Минимальную глубину заложения фундаментов для отапливаемых зданий обычно принимают под наружные стены – 0,7 м, под внутренние – 0,5 м

Практика эксплуатации малоэтажных жилых зданий с фундаментами мелкого заложения показала, что вспучивающиеся при замерзании грунты постепенно выталкивают такие фундаменты из земли. За несколько лет дом может подняться над уровнем земли на десятки сантиметров, при этом различные участки строения обычно поднимаются на различную величину, что приводит к перекосу окон, дверей и даже к разлому стен. Такое явление происходит от действия сил бокового трения вспучивающегося грунта на поверхностях фундаментов, которые превышают противодействие относительно малой массы дома. Чтобы нейтрализовать нежелательный эффект вспучивания при замерзании грунта, приходится проектировать дома без подвалов на фундаментах мелкого заложения с основанием в виде песчаной подушки. При устройстве песчаной подушки грунт вынимают на глубину ниже промерзания не менее 0,2 м и засыпают выемку крупнозернистым песком с проливкой водой и с уплотнением послойно. Засыпку ведут до отметки 0,5 м от уровня планировки участка. На полученное таким способом искусственное основание устанавливают фундаменты мелкого заложения. Этот прием позволяет достигнуть значительной экономии материалов и средств. Например, в районе Киева глубина промерзания грунта равна 0,9 м, следовательно, фундамент мелкого заложения будет высотой 1,1 м, а при песчаной подушке – 0,5 м, т.е. при песчаной подушке на вспучивающихся от замерзания грунтах экономится около 50 % материала на устройство фундамента.

По методу возведения фундаменты могут быть индустриальные и не индустриальные. В массовом строительстве используют индустриальные фундаменты, которые выполняют из сборных крупноразмерных бетонных или железобетонных элементов. Эти фундаменты позволяют ведение работ без сезонных ограничений и сокращают трудозатраты на строительной площадке. Не индустриальные фундаменты могут выполняться из монолитного бетона или железобетона, а также из мелкоразмерных элементов (кирпич, бутовый камень и др.). Подобного рода фундаменты используются, как правило, для нетиповых зданий.

По характеру работы конструкции фундаментов могут быть жесткими, работающими только на сжатие, и гибкими, которые рассчитаны на восприятие растягивающих усилий. К первому виду относят все фундаменты, за исключением железобетонных. Применение гибких железобетонных фундаментов, воспринимающих изгибающие моменты, позволяет резко снизить затраты бетона, но резко увеличивает расход металла.

По конструктивной схеме фундаменты различают ленточные, столбчатые, свайные и сплошные.

Под всеми несущими стенами здания устанавливают ленточные фундаменты в виде сплошных стенок. Они могут служить не только несущей конструкцией, передающей постоянные и временные нагрузки от здания на основание, но и ограждающей конструкцией помещений подвала.

Ленточные фундаменты устраивают под все капитальные (несущие и самонесущие) стены, а в некоторых случаях и под колонны. Они представляют собой загубленные в грунт ленты-стенки прямоугольной или ступенчатой формы в поперечном сечении.

Ленточные фундаменты получили большое распространение в жилищном строительстве для зданий до 12 этажей, выполненных по бескаркасной схеме.

Форму в плане и разрезе, а также размеры ленточного фундамента устанавливают так, чтобы было обеспечено возможно более равномерное распределение нагрузки на основание. Размер подошвы фундамента определяют расчетом в зависимости от массы надземной части, материала фундамента и несущей способности грунта. Толщину его стенки определяют расчетом на прочность и в зависимости от технологических особенностей материала, например, стенку из бутобетона делают толщиной не менее 0,35 м в зависимости от размера камней заполнения. Необходимо следить, чтобы равнодействующая всех нагрузок от здания проходила в средней трети ширины подошвы фундамента, т.е. е < 1/3 (рис.3.3). Этим самым исключается появление в фундаменте растягивающих усилий.

В зависимости от величины и направления расчетных нагрузок ленточные фундаменты могут быть симметричными и несимметричными (рис.7.3).

Рис.7.3. Ленточные фундаменты: а – план и разрез ленточного фундамента из сборных бетонных блоков здания с подвалом; б, в – варианты без подвала из сплошных и пустотелых блоков; г, д, е – конструкция жесткого фундамента с минимальной, обычной и максимально уширенной подошвой; ж – несимметричный фундамент; и – переход от одной глубины заложения фундамента к другой; к, л, м, - варианты ленточных фундаментов из монолитного бетона, бутобетона и бута; 1 – стеновые блоки подвалов; 2 - пустотные стеновые блоки подвалов; 3 - фундаментные подушки; 4 – стены; 5 – перекрытия; 6 – полы подвала; 7 – отмостка; 8 – бетонный фундамент; 9 – бутобетонный фундамент; 10 – бутовый фундамент; 11 – пол первого этажа.

