Фундаменты зданий на просадочных грунтах

Просадочными называются грунты, которые, находясь в напряженном состоянии от внеш­ней нагрузки и собственного веса, под воз­действием замачивания получают деформа­ции, вызванные коренными изменениями структуры грунта (просадкой).

Проектирование и строительство на просадочных грунтах должно предусматривать мероприятия, исключающие возможность замачивания.

При замачивании грунтов основания необ­ходимо предусмотреть мероприятия, устра­няющие вредное воздействие просадок зда­ния на его эксплуатационную пригодность.

Согласно СН и П 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений», приняты два типа просадочности, отличающиеся раз­мерами и формой деформаций основания: первый тип просадочности, когда просадка происходит, в основном, в пределах дефор­мируемой зоны основания от нагрузок фун­даментов или другой внешней нагрузки, а просадка от собственного веса грунта прак­тически отсутствует или равняется 5 см; вто­рой тип просадочности, когда возможна про­садка грунта от его собственного веса, про­исходящая преимущественно в нижней части просадочной толщи.

При этом если в деформируемой зоне про­исходит просадка первого типа, основание получает просадку, равную сумме просадок первого и второго типов.

Просадки грунта происходят вследствие различных видов замачиваний: поверхност­ного, местного (под частью здания), интенсив­ного (под всей поверхностью здания), глубин­ного под действием подъема уровня грунто­вых вод.

Проектирование подземной части зданий на просадочных грунтах осуществляется по­сле проведения мероприятий по устранению возможности замачивания либо просадок.

Если предполагаются просадочные явления первого типа, необходимо предусматривать их устранение путем:

- уплотнения грунта в деформируемой зоне тяжелыми трамбовками, устройства грунтовых подушек;

- прорезки просадочной толщи грунтовыми сваями, пред­варительного замачивания нижних просадоч­ных слоев;

- выемки просадочного грунта, ус­тройства грунтовых подушек с послойным уплотнением;

- проектирования фундаментов с напряжением под подошвой, не превышаю­щим величины начального просадочного дав­ления.

Устранение просадочных свойств основа­ния второго типа может быть выполнено путем уплотнения нижней просадочной зоны грунтовыми сваями, путем замачивания стро­ительной площадки, которое вызывает просадку основания, и т. п.

Условия строительства на просадочных грунтах II типа подразделяются на три груп­пы: легкие, средние и тяжелые. Тип грунтовых условий огра­ничивает длины отсеков для зданий различ­ной этажности. Если просадочность грунта ликвидируется, глубина заложения фунда­ментов и ширина подошвы выполняются как для обычных грунтов, в остальных случа­ях — из условия равенства напряжений под подошвой начальному просадочному давле­нию.

Если перечисленные мероприятия не ус­траняют просадочные свойства грунтов, в проектируемом или строящемся здании необ­ходимо предусматривать конструктивные приемы, направленные на устранение воз­действия просадочных грунтов и увеличи­вающие прочность и пространственную же­сткость здания и сооружения. К таким прие­мам относят:

- разработку схем и конструкций, мало­чувствительных к неравномерным осадкам;

- устройство монолитных и сборно-монолитных фундамен­тов, которые обеспечивают прочность и ус­тойчивость надфундаментных конструкций при неравномерных осадках;

- непрерывную укладку по всей длине ка­питальных стен в уровне перекрытий моно­литных железобетонных поясов, повышающих пространственную жесткость и устойчивость здания;

- увеличение площади опирания элементов конструкций на величину возможного гори­зонтального смещения;

- разделение многоэтажных зданий осадоч­ными швами на жесткие блоки;

- устройство стыков, равнопрочных с сое­диняемыми конструктивными элементами на случай неравномерной осадки основания;

- дополнительное армирование отдельных элементов здания для увеличения прочности;

- обеспечение совместной работы фундамен­та с надземной частью здания или сооруже­ния в целом. Для этого необходимо приме­нять в качестве изоляционного материала жирный раствор цемента или цемента с церезитом.

