2.1. Назначение 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. Стоимость возведения фундаментов составляет 15—20 % стоимости дома, а исправление допущенных ошибок, как правило, многодельно и дорого, поэтому к сооружению фундаментов следует относиться особенно ответственно.

На рис. 35 показаны характерные примеры деформаций фундаментов, возникающих при неправильном их устройстве.

Просадка фундаментов, т.е. постепенное опускание в грунт под действием вышерасположенных нагрузок, в малоэтажном домостроении — явление относительно редкое. Обычно опорная площадь возводимых фундаментов, особенно ленточных, значительно превышает расчетную и на непросадочных грунтах почти всегда обеспечивает их стабильное состояние.

Рис. 35. Деформации фундаментов

А-величина просадки; б — величина пучения; в — величина бокового сдвига; У.П.Г.— уровень промерзания грунта; 1— просадка фундамента(А>Б); 2 — выпучивание фундамента при заложении его подошвы выше У.П.Г. (A<B+В1); 3—отрыв и выпучивание верхней части фундамента при заложении его ниже У.П.Г.(A<B1); 4 — боковой сдвиг фундамента; А — нагрузки на фундамент; Б-сопротивление грунта; В—вертикальные силы морозного пучения грунта; В1 — касательные СИЛЫ морозного пучения грунта; Г—силы бокового давления грунта

Под здание на слабых грунтах и под тяжелые стены делают столбчатые фундаменты. Во избежание просадки площадь опоры фундаментов проверяют расчетом и при необходимости увеличивают: в ленточных фундаментах за счет уширения их нижней части, в столбчатых, кроме того, за счет сокращения расстояний между столбами.

В районах с высоким расположением грунтовых вод на фундаменты малоэтажных зданий воздействуют силы морозного пучения. В тяжелых пучинистых грунтах (водонасыщенные глины, суглинки, супеси, мелкие и пылеватые пески) эти силы достигают 100—150 кПа (10—15 тс/м²) и, действуя на фундамент снизу вверх, часто превосходят нагрузки 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 грунтов.

Ошибкой многих индивидуальных застройщиков является уверенность, что чем глубже заложен фундамент, тем лучше, и что такое решение уже само по себе обеспечивает его надежную  работу  и  устойчивость. Действительно,  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 фундаментов 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 уровня промерзания грунтов и тем самым избавиться от непосредственного давления мерзлого грунта снизу, но надо также 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 фундаментов при любых вертикальных деформациях грунта, однако практически оно возможно лишь при использовании железобетона. Если фундаменты возводят из камня, кирпича или мелких блоков без внутреннего вертикального армирования, необходимо их стены делать наклонными (сужающимися кверху). Такой способ устройства фундаментных стен и столбов при тщательном выравнивании их поверхностей значительно ослабляет боковое 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 фундаментов (шлаком, керамзитом, пенопластом), при котором уменьшается глубина промерзания грунта. Последнюю меру можно применить и для ранее построенных мелкозаглубленных фундаментов, нуждающихся 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 работают ленточные фундаменты, жестко связанные и продольном и поперечном направлениях. Столбчатые фундаменты в этом случае необходимо жестко объединить поверху железобетонным поясом (ростверком), чтобы все конструктивные элементы работали совместно.

В зависимости от формы и способа опирания на грунт фундаменты бывают столбчатыми, ленточными и плитными. Наиболее распространенными и дешевыми являются столбчатые фундаменты. По расходу материалов и затратам труда они и 1,5—2 раза, а при глубоком заложении в 3—5 раз экономичнее ленточных. Особенно эффективны столбчатые фундаменты н пучинистых грунтах при их глубоком промерзании. Вместе с тем у столбчатых фундаментов есть особенности, мешающие в ряде случаев их успешному применению. Так, в горизонтально подвижных грунтах недостаточна их устойчивость к опрокидыванннию 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 иозникают сложности с устройством цоколя: если при ленточных фундаментах цоколь образуется как бы сам собой, являясь их продолжением, то при столбчатых заполнение пространства между столбами, стеной и землей (забирка) — сложное и трудоемкое дело.

Ленточные фундаменты обычно возводят при строительстве зданий с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также в 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 строят из легких конструкций без подвала и подполья. Ленточные фундаменты в этих условиях становятся 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 трудно выполнимо, многодельно и экономически не оправдано.

 Плитные фундаменты являются разновидностью мелкозаглубленных ленточных, однако в отличие от них имеют жесткое пространственное  армирование по всей несущей плоскости, позволяющее без внутренних 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—плавоющими

Рис. 36. Столбчатые и ленточные фундаменты, устраиваемые в неподвижных (непучинистых) грунтах

1—щебень; 2—бутовая кладка; 3—кирпичная кладка; 4—бетон;  5—железобетон;  6—цоколь; 7— глина; 8—крупнозернистый песок

Рис. 37. Столбчатые и ленточные фундаменты, устраиваемые в мелкопромерза ющих пучинистых грунтах с расположением грунтовых вод в момент производства работ ниже подошвы фундаментов

1 — бутовая кладка с наклонными стенами; 2 — кирпичная кладка с наклонными стенами; 3 железобетонный сердечник, жестко связанный с опорной плитой; 4 — кирпичная кладка с вертикальным» стенами; 5 — монолитный бетон; 6 — цоколь;  7 — монолитный  железобетон; 8 — железобетонная опорная плита; 9—песчаная подушка; 10 — засыпка вынутым грунтом; У.П.Г.— уровень промерзания грунта

 Их конструкция 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 форм плана  зданий  и  сооружений  на  тяжелых  пучинистых подвижных  и просадочных грунтах, а также в случаях, когда не требуется устройства высокого  цоколя  и верх  плитног фундамента может быть использован в качестве цокольного  перекрытия

Рис, 38. Столбчатые  фундаменты, устраиваемые  в глубокопромерзающих пучинистых грунтах

а сборно-монолитные при расположении грунтовых вод в момент производства работ ниже подошвы фундаментов; 6 — сборные при любом расположении грунтовых вод; 1— сборный железобетонный опорный столб со стержневым арматурным каркасом; 2 —то же с сердечником из металлической трубы; .3-то же со стержневым арматурным каркасом и оболочкой из асбестоцементнои трубы; 4 — то же г сердечником из металлической трубы и оболочкой из асбестоцементнои трубы; 5 — сборный опорный столб из металлической трубы; 6—засыпка вынутым грунтом; 7—опорная плита из монолитного железобетона; 8 — опорная плита сборного железобетонного фундамента; 9 — песчаная подушка

В зависимости от применяемых материалов фундаменты Оывают: песчаные, щебеночные, бутовые, кирпичные, бетонные (монолитные и из бетонных блоков), железобетонные (монолитные и сборные), а также из деревянных, железобетонных, металлических и асбестоцементных столбов и труб.

На сухих и маловлажных (непучинистых) грунтах применяют все перечисленные выше типы фундаментов, причем самыми дешевыми из них являются песчаные из крупнозернистого песка, щебеночные и кирпичные. При строительстве зданий на пучинистых грунтах (влагонасыщенные глины, суглинки и супеси) фундаменты следует устраивать из бетона и железобетона. Варианты ленточных и столбчатых фундаментов показаны на рис. 36—38.