Фундаменты

Фундаменты имеют задачу обеспечить устойчивость сооружения и предотвратить неравномерные осадки. Фундаменты воспринимают все нагрузки от сооружения и передают их на грунт основания. Они выполняются в виде плоских фундаментов и заглубленных фундаментов.

Разновидности фундаментов

Ленточные фундаменты

Ленточные фундаменты устраиваются под такими частями зданий, как стены, которые нагружены равномерно (рис. 1). Они имеют прямоугольное сечение и протяженны по длине. Ленточные фундаменты выполняются в большинстве случаев из неармированного бетона. Как правило, они бетонируются до уровня земли. Если они должны воспринимать отдельные нагрузки, то требуется их армировать.

Рис. 1. Ленточный фундамент

Для назначения размеров фундаментов наряду с нагрузкой от здания определяющим является также несущая способность грунта. В DIN 1054 для различных видов грунта приводятся ориентировочные значения допустимого давления на фунт (табл. 1).

Эти значения действительны только тогда, когда грунты защищены от вымывания текучей водой, против размягчения и замораживания. Кроме того, в фундаментах необходимо учитывать глубину заделки. Под глубиной заделки понимают величину от подошвы фундамента до дна котлована (рис. 2).

Рис. 2. Глубина заделки фундаментов

Давление на грунт от сооружении получают из соотношения нагрузки и площади подошвы фундамента.

Чтобы допустимое давление на грунт не было превышено, фундамент должен иметь соответствующую площадь подошвы. Последняя рассчитывается как требуемая площадь подошвы:

Отсюда следует, что при меньшем допустимом давлении на грунт требуется большая площадь подошвы фундаментов, при большем допустимом давлении — меньшая площадь подошвы. Нагрузка, которая передается на фундамент, распределяется с подошвы стены на подошву фундамента.

Высота фундамента при ленточных фундаментах из неармированного бетона получается из удвоенного расстояния между границей стены на фундаменте и внешним обрезом фундамента. Это расстояние называется обрезом фундамента е. При этом исходят из того, что стоящая на фундаменте стена проходит по центральной оси фундамента и нагрузка распределяется на подошву фундамента под углом 63,5° (рис. 3).

Рис. 3. Передача и распределение нагрузки

Высота фундамента h ≥ 2 • обрез фундамента е.

Высота фундамента при некоторых обстоятельствах должна быть выше, чем это статически необходимо, например для того, чтобы достигнуть слоев ниже глубины промерзания. Также и ширина фундамента зависит, например, от толщины стены или от ширины ковша траншейного экскаватора. При высоких фундаментах можно сэкономить строительный материал с помощью придания сечению фундамента ступенчатой или скошенной (трапецеидальной) формы. Однако ступенчатая форма требует повышенного расхода опалубки (рис. 4).

Рис. 4. Ступенчатый фундамент

Размеры фундаментов в простых сооружениях можно получить из рабочих чертежей. При больших сооружениях или для фундаментов, которые имеют различное положение по высоте, необходим специальный чертеж фундаментов. На плане фундаментов изображаются все фундаменты с нижними частями стен, стоящих на них.

Фундаменты разбиваются на дне котлована с помощью шнуровых ограждений. Траншеи для фундаментов отрываются вручную или машинным способом. При этом стенки фундаментов должны быть вертикальны, а подошва фундамента — горизонтальна. Если подошва фундамента располагается на том же уровне, что и подошва котлована, то фундаменты должны возводиться в опалубке. Армированные фундаменты в фундаментных траншеях также необходимо устраивать в опалубке, чтобы обеспечить требуемый защитный слой бетона. Кроме того, для укладки арматуры под фундаментами должен устраиваться так называемой чистый слой (арматура должна укладываться на специальные подставки из пластмассы или другого материала).

Фундаментные траншеи должны иметь четкие края и быть вертикальными. Поэтому ленточные фундаменты на площадке с уклоном должны быть ступенчатыми. Ступени должны располагаться таким образом, чтобы подошва фундаментов всегда располагалась ниже глубины промерзания грунта на глубине от 0,80 до 1,20 м. Фундаменты под второстепенные постройки или части зданий, как, например, гаражи, крыльца или лестницы в подвал, должны устраиваться по тем же правилам.

Если подошва фундаментов сооружаемого здания лежит глубже, чем фундаменты на соседнем участке, то под ними необходимо устройство «улавливающих» (подпорных) стенок (рис. 5). При этом существующие фундаменты постепенно подпираются на небольших участках этими подпорными стенками из полнотелой каменной кладки или бетона. Участки улавливающих стен необходимо возводить за один рабочий проход на всю высоту. Кроме того, фундаменты должны противостоять длительному увлажнению и быть устойчивыми против агрессивных вод.

Рис. 5. Улавливающая подпорная стенка

Точеные фундаменты

При точечной нагрузке основания, например от колонн и столбов из железобетона, каменной кладки, стали или дерева, устраиваются отдельно стоящие фундаменты. При этом различают фундаменты из блоков, ступенчатые и откосные фундаменты, плитные фундаменты, а также фундаменты стаканного типа (рис. 6).

Рис. 6. Точечные фундаменты

Фундаменты из блоков часто применяются при строительстве жилых зданий, как, например, под стойками балконов или под каминами, а также при строительстве садовых сооружений, например пер-гол. Если отдельные большие нагрузки требуют большей площади подошвы фундамента, то для значительной экономии бетона можно применять ступенчатые или откосные фундаменты. Угол распределения нагрузки 63,5° в таких фундаментах может быть особенно хорошо воспроизведен. По причине сложности опалубки ступенчатые фундаменты применяются меньше.

Плитные фундаменты являются одним из экономичных видов фундаментов при больших сосредоточенных нагрузках, как, например, под колоннами. Из-за небольшой толщины плиты эти фундаменты необходимо армировать как против разрушения плиты за пределами угла распределения нагрузки, который в этом случае принимается равным 45°, так и против продавливания плиты стоящей на ней колонной.

Отдельно стоящие фундаменты под колонны в сборном строительстве часто выполняются в виде фундаментов стаканного типаили гильзовых фундаментов. Эти фундаменты — армированные и состоят из распределяющей нагрузку фундаментной плиты, а также армированного стакана для защемления колонны.

Плитные фундаменты подходят в качестве фундаментов для слабых грунтов или в случае грунтов различного типа под одним сооружением (рис. 7). При применении в качестве основания фундаментных плит нагрузка от всего сооружения распределяется на всю фундаментную плиту и тем самым снижается давление на грунт. Плитные фундаменты (плиты подошвы) — это проходящие подо всем сооружением железобетонные плиты.

Рис. 7. Фундаментная плита

Фундаменты ванного типа необходимы, когда помимо вертикальных нагрузок необходимо воспринимать также и горизонтальные нагрузки, например от давления воды (рис. 8). Эти воздействия передаются на землю с помощью фундаментной плиты и обрамляющих стен подвала. Для этого плита основания, обрамляющие стены и внутренние стены ванны с помощью армирования связываются в одно замкнутое тело основания.

Рис. 8. Фундамент ванного типа

Фундаменты глубокого заложения

Фундаменты глубокого заложения необходимы, когда сооружение должно строиться на водосодержащих и болотистых грунтах. При этом пробивают слабо несущие слои грунта до нижележащих грунтов с большей несущей способностью, на которые уже можно опирать сооружение. Различают столбчатые фундаменты, свайные фундаменты и фундаменты в виде опускных колодцев или фундаменты сжатого воздуха.

С помощью столбчатых фундаметовустраиваются опоры под углы стен и пересечения стен (рис. 9). Стены, лежащие между ними, могут опираться на лежащие на этих столбах железобетонные балки. Столбы делаются из бетона или железобетона.

Рис. 9. Столбчатый фундамент

В свайных фундаментах сваи, как правило, погружаются в землю на такую глубину, чтобы они могли передать нагрузку на несущие слои грунта (сваи — стойки). Если строительный грунт состоит только из мягких слоев, то нагрузки от сооружения могут передаваться на грунт только за счет трения между поверхностями сваи и грунтом (сваи трения или висячие сваи). Для свайных фундаментов применяют сваи из монолитного бетона или предварительно изготовленные сваи (рис. 10).

Рис. 10. Свайный фундамент

Сваи из монолитного бетона, которые называют также буронабивными сваями, бетонируются в грунте. При этом бурятся скважины диаметром до 2,5 м и глубиной до 50 м. При недостаточно прочных видах грунтов для укрепления в скважину устанавливаются стальные трубы, которые при бетонировании постепенно вытягиваются из скважины. Монолитные бетонные сваи могут быть армированными и не армированными.

Предварительно изготовленные сваи забиваются, погружаются вибрационным методом или вибрационно-гидравлическим методом или вставляются в подготовленную буровую скважину. Они могут быть из дерева, стали, железобетона или предварительно напряженного железобетона. Железобетонные предварительно изготовленные сваи могут быть круглого, квадратного, прямоугольного и двутаврового сечения.

В случае фундаментов сжатого воздуха или опускных колодцевфундамент бетонируется на площадке в виде открытого снизу объема в виде ящика или стакана (рис. 11). Для погружения такого колодца грунт под ним вынимается или вымывается. Чтобы предотвратить проникновение воды, внутри ящика создается с помощью сжатого воздуха соответствующее избыточное давление. Этот метод устройства оснований подходит в основном для шахтных сооружений в грунтах с высокими слоями ила, песка и гравия. Таким образом возводятся, например, насосные станции для откачки воды или шахты метро в рамках градостроительных мероприятий по санированию и развитию Берлина.

Рис. 11. Опускной колодец

Заземление фундаментов

Каждому зданию требуется заземление. Для новостроек предписывается устройство заземления фундамента, которое закладывается в фундамент для защиты от коррозии. Это заземление необходимо устраивать в фундаментах наружных стен в виде замкнутого кольца из оцинкованной полосовой стали сечением минимум 30 х 3,5 мм или 25x4 мм или из круглой стали диаметром 10 мм с бетонным покрытием минимум 5 см (рис. 12).

Рис. 12. Заземление фундамента

В техническом помещении, в котором сосредоточены вводы всех коммуникаций, от закольцованного заземления должна выходить наружу контактная шина длиной 1,50 м. Свободный конец контактной шины выводится около наружной стены подвала кверху и связывается с шиной выравнивания потенциалов. К последней должны подключаться нейтральные и защитные проводники и все металлические трубопроводы в здании, такие, как газовые трубы, водопроводные трубы и трубы отопления, а также провода заземления от антенны и телефона. Молниезащита должна быть также связана с заземлением фундамента.