При значительной просадке целесообразно связать фундамент с надфундаментной кон­струкцией вертикальной арматурой.

В зависимости от типа просадочных грун­тов и категории просадочности могут при­меняться обычные фундаментные подушки (плиты) и специальные фундаментные блоки для устройства сборно-монолитных фунда­ментных лент. Определенные характеристики просадочных грунтов требуют также устрой­ства цокольных сборно-монолитных поясов. Раскладка фундаментных и поясных бло­ков производится аналогично раскладке сбор­ных подушек ленточных фундаментов. Фундаменты устанавливают на рас­пределительную песчаную подушку. Пояс­ные блоки соединяют путем сварки рабочих арматурных стержней накладками между собой. Поясные блоки армируют простран­ственными каркасами (не менее шести стерж­ней в каркасе).

Важнейшим условием нормальной работы конструкций здания, возводимого на просадочных грунтах, является водозащита осно­вания, требующая выполнения специальных конструктивно-технических мероприятий. При проектировании зданий на просадочных грунтах в подвалах не допускается ус­тройство помещений с обильным стоком во­ды (прачечные, душевые и т. д.).

Конструкция пола предусматривает устрой­ство железобетонного плинтуса, поднятого над уровнем пола на высоту не менее 180 мм, и обратного уклона в конструкции пола. В случае опасности появления во­ды изнутри помещения необходимо устраи­вать пол и плинтус со специальной гидроизо­ляцией.

Особое внимание следует уделить вопро­сам защиты основания при вводах — выво­дах водопроводных и канализационных се­тей, а также правильному выполнению об­ратной засыпки, которая должна состоять из местного грунта с послойным трамбованием и с контролем уплотнения. Фундаменты за­глубляются в уплотненную зону грунта не менее чем на 500 мм.

Конструкция и размеры Отмостки должны быть предусмотрены таким образом, чтобы исключить возможность фильтрации воды с поверхности земли, через обратную засыпку. Для этого отмостку заводят за грань обрат­ной засыпки не менее 300 мм, в конструк­цию отмостки вводят бортовой камень, под­нятый над уровнем земли. Уклон отмостки должен быть не менее i = 0,03%. В асфальто­вых покрытиях высота отмостки у основания принимается не менее 180 мм, высота бетон­ной отмостки — не менее 150 мм. Бетон под­готовки для асфальтовой отмостки должен быть марки не менее 150.

Свайные фундаменты являются радикаль­ным средством, исключающим влияние просадочности грунтов. При привязке проекта кирпичных, крупноблочных и крупнопанель­ных зданий в их составе должны быть два варианта решения фундаментов — свайный (основной) и на естественном основании. Це­лесообразность применения свайных фунда­ментов определяется технико-экономическим сравнением вариантов с учетом типа грунто­вых условий. Проектируют свайные фунда­менты по данным инженерно-геологических изысканий, а также по величинам передава­емых на фундаменты нагрузок с учетом кон­структивных особенностей проектируемого здания.

Для фундаментов, возводимых на просадочных грунтах, могут применяться сваи раз­личного типа. В зависимости от свойств грун­та, залегающего под нижними концами свай,— сваи-стойки, висячие, прорезающие толщу просадочных грунтов, а также вися­чие, не прорезающие всю толщу, а опираю­щиеся на просадочный грунт. В за­висимости от способа изготовления: забив­ные; набивные бетонные и железобетонные, забивные (с устройством скважин путем про­бивки грунта без выемки на поверхность).

Выбор свайных фундаментов производится на основании учета действующих нагрузок, типа основания, а также технико-экономи­ческого обоснования.

