Общие сведения об основаниях и фундаментах

Обновлено: 17.04.2024

Фундаменты - это часть здания, расположенная ниже отметки дневной поверхности грунта. Их назначение – передать все нагрузки от здания на грунт основания. В случаях, когда под зданием устраивают подвалы, фундаменты выполняют роль ограждающих конструкций подвальных помещений.

Работа фундаментов протекает в сложных условиях. Они подвергаются влиянию разнообразных внешних воздействий, как силовых, так и несиловых. Силовые воздействия: нагрузки от массы здания и грунта, отпор грунта, силы пучения, сейсмические удары, вибрация – вызывают появление различного вида напряжений, результатом которых могут быть недопустимые деформации и разрушения. Несиловые воздействия: переменные температура и влажность, избыточное увлажнение, воздействие химических веществ, деятельность грибков и бактерий – могут привести как к появлению напряжений и разрушений в фундаментах, так и к нарушению эксплуатационного режима помещений зданий.

Чтобы противостоять различного рода воздействиям и обеспечить необходимые условия эксплуатации здания, фундаменты должны быть прочными, долговечными, устойчивыми, стойкими к воздействию грунтовых вод, химической и биологической агрессии.

Разнообразие материалов и конструктивных решений зданий, климатических и грунтовых условий определило множество различных видов фундаментов, используемых в современном строительстве.

Фундаменты классифицируют по конструктивным схемам, материалу, характеру работы, глубине заложения и способу возведения.

По конструктивной схеме фундаменты различают ленточные, отдельностоящие (столбчатые), свайные и сплошные (рис.1, 2).

Рис. 1. Конструктивные схемы фундаментов жилых зданий:
а – ленточный монолитный, фрагмент плана и разрез; б – свайные с монолитным
ростверком; в – столбчатые под несущие стены; г – столбчатые для каркасного здания

Рис. 2. Плитные фундаменты:
а – ребрами вверх; в – коробчатый; г – из перекрестных лент
в каркасных зданиях

Ленточные фундаменты представляют собой заглубленные в грунт ленты-стенки, располагаемые под всеми несущими и самонесущими стенами (см. рис.1а).

Отдельностоящие фундаменты представляют собой отдельные опоры, установленными под колонны каркасных зданий. Разновидностью отдельностоящих фундаментов являются столбчатые, которые проектируют под стены малоэтажных зданий при малых нагрузках и прочных основаниях, когда ленточные фундаменты нерациональны (см. рис.1, в и г).

Сплошные фундаменты устраиваются в виде массивной плиты под все здание. Сплошные фундаменты применяют для зданий с большими нагрузками или при слабых и неоднородных основаниях (см. рис.2).

Свайные фундаменты выполняются в виде отдельных стержней, погруженных а грунт. Применяют на слабых сжимаемых грунтах, при глубоком залегании прочных материковых пород, больших нагрузках и т. д. В последнее время свайные фундаменты получили широкое распространение для обычных оснований, так как их применение дает значительную экономию объемов земляных работ и затрат бетона (см. рис.1б).

Материалом для фундаментов могут служить природный камень (бут), бутобетон, бетон, железобетон.

В современных условиях все реже применяют фундаменты из бута. Устройство таких фундаментов трудоемко. Несколько проще устройство бутобетонных фундаментов. Их возводят в опалубке, включая в бетон 25-35 % бута. Бетон и железобетон в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к материалам для фундаментов: морозостойкости, механической прочности, стойкости к агрессивным водам, биостойкости и т. д.

По характеру работы конструкции фундаменты могут быть жесткие, работающие только· на сжатие, и гибкие, конструкции которых рассчитаны на восприятие сжимающих и растягивающих усилий. Применение железобетонных фундаментов позволяет резко снизить затраты бетона, но резко увеличивает расход металла.

Важнейшим параметром, от которого зависит объем фундаментов, является глубина его заложения, т. е. расстояние от подошвы фундамента до дневной поверхности грунта. Подошва фундамента – это нижняя плоскость фундамента, опирающаяся на основание. По глубине заложения различают фундаменты мелкого заложения (до 5 м) и глубокого (более 5 м).

