Фундамент на естественном основании

Обновлено: 28.04.2024

Фундаменты являются основным и наиболее ответственным конструктивным элементом несущего остова здания.

Общие положения

Воздействия на фундаменты. Фундаменты работают в сложных условиях, подвергаясь силовым и несиловым воздействиям различного характера (рис. 6.1).

иловые воздействия – нагрузки от веса здания и грунта, силы пучения, сейсмические удары, упругая реакция грунта, вибрации – вызывают сжимающие, сдвигающие и изгибающие напряжения, результатом которых могут быть недопустимые деформации фундаментов и их разрушения.

Несиловые воздействия – переменные температура и влажность грунта и воздуха, избыточное увлажнение, воздействие агрессивных химических веществ и биологических факторов – могут привести к нежелательным разрушительным процессам в фундаментах.

Требования к фундаментам. Учет силовых и несиловых воздействий на фундаменты обуславливает основные эксплуатационные требования к ним:

- устойчивость на опрокидывание и скольжение;

- стойкость к воздействию грунтовых вод, химической и биологической агрессивности среды.

Кроме этого фундаменты должны удовлетворять требованиям технологичности устройства и экономическим требованиям минимума затрат средств, труда и времени на их возведение, что достигается индустриальными методами строительства.

Классификация фундаментов

По конструктивному типу и форме различают фундаменты (рис. 6.2):

- ленточные, располагаемые по всей длине стен или в виде сплошной ленты под рядами колонн;

- столбчатые, в виде отдельных опор под колоннами каркасных зданий, а также под стенами малоэтажных бесподвальных зданий;

- сплошные (плитные), представляющие собой монолитные плиты под всей площадью здания или его частью;

- свайные, в виде погруженных в грунт (устроенных в грунте) стержней – свай.

По материалу фундаменты могут быть: из природного камня, бутобетона, грунтобетона, бетона и железобетона.

По заглублению в грунт различают фундаменты: мелкого (до 5 м) и глубокого (более 5 м) заложения. Большинство зданий проектируется и строится с фундаментами мелкого заложения, которые имеют следующие отличительные особенности:

- нагрузка на основание передается преимущественно через плоскую подошву, в то время как глубокие фундаменты (например, свайные) нагрузку передают также и боковой поверхностью;

- соотношение размеров – ширины и высоты – незначительно, что позволяет рассматривать их как жесткие конструкции;

- устройство фундаментов осуществляется в отрываемых открытых котлованах или в полостях, создаваемых в массиве грунта.

По способу изготовления фундаменты могут возводиться монолитными, сборно-монолитными и сборными. Применение монолитных фундаментов наиболее рационально, так как они дешевле сборных и имеют лучшие технические характеристики.

По характеру работы конструкции фундаментов могут быть жесткими, работающими только на сжатие, и гибкими, рассчитанными на восприятие изгибающих усилий. Гибкие фундаменты выполняются из железобетона, что позволяет снизить расход бетона, но одновременно увеличивается расход стали.

По характеру нагружения различают центрально нагруженные и внецентренно нагруженные фундаменты.

По способу опирания на грунт различают фундаменты: непосредственно опирающиеся на грунт (на естественном основании); фундаменты трения – висячие сваи (на искусственном основании).

Общие принципы проектирования фундаментов

Глубина заложения фундамента – это расстояние от спланированной поверхности грунта до уровня подошвы фундамента (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Элементы фундамента: 1 – тело; 2 – подошва; 3 – обрез; 4 – ширина подошвы; 5 – глубина заложения; 6 – отметка глубины промерзания грунта; 7 – отметка уровня грунтовых вод (УГВ); 8 – планировочная отметка земли; 9 – отметка пола первого этажа; 10 – стена; 11 – перекрытие

Глубина заложения фундаментов принимается с учетом:

- назначения и конструктивных особенностей проектируемого здания;

- нагрузок и воздействий на фундаменты;

- глубины прокладки инженерных коммуникаций;

- существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

- инженерно-геологических условий площадки строительства (физико-механических свойств грунтов, характера напластований, наличия склонных к скольжению слоев и пр.);

- гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений;

- глубины сезонного промерзания грунтов.

Глубина сезонного промерзания зависит от климатических условий и вида грунта. Нормативная глубина сезонного промерзания d_fn для глинистого грунта определяется по СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика». Для пылеватых глин и суглинков, супесей, песков мелких и пылеватых принимается нормативная глубина для глинистого грунта с коэффициентом 1,2. В не пучинистых грунтах (крупнообмолочных, песках гравелистых, крупных и средней крупности) глубина заложения фундамента не зависит от глубины промерзания.

Нормативная глубина сезонного промерзания грунта принимается равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод ниже глубины сезонного промерзания грунтов.

Расчетная глубина сезонного промерзания грунта определяется по формуле:

где d_fn – нормативная глубина промерзания; k_h – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых зданий – по табл. 6.1; для фундаментов неотапливаемых зданий – 1,1.

Глубина заложения фундаментов отапливаемых зданий по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания назначается:

а) для наружных фундаментов: при грунтах скальных, крупнообломочных с песчаным заполнителем, песках гравелистых, крупных и средней крупности (т.е. непучинистых) – независимо от расчетной глубины промерзания; для остальных грунтов – не менее расчетной глубины промерзания;

б) для внутренних фундаментов – независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

Глубину заложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если:

- фундаменты опираются на мелкие пески и исследованиями установлено, что они не имеют пучинистых свойств;

- предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов под подошвой фундаментов (теплоизолированные фундаменты и др.);

- обеспечена пространственная жесткость фундаментов (малоэтажные бесподвальные здания с ленточными фундаментами).