Свайные фундаменты широко применяют­ся в строительстве, что обусловлено необхо­димостью строительства на слабых сильно-сжимаемых грунтах, а также эффектив­ностью применения таких фундаментов при возрастании нагрузки на основание. Так, при нагрузке до 800—1000 т от колонн нагрузка на основание от подошвы фундамента воз­растает на 30—40% и более. Вес ростверка свайного фундамента не превышает 10% полезной нагрузки. Поэтому при строитель­стве зданий повышенной этажности или дру­гих, имеющих значительные нагрузки, свай­ные фундаменты применяют вместо обычных, независимо от типа грунтов.

В зависимости от грунтовых условий сваи под­разделяют на:

- сваи-стойки, которые проходят через слабые слои и опираются на плотный, прак­тически несжимаемый грунт. Несущая спо­собность этих свай не зависит от прочности окружающего их грунта;

- висячие, погружаемые в сжимаемые грун­ты, которые передают нагрузку на грунт бо­ковой поверхностью и нижним концом.

По виду применяемого материала сваи мо­гут быть металлическими, бетонными и же­лезобетонными. Наиболее распространенным типом свай являются бетонные и железобе­тонные.

Для фундаментов применяют следующие типы свай:

забивные; набивные железобетонные и бе­тонные; сваи-оболочки железобетонные; вин­товые со стальным или железобетонным на­конечником.

Набивные сваи представляют собой сква­жины в грунте, заполненные бетоном или железобетоном. Забивные железобетонные сваи делят по форме поперечного сечения на квадратные, прямоугольные, квадратные с круглой полостью и круглые полые диамет­ром до 800 мми выше (сваи-оболочки). По способу армирования сваи подразделяются: на ненапрягаемые и с предварительно напряженной продольной арматурой (стержневой или канатной про дольной). По конструкции: на составные по длине и цельные. По конструкции нижнего конца: на сваи с открытым, закрытым ни­жним концом и с камуфлетной пятой.

В строительстве применяются часто трамбованные, вибронабивные сваи, буронабивные и камуфлетные.

Основные преимущества набивных свай:

- возможность изготовления их на месте без спе­циальных металлических или других форм (отпадает потребность в транспортировке);

- малый расход металла (в большинстве слу­чаев набивные сваи не армируются);

- оди­наковая плотность соприкосновения с грун­том по всей длине, независимо от напласто­ваний слоев грунта;

- возможность устройства свай в стесненных условиях вблизи су­ществующих зданий.

К недостаткам набивных свай следует от­нести трудности контроля их качества при изготовлении.

Набивные сваи устраивают путем заполне­ния предварительно пробуренных или вы­полненных при помощи обсадных труб от­верстий. Длина таких свай 10 - 12 м, диа­метр 30 - 40 смпри марке бетона 200.

Верх сваи армируют каркасом или отдель­ными стержнями.

Набивные часто трамбованные сваи выпол­няются в любых грунтовых условиях, кроме водонасыщенной глины. Скважину выполня­ют при помощи труб, опирающихся на ба­шмаки (башмаки остаются в грунте). Трубы заполняют бетоном и затем извлекают при помощи частых ударов молота вверх-вниз. Удары, направленные вниз, создают возмож­ность для трамбовки бетона. Длина такой сваи до 18 м. Несущая способность часто-трамбованной сваи приблизительно 120 т.

Вибронабивные сваи устраивают в пробу­ренных (продавленных) скважинах бетонны­ми либо железобетонными. Свая может изго­товляться с уширением в нижней части, по­зволяющим увеличить несущую способность без значительного дополнительного расхода материалов. Ствол заполняют бетоном с по­слойным вибрированием. Диаметр такой сваи 30 - 60 см. Уширение является эффектив­ным при действии усилий выдергивания, вы­полняют его путем разбуривания скважины специальным механизмом.

Уширение пяты может быть произведено при помощи камуфлета (взрыва) в скважи­не. Камуфлетные сваи эффективны при строительстве на просадочных грунтах. Недо­статком камуфлетных свай являются ограни­ченные возможности применения их вблизи существующих зданий, затруднительный кон­троль производства работ, а также необходи­мость особых мероприятий по технике без­опасности при производстве работ.

