Какие фундаменты устраивают при строительстве на слабых сжимаемых грунтах

Тиксотропия грунтов создает большие затруднения при изуче­нии их физико-механических свойств. В процессе отбора забивными грунтоносами образцов слабых водонасыщенных грунтов часто разрушается природная структура грунтов. По этой причине всегда существует вероятность того, что лабораторные испытания будут проводиться с грунтами, имеющими более низкие механические показатели, чем в природных условиях. М. Ю. Абелев приводит примеры подобных ошибок при исследованиях илов в основании Каширской ТЭЦ и ленточных глин северо-западного региона. По вышеизложенной причине в первом случае угол внутреннего трения илов был занижен в три раза, а во втором получены модули деформации порядка 0,5. 0,8 МПа вместо 3,5. 4,5 МПа.

Медленная уплотняемость слабых водонасыщенных глинистых грунтов, в особенности илов, непосредственно влияет на их несу­щую способность. При быстром загружении оснований, представ­ленных такими грунтами, процесс уплотнения может отставать по времени от роста нагрузки. При этом в грунте возникают значи­тельные величины перового давления, препятствующего мобилиза­ции сил сопротивления сдвигу. В то же время касательные напряже­ния от внешних нагрузок передаются на скелет грунта незамед­лительно, вследствие чего в основании могут образоваться обшир­ные области предельного равновесия с выпиранием грунта из-под подошвы фундамента и потерей устойчивости.

Из-за низких строительных свойств этой группы грунтов их использование как естественных оснований чаще всего невозможно и требуется проведение мероприятий по повышению их прочности и снижению деформируемости. Характеристики грунтов в таких случаях должны устанавливаться с учетом мероприятий по улучше­нию строительных свойств.

При проектировании фундаментов на медленноуплотняющихся пылевато-глинистых, биогенных грунтах, илах при степени влаж­ности S_r  0,85 и коэффициенте консолидации с_v /год обяза­тельно производится расчет основания по несущей способности. Сила предельного сопротивления основания должна определяться с учетом возможного нестабилизированного состояния грунтов при незавершенной консолидации за счет избыточного давления в поровой воде. Сопротивление сдвигу определяется по зависимости (4.40). Избыточное поровое давление допускается определять мето­дами теории фильтрационной консолидации. Иногда, упрощая за­дачу, принимают избыточное поровое давление равным тотальным нормальным напряжениям  по площадкам скольжения (и = ) или назначают расчетные показатели  и с, соответствующими нестаби­лизированному состоянию грунтов, определяя их по схеме быстро­го неконсолидированного сдвига.

Расчет по II группе предельных состояний также имеет свои особенности. Наряду с общим требованием ограничения конечных деформаций s допускаемым пределом s_u часто необходимо прогно­зирование развития деформаций во времени. Эти расчеты позволя­ют определить время стабилизации абсолютных осадок фундамен­тов, а также установить закономерности изменения во времени неравномерностей осадок. Большое значение имеет анализ развития осадок во времени при проектировании предпостроечного уплотне­ния оснований.

Давление под подошвой фундамента р в случае сильносжима­емых грунтов также ограничивается величиной расчетного сопроти­вления грунта R, т. е. требуется выполнение условия р  R. При определении величины R по формуле (9.5) для заторфованных грун­тов принимают пониженные значения коэффициента условий рабо­ты _c1.

Наличие в основании сильносжимаемых грунтов при расчете осадок учитывается назначением нижней границы сжимаемой тол­щи (см. § ,7.3). В ряде работ рекомендуется в качестве нижней границы сжимаемой толщи принимать поверхность кровли подсти­лающих средне- или малосжимаемых грунтов.

Если расчетные деформации оснований, сложенных биогенными грунтами, илами и т. п., больше предельных или недостаточна их несущая способность, должны предусматриваться специальные ме­роприятия. Выбор конкретных способов строительства на этой категории грунтов зависит от свойств, глубины залегания и мощ­ности пластов слабых грунтов, а также от конструктивных особен­ностей проектируемых зданий и сооружений и предъявляемых к ним эксплуатационных требований.

Предпостроечное уплотнение слабых водонасыщенных глинистых и биогенных грунтов при выдержанной по простиранию толще этих грунтов выполняется фильтрующей пригрузкой. При небольшой по глубине толще уплотнение может быть проведено на всю мощ­ность слоя. Если слабые водонасыщенные грунты залегают на большую глубину, может быть выполнено частичное уплотнение грунтов основания из расчета, чтобы суммарная осадка уплотнен­ного и нижележащего неуплотненного слоев не превышала предель­ной величины осадки, допускаемой для данного сооружения. Для ускорения процесса уплотнения наряду с пригрузкой эффективно применение песчаных, бумажных или комбинированных дрен или известковых свай.