Глубина заложения фундаментов зависит от многих факторов. Однако, в первую очередь, на заглубление будет влиять наличие подвала, качество грунтов основания, уровень грунтовых вод и промерзание грунта.

Для внутренних стен и колонн отапливаемых зданий глубину заложения фундаментов можно назначить независимо от расчетной глубины промерзания, если в период строительства грунты основания будут защищены от увлажнения и промерзания.

Для всех остальных случаев глубина заложения фундаментов должна быть ниже расчетной глубины промерзания.

При разной глубине заложения фундаментов под стенами одного и того же здания переход от одной глубины заложения к другой следует производить постепенно, уступами. Высоту и длину уступов принимают в зависимости от плотности грунтов.

Фундаментом называют подземную или подводную часть сооружения, которая передает нагрузку от сооружения грунту основания и распределяет ее на большую площадь.

Основанием считают слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и в стороны от него, влияющие на устойчивость фундамента и его перемещение.

Подошвой называют нижнюю плоскость фундамента, которой он опирается на грунт.

Верхняя граница между фундаментом и телом сооружения называется обрезом фундамента.

Высота фундамента – расстояние по вертикали от обреза до подошвы фундамента.

Расстояние от верхней границы грунта до подошвы фундамента называется глубиной заложения фундамента (d_ф).

Слой грунта, в котором расположен фундамент, называется несущим слоем. Слой грунта, расположенный под несущим слоем, называется подстилающим слоем.

Все фундаменты делятся на два типа:

1. Фундаменты мелкого заложения (ФМЗ)

2. Фундаменты глубокого заложения (ФГЗ)

Основания бывают двух видов:

1. Естественное основание (сложенное природными грунтами)

2. Искусственное основание (укрепленный или уплотненный грунт)

Исходные данные для проектирования оснований и фундаментов. Сведения о конструктивных особенностях зданий и сооружений. Нагрузки и воздействия, которые учитываются при расчете фундаментов и оснований.

Нагрузки, передаваемые на фундаменты, делятся на постоянные и временные. Постоянные – это нагрузки, прикладываемые на фундамент в период строительства и действующие в течение всего периода эксплуатации (собственный вес конструкции и давление грунта). Временные – это нагрузки, прикладываемые на фундамент в отдельные периоды строительства или эксплуатации. Они могут увеличиваться, уменьшаться или исчезать полностью. Временные нагрузки можно подразделить на:

1. Длительно действующие

К длительно действующим относятся нагрузки, которые наблюдаются в течение продолжительного времени (вес оборудования).

К кратковременным относятся нагрузки, действующие непродолжительное время (нагрузка от транспорта, веса людей, снеговая и ветровая).

Особые нагрузки возникают в исключительных случаях (сейсмические, обусловленные резкой просадкой, а также на подрабатываемых территориях).

Все перечисленные нагрузки могут воздействовать на основание и фундамент в самых различных сочетаниях. В зависимости от того какие нагрузки оказывают воздействие на конструкцию различают следующие их сочетания:

1. Основные сочетания нагрузок:

b. Временно или длительно действующие

2. Особые сочетания нагрузок:

b. Временно или длительно действующие

d. Одна из особых нагрузок

Также нагрузки различают:

Постоянные нормативные нагрузки определяют путем умножения объема конструкции на удельный вес материала N=V*γ.

Временные нормативные нагрузки определяются по СНиПу 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия» с учетом районов, в которых ведется строительство и особенностей проектируемого сооружения.

Расчетные нагрузки определяются путем умножения нормативных нагрузок на коэффициент надежности по нагрузке.

Расчет оснований и фундаментов, как и всех строительных конструкций, выполняется по предельным состояниям.

Основания рассчитывают по двум предельным состояниям:

1. Расчет по прочности и устойчивости (по несущей способности)

2. Расчет по деформациям

Расчет оснований по несущей способности производится на основное и особое сочетание расчетных нагрузок (при наличии особых нагрузок). Расчет оснований по деформациям производится на основное сочетание нормативных нагрузок (расчетных нагрузок с коэффициентом надежности по нагрузке).