Для изготовления ленточных фундаментов используют любые строительные материалы, кроме дерева. На скальных грунтах чаще используют монолитный бетон с включением обломков скалы (бутобетон). Этот материал лучше заполняет неровности поверхности скального основания. Ленты фундаментов из бутового камня отличаются меньшим расходом цемента, но имеют большую трудоемкость и материалоемкость. Из-за размера камней по стандарту минимальную ширину лент принимают не менее 0,5 м. Как правило, стенки ленточных фундаментов из этих материалов для малоэтажных зданий уширений в зоне подошв не имеют. Ленточные фундаменты из красного кирпича проектируют для сухих прочных грунтов толщиной 0,25 – 0,51 м. Подушку кирпичного фундамента лучше делать из монолитного железобетона толщиной не менее 0,1 м, что повышает долговечность конструкции.

В условиях массового строительства ленточные фундаменты, как правило, возводят из сборных бетонных или железобетонных элементов. Сборные ленточные фундаменты монтируют из блоков двух типов (рис.7.4) – фундаментных блоков-подушек (ФБП) и стеновых блоков (ФСБ). Последние изготовляют сплошными из легкого бетона (γ ≤ 1600 кг/м³) или пустотелые из тяжелого бетона (γ > 1600 кг/м³), которые могут быть применены для внутренних стен и для наружных при грунтах не насыщенных водой. Стеновые блоки используются следующих размеров: высотой 0,6 м, длиной до 2,4 м и шириной 0,3, 0,4, 0,5 и 0,6 м.

Рис.7.4. Сборные ленточные фундаменты: а – конструкция фундамента при слабых грунтах; б – укладка фундаментных блоков при плотных грунтах и малых нагрузках; в, г - фундаменты крупнопанельных зданий; д – элементы сборных крупноблочных бетонных фундаментов; е, ж – элементы крупнопанельных фундаментов.

Монтаж сборных бетонных фундаментов осуществляют на цементном растворе с перевязкой швов. При слабых грунтах по фундаментным подушкам и по обрезу фундамента укладывают армированные распределительные пояса (рис.7.4 а). При плотных грунтах и малых нагрузках фундаментные подушки могут быть уложены с промежутками (рис 7.4 б). Промежутки следует засыпать грунтом.

Для малоэтажных зданий при малых нагрузках и прочных основаниях, когда ленточные фундаменты нерациональны, применяют столбчатые фундаменты. Их устраивают под все несущие и самонесущие стены, а также под отдельные столбы и колонны.

Столбчатые фундаменты представляют собой фундаменты, состоящие из столбов, загубленных в грунт, и опирающихся на них фундаментных балок, которые воспринимают на себя нагрузку от стен и передают ее на столбы.

Столбы устанавливают в местах пересечения стен и в промежутках между ними с определенным шагом, который определяют расчетом в зависимости от массы здания и несущей способности грунта. Для малоэтажных зданий шаг фундаментных столбов составляет 2,5 – 3,0 м.

Конструктивные варианты фундаментных балок и их пропорции в зависимости от шага столбов приведены на рис.7.5. Для устранения возможности смещения фундаментной балки и расположенной на ней стены вследствие пучения грунта под фундаментной балкой устраивают подушку из песка или шлака толщиной 0,4 м.

Рис.7.5. Конструктивные схемы фундаментных балок столбчатых фундаментов: а – фрагмент общего вида фундамента; 1 – стена; 2 – фундаментная балка; 3 – столбы; б – е – различные типы фундаментных балок; 4 – сборная железобетонная; 5 – сборные железобетонные перемычки (балочные усиленные); 6 – монолитная железобетонная балка; 7 – рядовая армокирпичная балка; 8 – армокирпичная балка со стальными каркасами в вертикальных швах кладки.

Столбы квадратного сечения в поперечнике изготовляют из сборных бетонных блоков, из монолитного бетона, красного кирпича, природного камня. Размеры столбов принимают по расчету на прочность (материала и грунта). Для малоэтажных жилых зданий размер подушки столбов не превышает 1 м, а горизонтальное сечение столба может быть равным размеру подошвы или быть меньшим. В последнем случае высоту подушки принимают не более 0,3 м.

В тех случаях, когда необходимо передать значительные нагрузки на слабый грунт, применяются свайные фундаменты.