В отдельных случаях, например при небольшой толще биоген­ных грунтов или залегании их в виде прослоев или отдельных линз, производится удаление биогенного грунта, так называемая выторфовка, с заменой его минеральным грунтом.

Песчаные, а также гравийные, песчано-гравийные по­душки устраивают для полной или частичной замены слабых водонасыщенных грунтов. Применение подушек позволяет умень­шить давления на подстилающие слабые грунты за счет увеличения площади передачи нагрузки. Кроме того, удается уменьшить, а при полной замене слабых грунтов — весьма существенно, расчетные деформации оснований.

Прорезка толщи слабых грунтов глубокими фундаментами. Если в основании сооружения залегает слой слабых водонасыщенных глинистых или биогенных грунтов толщиной менее 12 м, а ниже этого слоя находятся прочные малосжимаемые грунты, часто применяют фундаменты из забивных свай, полностью прорезающих слой слабых грунтов и заглубленных в подстилающие прочные грунты. При большей мощности слабых грунтов целесообразно использовать буронабивные бетонные или железобетонные сваи. В исключитель­ных случаях, например при строительстве платформ для нефтедобы­чи на континентальном шельфе, применяют металлические трубча­тые сваи. Для сооружений каркасного типа целесообразно проекти­ровать свайные фундаменты не в виде кустов свай, а устраивать под каждой колонной одну буронабивную сваю с уширением. Свайные конструкции позволяют уменьшить осадки сооружений и повысить их устойчивость. Если ожидаемые деформации сооружений невелики, но требуется увеличить их устойчивость, возможно применение свай, не полностью прорезающих толщу слабых грунтов.

При определении несущей способности свайных фундаментов, прорезающих сильносжимаемые грунты, следует учитывать явление отрицательного (негативного) трения. М. Ю. Абелев приво­дит случаи аварии сооружений, расположенных на слое илов в Риге, Мурманске, Батуми, которые были запроектированы на сваях без учета отрицательного трения. Осадки сооружений, построенных на сваях длиной до 18 м, превышали 40 см.

Возможна прорезка слабых грунтов фундаментными конструк­циями, возводимыми методом «стена в грунте».

При проектировании фундаментов мелкого заложения на искусственных или, реже, естественных основаниях, сложенных сильнос­жимаемыми слабыми грунтами, всегда следует предусматривать возможность развития медленно протекающих во времени, часто неравномерных, осадок. Для уменьшения абсолютных осадок, а следовательно, и их неравномерности надо стремиться ограничи­вать величину передаваемых на основание давлений, применяя фундаменты с большой опорной площадью: плиты, балки, пере­крестные ленты из монолитного железобетона. Применение таких типов фундаментов эффективно для выравнивания осадок за счет общей жесткости фундаментных конструкций. При строительстве легких сооружений целесообразно рассматривать вариант устрой­ства плавающих фундаментов, когда давление под подошвой фундаментов не превышает давления от веса вынутого из котлована грунта.

Рассматривая конструктивные мероприятия, следует помнить, что повышение пространственной жесткости здания уменьшает не­равномерность осадок и перераспределяет усилия, возникающие в его элементах. Поэтому предпочтение следует отдавать бескаркас­ным конструкциям сооружений простой конфигурации, а для кар­касных зданий применять плитные или балочные фундаменты.

Чувствительность конструкций к неравномерным осадкам мо­жет быть снижена разрезкой здания на отдельные жесткие отсеки, разделенные осадочными швами. Эффективны традиционные спо­собы увеличения жесткости зданий или их отсеков: устройство армированных швов и поясов в нескольких уровнях в несущих стенах, стенах лестничных клеток и поперечных диафрагмах.

Следует также предусматривать мероприятия по исправлению последствий возможных неравномерных деформаций: рихтовку подкрановых путей, оборудования, направляющих лифтов и т. п. Специальные требования должны соблюдаться также при проклад­ке и вводе различных коммуникаций.

При устройстве котлованов в слабых грунтах должны быть обеспечены устойчивость стенок котлована в процессе производства работ по устройству фундаментов, предохранение грунтов от ат­мосферных осадков и промерзания, защита грунтов основания от повреждения механизмами и подтопления подземными водами.

