ВВЕДЕНИЕ
Согласно статистическим данным, полученным в результате анализа аварийных ситуаций, именно фундамент и основание (а не надземные конструкции) чаще становятся причиной аварийных ситуаций, приводящих к критическим деформациям или потере устойчивости зданий.
Ошибки, допущенные на этапе проектирования фундамента, а также некачественное выполнение строительных работ, зачастую являются основными факторами, приводящими к аварийным ситуациям.
По этой причине проектирование основания и фундамента, а также технологии строительного производства, представляют собой важную и достаточно сложную область в строительстве.
Правильный подбор типа фундамента и основания, а также технологических методов их устройства, существенно влияет на дальнейшую эксплуатацию сооружения. Такой выбор и его аргументация могут осуществить только профессионалы, обладающие необходимыми навыками.
Основные требования к проектированию оснований и фундаментов включают три ключевых блока: обеспечение надежности и долговечности зданий, использование прочностных характеристик почвы и достижение минимальной стоимости и емкости при оптимизации времени возведения.
ОСНОВАНИЯ
Основания называется напластование грунтов, непосредственно воспринимающее давление от сооружения. Слой, находящийся под подошвой фундамента, называется несущим, а нижележащие - подстилающими.
Основания подразделяют на естественные и искусственные (улучшенные).
Естественное основание - обычный природный грунт, используемый как опора фундаментов без предварительной подготовки.
Скальный грунт
Скальный грунт характеризуется преобладанием структурных связей химической природы. Он представляет собой массивные горные породы с прочными связями между частицами. Такие грунты обладают высокой прочностью при сжатии.
Мерзлый грунт
Мерзлый грунт имеет отрицательную или нулевую температуру и включает видимые ледяные вкрапления и/или лед-цемент, которые формируют криогенные структурные связи.
Техногенный грунт
Техногенный грунт — это изменённый, перемещённый или образованный в результате инженерной и хозяйственной деятельности человека. Эти грунты относятся к специфическим категориям. Они характеризуются неоднородным составом и структурой, а также высокой изменчивостью свойств как в пространстве, так и во времени. Специальные исследования техногенных грунтов в рамках инженерно-геологических изысканий практически не проводятся, а нормативно-методическая база не разработана из-за многообразия этих грунтов и их недостаточной изученности.
Дисперсные грунты
Дисперсные грунты состоят из отдельных частиц различной крупности, которые слабо связаны между собой. Их образование связано с выветриванием скальных грунтов и последующим переотложением продуктов выветривания различными способами, включая водные и ветровые. Для дисперсных грунтов характерны нежесткие механические и водно-коллоидные структурные связи. К этому типу грунтов относятся рыхлые осадочные обломочные породы, которые делятся на связные и несвязные.
Связные и несвязные грунты
Связные грунты - это дисперсные грунты с преобладанием физических и физико-химических структурных связей. Несвязные грунты, напротив, обладают механическими структурными связями и сыпучестью в сухом состоянии. В строительной практике чаще всего встречаются дисперсные грунты.
Требования к грунтам для основания
Грунты, используемые для основания, должны обладать достаточной несущей способностью, небольшой равномерной сжимаемостью, а также не подвергаться пучению при промерзании. Кроме того, они должны быть неподвижными, не подверженными ползучести, не размываться и не растворяться в грунтовых водах.
Основное требование к таким грунтам - надежность, то есть способность воспринимать все внешние нагрузки в течение заданного срока с обеспечением нормальных условий эксплуатации здания.
Искусственные основания создаются путем замены естественного грунта или улучшения его характеристик. Грунты, такие как рыхлые пески, лёссовые илы, торф, набухающие грунты и слабые глинистые породы, при определенных условиях (изменении влажности, замораживании и оттаивании, быстром приложении нагрузки, динамических воздействиях) могут демонстрировать свойства, которые ухудшают их природные прочностные и деформационные характеристки.
Наиболее простым примером искусственного основания является песчаная или щебёночная подушка, которая служит заменой ненадежным верхним слоям грунта. Кроме того, существует множество методов улучшения свойств грунтов, таких как поверхностное и глубинное уплотнение, химическое закрепление и другие технологии.
По условиям напластования и толщины грунтов основания можно классифицировать как однородные и слоистые. Однородные основания представляют собой сжимаемую толщу, состоящую исключительно из одного типа грунта. Слоистые основания, в свою очередь, включают различные по составу и свойствам грунты.
Слоистое основание может иметь согласное или несогласное залегание. Согласным считается залегание, когда уклон отдельных слоев грунта не превышает 2%. Несогласным же называют залегание, при котором пласты имеют более крутой уклон, выклиниваются и проявляют другие несоответствия.
Наиболее надежными являются однородные основания, а также слоистые, состоящие из мало сжимаемых грунтов с согласным залеганием. В то же время основания с слабыми прослойками считаются неблагоприятными, так как они могут привести к значительным равномерным и неравномерным осадкам.
Согласно действующему ГОСТ 25100 -2020 Классификация грунтов, грунты классифицируются по различным признакам, включая их состав, физико-механические свойства и условия залегания. Классификация основана на детальном анализе характеристик грунтов, что позволяет определить их пригодность для строительства и других решений.
В ГОСТах представлены сложные таблицы, которые содержат информацию о типах грунтов, их прочности, сжимаемости и других параметрах. Рекомендуется ознакомиться с этими таблицами непосредственно в документе ГОСТ для получения точной и актуальной информации, необходимой при проектировании и строительстве
ФУНДАМЕНТЫ.
Основные понятия
Фундамент - это подземная или подводная часть сооружения, передающая нагрузку от вышележащих конструкций на грунтовое основание. Фундамент своеобразный переходник между грунтом основания и сооружения. Каким будет этот переходник, зависит от того, что он соединяет. Сам по себе переходник не является самодостаточной деталью.
Фундамент находится в условиях, которые резко отличаются от условий на поверхности. Соответственно нужен подходящий материал и технология. Важно правильно спроектировать фундамент, чтобы обеспечить равновесие между нагрузкой и возможностями грунтового основания
Слой, находящийся под подошвой фундамента, называется несущим, а нижележащие - подстилающими.
Обрез фундамента - плоскость, отделяющая надземную часть от конструкции фундамента.
Подошва фундамента - это плоскость, непосредственно опирающаяся на грунтовое основание и передающая нагрузку.
Глубина заложения фундамента - расстояние от подошвы до проектной отметки.
Высота фундамента - расстояние от подошвы до обреза фундамента.
Ширина фундамента - это меньшая сторона фундамента.
Слой, находящийся под подошвой фундамента, называется несущим, а нижележащие - подстилающими.
Сжимаемая толща грунта - это деформируемый объём грунта в основании фундамента, который формируется под воздействием нагрузки.
Этот объём непостоянен и зависит от условий нагружения (величины, направления, глубины приложения и изменения во времени действующих нагрузок), размеров и формы площади, через которую передаются нагрузки, свойств и напластования грунтов, их напряжённого состояния и деформативности.
Классификация фундаментов
По виду заложения:
Фундаменты, возводимые в открытых котлованах (мелкого заложения)
После возведения в котловане засыпаются грунтом и практически передают давление на основание только по подошве. При этом в грунте возникают сжимающие напряжения.
Фундаменты глубокого заложения
Изготавливают и погружают в грунт с поверхности земли при помощи специальных механизмов и устройств. Они защемлены в грунте, передают нагрузку на основание по подошве и частично за счет сил трения по боковой поверхности фундамента.
В качестве оснований тяжелых и чувствительных к неравномерным осадкам сооружений стремятся выбрать скальные и полускальные породы или мало сжимаемые грунты. К таким сооружениям относятся фундаменты тяжелых кузнечных молотов, крупных прессов, зданий насосных станций и водозаборов, опоры мостов и т.д.
В настоящее время в строительной практике применяют следующие виды фундаментов глубокого заложения: опускные колодцы, кессоны, тонкостенные оболочки, буровые опоры и фундаменты, возводимые методом «стена в грунте».
Свайный фундамент
Свайный фундамент включает группу свай, совместная работа которых обеспечивается с помощью плит или балок, которые называются ростверком.
Свая - это погруженная в грунт или изготовленная в грунте вертикальная или наклонная конструкция, предназначенная для передачи нагрузки на основание, Разделяются по характеру взаимодействия с грунтом на сваи-стойки и висячие сваи.
По материалу:
Армированный бетон. Без указания материала арматуры. Сейчас применяется арматура не только стальная. Композитная получила широкое распространение. В определенных случаях применение такой арматуры в фундаменте правильно и обоснованно.
Железобетон
Бетон. Бутобетон
Камень, кирпич, мелкоштучные бетонные блоки, полнотелый кирпич и т.п.
Метал
Дерево
По конструктивному решению:
Отдельно стоящие фундаменты(столбчатые):
В виде отдельных опор под колоннами, а также под стены с некоторым интервалом.
Ленточные фундаменты
Возводят под всеми несущими конструкциями зданиями или сооружения в виде сплошной ленты
выполняются под протяженные конструкции (стены)
выполняются под ряды и сетки колонн в виде одинарных или перекрестных лент
Целесообразно применять для зданий и сооружений с наружными и внутренними стенами из штучных материалов (кирпича, крупных блоков и т.д.);
Сплошные (плитные) фундаменты
Располагающиется под всем зданием или сооружением в виде плиты.
Такой тип фундаментов применяется:
при слабых грунтах и значительных нагрузках, когда другие виды фундаментов не могут снизить давление на грунт до допускаемых пределов;
для снижения неравномерных осадок зданий и сооружений, т.к. фундаментная плита перераспределяет нагрузки на основание, снижая давление на слабые участки и дополнительно нагружая более сильные;
из конструктивных или технологических соображений, когда необходим сплошной фундамент под технологическое оборудование;
Щелевые
Особенностью такого фундамента является укладка бетона непосредственно в выкопанную траншею — «в распор» грунта.
По способу изготовления:
Монолитные. Сооружаются на площадке строительства.
Сборные. Строятся из готовых элементов.
Комбинированные. Сооружаются из готовых элементов заводского изготовления и бетонной смеси или строительного раствора.
Для примера рассмотрим ленточный фундамент частного дома
По характеру работы под нагрузкой:
По характеру работы под действием нагрузки фундаменты различают жесткие, материал которых работает преимущественно на сжатие и в которых не возникают деформации изгиба, и гибкие, работающие преимущественно на изгиб.
h > 1 / 3ℓ - абсолютно жёсткие фундаменты.
h < 1 / 3ℓ - гибкие фундаменты.
Здесь h – высота фундамента; ℓ - длина фундамента.
Для устройства жестких фундаментов часто применяют кладку из природного камня неправильной формы (бутового камня или бутовой плиты), бутобетона и бетона. Для гибких фундаментов применяют в основном железобетон. Жесткие чаще фундаменты применяются в специальных отраслях строительства, а гибкие - в промышленном и гражданском строительстве.
В заключение следует отметить, что классификация фундаментов представляет собой достаточно сложную и запутанную тему. Разные авторы и источники информации могут предлагать различные подходы и критерии для их классификации. Это разнообразие может вызвать путаницу, особенно у начинающих специалистов.
Поэтому крайне важно сосредоточиться на базовых основах и принципах, которые помогут лучше понять и применять классификацию фундаментов в практической деятельности. Осознание этих основ обеспечит более эффективное проектирование и эксплуатацию фундаментов в будущем.
