Текст книги "Современные работы по закладке фундамента. Виды работ, материалы, технологии"

Валентина Ивановна Назарова
Современные работы по закладке фундамента. Виды работ, материалы, технологии

Для того, чтобы правильно оценить, какой тип фундамента нужно заложить при строительстве дома, дачи, необходимо обратить серьезное внимание на изучение грунта, в который будет закладываться фундамент. Если вы не правильно определитесь с грунтом, то неверно определитесь и с выбором фундамента, что в итоге приведет к нарушению всего строительного цикла. Поэтому мы решили начать наше изложение с информации о видах грунтов, ознакомившись с которой вы сможете принять правильное решение по выбору типа фундамента.

Глинистые грунты

Глинистые грунты – это связанные грунты, для которых число пластичности Jp > 0,01. По содержанию песчаных частиц и числа пластичности глинистые грунты подразделяются на супесь, суглинок, глину (табл. 1).

Таблица 1

Числом пластичности называют разницу между влажностью на границе текучести и влажностью на границе раскатывания в долях единицы.

Глинистые грунты в зависимости от их плотности и влажности могут находиться в различном состоянии, которое характеризуется показателем консистенций J1 (табл. 2).

Таблица 2

Среди глинистых грунтов должны быть выделены:

• илы;

• просадочные грунты;

• набухающие (пучинистые) грунты.

К илам относятся глинистые грунты в начальной стадии своего формирования, образовавшиеся как структурный осадок в воде при наличии микробиологических процессов и имеющие в природном сложении влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, превышающий значения для супесчаного ила е ≥ 0,9, для суглинистого ила е ≥ 1,0, для глинистого ила е ≥ 1,5.

Илы выделяются среди глинистых грунтов в особую группу, так как в строительном отношении они являются неблагоприятными грунтами, т. е. строить на них нецелесообразно.

К просадочным грунтам относятся глинистые грунты, которые под воздействием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают дополнительную осадку (просадку).

При предварительной оценке к просадочным обычно относятся лессы и лессовидные грунты.

В зависимости от просадки и собственного веса при замачивании просадочные грунты подразделяются на два типа:

• тип 1 – когда просадка грунта от собственного веса не превышает 5 см;

• тип 2 – когда просадка грунта от собственного веса больше 5 см.

К набухающим (пучинистым) грунтам относятся глинистые грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме.

Набухающие грунты в зависимости от величины относительного набухания без нагрузки в компрессионном приборе подразделяются на:

• слабонабухающие, если 0,04 ≤ δ_Н ≤ 0,08;

• средненабухающие, если 0,08 < δ_Н J 0,12;

• сильнонабухающие, если δ_Н > 0,12.

Песчаные грунты

Песчаные грунты – это сыпучие в сухом состоянии грунты, содержащие менее 50 % по весу частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности.

В зависимости от крупности частиц они подразделяются на пять групп табл. 3.

Таблица 3

По степени влажности песчаные грунты подразделяются на три группы табл. 4.

Таблица 4

По степени плотности их сложения песчаные грунты в зависимости от коэффициента пористости подразделяются на три группы табл. 5.

Таблица 5

Крупнообломочные грунты

Крупнообломочные грунты – это несцементированные грунты, содержащие более 50 % по весу обломков кристаллических и осадочных пород с размерами частиц более 2 мм. В зависимости от крупности частиц они подразделяются на три группы табл. 6.

Таблица 6

По степени влажности крупнообломочные грунты подразделяются на маловлажные, влажные, насыщенные водой табл. 7.

Таблица 7

Скальные грунты

Скальные грунты – это изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами (спаенные и сцементированные), залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива. Скальные грунты подразделяются на магматические, метаморфические, осадочные табл. 8.

Таблица 8

Магматические, метаморфические, а также осадочные сцементированные породы с кремнистым цементом (кремнистые конгломераты, брекчии, песчаники, известняки, опоки) не растворяются в воде.