Проектирование фундаментов на естественном основании заключается в определении размеров подошвы фундаментов и глубины его заложения. Размеры подошвы определяют расчетом.

Глубина заложения фундаментов принимается с учетом:

- назначения, конструктивных особенностей проектируемого здания;

- нагрузок и воздействий на фундаменты;

- глубины прокладки инженерных коммуникаций;

- существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

- гидрогеологических условий площадки и возможных их изменений;

- глубины сезонного промерзания грунтов.

Ленточные фундаменты

Ленточные фундаменты устраивают в виде лент под стены зданий и по форме в плане они повторяют очертание стен. Ленточные фундаменты не только несущие конструкции, но и ограждающие помещений цокольного или подвального этажей.

По очертанию в профилю ленточный фундамент под каменную стену представляет собой в простейшем случае прямоугольник.

Прямоугольное сечение фундамента по высоте допустимо лишь при небольших нагрузках на фундамент и достаточно высокой несущей способности грунта.

В большинстве случаев для передачи давления на основание, не превышающего нормативного давления на грунт, приходится уширять подошву фундамента.

Теоретической формой сечения фундамента с уширенной подошвой является трапеция. Уширение подошвы не должно быть большим во избежание появления растягивающих и скалывающих напряжений в выступающих частях фундамента и появления в них трещин.

На основе опыта установлены предельные углы наклона теоретической боковой грани фундамента к вертикали, при которой не возникают опасные растягивающие и скалывающие напряжения. Предельный угол α, называемый условно углом распределения давления в материале фундамента, составляет для бутовой кладки на сложном растворе состава 1:1:9 – 26°30′, на цементном растворе 1:4 – 33°30′, для бутобетона – 36°, а бетона – 45°.

Практически фундаменты делают ступенчатого сечения. В зданиях с подвалами сечение фундамента в пределах подвала устраивают прямоугольной формы с уширением ниже пола подвала, называемым подушкой.

Ширина бутовых фундаментов для обеспечения необходимой перевязки швов должна быть не менее 600 мм для кладки из рваного бута и 500 мм из бутовой плиты, а для бутобетонных фундаментов не менее 350 мм, при этом размеры камней должны быть не более 1/3 ширины фундамента. Бутобетонные и бетонные фундаменты менее трудоемки, но требуют устройства опалубки и большего расхода цемента. Высота ступеней в фундаментах составляет обычно около 500 мм, ширина – от 150 до 200 мм.

Наиболее индустриальны сборные фундаменты из железобетонных плит-подушек и бетонных стеновых блоков. Применение сборных фундаментов позволяет значительно сократить сроки строительства и уменьшить трудоемкость работ.

Плиты-подушечки изготавливают толщиной, преимущественно, 300 мм, шириной – от 600 до 3200 мм и длиной 1200, 2400 мм. Стеновые фундаментные блоки имеют размеры: высота 600 и 300 мм (доборные), ширина – 300, 400, 500 и 600 мм, длина – 600, 800, 900, 1200 и 2400 мм.

Блоки укладывают с перевязкой вертикальных швов, расстояние между которыми принимается не менее 0,4 высоты блока.

Для уменьшения количества типоразмеров фундаментных блоков по длине, а также для устройства вводов коммуникаций в теле ленточного фундамента оставляют проемы длиной не более 600 мм, которые впоследствии заполняют бетоном или кирпичом. При этом вышележащий блок должен перекрывать проем.

Под плиты-подушки устраивают выровненную песчаную подсыпку или укладывают слой тощего бетона толщиной 100 мм.

Для обеспечения пространственной жесткости фундаментов предусматриваются связи между продольными и поперечными стенами подвала перевязкой блоков и закладкой в горизонтальные швы сеток из арматуры диаметром 8 или 10 мм.

В случае несовпадения расчетной ширины подошвы фундамента с шириной типовой железобетонной плитой устраивают прерывистые фундаменты – укладкой плит с промежутками и их заполнением песком или грунтом.

В практике малоэтажного строительства (в зданиях без подвала) все большее распространение получают фундаменты мелкого заполнения с основанием в виде песчаной (песчано-гравийной) подушки.

Обеспечение требуемой жесткости такими фундаментами достигается устройством монолитных железобетонных фундаментов.

Высота противопучинистой подушки зависит от глубины промерзания грунтов, степени их пучинистости, нагрузки на фундамент, допустимых для надфундаментной части здания деформаций.

Рис. 6.6. Ленточные фундаменты: а – незаглубленный (фундамент-цоколь); б – мелкозаглубленный

Подушку укладывают слоями 150-200 мм с проливной водой и уплотнением.

В случаях, когда в слое сезонного промерзания имеются пучинистые грунты, способные воспринимать нагрузку от здания эффективным и экономически обоснованным является устройство поверхностных теплоизолированных фундаментов

Рис. 6.7. Мелкозаглубленные теплоизолированные фундаменты с теплоизоляционным элементом: а – под фундаментом; б – рядом с фундаментом

Их отличие от вышерассмотренных фундаментов мелкого заложения заключается в том, что под подошвой фундамента или рядом с ним укладывается специальный теплоизолирующий материал – эструдированный пенополистирол (ПСБС).

Под такими фундаментами грунт не промерзает и, как следствие, отсутствуют деформации подземных конструкций здания из-за пучения грунтов.

