Фундаменты для обычных условий

В гражданских зданиях применяют в основ­ном фундаменты мелкого заложения, уста­навливаемые в заранее вырытый котлован (при этом глубина подошвы не превышает 3—5 м), в отдельных случаях — фундамен­ты глубокого заложения, погруженные в ос­нование одновременно с забором грунта. Они могут быть монолитными (бутовыми, бутобетонными, бетонными) или сборными.

Бутобетонные и бетонные фундаменты в настоящее время применяются редко из-за большой трудоемкости их возведения по сра­внению с применяющимися сборными фунда­ментами. При незначительной нагрузке на подземную часть (в случае малоэтажных зданий) эти фундаменты могут иметь пря­моугольную форму без уширения подошвы относительно стены подвала (ширина не менее 500 мм).

При устройстве уступов фундаментов из бута либо из бутобетона соотношение ширины фундамента и высоты выступа назначается в зависимости от марки бетона и величины нормативного давления грунта (от 1,25 до 2 кг/см²). Высота уступов для бутобетона не менее 30 сми для бутовой кладки в 2 ряда бутовых камней 30—60 см. Марка бетона не менее 200.

При бутовом фундаменте ширина по об­резу принимается на 5-15 см шире выше­лежащей кладки. Бутовые и бутобетонные фундаменты применяют, если подземная часть здания испытывает незначительные сжимающие нагрузки.

Одним из решений монолитного ленточно­го фундамента может быть монолитная желе­зобетонная лента, устраиваемая для монолит­ных колонн. Такое решение воз­можно при проектировании первых этажей жилых и общественных зданий при значи­тельных нагрузках на колонны первого эта­жа.

Сопряжение верхней и нижней части зда­ния должно быть выполнено так, чтобы на­грузки передавались на подземную часть центрально либо с минимальным эксцентри­ситетом.

Наиболее распространенным фундаментом под несущие стены являются непрерывные или прерывистые сборные ленточные фунда­менты. Ленту выкладывают из фундамент­ных подушек на грунт с зазором не менее 20 мм, она обеспечивает равномерную пере­дачу нагрузки на грунты основания.

Прерывистые ленты фундаментов выпол­няют в тех случаях, когда можно повысить нагрузку на одну подушку без увеличения арматуры. При прерывистых фундаментах происходит выравнивание реактивного дав­ления, вследствие чего моменты и попереч­ные силы в конструкции становятся меньше. Величина зазора определяется расчетом. Од­нако, прерывистые фундаменты нельзя возводить на неоднородных, сильно отличаю­щихся по сжимаемости грунтах, просадочных, а также в сейсмических районах.

Фундаментные сборные железобетон­ные подушки могут конструк­тивно выполняться призматическими (при неболь­ших нагрузках), трапециевидными, специаль­ной формы в виде трапециевидной конструк­ции с ребрами либо коробчатыми. Форма подушки обусловлена спецификой их рабо­ты в грунте: обрезы фундаментов работают как консоли на отпор грунта, возникающий при давлении конструкции здания на осно­вание. Такая форма, а также форма подуш­ки в виде коробчатого сечения вызваны тре­бованиями увеличения жесткости и экономии материала.

Под фундаментные подушки в качестве выравнивающего слоя устраивают песчаную подсыпку. Под блоки с решетчатым и короб­чатым сечением также необходимо выполнять выравнивающую подготовку. Блоки-подушки выполняют из тяжелого бетона марки не ме­нее 200. Если блоки не имеют сплошного дна, необходимо устраивать подготовку для выравнивания давления.

В гражданских зданиях отдельно стоящие фундаменты применяются гораздо реже, чем непрерывные; их устраивают, если сплошные ленточные фундаменты выполнять неэконо­мично; для каркасных зданий; в случае ма­лых давлений на грунт и большой глубины заложения фундаментов.

