Вопрос 13 классифікація фундаментів цивільних будинків ,коротка характеристика та вимоги до них

4.1. Поняттяпро основи і вимоги до них

Основою називається масив ґрунту, розташований під фундаме-

нтом і сприймаючий навантаження від будинку. Основи бувають двох

видів: природні й штучні.

Природною основою називають ґрунт, що залягає під фундаме-

нтом і здатний у своєму природному стані витримати навантаження

від зведеного будинку.

Штучною основою називають штучно ущільнений чи зміцнений

ґрунт, який у природному стані не володіє достатньою несучою здатні-

стю за глибиною закладення фундаменту.

Діючі навантаження деформують основи, викликаючи осідання

будинку.

Відповідно до викладеного ґрунти, що складають основу, пови-

нні відповідати наступним вимогам: володіти достатньою несучою

здатністю, а також малою і рівномірною стисливістю (великі й нерів-

номірні осідання будинку можуть привести до його пошкодження і

навіть руйнування); не здиматися, тобто мати властивість збільшення

об’єму при замерзанні вологи в порах ґрунту (відповідно до цієї вимо-

ги вибирають глибину закладення фундаменту, що повинна бути узго-23

джена з глибиною промерзання ґрунту в районі будівництва), не роз-

миватися і не розчинятися ґрунтовими водами, що також призводить

до зниження міцності основи і появі непередбачених осідань будинку;

не допускати осідань і зсувів.

Осідання можуть відбутися при недостатній потуж ності шару

ґрунту, прийнятого за основу, якщо під ним розташовується ґрунт, що

має меншу міцність (більш слабкий ґрунт). Зсуви ґрунту можуть від-

бутися при похилому розташуванні шарів ґрунту, обмежених крутим

рельєфом місцевості.

Головна ж увага при проектув анні приділяється питанню забез-

печення рівномірності осідання. При цьому необхідно враховувати, що

навантаження від будинку може виклик ати руйнування основи при

його недостатній несучій здатності. З іншого боку, основа може і не

зруйнуватися, але осідання будинку виявиться настільки нерівномір-

ним, що в стінах будинку з'являться тріщини, а в конструкціях виник-

нуть зусилля, що можуть призвести до аварійного стану всього будин-

ку чи його частини.

Ґрунтові води значно впливають на структуру, фізичний стан і

механічні властивості ґрунтів, знижуючи несучу здатність основи.

Якщо ж у ґрунті містяться легкорозчинні у воді речовини (на-

приклад, гіпс), можлив е його вилуговування, що спричиняє збільшен-

ня пористості основи і зниження його несучої здатності. Для цього

знижують рівень ґрунтових вод. У випадк ах, коли швидкість руху

ґрунтових вод така, що можливе вимивання часток дрібнозернистих

ґрунтів, треба застосовувати заходи для захисту основи. Для цього

влаштовують навколо будинку спеціальне шпунтове огородження чи

дренаж.

Які основні види ґрунтів і їхні властивості? Ґрунти різноманітні

за своїм складом, струк турою і характером залягання. Прийнята на-

ступна будівельна класифікація ґрунтів:

Скельні – залягають у вигляді суцільного масиву (граніти, ква-

рцити, піщаники і т.д.) чи у виді тріщинуватого шару. Вони водостійкі,

нестисливі і при відсутності тріщин і порож неч є найбільш міцними й

надійними основами. Тріщинуваті шари скельних ґрунтів менш міцні.

Великоуламкові – незв'язні уламки ск ельних порід з перевагою

уламків розміром більше 2 мм (понад 50%). До них можна віднести

гравій, щебінь, гальку, дресву. Ці ґрунти є гарною основою, якщо під

ними розташований щільний шар.

Піщані – складаються з часток крупні стю від 0,1 до 2 мм. Зале-

жно від крупності часток піски розділяють на гравелисті, великі, сере-

дньої крупності, дрібні й пилуваті. Чим крупніші й чистіші піски, тим24

більше навантаження може витримати шар основи з нього. Стисли-

вість щільного піску невелик а, але швидкість ущільнення під наванта-

женням значна, тому осідання споруд на таких основах швидко при-

пиняється. Піски не мають властивість пластичності.

Частки ґрунту крупністю від 0,05 до 0,005 мм називають пилу-

ватими. Якщо в піску таких часток від 15 до 50%, то їх відносять до

категорії пилуватих. Коли в ґрунті пилуватих часток більше, ніж піща-

них, ґрунт називають пилуватим.