Свайные фундаменты представляют собой фундаменты, состоящие из железобетонных, бетонных или металлических стержней-свай, погруженных в грунт, оголовков – верхнее уширенное завершение сваи, и ростверка, объединяющего работу всех свай

Свайные фундаменты применяют на слабых сжимаемых грунтах, при глубоком залегании прочных материковых пород, больших нагрузках и т.д. В последнее время свайные фундаменты получили широкое распространение для обычных оснований, т.к. их применение дает значительную экономию объемов земляных работ и затрат бетона.

По материалу сваи бывают деревянные, железобетонные, бетонные, стальные и комбинированные. В зависимости от способа погружения в грунт различают забивные, набивные, сваи-оболочки, буро набивные и винтовые сваи (рис.7.6).

Забивные сваи погружают с помощью копров, вибропогружателей и вибровдавливающих агрегатов. Эти сваи получили наибольшее распространение в массовом строительстве. В поперечном сечении железобетонные сваи могут быть квадратные прямоугольные и полые круглые: обычные сваи диаметром до 800 мм, а сваи оболочки – свыше 800 мм. Нижние концы свай могут быть заостренными или плоскими, с уширением или без него, а полые сваи – с закрытым или открытым концом и с камуфлетной пятой (рис.7.6 г).

Набивные сваи устраивают методом заполнения бетонной или иной смесью предварительно пробуренных, пробитых или выштампованных скважин. Нижняя часть скважин может быть уширена с помощью взрывов (сваи с камуфлетной пятой).

Буронабивные сваи отличаются тем, что в скважину устанавливают готовые железобетонные сваи с заполнением зазора между сваей и стенками скважины цементно-песчаным раствором.

В зависимости от характера работы в грунте различают два вида свай: сваи-стойки и висячие. Сваи-стойки, прорезая толщу слабого грунта, своими концами опираются на прочный грунт (скальную породу) и передают на него нагрузку от здания. Их применяют, когда глубина залегания прочного грунта не превышает возможной длины свай. 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. Свайные фундаменты в плане могут состоять из:

· одиночных свай – под отдельные опоры (рис.7.6 д);

· лент свай – под стены здания, с расположением свай в один, два и более рядов;

· кустов свай – под тяжело нагруженные опоры;

· сплошного свайного поля – под тяжелые сооружения с равномерно распределенными по всему плану здания нагрузками.

Рис.7.6. Свайные фундаменты: а – план и разрезы; б – виды свай в зависимости от конструктивной схемы – сваи стойки и висячие сваи; в – элементы свайного фундамента: 1 – ростверк; 2 – уголовник; 3 – свая; г – виды свай: 1 – четыре забивные бетонные и железобетонные сваи – квадратные, круглые, сплошные и пустотелые; 5,6 – набивные обычные и с уширенной пятой; 7, 8 – камуфлетные; 9 – с шарнирно раскрывающимися упорами; 10 – призматическая свая; 11 – свая-оболочка; 12 – свая в лидерной скважине; 13 – деревянная свая; 14 – винтовая свая; д – расстановка свай: свайные ряды, свайные кусты, свайное поле; е – вариант свайного безростверкового фундамента; ж, и – варианты свайных фундаментов без ростверков и оголовков: 1 – оголовок; 2 – свая; 3 – цокольная панель; 4 – перекрытия; 5 – колонна; 6 - ригель

Для малоэтажного строительства используют короткие железобетонные забивные сваи, чаще квадратного сечения 150 × 150 мм, 200 × 200 мм, или буро набивные сваи диаметром 300, 400 мм и более. Глубину заложения коротких свай принимают не более 6 м.

Расстояние между сваями и их число определяются расчетом. Обычно расстояние между висячими сваями принимают (3 – 8)d, где d – диаметр круглой или сторона квадратной сваи. Расстояние в свету между сваями-оболочками должно быть не менее 1 м.

Балки ростверка имеют много общего с фундаментными балками. Для их изготовления используют те же материалы. Железобетонный ростверк устраивают двух видов – монолитный и сборный. Его ширину принимают 250 × 250 или 300 × 300 мм, высоту – 400 – 500 мм.

Свайные фундаменты экономичнее ленточных на 32 – 34 % по стоимости, на 40 % по затратам бетона и на 80 % по объему земляных работ. Такая экономия позволяет снизить стоимость здания в целом на 1 – 1,5 %, затраты труда на 2 %, расход бетона на 3 – 5 %. Однако затраты стали увеличиваются на 1 – 3 кг на м².

В тех случаях, когда нагрузка, передаваемая на фундамент, значительна, а грунт основания слабый, устраивают сплошные фундаменты под всей площадью здания. Их, как правило, сооружают на тяжелых пучинистых и просадочных грунтах.