Фундаментом называют подземную или подводную часть сооружения, которая передает нагрузку от сооружения грунту основания. Нижнюю плоскость, которой фундамент опирается на грунт называют подошвой.

Основание - грунт лежащий под подошвой и воспринимающий нагрузки от сооружения.

Основания могут быть естественными и искусственными. Если фундамент возводят на грунте с сохранением его природных качеств, то такое основание называют естественным. Если грунты перед возведением фундамента укрепляют тем или иным способом, то основание называют искусственным.

Основание бывает: однородное и неоднородное; слоистое с согласным(слои имеют ≈равную мощность) и несогласным залеганием слоёв. Различают грунты скальные и нескальные: связанные (глины, суглинки, супеси) и несвязанные (пески).

2.Предельные состояния оснований фундаментов, принципы их проектирования.

Основания рассчитываются по 2 группам пред состояний:1-по прочности, несущей способности грунтов основания и устойчивости фундамента; 2-по деформациям – осадки, крен фундамента, неравномерные осадки, перекос сооружения, выгиб и прогиб (главный расчет).

I фаза – зона упругой работы грунта;

II фаза – зона пластической работы грунта

III фаза – зона проектирования фундамента

Принципы проектирования:

1.О и Ф проектируют по пред состояниям независимо от типа ф-та.

2.О и Ф проектир с учетом совместной работы грунта, ф-та и надземных констр.

3.Точная оценка грунтовых условий, прогноз их поведения в будущем и на основе этого выбор типа ф-та (ТЭО- технико-эк-ое обоснование).

Данные необход для проектиров Ф:

1.инженерно-геолог изыскания (разрез площадки по вертикали) с физ-мех св-ми грунтов.

2.выдается карта стр пл- топосъемка М1:500 и общего района стр-ва (сит план М1:2000)

3.данные о блуждающих токах

4.данные о подземных комуникациях

5.констр особенности зд-ия и хар-р передачи нагрузки.

3.Типы зданий по жесткости, виды их деформаций.

Все сооружения можно разбить на 3 типа: абсолютно гибкие; абсолютно жесткие; обладающие конечной жесткостью

Абсолютногибкие сооружения беспрепятственно следуют за перемещениями поверхности грунтов основания во всех точках контакта с ней. При развитии неравномерной осадки в конструкциях таких сооружений не возникает дополнительных напряжений. (Земляные насыпи).

Абсолютножесткие сооружения не могут искривляться. При симметричном загружении и симметричной податливости основания их осадка будет равномерной, при неравномерной деформации основания они получат крен без изгиба конструкции (дымовые трубы).

К сооружениям конечнойжесткости относятся большинство зданий и многие инженерные сооружения. При развитии неравномерных осадок они получат искривления. В то же время такие здания уменьшают неравномерности осадок, так как давление по подошве фундаментов частично перераспределяется.

В зависимости от характера развития неравномерных осадок и от жесткости сооружения возникают деформации и перемещения сооружений следующих простейших видов: прогиб, выгиб, перекос, крен, скручивание, горизонтальные перемещения фундаментов.

Прогиб и выгиб связаны с искривлением сооружения. Такие деформации могут возникать в зданиях и сооружениях, не обладающих очень большой жесткостью. Иногда на одних участках возникает прогиб, на других – выгиб.

Перекос возникает в конструкциях, когда резкая неравномерность осадок проявляется на участке небольшой протяженности при сохранении относительно вертикального положения конструкции.

Крен сооружения – поворот по отношению к горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести площади подошвы фундамента – возможен, если основание сооружения загружено несимметрично или имеет несимметричное напластование грунтов относительно вертикальной оси сооружения.

Скручивание возникает при неодинаковом крене сооружения по его длине, особенно при развитии крена в двух сечениях сооружения в разные стороны.

Горизонтальные перемещения фундаментов возможны, если опирающиеся на них конструкции передают значительные горизонтальные усилия (распорные конструкции, подпорные стенки).

1.Осадки - из-за уплотнения грунта или от собств веса грунта под влиянием внешн нагрузок, при этом коренного изменения стр-ры не происходит.

