К фундаментам предъявляются следующие требования:
1) Прочность и устойчивость, которые обеспечиваются материалом фундамента, размерами его конструкции и допускаемым давлением на грунт;
2) Долговечность, достигаемая выбором водо- и морозостойких материалов;
3) Экономичность, достигаемая применением местных материалов и правильным выбором типа конструкции.
Фундаменты выполняются преимущественно из бутобетона, бетона и железобетона, в отдельных случаях при отсутствии необходимой механизации — из бутовой кладки.
Для кладки фундаментов в сухих песчаных грунтах допускаются хорошо обожженный глиняный кирпич или железняк и в исключительных случаях морозостойкие шлакобетонные камни (для малоэтажных жилых домов).
Бетон для бутобетонных и бетонных фундаментов применяется марок 75—100. В сухих песчаных и гравелистых грунтах допускается применение кирпичного щебня и шлакобетона. В бутобетоне содержание бута составляет 30—40%.
Железобетонные фундаменты выполняются из бетона марки не ниже 100.
Бутовый камень рекомендуется тяжелых пород с пределом прочности при сжатии от 200 до 450 кг/см2. В более прочных породах обычно нет надобности.
Применение дерева для фундаментов, находящихся выше уровня грунтовых вод, в капитальных зданиях не допускается. Для временных деревянных зданий допускаются деревянные фундаменты при условии обязательного антисептирования.
Фундаменты подразделяются:
1) по форме — на ленточные, столбовые и сплошные плиты;
2) по заложению — на фундаменты мелкого (выше глубины промерзания), среднего (до 5 м от поверхности земли) и глубокого (более 5 м) заложения;
3) по виду поддерживаемой конструкции—на фундаменты под стены и фундаменты под отдельные опоры;
4) по технологии возведения — на монолитные и сборные.
Конструктивная форма и глубина заложения фундаментов назначаются в зависимости от условий их нагружения, типа основных конструкций здания (несущие стены, каркас), несущей способности грунта, глубины залегания основания, уровня грунтовых вод и ряда других факторов.
Ленточные фундаменты под стены
Обычным фундаментом под массивными каменными стенами является непрерывный ленточный. Ширина ленты фундамента по верху определяется толщиной стены плюс 10—15 см на устройство обрезов. Бутовые фундаменты делаются не уже 50 см.
Ширина подошвы фундамента определяется несущей способностью грунта и нагрузками от здания.
Уширение фундамента к низу делается обычно уступами.
Отношение высоты уступов фундаментов каменной кладки к их ширине принимается не менее величин, приведенные в табл. 19.
Расчет фундамента ведется на 1 м длины.
При центральной нагрузке размер подошвы фундамента определяется по формуле:
Np — полная расчетная нагрузка на 1 м на грунт, включая вес фундамента и грунта на обрезах (в кг); расчетное сопротивление (в кг/см2) грунтов основания; в — ширина подошвы фундамента (в см).
Бутобетонные и бетонные фундаменты экономичнее бутовых. Применение их дает возможность механизировать производство работ и сократить кубатуру за счет уменьшения толщины кладки.
Железобетонные фундаменты применяются в том случае, когда требуется значительное развитие ширины ленты без увеличения ее высоты.
При заложении отдельных участков фундамента на разных отметках переход осуществляется уступами с отношением h : l < 1 : 2.
Таблица 19. Минимальные отношения высоты уступов фундамента к их ширине для бутовых и бутобетонных фундаментов
Марка раствора или бетона | Давление на грунт σ (в кг/см2) | |
σ≤2 | σ > 2,5 | |
50—100 | 1,25 | 1,50 |
10—35 | 1,50 | 1,75 |
4 | 1,75 | 2,00 |
Рис.71. Ленточные фундаменты: 1 — бутовый; 2 — бутовый на песчаной подушке; 3 — бутобетонный или бетонный; 4 — несимметричный; 5 — бетонный; 6 — железобетонный.
Столбчатые фундаменты под стены
При незначительных нагрузках, когда давление на грунт от фундамента менее допускаемого или когда слой грунта, могущий служить основанием, залегает на значительной глубине (3—5 м), непрерывные фундаменты целесообразно заменять столбчатыми. Столбы располагаются в углах здания, на пересечениях стен и вдоль стен на расстояниях, определяемых конструкцией рандбалок.