Переход от одной глубины заложения фундаментов к другой (на участке со значительным уклоном, при наличии подвала только под частью здания и др.) выполняется уступами.

Рис. 6.8. Схема устройства уступов при переходе от одной глубины заложения фундаментов к другой

В каменных фундаментах при плотных грунтах высота уступа должна быть не более 1 м, а расстояние между уступами – не менее их высоты. В малосжимаемых грунтах отношение высоты уступа к его длине должно быть меньше или равно 1/3, а в сильносжимаемых – 1/2. При этом высота уступа должна быть не более 0,5 м, в сборных фундаментах – 0,6 м.

При наличии уступов в ленточном фундаменте армированные швы должны перекрывать друг друга на разных уровнях не менее чем на 50 диаметров арматуры и больше удвоенного расстояния между швами по высоте. Точно так же армированные швы должны перекрывать проемы, имеющиеся в стенке фундаментов.

Если при подготовке основания в грунте обнаруживаются старые засыпанные колодцы, ямы, случайные слабые прослойки грунта, то во избежание неравномерной осадки фундаментов эти места нужно расчистить и заполнить кладкой, тощим бетоном или утрамбовать песком, а при возведении фундаментов над этими местами следует наложить армированные швы.

Столбчатые фундаменты

При незначительных нагрузках на фундамент, когда давление на грунт меньше нормального, непрерывные ленточные фундаменты под стены малоэтажных зданий целесообразно заменять столбчатыми. Столбчатые фундаменты наименее трудоемкий и наиболее дешевый тип фундаментов. Они в 1,5-4 раза дешевле ленточных. Фундаментные столбы (бутобетонные, бетонные или железобетонные, монолитные и сборные) перекрывают железобетонными фундаментными балками (сборные или монолитные), на которых возводится стена. Расстояние между осями фундаментных столбов принимают 2,5-3 м. Столбы располагают обязательно под углами здания, в местах пересечения наружных и внутренних стен. Для того чтобы устранить возможность выпирания фундаментной балки вследствие пучения расположенного под ней грунта, под ней устраивают подушку из песка или шлака толщиной не менее 0,5м.

Рис. 6.9. План столбчатых фундаментов

Свайные фундаменты

Для малоэтажных бесподвальных зданий свайные фундаменты применяются в случае залегания на поверхности слабых сильносжимаемых грунтов.

Свайный фундамент представляет собой ряд (ряды) свай, объединенных монолитным раствором.

В малоэтажных зданиях нагрузки на сваю как правило не превышают 150-200 кН. Поэтому наиболее эффективны сваи предварительно напряженные железобетонные сплошного сечения (250х250 и 300х300 мм) без поперчного армирования, пирамидальные сваи, забивные блоки и монолитные (буронабивные сваи).

Забивные сваи погружают в грунт забивкой, вибрированием или вдавливанием. Чаще всего применяют забивку сваебольными молотами. Погружение вибрированием осуществляется в насыщенные водой пески. Вдавливание сваи принимают в случаях, когда нельзя использовать динамические воздействия (вблизи существующих зданий особенно при песчаных и супесчаных грунтах, способных уплотняться от колебаний).

Рис. 6.10. Сборные железобетонные сваи: а – квадратного сечения без поперечного армирования; б – пирамидальная; в – забивной блок.

Буронабивные сваи выполняются из бетона, железобетона, грунтобетона, грунтоцемента, щебня, которые укладываются в скважину диаметром 0,5-0,8 м, глубиной погружения 1,5-2,0 м. При сыпучих грунтах стенки скважины закрепляют осадной трубой.

При проектировании свайных фундаментов малоэтажных зданий как правило сваи располагают в один ряд по геометрическим осям стен. В первую очередь сваи размещают в углах здания, в местах пересечения стен. Шаг свай в ряду определяют расчетом в зависимости от нагрузки и несущей способности свай и обычно принимается от 3 до 8 диаметров сваи.

Оптимальный шаг свай квадратного сечения – 1,5-1,8 м. Ширину монолитного железобетона принимают обычно равной ширине стены, но не менее 300 мм, а высоту – 400-500 мм.

Рис. 6.12. План фундамента с буронабивными сваями

Сплошные фундаменты

При неравномерных осадках, слабом грунте оснований, когда необходимо защитить подвал от проникновения грунтовой воды при высоком ее уровне, если пол подвала подвергается снизу большому гидростатическому давлению целесообразно применять монолитные или сборные плитные фундаменты под всей площадью возводимого здания.

В первом случае когда плита располагается в уровне планировочной отметки земли, плита «Подошва» имеет утолщенные ребра по контуру под несущие стены. Во втором случае (при наличии подвала) плиту укладывают на определенном заложении и прокладывают перфорированные дренажные трубы для отвода грунтовых вод.

Рис. 6.13. Монолитные сплошные фундаменты: а – в уровне планировочной отметки земли; б – с глубоким заложением.

Для устройства плиты грунт уплотняют, производится засыпка гравием, щебнем толщиной не менее 100 мм, служащая дренажным слоем. По нему укладывают гидроизоляцию в виде полиэтиленовой пленки толщиной 0,15 мм. При повышенном уровне грунтовых вод выполняют более мощную гидроизоляцию – армированную битумную пленку, заложенную между двумя слоями полиэтилена. Гидроизоляция препятствует проникновению влаги в монолитную плиту.

