Строительство гражданских и промышленных зданий

Фундаменты являются важным конструк­тивным элементом здания, воспринимаю­щим нагрузку от надземных его частей и передающим ее на основание. Фунда­менты должны удовлетворять требова­ниям прочности, устойчивости, долговеч­ности, технологичности устройства и эко­номичности.
Верхняя плоскость фундамента, на ко­торой располагаются надземные части здания, называют поверхностью фунда­мента или обрезом, а нижнюю его пло­скость, непосредственно соприкасающую­ся с основанием, — подошвой фундамен­та.
Расстояние от спланированной поверх­ности грунта до уровня подошвы назы­вают глубиной заложения фундамента, которая должна соответствовать глубине залегания слоя основания. При этом не­обходимо учитывать глубину промерза­ния грунта (рис, 4.4). Если основание со­стоит из влажного мелкозернистого грун­та (песка мелкого или пылеватого, супе­си, суглинка или глины), то подошву фундамента нужно располагать не выше уровня промерзания грунта. На рис. 4,4 приведены изолинии нормативных глубин промерзания суглинистых грунтов.
Глубина заложения фундаментов под внутренние стены отапливаемых зданий не зависит от глубины промерзания грун­та ; ее назначают не менее 0,5 м от уров-ня земли или пола подвала.
В нспучинистых грунтах (крупнообло­мочных, а также песках гра вел истых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундаментов также не зависит от глубины промерзания, однако она должна быть не менее 0,5 м, считая от природного уровня грунта при планиров­ке подсыпкой, и от од и ни ров очной от­метки при планировке участка срезкой.

Рис. 4.4. Определение глубины заложения фундаментов:
а — схема:1 — подошва фундамента. 2 — тело фун­дамента, 3 — отметка глубины заложения фундамен­та, 4 — отметка глубины промерзания грунта, 5 — отметка уровня грунтовых вод, 6 — планировочная отметка, 7 — стена, 8 — уровень пола 1 этажа, 9 — обрез фундамента. h_ф — глубина заложения фунда­мента, b — ширина подошвы фундамента, б — карта нормативных глубин промерзания суглинистых грунтов
По конструктивной схеме фундаменты могут быть: ленточные, располагаемые по всей длине стен или в виде сплошной ленты под рядами колонн (рис, 4.5, а, б); столбчатые, устраиваемые под отдельно стоящие опоры (колонны или столбы), а в ряде случаев и под стены (рис. 4.5, в,г); сплошные, представляющие собой монолитную плиту под всей площадью здания или его частью и применяемые при особо больших нагрузках на стены или отдельные опоры, а также недоста­точно прочных грунтах в основании (рис. 4.5, д, г); свайные в виде отдельных по­груженных в грунт стержней для переда­чи через них на основание нагрузок от здания (рис. 4.5, ж).

Рис. 4.5. Конструктивные схемы фундаментов:
а — ленточный под стены, 6 — то же, под колонны, в — столбчатый под стены, г – отдельный под колонну, д — сплошной безбалочный, е — сплошной балочный,  ж — свайный, 1 — стена, 2 — ленточ­ный фундамент, 3 — железобетонная колонна, 4 — железобетонная фундаментная балка, 5 — столб­чатый фундамент, 6 — ростверк свайного фундамента. 7 — железобетонная фундаментная плита, 8 — cваи

По характеру работы под действием нагрузки фундаменты различают жест­кие, материал которых работает преиму­щественно на сжатие и в которых не воз­никают деформации изгиба, и гибкие, работающие преимущественно на изгиб.

Рис. 4.6, Профили и. конструирование лен­точного фундамента:
1 — обрез фундамента, 2 — фундаментная стена, 3 — подушка фундамента

Для устройства жестких фундаментов применяют кладку из природного камня неправильной формы (бутового камня или бутовой плиты), бутобетона и бето­на, Для гибких фундаментов используют в основном железобетон.

Ленточные фундаменты. По очертанию в профиле ленточный фунда­мент под стену в простейшем случае представляет собой прямоугольник (рис. 4.6, а). Его ширину устанавливают немно­го больше толщины стены, предусматри­вая с каждой стороны небольшие уступы по 50... 150 мм. Однако прямоугольное се­чение фундамента на высоте допустимо лишь при небольших нагрузках на фунда­мент и достаточно высокой несущей спо­собности грунта.
Чаще всего для передачи давления на грунт и обеспечения его несущей способ­ности необходимо увеличивать площадь подошвы фундамента путем ее уширения. Теоретической формой сечения фунда­мента в этом случае является трапеция (рис. 4.6,6), где угол а определяет рас­пространение давления и принимается для бутовой кладки и бутобетона от 27 до 33°, для бетона – 45°. Устройство таких трапецеидальных фундаментов связа­но с определенными трудозатратами, по­этому практически такие фундаменты в зависимости от расчетной ширины по­дошвы выполняют прямоугольными или ступенчатой формы (рис. 4.6, в,г) с со­блюдением правила, чтобы габариты фундамента не выходили за пределы его теоретической формы. Размеры ступеней по ширине (а) принимают 20...25 см, а по высоте (с) — соответственно 40...50 см.