2.Просадки-//-//, сопровождается коренным изменением. Чаще происходят под доп факторами (замачивание просадочного грунта, оттаивание мерзлого).

4.Нормативные и расчетные нагрузки, их сочетания.

В зависимости от продолжительности действия нагрузок следует различать постоянные и временные (длительные- вес временных перегородок, стационарного оборудования, нагрузки от людей, от мостовых и подвесных кранов), кратковременные - снеговые с полным нормотивн значением, ветровые, гололедные, от веса людей и ремонт мат-ов в зонах обслуживания и ремонта оборудования, особые- статические, взрывные возд-ия, нагрузки вызванные деформ-ми основания с коренными изменениями стр-ры грунта) нагрузки.

Нагрузки, возникающие при изготовлении, хранении и перевозке конструкций, а также при возведении сооружений, следует учитывать в расчетах как кратковременные нагрузки.

В зав-ти от учитываемого состава нагрузок различают сочетания:

1.основные сочетания нагрузок, состоящие из постоянных, длит(0,95) и кратковременных(0,9)

2. особые - пост, длит(0,95), кратковрем(0,8), и одна из особых.

Если учитываются сочетания, включ-щие пост и не менее 2 кратковрем нагрузок, расчетные значения временных нагрузок необход умножать на коэф-ты сочетаний:

в основных сочетаниях для длительных нагрузок y₁ = 0,95; для кратковременных y₂ = 0,9;

в особых сочетаниях для длительных нагрузок y₁ = 0,95; для кратковременных y₂ = 0,8, кроме случаев, оговоренных в нормах проектирования сооружений для сейсмических районов и в других нормах проектирования конструкций и оснований.

Фундамент – подземная часть сооружения, назначением которой является передача нагрузки от здания и внешних воздействий грунтовому основанию.

Основание – совокупность напластования грунтов, на которые передается нагрузка от фундамента сооружения.

Основание делится на:

· естественное основание – основание, в котором грунт используется в его естественном состоянии при естественной влажности и ненарушенной структуре;

· искусственное основание – основание, которое усиливается путем искусственного улучшения свойств грунта (уплотнение, закрепление и т.д.);

Несущий слой – слой грунта, который воспринимает нагрузку непосредственно, то есть в пределах которого находится подошва фундамента.

Подстилающий слой – слой грунта, который подстилает несущий слой, от которого зависит устойчивость сооружения.

В результате дополнительного давления на фундамент от сооружения, в грунте возникает «активная зона». «Активная зона» - область массива грунта, в котором возникают напряжения и деформации от дополнительных нагрузок. Грунт под сооружением испытывает напряжение от собственного веса и дополнительное давление от сооружения.

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 D_L до подошвы называется глубиной заложения d. Высота фундамента h_f 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.

Общие требования к проектированию оснований и фундаментов.

1. Анализ инженерно-геологических условий строительства.

Задачи и объем инженерно-геологических изысканий устанавливается проектной организацией в зависимости от специфики проектируемого здания и грунтовых условий. Результаты изысканий представляются фирмой в виде отчета или заключения. Главные разделы: план расположения скважин, геологические профили площадки, результаты испытаний грунтов, графики компрессионных и сдвиговых испытаний, сводные данные по характерным грунтам площадки, заключения, выводы. Это исходный документ для проектирования оснований и фундаментов.

2. Требования к грунтам естественных оснований:

- малая и равномерная сжимаемость грунтов: обеспечение равномерной деформации сооружения и его эксплуатационной надежности;

- устойчивость при взаимодействии с водой, при воздействии динамических нагрузок (взаимодействие с водой ухудшает строительные свойства грунта; динамические нагрузки – структурные изменения грунта, увеличение деформаций);

- несущий слой грунта должен иметь достаточную мощность и небольшие углы напластования; это позволяет воспринимать нагрузку от фундамента и распространять ее на нижележащие слои грунта.

3. Типичные грунты:

- глинистые (глины, супеси, суглинки), от твердой консистенции до текучей;

- песчаные (крупнозернистые, среднезернистые, мелкозернистые, пылеватые; по плотности: плотные, средней плотности, рыхлые).