При устройстве железобетонных набивных свай армирование должно производиться за­ранее изготовленными арматурными карка­сами при бетоне марки 200.

Забивные сваи являются сборными завод­скими изделиями, различающимися по фор­ме. Забивные сваи подразделяют:

- по форме поперечного се­чения — на квадратные, квадратные с круг­лой полостью, прямоугольные и полые круг­лые, на призматические, трапе­циевидные и прямоугольные;

- по длине — на составные и цельные;

- по конструкции ниж­него конца — с открытым и закрытым ниж­ним концом и уширенной пятой;

- по спосо­бу армирования — с предварительно напряженным и обычным армированием.

Призматические забивные сваи изготавли­вают длиной от 3 до 16 м. У свай заострен­ный конец и голова, приспособленная для забивки их дизельмолотом. Армируют сваи продольной рабочей стержневой горячекатаной арматурой периодического профиля при изготовлении без предварительного натяже­ния либо предварительно напряженной прядевой (канатной) арматурой. Для слабых и средней плотности грунтов целесообразны призматические сваи. Эффективно примене­ние также призматических свай с местным уширением, если под слоем слабого грунта есть напластования для опоры. В слабых грунтах можно использовать сваи без за­остренного конца. Предварительное напряже­ние позволяет увеличить длину сваи до 24 м.

Пирамидальные сваи имеют сплошное се­чение с плоским ножом, размер в оголовке 40х40 см, в ноже 20х20 см, конусность приблизительно 1°. Свая выдерживает без признаков разрушения 1500 ударов дизельмолота. Отсутствие острия не затрудняет, а увеличивает точность погружения. Для унифика­ции примыкания к ростверку сваи разной длины имеют одинаковые размеры головы. Армируют их четырьмя рабочими стержня­ми или одним центрально-расположенным предварительно-напряженным стержнем. Предварительно напряженные сваи изготавливают с пе­редачей натяжения арматуры на борта форм, при этом ножевая часть сваи и оголовок дополнитель­но усиливаются введением двойных сеток.

Цилиндрические полые сваи являются бо­лее экономичными по сравнению со сплош­ными. Изготавливают их методом центри­фугирования. Погружение производится мо­лотами, вибропогружателями, вибромоло­тами.

Повышенной несущей способностью отли­чаются железобетонные трубчатые сваи с опорными железобетонными кольцами. Ис­пользование в качестве свай железобетонных труб позволяет достигнуть высокой степени индустриализации свайных работ.

Так, в качестве сваи применяются трубы диаметром 45 смсо стенками толщиной 5 см(отсеки по 5 м), их армируют 12 продольны­ми стержнями диаметром 16 ммс хомутами в виде спиральной проволоки. Между собой секции стыкуют при помощи сварки накла­док. Нижние секции оборудованы режущими ножами.

Винтовые сваи со стальным или железо­бетонным наконечником, а также сваи с шарнирно раскрывающимися упорами пред­назначены для уникальных зданий со зна­чительными горизонтальными нагрузками. Они препятствуют выдергиванию и опроки­дыванию фундаментов.

Расположение свай зависит от величины нагрузки, размера, а также вида фундамен­та. При вертикальных нагрузках сваи-стой­ки и висячие сваи выполняются вертикаль­ными, а при значительных горизонтальных возможна наклонная их установка.

Под несущий ленточный фундамент сваи устанавливают в один ряд с шагом 3 диаметра, в два ряда или в шахматном порядке (для уменьшения ширины фундамента или пли­ты). Свайные кусты проектируют под от­дельно стоящие фундаменты, и форма раз­мещения свай зависит от формы фундамен­та: треугольная, трапециевидная, прямо­угольная. Свайное поле выполняют под фун­даментные плиты.