Рис. 4.7. Ленточные монолитные фундаменты под кирпичную стену; а - бутовый фундамент, б - бутобетонный

По способу устройства ленточные фун­даменты бывают монолитные и сборные. Монолитные фундаменты устраивают бу­товые, бутобетонные, бетонные и железо­бетонные. На рис. 4.7 показан ленточный фундамент из бутового камня и бутобе­тона. Ширина бутовых фундаментов дол­жна быть не менее 0,6 м для кладки из рваного бута и 0,5 м — из бутовой плиты. Высота ступеней в бутовых фундаментах составляет обычно около 0,5 м, ши­рина — от 0,15 до 0,25 м. Устройство мо­нолитных бутобетонных, бетонных и же­лезобетонных фундаментов требует про­ведения опалубочных работ. Кладку бу­товых фундаментов производят на слож­ном или • цементном растворе с обяза­тельной перенизкой (несонпалением) иер-тикальных шпон (промежутков между камнями, заполняемых раствором).
Бутобетонные фундаменты состоят из бетона класса В5 с включением в его тол­щу (в целях экономии бетона) отдельных кусков бутового камня. Размеры камней должны быть не более Уз ширины фунда­мента.
Монолитные бутовые фундаменты не отвечают требованиям современного ин­дустриального строительства, а для их устройства трудно механизировать ра­боты. Бутовые и бутобетонные фунда­менты весьма трудоемкие при возведе­нии, поэтому их применяют в основном в районах, где бутовый камень является местным материалом.
Более эффективными являются бе­тонные и железобетонные фундаменты из сборных элементов заводского изготовле­ния (рис. 4.8), которые в настоящее время имеют наибольшее распространение. При их устройстве трудовые затраты на строительстве уменьшаются вдвое. Их можно возводить и в зимних условиях без устройства обогрева.
Сборные ленточные фундаменты под стены состоят из фундаментных блоков-подушек и стеноных фундаментных бло­ков. Фундаментные подушки укладывают непосредственно на основание при пес­чаных грунтах или на песчаную подго­товку толщиной 100..Л50 мм, которая должна быть тщательно утрамбована. Фундаментные бетонные блоки укладывают на растворе с обязательной перевязкой вертикальных швов, толщину которых принимают равной 20 мм (рис. 4.8, 4.9). Вертикальные колодцы, обра­зующиеся торцами блоков, тщательно за-полняют раствором. Связь между блока­ми продольных и угловых стен обеспечи­вается перевязкой блоков и закладкой в горизонтальные швы арматурных сеток из стали диаметром б... 10 мм (рис. 4,10).

Рис. 4.8. Элементы сборных бетонных и железобетонных фундаментов: а — бетонный блок сплошной, 6 — то ж«, пустоте­лый. в — блок-подушка сплошная, г - то же, ребри­стая. 1 — монтажные петли

Рис. 4.9. Ленточный сборный фундамент из крупных блоков:
а — разрез и фрагмент раскладки конструкций фун­дамента, 6 — общий вид, 1 — армированный пояс, 2 — стена, 3 - фундаментный блок, 4 — блок-подушка, 5 — участок, бетонируемый по месту, 6 — песчаная подготовка

Рис. 4.10. Сопряжение фундаментов про­дольных и поперечных стен:
а  сопряжение железобетонных подушек, б - то же. блоков нечетного ряда, в — то же. четного, 1 — сетка из круглой стали диаметром 6...10 мм. 2 — учас­ток, бетонируемый по месту, 3 - заполнение шва раствором