Для армированных кирпичных перемычек расстояние между столбами в свету не должно превышать 4,0 м, а зля рядовых не больше 2,5. При больших пролетах применяются железобетонные рандбалки (рис. 70), которые могут бетонироваться на месте или быть сборными.Во избежание выпирания рандбалок при пучении грунта под ними оставляется свободный зазор.
Столбчатые фундаменты в каркасных зданиях из сборных конструкций целесообразно делать сборными из заранее заготовленных элементов.
Фундаменты под столбы и стойки.
Фундаменты под отдельные опоры и стойки встречаются в зданиях с внутренним несущим каркасом и в каркасных зданиях.
Давление от колонны может передаваться непосредственно на фундамент или через подколонник. Размер подколонника определяется из условий смятия фундамента. Размер подошвы определяется расчетом.
При эксцентричной нагрузке рекомендуется центрировать подошву фундамента по равнодействующей сил, делая его несимметричным.
Высота железобетонных фундаментов проверяется расчетом на продавливание по периметру подколонника. Арматура ставится по расчету на скалывание и изгиб.
Ленточные и плитные фундаменты
В многоэтажных зданиях при большой нагрузке на колонны или при слабых грунтах фундаменты под отдельными опорами могут быть настолько большими, что становится целесообразным объединить их, превратив в систему неразрезных балок.
Фундаментные балки обычно выполняются из железобетона и могут быть в виде отдельных лент или перекрестных систем.
Ленты рассчитываются на отпор грунта как балки, лежащие на упругом основании. В первом приближении площадь подошвы ленточного фундамента принимается так, чтобы среднее давление на основание не превышало допускаемого. При этом стремятся избежать местных перенапряжений под колоннами и у концов лент путем устройства местных расширений и консолей.
Если вес здания или сооружения (например, в высоких зданиях) на единицу площади основания приближается к допускаемому давлению на грунт, то под зданием делают сплошную ребристую или безбалочную плиту, рассчитываемую на реактивное давление грунта.
Сборные фундаменты
Сборные фундаменты из плит или блоков заводского производства являются наиболее индустриальной конструкцией. Такие фундаменты можно возводить в зимних условиях без тепляков, с механизацией основных процессов. Блоки фундаментов делаются в виде бетонных или железобетонных подушек прямоугольной или трапециевидной формы. Размеры их назначаются, исходя из грузоподъемности монтажных кранов
Рис.72. Сборные фундаменты: 1 - общий вид; 2 — армированные блоки; 3 — основной и доборный блоки; 4 — неармированный блок; 6 — блок с пустотами.
Сборные подушки укладываются по выровненному грунту на слой утрамбованного песка толщиной около 10 см или на слой пластичного раствора толщиной 5 см, уложенного прямо на грунт. Выравнивание подушек под заданную отметку производится подсыпкой добавочного слоя песка или соответственно добавлением слоя раствора.
Сборные фундаменты применяются как при возведении ленточных, так и столбчатых фундаментов. При возведении ленточных фундаментов толщина вертикальных швов между подушками принимается равной 2,5—3 см. В случаях, когда по длине стены не укладывается полное число подушек, разрывы между ними заполняются на месте бетоном. Неровности верхней поверхности уложенных подушек (при применении подушек трапециевидной формы) в местах примыкания или пересечения стен также заполняются бетоном. Шов между верхней гранью фундаментных подушек и стеной может быть армирован. Фундаментные подушки разрешается укладывать с раздвижкой.
Фундаменты на искусственных основаниях
При необходимости устройства фундаментов на глубине свыше 5 м из-за характера напластований иногда целесообразно применять фундаменты глубокого заложения в виде свай-стоек, опускных колодцев, кессонов.
Сваи-стойки в зависимости от расположения уровня грунтовых вод и метода строительства могут быть деревянные, железобетонные забивные и набивные. В отличие от свай, применяемых для уплотнения грунта, их роль сводится к передаче нагрузки от ростверка к слою плотного грунта, на который они опираются.
Опускные колодцы (Рис.73) представляют собой кирпичные, бетонные или железобетонные открытые сверху и снизу конструкции, изготовляемые на поверхности и опускающиеся под действием собственного веса при удалении грунта из-под стенок. Колодец изготовляется на полную высоту или отдельными звеньями длиной 2—3 м.
Глубина опускания колодцев — 15 м и более. Обильные грунтовые воды сильно затрудняют работы по выемке грунта из-под опускных колодцев. В таких случаях применяют кессоны, представляющие собой железобетонные камеры (Рис.73), куда нагнетается сжатый воздух, вытесняющий воду.