Отдельно стоящие фундаменты выполняют­ся под непрерывные стены и под отдельно стоящие колонны. Фундаменты устанавли­вают в местах пересечения продольных и по­перечных осей, при необходимости — и в про­межутке между осями.

Для зданий с подземной частью, выполнен­ной из мелкоразмерных камней, применяют­ся столбчатые фундаменты, которые в плане устанавливают так же, как и сборные подуш­ки. Такие фундаменты целесообразны при малых нагрузках на основание. Их распола­гают под стенами с малым шагом, а проемы, образованные ими, перекрывают перемычка­ми, на которых затем устраивают стены над­земной части. При значительной величине шага столбов они соединяются фун­даментными балками. Между перемычками или фундаментными балками и грунтом ос­тается зазор, заполняемый песком, шлаком или другим материалом.

Наиболее характерной конструкцией отдельно стоящего фундамента является фун­дамент под колонну каркасного здания. Та­кие фундаменты бывают монолитными и сборными. Монолитные фундаменты выпол­няются в тех случаях, когда фундамент име­ет форму или размеры, делающие нерацио­нальным применение сборных конструкций (очень большие ширина, высота или вес фундамента).

Если фундамент проектируют под монолит­ную колонну, он выполняется в виде цель­ной конструкции, соединенной рабочей арма­турой колонны и армированной сеткой, вос­принимающей усилие от отпора грунта. По форме монолитный отдельно стоящий фунда­мент может быть трапециевидный и с усту­пами. Уступы предусматриваются при зна­чительных размерах подошвы фундамента. Ширина уступов зависит от размера стороны колонны, а высота — от общей высоты фун­дамента.

Монолитный фундамент под сборную ко­лонну выполняется так же, как под монолит­ную колонну, кроме того, в нем предусматри­вается стакан для установки колонны и за­ливки ее раствором. Под монолитные стака­ны устраивается подготовка из песка с гид­роизоляцией, необходимая для задержания при бетонировании влаги бетона в опалуб­ке. Кроме того, подготовка служит поддер­живающей основой для нижней арматурной сетки фундамента, она исключает возмож­ность перемешивания бетона замоноличивания с грунтом.

Отдельно стоящие фундаменты стаканного типа соединяются между собой путем уста­новки фундаментных балок или цокольных соединительных панелей, опирающихся на верхнюю опорную грань фундамента.

Наиболее характерной конструкцией фун­дамента для зданий с каркасной схемой яв­ляется отдельно стоящий сборный стакан под колонну.

Сборные стаканы изготовляются из тяже­лого бетона марки 150-200. В зависимости от требуемой ширины подошвы они могут быть прямоугольными и трапециевидными. Основной тип стакана представляет собой ступенчатую конструкцию с местом для уста­новки колонны, его подошва выполняется повышенной толщины (200-250 мм) и про­веряется на продавливание. Колонну уста­навливают в стакан и замоноличивают. Уровень земли при засыпке должен быть выше верха стакана на 150 мм.

В каркасных зданиях при самонесущих стенах возникает необходимость опереть на­ружные стены на фундаменты, для этого используются фундаментные балки, которые (аналогично монолитным конструкциям от­дельно стоящих стаканов) опираются на верх­нюю грань отдельного фундаментного стака­на, либо на специально выполненные стака­ны, на которых есть место для опирания. Для тяжело нагруженных колонн при зна­чительных размерах фундаментов стаканы ложно выполнять сборными, их собирают на месте из отдельных элементов.

Сборные железобетонные фундаментные стаканы так же, как и монолитные, выпол­няются трапециевидными (при небольших размерах подошвы) и ступенчатыми. Разме­ры их уступов определяются в зависимости от размера колонн, подошвы фундамента и его расчетной высоты. Фунда­менты выполняются сложной формы с ребра­ми жесткости и устанавливаются на подклад­ные плиты, которые также могут иметь сложную ребристую конструкцию. При этом экономится бетон и уменьшается вес кон­струкции, что важно при монтаже, однако сложная конфигурация сборного железобе­тонного изделия часто приводит к перерасхо­ду арматуры из-за необходимости дополни­тельного армирования ребер и выступов.