К растворимым относятся следующие скальные породы:

• труднорастворимые – известняки, доломиты, известковистные конгломераты и песчаники;

• среднерастворимые – гипс, ангидрит, гипсоносные конгломераты;

• легкорастворимые – каменная соль.

В результате фильтрации воды через трещины в растворимых скальных породах возможно образование карстовых полостей.

Заторфованные грунты

Заторфованные грунты различаются между собой по степени заторфованности табл. 9.

Улучшить свойства грунтов можно проведением следующих мероприятий:

• уплотнение грунта методом укатывания катками, машинами;

• уплотнение грунта с помощью различных трамбовок (механических, электрических);

• уплотнение грунта вибрированием;

• уплотнение слабого грунта глубинным дренажом;

• закрепление слабых, в том числе просадочных грунтов, другими доступными способами.

Таблица 9

Возведение фундаментов

Влияние грунтовых вод на выбор фундаментов

Положение уровня грунтовых вод и возможность их изменения в период строительства и эксплуатации возводимых зданий влияют на выбор типа фундаментов, их размеров, глубины заложения, водозащитных мероприятий и др.

При повышении уровня грунтовых вод могут изменяться деформационные и прочностные свойства глинистых грунтов основания, возникать просадка или набухание, увеличиваться степень морозной пучинистости и пр.

При понижении уровня грунтовых вод могут возникать дополнительные осадки как глинистых, так и песчаных грунтов.

При заложении фундаментов необходимо учитывать как сезонные и многолетние колебания уровня грунтовых вод и верховодки, так и возможность формирования нового повышенного или пониженного среднего уровня.

При этом следует учитывать возможность образования нового техногенного горизонта, т. е. горизонта, сформировавшегося в результате строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Техногенное повышение уровня грунтовых вод или образование техногенного водоносного горизонта (в том числе и верховодки) определяется действием факторов подтопления:

• активных, т. е. непосредственно вызывающих подтопление (например, утечка из инженерных сетей);

• пассивных, т. е. не вызывающих подтопления непосредственного, но способствующих его возникновению и развитию (например, нарушение поверхностного стока, гидрогеологические условия и т. д.).

Основными факторами подтопления являются:

• при строительстве – изменение условий поверхностного стока при вертикальной планировке, засыпке естественных дрен, производстве земляных работ, длительный разрыв между выполнением земляных работ нулевого цикла и строительными работами (закладкой фундаментов, прокладкой коммуникаций и т. п.);

• при эксплуатации – инфильтрации утечек производственных вод, уменьшение испарения под зданиями и покрытиями, полив зеленых насаждений и т. п.

Грунтовые воды могут быть агрессивны по отношению к материалу фундаментов или другим заглубленным конструкциям.

Требования к инженерно-геологическим и гидрогеологическим разработкам

Все вышеизложенные материалы о грунтах и грунтовых водах показывают, насколько серьезно надо подходить к устройству фундаментов.

Для правильной оценки условий заложения фундаментов на площадке строительства необходимо выполнить инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания, где необходимо:

• на основании взятых геологических проб грунтов лабораторным путем определить прочностные характеристики грунтов основания;

• дать рекомендации по глубине заложения и типу фундаментов, исходя из конкретных грунтовых условий;

• указать уровень грунтовых вод и сезонные его колебания. Дать прогнозы возможных изменений гидрогеологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации зданий;

• определить степень агрессивности грунтовых вод;

• определить степень засоленности грунтов.

Инженерно-геологические и гидрогеологические изыскания необходимо поручать специализированной организации, способной профессионально решить все перечисленные вопросы.

При усадебной застройке для зданий длиной не более 20 м в пределах пятна застройки должно быть не менее одной выработки (скважина или шурф) и одной точки зондирования. Для протяженных зданий длиной 30–40 м в пределах пятна застройки должно быть не менее двух выработок (шурф и скважина), рекомендуется также назначать две-три точки зондирования.

