Как построить надёжный фундамент? глубина заложения фундамента. оптимальный размер фундамента

Столбчатые фундаменты

Траншея под столбчатое основание

Столбчатые фундаменты делают в разных вариантах. Какой должна быть столбчатая опора, решает сам хозяин стройки. Подошва столба должна находиться ниже уровня промерзания почвы.

Столбы бывают следующих видов:

• Деревянные столбы;
• Кирпичные опоры;
• Каменные столбы;
• Бетонные опоры;
• Железобетонные столбы;
• Бутобетонные опоры.

Бетонные и железобетонные столбы

Опоры из бетона выполняют мелкозаглублёнными.  Бетонный столбчатый фундамент возводят для небольших строений из лёгких конструкций. Поэтому ямы под опоры копают небольшой глубины.

Опоры из железобетона обладают высокой несущей способностью. Вместе с железобетонным ростверком опоры образуют мощное фундаментное основание, которое выдерживает нагрузки от домов в несколько этажей. Глубина заложения может достигать нескольких метров. Подошву такой опоры делают уширенной из бетонной подготовки.

Кирпичные и деревянные столбы

Основание из кирпичных столбов

Деревянные столбы как фундаментные опоры используют при возведении лёгких хозяйственных построек, таких как сараи, склады и прочее. Деревянные опоры ставят по углам строения на небольшой глубине в пределах 0,7-1 метра.

Перед закладкой деревянные столбы обязательно обрабатывают антисептиками, препятствующими развитию процесса гниения древесины. Деревянные опоры погружают ниже уровня промерзания грунта.

Столбы из кирпичной кладки выполняют в виде столбов, квадратных в поперечном сечении. Кирпич очень чувствителен к разрушительному воздействию влаги. Поэтому столбы из кирпичной кладки делают невысокими с обязательным устройством гидроизоляции.

Каменные и бутобетонные столбчатые опоры

Каменные столбы делают из природного камня – плитняка, которые скрепляют между собой цементным раствором. Применяют для строительства нетяжёлых домостроений. Высота столбов обычно не превышает 1,2-1,5 метра. С учётом высоты наземной части столба и толщины подушки определают, на какой глубине будет помещаться подошва фундаментной опоры.

Бутобетонные опоры аналогичны столбчатым фундаментам из дикого камня, но имеют более высокую несущую способность. Глубина их заложения может быть 2 метра и более.

Общие положения для столбчатых фундаментов и пример определения глубины

Подготовка столбчатого основания

Копают ямы под столбы с шагом 2-3 метра с таким расчётом, чтобы центры их поперечных сечений приходились под углы строения, под его несущие стены и под те места, где будет действовать наиболее концентрированные нагрузки (под отопительный котёл и под другое тяжёлое оборудование).

Рассмотрим, какой должна быть глубина заложения столбчатого фундамента для небольшого дома из деревянных конструкций. Слой грунта, подверженного промерзанию, составляет 40 см, уровень грунтовых вод находится на глубине 170 см. Из расчёта нагрузки от деревянного дома определают поперечное сечение столба размером 40х40 см.

Ямы делают шире сечения столбов так, как подстилающая подушка должна быть больше площади основания опоры на треть. Размеры ямы должны позволить свободно монтировать опалубку и устраивать гидроизоляцию. Копают ямы под столбы глубиной 1,2 метра, что делает подошву опоры ниже промерзающего слоя почвы и выше уровня грунтовых вод.

Посмотрите видео, как правильно произвести монтаж столбчатого основания на выбранную величину.

Популярные виды фундаментов глубокой закладки

Практика строительства показала, что наиболее оптимальным видом, с точки зрения соотношения сложности работ и их стоимости, нужно считать ленточные фундаменты углубленной закладки.

Количество процессов при производстве значительно сокращается.

К фундаментам глубокого заложения могут относится следующие виды оснований:

• Столбчатые;
• Ленточные;
• Плитные.

Рассмотрим каждый из них подробнее.

1. Ленточные фундаменты.

Наиболее востребованным видом фундамента глубокого заложения является ленточное основание. Его популярность обусловлена на порядок меньшими затратами времени и финансов на обустройство такого фундамента, в сравнении с плитным, и высокими несущими способностями.

Во-первых, при строительстве ленточного фундамента значительно уменьшаются земляные работы — рытье траншей под фундаментную ленту происходит на порядок быстрее, чем рытье полноразмерного котлована. Во-вторых, сильно сокращается количество расходных материалов — бетона и арматуры.