В результате движения механизмов и транспорта при отрывке котлованов или в процессе устройства искусственных оснований может произойти разрушение природной структуры грунтов, что приведет к резкому ухудшению их механических свойств. Поэтому котлованы разрабатываются с недобором, который составляет при разработке грунта: обратной лопатой — 20 см; бульдозерами или прямой лопатой — 40 см; ковшом типа «драглайн» — 50 см. Выем­ка грунта до проектной отметки производится непосредственно перед началом фундаментных работ средствами малой механиза­ции или вручную.

Откосы котлованов назначаются в соответствии с расчетами устойчивости. При глубине котлованов до 2 м угол откоса может быть принят не более 30°. При необходимости крепления стенок котлованов применяют распорки, оградительные щиты и шпун­товые ограждения. В ответственных случаях устойчивость откосов обеспечивается замороженной стенкой. При высоком уровне под­земных вод для обеспечения устойчивости откосов и создания усло­вий для производства работ используют глубинное водопонижение. Особое внимание следует уделять водозащитным мероприятиям при устройстве котлованов в ленточных глинах, имеющих высокую водопроницаемость в горизонтальном направлении.

Слабые водонасыщенные грунты являются сильнопучинистыми при промерзании. При промерзании и последующем оттаивании значительно уменьшается их прочность и повышается сжимае­мость. Поэтому в процессе производства работ грунты стенок и дна котлована должны быть защищены от промерзания в период произ­водства земляных работ, монтажа фундаментов и подвального помещения до того времени, когда будут засыпаны пазухи кот­лована и подвал будет утеплен.

При эксплуатации зданий и сооружений на слабых водонасыщенных глинистых и биогенных грунтах необходимо исключить мероприятия, которые могут вызвать снижение горизонта подзем­ных вод. При аэрации толщи этих грунтов происходит минерализа­ция содержащихся в них органических веществ. Это может вызвать дополнительные медленно протекающие осадки или оседания и явиться причиной нарушения условий нормальной эксплуатации зданий и сооружений.

Назначение фундаментов

Фундамент — основной элемент здания. Это подземная часть сооружения, воспринимающая все нагрузки — как постоянные, так и временные, возникающие в наземной части, и передающая от них давление на основание. Основанием называются грунты, непосредственно воспринимающие нагрузку, передаваемую фундаментом от здания. Естественным называется основание, которое может воспринимать нагрузку от здания или сооружения без предварительного укрепления. Искусственное основание способно воспринимать нагрузку от здания или сооружения только после укрепления грунтов. Нижняя плоскость фундамента, соприкасающаяся непосредственно с основанием, называется подошвой, а верхняя часть — обрезом. Фундаменты должны быть экономичными, прочными, устойчивыми и долговечными, поскольку от этого зависят устойчивость и долговечность здания. Ремонт или замена фундамента в условиях уже существующего здания или сооружения — весьма дорогостоящий, трудоемкий и сложный процесс, поэтому выбор конструкции и определение глубины его заложения являются ответственным инженерным решением. По конструкции фундаменты бывают ленточные, столбчатые, сплошные виде железобетонной плиты и свайные. В малоэтажном строительстве в основном применяли ленточные и столбчатые фундаменты, реже сплошные, в последнее время популярны свайно-винтовые, так как каркасные дома имеют относительно небольшой вес, и такой вид фундамента отлично подходит. Ленточные фундаменты представляют собой непрерывную стенку, равномерно загруженную. Ленточные фундаменты бывают монолитными и сборными. Монолитные ленточные фундаменты изготавливают из бетона. Сборные ленточные фундаменты изготавливают из блоков и блок-подушек заводского или полигонного изготовления. Столбчатые фундаменты экономичнее ленточных. Их устраивают в тех случаях, когда нагрузки на основание малы и применение ленточных фундаментов нецелесообразно. Располагают их под углами зданий и на пересечениях внутренних и наружных стен. На столбчатые фундаменты укладывают перемычки (рандбалки), на которых возводят стены здания. Под малоэтажные деревянные здания подводят столбчатые фундаменты в виде деревянных стульев. Сплошной фундамент в виде монолитной железобетонной плиты может быть в слабых водонасыщенных грунтах. Свайные фундаменты применяют в слабых сжимаемых грунтах, а также, когда достижение естественного основания экономически или технически невыполнимо из-за большой глубины его заложения. В малоэтажном строительстве для этого используют в основном набивные железобетонные сваи, изготавливаемые непосредственно на площадке строительства. По верху свай устраивают монолитный железобетонный ростверк, на котором возводят наземную часть здания. Цоколь (продолжение фундамента до уровня первого этажа) необходим для защиты нижней части зданий от атмосферных осадков, капиллярной влаги, механических повреждений. Поэтому его выполняют из прочных материалов: красного полнотелого, хорошо обожженного кирпича, фундаментных блоков из тяжелого бетона, бутобетона, прочного и долговечного естественного камня. Цоколь обычно толще стен дома и облицован блоками обожженного кирпича, тяжелым естественным или искусственным камнем, облицовочными плитками с бортовым камнем, оштукатурен цементным раствором или слоем бетона толщиной 0,03—0,05 м. Высота цоколя — не менее 0,5 м от поверхности земли, кроме того, он обычно выступает из плоскости стены, образуя слив. Полы первого этажа здания устраивают, как правило, таким образом, чтобы они возвышались над поверхностью земли, а между полом и землей оставалось бы пространство (подполье). В этом случае по наружному периметру здания вместо массивной цокольной стены возможно устройство забирки, то есть ограждения подполья между столбчатыми фундаментами (стульями), выполненного из бревен, поставленных вертикально или горизонтально. В деревянных зданиях цокольную часть часто выполняют в виде завалинки. На относе от здания забивают небольшие деревянные сваи и обшивают их досками. Пространство между стеной здания и обшивкой засыпают песком, а сверху устраивают слив. Отмостка выполняет важную роль в защите цокольных стен и фундаментов здания от замачивания. Отмостку делают по периметру здания шириной 0,6—0,8 м с некоторым уклоном от здания. Выполняют ее из бетона, асфальта и булыжника.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

