Предельное значение глубины открытых котлованов плитных фундаментов мелкого заложения составляет

Ф.9. КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Ф.9.1. В каких случаях целесообразно применение фундаментов мелкого заложения?

Фундаменты мелкого заложения могут применяться для любых зданий и сооружений и инженерно-геологических условий. Однако при наличии в основании слабых слоев грунта выбор типа фундамента (мелкого или глубокого заложения) должен определяться на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Ф.9.2. Как называются основные элементы фундамента мелкого заложения?

Основными частями фундамента являются: обрез; подошва, боковая поверхность и ступени (рис.Ф.9.2,а). Верхняя плоскость фундамента, на которую опираются надземные конструкции (2), называется обрезом (3) фундамента. Нижняя плоскость, через которую передается нагрузка на основание, называется подошвой (4). Вертикальные плоскости образуют боковую поверхность.

Расстояние от поверхности планировки DL до подошвы называется глубиной заложения d. Высота фундамента hf определяется расстоянием от подошвы фундамента до его обреза. За ширину подошвы фундамента принимается ее наименьший размер b, а за длину — ее больший размер l, то есть l³ b.

Фундаменты под колонны могут иметь одну или несколько ступеней. Верхняя часть такого сборного фундамента имеет подколонник. Место в подколоннике, в которое устанавливается колонна, называется стаканом.

Вертикальная часть наружного ленточного фундамента образует фундаментную стену.

предельное значение глубины открытых котлованов плитных фундаментов мелкого заложения составляет

Рис. Ф.9.2. Фундамент под колонну (а,б) и под стену (в): 1 — фундамент; 2 — колонна; 3 — обрез фундамента; 4 — подошва фундамента; 5 — подколонник; 6 — бетонные блоки

Ф.9.3. От чего зависит глубина заложения фундамента?

Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность и деформации основания, не превышающие предельных по условиям нормальной эксплуатации.

Глубина заложения фундаментов определяется:

а) конструктивными особенностями зданий или сооружений (например, жилое здание с подвалом или без него), нагрузок и воздействий на их фундаменты;

б) глубиной заложения фундаментов примыкающих сооружений, а также глубиной прокладки инженерных коммуникаций;

в) инженерно-геологическими условиями площадки строительства (физико-механические свойства грунтов, характер напластования и пр.);

г) гидрогеологическими условиями площадки и возможными их изменениями в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений;

д) глубиной сезонного промерзания грунтов.

Глубина заложения фундаментов исчисляется от поверхности планировки (рис.Ф.9.3,а) или пола подвала до подошвы фундамента (рис.Ф.9.3,б), а при наличии бетонной подготовки — до ее низа.

При выборе глубины заложения фундаментов рекомендуется:

а) предусматривать заглубление фундаментов в несущий слой грунта не менее чем на 10-15 см;

б) избегать наличия под подошвой фундамента слоя грунта, если его прочностные и деформационные свойства значительно хуже свойств подстилающего слоя грунта;

в) стремиться, если это возможно, закладывать фундаменты выше уровня грунтовых вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ.

предельное значение глубины открытых котлованов плитных фундаментов мелкого заложения составляетпредельное значение глубины открытых котлованов плитных фундаментов мелкого заложения составляет

Рис.Ф.9.3. Схемы к определению глубины заложения фундаментов d: а — фундамент внешней оси здания; б — фундамент внутри здания

Ф.9.4. Допускается ли закладывать подошвы соседних фундаментов на разных отметках?

Фундаменты здания рекомендуется закладывать на одной отметке. Однако, если здание состоит из нескольких отсеков, то для ленточных фундаментов допускается применение различной глубины их заложения. При этом переход от более заглубленной части к менее заглубленной должен выполняться уступами (рис.Ф.9.4). Уступы должны быть не круче 1:2, а высота уступаD h — не более 60 см.

предельное значение глубины открытых котлованов плитных фундаментов мелкого заложения составляет

Рис.Ф.9.4. Заложение соседних фундаментов на разной глубине

Допустимая разность отметок заложения столбчатых фундаментов (или столбчатого и ленточного) определяется по формуле

где a — расстояние между фундаментами в свету; j Iи cI- расчетные значения угла внутреннего трения и удельного сцепления грунта; p — среднее давление под подошвой расположенного выше фундамента под действием расчетных нагрузок.

Ф.9.5. Как определяется нормативное значение глубины сезонного промерзания грунта?

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта dfn принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) под открытой, оголенной от снега поверхностью горизонтальной площадки при уровне грунтовых вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

При отсутствии данных многолетних наблюдений нормативную глубину сезонного промерзания грунтов определяют на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее нормативное значение определяется по формуле

где d0- глубина промерзания при , м, принимаемая: для суглинков и глин — 0,23; супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30; крупнообломочных грунтов — 0,34;Mt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, ° C, принимаемых по СНиП или по результатам наблюдений гидрометеорологической станции, находящейся в аналогичных условиях.

За неимением этих данных нормативную глубину сезонного промерзания можно определить по схематической карте (рис.Ф.9.5), где даны изолинии нормативных глубин промерзания для суглинков, т.е. при d0= 0,23 м. При наличии в зоне промерзания других грунтов значение dfn, найденное по карте, умножается на отношение d0/0,23 (где d0соответствует грунтам рассматриваемой строительной площадки).

Рис.Ф.9.5. Карта нормативных значений глубины промерзания d0, см

Ф.9.6. Как определяется расчетное значение сезонного промерзания грунта?

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле

где kh — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения и принимаемый для отапливаемых зданий в зависимости от конструкции полов и температуры внутри помещений, а для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий kh = 1,1 (кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой).

Ф.9.7. В каких грунтах глубина заложения фундаментов назначается независимо от расчетной глубины промерзания грунтов?

В скальных, крупнообломочных с песчаным заполнителем грунтах, песках гравелистых, крупных и средней крупности глубина заложения фундаментов назначается произвольно, так как в этих грунтах при замерзании не возникает сил морозного пучения.

Ф.9.8. Можно ли снизить силы морозного пучения конструктивными мероприятиями?

Глубину заложения фундаментов по условиям морозного пучения можно уменьшить за счет применения:

а) постоянной теплозащиты грунта по периметру здания;

б) водозащитных мероприятий, уменьшающих возможность замачивания грунтов;

в) полной или частичной замены пучинистого грунта на непучинистый под подошвой фундамента;

г) обмазки боковой поверхности фундаментов битумной мастикой или покрытия ее полимерными пленками;

д) искусственного засоления грунтов обратной засыпки.

Ф.9.9. Как определить, будет ли фундамент при данных условиях выдавливаться из грунта при его замерзании?

Фундамент будет испытывать деформации подъема при следующих условиях:

а) если фундамент заложен выше расчетной глубины сезонного промерзания в глинистом грунте текучей консистенции и пылеватом водонасыщенном песке, а расстояние между подошвой фундамента и уровнем грунтовой воды менее двух метров;

б) если касательные силы морозного пучения, возникающие на боковой поверхности фундамента, будут больше нагрузок от веса фундамента и надземных конструкций.

При этом второе условие является определяющим. Поэтому глубина заложения фундаментов может быть уменьшена за счет применения конструктивных мероприятий, обеспечивающих прочность и нормальные условия эксплуатации сооружения при неравномерных деформациях основания. Например, сооружение с монолитным каркасом выполнено на фундаментах в виде монолитной железобетонной плиты.

Ф.9.10. Из каких материалов делаются фундаменты?

В качестве материала фундаментов применяются бетон, железобетон, бут, кирпич. Основными материалами для фундаментов являются железобетон и бетон, которые применяются при устройстве всех видов фундаментов в различных инженерно-геологических условиях.

Железобетонные фундаменты выполняются из бетона марки не ниже В15 с армированием горячекатаной арматурой из стали класса А-III.

Каменная кладка фундаментов из кирпича, бута и пустотелых блоков предусматривается в конструкциях, работающих на сжатие, в основном для ленточных фундаментов и стен подвалов.

Бутобетон и бетон применяются наиболее часто при устройстве фундаментов в траншеях при их бетонировании в распор со стенками.

В строительстве применяются бутовые, бутобетонные (в бетон втапливают бутовые камни в количестве 25-30 % объема кладки) и бетонные фундаменты с уступами или наклонными гранями (рис.Ф.9.10). Высота уступа hy для бетона принимается обычно не менее 30 см, для бутобетона и бутовой кладки — 40 см.

Рис.Ф.9.10. Отдельно стоящий столбчатый фундамент: а — с наклонными боковыми гранями; б — с уступами

Положение боковой грани фундамента определяется углом жесткости a , при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения. Угол жесткости, определяющий отношение между высотой h и шириной b уступов, или наклон боковых граней (угол a ), зависит от марки бетона, бута, кирпича и изменяется от 30 до 40° .

Ф.9.11. Отличаются ли конструктивно фундаменты мелкого и глубокого заложения?

Да, отличаются. Фундаменты глубокого заложения, в отличие от фундаментов мелкого заложения, имеют более развитую боковую поверхность и подошву фундамента.