При проектировании большего количества свай их установка осуществляется по тому же принципу — по одной линии или в шах­матном порядке. Для куста из 14 свай мо­жет быть применен комбинированный метод (при симметричной нагрузке). В случае экс­центричного приложения нагрузки под пе­регруженным участком фундамента сваи мо­жно устанавливать с более частым шагом.

Сборные и монолитные ростверки.Свайный фундамент представляет собой ряд (или ряды) свай, объединенных ростверком. Ростверк может выполняться сборным или монолитным. Монолитные ростверки пред­назначены для кирпичных и блочных зда­ний, сборные — для крупнопанельных.

Сваи устанавливают в местах пересечения осевых линий (в углах) и в зависимости от несущей способности в один или два ря­да. Наиболее рациональными являются шаг сваи L = 1,5 - 1,8 м. При моно­литном решении ростверк устраивают на уровне отметки земли, по нему выполняют кладку из фундаментных блоков, на которую в поперечном направлении опираются плиты перекрытия или балки. При сборном реше­нии на сваи устанавливают цокольные па­нели, а в поперечном направлении уклады­вают фундаментные балки, которые служат опорой для плит перекрытия. При этом цо­кольные панели и поперечные балки опира­ются на собственные ряды свай. Возможен вариант решения с опиранием плит перекры­тий на цокольные панели. Монолитный ростверк может выполняться по свае со сборным оголовком. При этом де­лают подготовку, на сваю монтируют оголо­вок, а затем устраивают монолитный рост­верк.

Узел сопряжения свай со сборным оголов­ком может быть с обетонированием головы сваи, которую заводят в сборный оголовок. Выбирают его в зависимости от типа свай, вида армирования, нагрузок, расположения свай.

Соединение монолитного ростверка со свая­ми может также быть шарнирным. Под ро­стверком также устраивают бетонную подго­товку. Сваю заделывают в тело монолитного ростверка на глубину не менее 50 ммбез арматурных выпусков таким образом, чтобы рабочая сетка ростверка проходила выше сваи. При жестком соединении сваи голову свай заделывают не менее 250 мм(в случае точной забивки). В случае неточ­ной забивки по вертикали головы свай сру­баются так, чтобы они были на 50 ммвыше отметки подошвы, рабочая арматура обнажается и заделывается в монолитный ростверк на глубину не менее 250 мм. Оси свай ростверка, как правило, должны совпадать для исключения эксцентриситета при передаче нагрузки.

При применении трубчатых свай примы­кание их к монолитному ростверку выполня­ют аналогично жесткому примыканию за­бивных свай: сваю не добивают до проектной отметки, затем обнажают рабочую арматуру на высоту 400 мм.. Сопряжение может быть осуществлено путем замоноличивания в по­лый конец сваи дополнительных продольных арматурных стержней и заведения их в мо­нолитный ростверк.

Монолитный ростверк выполняется из бе­тона марки не менее 150 по слою подготов­ки. Для низкого ростверка сваи забивают так, чтобы они были выше отметки пола подва­ла не менее, чем на 200 (при решении с под­валом). Подготовку выполняют на 50 мм с каждой стороны шире, чем монолитный ростверк. По ростверку идет кладка из бло­ков стен подвала до отметки опирания плит, перекрывающих подвальное помещение.

Детали фундаментов

Деформационные швы.

Они уменьшают возможность появления неорганизованных деформаций в наземных конструкциях. Расстояние между осадочными швами назначают по СНиП от 20 до 200 м в зависимости от климатических условий, материала стен и располагают в местах сопряжения капитальных стен.

По конструкции они должны допускать независимое вертикальное смещение и исключать горизонтальное смещение одной части относительно другой. В зданиях с ленточными фундаментами осадочные швы устраивают в виде вертикального паза, в каркасных зданиях – на спаренных стойках, установленных в спаренных фундаментах.

Осадочные швы устраивают также при разнице в этажности в 2 и более этажей или когда части здания имеют разнородные основания – естественные и искусственные; на границах с разной очередностью застройки, а также в местах примыкания новых стен к существующим.