Глубину заложения фундаментов, или расстояние от планировочной отметки земли до подошвы фундамента, для зданий без подвала определяют в зависимости от гидрогеологических и геологических условий площадки: несущей способности грунтов, уровня залегания грунтовых вод, наличия верховодки, глубины сезонного промерзания, возможности колебания уровня грунтовых вод в период строительства и эксплуатации здания, климатических условий района строительства. Глубина заложения фундаментов: в скальных грунтах произвольная, поскольку не зависит от глубины сезонного промерзания; в крупнообломочных грунтах с песчаным заполнителем, в гравестных песках крупных и средней крупности должна быть для наружных стен и столбов не менее 0,5 м, а для внутренних стен — не менее 0,2 м от планировочной поверхности земли; в мелких и пылеватых песках, супесях, суглинках и глинах, а также в крупнообломочных грунтах с суглинистым заполнителем при залегании грунтовых вод на глубину более 2 м ниже Уровня глубины промерзания фундамент здания закладывают на глубину не менее 0,7—0,8 м от планировочной отметки грунта, если же уровень грунтовых вод ближе 2 м от глубины промерзания, достигает ее или превышает, то фундаменты закладывают ниже расчетной глубины промерзания грунта, Расчетную глубину промерзания определяют по формуле: Н=Н h *m_t, где Н h — нормативная глубина сезонного промерзания, которую можно определять на основе схематической карты нормативных глубин промерзания; m_t — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания на глубину промерзания грунта у фундаментов стен и колонн. Глубину заложения фундаментов внутренних стен регулярно отапливаемых зданий принимают независимо от расчетной глубины промерзания грунтов, для зданий без подвалов — примерно 0,6м от планировочной отметки, если это возможно по инженерно-геологическим условиям, а грунты в процессе строительства защищены от промерзания. В неотапливаемых зданиях глубина заложения фундаментов наружных и внутренних стен и колонн должна быть не менее расчетной глубины промерзания, считая ее от пола подвала или технического подполья, а если техническое подполье или подвал отсутствуют, то от планировочной отметки земли. При этом расчетную глубину принимают с коэффициентом m_t == 1,1.

Фундамент для деревянных домов

Фундамент любого здания, в том числе деревянного, предназначен для того, чтобы нести на себе вес всей конструкции и тем самым предупреждать перекашивание стен, оседание, появление трещин и других серьезных дефектов. Древесина имеет специфическую структуру, состоящую из волокон и достаточно больших пор, и потому гигроскопична. В зависимости от сезона и погодных условий древесина то набирает влагу, то отдает, что запускает многие физические процессы — бревна могут усыхать, разбухать, коробиться, растрескиваться. Понятно, что это предъявляет определенные требования к изготовлению фундамента.

