Назначение, работа, и типы фундаментов

Фундаменты являются опорной частью здания и предназначены для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций на основание (грунт). От надежной работы фундаментов в большой степени зависят эксплуатационные качества здания, его капитальность и долговечность. Учитывая, что стоимость возведения фундаментов относительно высока и составляет 15-20% от стоимости всего дома, а исправление допущенных ошибок сложно и дорого, следует с большой ответственностью отнестись к их сооружению.

Просадка фундамента, то есть его постепенное опускание в грунт под действием вышерасположенных нагрузок, в малоэтажном домостроении — явление относительно редкое. Обычно опорная площадь возводимого фундамента, особенно ленточного, значительно превышает расчетную и на непросадочных грунтах почти всегда обеспечивает его стабильное состояние. Однако, если здание строят на слабых грунтах или устраивают столбчатые фундаменты под тяжелые стены, опорную площадь фундамента в местах сосредоточенных нагрузок следует проверить расчетом. При необходимости площадь опоры увеличивают: в ленточном фундаменте за счет уширения его нижней части, в столбчатом, кроме того — за счет сокращения расстояний между столбами.

В районах с сезонным промерзанием грунтов и высоким расположением грунтовых вод самыми опасными силами, действующими на фундамент малоэтажных зданий, являются силы морозного пучения. В тяжелых пучинистых грунтах (водонасыщенные глины, суглинки, супеси, мелкие и пылевые пески) эти силы, возникающие при расширении замороженных фунтов, достигают 10 — 15 т на 1 м2. Действуя на фундамент снизу вверх, они часто превосходят нагрузки от вышерасположенных конструкций . При этом сезонные вертикальные перемещения поверхностного слоя грунта при его промерзании на 1 — 1,5 м составляют 10-15 см. Перекошенные крыльца, террасы, веранды, а иногда и стены домов — в большинстве случаев результат действия именно сил морозного пучения.

Характерной ошибкой многих индивидуальных застройщиков, возводящих здания на таких грунтах, является уверенность, что чем глубже заложен фундамент, тем лучше, и что такое решение уже само по себе обеспечивает их надежную работу и устойчивость. Конечно, при расположении подошвы фундамента ниже уровня промерзания грунта вертикальные силы морозного пучения перестают действовать на нее снизу, однако касательные силы морозного пучения, действующие на боковые поверхности, могут и в этом случае вытащить фундамент вместе с промерзшим грунтом или оторвать его верхнюю часть от нижней. Такие случаи наиболее вероятны при устройстве фундамента из камня, кирпича или мелких блоков, особенно под легкими зданиями и сооружениями.

Чтобы не допустить деформации фундаментов на пучинистых грунтах, необходимо не только расположить их подошву ниже промерзания грунтов и тем самым избавиться от непосредственного давления мерзлого грунта снизу, но и нейтрализовать касательные силы морозного пучения, действующие на боковые поверхности фундамента.

Для этой цели внутри фундамента на всю его высоту закладывают арматурный каркас, жестко связывающий верхнюю и нижнюю части фундамента, а основание делают уширенным, в виде опорной площадки-анкера, которая не позволяет вытащить фундамент из земли при морозном пучении грунта. Такое конструктивное решение гарантирует стабильную работу фундамента при любых вертикальных деформациях грунта, однако оно практически возможно лишь при использовании железобетона. Если фундамент возводится из камня, кирпича или мелких блоков без внутреннего вертикального армирования, их стены устраивают наклонными (сужающимися кверху). Такой способ устройства фундаментных стен и столбов при тщательном выравнивании их боковых поверхностей значительно ослабляет вертикальное воздействие пучинистых грунтов на фундамент.

Дополнительными мерами, уменьшающими влияние сил морозного пучения, могут быть: покрытие боковых поверхностей фундамента скользящим слоем (отработанное машинное масло, полиэтиленовая пленка), а также утепление поверхностного слоя грунта вокруг фундамента (шлаком, керамзитом, пенопластом), при котором уменьшается местная глубина промерзания грунта.

Последняя мера может быть применена и для ранее построенного мелкозаглубленного фундамента, нуждающегося в защите от морозного пучения.

При строительстве зданий на крутопадающем рельефе приходится учитывать боковое давление грунта, его возможный сдвиг. Величина этого давления зависит от многих причин (крутизна откоса, гидрогеологический состав грунта и т. д.) и трудно поддается расчету . Обычно в этих условиях более надежно работает ленточный фундамент, жестко связанный в продольном и поперечном направлениях. Столбчатый фундамент в этом случае необходимо жестко объединять поверху железобетонным поясом (ростверком) для того, чтобы все конструктивные элементы работали совместно.

В зависимости от формы и способа опирания на грунт фундаменты бывают столбчатыми, ленточными и плитными (плавающими).

Столбчатые фундаменты являются самыми распространенными и дешевыми. Они могут быть выполнены из любых материалов: песка, камня, кирпича, бетона, а также из деревянных и железобетонных столбов, металлических и асбестоцементных труб.

По расходу материалов и трудовым затратам столбчатые фундаменты в 1,5-2 раза, а при глубоком заложении в 3-5 раз дешевле ленточных. Особенно эффективно применение столбчатых фундаментов в пучинистых грунтах при их глубоком промерзании.

Вместе с тем у столбчатых фундаментов есть и особенности, мешающие в ряде случаев их успешному применению. Так, в горизонтально-подвижных грунтах недостаточна их устойчивость к опрокидыванию и для погашения бокового сдвига требуется устройство жесткого железобетонного ростверка. Ограничено их применение на слабонесущих грунтах при строительстве домов с тяжелыми стенами. Кроме того, при столбчатых фундаментах возникают определенные сложности с устройством цоколя: если при ленточных фундаментах цоколь образуется как бы сам собой, являясь его продолжением, то при столбчатых заполнение пространства между столбами, стеной и землей (забирка) — дело относительно сложное и трудоемкое.

Ленточные фундаменты обычно возводит при строительстве зданий с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также в тех случаях, когда под домом устраивают подвал или теплое подполье. Возможно и целесообразно также устройство ленточных фундаментов при их мелком заложении на сухих непучинистых грунтах, даже если здание строится из легких конструкций без подвала и подполья. Ленточные фундаменты в этих условиях становится как бы заглубленным цоколем и по расходу материалов и трудозатратам приближаются к аналогичным показателям столбчатых фундаментов . На пучинистых глубоко промерзающих грунтах устройство ленточных фундаментов технически трудновыполнимо и экономически неоправданно. Плитные фундаменты являются разновидностью мелкозаглубленных ленточных фундаментов, однако в отличие от них имеют жесткое пространственное армирование по всей несущей плоскости, позволяющее без деформаций воспринимать знакопеременные нагрузки, возникающие при неравномерных и сезонных перемещениях грунта. На подвижных (пучинистых) грунтах такие фундаменты, в отличие от обычных, стационарных, покоящихся на неподвижном основании, имеют вместе с грунтом сезонные вертикальные перемещения и называются плавающими.

Конструктивное решение фундаментов определяется в основном гидрогеологическими условиями.

На неподвижных (непучинистых) грунтах под малоэтажными зданиями целесообразно устраивать простейшие фундаменты на песчаной подушке. Верх таких фундаментов может быть выполнен из любых неорганических материалов: гравия, щебня, камня, кирпича, бетона, а основание — из крупнозернистого песка.

При хорошей защите от дождевых и паводковых вод такие фундаменты надежны и долговечны и могут применяться для любых типов малоэтажных зданий независимо от глубины промерзания грунтов. Главным условием для устройства таких фундаментов является низкий уровень грунтовых вод: он должен быть не выше уровня промерзания грунтов. При расположении грунтовых вод в зоне промерзания грунтов последние могут стать пучинистыми (подвижными), а фундаменты с песчаным основанием подвергнуться неравномерным сезонным деформациям.

В пучинистых грунтах фундаменты устраивают с учетом действующих на них сил морозного пучения. Если глубина заложения фундаментов большая (более 0,8-1 м), возведение ленточных фундаментов экономически неоправданно, а устройство столбчатых, особенно из мелкоштучных материалов — технически трудновыполнимо. В этом случае столбчатые фундаменты целесообразнее устраивать из железобетонных столбов, асбесто-цементных и металлических труб. Если при рытье ям в них не будет воды, такие фундаменты можно делать с опорной плитой из монолитного бетона, укладываемого на дно в момент установки столбов, при этом столбы должны иметь внизу выпуски арматурного каркаса, утапливаемого в монолитный бетон . Если же уровень грунтовых вод постоянно находится выше подошвы фундаментов, столбчатые фундаменты следует устраивать из столбов, заранее изготовленных совместно с опорной плитой.

Конструкция плитных (плавающих) фундаментов представляет собой сплошную или решетчатую плиту, выполненную либо из монолитного железобетона, либо из сборных перекрестных железобетонных балок с жесткой заделкой стыковых соединений. Устройство плитных фундаментов требует относительно большого расхода бетона и металла и может быть оправдано в малоэтажном строительстве при сооружении небольших и простых по форме зданий и сооружений на тяжелых пучинистых подвижных и просадочных грунтах.