В настоящее время накоплен большой опыт по возведению экономичных малозаглубленных фундаментов. Наиболее рациональным способом защиты пучинистого грунта от промерзания является устройство горизонтальной теплоизоляции, укладываемой внутри под фундаментами или рядом с ними по наружному периметру стен в отапливаемых зданиях, в неотапливаемых – с двух сторон наружных фундаментов. Ширину изоляционного слоя рекомендуется принимать не более величины, равной глубине сезонного промерзания грунтов.

Рис. 6.14. Горизонтальная теплоизоляция фундаменто

Рис. 6.15. Мелкозаглубленные сплошные фундаменты: а – с утеплителем внутри фундамента; б – с утеплителем снаружи фундамента; в – с утеплителем снаружи фундамента; г – с утеплителем с внутренней стороны фундамента

Проектирование оснований и фундаментов выполняется в соответствии с действующими СНиП [4, 5, 6]. При проектировании оснований и фундаментов необходимо учитывать следующие положения:

– обеспечение прочности и эксплуатационных требований зданий и сооружений (общие и неравномерные деформации сооружения не должны превышать допустимые);
– максимальное использование прочностных и деформационных свойств грунтов;
– максимальное использование прочности материала фундаментов;
– достижение минимальной стоимости, материалоемкости и трудоемкости.

Выбор типа оснований или конструктивных решений фундаментов выполняется на основании сравнений технико-экономических показателей, получаемых с помощью вариантного проектирования [1, 2, 3, 7].

3.2. ТИПЫ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ И ОБЛАСТЬ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ

При большом различии инженерно-геологических условий площадок строительства на территории СССР, а также разнообразии конструкций зданий и сооружений, применяемых в массовом строительстве, используются в основном столбчатые, ленточные и плитные фундаменты на естественном, уплотненном или искусственно закрепленном основании и свайные фундаменты.

Предварительная оценка области применения фундаментов различных типов в зависимости от грунтовых условий может быть выполнена с помощью табл. 3.1, в которой указаны случаи безусловного применения фундаментов соответствующего типа либо случаи, когда необходимо выполнение вариантного проектирования.

3.3. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Под технико-экономическими показателями оснований и фундаментов зданий и сооружений понимаются технические и экономические характеристики проектного решения.

К техническим показателям относятся тип оснований и конструкции фундаментов, расчетные данные о деформируемости и прочности грунтов основания (ожидаемые осадки, перемещения, крены и т.п.), данные об использовании прочности материала фундаментов, материалоемкость. к экономическим показателям относятся приведенные затраты, сметная стоимость (себестоимость), трудоемкость изготовления и возведения, продолжительность работ, капитальные вложения в материально-техническую базу строительства, эксплуатационные расходы (если деформируемость оснований требует дополнительных затрат на ремонт или усиление конструкций зданий либо сооружений для обеспечения их пригодности в течение эксплуатационного периода). Полный перечень экономических показателей приведен в табл. 3.2.

ТАБЛИЦА 3.1. ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ

Основания	Грунты		Тип фундамента
Основания	прорезаемые	основания	на естественном основании	на уплотненном или искусственно закрепленном основании	свайные
Однослойные	Слабые Средние Прочные		± ± +	± ± –	± ± –
Двухслойные	Слабые	Средние Прочные	± ±	± ±	± +
	Средние	Слабые Прочные	– ±	± –	± ±
	Прочные	Слабые Средние	± ±	± ±	– –

Условные обозначения: «+» — рекомендуется для применения; «±» — требуется вариантное проектирование; «–» — не рекомендуется для применения.

ТАБЛИЦА 3.2. ПОЛНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Показатели	Единица
Стоимостные
Приведенные затраты	руб.
Сметная стоимость (себестоимость) возведения оснований и фундаментов	– \|\| –
Капитальные вложения в материально-техническую базу строительства	руб./год
Эффект от ускорения строительства	руб.
Экономическая оценка фактора дефицитности стали	– \|\| –
Эксплуатационные затраты	– \|\| –
Натуральные
Продолжительность возведения	смена
Затраты труда, всего	чел.-дн.
В том числе: на изготовление материалов, конструкций, полуфабрикатов и их транспортирование на устройство оснований и возведение фундаментов	– \|\| –

Технико-экономические показатели определяются, как правило, для основания и фундаментов здания и сооружения. Для анализа технико-экономических показателей вариантов проектных решений фундаментов должна быть выбрана сопоставимая единица измерения. В качестве такой единицы могут приниматься 1 м 2 общей площади здания, 1 фундамент, 1 м стен, единица расчетной нагрузки от здания или сооружения и т. п.

Оптимальное проектное решение принимается по минимуму приведенных затрат [1]. Приведенные затраты определяются с учетом себестоимости возведения основания и фундаментов, капитальных вложений в материально-техническую базу строительства, эксплуатационных затрат, фактора дефицитности материальных ресурсов и экономического эффекта, который может быть получен в случае сокращения общей продолжительности строительства. При отсутствии информации о различии продолжительности и трудоемкости устройства фундаментов по сравниваемым вариантам и других данных, необходимых для определения показателей приведенных затрат, допускается на стадии разработки проекта использовать показатели сметной стоимости.

Методические рекомендации по экономической оценке архитектурно-строительных решений промышленных зданий и сооружений

Анализ других показателей выполняется для выявления факторов, влияющих на рациональность применения того или иного решения, и определения путей совершенствования конструкций фундаментов. Например, себестоимость служит для определения возможного снижения стоимости устройства оснований и фундаментов за счет применения рациональных решений. Аналогичное назначение имеет анализ показателей материалоемкости, трудоемкости изготовления, продолжительности работ. Показатели материалоемкости и капитальных вложений в материально-техническую базу строительства используются также для обоснования предложений по развитию более эффективных конструкций (фундаментов, свай и др.) и определения требуемых объемов капитальных вложений в строительную индустрию.