Тип фундамента для деревянного дома определяется качеством грунта. Одно дело, если грунт скалистый, тогда можно дом ставить практически на землю, и совсем другое — если глинистый: он легко пропускает влагу, может оседать и размываться, а зимой при замерзании влаги вздувается. Поэтому на глинистых грунтах фундамент зимой чуть приподнимается, а весной при таянии льда — опускается. На пучинистых грунтах и при высоком уровне грунтовых вод специалисты советуют закладывать бетонные мелкозаглубленные фундаменты. Их уже давно используют по всей стране, они просты в исполнении и не требуют больших затрат. Закладываются такие фундаменты на небольшую глубину прямо в промерзающий слой грунта, выше уровня залегания грунтовых вод.

В условиях Санкт-Петербурга и в Ленобласти хорошо зарекомендовали себя ленточный фундамент, фундамент плита и фундамент на сваях. Какой фундамент выбрать? Как определить, какой фундамент лучше всего подходит в вашем случае?

Ленточный фундамент

Ленточный фундамент является одним из наиболее надежных типов фундамента. Он может служить надежной основой для легких деревянных домов. Ленточный мелкозаглубленный фундамент — один из самых часто применяемых типов фундамента для брусовых домов. Ленточный фундамент оптимален для глинистых грунтов, суглинков, супесей разного вида, а также песков.

Ленточные фундаменты — это железобетонные конструкции, имеющие вид непрерывных подземных стен или железобетонных перекрестных балок. Они имеют одинаковую форму поперечного сечения (прямоугольник) и под внешними, и под внутренними несущими стенами. В пучинистых грунтах заглубленные ниже точки промерзания ленточные фундаменты сооружаются только под тяжелыми зданиями. Легкие брусчатые дома чаще возводятся на так называемых мелкозаглубленных ленточных фундаментах (их нижняя опорная плоскость располагается на глубине 400–700 мм). Но при этом нужно предусмотреть мероприятия для ослабления сил морозного пучения: осушить участок, уплотнить грунт, отвести талые и дождевые воды. Либо же утеплить сам фундамент.

Ширина ленточных фундаментов под наружные стены должна быть не меньше ширины стены. Оптимальной является ширина, на 5 см превышающая толщину оштукатуренной стены. Профессионалы рекомендуют прокладывать такую ленту не только под несущими стенами, но и под всеми выступающими частями дома (под крыльцом, верандой и т. д.) Это повышает стоимость строительства, но придает всей конструкции необходимую целостность.

Для закладки ленточных фундаментов выкапывают траншею глубиной около 900 мм и на 300 мм засыпают песком. Получившуюся песчаную подушку тщательно трамбуют и проливают водой. Затем изготовляют армированную бетонную ленту сечением 600?400 мм, а после застывания бетона сверху выкладывают более узкую ленту из пескоцементных блоков. Ленточную конструкцию можно сооружать и в зимнее время, если в бетон и раствор для кладки введены специальные морозостойкие добавки. Такие фундаменты довольно дешевы и надежны, потому что представляют собой жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания здания.

Столбчатые фундаменты

Столбчатые фундаменты подходят для домов облегченной конструкции без подвалов. Преимущество столбчатых фундаментов перед другими заложено в их экономичности. Особенно часто столбчатые фундаменты сооружают при строительстве деревянных домов. В конструкции деревянного дома на столбы устанавливают несущие брусья или балки. Конструктивно столбчатые фундаменты могут быть каменными или деревянными. Деревянные фундаменты (рис. 15) сооружают в виде стульев из обрезков комлевой части сосновых или дубовых бревен диаметром 18-25 см. Для этого в отрытые котлованы строго вертикально устанавливают стулья, обращая их комлями вниз.

Для утепления подпольного пространства и предохранения от попадания снега, влаги и пыли цокольную часть между столбами заполняют конструкциями, называемыми забирка. Забирка выполняется из различных атмосферостойких материалов. При этом следует стремиться к тому, чтобы поверхность цоколя по всему периметру дома была однородной и по форме, и по фактуре. Забирка заглубляется в грунт на 200–300 мм. Если грунт пучинистый, то под забиркой устраивают песчаную подушку толщиной 150–200 мм. В забирке с каждой стороны дома предусматриваются вентиляционные отверстия размером 150?150 мм на высоте 150 мм над отмосткой.