Железобетонные фундаменты армируются сварными сетками в нижней части днища стакана (растянутой зоне) в один или два ряда без стыков, в двух взаимно перпендику­лярных направлениях.

Сплошные (плитные) фундаменты приме­няются в следующих случаях:

на площадке слабые грунты и значитель­ные нагрузки, которые не могут восприни­мать одиночные и ленточные фундаменты для создания допустимого давления на грунт;

неравномерная осадка сооружения не до­пускается или регламентируется. Фундамент­ные плиты значительно перераспределяют усилия на основание и делают осадки и дав­ление на него равномерным;

при технологической необходимости в со­здании такого фундамента (например, уста­новка технологического оборудования);

необходимость надежной защиты основа­ния от проникновения воды (плита исполь­зуется в качестве гидроизоляции). Сплошные фундаменты проектируют в ви­де плоских плит, размеры которых опреде­ляются исходя из величины реактивного от­пора грунта. Сплошные фундаментные пли­ты устраивают под здания каркасной кон­структивной схемы. Для придания плите боль­шей жесткости она выполняется ребристой. В каркасной конструкции места пересечения ребер служат для установки колонн, при бес­каркасной ребра используются как стены подвала, на которые устанавливают несущие конструкции (стены, диафрагмы жесткости).

Ребра соединяют опорные места колонн в единое пространственное целое. Плиты вы­полняются ребрами кверху либо ребрами книзу. Если плита с ребрами вверх, пространство между ними засыпается песком или гравием и выполня­ется бетонная подготовка толщиной 10— 15 см.Фундаментная плита с ребрами, на­правленными вниз, способствует уменьшению объема земляных работ, однако расположе­ние плиты в сжатой зоне ухудшает условия ее работы и ведет к перерасходу арматуры.

Для сплошных фундаментных плит и для плит с ребрами в сторону грунта можно при­менять уширения на колоннах в верхней части перекрытия и в нижней опорной. Уши­рения приводят к перерасходу бетона и ме­талла, а также к уменьшению полезного объ­ема помещения, но позволяют более равно­мерно распределять нагрузку.

Кроме фундаментных плит, в каркасных зданиях с большими нагрузками и при необ­ходимости связать отдельно стоящие фунда­менты в единую пространственную систему применяются фундаменты из перекрестных железобетонных лент, которые выполняются с уступами и соединяются в местах установ­ки колонн. Отсутствие плиты позволяет эко­номить бетон и сталь. Уменьшается также объем земляных работ, однако эта конструк­ция сложной конфигурации. Для высотных зданий с тяжелыми нагрузками на стены и конструкцией подземной части, устраиваемой для бескаркасного решения, могут выполняться фундаментные плиты коробчатого сечения. Ребра та­кой плиты выполняются на полную высоту подвала, превращаются в стены и соединяют­ся с перекрытиями, придавая конструкции исключительную жесткость. Стены с плитой соединяются путем устройства скосов для предотвращения возможной концентрации напряжения в углах конструкции.

Армирование фундаментных плит зависит от их конструкции и нагрузок. Фундаменты под небольшие компактные здания могут выполняться в виде бетонных массивов. Если стеновые несущие конструкции (колонны или стены) расположены на таком расстоянии друг от друга, когда линии, проведенные под углом 45° от крайних точек опор, пере­секаются в теле массива бетона, этот массив может выполняться без армирования. Плос­кие плиты армируют плоскими сварными сетками, рабочие стержни и шаг их опреде­ляют расчетом.

Ребра фундаментных плит, а также пере­крестные ленты фундаментов армируют сварными каркасами. Количество плоских каркасов в пространственном при ширине ребра до 40; от 40 до 80 и 80 см должно быть соответственно не менее 2; 3 и 4.