Рис.: Схема ленточного фундамента глубокого заложения

Совет эксперта! Несущих характеристик ленточных фундаментов с запасом хватает для любых малоэтажных зданий — из кирпича, каркасных панелей, сруба, пенобетона либо газобетона.

Ленточные фундаменты глубокого заложения демонстрируют хорошую устойчивость к силам пучения и горизонтальным сдвигам грунта.

2. Плитные фундаменты.

Такие фундаменты представляют собою монолитную железобетонную плиту, толщиною минимум в 50 сантиметров, заглубленную в почву ниже глубины ее промерзания.

Строительство плитных оснований глубокого заложения рационально в следующих ситуациях:

• при возведении тяжелых зданий на слабой низкоплотной и насыпной почве;
• при смешанных грунтах, обладающих разными степенью сжимаемости и несущими характеристиками;
• при высоком уровне грунтовых вод.

Рис.: Схема плитного фундамента глубокого заложения с цокольным этажом

В плане несущих характеристик плитные фундаменты превосходят все остальные виды оснований, на них могут возводиться даже многоэтажные дома, однако в частном строительстве монолитные фундаменты не получили особой популярности из-за трудоемкости обустройства и больших финансовых затрат на реализацию проекта.

3. Столбчатые фундаменты.

Столбчатое основание состоит из системы опорных столбов, равномерно распределенных по контуру наружных и внутренних стен здания с шагом в полтора-два метра.

Столбчатые опоры могут изготавливаться как монолитные конструкции — посредством заливки опалубки бетоном, либо создаваться из сборных материалов — фундаментных блоков, кирпича либо пенобетона.

Рис.: Схема столбчатого фундамента глубокого заложения

Совет эксперта! Несущих характеристик столбчатых фундаментов недостаточно для возведения тяжелых зданий из кирпича, такие основания применяются в качестве опоры под легкие одноэтажные жилые и подсобные дома из каркасных панелей и дерева.

Столбчатое основание не предполагает возможности обустройства подвала или цокольного этажа. Таким фундаментам необходима обязательная обвязка металлическим или деревянным ростверком, поскольку несвязанные столбы сильно подвергаются деформациям из-за горизонтальных сдвигов почвы.

Определение глубины заложения фундамента

Общая оценка грунтовых условий площадки строительства.

По инженерно-геологическому разрезу площадка имеет спокойный рельеф с абсолютными отметками 140,25-141,5 м. Грунты имеют слоистое напластование с согласным залеганием пластов. Все они могут служить естественным основанием для фундаментов зданий.

Для рассматриваемого промышленного здания при устройстве фундаментов мелкого заложения несущим слоем может быть песок мелкий средней плотности, малой степени водонасыщения (слой 1).

При использовании свайных фундаментов в качестве несущего слоя рекомендуется использовать глину, пылеватую, полутвердую (слой 5). В этом случае свая будет работать по схеме свая висячая.

При инженерно-геологических изысканиях были обнаружены подземные воды. Они залегают на отметках 135,8 – 137,0 м (глубина залегания 4,5 – 4,8 м от поверхности) и не будут существенно влиять на устройство оснований и фундаментов здания.

Таблица 1

№ инженерно- геологического элемента	Наименование грунтов	Толщина слоя, м	Характеристики плотности, г/см3	Коэффициент пористости е, д.е.	Естественная влажность, W, д.е.	Коэффициент водонасыщения Sr	Число пластичности, Ip, д.е.	Показатель текучести, Il, д.е.	Модуль деформации, Е0, МПа	Удельное сцепление грунта С, кПа	Угол внутреннего трения φ, град.
Плотность грунта ρ	Плотность частиц грунта ρ	Плотность сухого грунта ρ
Насыпной грунт	0,4	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—	—
1	песок мелкий, средней плотности, малой степени водонасыщения	3,7	1,7	2,66	1,52	0,75	0,12	0,43	13	28
2	легкий пылеватый суглинок мягкопластичный	0,4	1,94	2,7	1,54	0,75	0,26	0,94	0,1	0,6	10,9	20	18
3	легкий пылеватый суглинок мягкопластичный	2,6	19,8	2,71	1,56	0,74	0,27	0,99	0,11	0,55	11,24	11	21
4	песок средней крупности, средней плотности, насыщенный водой	2,4	20,0	2,66	1,60	0,66	0,25	1	24,6	1	35
5	пылеватая глина полутвердая	5,5	19,2	2,73	1,45	0,88	0,32	0,99	0,2	0,25	8,8	45	18

Основные сочетание нагрузок действующие на фундаменты здания

Группа предельного состояния	Вид нагрузок	Крайняя колонна	Средняя колонка
I предельное состояние	M	510	605	250	390
N	1505	1117	1823	1628
Q	59	53	39	35
II предельное состояние	M	421	522	202	315
N	1360	1010	1638	1462
Q	50	44	31	22

Проектирование фундамента мелкого заложения.

Расчет и конструирование фундамента мелкого заложения под колонну крайнего ряда.

Определение глубины заложения фундамента

Глубина заложения фундаментов d должна назначаться в зависимости от конструктивных решений подземной части здания (наличия подвалов, технического подполья, подземных коммуникаций и др.), инженерно-геологических условий строительной площадки, величины и характера нагрузок на основание, а также возможного пучения грунтов при промерзании и других факторов. Глубина заложения d исчисляется от поверхности планировки основания, а в некоторых случаях (для зданий с подвалом) от поверхности пола подвала или подполья.

В пучинистых грунтах для наружных и внутренних стен глубина заложения d обычно назначается не менее расчетной глубины промерзания df. К пучинистым грунтам относятся мелкие и пылеватые пески, супеси независимо от показателя текучести, а также суглинки и глины с показателем текучести Il≥0,25.

К непучинистым грунтам относятся крупнообломочные грунты с заполнителем (песок, гравий и д.р.) до 10%, пески гравелистые, крупные и средней крупности; пески мелкие и пылеватые при Sr≤0,6, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15% по массе частиц мельче 0,05 мм. Глубина заложения фундаментов в таких грунтах не зависит от глубины промерзания в любых условиях. Минимальная глубина заложения d при этом приминается обычно не менее 0,5 м от спланированной поверхности.

Грунт, ИГЭ1-песок мелкий, средней плотности, малой степени водонасыщения, площадки строительства относится к непучинистым при промерзании, т.к. Sr = 0,43 < 0,6. Руководствуясь картой, приведенной на рис. 5.15 , определяем нормативную глубину сезонного промерзания dfn для г. Иркутск dfn = 2,2 м, тогда расчетная глубина промерзания составит (рис. 2).

где kh = 0,7 – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания, принимаемый по .

Рис. 2. Схема к назначению глубины заложения подошвы фундамента:

DL – отметка планировки; FL – отметка заложения фундамента; 1 – насыпной грунт; 2 – расчетная глубина промерзания грунта; 3 – песок мелкий.

Принимаем глубину заложения фундамента d = 1,8 м по конструктивным требованиям; высота фундамента должна быть кратной 0,3 м .

Формирование армированного остова

Армирования ленточного фундамента

Любой фундамент подвержен армированию, как мелкого, так и глубокого заглубления. В связи с трудоемкостью выполняемых работ не каждый застройщик его выполняет.

От габаритов основания зависит диаметр стальных прутов, используемых при армировании. Оптимальное поперечное сечение арматуры – 8–12 кв. мм. Армирование фундамента выполняется на основе металлического остова, который может быть сетчатым либо состоять из поясов.

Поясом называют конструкцию, образованную горизонтальными прутами, скрепленными между собой перемычками. Вертикальные перемычки скрепляют между собой два пояса, причем длина их не должна превышать полметра. Армирование с использованием поясом – редкое явление.

В отдельно взятом поясе прутья через каждые 10–15 см соединяются горизонтальными перемычками. В итоге получится арматурная сетка с квадратными окнами, стороны которых будут находиться в пределах 10–15 см.

Данный способ армирования считается лучшим с одной стороны и дорогостоящим – с другой стороны. Образованные пояса скрепляют между собой проволокой либо сваривают при помощи электросварки.

Глубина заложения фундамента – определяющие факторы

На какую глубину следует закладывать фундамент

Определяя тип будущего фундамента, и принимая решение о заглублении опорной конструкции, учтите условия, в которых будет эксплуатироваться здание.

Важно обратить внимание на следующие моменты:

• геологические аспекты;
• воздействие климатических факторов на глубину фундамента;
• влияние конструктивных особенностей здания на уровень заложения фундамента.

До начала выполнения расчетов и выбора типа фундамента необходимо:

• выполнить мероприятия по анализу почвы на участке строительства;
• изучить ландшафт, а также тщательно расчистить строительную площадку;
• разработать план строения и рассчитать массу строительных конструкций.

