Основания и фундаменты

Фундамент – основа здания, предназначенная для равномерного распределения нагрузки на грунт.

Основанием для фундамента является грунт на строительном участке.  Идеальным является однородный минеральный грунт, не содержащий торфа и глины (но такие грунты встречаются довольно редко).

Существует четыре основных типа грунта: 

   • скальные и обломочные грунты;
   • песчаные грунты с крупнозернистым песком; 
   • мелкозернистые и пылеватые пески; 
   • глинистые грунты.

Основания под фундаменты могут быть пучинистыми и непучинистыми.

Пучинистые  - это основания, с высоким уровнем залегания грунтовых вод,  подверженные деформации под воздействием ливневых дождей и морозов.

Непучинистые основания представляют собой однородную породу и практически не деформируются.

К непучинистым основаниям относятся скальные и песчаные грунты с крупнозернистым песком (строения на них более устойчивые). В скальных породах сложно вести строительные работы, песчаные же грунты плохо подходят для многоэтажных массивных зданий, они требуют дополнительного укрепления и устройства фундамента глубокого заглубления.

Мелкозернистые и пылеватые пески, а также глинистые грунты требуют укрепления перед началом строительства, а также создания глубокозаглубленных фундаментов.

Типы фундаментов

В строительной практике используется много разновидностей фундаментов. Они классифицируются по нескольким признакам.

По материалу их разделяют на: 

   • бутовые фундаменты (из бутового камня обычно на цементном растворе);
   • бутобетонные фундаменты (бетон с дополнительным заполнением бутовыми камнями);
   • бетонные фундаменты;
   • железобетонные фундаменты;
   • деревянные фундаменты (деревянные сваи или закопанные стойки);
   • металлические фундаменты (как правило, сваи).

В настоящее время почти все фундаменты выполняется из бетона и железобетона. Они практически вытеснили трудоемкие бутовые и бутобетонные фундаменты. Металлические фундаменты (сваи) применяются очень редко, в основном для уникальных сооружений.

По технологии изготовления бетонные и железобетонные фундаменты разделяются на: 

   • сборные фундаменты;
   • монолитные фундаменты.

По особенностям работы фундаменты разделяются на: 

   • жесткие фундаменты, в которых деформациями изгиба можно пренебрегать (подавляющее большинство фундаментов) ;
   • гибкие фундаменты, которые работают на изгиб и проектируются как изгибаемые элементы (плитные фундаменты, ленточные под колоннами и т.д.).

Различие между гибкими и жесткими фундаментами проявляется лишь в способах их проектировании (т.е. при выборе их конструкции, размеров, армирования, класса бетона и т.д.), технология же устройства таких фундаментов в большинстве случаев такая же, как и у жестких фундаментов.

По конструкции фундаменты разделяются на три группы: 

  • мелкозаглубленные фундаменты (другие названия: «фундаменты на естественном основании»; «фундаменты, сооружаемые в открытых котлованах», «обычные фундаменты» и т.д.): 
      - ленточные фундаменты ;
      - отдельные (другое название «столбчатые фундаменты») ;
      - плитные фундаменты; 
      - массивные под машины ;
   • свайные фундаменты;
   • специальные фундаменты глубокого заложения.

Мелкозаглубленные фундаменты
 
Мелкозаглубленные фундаменты имеют много разновидностей, которые можно свести к следующим четырем группам: 

   • ленточные;
   • столбчатые;
   • плитные;
   • массивные под машины.

Выбор типа фундамента зависит от конструкций, которые на них будут опираться, и от грунтовых условий.

Ленточные фундаменты обычно располагают под стенами бескаркасных зданий,  столбчатые фундаменты – под колоннами, плитные – как под стенами, так и под колоннами в неблагоприятных инженерно-геологических условиях («слабые» грунты, карстовые явления и проч.) или при очень больших нагрузках на основание.

Каждый из типов фундаментов имеет множество разновидностей. Например, ленточный фундамент может быть не только сплошным, но и прерывистым, когда его нижняя уширенная часть выполняется из блоков, устанавливаемых не вплотную друг к другу, а с «просветами» 0,1…0,6м. В неблагоприятных грунтовых условиях ленточные фундаменты могут представлять систему взаимно пересекающихся лент, которая работает подобно плите, как единая конструкция («перекрестные ленточные фундаменты»). Для малоэтажных зданий у ленточного фундамента зачастую не требуется уширенной нижней части («подушки»), что делает подобный фундамент исключительно простым по технологии изготовления.

Отдельный (столбчатый) фундамент может быть «стаканным», т.е. с углублением (стаканом) для установки в него сборной железобетонной колонны, или «бесстаканным» – без такого углубления (при монолитной или стальной колонне).

Плитный фундамент может иметь ребра жесткости и может проектироваться без них.

Особым разнообразием отличаются фундаменты под машины, так как каждый вид машин предъявляет к фундаменту свои специфические требования.

Свайные фундаменты
 
Свайные фундаменты обычно включают сваи и соединяющий их ростверк, но в ряде случаев ростверк может отсутствовать.
 