Свайные фундаменты

В слабых сжимаемых грунтах, а также в тех случаях, когда достигнуть естественного основания экономически или технически невозможно из-за большой глубины его залегания, применяют свайные фундаменты, относимые к числу столбчатых. Основной элемент свайного фундамента — свая, изготовляемая из разных материалов. Сваи бывают: забивные, набивные и винтовые. Первые забивают в грунт уже в конечном виде, вторые изготавливают прямо на месте строительства. Для этого в заранее выкопанные ямки ставят металлические или асбестоцементные трубы, которые впоследствии заполняются арматурой и затем бетоном. В дачном строительстве обычно применяются асбоцементные трубы диаметром 150 мм — их вставляют в отверстие в земле, сделанное буром. Недостаток такого фундамента очевиден: каждый столбик «гуляет сам по себе». Более надежен другой вариант — «ростверк по столбам». Это сваи, жестко связанные друг с другом в надземной части железобетонной лентой — ростверком. Его сечение бывает от 300?150 до 700?500 мм, расстояния между столбами — не более 3 м. Ростверк приподнимается над грунтом минимум на 50 мм, а пространство под ним засыпается песком или керамзитом. Свайно-ростверковые фундаменты хорошо зарекомендовали себя на слабонесущих и рыхлых грунтах (например, торфяниках) — сваи в этом случае заглубляются так, чтобы они достигли твердого слоя грунта.

Фундамент плита

Плитный фундамент наиболее дорогой способ исполнения основы под дом. Он представляет собой железобетонную плиту толщиной 25 см, на которую здание будет опираться всеми своими стенами. Применение плиты под фундамент оправдано при строительстве на проблемных местах, характеризующимися неравномерными сильно сжимаемыемыми грунтами, песчаных подушках, а также на пучинистых грунтах при высоком уровне грунтовых вод, поскольку не боятся их вертикальных и горизонтальных перемещений. Плитные фундаменты хорошо выравнивают все вертикальные и горизонтальные перемещения грунта, за что получили еще одно название: плавающие.

Устройство плитного фундамента связано с довольно большим расходом материалов (бетона и металла) и может быть целесообразно при сооружении небольших и компактных в плане домов или других построек, когда не требуется устройство высокого цоколя, и сама плита используется в качестве пола (например, гаражи, бани и т. п.) Для домов более высокого класса чаще устраивают фундаменты в виде ребристых плит или армированных перекрестных лент.

Собственно говоря, практически все три вида фундаментов подходят для деревянных домов. При выборе вида фундамента стоит внимательно просчитать его несущие способности по отношению к весу здания. Совершая покупку уже готового жилья, следует проконсультироваться у продавца, какой вид фундамента использован в основании дома. Наша компания осуществляет профессиональный монтаж фундаментов для всех видов загородных домов и бань по всей территории Ленинградской области.

Смотрите также интересные статьи по теме:

Фундаменты на слабых и просадочных грунтах. Усиление грунтов с материалами Cemmix

Одним из важных элементов любого здания является его фундамент.

Что такое фундамент, и для чего он нужен

Теоретически, здания можно было бы расположить прямо на поверхности грунта. Однако верхние слои грунта, как правило, имеют невысокую несущую способность и испытывают деформации от воздействия самых разных факторов:

1. пучения при промерзании;
2. просадки при оттаивании;
3. усадки при высыхании;
4. набухания при увлажнении.

Таким образом, если игнорировать устройство фундамента, постройка не будет прочной. Она постоянно будет принимать на себя нагрузки от деформаций грунта.

Соответственно, любое здание нуждается в устройстве фундамента, заглубленного в грунт.

Важно!

Фундаментом называют подземную часть сооружения, предназначенную для распределения нагрузки от здания на более глубоко залегающие слои грунта. Плоскость фундамента, которая опирается на грунт, называется подошвой; верхняя плоскость, на которую опирается основание наземной части сооружения, а также плоскости на границе между соседними уступами — обрезами. Слой грунта, на который опирается подошва фундамента, называется несущим, а нижележащие слои — подстилающим.

Обрез фундамента обычно располагается выше уровня грунта.

Нагрузка от веса всего сооружения (здания и фундамента) оказывает влияние на нижележащие слои грунта; его называют рабочей зоной основания или сжимаемой толщей.

При проектировании строительных конструкций обязательно производят расчеты деформаций либо расчеты по устойчивости, чтобы не произошла такая ситуация, когда под воздействием нагрузки грунт, на который опирается подошва фундамента, выдавливается в стороны, а основание теряет устойчивость.

Типы фундаментов

Различают следующие основные типы фундаментов:

1. Фундаменты в открытых котлованах. Фундамент возводится в открытом котловане, а затем засыпается грунтом. В этом случае вся нагрузка от него передается на подошву.
2. Фундаменты глубокого заложения погружают в грунт посредством использования специальных механизмов. Нагрузка в данном случае передается как по подошве, так и по боковым поверхностям фундамента.
3. Свайные фундаменты представляют собой группу свай, объединенных сверху плитой или балками.

Перед началом любого строительства, еще до этапа проектирования здания, на будущей строительной площадке проводят инженерно-геологические изыскания, которые позволяют выяснить особенности грунта на этом участке.

Помимо сведений о физико-механических свойствах грунтов и оценки деформативных и прочностных характеристик основания, особое внимание уделяют гидрогеологическим условиям, представленным на участке:

1. уровню подземных вод;
2. самой высокой и самой низкой отметкам колебания уровня грунтовых вод;
3. возможности образования агрессивных сред из-за проникновения в грунт химических веществ.

Каталог продукции CEMMIX

CemBase 5л

Cпециализированная высокоэффективная добавка для фундамента.

Оптовая цена 750,64 руб. при заказе от 32 шт.
Рекомендованная розничная цена у партнеров 853 руб.

Также учитываются сейсмические условия, вероятность образования оползней, усадка и набухание грунтов, морозное пучение и другие.

Грунты и их строительная классификация

Выбор типа фундамента напрямую зависит от того, на каком грунте будет возводиться строительная конструкция.

Грунтами называют верхние слои земной поверхности, образованные в процессе выветривания горных пород. Они могут быть связными или несвязными и иметь различные характеристики, из которых для строительства наиболее важны физические и механические.

Грунты можно назвать трехфазными системами, потому что они состоят из твердых частиц, воды и газа. Лабораторные исследования определяют плотность грунта ненарушенной структуры, плотность твердых частиц грунта и его природную влажность, гранулометрический состав и степень его неоднородности, плотность грунта в сухом состоянии, коэффициент пористости, текучесть.

В соответствии с классификацией по ГОСТ 25100–82, различают скальные и нескальные грунты:

1. Для скальных грунтов характерна жесткая связь между зернами. Различают скальные грунты очень прочные, прочные, средней прочности, малопрочные, пониженной прочности, низкой прочности, весьма низкой прочности. Они подразделяются на размягчаемые и неразмягчаемые. Некоторые скальные грунты могут растворяться в воде, в этом случае должна быть установлена степень их растворимости. Скальные грунты, как правило, считаются надежными основаниями.
2. Нескальные грунты подразделяются на крупнообломочные (валунные, гравийные, галечниковые) и песчаные (гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие, пылеватые). Крупнообломочные грунты обычно считаются надежными основаниями. Песчаные грунты тоже, в основном, рассматриваются как надежные основания, за исключением рыхлых песков, пылевато-глинистых грунтов, илов, просадочных (дают осадку при увлажнении) и набухающих (увеличиваются в объеме при намокании и уменьшаются при высыхании) грунтов.

Выделяют в отдельные группы:

1. Засоленные грунты. Могут формировать агрессивную среду и способствовать выщелачиванию бетона.
2. Биогенные грунты (торфы и сапропели). Характерны высокая сжимаемость, медленно развивающаяся осадка, возможность формирования агрессивных сред.
3. Насыпные грунты. Высокая степень неоднородности, неравномерная сжимаемость, возможность осадки.
4. Вечномерзлые грунты (северные районы Сибири, Дальний Восток). При изменении температурного режима возможно оттаивание, которое вызовет дополнительную осадку.

Таким образом, задача грамотного строительства — на основании произведенных исследований и расчетов правильно распределить нагрузку от конструкции на грунт. Для этого вначале проводят испытания грунта на сжатие, на сдвиг, а также на статическую нагрузку. Для получения достоверных результатов испытывают определенное количество образцов, чтобы учесть неоднородность грунта.

Особенности характеристик грунтов

Если говорить о свойствах грунтов, то нужно учитывать, что они существенно отличаются от свойств строительных материалов:

1. прочность грунта на несколько порядков ниже, чем прочность металла, камня, бетона и других строительных материалов;
2. деформативность грунта в десятки тысяч раз ниже, чем деформативность строительных материалов;
3. грунты не работают на растяжение;
4. грунты воспринимают только нагрузки на сжатие и на сдвиг;
5. при постоянной нагрузке, даже после прекращения нагружения, деформации грунта нарастают (это объясняется ползучестью и консолидацией грунтов, которые в той или иной степени присущи практически любым грунтам).

Виды деформаций зданий

При проектировании здания и произведении расчетов учитывается структура конструкции и виды деформаций, которые могут быть следующими:

1. прогиб вследствие изгиба подошвы сплошной фундаментной плиты (характерно для зданий большой протяженности);
2. крен или поворот относительно вертикальной оси (особенно опасен для высоких зданий);
3. перекос (из-за неравномерной осадки);
4. кручение (крены в разные стороны);
5. горизонтальные смещения (в подпорных стенках).