В случае грибовидной опорной части колон­ны в месте ее опирания необходимо уклады­вать дополнительные опорные сетки или пе­рекрестно уложенные рабочие стержни. Диа­метр арматурных стержней сеток должен быть не менее 5 мм.Диаметры арматурных стержней опорных сеток и отдельных стерж­ней определяется расчетом.

Стены подвалов и цоколи

Цокольная часть соединяет наружные сте­ны с фундаментными подушками. Ее высо­та принимается не менее 1600 мм для зданий с техническим подпольем и не менее 1900 ммдля подвалов, при этом верхняя отметка стены подвала должна находиться не менее 200 ммнад отметкой уровня земли. Расстоя­ние от верхней отметки стены подвала до уровня земли составляет размер цокольной части здания.

Наружные стены независимо от конструк­ции, в некоторых случаях имеют большую толщину, чем цокольные стены или стены подвалов.

Блоки стен подвалов устанавливают на ра­створе по смонтированным подушкам фунда­ментов.

Блоки наружных стен подвала работают на сжатие (внецентренное), а также несут боковое давление грунта. Для уменьшения веса фундамента его блоки могут выпол­няться пустотелыми с пустотами круглой, конической или другой формы.

Пустотность и специальная форма блоков стен подвала обусловлены стремлением к эко­номии материала и рациональному исполь­зованию прочности бетона при работе его на сжатие. Пустотелые блоки рекомендуется применять для кладки внутренних стен.

Примыкание наружных стен в углах и примыкание внутренних стен к наружным осуществляется также путем перевязки бло­ков (не менее 300 мм). Перевязка может осуществляться путем установки специаль­ных угловых блоков.

Перевязка блоков стен определяется осо­бенностями грунтовых условий и обеспечи­вает нормальную работу конструкции при возникновении изгиба: так для малосжимаемых грунтов размер перевязки должен быть не менее 0,4 высоты блока стены подвала, при сильносжимаемых (Е<100 кг/см²) и ма­кропористых просадочных грунтах — не ме­нее высоты блока.

Марка бетона для блоков стен подвала должна быть от 50 до 150; размеры блоков: высота 40—60 см, длина до 300 см, толщи­на 40—100 см.Марка раствора при кладке блоков стен подвала должна быть 75-100. Одной из форм связи между наружными и внутренними стенами помимо перевязки блоков является закладка в углы здания и место пересечения наружных и внутрен­них стен Т- и Г-образных анкерных арматур­ных сеток, которые заводят в стены на ве­личину не менее двух толщин.

Особенности грунтовых условий, а также конструктивные особенности самого здания часто предопределяют необходимость возве­дения стен подвалов уступами, с определен­ным отношением высоты уступа к его ши­рине. В плотных грунтах оно не должно превышать 1:1 при высоте уступа не более 1 м, в песчаных — не более 1:3 при высоте уступа 0,5 м, в связных не более 1:2. В ме­сте стыков фундаментных плит устраивают монолитные участки, которые выполняют и армируют аналогично фундаментным подуш­кам.

В нижней и верхней части проема стен подвала укладывают арматурные сетки. Ширина проема в блочной стене допускается не более 600 мм. Технологические отверстия для пропуска труб выполняют монолитны­ми; марка бетона замоноличивания одина­кова с маркой бетона блоков стен под­вала.

При выполнении технологических отвер­стий в стенах подвала для проводки труб и кабелей необходимо предусматривать зазор на осадку в обе стороны, а верх отверстия перекрывать монолитной перемычкой.

Стенки подпольных каналов выполняют из полнотелого глиняного обожженного кир­пича марки 75 на растворе марки не менее 25. Каналы закрывают сборными железобе­тонными плитами либо деревянными щи­тами.