Сваи в фундаментах под стены зданий обычно располагаются параллельными рядами (обычно в 1…4 ряда в зависимости от погонной нагрузки и несущей способности принятых свай). При восприятии сосредоточенных нагрузок от отдельных опор сваи располагаются «кустами» (чаще всего по 4…12 свай). Если несущая способность свай достаточно высока или сосредоточенная нагрузка мала, можно ограничиваться одной сваей под опору («односвайный фундамент»). В частности, при нагрузках на опору менее 300кН очень эффективными могут быть сваи-колонны, выполняющие одновременно функции фундамента и колонны 

Ростверки выполняются из монолитного, реже сборного железобетона. Если ростверк опирается непосредственно на грунт, он называется низким  если между ним и грунтом остается зазор – высоким. В ряде случаев могут быть наиболее эффективными безростверковые свайные фундаменты: на сваях монтируются железобетонные наголовники (на строго заданных отметках), и надземные конструкции опираются непосредственно на них.

Последние десятилетия разработано много новых конструкций свайных фундаментов, которые экономически более эффективны, чем традиционные типы, но чаще всего сложней их.

В настоящее время сваи изготовляются в основном из железобетона. В отдельных случаях могут использоваться другие материалы (дерево, сталь), но это бывает редко. В мировой практике известно около 500 видов свай, однако, широкое применение имеют лишь очень малая их часть. Существуют различные классификации свай, среди которых в первую очередь следует назвать разделение свай по месту их изготовления: 

   • сваи, изготовляемые на заводе, доставляемые в готовом виде на строительную площадку, и погружаемые в грунт забивкой, вибрированием или вдавливанием (такие сваи обычно называют «забивными» независимо от способа погружения)
   • сваи, изготовляемые непосредственно на строительной площадке (с использованием специальных машин и монолитного бетона).

В нашей стране наибольшее распространение получили предварительно изготовленные (забивные) сваи, что в значительной мере связано с суровыми климатическими условиями нашей страны, а также с общей ориентацией строительной отрасли быв. СССР на сборный железобетон.

За рубежом сваи, изготовляемые на строительной площадке, используются шире, чем готовые сваи, погружаемые забивкой или другими способами.

Специальные фундаменты глубокого заложения
 
К специальным фундаментам глубокого заложения обычно относят: 

   • глубокие опоры;
   • «стены в грунте»;
   • опускные колодцы.

Глубокие опоры отличаются от буровых или набивных свай только большими размерами (диаметр до 2,5м, глубина до 60м). Чаще всего они делаются с уширенным нижним концом, иногда с несколькими уширениями. Каждый конкретный вид глубоких опор делается с помощью той или иной специальной машины (комплекса машин).

Стена в грунте обычно понимается не только как конструкция глубокого фундамента, но и как определенная технология устройства подземных помещений. По контуру будущего сооружения откапывается глубокая узкая траншея (обычно шириной 0,6м, глубиной 20…30м, иногда до 50м), в нее устанавливается арматура, и производится заполнение бетонной смесью (иногда используются сборные железобетонные элементы). После этого грунт внутри контура образовавшейся замкнутой стены удаляется с помощью землеройных машин, и создается пространство подземных помещений. Для облегчения восприятия бокового давления грунта железобетонными стенами на одном или нескольких уровнях устраиваются анкерные крепления (путем пробуривания в стене и в грунте шпуров и устройства в них железобетонных тяг). Для предотвращения обрушения стенок глубоких траншей, в процессе откопки такие траншеи заполняются глинистым раствором (бентонитовой суспензией).

Стена в грунте может возводиться также и путем устройства сплошного ряда взаимно пересекающихся (в плане) буровых свай.

Стены в грунте могут использоваться не только как фундаменты и ограждения подземных помещений, но и как противофильтрационные завесы. В таких случаях вместо бетона могут использоваться менее прочные, но водонепроницаемые материалы (цементноглинистые растворы, асфальт и проч.).

Опускной колодец  – это большое железобетонное изделие, в плане кольцеобразное или прямоугольное (коробчатое), которое погружается в грунт под действием собственного веса при удалении грунта из его внутренней зоны. Обычно при удалении грунта производится подкапывание под нижние опорные кромки опускного колодца, а сам опускной колодец по мере погружения наращивается сверху (производится дополнительное бетонирование, если колодец монолитный, или дополнительный монтаж, если он сборный железобетонный). В случае «зависания» колодца его дальнейшее погружение обеспечивается вибрацией или дополнительной нагрузкой.

Полный текст данной статьи, а также ее продолжение (см. содержание ниже) вы можете прочитать на сайте  ООО "Вирамакс+" 

  • Расчет оснований мелкозагубленных фундаментов 
  • Расчет оснований при внецентренном нагружении 
  • Проектирование мелкозагубленных фундаментов 
  • Выбор глубины заложения фундамента 
  • Расчет гибких фундаментов 
  • Конструирование мелкозаглубленных фундаментов
  • Защита фундамента от подземных вод
  • Проектирование свайных фундаментов
  • Расчеты по данным статического зондирования грунтов
  • Статические испытания свай
  • Установление расчетных значений сопротивлений свай
  • Методы расчета осадок свайных фундаментов
  • Конструирование свайных фундаментов