Расположение осадочных швов в фундаментах должно совпадать со швами в стенах.

Температурные швы разрезают стены от карниза до обреза фундаментов. Ленточные фундаменты температурными швами не разрезают. Осадочные швы разрезают здание насквозь на отдельные части /и перекрытия и крыши/. При устройстве осадочного шва в фундамент закладывают просмоленную доску толщиной 130мм, которую в зданиях с подвалами удаляют и образовавшийся паз заполняют битумом, асфальтом и др./лист 4/.

Световые приямки.

При длине приямка не более 1,5 м и глубине заложения 1 м ограждающие стенки световых приямков необходимо делать в 1/2 кирпича на цементном растворе марки не ниже 30 /лист 16/.

Отношение относа приямка к его глубине должно составлять не более 1:3.

Стенки приямка при длине 1,5 м и при глубине заложения более 1 м необходимо выполнять толщиной в один кирпич на цементном растворе марки не ниже 30.

При длине и глубине приямка более указанных размеров толщина стенок приямка определяется расчетом.

Приямки можно ограждать сборными железобетонными плитами /лист 17/. Стенки приямка могут быть наклонными на 1/10 - 1/8 высоты приямка. Снаружи приямки обмазывают горячим битумом, изнутри - штукатурят цементным раствором. Дно приямка бетонное с уклоном наружу, для удаления атмосферной влаги в стенке приямка оставляют отверстие. Фундаменты под стенки приямка могут быть самостоятельными или опираться на консоли балок, заделанных в стены подвала. Сверху приямок следует закрыть металлической решеткой. Приямки, выходящие на улицу, а также утепленные сверху могут иметь покрытие из стеклоблоков в виде армированной стекложелезобетонной плиты.

Загрузочные люки.

Боковые стенки люка делают выше земли на 150 - 200 мм из кирпича, бетона, бутового камня, железобетонных плит с гидроизоляцией и опиранием на консольные балки, выпущенные из стен здания.

Наклонное дно люка из бетона покрывают сверху деревянным щитом из антисептированных досок и обивают кровельным железом / лист 18 /.

Входы в подвал.

Вход в подвал устраивают в виде одномаршевой лестницы, заглубленной в землю на 1,5 -2,5 м. Лестницу размещают в приямке, ограждают стенками и защищают крышей. Надземная часть стенок достаточна толщиной 250 мм, а подземная выше ступеней - 380 мм, ниже ступеней до подошвы фундаментов - 510 мм.

Стенки входа в подвал следует отделять от стен основного здания осадочными швами.

Заглубление фундаментов стенок делают уступами в соответствии с уклоном лестницы. Ступени бывают кирпичные, бетонные монолитные и сборные железобетонные. Кладку подземной части стен необходимо гидроизолировать с внешней стороны и снизу / лист 19 /.

Фундаменты дымовых труб.

При расположении трубы вплотную к стенам здания необходимо устраивать температурно-осадочный шов на всю высоту, включая фундамент. Связь конструкций здания с кладкой трубы не допускается. При любом материале стен кладку трубы выполнять из красного кирпича. Фундамент трубы может быть устроен из бутового камня, бетона.

Если стенки трубы являются одновременно стенами здания, то они должны быть разделены температурно-осадочными швами.

Кладка труб должна иметь такую же гидроизоляцию, как стены здания /лист 20/.

Фундаменты под печи

Проемные отопительные печи, незначительно выступающие из плоскости стен, опирают на расширение стенового фундамента. При больших выносах - на самостоятельные фундаменты или на консольные балки или железобетонные плиты /лист 21/.

Пристройки к подвалам

Стены пристроек (например, выносной угольной) отрезают от основных стен осадочным швом. Покрытие пристройки устраивают железо- бетонным с опиранием его на стенки пристройки. В покрытии устраивают загрузочный люк с крышкой. Стены пристройки обмазывают горячим битумом /лист 20/.

Лист 1

Лист 2

СХЕМА