При работе здания возможны неравно­мерные осадки различных его частей вслед­ствие неравномерных осадок основания, для предотвращения разрушения здание разби­вают на отсеки, размеры которых зависят от грунтовых характеристик и нагрузок, действующих на конструкции. Разделение примыкающих друг к другу отсеков осуще­ствляется при помощи осадочных швов с раз­резкой здания по всей его высоте. Осадочные швы устраивают в следующих случаях:

- если предполагается изменение свойств грунта основания в пределах здания или в пределах, влияющих на него;

- если есть значительное расхождение по ширине подошвы фунда­ментов, примыкающих отсеков здания или по глубине заложения, что может создать условие для неравномерной осадки;

- при стро­ительстве зданий в особых грунтовых усло­виях (просадочные грунты, подрабатываемые территории);

- при возведении зданий час­тями; при различной высоте примыкаю­щих отсеков зданий с перепадом 10 м и более.

Конструктивно осадочные швы выполняют­ся в виде соединения кладки в шпунт, при­чем первый уступ толщиной до 25 см. Раз­мер зазора между стыкующимися частями должен быть не менее 30 мм. Осадочный шов может выполняться путем установки двух стенок с прокладкой между ними просмо­ленной доски толщиной 2—3 см. Если оса­дочный шов не совпадает по вертикали в стенах и фундаментах, необходимо под вы­ступающую часть установить двутавровые балки, создав, таким образом, консольную конструкцию. При этом следует оставить за­зор для возможной осадки конструкции и заполнить его паклей.

Если требуется водозащита конструкции, в осадочный шов вводят прокладки, обеспе­чивающие ее герметичность.

Для стен из кирпича и камней, пустотело­го кирпича, мелких блоков из ракушечника и пильного известняка цокольная часть здания может быть оформлена при помощи заделки в стену вставки, выступающей из стены и защищающей от влаги. Если необходим цо­коль здания, нависающий над стеной подва­ла, то устраивают железобетонную стенку-обвязку, которая должна иметь опорную часть, выступ для заделки в стену, а также свес для стока воды, попадающей на отмостку. Для установки ее в верхней части стенки подвала устраивают выступ в кладке бло­ков, на который устанавливают стенку.

Для малоэтажных зданий без подвала в качестве цоколя могут применяться коробчатые блоки. Конструкция такого блока дает возможность экономить до 40% материала благодаря пустотности и рациональному расположению несущих стенок. Блоки име­ют форму прямоугольного параллелепипеда и устанавливаются на бетонные подушки или подготовку. При установке блоков в несколько рядов необходимо выполнять перевязку. Цо­кольный блок толще наружной стены, поэто­му на блок устанавливают поясной элемент для водоотвода. Вес блока 0,8— 1,2 т(вес половинок 0,5 т). Блоки армируют­ся проволокой диаметром 4 мм,с расходом стали 7— 10 кгна блок, марка бетона 150—200.

В случае применения столбчатых фунда­ментов, представляющих собой сборные железобетонные колонны, цокольная часть выполняется из сборных цокольных плит, которые монтируют на приливы или высту­пы в столбах. Столбчатые фундаменты при­меняют в малоэтажных зданиях с малонагруженными стенами (шаг колонн 2 — 3 м) и устанавливают на подготовку из щебня или других материалов. По колоннам укла­дывают фундаментные блоки обвязки, имею­щие коробчатую конструкцию. Фундаментные балки устанавливают на цокольную панель с напуском. Стыки между ними и цоколь­ными панелями заполняют раствором. При­менение столбчатых фундаментов вместо лен­точных для малоэтажных зданий позволяет снизить стоимость работ в некоторых слу­чаях вдвое.

Дальнейшим развитием форм цокольных панелей является конструкция Т-образной железобетонной цокольной панели, где вер­тикальная цокольная панель совмещена с элементом горизонтальной обвязки и опор­ной части цоколя. Конструкция представля­ет собой столбчатый фундамент. Состоит из колонны с двумя консолями, установленной в сборный стакан с шагом 2-3 м. На колон­ну монтируется Г-образная железобетонная фундаментная балка. Цокольная стена боль­шей толщины, чем вышележащая стена зда­ния. Стык фундаментных балок выполняет­ся при помощи сварки арматурных выпусков и замоноличивается бетоном. Фундаментная балка заглубляется в землю, однако она не должна опираться на грунт нижней гранью, чтобы не создавать дополнительных усилий на стыке со стеной при осадке здания и пре­дотвращать выпучивание ее грунтом. Такая конструкция экономична, так как позволяет свести к минимуму расход металла. Конструк­ция из фундаментных балок, соединенных между собой на сварке, дает возможность получить единую обвязочную балку, обла­дающую большой жесткостью и способную сглаживать возможные неравномерные осад­ки. С внутренней стороны наружной стены подвала для предотвращения промерзания устраивают отсыпку шлаком.

Аналогичная конструкция практикуется с применением специальных стоек с уширен­ным концом, заменяющим сборный стакан. Для малоэтажных сборных домов могут при­меняться также цокольные конструкции с Т-образной стойкой, устанавливаемой в сбор­ный фундамент стаканного типа, и цоколь­ные элементы, которые крепят к консоли стойки на болтах. Цокольный элемент имеет высоту 70-90 сми длину 3 м. Он закры­вает и утепляет подполье и пол первого этажа. Консоли в верхней части столбов по­зволяют опереть цокольную панель и обес­печивают хорошую опору стеновой панели. Утепление панели производится при помощи плит из минеральной ваты. Кон­струкции цокольной части выполняются из тяжелого бетона марки 150 - 200.

Под фундаменты, имеющие фундаментные балки и каркасную конструкцию подземной части, необходим выравнивающий песчаный слой. Фундаментные балки и сборные цоколь­ные панели жестко соединяются между со­бой.

Цокольная часть здания в зависимости от конструкции стен может выполняться шире наружных стен. Такую конструкцию цоколя устраивают для стен из кирпича или кам­ней. Горизонтальный стык цоколя и наруж­ных стен должен быть защищен от проник­новения влаги: в этом месте следует органи­зовать водоотвод и заделать стык (рис. 25,о).

От проникновения влаги непосредственно через тело цокольную часть защищают цо­кольной стеной из более плотного и прочного материала (железобетон, декоративные плиты из горных пород и др.). Соединительный шов наружной и цокольной стены оформляется в этом случае сборным горизонтальным эле­ментом со слезником для отвода дождевой воды и сброса ее на отмостку. Горизонталь­ный элемент устанавливают на цокольную панель. Оба элемента крепят к стене на ра­створе или путем анкеровки в стену цоколя.

Узел цокольной части с нависанием наруж­ной стены (не менее 50 мм) наиболее раци­онален, так как он позволяет решить задачу сброса воды с наружных стен на отмостку без дополнительно вводимых в конструкцию го­ризонтальных элементов. Недостатком тако­го узла является то, что ось наружной сте­ны оказывается смещенной относительно оси цокольной стены, создавая эксцентриситет при приложении нагрузки и дополнитель­ный момент в цокольной стене.

Усложнено решение цоколя при свайном фундаменте с высоким ростверком либо при безростверковом соединении, когда оголовок сваи поднят над уровнем пола подвала. В этом случае перекрытие подвала опирается на оголовок сваи. Наружную стену устанавли­вают на сваю либо ростверк по сваям. Цо­кольная стена находится перед сваей с на­ружной стороны и устанавливается на под­готовку. Для отвода влаги по цокольной стене укладывают горизонтальный элемент, который опирается на цокольную стену; ого­ловок сваи заходит под конструкцию стены и оборудован слезником (рис. 25, г).

Цокольная часть каркасного здания выпол­няется по принципу, описанному выше. Цо­кольная панель опирается на верхнюю грань сборного фундаментного стакана. На нее ус­танавливают наружную панель с напуском. Цокольные панели примыкают к колонне и соединяются между собой.