Большинство этих деформаций вызывается неравномерными осадками грунта, которые могут вызываться рядом причин:

1. уменьшение пористости грунта после загрузки фундамента;
2. разуплотнение слоев грунта, залегающих у дна котлована;
3. осадка выпирания из-за выдавливания грунта подошвой фундамента;
4. нарушение природной структуры грунтов во время выполнения строительных работ;
5. осадка во время эксплуатации здания;
6. осадка в результате набухания или просадки грунта;
7. неблагоприятные последствия воздействия грунтовых вод и газа.

Методы борьбы с деформациями грунтов и зданий

В строительных работах на этапе проектирования учитывают тип грунта и тип возводимой конструкции, а также способы выполнения работ.

Для уменьшения неравномерных осадок используют специальные конструктивные решения, например, выбирают особые формы фундаментов (ступенчатый, с изменением размеров подошвы), рассчитывают глубину заложения фундамента, устраивают деформационные или осадочные швы, чтобы снизить жесткость конструкции, применяют армированную кладку вдоль стен.

Требования к фундаментам

Фундамент здания должен быть надежным, но эта надежность должна сочетаться с экономичностью. Иными словами, можно заложить в расчетах очень высокую прочность фундамента, но она будет избыточной и приведет к перерасходу материалов, удорожанию работ, увеличению сроков строительства.

Чтобы найти золотую середину, применяют методику расчета по предельным состояниям (по несущей способности и деформациям).

Методы усиления грунтов

При произведении расчетов учитывают характеристики грунта. Обычно под строительные площадки используют участки, непригодные для сельскохозяйственных работ, поэтому качество грунтов может быть разным. Различают слабые и надежные грунты, однако такая классификация достаточно условна и зависит от габаритов и веса возводимого здания.

Слабыми считают сильносжимаемые, насыщенные водой грунты, которые теряют прочность при обычной скорости приложения внешних нагрузок, характерной для строительных работ. К таким грунтам относятся пылевато-глинистые грунты в текучем состоянии, заторфованные грунты, илы и пески в рыхлом состоянии. Однако небольшие и медленно нарастающие нагрузки они могут воспринимать.

Возведение фундамента на таких грунтах — сложное мероприятие. Обычно на слабых грунтах применяют свайные фундаменты либо фундаменты глубокого заложения с полной прорезкой слоев слабых грунтов, но этого бывает недостаточно для того, чтобы повысить несущую способность основания и уменьшить неравномерность осадок, поэтому прибегают к искусственному улучшению физико-механических характеристик грунтов снований:

1. Снижение влажности грунта для исключения гидростатического и гидродинамического давления. Для этого проводят дренирование подземных вод, регулируют их сток и проводят другие мероприятия.
2. Конструктивные методы — устройство грунтовых подушек, шпунтового ограждения, армирование грунта.
3. Уплотнение (вибрацией, взрывами), вытрамбовывание котлованов.
4. Искусственное водопонижение на пылевато-глинистых грунтах (фильтрационные установки).
5. Закрепление грунтов.

Закрепление грунтов

Одним из методов усиления грунтов является закрепление, которое производится посредством цементации, глинизации, битумизации, силикатизации, после чего грунты в десятки раз увеличивают несущую способность, превращаясь, практически, в полускальную породу.

Закрепление иногда еще называют инъекционным усилением грунтов, потому что вяжущие растворы нагнетаются в грунт с помощью инъекторов (перфорированных труб, которые забиваются в грунт).

Хорошо фильтрующие грунты закрепляют силикатизацией (растворами силиката натрия и хлористого кальция).

Грунты с высокой водопроводимостью закрепляют цементацией, то есть, инъектированием цементным раствором, после чего их водопроницаемость существенно снижается, а стабильность и несущие способности — повышаются.

В состав цементного раствора для цементации грунта входят обычно цемент и вода, иногда — песок.

Водоцементное соотношение в растворе выбирают в зависимости от пористости грунта: чем меньше пористость, тем более жидкий нужен раствор. Обычно на 1 часть цемента по массе берут от 10 до 50 частей воды.

Современная химическая промышленность выпускает добавки, которые могут повышать эффективность цементации грунта. Это, в основном, пластификаторы и суперпластификаторы. Компания Cemmix производит следующие виды таких добавок:

1. пластификатор Plastix;
2. суперпластификаторы CemBase и CemPlast.

Каталог продукции CEMMIX

CemBase 5л

Cпециализированная высокоэффективная добавка для фундамента.