Кроме того, фундаменты мелкого заложения устраиваются с разработкой котлованов, а фундаменты глубокого заложения — непосредственно в грунте.

Армирование фундаментов также различно. У фундаментов мелкого заложения армируется только подошва (рис.Ф.9.11,а,б), а у фундаментов глубокого заложения — как оболочка (наружная часть), так и днище фундамента (рис.Ф.9.11,в).

Рис.Ф.9.11. Конструкция фундаментов мелкого (а,б) и глубокого (в) заложения: а — ленточный фундамент; б — столбчатый фундамент; в — опускной колодец: 1 — стеновые блоки; 2 — плита-подушка; 3 — фундаментная балка; 4 — опорная подушка; 5 — стакан; 6 — ступени; 7 — оболочка; 8 — нож; 9 — днище; 10 — перекрытие

Ф.9.12. На какие типы можно подразделить фундаменты мелкого заложения?

Различают следующие основные типы фундаментов мелкого заложения (рис.Ф.9.12).

1. Ленточные фундаменты под стены и колонны.

2. Ленточные прерывистые фундаменты под стены.

3. Столбчатые фундаменты под стены.

4. Отдельно стоящие фундаменты под колонны.

5. Щелевые фундаменты.

6. Фундаменты в вытрамбованных котлованах.

7. Сплошные фундаменты в виде железобетонных плит.

8. Коробчатые фундаменты.

Ф.9.13. Как конструктивно подразделяются фундаменты под стены и колонны?

Ленточные фундаменты под стены устраиваются монолитными или из сборных блоков (рис.Ф.9.12,а,б,в,г,д). В монолитном варианте армируется только плитная часть фундамента. В сборном варианте используются железобетонные (с армированием) подушки и бетонные блоки (без армирования) для фундаментных стен. Толщина фундаментной подушки равна 300, 500 мм. Ширина изменяется от 600 до 3200 мм. Фундаментные блоки имеют унифицированную ширину 300, 400, 500, 600 мм и высоту 280, 580 мм. Длина блоков равна 880, 1180 и 2380 мм.

Ленточные фундаменты под колонны (рис.Ф.9.12,е) выполняются из монолитного железобетона с армированием подошвы и стен фундамента. Если ленты делаются в двух взаимно перпендикулярных направлениях, то фундамент называется фундаментом из перекрестных лент (рис.Ф.9.12,ж). Данный тип фундаментов имеет ряд преимуществ перед обычными ленточными, так как обладает способностью к выравниванию неравномерных деформаций основания.

Ф.9.14. Какие особенности имеют ленточные прерывистые фундаменты?

Ленточные прерывистые фундаменты (см.рис.Ф.9.12,а) отличаются от обычных тем, что фундаментные подушки укладываются с разрывом, величина которого определяется расчетом. Пространство между подушками заполняется песком или грунтом с уплотнением. Нагрузка от фундаментной стены передается через уплотненный грунт на основание. Стоимость прерывистых фундаментов до 10-15 % менее стоимости обычных ленточных.

Ф.9.15. В каких случаях необходимо обеспечить устойчивость наружных стен ленточных фундаментов и чем это достигается?

Если глубина подвала превышает 3 м, то под действием активного давления грунта возможно смещение фундаментных стеновых блоков по направлению в подвал. Поэтому для повышения устойчивости стен подвала в горизонтальные швы между блоками вводятся плоские сетки (см. рис.Ф.9.12,г) из арматуры диамет- ром 8-10 мм.

Ф.9.16. Что такое армированный пояс?

При возведении сборных ленточных фундаментов на сильносжимаемых, просадочных и других структурно неустойчивых грунтах для повышения жесткости фундаментов предусматриваются армированные швы или пояса (рис.Ф.9.16) поверх фундаментных плит или последнего ряда стеновых блоков по всему периметру здания с соблюдением следующих требований:

—  армированный шов должен быть толщиной 3-5 см; для его устройства применяется цементный раствор не ниже марки раствора основной кладки и не ниже М 50;

—  армированный пояс выполняется из монолитного бетона шириной не менее толщины фундаментного блока (кирпичной стены) и высотой 15-30 см, бетон марки не ниже В15;

—  шов и пояс армируют стержнями диаметром не менее 10 мм.

Ф.9.17. Для чего осуществляется перевязка фундаментных стеновых блоков?

Для обеспечения пространственной жесткости сборного фундамента предусматривается связь между продольными и поперечными стенами путем перевязки их фундаментными стеновыми блоками или закладки в горизонтальные швы арматурных сеток.

Фундаментные стеновые блоки укладывают с перевязкой вертикальных швов на участке длиной не менее высоты фундаментного стенового блока на структурно неустойчивых грунтах и не менее 0,4 высоты блока при модуле деформации грунтов E > 10 МПа.

Ф.9.18. Какую конструкцию имеют столбчатые фундаменты под стены?

Столбчатые фундаменты (см.рис.Ф.9.12,з,к) применяются в зданиях с конструктивной схемой из неполного каркаса. Столбчатые фундаменты состоят из фундамента стаканного типа, на обрез которого укладываются фундаментная балка или цокольная панель. Фундаменты данного типа допускается устраивать на грунтах с высокими деформационными и прочностными характеристиками. Это объясняется тем, что подобные фундаменты не допускают неравномерности деформаций. Фундаменты армируются в плоскости подошвы сварными сетками и пространственными каркасами в теле столба (колонны).

Ф.9.19. Какую конструкцию имеют отдельно стоящие фундаменты под колонны?

Отдельно стоящие фундаменты (см.рис.Ф.9.12,л,м) устраивают под колонны из монолитного железобетона, включая плитную часть ступенчатой формы и подколонник. Монолитные фундаменты выполняются как одно целое с колоннами. При этом арматура колонн соединяется с арматурой фундамента (рис.Ф.9.19). Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана, а металлических колонн — при помощи анкерных болтов.

Рис.Ф.9.19. Соединение колонн с фундаментом: а — монолитное; б — со стальной колонной; 1 — арматура; 2 — анкерные болты

Высота ступеней принимается кратной 150 мм. Первая ступень должна быть не менее 300 мм. Ширина ступеней определяется из условия продавливания.

В песчаных грунтах под монолитными фундаментами обязательно устраивается монолитная подготовка толщиной 150 мм из бетона марки не ниже М.50. В глинистых грунтах подготовку можно не устраивать, но необходимо увеличить защитный слой бетона до 80 мм.

Отдельные фундаменты могут быть сборными, состоящими из одного или нескольких элементов (см.рис.9.12,м).

Ф.9.20. Какую конструкцию имеют щелевые фундаменты?

Щелевые фундаменты (рис.Ф.9.20) представляют собой тонкие стенки толщиной от 10 до 20 см, устраиваемые путем прорезки грунта и заполнения щели бетоном с полным или частичным армированием. Подколонник опирается непосредственно на бетонные пластины и выполняется в монолитном варианте. Преимущество щелевого фундамента в том, что нагрузка на основание передается не только торцом, но и боковой поверхностью. Однако щелевые фундаменты можно устраивать только в глинистых грунтах.

Рис.Ф.9.20. Ленточный многощелевой фундамент: 1 — поверхность грунта; 2 — распределительная плита; 3 — надземная стена; 4 — бетонные пластины; 5 — перекрытие; 6 — пол подвала

При разработке щели барой часть грунта остается на ее дне и зачистку приходится делать вручную, что снижает технологичность устройства подобных фундаментов.

Ф.9.21. Какую конструкцию имеют фундаменты, устраиваемые в вытрамбованных котлованах?

Фундаменты в вытрамбованных котлованах (рис.Ф.9.21) устраивают с помощью конической или трапецеидальной трамбовки путем ее сбрасывания с высоты 4-6 м до образования полости в грунте, которая заполняется бетоном. Преимущество подобного фундамента в том, что при вытрамбовании грунта вокруг котлована образуется зона с большей плотностью, чем плотность естественного грунта. В результате не только увеличивается несущая способность фундамента, но и частично устраняются просадочные свойства лессовых грунтов.

Рис.Ф.9.21. Фундаменты в вытрамбованных котлованах: а — столбчатый без уширения; б — с уширенным основанием: 1 — стакан для установки колонны; 2 — фундамент; 3 — уплотненная зона грунта; 4 — втрамбованный жесткий материал (грунт)

Несущую способность фундамента можно увеличить, если выполнить устройство уширенной зоны втрамбованием в грунт щебня.

Применение фундаментов в вытрамбованных котлованах дает наибольший эффект при степени влажности Sr £ 0,75 и удельном весе не более 16 кН/м3.

Ф.9.22. Как устраиваются фундаменты в виде сплошных железобетонных плит?

Фундаменты в виде сплошных железобетонных плит (см. рис.Ф.9.12,н,о,п) устраиваются под всем зданием или сооружением и представляют собой плоскую, ребристую или коробчатую плиты (рис.Ф.9.22). В плане эти фундаменты имеют прямоугольное, круглое или кольцевое очертания.