Фундаменты на естественном основании различаются: по конструкции — на отдельные, ленточные, сплошные и массивные; по материалу — на бетонные и железобетонные (сборные и монолитные), кирпичные, бутовые, из пиленого камня и др.; по назначению — на фундаменты под здания (жилые, промышленные и т. п.), сооружения, оборудование.

Отдельные фундаменты представляют собой столбы с развитой опорной частью, передающие на грунт сосредоточенные нагрузки от колонн, углов зданий, опор рам, балок, ферм, арок и других элементов. Для установки колонн в верхней части отдельных фундаментов устраиваются углубления — «стаканы». Такие фундаменты принято называть отдельными стаканного типа.

Ленточные фундаменты применяются для передачи нагрузки от протяженных элементов строительных конструкций — стен зданий, сооружений, опорных рам оборудования и т.п. По расположению в плане они различаются на перекрещивающиеся и параллельные.

Сплошные фундаменты сооружаются под всей площадью здания. По конструктивным решениям они разделяются на плитные и коробчатые. Плитные фундаменты в свою очередь могут быть ребристыми (кессонными) и гладкими.

Массивные фундаменты устраиваются под башни, мачты, колонны, тяжело нагруженные опоры искусственных сооружений (мостовые опоры), под машины, станки и другое оборудование.

Классификация фундаментов на естественном основании по конструкции приведена на рис. IV-1, а по применяемым материалам — в табл. IV-1.

Классификация фундаментов на естественном основании по применяемым материалам

Тип фундамента	Материал
	бетон и железобетон		бут	кирпич	пиленый камень
	сборный	монолитный
1. Отдельные: Бесстаканные Стаканные 2. Ленточный 3. Сплошной 4. Массивный	+ + + – –	+ + + + +	+ – + – +	+ – + – +	+ – + – +
Примечание. Знаком + отмечены материалы, применяемые для перечисленных фундаментов.

Смородинов М.И. Справочник по общестроительным работам. Основания и фундаменты

К фундаментам на естественном основании относят следующие виды:

ленточный;
плитный;
столбчатый.

При расчётах глубины заложения оснований данного вида учитывают свойства грунта и предполагаемую нагрузку, которая будет действовать на фундамент. Важными факторами, определяющими параметры конструкции, также являются:

высота размещения перекрытий первого этажа (относительно поверхности грунта);
наличие подвального помещения либо его отсутствие и пр.

Фундаменты на естественном основании – это чаще всего железобетонные конструкции, которые могут быть сборными или монолитными. В первом случае сборка осуществляется из отдельных типовых элементов, изготавливаемых на специализированных производствах. Монолитные фундаменты возводят на месте, используя бетонную смесь, каркас, опалубку и другие строительные материалы. Яркий пример монолита – плитный фундамент.

Ленточный фундамент

Это самый распространённый вариант в строительстве высотных, малоэтажных домов и сооружений с несущими стеновыми конструкциями. Параметры ленточного фундамента определяются свойствами грунта и зависят от нагрузки на основание.

Для малых строительных объектов, когда нет возможности применять сборные конструкции из железобетона, устраивают монолитный ленточный фундамент. Этот вид относительно недорогой, простой в исполнении, при его реализации допускаются отклонения, поэтому к строительству могут привлекаться рабочие без специальной квалификации.

Если позволяют условия, ленточный фундамент проектируют из сборных блоков железобетона. За счёт использования типовых элементов сроки возведения такой конструкции значительно сокращаются, что важно при строительстве крупных объектов. Кроме того, ленточный фундамент из железобетонных блоков можно строить в любое время года, независимо от погоды и температуры наружного воздуха.

СНиП не ограничивают применение ленточного фундамента какими-либо условиями. То есть данный вид основания можно устраивать на любых грунтах и при любых нагрузках. Однако при планировании ленточного фундамента на сложной местности и на слабых грунтах необходимо проводить более глубокие инженерные исследования и просчитывать смету, сумма в которой может оказаться значительно выше заложенного на строительство бюджета. Таким образом, ленточное основание здания целесообразно устраивать на обычных грунтах при условии малой нагрузки.

Плитный фундамент

Монолитная плита в основании строения производит впечатление незыблемости и надёжности. Для создания плитного фундамента требуется большое количество бетона, поэтому стоимость такой конструкции достаточно высокая. В данном случае цель действительно оправдывает средства. По сравнению с другими видами оснований плитный фундамент выдерживает любые нагрузки и отличается лучшей устойчивостью.

Современные технологии позволяют значительно снизить расход бетона для плитного фундамента и, следовательно, уменьшить денежные траты. Строители применяют опалубку, которая даёт возможность заливать плиты с пустотами внутри. Такие конструкции по своим свойствам ничем не отличаются от монолитных оснований – так же хорошо держат нагрузку, не деформируются и не разрушаются. При равных показателях надёжности плиты с пустотами стоят дешевле и весят гораздо меньше. Таким образом, можно эффективно экономить до 40 % бетона.

Кроме этого, для снижения расходов на строительство применяют плиты с рёбрами жёсткости, что положительно сказывается на стоимости фундамента. Экономия в данном случае может достигать 60 %.