При строительстве нескольких зданий и сооружений допускается уменьшать объем инженерно-геологических изысканий, располагая равномерно шурфы, скважины и точки зондирования в пределах всего застраиваемого участка.

Глубина разведочных и технических скважин принимается на 2 м ниже глубины заложения фундаментов, но не менее 7 м. Глубина шурфов принимается не менее 5 м. Статическое зондирование производится на глубину 7 м. Глубина выработок может быть уменьшена, если в пределах указанной выше глубины встречены практически не сжимаемые грунты (скальные, полускальные, крупнообломочные, пески гравелистые).

Для просадочных грунтов в случае, если в районе строительства ожидается повышение уровня грунтовых вод, 30 % скважин, но не менее двух, должны проходить посадочную толщу или достигать установившегося уровня грунтовых вод.

При мощности посадочной толщи более 20 м глубина скважин принимается равной 20 м.

Количество технических выработок, предназначенных для отбора монолитов грунтов для лабораторных испытаний, должно составлять 15 % от общего числа выработок, но не менее 3.

При сложных грунтовых условиях строительной площадки (наличие выклинивающихся слоев ила, торфа и т. п.) число технических выработок увеличивается до 20 %, но не менее 5; для однородных грунтов число технических выработок допускается уменьшать до 10 %, но не менее 2.

Отбор монолитов грунта из технических выработок для лабораторных испытаний в однородных грунтах производится через 0,5 м по глубине.

Для однородных просадочных грунтов большой мощности монолиты в пределах первых 5 м отбираются через 1 м, а ниже через 2–3 м.

Глубина заложения фундаментов

Глубина заложения фундаментов является одним из основных факторов, обеспечивающих необходимую несущую способность основания.

Глубина заложения фундаментов должна определяться с учетом:

• назначения, а также конструктивных особенностей зданий и сооружений (например, наличие подвалов, подземных коммуникаций, фундаментов под оборудование и т. д.);

• величины и характера нагрузок и воздействий, действующих на основание;

• глубины заложения фундаментов примыкающих зданий и сооружений, а также оборудования;

• существующего и проектируемого рельефа застраиваемой территории;

• геологических условий площадки строительства (строительных свойств грунтов, характера напластований отдельных видов грунта, наличия слоев, склонных к скольжению; наличия пустот, образовавшихся вследствие выветривания, растворения солей; наличия пустот, засыпанных строительным мусором или насыпным грунтом и пр.);

• гидрогеологических условий площадки строительства (уровней грунтовых вод и верховодки, а также возможности их изменения в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений, агрессивности грунтовых вод и т. д.);

• принятой конструкции фундаментов и методов производства работ;

• возможности пучения грунтов при промерзании и осадки при их оттаивании.

Глубина заложения фундаментов из условия возможности пучения грунтов при промерзании указана в приведенной ниже таблице 10.

Таблица 10

Помимо пучения грунтов, залегающих в основании, необходимо считаться с возможностью выпучивания фундаментов вследствие смерзания боковой поверхности фундаментов с окружающим его пучащимся грунтом.

Глубина заложения фундаментов исчисляется от поверхности планировки или пола подвала до подошвы фундамента, т. е. нижней его поверхности, опирающейся на несущий слой грунта и передающей на него нагрузки. При наличии бетонной подготовки под фундаментом глубина заложения принимается до низа подготовки.

Минимальная глубина заложения фундаментов – 500 мм от поверхности земли может быть принята:

• для грунтов, где глубина заложения фундаментов (согласно таблице 10, пп. 1, 2, 5) не зависит от глубины промерзания;

• для всех видов грунтов при малоэтажном строительстве без подвалов (одноэтажные жилые дома, хозяйственные постройки и т. п.). В этом случае фундаменты необходимо выполнить в виде непрерывной монолитной железобетонной ленты под всеми стенами с двойным непрерывным армированием в нижней и верхней зоне фундамента арматурой не менее Ø 12АII (5 шт.). Стык арматуры выполнять внахлест не менее 30 диаметров арматуры (360 мм).

Растительный слой земли, который необходимо удалять, должен быть меньше 500 мм, при том под подошвой фундаментов следует устроить песчаную подготовку толщиной 100–150 мм.

При выборе глубины заложения фундаментов в соответствии с инженерно-геологическими и гидрологическими условиями рекомендуется:

• выбирать несущие слои грунта с учетом его несущей способности, положения в напластовании геологического разреза и способа производства работ;

• предусматривать заглубление фундамента в несущий слой грунта на 10–50 см;

• не оставлять под подошвой фундамента слой грунта малой толщины, если строительные свойства грунта этого слоя значительно хуже свойств подстилающего слоя;

• при заложении фундаментов ниже уровня грунтовых вод (с учетом его колебания) предусматривать методы производства работ, сохраняющих структуру грунта;

• если глубина заложения фундаментов по условиям несущей способности и деформируемости грунтов основания оказывается чрезмерно большой, целесообразно предусматривать специальные мероприятия по подготовке оснований или переходить на свайные фундаменты.

Для фундаментов, которые должны иметь глубину заложения не менее расчетной глубины промерзания, предусматриваются следующие мероприятия:

• глубина заложения фундаментов внутренних стен и колонн отапливаемых зданий и сооружений, считая от поверхности планировки земли, должна назначаться независимо от расчетной глубины промерзания грунтов при условии, если грунты основания в период строительства будут защищены от увлажнения и промерзания.

Глубина заложения фундаментов наружных и внутренних стен и колонн отапливаемых зданий и сооружений должна приниматься:

• при холодных подвалах и технических подпольях (имеющих отрицательную температуру в зимний период времени) – не менее 0,5 Н (половины расчетной глубины промерзания), считая 0,5 Н от пола подвала или технического подполья;

• при теплых подвалах и технических подпольях вне зависимости от расчетной глубины промерзания грунта при условии его защиты в период строительства от увлажнения и промерзания;

Глубина заложения фундаментов наружных и внутренних стен и колонн неотапливаемых зданий и сооружений должна назначаться:

• не менее расчетной глубины промерзания (Н), считая ее от пола подвала или технического подполья, а при отсутствии подвала или технического подполья – от поверхности планировки земли.

Типы фундаментов

Фундаменты под стены делятся на три типа:

• ленточные;

• столбчатые;

• свайные.

Ленточные фундаменты подразделяются на сборные, монолитные и прерывистые.

Сборные ленточные фундаменты выполняются из блоков-подушек и стеновых фундаментных блоков (рис. 1).

Блоки-подушки, как правило, имеют прямоугольную или трапецеидальную форму и изготавливаются из железобетона.

Стеновые фундаментные блоки имеют прямоугольное сечение и могут быть сплошными или с пустотами (облегченные), причем пустотелые блоки могут применяться только в сухих грунтах. Стеновые фундаментные блоки изготавливаются из бетона. Элементы сборных ленточных фундаментов изготавливаются, как правило, в заводских условиях или на полигонах.

При возведении сборных ленточных фундаментов на сильносжимаемых грунтах, а также на площадках с неравномерным напластованием грунтов, значительно отличающихся по своей сжимаемости, необходимо предусматривать армированный шов толщиной 3–5 см поверх фундаментных блоков-подушек и армированный пояс высотой 10–15 см поверх последнего ряда фундаментных стеновых блоков по всему периметру здания.

Кладку стеновых фундаментных блоков вести на цементном растворе марки 50 с перевязкой вертикальных швов на 25 см.

Ленточные монолитные фундаменты (рис. 2) могут быть выполнены из бутовой кладки, бутобетона, бетона и железобетона. Материалы, из которых возводят монолитные фундаменты, должны удовлетворять требованиям по морозостойкости.

Наклон боковой грани уступчатого фундамента (а) зависит от материала фундамента, и во избежание откола некоторой его части отношение ширины уступа «с» к его высоте «й» не должно быть более:

• для бутовой кладки 1:2;

• для бутобетона 1:1,5;

• для бетона 1:1.

Переход ленточного фундамента от меньшей к большей глубине заложения, например переход ленточного фундамента из бесподвальной части здания к подвальной, осуществляется ступенями высотой 0,5–0,6 м и шириной 1,0–1,2 м (рис. 3).

Фундаменты проектируемого здания, непосредственно примыкающие к фундаментам существующего, рекомендуется принимать на одной отметке. При расположении смежных фундаментов в разных уровнях линия, соединяющая их края, должна образовывать угол с горизонтальной линией «α» менее угла внутреннего трения грунта «φ» (рис. 4). Если рядом с существующим зданием с небольшой глубиной заложения фундаментов надо разместить новое здание с большой глубиной заложения фундаментов (например, при наличии подвала), то во избежание нарушения несущей способности грунта основания под существующим зданием необходимо устроить между существующим и новым фундаментом шпунтовую стенку или другое жесткое ограждение (рис. 5). При большой протяженности фундамента или сложной его конфигурации в плане, а также в том случае, когда можно ожидать неравномерные осадки здания, фундаменты, как и стены, разделяются осадочными швами.

Ширина ленточного фундамента подсчитывается по специальной формуле и зависит от нагрузки на фундамент, прочностных характеристик слоя грунта, который является основанием под подошвой фундамента и способом приложения нагрузки (центральной или внецентренной).

Ленточные прерывистые фундаменты (рис. 6) устраиваются, как правило, из сборных элементов, когда на фундамент передается небольшая нагрузка или когда в номенклатуре блок-подушек нет необходимой ширины. В этом случае берут блок-подушки ближайшего большего размера и устанавливают их с разрывом, который заполняется утрамбованным песком или местным грунтом.

В прерывистых фундаментах фундаментные стеновые блоки должны укладываться с надежной перевязкой вертикальных швов. Вертикальный шов между фундаментными стеновыми блоками нижнего ряда, как правило, должен находиться над блок-подушкой в районе ее середины.

При устройстве ленточных прерывистых фундаментов необходимо учитывать следующее:

• чем больше ширина блок-подушки «b» при одной и той же их длине «1», тем больший просвет «с» можно установить. Величина просвета «с» должна быть не более 1,2 м и 0,7 1, а ширина блок-подушек в прерывистом фундаменте должна быть не более 1,4 от ширины блок-подушек в сплошном ленточном фундаменте для этих условий;

• в прерывистых ленточных фундаментах наиболее оптимальным является использование блок-подушек меньшей длины (например, использовать блок-подушку не полной длины – 2,4 м, а половинной – 1,2 м).

Применение прерывистых ленточных фундаментов не рекомендуется, когда:

• грунтовые условия относятся ко II типу по просадочности;

• грунты под подошвой фундамента являются глинистыми с показателями консистенции J1 ≥ 0,5.

Прерывистые фундаменты запрещается применять, если основание сложено:

• рыхлыми песками;

• просадочными грунтами в районах с сейсмичностью свыше 6 баллов.

Столбчатые фундаменты, как правило, применяются для бесподвальных зданий в случае малой нагрузки на фундаменты или высокой прочности грунтов основания, а также в случае необходимости заглубления фундамента ниже расчетной глубины при малой несущей способности верхних слоев основания (рис. 7). В этом случае нагрузка от стены передается на фундаментную балку, а затем через столбы и блок-подушки – на грунты основания. Столбчатые фундаменты могут быть как монолитные, так и сборные из блоков.

Расстояние между столбами принимается в зависимости от нагрузки на фундамент, несущей способности грунта основания, типа фундаментной балки и составляет, как правило, 2–4 м.

Фундаментные балки бывают железобетонные (сборные и монолитные), а также из стальных профилей (швеллер, двутавр и т. д.), обетонированных на месте. Необходимо отметить, что столбчатые фундаменты имеют меньшую пространственную жесткость, чем ленточные, в связи с чем возведенные на них здания в большей степени испытывают неравномерные осадки.

Фундаменты под колонны выполняются как в сборном, так и в монолитном варианте. В плане фундаменты имеют квадратную или прямоугольную форму. При внецентренном приложении нагрузки фундаменты под колонны могут быть выполнены несимметричными относительной одной из осей.

Свайные фундаменты могут быть выполнены из коротких и длинных свай. Применение коротких свай длиной 5–6 м при прочных грунтах имеет целью уменьшение земляных работ, связанных с устройством фундаментов, придание зданию большей пространственной жесткости, ускорение и удешевление строительства. Этот тип фундамента применяется для бесподвальных зданий или для зданий, у которых площадь подвала не превышает 15 % площади пола 1-го этажа.

Применение длинных свай вызывается необходимостью передачи нагрузок на более прочные слои грунтов в связи с неблагоприятными инженерно-геологическими условиями строительной площадки.

Раньше для свай использовалось дерево, в настоящее время основным материалом для свай служат бетон и железобетон.

По способу изготовления сваи могут быть индустриальные и буронабивные.

По характеру передачи нагрузки на грунт различают сваи-стойки, опирающиеся на практически несжимаемый грунт и передающие нагрузку на грунт только нижним концом, и висячие сваи, передающие нагрузку на грунт нижним концом и боковой поверхностью.

Свайные фундаменты под колонны выполняются в виде куста свай, объединенных ростверком (см. рис. 8), кроме того, свайный фундамент под колонны может быть также в виде одиночной сваи (забивной или буронабивной).

Свайные фундаменты под несущие стены из забивных или буронабивных свай выполняются в виде одного ряда свай, объединенных монолитным или сборным ростверком (рис. 9, 10).

Буронабивные сваи выполняются путем наполнения бетоном пробуренной скважины. Для сопряжения с ростверком ее армируют на глубину 2–3 м арматурным каркасом или отдельными стержнями.

Если арматурным каркасом свая армируется на всю глубину, то получается железобетонная буронабивная свая.

В случае необходимости достижения высокой несущей способности буронабивные сваи устраивают с уширенной пятой.

В свайных фундаментах сваи должны быть надежно соединены с ростверком, для чего:

• в забивных сваях голову каждой свои необходимо развить и оголенную арматуру завести в тело ростверка на длину 30d арматуры сваи;

• в буронабивных сваях арматуру необходимо завести в тело ростверка на длину 30d арматуры сваи.

Глубина заложения подошвы ростверка должна назначаться в зависимости от конструктивных решений нулевого цикла и планировки (наличие подвала, технического подполья, планировка срезкой или подсыпкой), а также высоты ростверка. Нижний конец сваи надлежит заглублять в малоснимаемые грунты на 1 м.

При возведении фундаментов очень важно предусмотреть мероприятия от горизонтальных сдвигающих сил грунта, действующих на фундаменты в зданиях с подвалами или цокольными этажами. Для этого после устройства фундаментов до обратной засыпки грунтом пазух котлована необходимо уложить перекрытие на отметке пола 1-го этажа и бетонную подготовку пола в подвале или в цокольном этаже (рис. 11а).

Кроме того, другим конструктивным мероприятием, препятствующим смешению фундаментов, является создание пространственно-жесткой системы фундаментно-подвальной части здания за счет устройства поперечных стен в подвале (цокольном этаже), жестко связанных с продольными стенами (см. рис. 11б).

При строительстве зданий рядом с подпорной стенкой или откосом есть опасность потери устойчивости здания, если оно находится на призме обрушения. Поэтому, учитывая этот фактор, здание должно располагаться на таком расстоянии от подпорной стенки или откоса, которое исключает возможность его попадания на призму обрушения (рис. 12, 13).

Границы призмы обрушения целесообразно определять при проведении инженерно-геологических изысканий площадки строительства.

Под подошвой фундаментов и ростверков необходимо уложить подготовку из бетона, щебня, песка толщиной 80-100 мм.