Рис.Ф.9.22. Плитные фундаменты: а — со сборными стаканами; б — с монолитными стаканами;в — ребристая плита; г — плита коробчатого сечения: 1 — верхняя рабочая сетка; 2 — нижняя рабочая сетка;3 — вертикальная арматура

В отличие от рассмотренных ранее, сплошные фундаменты обладают способностью изгибаться под действием внешних нагрузок. Поэтому сплошные фундаменты армируются как в нижней, так и в верхней зонах сечения (рис.Ф.9.22). Армирование выполняется плоскими сварными сетками или отдельными стержнями, которые укладываются на поддерживающие каркасы.

Данный тип фундаментов имеет наибольшее преимущество при слабых грунтах, так как эти фундаменты нечувствительны к неравномерным осадкам.

Ф.9.23. Почему у некоторых фундаментов подошва выполняется наклонной?

Подобные фундаменты применяются в том случае, если на обрезе фундамента действует наклонная нагрузка. Наклонная нагрузка возникает от распорных конструкций без затяжки. Примером являются Г-образные рамы сельскохозяйственных зданий и арочные покрытия спортивных сооружений.

Фундаменты устраиваются в монолитном или сборном исполнении (рис.Ф.9.23) с углом наклона подошвы к горизонту не более 20° . Устройство наклонной грани устраняет возможность сдвига фундамента по подошве, повышая тем самым его устойчивость.

Рис.Ф.9.23. Фундамент с наклонной подошвой: 1 — цокольная панель; 2 — полурама; 3 — раствор; 4 — фундамент; 5 — подготовка

Ф.9.24. Для чего под подошвой фундамента устраивается песчаная подготовка?

Основное назначение песчаной подготовки — устранить неровности в плоскости контакта подошвы фундамента и грунта основания, образующиеся при разработке котлована. При этом устраняется возможность смятия грунта и тем самым выравниваются контактные напряжения по подошве фундамента.

Песчаная подготовка устраивается в глинистых грунтах. В песчаных грунтах при устройстве монолитных железобетонных фундаментов роль песчаной подготовки выполняет слой из тощего бетона, называемый подбетонкой. Толщина подбетонки принимается равной 100-150 мм.

Целесообразно возводить фундаменты на промежуточной подготовке переменной жесткости в плане (рис.Ф.9.24). В этом случае эпюра контактных давлений трансформируется таким образом, что наибольшие давления на грунт концентрируются под бетонной частью подготовки.

Рис.Ф.9.24. Фундамент на промежуточной подготовке: 1 — эпюра контактных давлений; 2 — рыхлый песок; 3 — бетон; 4 — фундамент

Ф.9.25. В чем отличие напряженного состояния под столбчатыми, ленточными и круглыми в плане фундаментами?

Характер распределения напряжений в грунтах зависит от вида нагрузки, приложенной на его поверхности.

Под подошвой столбчатых фундаментов, имеющей очертание в плане в виде квадрата или прямоугольника, напряжения и деформации, возникающие в грунте от нагрузки, передаваемой фундаментом, распределяются в основании в условиях пространственной деформации. Поэтому для определения напряжений и деформаций в основании в этом случае следует использовать решение Буссинеска для сосредоточенной силы с интегрированием по площади квадрата или прямоугольника.

Под ленточными фундаментами мы имеем условия плоской деформации, поэтому для определения напряжений используется решение Фламана, полученное для линейной нагрузки с его интегрированием по ширине фундамента.

Для круглых в плане фундаментов, массив грунта под которыми находится в условиях осесимметричной деформации, используется решение Буссинеска с интегрированием для нагрузки, равномерно распределенной по кругу.

Ф.9.26. В чем отличие центрально и внецентренно нагруженных фундаментов?

Центрально нагруженными называют фундаменты, у которых центр тяжести подошвы и внешней нагрузки находятся на одной вертикали (рис.Ф.9.26,а).

Внецентренно нагруженными называют фундаменты, у которых внешняя нагрузка приложена с эксцентриситетом относительно центра тяжести подошвы фундамента (рис.Ф.9.26,б).

Рис.Ф.9.26. Центрально (а) и внецентренно (б) нагруженные фундаменты. Эпюры реактивных давлений под подошвой фундаментов при различном эксцентриситете внешней нагрузки

Для ленточных и столбчатых фундаментов из-за их большой жесткости реактивные (контактные) давления под подошвой принимаются распределенными равномерно у центрально нагруженных фундаментов или изменяющимися по трапецеидальному закону у внецентренно нагруженных фундаментов. В некоторых случаях при большой величине эксцентриситета внешней нагрузки эпюра реактивных давлений может иметь треугольное очертание.

Фундаменты на естественном основании. Область применения, конструктивные особенности, классификация. Инженерно-геологические изыскания и их оценка. Принципы проектирования.

Фундаменты – это подземная или подводная часть сооружения, воспринимающая нагрузки от вышерасположенных конструкций и передающая их на основания.

Фундаменты можно разделить на разновидности: фундаменты мелкого заложения на естественном основании, свайные фундаменты и фундаменты глубокого заложения.

Фундаменты мелкого заложения на естественных основаниях.

Фундаменты мелкого заложения на естественных основаниях называют такие фундаменты, которые сооружают в открытых котлованах глубиной не менее 5-6 м. Основное требование к фундаментам — их достаточная прочность, долговечность, морозостойкость, стойкость против агрессивного воздействия подземных вод.

Фундамент должен иметь такие размеры, чтобы среднее давление по подошве (под подошвой) фундамента не превосходило расчетного сопротивления грунта основания. Кроме того, расчетные значения абсолютных осадок и разностей осадок между отдельными фундаментами одного сооружения не должны превосходить установленных нормами проектирования предельных значений.

Для устройства фундаментов используют железобетон, бетон, бутобетон, бутовую кладку, иногда – цементогрунт.

Разновидности фундаментов мелкого заложения:

1) отдельныефундаменты под колонны в сочетании с фундаментными балками(рандбалками);

2) столбчатыефундаменты под кирпичные стены;

3) ленточныефундаменты под кирпичные стены (непрерывные);

4) ленточныефундаментыпод колонны;

5)фундаменты из перекрестных лент под колонны;

6)фундаменты в виде сплошной плиты;

7) массивные фундаменты.

1). Отдельныефундаменты под колонны в сочетании с фундаментными балками(рандбалками) применяются обычно в промышленных зданиях при не слишком больших нагрузках на грунт, достаточно прочныхимало сжимаемыхгрунтах, гибкой схеме работы надземной части здания, когда колонна и ригели или колонна и ферма соединены шарнирно.

Различаются способом крепления фундамента с колонной.

Чаще всего:

а) замоноличивание (мелкие колонны) (рисунок 1:1).

Рисунок 1.1. 1 – бетон на мелком заполнителе не ниже класса бетона самого фундамента (не ниже В20); 2 – стакан;

б) большие колонны – без стакана, жесткий стык – сварка и стык замоноличивается бетоном.

Рисунок 1.2.

2). Отдельные фундаменты под кирпичную стену (бесстаканные, столбчатые). Применяются для малоэтажных зданий, при хороших грунтовых условиях, как правило, для частного индивидуального строительства.

Рисунок 1.3. Отдельный фундамент под кирпичную стену (бесстаканный, столбчатый)

Рисунок 1.4. Поперечные сечения столбчатых фундаментов

3). Ленточныефундаменты под кирпичные стены.

Ленточные фундаменты иногда называют непрерывными. Применяются при равномерной нагрузке от стен на грунт и постоянных вдоль стены грунтовых условиях(условие плоской деформации (l/b ≥ 10).

Изменение размеров глубины заложения возможно только на отдельных участках ограниченной длины. Участки, имеющие разные размеры фундаментов, отделяются осадочными швами.

Применяются при значительных нагрузках и достаточно слабых грунтах. Несущественно изменяют жесткость сооружения. Почти не работают на изгиб в продольном направлении (при большой жесткости стен).

Рисунок 1.5. Сборный ленточный фундамент под стену

Рисунок 1.6. Ленточные фундаменты:

а — монолитный; б — сборный сплошной; в — сборный прерывистый;

1- армированная лента; 2 — фундаментная стена; 3 — стена здания; 4- фундаментная подушка; 5 — стеновой блок

Рисунок 1.8. Конструкции фундаментных плит:

а — сплошная; б — ребристая; в – с угловыми вырезами

4) Ленточныефундаментыпод колонны.

Применяются при шаге колонн не более 6 м и при наличии слабыхгрунтов.

Уменьшают неравномерности осадки отдельных колонн.

5) Перекрёстные ленточные фундаменты под колонны.Применяется при малом шаге колонн, при больших нагрузках и слабых грунтах. Перекрестные ленты позволяют выравнивать осадку не только отдельных колонн в ряду, но и здания в целом.

