Основания, фундаменты и эксплуатационные требования к ним

Нижняя часть любого сооружения — его фундамент — предназначена для передачи нагрузки всей его массы на грунт, который служит основанием. Надежные основания и фундаменты гарантируют прочность и устойчивость здания, а слабые, поддающиеся деформациям, приводят к разрушению его надземной части. Поэтому как в ходе строительства, так и в процессе эксплуатации сооружений основаниям и фундаментам нужно уделять особое внимание, ибо их надежность зависит от того, насколько правильно и полно учтены в проекте эксплуатационные требования к основаниям и фундаментам в конкретных условиях их устройства.

Основание и фундамент здания конструируют и рассчитывают совместно: чем прочнее грунтовое основание, тем меньше размеры фундамента; уплотняя и упрочняя слабое основание, можно уменьшить размеры фундамента, а увеличивая размеры фундамента, в частности его заглубление, площадь опирания на грунт — его подошву, можно использовать грунт в естественном состоянии. Из этого следует, что основания могут быть естественными или искусственными, т. е. специально усиленными путем уплотнения песком, щебнем (с трамбованием), химического либо электрохимического закрепления или забивки свай.

В строительстве на слабых грунтах часто применяют железобетонные сваи или специально уширенные блоки из железобетона, позволяющие использовать грунты в их естественном состоянии. Эксплуатационникам надо внимательно относиться  
к грунтам основания и всемерно их защищать от подтопления атмосферными и талыми водами, а также от промерзания. Насыпные грунты и грунты с органическими примесями, кроме намывных, отличаются большой неоднородностью и сжимаемостью, а потому, как правило, не могут служить естественным основанием.

Естественные основания должны обладать следующими эксплуатационными качествами:

достаточной несущей способностью;

малой и равномерной сжимаемостью, обеспечивающей равномерную осадку здания в допустимых пределах;

неподвижностью и не подвергаться выпучиванию при промерзании (при пучинистых грунтах основание должно выбираться ниже глубины промерзания);

быть устойчивыми к действию агрессивных грунтовых вод и не вымываться.

Песчаные грунты, состоят из частиц крупностью 1—2 мм. Чем крупнее частицы песка, тем лучшими строительными качествами обладает такой грунт основания; чем больше в нем глинистых, пылеватых частиц размером 0,05—0,005 мм, тем хуже строительные качества таких грунтов, ибо они удерживают влагу, подвергаются выпучиванию, имеют малую несущую способность. Если в песке содержится таких частиц более 15 и до 50 %, то они относятся к пылеватым.

Глинистые грунты, состоят из чешуйчатых частиц крупностью меньше 0,005 мм. Глины, в отличие от песков, имеют тонкие капилляры, большую удельную поверхность соприкасания между частицами, сильно всасывают и удерживают воду и поэтому при промерзании подвергаются выпучиванию. Сжимаемость глинистых грунтов больше, чем песчаных, однако скорость их уплотнения под нагрузкой меньше, чем песков. Поэтому осадка сооружений, построенных на глине, продолжается длительное время.

Супеси и суглинки представляют собой смесь песка, глины и пылеватых частиц: супеси содержат от 3 до 10 % пылеватых частиц, а суглинки — от 10 до 30%- По своим качествам эти грунты занимают промежуточное положение между песками и глинами. Сильно насыщенные водой супеси называют плывунами-, они мало пригодны в качестве оснований.

Лёсс по зерновому составу относится к пылеватым суглинкам. Характерным его признаком являются крупные и длинные капилляры (макропоры) в виде вертикальных трубочек, которые при замачивании размокают и под нагрузкой дают большие осадки. Основаниями они могут служить лишь в том случае, если их защитить от увлажнения или специально обработать, например предварительно увлажнить и уплотнить катками или трамбовками, что эффективно при толщине просадоч- ного грунта до 1,5 м.

Фундаменты могут быть ленточными, столбчатыми, сплошными, в виде отдельных опор под колонны, свайными и др. (рис. 2.1).
Ленточные фундаменты представляют собой непрерывную ленту из каменного материала под всеми наружными и внутренними стенами. При устройстве подвалов ленточный фундамент образует их стены; это наиболее распространенный вид фундамента. Иногда ленточный фундамент заменяют столбами через 2—3 м и под пересечением стен, а по ним на отметке цо-
 

img-197

Рис. 2.1. Основные конструкции фундаментов
а — ленточный под стены; б —то же, под колонны; в — столбчатый под стены; г — отдельный под колонну; д — сплошная плита под колонны; е — коробчатый под здание; ж — свайный

коля укладывают обвязочную балку и по ней возводят стену. На слабых, пучинистых, вечномерзлых грунтах фундамент нередко выполняют из свай. Сплошные фундаменты устраивают при больших нагрузках в зданиях повышенной этажности, в заглубленных сооружениях, т. е. когда зданию необходимо придать особую надежность и монолитность. Фундаменты под колонны делают в виде отдельных опор-башмаков.

Ширина фундамента в верхней части определяется исходя из толщины стены, опирающейся на него, а также двух выступов- обрезов по 60 мм, учитывающих неточность разбивки фундамента и грубые формы используемых для него камней. Размер фундамента понизу зависит от прочности грунтов основания. При слабых грунтах фундамент в нижней части уширяют ступенями с соотношением высоты к выступу 1 :2, например 20 и 40 см. Заглубление фундаментов определяется прочностью
основания (чем оно глубже, тем больше его несущая способность), а также глубиной промерзания пучинистых грунтов. При влажных пучинистых грунтах заложение фундаментов должно быть обязательно на 250 мм ниже глубины промерзания. Для зданий с подвалами заглубление фундаментов назначается в зависимости от высоты подвала и прочности грунтов основания.
Изменение проектных условий оснований и фундаментов (например, в результате срезки или подсыпки грунта вокруг здания, повышения или понижения уровня грунтовых вод и т. п.) может привести к снижению несущей способности, неравномерной их осадке или к выпучиванию, разрушению всей надземной части здания. Фундаменты возводятся из морозо- и гнилостойких материалов и поднимаются над землей на 10 см, чтобы гидроизоляция и кирпичная кладка находились выше отмостки тротуара, а еще лучше слой гидроизоляции поднять выше — на 20—30 см с целью защиты стены от капиллярной воды.
 

Таблица 2.1. Исходные данные для установления эксплуатационных качеств фундаментов

img-198

На основе учета воздействующих на основания и фундаменты факторов и предъявляемых к ним нормативных требований составлена таблица (табл. 2.1) и принципиальная структурная схема (рис. 2.2), на которой показаны все воздействующие факторы и удовлетворяющие их конструктивные элементы фундамента.

Теперь, когда известны структурная схема, возможные конструктивные решения фундаментов и сформулированы (табл.

2.1) эксплуатационные требования к ним, можно перейти к выбору и обоснованию конструкции фундамента для конкретных гидрогеологических, климатических условий и назначения здания, его размеров, строительных материалов и других особенностей.
 

img-199

Рис. 2.2. Структурная схема фунда- мента
Воздействия на фундаменты: 1 — грунта и грунтовых вод; 2 — промерзания и пучения; 3 — атмосферных осадков; 4 — нагрузок
Конструктивные    элементы фундаментов:    I —    горизонтальная
гидроизоляция; II — несущие элементы; III — вертикальная гидроизоляция и ее защита; IV — горизонтальная гидроизоляция в полу и фундаменте; V — дренаж; VI — основание (естественное или искусственное)

Задача выбора конструкции и размеров фундамента состоит в том, чтобы оценить выбираемый вариант по показателям указанной таблицы, структурной схеме фундамента и достигнуть полной и правильной реализации нормативных эксплуатационных требований в проектируемом фундаменте.

При этом важно выявить возможные несоотвествия, неполное удовлетворение эксплуатационных требований в проектируемом фундаменте и устранить их, а в инструкции по эксплуатации отразить специфику его технического обслуживания и ремонта.
Таким образом, задача проектирования фундаментов, как и других конструкций здания (сооружения), состоит в том, чтобы из всех известных и возможных конструктивных решений выбрать, руководствуясь эксплуатационными требованиями к ним, их принципальной структурной схемой, а также исходными данными для разработки проекта, наиболее рациональный для данного случая тип.

Цоколь — это нижняя часть стены, которая должна обладать особыми эксплуатационными качествами: конструктивными— защищать стену от увлажнения и механических повреждений; эстетическими — создавать зрительное впечатление прочной и надежной базы здания. Поэтому цоколь выполняется из прочного и красивого материала, разделывается «под крупные камни», его нередко окрашивают в темный цвет. Материалами для цоколя служат естественный камень, бетонные блоки, хорошо обоженных кирпич. Недооценка материала для цоколя, отсутствие в нем гидроизоляционного слоя приводит к быстрому разрушению здания, неприятному внешнему виду, а восстановить цоколь и гидрозоляцию в нем сложно и дорого.

Отмостка — это слой асфальта, бетона или камня толщиной 100—150 мм и шириной около 750 мм вдоль наружной стены
здания, уложенный на подготовленное из глины и щебня основание, имеющий уклон от здания 0,03—0,05; она предназначена для отвода воды от здания и прикрытия верхнего обреза фундамента. Важным условием исправности отмостки является хорошо уплотненный грунт обратной засыпки, на котором она устраивается; исправная отмостка — без трещин, «блюдец», скопления на ней воды — гарантирует сохранение в проектном положении основания, фундамента и всей надземной части здания. В зданиях, расположенных на красной линии, функции отмостки выполняет тротуар.

Нередко отмостке не придается должного внимания или ее вообще не устраивают. Недооценка роли отмостки и ее исправного состояния как малозначащего, несущественного элемента обходится весьма дорого. Поскольку она устраивается на обратной засыпке грунта вокруг фундамента, то грунт оказывается плохо уплотненным и отмостка дает просадку, в ней образуются трещины, через которые вода проникает под фундамент, снижает несущую способность основания, способствует его промерзанию и выпучиванию со всеми вытекающими последствиями. Из этого следует, что исправное состояние отмостки является важным ее эксплуатационным качеством, обязательным условием поддержания в исправном состоянии всего сооружения, а неисправное ее состояние, скопление на ней воды влекут за собой повреждения вышележащих частей здания.
По состоянию отмостки и цоколя можно судить о техническом состоянии здания, а также о профессионализме и добросовестном выполнении своих обязанностей эксплуатационниками.