25 Требования к фундаментам. Факторы, влияющие на глубину заложения фундаментов. Классификация фундаментов по конструктивным схемам, материалу, характеру работы, глубине заложения.
Заглубленный ниже поверхности грунта конструктивный элемент, воспринимающий нагрузки на здание и передающий их от здания основанию, называют фундаментом.
Расстояние от спланированной поверхности грунта до подошвы фундамента называют глубиной заложения. Назначение здания, наличие в нем подвала, глубина промерзания, уровень грунтовых вод — все это влияет на глубину заложения фундамента. Фундаменты классифицируют по конструктивным схемам, материалу, характеру работы и глубине заложения.
По конструктивным схемам:
ленточные, располагаемые непрерывной лентой под несущими стенами здания;
столбчатые, в виде отдельных опор под колоннами каркасных зданий;
сплошные, в форме массивной плиты под зданием;
свайные, в виде железобетонных или других стержней, забитых в грунт.
По материалу:
из природного камня;
бутобетона;
бетонные;
железобетонные.
По характеру работы:
жесткие, работающие только на сжатие;
гибкие, работающие на сжатие и изгиб.
По глубине заложения:
фундаменты мелкого заложения (до 5 м);
глубокого (более 5 м).
Разнообразные конструкции фундаментов гражданских зданий должны удовлетворять требованиям прочности, водостойкости, долговечности, а также быть индустриальными и экономичными. Требования предъявляемые к фундаментам:
1) прочность;
2) устойчивость, на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы фундамента;
3) устойчивость к агрессивным грунтовым водам;
4) стойкость к атмосферным факторам (морозостойкость; пучение грунтов при замерзании);
5) соответствие по долговечности сроку службы здания;
6) индустриальность;
7) экономичность.
Фундаменты не только передают силовые воздействия от здания основанию, но и сами подвергаются ряду статических и динамических силовых и несиловых воздействий (рис. 3.). К статическим силовым относятся воздействия собственного веса конструкций здания с приходящимися на них вертикальными нагрузками, бокового давления грунта, его упругого отпора и неравномерных деформаций основания; к динамическим — ветровые, сейсмические, вибрационные воздействия. При высоком уровне стояния грунтовых вод фундамент подвергается также гидростатическому давлению по боковой поверхности и подошве; при основании, сложенном пучинистыми грунтами, — воздействию сил пучения. К несиловым относят воздействие грунтовых вод и растворенных в них химически агрессивных примесей, а также переменных температур по высоте фундамента и его толщине (при наличии теплого подвала или подполья).
Анализ перечисленных воздействий в процессе проектирования позволяет найти конструктивные или строительные меры для исключения или уменьшения некоторых из них. Например, воздействие сил пучения устраняют соответствующим выбором глубины заложения фундаментов; миграция грунтовой влаги через конструкцию может быть исключена или прервана введением гидроизоляционных слоев; воздействие неравномерных осадок заторфованного грунта оснований — их заменой, горизонтальных подвижек основания и вибраций — отсыпкой вертикальных пазух по внешнему обводу фундаментов амортизирующими материалами (например, шлаком) и т. п. Конструктивно неустранимые внешние силовые воздействия на фундамент определяют его работу на сжатие и изгиб. Он также подвержен воздействиям грунтовой влаги и теплового потока, если фундамент служит ограждением теплого подвала или подполья. Соответственно конструкции фундаментов должны удовлетворять требованиям прочности, устойчивости и долговечности, а также общим требованиям экономичности и индустриальности. Согласно этим требованиям, выбирают материал фундамента, глубину заложения, конструктивный тип, форму и размеры сечений.
Материалом фундаментов служит естественный или искусственный камень (бетон). Наибольшее распространение получили бетонные и железобетонные (сборные и монолитные) конструкции фундаментов.
Глубина заложения фундаментов назначается в зависимости oт объемно-планировочного решения здания (наличие подвала, подземных, коммуникаций), величины и характера нагрузок на основание, геологического строения и характера напластований отдельных видов грунтов (глубина заложения может быть несколько увеличена с прорезкой слабого слоя грунта для установки подошвы фундамента на более прочный подстилающий слой), гидрогеологических и климатических условий, определяющих глубину сезонного промерзания и оттаивания грунтов.
В случаях когда объемно-планировочные и другие факторы не влияют на глубину заложения фундаментов, ее величина принимается минимальной. На нескальных и непучинистых грунтах она составляет 0,5 м для наружных стен и колонн, для внутренних стен — 0,2 м при сборной конструкции фундаментов и 0,5 м при монолитной
В пучинистых глинистых грунтах, мелкозернистых и пылеватых влажных песчаных и илистых грунтах глубина заложения фундаментов зависит от глубины сезонного промерзания и температурного режима здания, его подвала или подполья. Глубина заложения фундаментов наружных стен и колонн отапливаемых зданий при таких грунтовых условиях принимается не менее расчетной глубины промерзания Н, внутренних опор при холодных подвалах и подпольях — 0,5 Н, при теплых — вне зависимости от этой величины. Для неотапливаемых зданий глубина заложения фундаментов наружных и внутренних опор принимается не менее H.
Конструкции фундаментов бывают различных типов: ленточные, столбчатые, плитные (сплошные) и свайные. Выбор типа фундаментов зависит от конструктивной системы зданий, величины передаваемых нагрузок, а также от несущей способности и деформативности грунтов.
Для бескаркасных зданий с несущими стенами чаще всего применяют ленточные или свайные фундаменты, для каркасных — столбчатые или "свайные, для многоэтажных и высотных зданий различных конструктивных систем — плитные или свайные фундаменты. Окончательный выбор варианта конструкции фундамента осуществляется по результатам технико-экономического анализа вариантов.