Рисунок 1.9. Перекрёстные ленточные фундаменты под колонны

6). Сплошной плитный (гладкий) фундамент.Фундаменты в виде сплошной плиты, как под колонны, так и под кирпичные стены устраивают под всем сооружением или его частью в виде железобетонных плит под сетку колонн и стен. Такие фундаменты работают на изгиб в двух взаимно перпендикулярных направлениях, имеют небольшую равномерную осадку, им не страшно подтопление поверхностными водами, а также они защищают подвальные части здания. Размеры таких фундаментов обусловлены размерами сооружения в плане.

Рисунок 1.10. Сплошной плитный (гладкий) фундамент под колонны

Рисунок 1.11. Сплошной плитный (гладкий) фундамент

Рисунок 1.12. Фундамент в виде сплошной плиты

Рисунок 1.13. Плитные фундаменты со сборными стаканами

Рисунок 1.14. Плитный фундамент с монолитными стаканами

Рисунок 1.15. Плитный ребристый фундамент

Рисунок 1.16. Сплошной фундамент под группу колонн

Рисунок 1.17. Сплошной коробчатый фундамент

7) Массивные фундаменты — это фундаменты массивных сооружений с массивной подземной частью (фундаменты плотин, мостовых опор, доменных печей, дымовых труб, под машинное оборудование с динамическими нагрузками). Они создают большую инерцию, препятствуют колебаниям, уменьшают амплитуду, скорость, ускорение колебаний и т.д.

Рисунок 1.18. Массивный фундамент под доменную печь

Рисунок 1.19.Фундамент доменной плиты

Рисунок 1.20. Основания под печи, располагаемые в нижнем этаже здания:

а — у каменных стен здания; б — в проемах стен на уширении их фундаментов 1 — печь; 2 — гидроизоляция; 3 — предтопочный стальной лист; 4 — деревянный пол; 5 — кирпичный бутовый или бетонный фундамент; 6 — песок; 7 — открытая отступка; 8 — кирпичная стена; 9 — заделка раствором; 10 — перемычки стены; 11 — глухая разделка толщиной в полкирпича

По способу устройства фундаментов в котловане различают монолитные и сборные.

Дата добавления: 2017-01-16; просмотров: 2004;

Похожие статьи:

  1. В чем преимущество применения метода нелинейной механики грунтов?

РАЗДЕЛ 3

ОСНОВАНИЯ И ФУНДАМЕНТЫ

ГЛАВА 12

ФУНДАМЕНТЫ, ВОЗВОДИМЫЕ

В ОТКРЫТЫХ КОТЛОВАНАХ

12.1. Основные положения по проектированию фундаментов

Важной составной частью проектирования фундаментов является расчет основания. При этом, в практике проектирования фундаментов необходимо обязательно учитывать их совместную работу, рассматривая фундамент и основание как единую систему.

Расчету фундаментов предшествуют комплексные исследования грунтов оснований с целью определения расчетного сопротивления грунта, которое должно превышать давление, передаваемое на основание (), как обязательное условие по обеспечению нормальной работы его под нагрузкой, а деформации грунтов, слагающих основание, не должны превышать допустимых пределов.

Дисперсный грунт, используемый в качестве оснований для фундаментов зданий и сооружений, является сложной средой. Достаточно упомянуть о том, что для полноценной строительной оценки грунта основания в процессе его исследований необходимо получить до десятка показателей, в то время как при проектировании элементов зданий из конструкционных материалов количество этих показателей в несколько раз меньше.

Проектирование фундаментов проводится в соответствии с действующими строительными нормами, руководствуясь которыми, выполняют расчеты оснований по деформациям и несущей способности, в том числе при возведении строительных объектов в сложных инженерно-геологических условиях .

Проектирование сводится к определению глубины заложения фундаментов, их геометрических размеров, а также осадок в связи с деформацией грунтов под нагрузкой .

При действии значительных горизонтальных нагрузок на фундаменты производят также расчеты, связанные с обеспечением прочности и устойчивости оснований.

В грунтовых массивах со временем могут изменяться значения физических и механических характеристик грунтов, например, в случае подъема уровня подземных вод. Эти процессы также необходимо учитывать при проектировании оснований и фундаментов.

Одним из главных этапов проектирования оснований является определение категории сложности инженерно-геологических условий на площадке строительства.

12.2. Классификация инженерно-геологических условий

В зависимости от геоморфологических, геологических и гидрогеологических факторов различают три категории сложности инженерно-геологических условий.

Площадка первой (простой) категории сложности располагается в пределах одного геоморфологического элемента; поверхность участка горизонтальная, не расчлененная; грунтовые пласты залегают горизонтально или слабонаклонно, толщина их выдержана по простиранию; подземные воды отсутствуют или имеется выдержанный горизонт с однородным химическим составом.

Строительная площадка второй (средней) категории сложности включает несколько геоморфологических элементов одного генезиса; поверхность наклонная, слаборасчлененная; в сфере взаимодействия зданий и сооружений с геологической средой располагается более четырех различных по литологии слоев, залегающих наклонно или с выклиниванием, мощность слоев изменяется по простиранию закономерно; подземные воды имеют два или больше выдержанных горизонтов с неоднородным химическим составом или обладающих напором.

Площадки третьей категории характеризуются сложными инженерно-геологическими условиями: наличием нескольких геоморфологических элементов разного генезиса, поверхность сильнорасчлененная; в пределах сжимаемой толщи располагается более четырех различных по литологии слоев, мощность которых изменяется по простиранию, возможно линзовидное залегание слоев; горизонты подземных вод не выдержаны по простиранию и мощности, имеют неоднородный химический состав, местами возможно сложное чередование водоносных и водоупорных пород, напоры подземных вод изменяются по простиранию. Кроме того, к площадкам третьей категории сложности относят также строительные площадки в условиях залегания структурно-неустойчивых грунтов (просадочных, набухающих).

12.3. Инженерно-геологические элементы грунтовой толщи

В ходе инженерных изысканий грунтовую толщу принято делить на инженерно-геологические элементы, представляющие собой генетически однородные геологические разновидности (слои, прослои, линзы), для которых основные показатели физико-механических свойств грунтов могут быть приняты усредненными как в плане и по глубине простирания.

Границы между инженерно-геологическими элементами предварительно устанавливают по внешним признакам (состав, цвет, текстурные особенности, уровень подземных вод) в процессе бурения. Затем на основании анализа показателей физических свойств уточняют границы инженерно-геологических элементов. При этом используются данные зондирования, геофизические методы.

В ходе анализа пространственной изменчивости свойств грунтов используют физические показатели, тесно связанные с механическими параметрами грунта: для песков – зерновой состав и коэффициент пористости; для пылевато-глинистых грунтов – число пластичности, показатель текучести, коэффициент пористости, влажность. При наличии более шести определений можно делать вывод об изменчивости механических параметров грунта. Оценку пространственной изменчивости пластов грунта осуществляют визуально, графически или в результате статистического анализа.

В процессе проектирования возможна корректировка изменения параметров грунтовой толщи. Так, если фундаменты закладывают ниже глубины промерзания грунта, то слои, залегающие выше глубины промерзания, объединяют в один инженерно-геологический элемент. Если проектируемое сооружение воспринимает значительные горизонтальные воздействия, то тонкий слабый глинистый прослоек, заключенный между слоями других грунтов, выделяют в отдельный инженерно-геологический элемент, поскольку возможен сдвиг сооружения по слабому прослойку. Следовательно, в расчетах по несущей способности данные о прочностных характеристиках прослойков необходимы. С другой стороны, если влияние такого прослойка на осадку сооружения несущественна, то в расчетах по деформациям не обязательно выделять прослоек в отдельный инженерно-геологический элемент.

Насколько равномерна толщина инженерно-геологических элементов, слагающих грунтовую толщу, наглядно показывают инженерно-геологические разрезы.

Для каждого выделенного инженерно-геологического элемента определяют нормативные и вычисляют расчетные характеристики фи-

зико-механических свойств грунтов.

По результатам инженерно-геологических изысканий определяется оценка однородности основания в границах проектируемого сооружения.

12.4. Инженерная оценка однородности оснований

Действующие нормативные документы для оценки неоднородности оснований рекомендуют использовать такие критерии: — показатель изменчивости сжимаемости основания и соответствующий ему в пределах плана сооружения модуль деформации . Для определения значений и нужно вычислить средние по глубине модули деформации на различных по геоморфологическому строению участках строительной площадки. Средний по глубине модуль деформации зависит от мощности и сжимаемости пластов грунта, слагающих активную зону деформирования, а также от характера уплотняющих напряжений под подошвой фундамента.

Критерий находят по формуле

, (12.1)

где и — соответственно максимальное и минимальное значения среднего по глубине модуля деформации в пределах плана сооружения.

Критерий определяют с помощью формулы

, (12.2)

где и — соответственно средний по глубине модуль деформации и площадь -го характерного по геологическому строению участка, на которые разбивается площадка строительства (рис.12.1); площадь, занимаемая зданием (сооружением).

В зависимости от сочетания критериев и регламентируется область применения типов жилых зданий и гарантируется эксплуатационная пригодность их без проведения расчетов оснований по деформациям, классифицируются условия строительства в особых грунтовых условиях.