Фундаменты, примыкающие к соседним зданиям
При устройстве фундаментов, примыкающих к мелко заложенным фундаментам соседних зданий, необходимо принять меры против выпирания грунта из-под существующего фундамента в период возведения нового. При небольшой разнице в глубине заложения прибегают к забивке шпунта в месте примыкания одного фундамента к другому. Если разница значительна, то может возникнуть необходимость в подведении новой кладки под старый фундамент до глубины заложения нового. Независимо от глубины заложения старого и нового фундамента в целях независимости осадок целесообразно обеспечивать между ними зазор (отступ) закладкой деревянных досок.
Рис.73. Искусственные основания: 1 — сваи-стойки; 2 — опускной колодец; 3 — кессон.
Стены подвалов
Стены, ограждающие подвальные помещения, выполняются из бутобетона, бетона и железобетона, а в отдельных случаях из бутовой кладки. Допускается также применение хорошо обожженного кирпича и морозостойких бетонных камней в песчаных и гравелистых грунтах при отсутствии грунтовых вод.
Преимущество отдается бетонным и бутобетонным стенам, поскольку они позволяют значительно уменьшить кубатуру за счет уменьшения толщины кладки и этим сократить расход основных материалов. При применении бетона и железобетона стены подвалов рекомендуется конструировать сборными.
Фундаменты стен подвалов закладываются на глубине не менее 50 см ниже пола подвальных помещений.
У входов, окон и грузовых люков устраиваются приямки, основные типы которых показаны на рис. 74.
Стены, ограждающие приямки, могут устраиваться на самостоятельных фундаментах. В этом случае должны быть приняты меры против деформации их вследствие выпучивания грунта (достаточное заглубление, песчаные подушки) и предусмотрена для обеспечения самостоятельной осадки отрезка их швами от здания.
Стенки неглубоких приямков делаются на консолях, выпускаемых из стен здания.
Если приямок открыт сверху, следует предусмотреть меры для удаления атмосферной влаги путем устройства уклона к выпускам, отводящим воду в дренаж, канализацию или песчаные прослойки.
Кирпичные стенки отдельных приямков, ограждающие небольшие окна, работают под давлением грунта на изгиб как горизонтальные балки. Предельные расстояния между опорами для стенок различной толщины из кирпича на цементном растворе даны в табл. 20.
Таблица 20.Расстояние между опорами кирпичных стенок (в м)
Толщина стены | Глубина приямка (в м) | ||||
1.0 | 1,5 | 2,0 | |||
1/2 кирпича | 0,65 |
|
|
| |
1 кирпич | 1,35 | 1,10 |
| 0,95 | |
1 1/2 кирпича | 2,00 | 1,70 |
| 1,45 | |
2 кирпича | 2,65 | 2,20 |
| 1,95 |
В целях индустриализации строительства стены подвалов целесообразно возводить из крупных блоков.
Для наружных стен применяются блоки из обычного бетона на щебне или гравии, а для внутренних возможно также применение блоков из шлакобетона. Они могут быть беспустотные и с пустотами.
Размеры блоков принимаются, исходя из грузоподъемности кранов, обычно в пределах 3 т.
Рис.74. Приямки: 1 — с лестницей для входа в подвал; 2 — оконный из сборных железобетонных элементов; 3 - оконный на консолях; 4 — загрузочного люка.
Для перемычек над окнами и дверями применяются армированные блоки.
При замоноличивании фундаментной кладки вертикальные швы между примыкающими блоками заполняются раствором. Для образования вертикальной шпонки из раствора при формовании в блоках устраиваются пазы.
Кладка стен, подвалов из крупных блоков производится на растворе с перевязкой вертикальных швов. Для исключения возможности промерзания стен, возводимых из блоков, имеющих большие пустоты, последние необходимо заполнять термоизоляционным материалом. При сильно сжимаемых грунтах основания рекомендуется устраивать два конструктивно-армированных пояса, нижний — по верху фундаментных подушек и верхний — по обрезу фундамента под цоколем здания. Пояса армируются тремя стержнями диаметром 16 мм. Арматура нижнего пояса располагается в слое раствора толщиной 3—6 см, а верхнего — в слое бетона толщиной 10 см.
Для защиты арматуры от коррозии в нижнем поясе необходимо при его выполнении применять пластичный раствор.
Отверстия в кладке стен для пропуска труб устраиваются укладкой специальных блоков или раздвижкой рядовых.
Гидроизоляция подвальных помещений при сборных конструкциях устраивается так же, как и при монолитных.