрузки. При наличии бетонной подготовки под фундаментом глубина заложения принимается до низа подготовки.
Минимальная глубина заложения фундаментов – 500 мм от поверхности земли может быть принята:
• для грунтов, где глубина заложения фундаментов (согласно таблице 10, пп. 1, 2, 5) не зависит от глубины промерзания;
• для всех видов грунтов при малоэтажном строительстве без подвалов (одноэтажные жилые дома, хозяйственные постройки и т. п.). В этом случае фундаменты необходимо выполнить в виде непрерывной монолитной железобетонной ленты под всеми стенами с двойным непрерывным армированием в нижней и верхней зоне фундамента арматурой не менее Ø 12АII (5 шт.). Стык арматуры выполнять внахлест не менее 30 диаметров арматуры (360 мм).
Растительный слой земли, который необходимо удалять, должен быть меньше 500 мм, при том под подошвой фундаментов следует устроить песчаную подготовку толщиной 100–150 мм.
При выборе глубины заложения фундаментов в соответствии с инженерно-геологическими и гидрологическими условиями рекомендуется:
• выбирать несущие слои грунта с учетом его несущей способности, положения в напластовании геологического разреза и способа производства работ;
• предусматривать заглубление фундамента в несущий слой грунта на 10–50 см;
• не оставлять под подошвой фундамента слой грунта малой толщины, если строительные свойства грунта этого слоя значительно хуже свойств подстилающего слоя;
• при заложении фундаментов ниже уровня грунтовых вод (с учетом его колебания) предусматривать методы производства работ, сохраняющих структуру грунта;
• если глубина заложения фундаментов по условиям несущей способности и деформируемости грунтов основания оказывается чрезмерно большой, целесообразно предусматривать специальные мероприятия по подготовке оснований или переходить на свайные фундаменты.
Для фундаментов, которые должны иметь глубину заложения не менее расчетной глубины промерзания, предусматриваются следующие мероприятия:
• глубина заложения фундаментов внутренних стен и колонн отапливаемых зданий и сооружений, считая от поверхности планировки земли, должна назначаться независимо от расчетной глубины промерзания грунтов при условии, если грунты основания в период строительства будут защищены от увлажнения и промерзания.
Глубина заложения фундаментов наружных и внутренних стен и колонн отапливаемых зданий и сооружений должна приниматься:
• при холодных подвалах и технических подпольях (имеющих отрицательную температуру в зимний период времени) – не менее 0,5 Н (половины расчетной глубины промерзания), считая 0,5 Н от пола подвала или технического подполья;
• при теплых подвалах и технических подпольях вне зависимости от расчетной глубины промерзания грунта при условии его защиты в период строительства от увлажнения и промерзания;
Глубина заложения фундаментов наружных и внутренних стен и колонн неотапливаемых зданий и сооружений должна назначаться:
• не менее расчетной глубины промерзания (Н), считая ее от пола подвала или технического подполья, а при отсутствии подвала или технического подполья – от поверхности планировки земли.
Типы фундаментов
Фундаменты под стены делятся на три типа:
• ленточные;
• столбчатые;
• свайные.
Ленточные фундаменты подразделяются на сборные, монолитные и прерывистые.
Сборные ленточные фундаменты выполняются из блоков-подушек и стеновых фундаментных блоков (рис. 1).
Блоки-подушки, как правило, имеют прямоугольную или трапецеидальную форму и изготавливаются из железобетона.
Стеновые фундаментные блоки имеют прямоугольное сечение и могут быть сплошными или с пустотами (облегченные), причем пустотелые блоки могут применяться только в сухих грунтах. Стеновые фундаментные блоки изготавливаются из бетона. Элементы сборных ленточных фундаментов изготавливаются, как правило, в заводских условиях или на полигонах.
При возведении сборных ленточных фундаментов на сильносжимаемых грунтах, а также на площадках с неравномерным напластованием грунтов, значительно отличающихся по своей сжимаемости, необходимо предусматривать армированный шов толщиной 3–5 см поверх фундаментных блоков-подушек и армированный пояс высотой 10–15 см поверх последнего ряда фундаментных стеновых блоков по всему периметру здания.
Кладку стеновых фундаментных блоков вести на цементном растворе марки 50 с перевязкой вертикальных швов на 25 см.
Ленточные монолитные фундаменты (рис. 2) могут быть выполнены из бутовой кладки, бутобетона, бетона и железобетона. Материалы, из которых возводят монолитные фундаменты, должны удовлетворять требованиям по морозостойкости.
Наклон боковой грани уступчатого фундамента (а) зависит от материала фундамента, и во избежание откола некоторой его части отношение ширины уступа «с» к его высоте «й» не должно быть более:
• для бутовой кладки 1:2;
• для бутобетона 1:1,5;
• для бетона 1:1.
Переход ленточного фундамента от меньшей к большей глубине заложения, например переход ленточного фундамента из бесподвальной части здания к подвальной, осуществляется ступенями высотой 0,5–0,6 м и шириной 1,0–1,2 м (рис. 3).
Фундаменты проектируемого здания, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется принимать на одной отметке. При расположении смежных фундаментов в разных уровнях линия, соединяющая их края, должна образовывать угол с горизонтальной линией «α» менее угла внутреннего трения грунта «φ» (рис. 4). Если рядом с существующим зданием с небольшой глубиной заложения фундаментов надо разместить новое здание с большой глубиной заложения фундаментов (например, при наличии подвала), то во избежание нарушения несущей способности грунта основания под существующим зданием необходимо устроить между существующим и новым фундаментом шпунтовую стенку или другое жесткое ограждение (рис. 5). При большой протяженности фундамента или сложной его конфигурации в плане, а также в том случае, когда можно ожидать неравномерные осадки здания, фундаменты, как и стены, разделяются осадочными швами.
Ширина ленточного фундамента подсчитывается по специальной формуле и зависит от нагрузки на фундамент, прочностных характеристик слоя грунта, который является основанием под подошвой фундамента и способом приложения нагрузки (центральной или внецентренной).
Ленточные прерывистые фундаменты (рис. 6) устраиваются, как правило, из сборных элементов, когда на фундамент передается небольшая нагрузка или когда в номенклатуре блок-подушек нет необходимой ширины. В этом случае берут блок-подушки ближайшего большего размера и устанавливают их с разрывом, который заполняется утрамбованным песком или местным грунтом.
В прерывистых фундаментах фундаментные стеновые блоки должны укладываться с надежной перевязкой вертикальных швов. Вертикальный шов между фундаментными стеновыми блоками нижнего ряда, как правило, должен находиться над блок-подушкой в районе ее середины.
При устройстве ленточных прерывистых фундаментов необходимо учитывать следующее:
• чем больше ширина блок-подушки «b» при одной и той же их длине «1», тем больший просвет «с» можно установить. Величина просвета «с» должна быть не более 1,2 м и 0,7 1, а ширина блок-подушек в прерывистом фундаменте должна быть не более 1,4 от ширины блок-подушек в сплошном ленточном фундаменте для этих условий;
• в прерывистых ленточных фундаментах наиболее оптимальным является использование блок-подушек меньшей длины (например, использовать блок-подушку не полной длины – 2,4 м, а половинной – 1,2 м).
Применение прерывистых ленточных фундаментов не рекомендуется, когда:
• грунтовые условия относятся ко II типу по просадочности;
• грунты под подошвой фундамента являются глинистыми с показателями консистенции J1 ≥ 0,5.
Прерывистые фундаменты запрещается применять, если основание сложено:
• рыхлыми песками;
• просадочными грунтами в районах с сейсмичностью свыше 6 баллов.
Столбчатые фундаменты, как правило, применяются для бесподвальных зданий в случае малой нагрузки на фундаменты или высокой прочности грунтов основания, а также в случае необходимости заглубления фундамента ниже расчетной глубины при малой несущей способности верхних слоев основания (рис. 7). В этом случае нагрузка от стены передается на фундаментную балку, а затем через столбы и блок-подушки – на грунты основания. Столбчатые фундаменты могут быть как монолитные, так и сборные из блоков.
Расстояние между столбами принимается в зависимости от нагрузки на фундамент, несущей способности грунта основания, типа фундаментной балки и составляет, как правило, 2–4 м.
Фундаментные балки бывают железобетонные (сборные и монолитные), а также из стальных профилей (швеллер, двутавр и т. д.), обетонированных на месте. Необходимо отметить, что столбчатые фундаменты имеют меньшую пространственную жесткость, чем ленточные, в связи с чем возведенные на них здания в большей степени испытывают неравномерные осадки.
Фундаменты под колонны выполняются как в сборном, так и в монолитном варианте. В плане фундаменты имеют квадратную или прямоугольную форму. При внецентренном приложении нагрузки фундаменты под колонны могут быть выполнены несимметричными относительной одной из осей.
Свайные фундаменты могут быть выполнены из коротких и длинных свай. Применение коротких свай длиной 5–6 м при прочных грунтах имеет целью уменьшение земляных работ, связанных с устройством фундаментов, придание зданию большей пространственной жесткости, ускорение и удешевление строительства. Этот тип фундамента применяется для бесподвальных зданий или для зданий, у которых площадь подвала не превышает 15 % площади пола 1-го этажа.
Применение длинных свай вызывается необходимостью передачи нагрузок на более прочные слои грунтов в связи с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями строительной площадки.
Раньше для свай использовалось дерево, в настоящее время основным материалом для свай служат бетон и железобетон.
По способу изготовления сваи могут быть индустриальные и буронабивные.
По характеру передачи нагрузки на грунт различают сваи-стойки, опирающиеся на практически несжимаемый грунт и передающие нагрузку на грунт только нижним концом, и висячие сваи, передающие нагрузку на грунт нижним концом и боковой поверхностью.
Свайные фундаменты под колонны выполняются в виде куста свай, объединенных ростверком (см. рис. 8), кроме того, свайный фундамент под колонны может быть также в виде одиночной сваи (забивной или буронабивной).
Свайные фундаменты под несущие стены из забивных или буронабивных свай выполняются в виде одного ряда свай, объединенных монолитным или сборным ростверком (рис. 9, 10).
Буронабивные сваи выполняются путем наполнения бетоном пробуренной скважины. Для сопряжения с ростверком ее армируют на глубину 2–3 м арматурным каркасом или отдельными стержнями.
Если арматурным каркасом свая армируется на всю глубину, то получается железобетонная буронабивная свая.
В случае необходимости достижения высокой несущей способности буронабивные сваи устраивают с уширенной пятой.
В свайных фундаментах сваи должны быть надежно соединены с ростверком, для чего:
• в забивных сваях голову каждой свои необходимо развить и оголенную арматуру завести в тело ростверка на длину 30d арматуры сваи;
• в буронабивных сваях арматуру необходимо завести в тело ростверка на длину 30d арматуры сваи.
Глубина заложения подошвы ростверка должна назначаться в зависимости от конструктивных решений нулевого цикла и планировки (наличие подвала, технического подполья, планировка срезкой или подсыпкой), а также высоты ростверка. Нижний конец сваи надлежит заглублять в малоснимаемые грунты на 1 м.
При возведении фундаментов очень важно предусмотреть мероприятия от горизонтальных сдвигающих сил грунта, действующих на фундаменты в зданиях с подвалами или цокольными этажами. Для этого после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлована необходимо уложить перекрытие на отметке пола 1-го этажа и бетонную подготовку пола в подвале или в цокольном этаже (рис. 11а).
Кроме того, другим конструктивным мероприятием, препятствующим смешению фундаментов, является создание пространственно-жесткой системы фундаментно-подвальной части здания за счет устройства поперечных стен в подвале (цокольном этаже), жестко связанных с продольными стенами (см. рис. 11б).
При строительстве зданий рядом с подпорной стенкой или откосом есть опасность потери устойчивости здания, если оно находится на призме обрушения. Поэтому, учитывая этот фактор, здание должно располагаться на таком расстоянии от подпорной стенки или откоса, которое исключает возможность его попадания на призму обрушения (рис. 12, 13).
Границы призмы обрушения целесообразно определять при проведении инженерно-геологических изысканий площадки строительства.
Под подошвой фундаментов и ростверков необходимо уложить подготовку из бетона, щебня, песка толщиной 80-100 мм.
