Глибина закладення фундаменту - це відстань від спланованої поверхні грунту до рівня підошви фундаменту (рис. 6.3).
Мал. 6.3. Елементи фундаменту: 1 - тіло; 2 - підошва; 3 - обріз; 4 - ширина підошви; 5 - глибина закладання; 6 - оцінка глибини промерзання грунту; 7 - відмітка рівня грунтових вод (УГВ); 8 - планувальна відмітка землі; 9 - відмітка підлоги першого поверху; 10 - стіна; 11 - перекриття
Глибина закладення фундаментів приймається з урахуванням:
- призначення і конструктивних особливостей проектованої будівлі;
- навантажень і впливів на фундаменти;
- глибини прокладки інженерних комунікацій;
- існуючого і проектованого рельєфу території, що забудовується;
- інженерно-геологічних умов майданчика будівництва (фізико-механічних властивостей ґрунтів, характеру нашарувань, наявності схильних до ковзання шарів і ін.);
- гідрогеологічних умов майданчика і можливих їх змін;
- глибини сезонного промерзання грунтів.
Глибина сезонного промерзання залежить від кліматичних умов і виду грунту. Нормативна глибина сезонного промерзання dfn для глинистого грунту визначається по СНиП 2.01.01-82 «Будівельна кліматологія і геофізика». Для пилуватих глин і суглинків, супісків, пісків дрібних і пилуватих приймається нормативна глибина для глинистого грунту з коефіцієнтом 1,2. В не рухливих грунтах (крупнообмолочних, пісках гравелистих, великих і середньої крупності) глибина закладення фундаменту не залежить від глибини промерзання.
Нормативна глибина сезонного промерзання грунту приймається рівною середній з щорічних максимальних глибин сезонного промерзання грунтів (за даними спостережень за період не менше 10 років) на відкритій оголеною від снігу горизонтальній площадці при рівні підземних вод нижче глибини сезонного промерзання грунтів.
Розрахункова глибина сезонного промерзання грунту визначається за формулою:
де dfn - нормативна глибина промерзання; kh - коефіцієнт, що враховує вплив теплового режиму будівлі, що приймається: для зовнішніх фундаментів опалювальних будівель - по табл. 6.1; для фундаментів неопалюваних будівель - 1,1.
Коефіцієнти впливу теплового режиму будівлі при розрахунку глибини сезонного промерзання грунту
Розрахункова температура повітря в приміщенні, яке прилягає до зовнішніх фундаментів, "С
Примітки. 1. До приміщень, що примикають до зовнішніх фундаментів, відносяться підвали і технічні Поділля, а при їх відсутності - приміщення першого поверху. 2. При проміжних значеннях температури повітря коефіцієнт приймається з округленням до найближчого меншого значення, зазначеного в таблиці.
Глибина закладення фундаментів опалювальних будівель за умовами недопущення морозного здимання грунтів підстави призначається:
а) для зовнішніх фундаментів: при грунтах скельних, великоуламкових з піщаним заповнювачем, пісках гравелистих, великих і середньої крупності (тобто непучинистих) - незалежно від розрахункової глибини промерзання; для інших грунтів - не менше розрахункової глибини промерзання;
б) для внутрішніх фундаментів - незалежно від розрахункової глибини промерзання грунтів.
Глибину закладення зовнішніх фундаментів допускається призначати незалежно від розрахункової глибини промерзання, якщо:
- фундаменти спираються на дрібні піски і дослідженнями встановлено, що вони не мають рухливих властивостей;
- передбачені спеціальні теплотехнічні заходи, що виключають промерзання грунтів під підошвою фундаментів (теплоізольовані фундаменти і ін.);
- забезпечена просторова жорсткість фундаментів (малоповерхові безпідвальних будівлі з стрічковими фундаментами).
Проектування фундаментів на природній основі полягає у визначенні розмірів підошви фундаментів і глибини його закладення. Розміри підошви визначають розрахунком.
Глибина закладення фундаментів приймається з урахуванням:
- призначення, конструктивних особливостей проектованої будівлі;
- навантажень і впливів на фундаменти;
- глибини прокладки інженерних комунікацій;
- існуючого і проектованого рельєфу території, що забудовується;
- інженерно-геологічних умов майданчика будівництва (фізико-механічних властивостей ґрунтів, характеру нашарувань, наявності схильних до ковзання шарів і ін.);
- гідрогеологічних умов майданчика і можливих їх змін;
- глибини сезонного промерзання грунтів.
Стрічкові фундаменти влаштовують у вигляді стрічок під стіни будівель і по формі в плані вони повторюють контур стін. Стрічкові фундаменти не тільки несучі конструкції, а й огороджувальні приміщень цокольного або підвального поверхів.
По контуру в профілем стрічковий фундамент під кам'яну стіну є в найпростішому випадку прямокутник.
Прямокутний перетин фундаменту по висоті допустимо лише при невеликих навантаженнях на фундамент і досить високої несучої здатності грунту.
У більшості випадків для передачі тиску на підставу, що не перевищує нормативного тиску на грунт, доводиться розширюють підошву фундаменту.
Теоретичною формою перетину фундаменту з розширеною підошвою є трапеція. Розширення підошви не повинно бути великим, щоб уникнути появи розтягуючих і сколюють в виступаючих частинах фундаменту і появи в них тріщин.
На основі досвіду встановлено граничні кути нахилу теоретичної бічної грані фундаменту до вертикалі, при якій не виникають небезпечні розтягують і сколювальні напруги. граничний кут # 945 ;, званий умовно кутом розподілу тиску в матеріалі фундаменту, становить для бутового мурування на складному розчині складу 1: 1: 9 - 26 ° 30 ', на цементному розчині 1: 4 - 33 ° 30', для бутобетона - 36 °, а бетону - 45 °.
Практично фундаменти роблять ступеневої перетину. У будівлях з підвалами перетин фундаменту в межах підвалу влаштовують прямокутної форми з розширенням нижче підлоги підвалу, званим подушкою.
Ширина бутових фундаментів для забезпечення необхідної перев'язки швів повинна бути не менше 600 мм для кладки з рваного буту і 500 мм з бутового плити, а для бутобетонних фундаментів не менше 350 мм, при цьому розміри каменів повинні бути не більше 1/3 ширини фундаменту. Бутобетоні і бетонні фундаменти менш трудомісткі, але вимагають влаштування опалубки і більшої витрати цементу. Висота ступенів в фундаментах становить зазвичай близько 500 мм, ширина - від 150 до 200 мм.
Найбільш індустріальні збірні фундаменти із залізобетонних плит-подушок і бетонних стінових блоків. Застосування збірних фундаментів дозволяє значно скоротити терміни будівництва і зменшити трудомісткість робіт.
Мал. 6.5. Стрічковий збірний фундамент з великих блоків
Плити-подушечки виготовляють товщиною, переважно, 300 мм, шириною - від 600 до 3200 мм і довжиною 1200, 2400 мм. Стінові фундаментні блоки мають розміри: висота 600 і 300 мм (добірні), ширина - 300, 400, 500 і 600 мм, довжина - 600, 800, 900, 1200 і 2400 мм.
Блоки укладають з перев'язкою вертикальних швів, відстань між якими повинна бути не менше 0,4 висоти блоку.
Для зменшення кількості типорозмірів фундаментних блоків по довжині, а також для влаштування вводів комунікацій в тілі стрічкового фундаменту залишають отвори довжиною не більше 600 мм, які згодом заповнюють бетоном або цеглою. При цьому вищерозміщений блок повинен перекривати отвір.
Під плити-подушки влаштовують вирівняну піщану підсипку або укладають шар худого бетону товщиною 100 мм.
Для забезпечення просторової жорсткості фундаментів передбачаються зв'язку між поздовжніми і поперечними стінами підвалу перев'язкою блоків і закладкою в горизонтальні шви сіток з арматури діаметром 8 або 10 мм.
Що стосується розбіжності розрахункової ширини підошви фундаменту з шириною типовий залізобетонною плитою влаштовують переривчасті фундаменти - укладанням плит з проміжками і їх заповненням піском або грунтом.
У практиці малоповерхового будівництва (в будівлях без підвалу) все більшого поширення набувають фундаменти дрібного заповнення з основою у вигляді піщаної (піщано-гравійної) подушки.
Забезпечення необхідної жорсткості такими фундаментами досягається влаштуванням монолітних залізобетонних фундаментів.
Висота протівопучіністой подушки залежить від глибини промерзання грунтів, ступенем їх сдимистості, навантаження на фундамент, допустимих для надфундаментной частини будівлі деформацій.
Мал. 6.6. Стрічкові фундаменти: а - незаглиблений (фундамент-цоколь); б - мелкозаглубленний
Подушку укладають шарами 150-200 мм з проливний водою і ущільненням.
У випадках, коли в шарі сезонного промерзання є пучіністие грунти, здатні сприймати навантаження від будівлі ефективним і економічно обґрунтованим є пристрій поверхневих теплоізольованих фундаментів.
Мал. 6.7. Мелкозаглубленние теплоізольовані фундаменти з теплоізоляційним елементом: а - під фундаментом; б - поруч з фундаментом
Їх відмінність від вищерозглянутих фундаментів мілкого закладення полягає в тому, що під підошвою фундаменту або поруч з ним укладається спеціальний теплоізоляційний матеріал - еструдірованний пінополістирол (ПСБС).
Під такими фундаментами грунт не промерзають і, як наслідок, відсутні деформації підземних конструкцій будівлі через здимання грунтів.
Перехід від однієї глибини закладення фундаментів до іншої (на ділянці зі значним ухилом, при наявності підвалу тільки під частиною будівлі і ін.) Виконується уступами.
Мал. 6.8. Схема влаштування уступів при переході від однієї глибини закладення фундаментів до іншої
У кам'яних фундаментах при щільних грунтах висота уступу повинна бути не більше 1 м, а відстань між уступами - не менше їх висоти. У малосжімаемим грунтах відношення висоти уступу до його довжини повинно бути менше або дорівнює 1/3, а в сільносжімаемих - 1/2. При цьому висота уступу повинна бути не більше 0,5 м, в збірних фундаментах - 0,6 м.
При наявності уступів в стрічковому фундаменті армовані шви повинні перекривати один одного на різних рівнях не менше ніж на 50 діаметрів арматури і більше подвоєної відстані між швами по висоті. Точно так же армовані шви повинні перекривати отвори, наявні в стінці фундаментів.
Якщо при підготовці підстави в грунті виявляються старі засипані колодязі, ями, випадкові слабкі прошарки грунту, то щоб уникнути нерівномірного осідання фундаментів ці місця потрібно розчистити і заповнити кладкою, худим бетоном або утрамбувати піском, а при зведенні фундаментів над цими місцями слід накласти армовані шви.
При незначних навантаженнях на фундамент, коли тиск на грунт менше нормального, безперервні стрічкові фундаменти під стіни малоповерхових будівель доцільно замінювати столбчатимі. Стовпчасті фундаменти найменш трудомісткий і найбільш дешевий тип фундаментів. Вони в 1,5-4 рази дешевше стрічкових. Фундаментні стовпи (бутобетоні, бетонні або залізобетонні, монолітні і збірні) перекривають залізобетонними фундаментними балками (збірні або монолітні), на яких зводиться стіна. Відстань між осями фундаментних стовпів приймають 2,5-3 м. Стовпи розташовують обов'язково під кутами будівлі, в місцях перетину зовнішніх і внутрішніх стін. Для того щоб усунути можливість випирання фундаментної балки внаслідок обдимання розташованого під нею грунту, під нею влаштовують подушку з піску або шлаку завтовшки не менше 0,5 м.
Мал. 6.9. План стовпчастих фундаментів
Для малоповерхових безпідвальних будівель пальові фундаменти застосовуються в разі залягання на поверхні слабких сільносжімаемих грунтів.
Фундамент палі являє собою ряд (ряди) паль, об'єднаних монолітним розчином.
У малоповерхових будинках навантаження на палю як правило не перевищують 150-200 кН. Тому найбільш ефективні палі попередньо напружені залізобетонні суцільного перетину (250х250 і 300х300 мм) без поперчной армування, пірамідальні палі, забивні блоки і монолітні (буронабивні палі).
Забивні палі занурюють в грунт забиванням, вібрацією або вдавленням. Найчастіше застосовують забивання сваебольнимі молотами. Занурення вібрацією здійснюється в насичені водою піски. Вдавлювання палі приймають у випадках, коли не можна використовувати динамічні дії (поблизу існуючих будівель особливо при піщаних і супіщаних грунтах, здатних ущільнюватися від коливань).
Мал. 6.10. Збірні залізобетонні палі: а - квадратного перетину без поперечного армування; б - пірамідальна; в - забивний блок.
Буронабивні палі виконуються з бетону, залізобетону, грунтобетонних, грунтоцементу, щебеню, які укладаються в свердловину діаметром 0,5-0,8 м, глибиною занурення 1,5-2,0 м. При сипучих грунтах стінки свердловини закріплюють облогової трубою.
При проектуванні пальових фундаментів малоповерхових будівель як правило палі розташовують в один ряд з геометричним осях стін. В першу чергу палі розміщують в кутах будинку, в місцях перетину стін. Крок паль в ряду визначають розрахунком залежно від навантаження і несучої здатності паль і зазвичай приймається від 3 до 8 діаметрів палі.
Оптимальний крок паль квадратного перетину - 1,5-1,8 м. Ширину монолітного залізобетону приймають зазвичай дорівнює ширині стіни, але не менше 300 мм, а висоту - 400-500 мм.
Мал. 6.11. План фундаменту зі збірними палями
Мал. 6.12. План фундаменту з буронабивних палями
При нерівномірних опадах, слабкому грунті підстав, коли необхідно захистити підвал від проникнення грунтової води при високому її рівні, якщо підлога підвалу піддається знизу великим гідростатичного тиску доцільно застосовувати монолітні або збірні плитні фундаменти під всією площею будівлі, що зводиться.
У першому випадку коли плита розташовується в рівні планувальної позначки землі, плита «Підошва» має потовщені ребра по контуру під несучі стіни. У другому випадку (при наявності підвалу) плиту укладають на певному закладенні і прокладають перфоровані дренажні труби для відводу грунтових вод.
Мал. 6.13. Монолітні суцільні фундаменти: а - в рівні планувальної позначки землі; б - з глибоким закладенням.
Для влаштування плити грунт ущільнюють, проводиться засипка гравієм, щебенем товщиною не менше 100 мм, що служить дренажним шаром. По ньому укладають гідроізоляцію у вигляді поліетиленової плівки товщиною 0,15 мм. При підвищеному рівні грунтових вод виконують більш потужну гідроізоляцію - армовану бітумну плівку, закладену між двома шарами поліетилену. Гідроізоляція перешкоджає проникненню вологи в монолітну плиту.
В даний час накопичений великий досвід по зведенню економічних малозаглиблених фундаментів. Найбільш раціональним способом захисту пучинистого грунту від промерзання є улаштування горизонтальної теплоізоляції, що укладається всередині під фундаментами або поруч з ними по зовнішньому периметру стін в опалювальних будівлях, в неопалюваних - з двох сторін зовнішніх фундаментів. Ширину ізоляційного шару рекомендується приймати не більше величини, рівній глибині сезонного промерзання грунтів.
Мал. 6.14. Горизонтальна теплоізоляція фундаментів
Мал. 6.15. Мелкозаглубленние суцільні фундаменти: а - з утеплювачем усередині фундаменту; б - з утеплювачем зовні фундаменту; в - з утеплювачем зовні фундаменту; г - з утеплювачем із внутрішньої сторони фундаменту