Однако плиты с рёбрами жёсткости не применяют в высотном строительстве, то есть там, где присутствуют высокие нагрузки на основание. Сэкономив на бетоне, производители не теряют в прочности блоков, но установленная на грунт плита под воздействием высокой нагрузки может вызвать серьёзную осадку и, как следствие, деформацию строения. Поэтому плиты с рёбрами жёсткости применяют лишь при возведении домов с количеством этажей не более четырёх. Экономичность такого фундамента соответствует параметрам ленточного основания. Кроме того, монолитные конструкции препятствуют проникновению в дом радона, который образуется в толще грунтов и выделяется наружу. Это очень важное преимущество плитного фундамента, не свойственное другим видам оснований.

Строительство здания на плитном фундаменте потребует серьёзного подхода и глубокой проработки проекта. Если другие виды оснований не требуют особой точности исполнения, то для возведения монолита нужно приглашать опытных квалифицированных работников.

Столбчатый фундамент

Для строительства каркасных домов идеальным решением станет столбчатый фундамент. Но при условии, что не будет ограничений по свойствам грунтов. Схему каркасного строения можно применять к любому объекту независимо от количества уровней (этажей), если это экономически выгодно. Элементами столбчатого основания являются плиты малого размера, которые устанавливают прямо под колонной каркаса. Фундамент может быть как монолитом, так и собираться из нескольких частей (блоков). Выбор схемы зависит от нагрузки, возможности применения данного типа конструкции и др. Однако следует учитывать, что столбчатый фундамент не устраивают на слабых грунтах. В этом случае потребуется в первую очередь принудительно изменить свойства грунта, но тогда и фундамент будет классифицироваться как конструкция на искусственном основании.

Фундамент — это наиважнейшая часть любой постройки. От надежности фундамента зависит надежность всего здания или сооружения.

Для того чтобы дом покоился на надежном фундаменте, а не трещал по швам и рассыпался, необходимо основательно подойти, в первую очередь, к выбору типа фундамента. Для этого нужно понимать какие бывают фундаменты и в каких случаях каждый из них следует применять.

Фото: характерные наклонные трещины от неравномерной осадки фундамента

Как это бывает в большинстве случаев, у каждого типа фундамента есть и преимущества, и недостатки. Не углубляясь в тонкости, попробуем выяснить какой фундамент подходит для Ваших условий больше.

[Фундамент — несущая строительная конструкция, часть здания или сооружения, которая воспринимает все нагрузки от сооружения, перераспределяет их и передает на грунтовое основание]

2. Типы грунтовых оснований для фундаментов

Основание фундамента — слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и воспринимающие нагрузку от него. Основания могут быть естественными и искусственными.

Естественное основание – это грунты природного сложения, не подвергавшиеся никакому вмешательству со стороны человека и образовавшиеся естественным путем.

Искусственные основания – это слои грунта, появившиеся в результате целенаправленных действий человека. Из искусственных оснований часто применяются – планомерно возведенные насыпи, песчаные и грунтовые подушки, слои грунта, уплотненные тяжелыми трамбовками, искусственно закрепленные грунты.

Проектирование искусственных оснований необходимо в случае если никакие типы фундаментов в данных конкретных грунтовых условиях не могут обеспечить требуемую прочность, жесткость и устойчивость здания/сооружения, или это экономически невыгодно.

Например — если на месте строительства Вашего дома оказался небольшой участок с залежами торфа толщиной около 1м, а вы планировали возведение малозаглубленного фундамента или полов по грунту, то целесообразно заменить этот слой слабого грунта на песок с послойным уплотнением – это и будет искусственным основанием. Такое решение позволит избежать неприятностей с фундаментом в будущем и сэкономить некоторую сумму денег.

3. Основные типы фундаментов

Основных типов фундаментов всего 4:

1. Столбчатые (отдельные) фундаменты – отдельные, не связанные между собой опоры под стены или колонны здания, имеющие сравнительно небольшую глубину заложения.

2. Ленточные фундаменты – сплошные линейные фундаменты под несущие стены здания.

3. Плитный фундамент – сплошная фундаментная плита, как правило из монолитного железобетона, сразу под все сооружение или под секцию сооружения.

Свайные ростверки

Свая – стальной, железобетонный (а иногда и деревянный) стержень, погруженный в грунт сквозь слабые слои для передачи нагрузки на более прочные грунты основания, как правило расположенные на глубине более 4 м.

4. Свайные фундаменты – ленточные, столбчатые или плитные фундаменты, опертые на сваи.

[В случае опирания на сваи, конструкция, объединяющая несколько свай, называется свайным ростверком (столбчатым, линейным или плитным)]

4. Какие грунты под фундаментом?

Важнейшим этапом проектирования фундамента являются инженерно-геологические изыскания. Правильнее изыскания выполнять еще до начала проектирования.

[Инженерно-геологические изыскания – комплекс работ по изучению грунтов и грунтовых вод в основании будущего сооружения. Включают в себя как минимум бурение разведочных скважин с отбором образцов грунта и грунтовой воды и последующим испытанием их в грунтовой лаборатории]

Дело в том, что фундамент, как отмечалось выше – важнейшая часть любого сооружения, и правильность выбора параметров фундамента напрямую зависит от правильности и полноты сведений о грунтах в его основании.

Пример инженерно-геологического разреза

Даже лучшие инженеры-проектировщики в области фундаментов не смогут правильно запроектировать конструкцию, если у них неверные или неполные сведения о грунтах в основании. Проект будет заведомо ошибочным, или фундамент окажется избыточно дорогим и трудоемким.

[Недостаток сведений о грунтах при проектировании фундамента можно перекрыть только большими запасами по прочности и, как следствие, перерасходом финансов, но и это не дает гарантии надежности]

Если вы не знаете какие грунты залегают под вашим будущим фундаментом то попробуйте поспрашивать соседей которые уже начали или даже окончили строительство на своих участках. Если и у соседей не окажется информации о инженерно-геологических изысканиях то рекомендую прочитать статью определяем тип и характеристики грунта самостоятельно без лаборатории.

5. Столбчатые (отдельные) фундаменты – все за и против

Отдельно стоящие столбчатые фундаменты применяются не только в малоэтажном строительстве, но и при строительстве производственных, торговых, административных и жилых зданий.

Глубина заложения таких фундаментов обычно сравнительно небольшая — от 0 до 3,0 метров, размеры в плане меняются в широких приделах от 0,3х0,3 для деревянных построек до 4,5х4,5 м под колонны многоэтажных зданий. Располагаются отдельные столбчатые фундаменты с определенным шагом вдоль стен или под узловыми точками здания (углами, колоннами, пересечением балок и т.д.) и не связаны между собой ничем кроме надземной части зданий или сооружения.

[Когда говорят «столбчатый фундамент» имеют ввиду не фундамент в виде столба небольшого сечения, а фундамент имеющий колонную часть — столб и плитную часть — подошву.]

Вообще в литературе времен СССР отдельный столбчатый фундамент на естественном основании под колонны был основным решением для каркасных зданий по технико-экономическим показателям (самый дешевый вариант). То есть его применение рассматривалось ранее всех остальных вариантов.

Когда столбчатые отдельные фундаменты следует применять?

прежде всего когда проектируется/строится каркасное здание, то есть нагрузка на основание предается точечно, от каждой колонны каркаса отдельно.
когда недалеко от поверхности (на глубине 1,5-3 м) залегают достаточно прочные грунты, которые могут воспринимать расчетные нагрузки от здания при сравнительно небольших размерах подошвы фундамента (в моей практике самая крупная подошва ступенчатого фундамента была размером 4,5х4,5 м, но это не предел);
При малоэтажном строительстве под не ответственные деревянные постройки (баня, сарай) при сухих прочных грунтах — применяют малозаглубленные или поверхностные столбчатые фундаменты как максимально простой и дешевый вариант.

Бывают случаи, когда столбчатые фундаменты – единственное рациональное решение даже при строительстве крупного объекта. Как правило эта ситуация происходит когда характеристики грунтов ухудшаются по мере увеличения глубины их залегания.

Например, при разработке проекта для двухэтажного торгового центра в его основании в верхней части геологического разреза оказались достаточно прочные грунты , а нижние слои становились тем слабее, чем глубже они залегают вплоть до глубины 10-12 м. Применение свай в таких условиях только ухудшает положение, а ленточные и плитные фундаменты не выгодны из-за большого шага колонн (9х9 м).

Преимущества столбчатого фундамента:

Самая невысокая стоимость из всех типов;
Простота возведения.

Недостатки:

Требуют дополнительных конструкций для опирания стен здания (монолитный цоколь, фундаментные балки), а для зданий с подвалам требуется отдельное возведение стен подвала;
Фундаменты не связаны между собой и, как следствие, не перераспределяют нагрузки. Для исключения неравномерных осадок, фундаменты должны иметь точно подобранные размеры подошвы в зависимости от действующей нагрузки на них — если нагрузки разные, то и размеры фундаментов разные;
Применимы только на относительно прочных и однородных грунтах.

При малоэтажном строительстве столбчатые фундаменты можно порекомендовать только для деревянных дачных построек, или если в основании действительно прочные грунты (гравий, средний или крупный песок, скала).

Для домов из жестких каменных материалов (кирпич, газобетон) такие фундаменты не подходят из-за большого риска неравномерных осадок, что для тяжелых хрупких стен недопустимо.

Кроме того, применение столбчатых фундаментов вызывает необходимость в создании какого-либо жесткого цоколя здания (фундаментные балки, нижняя деревянная обвязка или др.) на который будут опираться стены здания, а если здание с подвалом необходимо отдельно возводить стены подвала.

6. Ленточные фундаменты – когда они нужны?

Ленточный фундамент выполняется в виде непрерывного замкнутого в плане контура (ленты) под всеми наружными и внутренними несущими стенами здания. А если есть несущие стены, значит здание не каркасное. Иногда ленточный фундамент применяют и для каркасных зданий, но как правило при небольшом шаге колонн – до 6х6 м и относительно слабых грунтах.

Ленты могут быть малозаглубленные:

Малозаглубленный ленточный фундамент

Заглубленный ленточный фундамент

Ленточный фундамент в общем случае состоит из стеновой и плитной (подошвы) частей . Стены и подошва ленточного фундамента могут выполняться сборными – из блоков ФБС, или монолитными – из армированного железобетона, залитого на прямо на месте.

[Для сборного ленточного фундамента из блоков ФБС и др. штучных материалов очень желательно выполнять сплошные армированные монолитные пояса по верху блоков, и монолитную ленту в основании стен из блоков. Тогда такой фундамент будет намного лучше сопротивляться неравномерным деформациям и перераспределять нагрузки на основание]

Преимущества ленточного фундамента перед столбчатым:

Большая суммарная площадь подошвы. Это позволяет передавать распределенную нагрузку на более слабые грунтовые основания;
Неравномерные нагрузки от здания перераспределяются за счет большой жесткости и прочности конструкции фундамента. Это снижает среднюю осадку фундамента и неравномерные деформации;
Сразу образуются стены подвала и опоры для вышерасположенных стен.

Недостатки:

Более высокая стоимость и трудоемкость чем у столбчатого варианта;
При неравномерных нагрузках в лентах возникают большие усилия, для восприятия которых требуются серьезное армирование;
Нет возможности передавать большие точечные нагрузки на основание, т.к. ширина подошвы ленты ограничена.

Если Вы сэкономили на армировании и монолитном поясе и ленточный фундамент не выдержал нагрузок, в нем появились трещины, то он по своей сути превращается в столбчатый – отдельные фрагменты работаю независимо друг от друга, перераспределения усилий между фрагментами не происходит, увеличиваются неравномерные деформации.

В целом для малоэтажного строительства это наиболее оптимальный вариант если грунты недалеко от поверхности достаточно прочные (на глубине 1,5-3 м).

7. Плитные фундаменты – область применения, преимущества, недостатки

Плитные фундаменты применяют при специальном технико-экономическом обосновании. Они распределяют нагрузки от надземной части здания на очень большую площадь, но при этом в самой плите возникают огромные напряжения. Для того чтобы воспринять эти нагрузки без разрушения и излишних деформаций, необходимо выполнять плиту очень мощной с надежным армированием (толщина плиты многоэтажных домов достигает 1,5 м и более). Да и вообще перекрыть всю площадь под зданием плитой толщиной 0,5 м – очень накладно.

Преимущества плитного фундамента:

Применим на слабых основаниях, самый надежный вариант на естественном основании при правильном проектировании;
Снижает осадки и неравномерные деформации основания даже при слабых грунтах;
Для зданий с подвалом сразу служит несущей плитой пола.

Недостатки:

В конструкции возникают очень большие усилия, особенно от точечных нагрузок, восприятие которых требует больших затрат на бетон и арматуру;
Еще более высокая стоимость и трудоемкость;

Применяют плитный фундамент, когда в основании сооружения слабые грунты (площади подошвы столбчатых и ленточных фундаментов недостаточно), а применение свай не дает ожидаемого увеличения несущей способности.

Фундамента плитного типа в малоэтажном строительстве применяют при небольших размерах дома и простой форме здания. Основные преимущества данного основания — простота сооружения, возможность применения в сложных грунтовых условиях: пучинистых, слабых и просадочных грунтах, а также высокая надежность при мелкой заглубленности . Однако такие фундаменты сравнительно дороги из-за большого расхода бетона и металла на арматуру.

8. Свайные фундаменты – когда без них никак?

Свайные фундаменты выполняются в виде:

отдельных столбчатых свайных ростверков под колонны каркаса;
линейных ростверков, в том числе и непрерывных замкнутых ленточных фундаментов на свайном основании;
плитных ростверков – монолитные (редко сборные) фундаментные плиты, опертые на сваи;
иногда применяют одиночные сваи под колонны.

Нагрузка от ростверка передается на сваи, а те в свою очередь передают ее на грунтовое основание своими боковыми поверхностями и нижними концами (лопастями, если сваи винтовые). Обычно на нижний конец сваи приходится основная нагрузка, а боковые поверхности передают меньшую часть усилия.

Сваи по типу погружения в основном применяют: забивные, буронабивные и винтовые. На типах свай останавливаться подробно не будем, на этот счет см. соответствующие статьи. По материалу сваи бывают железобетонные , стальные, иногда деревянные.

Преимущества свайного фундамента:

Позволяет пройти слабые грунты и передать нагрузки на заглубленные плотные геологические слои;
Позволяет воспринимать не только сжимающие нагрузки, но и выдергивающие и горизонтальные усилия, хорошо сопротивляется морозному пучению;
При правильном проектировании очень высокая надежность фундамента.

Недостатки:

Самая высокая стоимость и трудоемкость;
Необходимость возведения свайного ростверка;
Необходимость применения спец. техники для погружения свай или бурения скважин;
Стальные сваи подвержены коррозии в агрессивных грунтовых условиях, а антикоррозионные покрытия часто повреждаются при погружении свай.

[Сваи, вопреки бытовому мнению, не дают никакой гарантии от осадок и перекосов фундаментов, а в некоторых грунтовых условиях могут быть вообще неприменимы (например, при текучих суглинках и глинах под нижними концами свай)]

В целом сваи применяют, когда необходимо передать нагрузки на заглубленные плотные грунты минуя верхние слабые слои, или, когда при сравнении вариантов, фундаменты на естественном основании оказываются дороже чем свайные.

Исключением являются свайные фундаменты из винтовых свай под деревянные малоэтажные дома и постройки – они выполняются без ростверка, под обкладной брус. Имеют сравнительно небольшую стоимость и высокую надежность, поэтому могут быть выгоднее других вариантов и рекомендованы к применению при определенных грунтовых условиях.

Сваи из стальных труб, заполненных бетоном, объединенные железобетонным ростверком

Минимальная глубина погружения сваи, применяемой в строительстве как правило 4,0 м. Если глубина будет меньше – по сути получится столбчатый фундамент, погруженный в грунт без откопки котлована.

9. Заключение

Выбор типа фундамента — сложная задача, требующая учета множества факторов и точных сведений о грунтах основания.

Краткое описание фундаментов в этой статье может помочь Вам определиться с выбором и, если он сделан, то следует переходить к более глубокому изучению выбранного типа фундамента.

Читайте также: