Виды и конструкции фундаментов, возводимых в открытых котлованах

К фундаментам мелкого заложения относятся фундамен­ты, имеющие отношение высоты к ширине подошвы, не превыша­ющее 4, и передающие нагрузку на грунты основания преимущест­венно через подошву.

Подошвой фундамента называется его нижняя плоскость, соприка­сающаяся с основанием; верхняя плоскость фундамента, на кото­рую опираются наземные конструкции, называется обрезом. За ширину фундамента принимается минимальный размер подошвы, а за длину — наибольший ее размер. Высота фундамента h есть расстояние от подошвы до обреза, а расстояние от поверхности планировки до подошвы d называется глубиной заложения фун­дамента

Фундаменты мелкого заложения возводятся в открытых кот­лованах (отсюда еще одно их название — фундаменты, возво­димые в открытых котлованах) или в специальных выемках, устраиваемых в грунтах основания.

По условиям изготовления фундаменты мелкого заложения раз­деляются на монолитные, возводимые непосредственно в котлова­нах, и сборные, монтируемые из элементов заводского изготовле­ния. При устройстве монолитных фундаментов под подошвой осу­ществляется подготовка из тощего бетона или слоя щебня, втрам­бованного в грунт и пролитого цементным раствором, призванная предотвратить утечку цемент­ного молока, перемешивание бетонной смеси с грунтом и погружение арматуры в ос­нование. При плотных слабо-фильтрующих грунтах такую подготовку можно не делать, а принять защитный слой бе­тона толщиной 5...8 см.

В качестве материалов фу­ндаментов применяются же­лезобетон, бетон, бутобетон, каменные материалы (кирпич, бут, пиленые блоки из при­родных камней), В отдельных случаях при устройстве фу­ндаментов временных зданий и сооружений допускается применение дерева или ме­талла.

Материал фундамента вы­бирается в соответствии с ма­териалами основных констру­кций сооружения и наряду с определенной прочностью должен обладать неразмокаемостью и морозостойкостью.

Фундаменты, работающие преимущественно на сжатие и выпол­няемые из каменной кладки и бетона, относятся к массивным жестким конструкциям, а фундаменты, работающие на сжатие и из­гиб и выполняемые из железобетона,— к гибким.

По форме фундаменты мелкого заложения разделяются на от­дельные, ленточные, сплошные и массивные (рис. 10.2).

Отдельные фундаменты устраивают под колонны, опоры балок, ферм и других элементов промышленных и гражданских зданий и сооружений. Возможно устройство отдельных фундамен­тов и под стены.

Рис. 10.2. Основные типы фундаментов мелкого заложения:

а -~ отдельный фундамент под колонну; 6 — отдельные фундаменты под стену; в — ленточный фундамент под стену; г — то же, под колонны; д — то же, под сетку колонн; е — сплошной (плитный) фундамент

Отдельные фундаменты не увеличива­ют жесткости сооружения, поэтому их обычно применяют в тех случаях, когда неравномерность осадок не превышает допустимых значений.

Ленточные фундаменты используют для передачи нагрузки на основание от протяженных элементов строительных конструк­ций, например стен зданий, или ряда колонн. По размещению в плане ленточные фундаменты могут состоять из одинарных или перекрестных лент. Одинарные ленты устраивают, как правило, под стены, а перекрестные — под сетку колонн.

Сплошные фундаменты, иногда называемые плитными, устраивают под всем зданием в виде железобетонных плит под стены или сетку колонн. Фундаментные плиты разрезаются в плане только осадочными швами, но в пределах каждого выделенного отсека они обеспечивают жесткость здания и совместную работу фундамента и надземной части сооружения. Сплошные фундаменты способствуютуменьшениюнеравномерности осадки сооружения.

Массивные фундаменты устраивают в виде жесткого мас­сива под небольшие в плане сооружения, такие, как башни, мачты, дымовые трубы, доменные печи, устои мостов и т. д.

Конструкции фундаментов мелкого заложения.

Отдельные фундаменты представляют собой кирпичные, камен­ные, бетонные или железобетонные столбы с уширенной опорной частью. Отдельные фундаменты могут выполняться в монолитном или сборном варианте.

Рис. 10.3. Конструкция жесткого фунда- Рис. 10.4. Сборный фундамент под колонну:

мента: -

а — из нескольких элементов; б — из одного

а — с наклонными боковыми гранями; элемента; / — фундаментные плиты; 2 —

б — уширяющийся к подошве уступами подколонник; 3 — рандбалка; 4 — бетонные

столбики; 5 — монтажные петли

Каменные и бетонные отдельно стоящие фундаменты устраива­ются монолитными и проектируются как жесткие. Фундаменты имеют наклонную боковую грань или, что чаще, уширяются к подо­шве уступами, размеры которых определяются углом жесткости а, т. е. предельным углом наклона, при котором в теле фундамента не возникают растягивающие напряжения (рис. 10.3). Железобетонные фундаменты выполняются монолитными или сборными и проектируются как конструкции на сжимаемом основа­нии с учетом совместной работы сооружения и грунтов основания.

Монолитные железобетонные фундаменты состоят, как правило, из плитной части ступенчатой формы и подколенника. Сопряжение сборных колонн с фундаментом осуществляется с помощью стакана (фундаменты стаканного типа), монолитных колонн — соединени­ем арматуры колонн с выпусками из фундамента, а стальных колонн — креплением башмака колонны к анкерным болтам, забетонированным в фундаменте. При устройстве отдельных фундаментов под стены по обрезу фундамен­тов укладываются фундаментные балки (рандбалки), на которые опираются наземные конструкции.

Сборные железобетонные фундаменты под колонны проектиру­ются из одной или нескольких фундаментных плит, уложенных друг на друга на цементном растворе. Сверху плит устанавливают под­коленник, а при необходимости и дополнительные опоры под ранд-балку (рис. 10.4, а).

Сборные фундаменты, составленные из нескольких рядов желе­зобетонных плит, требуют повышенного расхода арматуры.

С целью сокращения трудоемкости работ по устройству фун­даментов и уменьшению их стоимости постоянно ведутся работы по созданию новых типов фундаментов, которые в соответству­ющих грунтовых условиях оказываются более экономичными по сравнению с традиционными типами. Наибольшее распространение в последние годы получили буробетонные и щелевые фундаменты, устраиваемые в глинистых грунтах тугопластичной, полутвердой и твердой консистенции и в лессовых грунтах, а также фундаменты с анкерами, применяемые для сооружений со значительными гори­зонтальными или моментными нагрузками (рис. 10.5).

Рис. 10.5. Буробетонные (а), щелевые (б) и анкерные (в) фундаменты:

1 — колонна; 2 -— арматурный каркас; 3 — фундамент; 4 — подколонник; 5 — плитная часть; б — бетонные пластины; 7 — анкеры (буронабивные сваи)

Буробетовньщ фундамент устраивают в разбуриваемых поло­стях, заполняемых литым бетоном. Армируют только стаканную часть. Буробетонные фундаменты хорошо работают на горизон-

тальные нагрузки и моменты, поскольку эти нагрузки передаются на. боковые стенки полости, сложенные ненарушенным грунтом массива.

Щелевой фундамент устраивают путем прорезки узких взаимно перпендикулярных щелей шириной 10...20 см, в которые при не­обходимости устанавливается арматура с последующим заполне­нием бетоном. Расстояние между пластинами составляет 2...4 их толщины. Нагрузка на основание передается через нижние торцы и боковые поверхности пластин. Сопряжение колонн с фунда­ментами и в этом случае такое же, как в обычных фундаментах. Щелевые фундаменты могут быть устроены также и в вытра­мбованных котлованах (см. § 12.3), когда прорези в грунте не отрываются, а пробиваются трамбовкой заданного размера на проектную глубину.

Фундаменты с анкерами обеспечивают восприятие значительных выдергивающих усилий, что позволяет уменьшить крен и устранить отрыв подошвы фундаментов. В нескальных грунтах анкеры пред­ставляют собой армированные каркасами буронабивные сваи диа­метром 15...20 см и длиной 3...4 м, жестко соединяемые с плитной частью фундамента. В скальных грунтах обычно используются напрягаемые стержни с анкерующими болтами.

Ленточные фундаменты под стены также устраивают либо монолитными, либо из сборных блоков. Монолитные ленточные фундаменты из природного камня и бетона, как и отдельные фун­даменты, устраивают в виде конструкции ступенчатой или наклон­ной формы (см. рис. 10.3). Монолитные железобетонные ленточные фундаменты выполняются в виде нижней армированной ленты и не-армированной или малоармированной фундаментной стены (рис. 10.6, а). Одним из возможных вариантов устройства монолитных ленточных фундаментов из железобетона является многощелевой ленточный фундамент, конструкция которого аналогична показан­ному на рис. 10.5, б. Расчет и конструирование монолитных ленточ­ных фундаментов рассматриваются в курсе железобетонных конст­рукций.

Сборный ленточнйй фундамент состоит из ленты, собираемой из железобетонных плит, армированных по расчету, и стены, соби­раемой из бетонных блоков (рис. 10.6, б). Железобетонные фун­даментные плиты подушки и бетонные стеновые блоки унифициро­ваны.

При строительстве на прочных грунтах (модуль деформации грунта 25 МПа и более) при уровне подземных вод ниже подошвы фундамента возможно применение прерывистых ленточных фун­даментов, которые устраивают из фундаментных железобетонных плит, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (рис. 10.6, в). Чтобы уменьшить объем железобетона в теле фундамента, ино­гда применяют ребристые железобетонные блоки или плиты с уг­ловыми вырезами (рис. 10.7).

Фундаментные стеновые блоки изготовляют из тяжелого бетона, керамзитобетона или плотного силикатного бетона. Ширина бло­ков принимается равной (или меньше) толщине надземных стен, но не менее 30 см. Надземные стены не должны выступать над фундамент­ными более чем на 15 см. Высота типовых стеновых блоков составля­ет 280 или 580 мм. Блоки укладыва­ют на цементном растворе с пере­вязкой швов стеновых блоков и плит.

Рис. 10.7. Конструкции фундаментных
а —сплошная; б-ребристая; в — сборные

Для повышения жесткости со­оружения (для выравнивания осадок при строительстве на слабых грунтах, в качестве антисейсмических с мероприятий и т.п.) угловыми вырезами фундаменты усиливают армированными швами или железобетонными поясами, устроенными по­верх фундаментных плит или последнего ряда стеновых блоков по всему периметру здания на одном уровне. Такие решения будут рассмотрены в соответствующих главах учебника.

Сплошные фундаменты выполняются, как правило, из моно­литного железобетона. По конструктивным решениям сплошные фундаменты разделяют на плитные и коробчатые. Плитные фун­даменты, в свою очередь, могут быть гладкими (безбалочными) и ребристыми (рис. 10.8).