Глинисті – зв'язні ґрунти, що складаються з часток крупністю

менше 0,005 мм, що мають в основному лускату форму. На відміну від

пісків глини мають тонкі капіляри і велику питому поверхню зіткнен-

ня між частками. Оскільки пори глинистих ґрунтів часто заповнені

водою, то при промерзанні глини відбувається її обдимання. Несуча

здатність глинистих основ залеж ить від вологості. Суха глина може

витримувати досить велике навантаження. Глинисті ґрунти поділяють-

ся на глини (із вмістом глинистих часток більше 30%), суглинки (10-

30%) і супеси (10%).

Лесові (макропористі) – глинисті ґрунти з вмістом великої кіль-

кості пилуватих часток і наявністю велик их пор (макропор) у вигляді

вертикальних трубочок, видимих неозброєним оком. Ці ґрунти в сухо-

му стані мають достатню міцність, але при зволоженні здатні давати

під навантаженням великі осідання. Вони відносяться до просадних

ґрунтів і при зведенні на них будинків вимагають належного захисту

основ від зволоження. З органічними домішками (рослинний ґрунт,

мул, торф, болотний торф) вони неоднорідні за своїм складом, пухкі,

мають значну стискальність. Як природні основи під будинк и не при-

датні.

Насипні – грунти, що утворилися штучно при засипанні ярів,

ставків, місць смітника і т.п. Мають властивість нерівномірної стисли-

вості і в більшості випадків їх не можна використовувати як природні

основи під будинки. У практиці зустрічаються також намивні ґрунти,

що утворилися в результаті очищення рік і озер. Ці ґрунти називають

насипними. Вони є гарною основою для будинків.

Пливуни – утворюються дрібними з мулистими і глинистими

домішками, насиченими водою. Вони не придатні як природні основи.

Основи пов инні забезпечувати просторову твердість і стійкість будин-

ку, тому нормами передбачені припустимі величини осідання будинку

(80-150 мм залежно від виду будинку).

Звичайно роблять ретельні геологічні й гідрогеологічні дослі-

дження ґрунтів, щоб визначити їхні фізичні й механічні властивості, а

також прийняти відповідне рішення про конструкцію будинку. З цією25

метою визначають вид і потужність окремих шарів ґрунту. Залежно від

поверховості будинку і місцевих умов глибина дослідженні коливаєть-

ся в межах від 6 до 15 м і більше.

Дослідження або розвідку ґрунтів роблять шляхом буравлення

чи шурфування і лабораторних аналізів зразків шарів ґрунту. Якщо в

зоні фундаментів виявлені ґрунтові води, то необхідно провести їхній

хімічний аналіз, тому що ці води можуть бути агресивними і впливати

на матеріал фундаментів.

Результати геологічних і гідрологічних досліджень заносять у

спеціальні журнали, після чого складають креслення вертикальних

розрізів (колонок) свердловин чи шурфів і по них – геологічного про-

філю ґрунтового масиву з вказівкою повних характеристик ш арів ґру-

нту і положення ґрунтових вод, що дає підставу для прийняття необ-

хідних рішень.

Якщо ґрунт на ділянці будівництва не задовольняє пропонов а-

ним вимогам, а будинок необхідно зводити саме в цьому місці, то

влаштовують штучні основи. Такі основи при зведенні будинків на

слабких ґрунтах влаштовують шляхом їхнього штучного зміцнення чи

заміни слабкого ґрунту більш міцним. Зміцнення ґрунту можна здійс-

нити такими способами:

Ущільненням – пневматичними трамбуваннями (іноді з утрам-

буванням щебенем чи гравієм) чи трамбувальними плитами масою від

2 до 4 т, що мають вид усіченого конуса з діаметром основи не менше

1 м (із залізобетону, сталі чи чавуну). Цей спосіб застосовують у випа-

дку, якщо ґрунти недостатньо щільні, а також при насипних ґрунтах.

Для ущільнення великих площ застосовують ковзанки масою 10-15 т.

Якщо ґрунти піщані чи пилуваті, то для їхнього ущільнення викорис-

товують також поверхневі вібратори. Слід відзначити, що цей метод є

більш ефективним, тому що ґрунт ущільнюється швидше.