Применение указанных критериев на первом этапе проектирования затруднено необходимостью вычисления дополнительных вертикальных напряжений и мощности сжимаемой толщи (при определении ) на стадии расчета оснований по деформациям.

Поэтому на первой стадии проектирования вводятся некоторые упрощающие предпосылки, позволяющие снизить трудоемкость определе-

Рис.12.1 — Определение осредненного модуля деформации:

а – геологический разрез; б – площадь застройки; 1 – суглинки;

2 – пылеватые пески; 3 – глина с включением гравия и щебня;

4 – контур здания

ния среднего модуля деформации . Предположим, что дополнительное напряжение изменяется по закону треугольника, а мощность сжимаемой толщи ограничивается глубиной, равной 2,5-3,0 ширины подошвы фундамента (рис.12.2). Для отдельно стоящих фундаментов мощность сжимаемой толщи можно принять равной , для ленточных — . Зная вертикальную сосредоточенную нагрузку (или погонную ) на уровне обреза фундамента и табличное расчетное сопротивление грунта несущего пласта, можно определить в первом приближении ширину подошвы фундамента:

для центрально-нагруженного ленточного

; (12.3)

для центрально-нагруженного квадратного

. (12.4)

Дополнительное давление по подошве фундамента . Отсюда значение среднего по глубине модуля деформации можно найти по формуле

, (12.5)

Рис.12.2 — Определение приведенного модуля деформации:

1 – эпюра дополнительных напряжений по теории упругости;

2 – приближенная эпюра дополнительных напряжений

где

-дополнительное вертикальное напряжение по подошве -го грунтового слоя; -толщина -го грунтового слоя в пределах сжимаемой толщи; -модуль деформации -го пласта; -безразмерный коэффициент (для ленточных фундаментов , для квадратных-); -количество пластов грунта в пределах сжимаемой толщи.

Если на площадке строительства в пределах разведанной толщи грунта установлены подземные воды, следует дать им оценку с точки зрения влияния на строительные свойства грунтов основания и воздействия на фундаменты будущего сооружения.

12.5. Оценка степени влияния подземных вод

на строительные свойства грунтов

Анализ подземных вод, осуществляемый в ходе инженерных изысканий, позволяет получить данные, необходимые при проектировании фундаментов: уровень подземных вод в период строительства; прогноз изменения уровня их в процессе эксплуатации здания; химическая агрессивность воды по отношению к материалу фундамента.

Уровень подземных вод при возведении здания существенно влияет на глубину заложения и тип проектируемого фундамента. При заглублении подошвы фундамента ниже уровня напорных подземных вод необходимо учитывать их давление, а также предусматривать мероприятия, предупреждающие прорыв подземных вод в котлован, вспучивание его дна и всплытие сооружения.

Наибольшую сложность представляет анализ возможного подтопления территории или снижение уровня подземных вод в процессе эксплуатации здания (так называемые техногенные изменения уровня подземных вод). Прогноз вероятных изменений уровня подземных вод проводят для сооружений I и II классов на срок соответственно 25 и 15 лет. Качественную оценку потенциальной подтопляемости территории выполняют методом аналогии, сравнивая условия застраиваемой площадки с данными по конкретным подтопленным участкам (эталонам) с подобными инженерно-геологическими особенностями проектируемого здания.

Для особо ответственных зданий возможен также количественный прогноз изменения уровня подземных вод, выполняемый на основе специальных исследований с использованием методов математического и физического моделирования.

Возможная обводняемость территории обусловливает необходимость проведения специальных мероприятий в связи с ожидаемым снижением несущей способности грунтов, неравномерными осадками или просадками. С другой стороны, снижение уровня воды вызывает дополнительную осадку фундамента за счет снятия взвешивающего действия воды и соответствующего возрастания напряжений от собственного веса грунта.

При химической агрессивности подземных вод или промышленных стоков необходима антикоррозионная защита материала фундамента.

12.6. Определение минимально возможной глубины

заложения фундаментов

Для зданий и сооружений минимально возможная глубина заложения фундаментов определяется конструктивными особенностями здания и сезонными изменениями уровня подземных вод, глубиной промерзания грунта и пр. .

Во всех случаях минимальная глубина заложения фундаментов должна быть не менее 0,5 м. Если по архитектурно-планировочным соображениям в здании необходим подвал, то минимальную глубину заложения фундаментов устанавливают на 0,5…0,7 м ниже пола подвала. Следует также учитывать глубину заложения технологических коммуникаций. В некоторых случаях конструктивная высота фундамента (например, по условиям заделки анкерных болтов) определяет минимально возможную глубину заложения фундамента.

Глубину заложения фундаментов, исходя из недопущения промерзания пучинистого грунта под подошвой фундамента, определяют по табл.12.1 и 12.2. Она зависит от расчетной глубины промерзания, теплового режима, конструктивных особенностей зданий, грунтовых условий и уровня подземных вод .

Расчетная глубина промерзания

, (12.6)

где — нормативная глубина промерзания; — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания

грунта у фундаментов наружных стен (табл.12.3).

Таблица 12.1 — Глубина заложения фундамента при промерзании грунтов, зависящая от особенностей подземной части здания

Вид здания

(сооружения)

Глубина заложения фундамента

под стены и колонны

наружные

внутренние

Отапливаемое:

без подвала

По табл.12.2

Независимо от глубины промерзания

с теплым подвалом (подпольем)

Независимо от глубины промерзания

с холодным подвалом (подпольем)

По табл.12.2, считая глубину промерзания от пола подвала

Неотапливаемое:

без подвала

То же, считая глубину промерзания от уровня планировки

с подвалом

То же, считая глубину промерзания от уровня планировки

Примечание. Глубину заложения наружных фундаментов отапливаемых зданий и сооружений допускается назначать независимо от при условии, если:

фундаменты опираются на мелкие пески и специальными исследованиями установлено, что они не проявляют пучинистых свойств;

специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность здания или сооружения.

Согласно СНиП 2.02.01-83 , нормативная глубина промерзания грунта определяется такими способами:

  • как среднее значение из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов по данным наблюдений за период не менее 10 лет;

  • на основе теплотехнического расчета .

Из рекомендуемых СНиП 2.02.01-83 способов в практике в основном используется формула

где Mt -безразмерный коэффициент, равный сумме абсолютных среднемесячных отрицательных температур в районе строительства.

Таблица 12.2 — Глубина заложения фундамента в зависимости от

уровня подземных вод и вида грунтов в условиях

их возможного промерзания

Вид грунтов

под подошвой фундамента

Зависимость глубины заложения фундамента от уровня подземных вод , м, при

Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности

Не зависит от

Пески мелкие и пылеваты

е

Не менее

Не зависит от

Супеси с показателем текучести:

Не менее

Не зависит от

Не менее

Суглинки, глины, а также крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым
заполнителем при показателе текучести грунта или заполнителя:

Не менее

Не менее

Не менее 0,5

Таблица 12.3 — Коэффициент влияния теплового режима здания

Особенности

сооружения

при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, С

20 и более

Без подвала с полами, устраиваемыми:

на грунте

на лагах по грунту

по утепленному цокольному перекрытию

С подвалом или техническим подпольем

Примечания: 1. В табл.12.3 указаны значения при вылете наружного ребра подошвы фундамента от внешней грани стены до 0,5 м; при вылете 1,5 м и более значения повышаются на 0,1, но не более чем до значения ; при промежуточной величине вылета определяется интерполяцией.

2. Для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых зданий .

Предварительно принимают по этой формуле, предполагая, что вся зона промерзания сложена одним видом грунта с величиной , равной среднему значению из учитываемых величин . Полученное значение используют для уточнения нормативной глубины промерзания и средневзвешенного значения , учитывая фактическую толщину каждого слоя грунта с различными значениями . Применение формулы ограничивается нормативной глубиной промерзания 2,5 м. Установив нормативную глубину промерзания по формуле (12.6), вычисляют расчетную глубину сезонного промерзания следующим образом. По табл.12.1 (в зависимости от теплового режима здания, наличия или отсутствия подвала) и по табл.12.2 (вида грунта, его состояния и уровня подземных вод) определяют глубину заложения подошвы фундаментов по условиям промерзания грунтов.

12.7. Проектирование фундаментов мелкого заложения

(в открытых котлованах)

В ходе анализа инженерно-геологических условий площадки, конструктивных и объемно-планировочных особенностей здания, местных условий строительства и технико-экономических оценок, отражающих опыт проектирования, устанавливают возможные типы и глубины заложения фундаментов проектируемого здания (сооружения). Если при этом будет установлена целесообразность применения фундаментов мелкого заложения, то рассматривают возможные их конструктивные формы. В зависимости от назначения здания, конструктивных решений верхнего строения, действующих нагрузок и технико-экономических рекомендаций принимают тип фундамента и определяют его основные размеры (уточняют глубину заложения в зависимости от конструктивных особенностей принятого фундамента и рассчитывают размеры подошвы), проверяют достаточность габаритных размеров фундамента, выполняя расчеты грунтового основания по предельным состояниям.

