3 Розрахунок та проектування фундаментів мілкого закладання

3.1 Класифікація фундаментів мілкого закладання та область їх застосування

Фундаменти, в яких співвідношення глибини закладання та меншої сторони підошви не перевищує двох, відносять до фундаментів мілкого закладання. Вони класифікуються за такими ознаками: конструктивними особливостями, характером роботи конструкції, способом виготовлення, матеріалом виготовлення.

За конструктивними особливостями фундаменти ділять на стрічкові, які можуть бути неперервними або переривистими (рис.3.1, а, г), стовпчасті (б) та плитні (е).

За характером роботи конструкції фундаменти діляться на жорсткі та гнучкі. До жорстких відносять фундаменти, власні деформації яких достатньо малі порівняно з деформаціями основи. Це стрічкові фундаменти під стіни (рис. 3.1, а) та окремі стовпчасті фундаменти під колони або опори (рис. 3.1, б), масивні фундаменти під великі жорсткі споруди (рис. 3.1, в).

До гнучких фундаментів відносять фундаменти, власні деформації яких порівняні з деформаціями основи. Це стрічкові фундаменти під колони, фундаменти з перехресних стрічок та плитні фундаменти під колони або стіни (рис. 3.1 г, д, є).

За способом виготовлення фундаменти розділяються на монолітні, які виготовляються на будівельних майданчиках, та збірні, що виготовляються в заводських умовах.

3.1.1 Стрічкові фундаменти під стіни

Найчастіше застосовують збірні стрічкові фундаменти під стіни. Вони складаються із стрічки, яка збирається із залізобетонних плит та стін, що складаються із бетонних блоків (рис. 3.1, а). Номенклатура типових плит за серією 1.112-5 наведена в табл. 3.1.

Номенклатура передбачає чотири групи, кожна з яких характеризується найбільшим тиском, що передається на основу при відповідному вильоті консолі фундаменту. Плити першої групи (1) відповідають середньому розрахунковому опору основи (при коефіцієнті надійності за навантаженням g_f = 1) R = 150 кПа, другої (2) R = 250, третьої (3) R = 350 та четвертої (4) R = 450 кПа. Марки плит позначаються буквами ФС (фундамент стрічковий) та числами, розділеними крапками. Цифра, відокремлена дефісом, показує групу за несучою спроможністю при мінімальній товщині стіни, що спирається, 160 мм. Ці групи відносяться до виробів усіх видів і тому в табл. 3.1 марки плит наведені не повністю, без зазначення розрахункового опору ґрунтів основи.

Рисунок 3.1 – Типи фундаментів:

а) збірний стрічковий фундамент під стіну;

б) окремий збірний фундамент стаканного типу;

в) масивний фундамент;

г) монолітний стрічковий фундамент під колони;

д) фундамент з перехресних стрічок;

е) суцільна плита під колони.

Таблиця 3.1 - Фундаментні плити

Наприклад, ФС12.24-3 - плита шириною 12 дм (1200 мм), довжиною 24 дм (2400 мм), для середнього тиску під підошвою до 350 кПа. Розрахунковий момент, від якого залежить кількість арматури, визначений на грані стіни, що передає навантаження, яка прийнята товщиною 160 мм (великопанельні будинки), що забезпечує максимальне значення моменту. При збільшенні товщини стіни розрахункова довжина консолі зменшується, і плити можуть застосовуватись при більших значеннях середніх тисків на основу.

Фундаментні стіни виконуються з суцільних ФБС (фундаментні блоки суцільні), пустотілих ФБП (фундаментні блоки пустотілі) та ФБВ (фундаментні блоки з вирізами). Номенклатура стінових блоків наведена в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 - Номенклатура стінових блоків

Марка блоків позначається буквами та цифрами, які характеризують довжину, ширину та висоту і розділяються крапками. Буква, відокремлена дефісом, вказує тип бетону. Наприклад, ФБС24.5.6-В - фундаментний блок суцільний довжиною 24 дм (2400 мм), шириною 5 дм (500 мм), висотою 6 дм (600 мм), бетон важкий.

3.1.2 Стовпчасті фундаменти

Стовпчасті фундаменти можуть улаштовуватись як під стіни, так і під колони.

Стовпчасті фундаменти під стіни застосовуються при незначних навантаженнях від стіни будівлі у тих випадках, коли основа складена ґрунтами з високими деформаційними характеристиками та характеристиками міцності. Фундаменти розташовуються через 3-6 м один від одного і обов'язково в кутах споруди та в місцях перетинання стін, а також на інших ділянках, де передаються значні навантаження. На обріз фундаментів укладають фундаментні балки, на які спираються надземні конструкції.

Стовпчасті фундаменти під колони можуть бути збірними та монолітними.

Збірні фундаменти під колони найбільш доцільні тоді, коли їх можна зробити з одного блока, тобто коли вони мають невеликі розміри і, отже, невелику вагу. Складання фундаментів з декількох блоків приводить до додаткових витрат арматури, яка розташовується на усіх рівнях. Застосування окремих фундаментів під колони з двох і більше блоків доцільне лише при необхідності зведення фундаментів у стислі строки (для виключення можливого промерзання ґрунтів узимку, здешевлення робіт з осушення котлованів та ін.).

Основним типом фундаментів, що улаштовуються під колони, є монолітні залізобетонні фундаменти, які складаються з плитної частини і підколонника (або без нього) (див. §3.5). З'єднання збірних колон з фундаментом здійснюється за допомогою стакана, монолітних - з'єднанням арматури колон з випусками з фундаменту, стальних - закріпленням бази до анкерних болтів, забетонованих у фундаменті.

3.1.3 Матеріали фундаментів

Матеріали для фундаментів вибираються в залежності від матеріалів основних конструкцій споруди. Фундаменти виготовляються із залізобетону, бетону, кам'яних матеріалів (цегла, бут, блоки з природного каміння). В окремих випадках можливе застосування полегшених та легких бетонів, цементоґрунту.

Основними конструкційними матеріалами фундаментів є залізобетон та бетон, які можна застосувати при улаштуванні усіх видів монолітних та збірних фундаментів у будь-яких інженерно-геологічних умовах.

Фундаменти на основі силікатних матеріалів та цементоґрунту застосовуються в конструкціях, що працюють на стиск. Кам'яна кладка з цегли та буту передбачається в конструкціях, які працюють на стиск, переважно для стрічкових фундаментів, окремих стовпів та стін підвалів.

Бутобетон та бетон рекомендується застосовувати при улаштуванні фундаментів у відкопаних порожнинах або траншеях при бетонуванні їх у розмір зі стінками.

Бетон, бутобетон та бутова кладка погано працюють на розтяг. Тому при проектуванні жорстких фундаментів, що виключають виникнення напруг розтягу в нижній частині, максимальний розвиток підошви фундаменту обмежують кутом α (рис. 3.2), значення якого приймають рівним:

для бутової кладки на цементно-вапняному розчині..... 26°;

те ж, на цементному розчині............................................ 34°;

для бутобетону .................................................................. 37°;

для бетону .......................................................................... 40°.

Рисунок 3.2 – Обмеження розмірів підошви фундаментів (а) зоною розповсюдження напруг у кладці на відміну від гнучких фундаментів (б)