Блоки-подушки изготовляют толщиной 300 и 400 мм и шириной от 1000 до 2В0О мм, а блоки-стенки - шириной 300, 400, 500 и 600 мм, высотой 580 в длиной от 780 до 2380 мм.
В практике строительства применяют также сборные фундаментные блоки, имеющие толщину 380 мм при толщине надземных стен 380, 510 и 640 мм (рис. 4Л1,а). При такой конструкции проч­ность материала фундамента использует­ся полнее и в результате получается эко­номия бетона. Этой же цели соответ­ствует устройство так называемых пре­рывистых фундаментов (рис. 4.11,6), в которых блоки-подушки укладывают на расстоянии 0,3...0,5 м друг от друга. Про­межутки между ними заполняют песком.
Строительство крупнопанельных зда­ний и зданий из объемных блоков потре­бовало разработки новых конструк­тивных решений фундаментов. На рис. 4.11, в показан фундамент из крупнораз­мерных элементов дли жилого дома с по­перечными несущими стенами и подва­лом. Фундамент состоит из железобетон­ной плиты толщиной 300 мм и л л иной 3,5 м и устанонленных на них панелей, представляющих собой сквозные безра­скосные железобетонные фермы, имею­щие толщину 240 мм и высоту, равную нысоте подвального помещения. Соеди­няются элементы между собой с по­мощью сварки закладных стальных дета­лей,
При строительстве зданий на участках со значительными уклонами фундаменты стен выполняют с продольными уступа­ми (рис. 4.12). Высота уступов должна быть не более 0,5 м, а длина — не менее 1,0 м. Этим же правилом пользуются при устройстве перехода фундаментов вну­тренних стен к фундаментам наружных при разных глубинах их заложения.
Если необходимо обеспечить независи­мую осадку двух смежных участков зда­ния (например, при их разной этажно­сти), то при устройстве ленточных моно­литных фундаментов в их теле устраи­вают сквозные, разъединяющие фундд-мент зазоры. Для этого в зазоры вста­вляют доски, обернутые толем. В под­вальных зданиях доски с наружной сто­роны вынимают и швы в этих местах заполняют битумом. Если фундаменты сборные, то для обеспечения необходимо­го зазора блоки укладывают так, чтобы вертикальные швы совпадали.

Рис. 4.11. Конструктивные решения облегченных сборных ленточных фундаментов;
а —с фундаментными стенами уменыцекнрй толщины, 6 — прерывистый, в — панельный ю безраскосных железобетон ныл ферм, 1 — фундаментный блок- подушка, 2 — стеновой блок, 3 — обмазка горячим битумом, 4 — горизонтальная гидроизоляция, 5 — ферма-панель, 6 - фундаментная плита, 7 — цокольная панель, 8 — перекрытие

Рис. 4.12. Изменение глубины зало­жения фундамента: а — общий вид, б—фрагмент фундамента

В местах пропуска различных трубо­проводов (водопровода, канализации и др.) в монолитных фундаментах зара­нее предусматривают соответствующие отверстия, а в сборных между блоками — необходимые зазоры с последующей их заделкой.
Столбчатые фундаменты.
При небольших нагрузках на фундамент, когда давление на основание меньше нор­мативного, непрерывные ленточные фун­даменты под стены малоэтажных домов без подвалов целесообразно заменять столбчатыми. Фундаментные столбы мо­гут быть бутовыми, бутобетонными, бе­тонными и железобетонными (рис. 4.13, о). Расстояние между осями фунда­ментных столбов принимают 2,5...3,0 м, а если грунты прочные, то это расстояние может составлять 6 м. Столбы распола­гают обязательно под углами здания, в местах пересечения и примыкания стен и под простенками. Сечение столбчатых фундаментов во всех случаях должно быть не менее: бутовых и бутобетонных — 0,6 х 0,6 м; бетонных - 0,4 х х 0,4 м.

Рис. 4.13. Столбчатые фундаменты;
1 - железобетонная фундаментная балка, 2 - подсыпка, 3 - отмостка, 4 - гидроизоляция, 5 - кирпичный столб, 6 - блоки-подушки, 7 - железобетонная плита, 8 - железобетонная колонна, 9 - башмак стаканного типа, 10 — плита. 11 — блок-стакан

Столбчатые фундаменты под стены возводят также в зданиях большой этаж­ности при значительной глубине заложения фундаментов (4...S м), когда устрой­ство ленточного фундамента нецелесо­образно из-за большого расхода строи­тельных материалов. Столбы перекры­вают железобетонными фундаментными балками. Для предохранения их от сил пучения грунта, а также для свободной их осадки (при осадке здания) под ними делают песчаную подсыпку толщиной 0,5...0,6 м. Если при этом необходимо утеплить пристенную часть пола, подсып­ку выполняют из шлака или керамзита.
Столбчатые одиночные фундаменты устраивают также под отдельные опоры зданий. На рис. 4ЛЪ,б изображен моно­литный бутовый или , бетонный фунда­мент под кирпичную колонну, а на рис. 4.13, в, г — из железобетонных блока-по-дущки и блока-плиты. Сборные фунда­менты под железобетонные колонны мо­гут состоять из одного железобетонного башмака, стаканного типа (рис. 4ЛЪ,д) или из железобетонных блока-стакана и опорной плиты под ним (рис, 4.13, е).
Сплошные фундаменты. Их возводят в случае, если нагрузка, переда­ваемая на фундамент, значительна, а грунт слабый. Эти фундаменты устраи­вают под всей площадью здания. Для выравнивании неравномерностей осадки от воздействия нагрузок, передаваемых через колонны каркасных зданий, в двух взаимно перпендикулярных направлениях применяют перекрестные ленточные фун­даменты (рис. 4.14,а), Их выполняют из монолитного железобетона. Если балки достигают значительной ширины, то их целесообразно объединять в сплошную ребристую или безбалочную плиту (рис. 4.14, б, в).

Рис. 4.14. Сплошные фундаменты;
1 — колонна, 2 — железобетонная лента, 3 — железобетонная плита, 4 — бетонная подготовка

Рис. 4.15. Виды свайных фундаментов:
1 - свая забивная, 2 - ростверк, 3 - свая набивная

При сплошных фундамен­тах обеспечивается равномерная осадка здания, что особенно важно для зданий повышенной этажности. Сплошные фун­даменты устраивают также в том случае, если пол подвала испытывает значи­тельный подпор грунтовых вод.
В практике строительства под инже­нерные сооружения (телевизионные баш­ни, дымовые трубы и др.) применяют сплошные фундаменты коробчатого типа.

Свайные фундаменты. Исполь­зуют их при строительстве на слабых сжимаемых грунтах, а также в тех слу­чаях, когда достижение естественного ос­нования экономически или технически не­целесообразно из-за большой глубины его заложения Кроме того, эти фунда­менты применяют и для зданий, возво­димых на достаточно прочных грунтах, если использование свай позволяет полу­чить более экономичное решение.
По способу передачи вертикальных на­грузок от здания на грунт сваи подразде­ляют на сваи-стойки и висячие сваи. Сваи, проходящие слабые слои грунта и опирающиеся своими концами на прочный грунт, называют сваями-стойками (рис. 4.15, а), а сваи, не достигающие про­чного грунта и передающие нагрузку на грунт 1 рением, возникающим между бо­ковой поверхностью сваи и грунтом  на­зывают висячими (рис. 4,15,6,в).
По способу погружения в грунт сваи бывают забивные и набивные. По мате­риалу изготовления забивные сваи бы­вают железобетонные, металлические и деревянные. Набивные сваи изгото­вляют непосредственно на строительной площадке в грунте.
Железобетонные сваи изготовляют сплошные квадратного (от 250 х 250 до 400 х 400 мм) и прямоугольного (250 х 350 мм) сечения, а также трубчато­го сечения диаметром от 400 до 700 мм. В основном применяют короткие сваи длиной 3...6 м. Трубчатые сваи могут быть с заостренным нижним концом или с открытым.
Деревянные сваи во избежание их быстрого загнивания используют лишь в грунтах с постоянной влажностью. Их изготовляют из хвойных пород диаме­тром в верхнем отрубе не менее 180 мм; кроме того, ствол деревянной сваи необ­ходимо покрыть битумными или дег­тевыми мастиками для предотвращения их загнивания.

Рис. 4.16. Свайные фундаменты:
а — однорядное расположение сваи, б — шахматное, в — двухрядное для зданий с каменными стенами, г — куст свай под колонну, д — свайные ростерки, 1 — свая, 2 — железобетонный сборный ростверк, 3 - сваи, 4 — арматура головы сваи, 5 — щебеночная или бетонная подготовка, 6 — монолитный железобетон­ный ростверк, 7 — колонна, 8 - сборный железобетонный оголовок сваи, 9 — бетон

Для защиты сваи от размочаливания при забивке на верхний ко­нец ее надевают стальной бугель, а на нижний — стальной башмак.
В зависимости от несущей способности и конструктивной схемы здания сваи раз­мещают в один или несколько рядов или кустами (рис. 4.16). Поверху железобе­тонные и металлические сваи объеди­няются между собой железобетонным ро­стверком, который может быть сборным или монолитным (рис. 4.16 ). При деревянных сваях ростверк также выполняют из дерева.
Выбор того или иного вида фундамен­та определяется в результате технико-экономического сравнения по основным показателям, В табл. 4Л приведены тех­нико-экономические показатели фунда­ментов. Из таблицы видно, что более экономичны крупнопанельные фунда­менты. Однако необходимо отметить, что расход металла для них больше по сравнению с блочными.

Таблица 4.1. Технико-зкономические показатели некоторых типов фундаментов