Силікатизацією – для закріплення пісків, пилуватих пісків (пли-

вунів) і лесових ґрунтів. Для цього в піщаний ґрунт по черзі нагніта-

ють розчини рідкого скла і хлористого кальцію, для закріплення пилу-

ватих пісків – розчин рідкого скла, змішаного з розчином фосфорної

кислоти, а для закріплення лесів – тільки розчин рідкого скла. У ре-

зультаті нагнітання зазначених розчинів ґрунт після закінчення певно-

го часу кам'яніє і має велику несучу здатність.

Цементацією – шляхом нагнітання у ґрунт по трубах рідкого це-

ментного розчину чи цементного молок а, які, тверднучи в порах ґрун-

ту, додають йому каменевидної структури. Цементацію застосовують

для зміцнення гравелистих, великих і середньозернистих пі сків.

Випалюванням (термічним способом) – шляхом спалювання паль-26

них продуктів, подаваних у шпари, що спеціально влаштовуються, під

тиском. Цей спосіб застосовують для зміцнення лесових просадних

ґрунтів.

Якщо чи ущільнити закріпити ґрунт важко, шар слабкого ґрунту

заміняють більш міцним. Замінений шар ґрунту називають подушкою.

При невеликому нав антаженні на основу застосовують піщані подуш-

ки з великої чи середньої крупності піску. Товщина подушки має бути

такою, щоб тиск на слабкий шар ґрунту, що лежить нижче, не переви-

щував його нормативного опору.

4.2. Фундаменти та їх конструктивні рішення

Фундаменти є важливим конструктивним елементом будинку,

що сприймають навантаження від надземних його частин і передають

їх на основу. Фундаменти пов инні задовольняти вимогам міцності,

стійкості, довговічності, технологічності влаштування і економічності.

Верхня площина фундаменту, на якій розташовуються надземні

частини будинку, назив ається поверхнею фундаменту чи обрізом, а

нижня його площина, що безпосередньо стикається з основою, – пі-

дошвою фундаменту.

Відстань від спланованої поверхні ґрунту до рівня підошви на-

зивається глибиною закладення фундаменту, що повинна відповідати

глибині залягання шару основи. При цьому необхідно враховувати

глибину промерзання ґрунту (рис.4.1). Якщо підстава складається з

вологого дрібнозернистого ґрунту (пі ску дрібного чи пилув атого, супі-

ску, суглинку або глини), то підошву фундаменту потрібно розташову-

вати не вище рівня промерзання ґрунту.

Глибина закладення фундаментів під внутрішні стіни опалюв а-

них будинків не залежить від глибини промерзання ґрунту; її призна-

чають не менше 0,5 м від рівня землі чи підлоги підвалу. На рис.4.1

наведені ізолінії нормативних глибин промерзання суглинних ґрунтів.

У ґрунтах, що здимаються (великоуламкових, а також пі сках

гравелистих, великої і середньої крупності) глибина закладення фун-

даментів також не залежить від природного рівня ґрунту при плану-

ванні підсипанням і від планувальної глибини промерзання, але вона

повинна бути не менше 0,5 м в оцінки при плануванні ділянки зрізан-

ням.

За конструктивною схемою фундаменти можуть бути: стрічкові,

розташовувані по всій довжині чи стін у виді суцільної стрічки під

рядами колон (рис.4.2, а, б); стовпчасті, що влаштовуються під окремо

коштують опори (колони чи стовпи), а в ряді випадків і під стіни27

(рис.4.2, в, г); суцільні, що являють собою монолітну плиту під усією

площею чи будинку його частиною і застосовувані при особливо вели-

ких навантаженнях на чи стіни окремі опори, а також недостатньо мі-

цних ґрунтах у підставі (рис.4.2, д, е); пальові у вигляді окремих зану-

рених у ґрунт стрижнів з метою передачі через них на підставу нав ан-

тажень від будинку (рис.4.2, ж).

Рис.4.1. Визначення глибини закладення

фу ндаментів:

а – схема: 1 – підошва фу ндаменту; 2 – тіло

фу ндаменту; 3 – оцінка глибини закладення

фу ндаменту; 4 – оцінка глиб ини промер-

зання ґру нту; 5 – оцінка рівня ґру нтових

вод; 6 – плану вальна оцінка; 7 – стіна; 8

– рівень підлоги I поверху; 9 – обріз фу нда-

менту; hф – глибина закладення фу ндамен-

ту; b – ширина підошви фу ндаменту; б –

карта нормативних глибин промерзання

су глинних ґру нтів

За характером роботи під дією навантаження фундаменти розрі-

зняють тверді, матеріал яких працює переваж но на стиск і в яких не

виникають деформації вигину, і гнучкі, працюючі переваж но на вигин.

Для влаштування твердих фундаментів застосовують кладку з природ-

ного каменю неправильної форми (бутового чи каменю бутової плити),

а) 28

бутобетону і бетону. Для гнучких фундаментів застосовують в основ-

ному залізобетон.

Рис.4.2. Констру ктивні схемифу ндаментів:

а – стрічковий під стіни; б – те ж під колони; у – стовпчастий під стіни; м – окремий під

колону; д – су цільний безбалковий; е – су цільний балковий; ж– пальовий; 1 – стіна; 2

– стрічковийфу ндамент; 3 – залізобетонна колона; 4 – залізобетонна фу ндаментна бал-

ка; 5 – стовпчастийфу ндамент; 6 – ростверк пальового фу ндаменту; 7 – залізобетон-

на фу ндаментна плита; 8 – палі.

Стрічкові фундаменти. За обрисом у профілі стрічковий фун-

дамент під стіну в найпростішому випадку являє собою прямокутник.

Його ширину встановлюють набагато більше товщини стіни, передба-

чаючи з кожної сторони невеликі уступи по 50-150 мм. Однак прямо-

кутний перетин фундаменту на висоті припустимий лиш е при нев ели-

ких навантаженнях на фундамент і досить високій несучій здатності

ґрунту.

За способом влаштування стрічкові фундаменти бувають моно-

літні й збірні.

Монолітні фундаменти влаштовують бутові, бутобетонні, бе-

тонні й залізобетонні (рис.4.3). Ширина бутових фундаментів повинна

бути не менше 0,6 м для кладки з рваного буту і 0,5 м – з бутової пли-

ти. Висота ступенів у бутових фундаментах складає звичайно близько

0,5 м, ширина – від 0,15 до 0,25 м.

Влаштування монолітних бутобетонних, бетонних і залізобе-

тонних фундаментів вимагає проведення опалубних робіт. Кладку бу-

тових фундаментів роблять на складному чи цементному розчині з

обов'язковою перев'язкою (розбіжністю) в ертик альних швів (проміж-29

ків між каменями, заповнюв аних розчином).

Монолітні буто-

ві фундаменти не від-

повідають вимогам

сучасного будівницт-

ва, для їхнього влаш-

тування важко механі-

зувати роботи. Бутові

й бутобетонні фунда-

менти є дуже трудомі-

сткими при зведенні.

тому їх застосовують в

основному в районах,

де бутовий к амінь є

місцевим матеріалом.

Рис.4.3. Стрічковімонолітніфу ндаменти

під цегельну стіну:

а – бу товийфу ндамент; б – бутобетонний.

Більшефективними є бетонні й залізобетонні фундаменти зі збі-

рних елементів заводського виготовлення (рис.4.4), які у даний час

мають найбільше поширення. При їхньому влаштуванні трудові витра-

ти на будівництво зменшуються вдвічі. Їх можна зводити й у зимових

умовах без обігріву.

Збірні стрічкові фундаменти під стіни складаються з фундамен-

тних блоків-подушок і стінових фундаментних блоків. Фундаментні

подушки укладають безпосередньо на основу при піщаних ґрунтах чи

на піщану підготовку товщиною 100-150 мм, яка повинна бути ретель-

но утрамбована.

Фундаментні бетонні блоки укладають на розчині з обов'язко-

вою перев'язкою вертик альних швів, товщина яких приймається рів-

ною 20 мм (рис.4.5). Вертикальні колодязі, що утворюються торцями

блоків, ретельно заповнюють розчином. Зв'язок між блоками поздовж-

ніх і кутових стін забезпечується перев'язкою блоків і закладкою в го-

ризонтальні шви арматурних сіток зі сталі діаметром 6-10 мм.

Блок-подушки виготовляють товщиною 300 і 400 мм і шириною

від 1000 до 2800 мм, а блок-стінки – шириною 300,400, 500 і 600 мм,

висотою 580 і довжиною 780 і 2380 мм.

При будівництві великопанельних будинків і будинків з об'єм-

них блоків застосовують фундамент, що складається із залізобетонної

плити товщиною 300 мм і довжиною 3,5 м і встановлених на них пане-

лей, що представляють собою наскрізні безроскосні залізобетонні фо-

рми товщиною 240 мм і висотою, рівною висоті підвального примі-

щення. З'єднуються між собою за допомогою зварювання закладних

деталей. 31

ми. Для запобігання їх від сил обдимання ґрунту, а також для вільного

їхнього осідання (при осіданні будинку) під ними роблять піщане під-

сипання товщиною 0,5-0,6 м. Якщо при цьому треба утеплити при-

стінну частина підлоги, підсипання виконують з чи шлаку керамзиту.

Стовпчасті одиночні фундаменти також влаштовують під окре-

мі опори будинків (рис.4.6, б, в, г). Збірні фундаменти під залізобетон-

ні колони можуть складатися з одного залізобетонного башмак а скля-

нкового типу (рис.4.6, д) чи із залізобетонних блоку-склянки й опорної

плити під ним (рис.4.6, е).

Рис.4.6. Стовпчастіфу ндаменти:

1 – залізобетонна фу ндаментна балка; 2 – підсипання; 3 – вимощення; 4 – гідроізоляція;

5 – цегельний стовп; 6 – блок-подушки; 7 – залізобетонна плита; 8 – залізобетонна коло-

на; 9 – башмак склянкового типу; 10 – плита; 11 – блок-склянка

Суцільні фундаменти зводять у випадку, якщо навантаження,

передане на фундамент, значне, а ґрунт слабк ий. Ці фундаменти влаш-

товують під усією площею будинку. Для вирівнювання нерівномірнос-

тей опади від впливу навантажень, переданих через колони к аркасних

будинків, у двох взаємноперпендикулярних напрямках застосовують

перехресні стрічкові фундаменти (рис.4.7, а). Їх виконують з моноліт-

ного залізобетону. Якщо балки досягають значної ширини, то їхній

доцільно поєднув ати в суцільну ребристу або безбалкову плиту

(рис.4.7, б, в). При суцільних фундаментах забезпечується рівномірне

осідання будинку, що особливо важливо для будинків підвищеної по-

верховості. Суцільні фундаменти застосовують також у випадку, якщо

підлога підвалу зазнає значний підпір ґрунтових вод.

У практиці будівництва під інженерні споруди (телевізійні вежі,

димарі та ін.) застосовують суцільні фундаменти коробчатого типу.

Пальові фундаменти використовують при будівництві на слаб-

ких стисливих ґрунтах, а також у випадках, коли досягнення природної

основи економічно чи технічно недоцільне через велику глибину за-

кладення. Крім того, ці фундаменти застосовують і для будинків, що

б)32

зводяться на досить міцних ґрунтах, якщо використання паль дозволяє

одержати більш економічне рішення.

За способом передачі вер-

тикальних навантажень від буди-

нку на ґрунт палі підрозділяють

на палі-стояки і палі висячі. Палі,

що проходять слабкі шари ґрунту

і спираються своїми кінцями на

міцний ґрунт, називають палями-

стояками (рис.4.8, а), а палі, що не

досягають міцного ґрунту і пере-

дають навантаження на ґрунт тер-

тям, що виникає між бічною пов е-

рхнею палі і ґрунтом, називаються

висячими (рис.4.8, б, в).

За способом занурення в

ґрунт палі бувають забивні й на-

бивні. За матеріалом виготовлення

забивні палі бувають залізобетон-

ні, металеві й дерев'яні. Набивні

палі виготовляють безпосередньо

на будівельному майданчику в

ґрунті.

Рис.4.7. Су цільніфу ндаменти:

1 – колона; 2 – залізобетонна стрічка;

3 – залізобетонна стрічка; 4 – бетонна підго-

товка.

Рис.4.8. Види пальових фу ндаментів:

1 – паля забивна; 2 – ростверк; 3 – паля набивна.33

Залежно від несучої здатності і конструк тивної схеми будинку

палі розміщують в один чи кілька рядів або кущами.

Поверху залізобетонні й металеві палі з’єднуються між собою

залізобетонним ростверком, що може бути збірним або монолітним.

При дерев'яних палях ростверк виконують з дерева.

Вибір того чи іншого виду фундаменту визначається в результа-

ті техніко-економічного порівняння.