12.7.1. Классификация фундаментов мелкого заложения и область их применения. Фундаменты, для которых соотношение , относят к фундаментам мелкого заложения (здесь и — соответственно глубина заложения и меньшая сторона подошвы фундамента). Полагают, что при выполнении указанного соотношения практически вся нагрузка от фундаментов, сооружаемых в котлованах, передается основанию через подошву. Фундаменты мелкого заложения делятся на два основных вида (класса): жесткие, собственные деформации которых достаточно малы по сравнению с деформациями основания, и гибкие, собственные деформации которых сопоставимы с деформациями основания. Типы фундаментов мелкого заложения приведены на рис.12.3.

Практические расчеты жестких фундаментов промышленных и гражданских зданий проводят в предположении, что контактные напряжения по подошве фундамента распределяются по линейному закону. Для гибких фундаментов расчет тела фундамента осуществляют путем решения контактной задачи с учетом характера распределения напряжений под подошвой фундамента.

К фундаментам, рассчитываемым в предположении линейного

распределения контактных напряжений, относят ленточные и прерывистые фундаменты под стены (рис.12.3, а, б) и отдельные фундаменты под колонны (рис.12.3, в).

Целесообразность применения ленточных фундаментов в удовлетворительных инженерно-геологических условиях определяется отношением требуемой площади фундаментов к площади контура здания. Если это отношение, обусловленное нагрузками и механическими свойствами грунтов, не превышает 50…60 %, применяют ленточные фундаменты. В противном случае более экономичны плитные или свайные фундаменты. При использовании ленточных фундаментов в крупнопанельных зданиях регламентируется также изменчивость основания по сжимаемости. Необходимо, чтобы при ; ; , где — средний модуль деформации основания в пределах площади застройки, МПа; — степень изменчивости сжимаемости основания; и — соответственно максимальное и минимальное значения приведенного по глубине модуля деформации в пределах контура здания. Значения , и принимают в соответствии с приведенными выше рекомендациями. Указанные критерии вводят из-за высокой чувствительности конструкций крупнопанельных зданий к неравномерным деформациям.

Отдельно стоящие фундаменты под колонны и столбы в удовлетворительных грунтовых условиях используются повсеместно, но если между гранями подошвы смежных фундаментов расстояние составляет , то экономичнее применять ленточные или плитные фундаменты (рис.12.3, д, е).

К гибким фундаментам относятся: ленточные фундаменты под колонны (рис.12.3, г), из перекрестных лент (рис.12.3, д) и плитные (рис.12.3, е). Ленточные фундаменты под колонны и фундаменты из перекрестных лент целесообразны, если при значительных нагрузках на каждую опору (>2000 кН) отдельные фундаменты имеют настолько развитые подошвы, что они смыкаются друг с другом. Фундаменты из перекрестных лент рациональны при слабых неоднородных напластованиях (с ), поскольку такие фундаменты предотвращают неравномерные деформации.

Как уже отмечалось, плитные фундаменты экономически целесообразны, если суммарная расчетная площадь отдельно стоящих или ленточных фундаментов превышает 50…60 % общей площади застройки. Необходимость в них возникает также в случаях, когда основание характеризуется неравномерной сжимаемостью или плита используется в качестве конструктивного элемента гидроизоляции при высоком стоянии уровня подземных вод.

Рис.12.3 -Типы фундаментов мелкого заложения: а – ленточный

под стены непрерывный; б – ленточный под стены прерывистый;

в — отдельно стоящий под колонну; г – ленточный под колонны;

д – из перекрестных лент; е – плитный

12.7.2. Ленточные фундаменты (конструктивные решения). При конструктивном оформлении ленточных фундаментов следует учитывать: материал фундаментов, инженерно-геологические условия, нагрузки и конструктивные решения надземной части здания. Малонагруженные фундаменты одно- и двухэтажных зданий могут выполняться без уширения к подошве (рис.12.4), сборные фундаменты часто устраивают с разрывами между стеновыми блоками (рис.12.4, б).

При возрастании нагрузок на фундамент необходимо увеличивать размеры подошвы. В этом случае бутобетонные и бутовые фундаменты, материал которых способен воспринять лишь незначительные растягивающие напряжения, выполняют ступенчатыми (рис.12.5). Высота уступов определяется технологией изготовления и конструктивными требованиями и составляет: для бутобетона – 30, бутовой кладки – 30…35 см. Соотношения высоты уступа к его ширине принимаются такими (табл.12.4), чтобы в теле фундамента не возникали чрезмерные растягивающие напряжения.

Рис.12.4 — Фундаменты без уширения к подошве

для одно- и двухэтажных зданий:

а – бутовые и бутобетонные;

б – из сборных стеновых блоков;

1 – два слоя толя или гидроизола на битумной мастике;

2 – обмазка горячим битумом за два раза;

3 – утрамбованный грунт;

4 – кирпичная кладка

При значительных нагрузках или относительно слабых грунтах ленточные фундаменты устанавливают из двух частей: уширенной плитной и вертикальной, передающей усилия от стены к подошве. Среди таких фундаментов, выполняемых в железобетоне, широко распространены сборные ленточные фундаменты (рис.12.6).

Рис.12.5 — Бутовые и бутобетонные фундаменты с уступами:

а – под наружную стену; б – под внутреннюю стену;

1 – два слоя толя или гидроизола на битумной мастике;

2 — цементная стяжка; 3 – обмазка горячим битумом;

4 – засыпка по теплотехническому расчету

(размеры в скобках даны для бутобетонных фундаментов)

Таблица 12.4 — Минимальное отношение высоты уступа

к его ширине для бутобетонных и бутовых фундаментов

Марка раствора

или

класс бетона

Минимальные значения отношения при давлениях на подошве фундамента, МПа

50…100

10…35

Железобетонные фундаментные плиты выпускают в соответствии с ГОСТ 13580-85 (табл.12.5). Марка фундаментной плиты обозначается буквами ФЛ (фундамент ленточный) и цифрами, указывающими ширину и длину плиты в дециметрах. Типовые фундаментные плиты серии 1.112-5 изготавливают из бетона класса В10…В25, армирование их осуществляют сетками диаметром 6…14 мм класса А-III. Количество арматуры назначают исходя из расчетной схемы плиты, работающей как консоль от отпора грунта (рис.12.6).

Как следует из табл.12.5, наибольшая ширина плиты по ГОСТ 13580-85 составляет 3,2 м. Для возведения зданий повышенной этажности с широким шагом используют ребристые блоки большей ширины (рис.12.7) с размерами в плане 4,0х2,4 м и 4,0х1,6 м, которые рассчитаны на восприятие расчетных нагрузок 1500 кН/м при давлении на грунт 300 кПа.

В практике фундаментостроения применяются облегченные фундаментные плиты с вырезами по углам (табл.12.6). Марка плит состоит из буквы Ф (фундаментная плита) и цифр, обозначающих ширину подошвы и длину плиты в дециметрах. Дополнительно в наименование плиты (через дефис) включают: значение давления по подошве плиты, на которое она рассчитана, и буквенный индекс – В (плита с вырезом). Экономия материалов при использовании облегченных плит по сравнению с типовыми составляет примерно 10 %.

Рис.12.6 — Сборные ленточные фундаменты: а – для кирпичных и блочных стен; б – для крупнопанельных стен; 1 – фундаментные плиты; 2 – стеновые фундаментные блоки; 3 – стеновые панели подвала

Рис.12.7 – Ребристая плита для сборных ленточных фундаментов

16-этажных зданий

Таблица 12.5 — Номенклатура железобетонных фундаментных плит

типовой серии 1.112-5

Марка

Размеры плиты, мм

Вес,

кН

Эскиз

ФЛ 32.12

ФЛ 32.8

ФЛ 28.12

ФЛ 28.8

ФЛ 24.12

ФЛ 24.8

ФЛ 20.12

ФЛ 20.8

ФЛ 16.24

ФЛ 16.12

ФЛ 16.8

ФЛ 14.24

ФЛ 14.12

ФЛ 14.8

ФЛ 12.24

ФЛ 12.12

ФЛ 12.8

ФЛ 10.24

ФЛ 10.12

ФЛ 10.8

ФЛ 8.24

ФЛ 8.12

Продолжение табл.12.5

ФЛ 6.24

ФЛ 6.12

При незначительных нагрузках в качестве опорной части ленточного фундамента используют фундаментные блоки (рис.12.8).

Вертикальные элементы сборных ленточных фундаментов в зависимости от конструктивных решений надземных стен могут быть в виде стеновых фундаментных блоков или панелей.

Таблица 12.6 — Характеристики облегченных фундаментных плит

( с вырезами по углам)

Марка

Ш, мм

С, мм

Вес, кН

Эскиз

Ф 20.24-25В

Ф 20.24-35В

Ф 20.24-45В

Ф 24.24-25В

Ф 24.24-35В

Ф 24.24-45В

Ф 28.24-25В

Ф 28.24-35В

Ф 28.24-45В

Ф 32.24-25В

Ф 32.24-35В

Таблица 12.7 — Стеновые блоки для ленточных фундаментов

Марка блока

Размеры, мм

Справочный вес, кН

Эскиз

ФБС3

ФБС3-8

ФБС4

ФБС4-8

ФБС5

ФБС5-8

ФБС6

ФБС6-8

Рис.12.8 – Сборный ленточный фундамент с подошвенной частью из стеновых блоков

Стеновые фундаментные блоки, поставляемые по ГОСТ 13579-78 (табл.12.7), применяют при проектировании ленточных фундаментов для кирпичных или блочных стен. Наименование блоков высотой 0,6 м включает буквенные индексы ФБС (фундаментный блок стеновой) и число, обозначающее ширину блока в дециметрах. Блоки высотой 0,3 м имеют дополнительный буквенный индекс «Н», например, ФБСН-6. В маркировке доборных блоков через тире указывают их длину в дециметрах. Блоки стен подвала изготавливают из бетона класса В7,5 – обычные и из бетона класса В15 – усиленные. В последнем случае в

наименование блока добавляется (через тире) индекс «у», например, ФБС6–у.

В панельных зданиях вертикальные элементы ленточных фундаментов представлены фундаментными панелями, конструктивное оформление которых аналогично надземным стеновым панелям (см. рис.12.6, б).

В настоящее время с целью оптимизации расхода материалов при изготовлении ленточных сборных фундаментов внедряют разработки сборных облегченных фундаментов (рис.12.9). Габаритные размеры ребристых и пустотных элементов принимают в соответствии с ГОСТ 13580-85 и ГОСТ 13579-78. Эффективность подобных конструктивных решений должна быть подтверждена технико-экономическими расчетами с тем, чтобы экономия расхода материала не оборачивалась повышенной трудоемкостью изготовления облегченных фундаментных элементов.

Применение пустотных элементов ограничивается маловлажными грунтами, поскольку попадание воды в пустоты может привести к разрушению конструкции при промерзании грунта.

Ленточные фундаменты, в которых нагрузка на грунт передается подошвой, являются наиболее распространенным типом фундаментов под стены. Но они имеют существенные недостатки, вызванные большими объемами земляных работ и нерациональной передачей усилий основанию. Поэтому в связных грунтах перспективны многощелевые фундаменты (рис.12.10), образующиеся при заполнении монолитным бетоном или сборными элементами заранее прорезанных в массиве грунта вертикальных щелей толщиной 10…15 см. Стены здания опираются непосредственно на вертикальные бетонные элементы, расположенные в два-три ряда, или через горизонтальную распределительную плиту. Передача усилий окружающему грунту осуществляется по боковым поверхностям фундаментных стенок. В зданиях с подвалом (рис.12.10, б) бетонные стенки, испытывающие одностороннее боковое давление грунта, необходимо армировать.

Рис.12.9 — Облегченные элементы сборных ленточных фундаментов:

а – ребристая плита; б – решетчатая плита;

в…д – пустотные стеновые блоки

Рис.12.10 — Многощелевые ленточные фундаменты:

а – в бесподвальном здании; б – в здании с подвалом; 1 – стена

здания; 2 – поверхность грунта; 3 – бетонные пластины;

4 – распределительная плита; 5 – перекрытие; 6 – пол подвала

12.7.3. Рекомендации по устройству сборных ленточных фундаментов. Фундаментные плиты укладывают на уплотненную песчаную подсыпку толщиной 10 см при опорном пласте, состоящем из пылевато-глинистого грунта. В случае непрерывных фундаментов плиты укладывают с зазором 20 мм. Если существует всего два типоразмера плит данной ширины, то не всегда удается образовать непрерывную ленту только стандартными элементами. Поэтому используют монолитные железобетонные вставки, поперечное сечение и армирование которых аналогичны примыкающим сборным элементам.

Рациональными являются прерывистые фундаменты, в которых фундаментные плиты укладывают с рассчитываемым зазором (см. рис.12.3, б). При благоприятных инженерно-геологических условиях и надземных конструкциях, малочувствительных к деформациям, применение этих фундаментов является обязательным.

Вертикальные блочные и панельные элементы укладывают по верху фундаментных плит на цементно-песчаном растворе. Толщина бетонных блоков зависит от толщины стен, при этом допускаются свесы надземных стен по 13 см. Количество рядов блоков по высоте определяется глубиной заложения фундамента. Кладку фундаментных блоков ведут на цементном растворе с перевязкой как вдоль стены (перевязка не менее 240 мм), так и в местах примыкания продольных и поперечных стен (перевязка не менее 300 мм). Необходимую перевязку блоков можно обеспечить, используя в кладке наряду с блоками стандартной длины (2380 мм) доборные блоки и монолитные бетонные или кирпичные вставки. В зонах пересечения наружных и внутренних стен в швах кладки через два ряда по высоте укладывают Т-образные или Г-образные сетки (рис.12.11, сечение I-I). Проемы в фундаментной кладке образуются раздвижкой блоков на расстояние 600 мм; снизу и сверху проемов предусматривается армирование швов.

Рис.12.11 — Устройство проемов в стенах подвала:

  1. блоки стен подвала; 2 – арматурные сетки из стержней Ø 8 мм;

3 – фундаментные плиты; 4 — проем в стене подвала

Наличие в основании фундаментов сильносжимаемых грунтов (с модулем деформации ) или неравномерно деформируемых напластований требует дополнительных мероприятий по снижению влияния неравномерных осадок на надземные конструкции, к которым относят надежную перевязку фундаментных блоков (не менее чем 600 мм) и дополнительное армирование фундаментной кладки. В зоне сопряжений фундаментных подушек и вертикальных элементов фундамента делают армированный шов толщиной 3…5 см из цементного раствора с втопленной в него арматурой из 3…5 А-III Ø 14…20 мм. Необходимо также устраивать железобетонный пояс поверх последнего ряда фундаментных стеновых блоков по всем стенам. Выполняют пояса в монолитном железобетоне толщиной 20…15 см, располагая продольную рабочую арматуру из 6…8 А-III Ø 14…20 мм сверху и снизу пояса. Армированные швы и пояса эффективны при обеспечении их непрерывности по длине стен.

Для снижения уровня неравномерных осадок с помощью осадочных швов здание делится на отсеки. Места расположения осадочных швов обусловлены существенным изменением нагрузок на фундаменты (например, в местах сопряжения разновысоких частей здания), изменением инженерно-геологических условий в пределах здания, различными конструктивными решениями примыкающих частей сооружения.

Осадочные швы разрезают здание по всей высоте. Ширина шва зависит от характера деформаций, в частности, величины отклонения здания от вертикальной оси, вызванного неравномерной осадкой. При использовании ленточных фундаментов в обычных грунтовых условиях ширина осадочного шва для жилых зданий может быть ограничена 20 мм. Конструктивное оформление осадочных швов в сборных ленточных фундаментах показано на рис.12.12.

Если по характеру грунтовых напластований или согласно архитектурно-планировочным особенностям необходимо в пределах здания изменять глубину заложения фундаментов, то такой переход фундамента от одной отметки заложения к другой осуществляют уступами (рис.12.13). При этом регламентируют отношение высоты уступа к его длине : в пылевато-глинистых грунтах , в песчаных . Высоту уступов в соответствии в размерами стандартных сборных элементов принимают 300 или 600 мм.

Рис.12.12 — Деформационный шов: 1 – стеновые блоки;

2 – фундаментные плиты;

3 – уплотняющая мастика;

4 – цементный раствор состава 1:2; 5 — антисептированные

доски, обернутые толем;

6 – окрасочная гидроизоляция

Рис.12.13 — Переход фундамента от одной отметки заложения к другой: а – сборных; б — с использованием монолитного бетона; 1 – фундаментные плиты; 2 – бетон по месту

12.7.4. Отдельные фундаменты (конструктивные решения). Отдельно стоящие фундаменты выполняют под колонны и столбы, а также как опоры для бескаркасных стен главным образом малоэтажных зданий.

Фундаменты колонн каркасных зданий обычно делают ступенчатыми. Такой фундамент состоит из плитной части и подколонника (рис.12.14, а, б). Способ сопряжения фундамента с колонной предопределяет конструктивные особенности подколонника. Фундаменты под сборные железобетонные колонны выполняют с подколонником стаканного типа. Размеры поперечного сечения стакана зависят от сечения колонны. Глубину стакана назначают исходя из надежной анкеровки колонны в фундаменте. Кроме того, должен быть предусмотрен зазор в 50 мм между днищем, стенками стакана и гранями колонны. Толщина стенок стакана должна быть не менее 150 мм. Минимальную толщину дна стакана определяют из расчета на продавливание колонной, она составляет не менее 200 мм. Для металлических колонн подколонник делают сплошным с анкерными болтами.

Рис.12.14 — Ступенчатые фундаменты: а – под сборную колонну;

б – под металлическую колонну; в, г – с пустотообразователями;

1 – подколонник; 2 – плитная часть; 3 – анкерные болты;

4 – картонные пустотообразователи

Высоту плитной части фундамента определяют расчетом на продавливание ее подколонником. В зависимости от назначают количество ступеней, имеющих высоту 300, 450 или 600 мм. Вынос нижней ступени , рассчитываемой как консоль от давления грунта под подошвой, принимают кратным 100.

Когда проектируется мелкозаглубленный фундамент, глубина заложения является важнейшим показателем, который во многом определяет надежность всего сооружения. Фундаменты мелкого залегания широко применяются для малоэтажных строений разного назначения. С учетом важности этого элемента, расчет должен проводиться тщательно с учетом норм СНиП. Перед принятием решения о самостоятельном строительстве следует решить главный вопрос: как рассчитать глубину фундамента и все его основные параметры. Само строительство — это стандартное мероприятие, которое вполне может быть произведено своими руками.

Особенности фундамента

Фундаменты мелкого заложения представляют собой основание строения, глубина закладки которого, обычно, лежит в пределах 30-50 см (не более 70 см). Принцип работы такой конструкции основан на создании жесткой рамы, которая способна компенсировать пучение грунта при замерзании. При сезонных подвижках нагрузки равномерно перераспределяются, что позволяет обеспечить общее вертикальное равномерное перемещение сооружения без риска разрушения.

Фундаменты мелкого заложения имеют следующие характеристики, отличающие их от других типов оснований:

  • глубина заложения фундамента — не более 70 см;
  • основа конструкции находится выше глубины промерзания грунта;
  • может обустраиваться на почвах с высоким уровнем грунтовых вод и на пучинистых (вспученных) почвах.

Работоспособность фундамента обеспечивают следующие принципы, заложенные в конструкцию:

  1. Губина залегания фундамента, чаще всего, выдерживается в пределах 0,4-0,5 м, что исключает действие касательных усилий при морозном пучении.
  2. Жесткая рама конструкции перераспределяет нагрузки, что обеспечивает надежность на пучинистых почвах.
  3. Фундаментная основа опирается на подушку с высоким коэффициентом водной фильтрации, что позволяет отвести воду при оттаивании грунта и распределяет нагрузку на грунт.
  4. Воздействие пучения при промерзании снижается использованием утеплительных покровов на грунт шириной не менее 1 м.
  5. Если имеется высокий уровень грунтовых вод, то закладывается система дренажа.

Мелкозаглубленный фундамент может закладываться во многих типах грунтов, в т.ч. можно возводить такой фундамент при высоком уровне грунтовых вод. Запрещается его строительств на биогенных органических грунтах (торф, сапропель, ил), а также нежелательно его обустройство на неоднородных слоях грунтов, на границе разных подлежащих грунтов, на чрезмерно пучинистых почвах (пластичный глинистый водонасыщенный грунт, водонасыщенные пылеватые пески), на затапливаемых участках.

Рассматриваемый тип фундамента используется при строительстве малоэтажных сооружений, чаще всего, дач, гаражей, хозяйственных построек, бань и т.д. Его можно использовать при возведении срубов из бревен или стен из ячеистых бетонов, легкого кирпича, при возведении каркасно-щитовых строений.

Особенности конструкции

Конструирование и строительство мелкозаглубленных фундаментов нормируется требованиями СНиП, которые необходимо неукоснительно выполнять. В зависимости от назначения сооружения такие фундаменты могут быть следующего типа: ленточный, столбчатый и блочный.

Устройство ленточного мелкозаглубленного фундамента предусматривает заливку непрерывной армированной бетонной полосы в хорошо утрамбованные траншеи с песчаной подушкой. Конструктивно такая система аналогична обычной ленточной опоре, но отличается глубиной заложения, наличием теплоизоляции и дренажа. В строениях разного назначения могут быть некоторые упрощения, но в целом, устройство ленточного мелкозаглубленного фундамента имеет основные элементы и параметры, показанные на рис.1. (Рис.1. Схема ленточного фундамента мелкого заложения)

Основной смысл конструкции заложен в том, что бетонная лента должна исполнить роль очень прочной рамы (ростверка), которая перераспределяет нагрузки и исключает просадки в грунт. Цель достигается тем, что лента имеет небольшую заглубленную часть и достаточно высокую (40-50 см) надземную цокольную часть, связанные единым армирующим каркасом. Важным и обязательным элементом является отмостка с уложенным под ней горизонтальным утеплителем. Такая система уменьшает воздействие морозного пучения.

При возведении достаточно легких строений (гараж, баня, сарай) используется столбчатый мелкозаглубленный фундамент из буронабивных или забивных свай, монолитных столбов и т.д. Обязательным элементом конструкции является ростверк, который связывает все сваи между собой, создавая пояс для распределения нагрузки. Столбчатый фундамент может иметь ростверк из стальных балок или монолитной армированной бетонной ленты, сооружаемой на поверхности земли.

Принцип расчета

Прежде чем начать возводить фундамент, необходимо провести расчет его основных параметров. При проектировании наиболее распространенного ленточного основания проводится определение следующих параметров: глубина залегания фундамента, ширина ленты и высота надземного ростверка. Кроме того, следует провести проверочный расчет на деформации в соответствии со СНиП 2.02.01-83. При проведении расчетов учитываются следующие факторы: тип грунта, уровень грунтовых вод, глубина промерзания почвы, нагрузка на опору, перепад высот на месте строительства.

На первом этапе проектирования обязательно проводится анализ почвенных характеристик, и, прежде всего, определяется тип почвы. Основные почвенные характеристики можно определить самостоятельно. Для этого выкапывается небольшая яма на глубину фундаментного заглубления, и извлекаются образцы грунта. Почва увлажняется и скатывается цилиндром длиной 14-16 см и диаметром 10 мм. Затем, делается попытка сворачивания из образца кольца — если цилиндр при закручивании разрывается, то грунт — суглинок; если сохраняет форму, то — глинистая почва. Супесь вообще не формируется таким образом, а разваливается.

Пористость почвы определяется следующим образом. Из грунта вырезается куб со стороной 10 см и взвешивается — определяется объемная масса (М1). Потом, куб раздавливается, уплотняется и снова взвешивается — масса сжатого грунта (М2). Коэффициент пористости рассчитывается из формулы Е = 1 — М1/М2, где М1, М2 выражаются в кг/см³.

Глубина фундамента для гаража или другого сооружения зависит от глубины промерзания грунта, которая отличается в разных климатических зонах и для разных типов почв.

Средние значения этого параметра сводятся в таблицы по регионам. Например, в районе Москвы суглинки промерзают на 1,35 м, средний и крупный песчаник — на 1,76 м; в Ростове — 0,8 м и 0,88 м, соответственно; а в Тюмени — 1,8 и 1,98 м.

Минимальная глубина

Как определить глубину заложения фундамента? Глубина фундамента под гараж, баню и т.д. определяется, исходя из минимально допустимых показателей. В свою очередь, минимальная глубина залегания фундамента зависит от глубины промерзания почвы, степени ее пучинистости (коэффициента пористости) и высоты залегания подземных вод. Увеличение глубины промерзания и более близкое расположение воды повышает нагрузку при сезонном пучении, что требует увеличения заглубления фундамента. В то же время, при хорошем утеплении конструкции и обеспечении надежного дренажа, значение этих воздействий существенно снижается и их можно не учитывать.

Глубина фундамента для гаража или др. сооружений производится исходя из таблицы, рекомендуемой СНиП.

Глубина промерзанияпочвы без пучинистости, м Глубина промерзания пучинистой почвы твердой и полутвердой консистенции, м Минимальная глубина заложения фундамента, см
Не более 2 Не более 1 50
Не более 3 Не более 1,5 75
Более 3 1,5 — 2,5 100
2,5 — 3,5 150

Расчет параметров

Определение глубины заложения фундамента для гаража или другого сооружения требует уточнения по действию нагрузок. Важнейшим параметром ленточного фундамента является ширина ленты (подошвы). Вместе с глубиной закладки ширина обеспечивает допустимые нагрузки на грунт, с целью недопущения проседания. Расчет фундамента мелкого заложения основан на учете этих основных характеристик.

Ширина подошвы определяется по формуле В = Q/R, где Q — расчетная нагрузка на фундамент, равная массе всех элементов сооружения; R — сопротивление грунта (является табличной величиной и различно для разных грунтов). При определении нагрузки складываются массы следующих элементов: стены с отделкой, фундамент с цоколем, потолочное перекрытие, дверные и оконные системы, гидро- и теплоизоляция, стропильная система и крыша, все внутреннее оборудование (мебель, сантехника и т.д.).

Проверочный расчет конструкции ведется по удельному давлению на грунт (Р). Значение показателя рассчитывается по формуле Р = Q/S, где S — площадь поверхности ленты фундамента. Полученная величина выражается в кг/м² и сравнивается с допустимым значением R для конкретного грунта. С учетом необходимого запаса прочности Р должно превышать R на 20-22%. При отсутствии запаса придется увеличивать ширину подошвы.

Мелкозаглубленный фундамент позволяет значительно снизить затраты на строительство некоторых строений без снижения их надежности. Важным показателем для обеспечения требуемой прочности является глубина его заложения (выше глубины промерзания), которую следует выбирать, исходя из требований СНиП.