Негативные грунты: насыпные, лессовые просадочные, вечномерзлые, набухающие, илы, торф.

! Строим на любых грунтах, при условии изучения их свойств и проектирования с учетом их специфики.

Особые грунтовые условия:

- наличие в основании структурно неустойчивых грунтов;

- наличие негативных инженерно геологических процессов: сейсмика, вечная мерзлота, оползни, карсты;

- наличие инженерных процессов (подработка);

- регулярные динамические воздействия.

В СНиП раздел «Основания зданий и сооружений» содержит рекомендации по проектированию обычных и особых условий.

4. Гидрогеологические условия строительства.

Залегание грунтовых вод

Суффозия – ухудшение свойств грунтов.

! Знать: уровень грунтовых вод, сезонные и многолетние колебания, агрессивность к строительным материалам и грунтам, прогноз изменения уровня под влиянием природных и техногенных факторов.

! Уметь: классифицировать воды по их происхождению (природные, атмосферные, техногенные).

! Иметь в виду: всякое строительство ухудшает режим грунтовых вод.

Инженерно-геологические изыскания: нарушение естественных стоков, пересечение потока грунтовых вод, нарушение зоны аэрации, утечки коммуникаций.

В результате совместного воздействия, нарушения уклонов, стесненной аэрации и утечек коммуникаций на всех застроенных территориях наблюдается подъем грунтовых вод – подтопление.

5. Мероприятия по ослаблению влияния подтопления застроенных территорий.

- Обеспечение отвода поверхностных вод (уклоны, ливневая канализация).

- Устройство ливневой канализации, устройство дренажных систем, попутные инженерные сооружения (подпорные стены).

- Временное понижение вод при строительстве: открытый или закрытый водоотлив.

В зависимости от формы и способа опоры на грунт фундаменты бывают:

столбчатые;
ленточные;
плитные;
свайные;
совмещенные.

Столбчатые фундаменты

Столбчатые фундаменты представляет собой отдельные столбы из бетона, железобетона, кирпича, камня и т.п. Их устанавливают по периметру здания на определённом расстоянии друг от друга. Как правило, столбчатые фундаменты возводят для зданий каркасного типа. При применении такого типа фундамента использовать подвальное помещение практически невозможно.

Ленточные фундаменты

Ленточные фундаменты относятся к наиболее распространённым типам фундаментов. Это фундаменты, выполненные в виде непрерывной или прерывистой ленты под несущими стенами. Ленточный фундамент, в отличие от столбчатого, выполняет роль и несущих и ограждающих конструкций для помещений подвала. Ленточные фундаменты применяются как для промышленного, так и гражданского строений, часто используются в КМС. Выполняются как из монолитного, так и сборного железобетона.

Плитные фундаменты

Плитные фундаменты представляют собой сплошную армированную железобетонную плиту, на которую опираются несущие конструкции здания или сооружения. В отличие от столбчатых и ленточных фундаментов плитный имеет жёсткое армирование по всей несущей плоскости, что позволяет воспринимать любые возможные перемещения грунтового основания. Поэтому, зачастую плитные фундаменты устраивают на слабых грунтах, которые могут проседать. Также плитные фундаменты устраиваются под высотными зданиями, так как они способны воспринимать значительные нагрузки. В данной конструктивной схеме плита и стены являются несущими и ограждающими конструкциями.

Свайные фундаменты

Свайные фундаменты состоят из свай - стержней, выполняемых из различных материалов, и ростверка - железобетонной плиты, распределяющей усилия от ограждающих конструкций на отдельные сваи. Сваи различаются по материалу, конструкции, способу погружения, по характеру работы и т.д. Железобетонные сваи наиболее распространённые, их делают из высокопрочного, водонепроницаемого, химически стойкого бетона. Связано это с повышенными требованиями к свае и сложными условиями ее работы. Свайные фундаменты применяются при строительстве высотных жилых и общественных зданий, а также во всех случаях, когда несущей способности плитного фундамента недостаточно.

Читайте также: