Основания под фундаменты зданий и сооружений

Естественными основаниями служат грунты, способные в своем природном состоянии выдерживать нагрузку от возводимого здания или сооружения. К ним относятся скальные, обломочные, песчаные, глинистые, суглинистые, супесчаные и лёссовые грунты.

Скальные грунты — это каменные породы, залегающие обычно в виде сплошного массива. К ним относятся: известняк, пес­чаник, гранит. Скальные грунты являются наиболее надежными осно­ваниями, так как в большей степени отвечают всем предъявляемым к ним требованиям. Эти грунты имеют наибольшую прочность, явля­ются практически несжимаемыми, обладают достаточной водоустой­чивостью. Скальные грунты являются связными грунтами.

Обломочные грунты (щебень, гравий) в основном со­стоят из обломков различных скальных пород крупностью более 2 мм (свыше 50% по массе). Обломочные грунты также обладают высокими строительными свойствами с точки зрения использования их в качест­ве естественного основания, хотя и уступают скальным. Эти грунты являются несвязными, поэтому при использовании их в основаниях они не должны подвергаться размыванию.

Песчаные грунты состоят из частиц крупностью от 0,1 до 2 мм округленной формы. В зависимости от крупности частиц раз­личают пески гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. Пылеватыми называются пески, содержащие в своем со­ставе от 15 до 50% пылеватых частиц размером от 0,05 до 0,005 мм. Частицы песка не впитывают воду, а пески гравелистые, крупные и средней крупности имеют значительную водопроницаемость. Поэтому они, как и обломочные грунты, не обладают свойством пучения при замерзании и просадок при оттаивании. Песчаный грунт можег слу­жить хорошим естественным основанием при возведении различных зданий и сооружений. Однако этот грунт является несвязным (сыпу­чим), поэтому в основаниях зданий и сооружений он не должен под­вергаться размыванию.

Глинистые грунты состоят из очень мелких частиц плоской (чешуйчатой) формы размером меньше 0,005 мм. В отличие от песчаных глинистые грунты обладают свой­ством впитывать и удерживать воду. Поэтому при промерзании влажная глина пучится, а при оттаивании дает просадку. Глинистые грунты являются связными. Сухая глина может выдерживать большие нагрузки и слу­жить основанием различных зданий и сооружений. При возведении зданий и сооружений на глинистых грунтах под подошвой фунда­ментов, как правило, устраивается песчаная подсыпка, которая способствует пропусканию воды с глинистого основания.

Суглинистые грунты (суглинки) представляют собой смесь песка, глины и пылеватых частиц с содержанием глины от 10 до 30%.

Супесчаные грунты (супеси) — это смесь песка, глины и пылеватых частиц, содержащая в своем составе глины от 3 до 10° Супеси, разжиженные водой, называются плы­вунами. Вследствие своей подвижности и не­значительной несущей способности плывуны для использования в качестве основания яв­ляются мало пригодными.

По своим свойствам суглинки и супеси занимают промежуточное положение между глиной и песком.

Лёсс по своим свойствам относится к группе пылеватых суглинков. В сухом состоя­нии лёсс может служить основанием, но при замачивании водой он размокает, сильно уп­лотняется, образуя просадки. Поэтому лёссовые грунты называют проездочным и. При использовании лёсса в качестве основания необходимо принимать меры, устраняющие возможность его замачивания

Несущая способность грунтов характеризуется величиной норма­тивного давления на грунт, выраженная в кН/см². Величина норма­тивного давления различных грунтов (в кГ/см²) указана в строитель­ных нормах и правилах.

Искусственные основания устраивают путем укрепления слабых грунтов различными способами (рис. 25). К слабым грунтам относятся грунты с органическими примесями и насыпные грунты.

Грунты с органическими примесями включают: растительный грунт, ил, торф, болотный грунт. Насыпные грунты образуются ис­кусственно при засыпке оврагов, прудов, мест свалки. Перечисленные грунты неоднородны по своему составу, рыхлые, обладают значитель­ной и неравномерной сжимаемостью. Поэтому в качестве оснований их используют только после укрепления уплотнением, цементацией, си­ликатизацией, битумизацией или термическим способом.

Уплотнение грунтов производят трамбовочными плитами, пнев­матическими трамбовками, катками, вибраторами (поверхностное уп­лотнение), а также путем устройства так называемых грунтовых свай (глубинное уплотнение). Этот способ применяют при недостаточно плотных грунтах, в том числе насыпных.

Цементация грунтов состоит в нагнетании в них с помощью спе­циальных труб жидкого цементного раствора или цементного молока, которые после затвердевания придают им камневидное состояние. Цементацию применяют для укрепления слабых песчаных грунтов, кроме мелкозернистых и пылеватых.

Силикатизация грунтов заключается в нагнетании в них силикат­ных растворов, в результате химической реакции которых происходит окаменение грунта. В качестве силикатных растворов обычно исполь­зуют жидкое стекло и хлористый кальций. Способ силикатизации применяют для закрепления слабых песчаных грунтов, плывунов,

лёсса.

Битумизация состоит в нагнетании в грунт разогретого битума. Этот способ применяют для закрепления крупнозернистых песчаных грунтов, обломочных и трещиноватых скальных.

Термический способ заключается в том, что производят разными способами нагрев грунта до спекания, в результате чего слабый грунт превращается в камневидный. Этот способ используют для укрепле­ния лёссовых просадочных грунтов.

Искусственные основания удорожают стоимость строительства зданий и сооружений, поэтому их устраивают в необходимых случаях с обязательным технико-экономическим обоснованием.

Конструтивные схемы фундаментов:

Фундаменты сборных железобетонных колонн. Под сборные же­лезобетонные колонны применяют железобетонные сборные или монолитные фундаменты типа стакана. Сборные фундаменты могут состо­ять из одного железобетонного блока (башмака) стаканного типа или из железобетонного блока-стакана и одной или нескольких опорных плит под ним.

Монолитные железобетонные фундаменты имеют симметричную ступенчатую форму с двумя или тремя прямоугольными ступенями и подколенником, в котором размещен стакан для колонны. Дно стакана располагается на 50 мм ниже проектной отметки низа колонны, с тем чтобы после распалубки фундамента путем подливки слоя цементного раствора (или бетона) компенсировать возможные неточности в размерах и заложении фундаментов.

Фундаменты обычно проектируют с отметкой верха подколенника на уровне планировочной отметки земли —0,150. Фундаменты могут иметь полную высоту 1200 – 3000 мм с градацией 300 мм, что соответствует наибольшей глубине заложения подошвы фундамента — 3,150. В этом случае высота фундамента изменяется за счет высоты подколонника при неизменной высоте ступеней. При необходимости более глубокого заложения фундаментов под ними делают подушку из песка или бетона.

В зданиях с подвалами фундаменты располагают ниже пола под­вала за счет увеличения высоты подколенника. Фундаменты устраи­вают из бетона марок 150 и 200. Армируют фундаменты сварной сеткой с ячейками 200×200 мм, располагаемой в основании фундамента с за­щитным слоем 35—70мм. Для рабочей арматуры применяют горячекатаную сталь периодического профиля класса А-П. Подколенники ар­мируются аналогично соответствующим колоннам. При наличии слабых грунтов под фундаментами устраивают подготовку толщиной 100 мм из бетона. Привязка фундаментов к разбивочным осям определяется привязкой колонны.

Фундаменты стальных колонн. Подстальные колонны, как правило, устраивают железобетонные монолитные фундаменты.

Подколенники делают сплошными (без стаканов) и снабжают анкерными болтами для закрепления башмака колонны. Верх подколенника располагают с таким расчетом, чтобы башмак стальной колонны и верхние концы анкерных болтов были, покрыты полом. С этой целью в зависимости от типа башмака отметка верха фундамента назначается —0,4—1 м.

При необходимости заглубления фундаментов стальных колонн на 4 м и более возможно применение сборных железобетонных подко­ленников, изготовляемых по типу сбор­ных железобетонных двухветвенных колонн. Такой подколенник нижним концом закрепляют в стакане фундамента, на верхнем конце он имеет анкерные болты для крепления стальной колонны. Фун­дамент под смежные колонны устраива­ют общим даже и в том случае, когда в числе смежных колонн имеются и стальные и железобетонные колонны.

Стальные колонны устанавливают на фундаментах, в которые заранее заделывают анкерные болты для крепления колонн. Проектное положение колонн в плане обеспечивается правильным расположением анкерных болтов на фундаментах, а точность установки по высоте — тщательной подготовкой опорных  поверхностей фундаментов.

Опирание колонн осуществляется одним из следующих способов:

1)  на поверхность фундамента, возведенного до проектной отметки подошвы колонны, без последующей подливки цементным раствором. Этот способ применяют для колонн с фрезерованными подошвами башмаков;

2)  на заранее установленные и выверенные опорные детали (балки, рельсы и др.) с последующей подливкой цементным раствором. Фундамент бетонируют до уровня на 250—300 мм ниже проектной отметки опорной плоскости башма­ка колонны. Затем устанавливают опорные детали и закладные части, бетонируют верхнюю часть фунда­мента до уровня на 40—50мм ниже верха опорных деталей. Опорная (нижняя) поверхность башмака колонны при этом способе подго­товки фундамента должна быть из­готовлена строго перпендикулярно к оси колонны;

3)  на заранее установленные, выверенные и подлитые цементным раствором стальные опорные плиты. Фундамент бетонируют до уровня на 50—80 мм ниже проектной отметки подошвы плиты, затем устанавливают опорные плиты, совмещая их осевые риски с рисками разбивочных осей на деталях, заделанных в фундамент. Положение каждой плиты по высоте регулируется установочными винтами с таким расчетом, чтобы верхняя плоскость плиты расположилась на проектной отметке опорной плоскости башмака колонны. Опорные поверхности плит и колонн должны быть простроганы на заводе.

Фундаменты под стены.  Ленточные фундаменты. Столбчатые фундаменты.

Ленточные фундаменты, как правило, устраивают под несущие или самонесущие кирпичные и блочные стены. Они мо­гут быть сборными или монолитными. Наиболее распространены сбор­ные ленточные фундаменты. Эти фундаменты устраиваются из желе­зобетонных и бетонных блоков или укрупненных элементов. Наиболее широкое распространение имеют блочные фундаменты. Ленточные фундаменты устраивают из блоков двух типов: стеновых прямоугольных блоков (марки СП) и блок-подушек (марки Ф). Стеновые блоки имеют единую номинальную высоту 600 мм, единую номи­нальную длину 2400 мм и толщину — от 300 до 600 мм. Кроме основ­ных стеновых блоков марки СП имеются доборные блоки марки СПД номинальной длины 800 мм, которые используют для перевязки бло­ков в фундаменте.

Стеновые блоки изготовляют без арматуры — сплошными и с не­сквозными пустотами, открытыми книзу. Сплошные блоки имеют в обо­значении дополнительную букву «С».

Блок-подушки  используют для увеличения ширины подошвы фундамента и соответственно армируют по низу сварными сетками. Блок-подушки имеют номинальную длину 1200—2400, ширину 1000—2400 и толщину 300 и 400 мм. Блоки шириной 1000-1600 мм, кроме основных размеров, изготовляют доборные — половинной дли­ны.

Стеновые блоки изготовляют из бетона марки 150, блок-подушки — из бетона марок 150—200.

Для основной рабочей арматуры блок-подушек используют горячекатаную сталь класса А-П. На рис. 32 показаны схемы ленточных фундаментов из стеновых блоков и блок-подушек.

Блок-подушки укладывают на выровненное основание или на песчаную подготовку. Фундаменты из блок-подушек могут быть сплош­ными или прерывистыми. В прерывистых фундаментах подушки укла­дывают с разрывом 0,2—0,9 м. Такая конструкция сокращает расход материала, уменьшает затраты труда и позволяет полнее использовать несущую способность грунтов.

При возведении зданий или сооружений на сильно сжимаемых или просадочных грунтах по фундаментным подушкам устраивают арми­рованный шов толщиной 3—5 см, и поверх фундамента — армирован­ный пояс толщиной 10—15 см. Это увеличивает жесткость фундамента и предупреждает появление трещин при неравномерной осадке зда­ния.

Стеновые блоки укладывают на цементном растворе поверх фунда­ментных подушек. Из таких блоков сооружают стены подвала. При этом фундаменты и стены подвала состоят из нескольких рядов стено­вых блоков, уложенных с перевязкой швов. Продольные и поперечные стены таких фундаментов соединяют между собой посредством пере­вязки блоков.

Фундаменты из крупноразмерных железобетонных элементов устраивают из панелей-подушек и панелей-стенок . Панели-подушки (ребристые или сплошные) укладывают в виде сплошной или прерывистой ленты под стенами из крупных панелей. Поверх них устанавливают панели-стенки (сплошные, ребристые или со сквозными пустотами). Установленные панели соединяют между собой путем электросварки закладных стальных деталей в них.

 Монолитные ленточные фундаменты устраивают из бетона или железобетона. Их возводят в опалубке, куда устанавливают арматуру (при железобетонных фундаментах) и укладывают бетон проектной мар­ки.

Столбчатые фундаменты под стены устраи­вают при прочных основаниях и небольших нагрузках на них. Под несущими стенами опоры фундаментов располагают в углах, в местах примыкания и пересечения стен, а также в промежутках на расстоя­нии не более чем через 3—6 м. При этом отдельно стоящие опоры свя­зывают между собой железобетонными фундаментными балками, вос­принимающими нагрузку от стен. Под фундаментными балками для предупреждения деформаций, связанных с пучением посадкой основа­ния, устраивают шлаковую или песчаную подсыпку толщиной 0,5— 0,6м.