На стадии сбора информации об особенностях строительной площадки следует проанализировать ряд факторов:

• характер грунта на различной глубине;
• среднестатистический объем осадков на протяжении года;
• уровень расположение водоносных слоев;
• глубину замерзания почвы;
• колебания высоты и особенности рельефа на стройплощадке.

Виды фундаментов по способу заглубления

Решение о виде фундамента и уровне его закладки принимают с учетом следующих моментов:

• особенностей здания, заложенных в проекте;
• массы строения;
• наличия цокольного помещения;
• уровня расположения подземных коммуникаций.

Средняя температура в этой местности на протяжении года и особенности климата также влияют на размер приямка под основание.

Определяя, от чего зависит глубина закладки опорных конструкций, следует обратить внимание на климатические факторы:

• для зданий, строительство которых планируется в южных широтах, необходимо обеспечить минимальное смещение подошвы траншеи от уровня почвы на 0,6 м;
• при выполнении строительных мероприятий в условиях холодного климата уровень заглубления фундаментной подошвы в почву может достигать 1,5 м.

Для каждого вида грунта уровень замерзания отличается:

• сильнопучинистые грунты, к которым относятся супесчаные, суглинистые и глинистые почвы, промерзают до уровня 0,5–1 м;
• среднепучинистые песчаные почвы, содержащие включения глинистых частиц и песчаной фракции замерзают на глубину 0,6–2 м;
• не склонные к пучению почвы, содержащие песчаные частицы, супесь, суглинки и глинистые включения имеют повышенный до 1–3 м уровень промерзания.

Фактор глубины промерзания земли при закладке фундамента

На склонность грунта к морозному пучению влияют следующие факторы:

• концентрация влаги в почве;
• уровень расположения подземных вод во время промерзания.

Ошибка в выполнении расчетов может привести к деформации основания.

В результате этого возможны отрицательные моменты:

• усадка строения;
• появление трещин на стенах;
• нарушение общей устойчивости здания.

Наряду с характером грунта и уровнем промерзания, немаловажным фактором является рельеф местности. В строительных нормах содержатся требования по выравниванию площадки до начала строительства. Однако для участков, расположенных на наклонной местности, а также на скалистой почве не всегда имеется возможность разровнять участок застройки. В данной ситуации минимальный уровень заложения основания определяется по нижней точке наклонной площадки. Для таких условий отдают предпочтение свайной основе, а также винтовой, которая также не боится перепадов высот.

Проанализировав природные факторы, особенности здания и определив характер грунта, необходимо определиться с конструкцией фундаментной основы для будущего дома.

Факторы воздействующие на фундамент здания

Возможны следующие варианты:

• мелкозаглубленный или глубокозаглубленный ленточный фундамент;
• столбчатое основание в виде свай или железобетонных колонн;
• плитная конструкция основы строения.

Основа ленточного типа

Основание ленточного типа пользуется популярностью в частном строительстве. По сравнению с цельными железобетонными плитами, ленточная конструкция требует меньших денежных расходов и трудовых затрат. Основа ленточного типа выполнена в виде бетонного контура, усиленного стальной арматурой. Он повторяет конфигурацию стен и внутренних перегородок здания. Железобетонная лента воспринимает нагрузки от массы здания и равномерно распределяет их на почву через поверхность фундаментной подошвы.

Пример заложения ленточного основания

Область применения данной конструкции:

• однородные почвы;
• слабопучинистые грунты.

На влагонасыщенных и неоднородных грунтах, а также глинистых почвах не рекомендуется сооружать основу ленточного типа.

Глубину заложения железобетонной ленты определяют по следующим параметрам:

• степени промерзания грунта;
• уровню подземных вод;
• концентрации влаги в почве.

С повышением глубины промерзания и близости расположения водоносных слоев повышается вероятность морозного пучения грунта, оказывающего отрицательное влияние на прочность основы.

С целью уменьшения влияния этих факторов производится заложение фундамента на различную глубину:

• низ мелкозаглубленной основы, расположенной на малопучинистых почвах, располагается на расстоянии 50–60 см от нулевой отметки;
• подошвы среднезаглубленного и глубокозаглубленного оснований располагаются на уровне от 75 см до 150 см в зависимости от типа почвы.

В условиях холодного климата и северных районов предельный уровень заглубления не превышает 1,8–2 м.

Буронабивные столбы

ФГЗ на буронабивных сваях диаметрами до 1700 мм широко применяются. Это вызвано использованием высокопроизводительных буровых установок. Одними из лучших в мире являются буровые станки КАТО, которые выпускаются для России исключительно в Японии.

Станок отличается такими достоинствами:

• возможность сооружения буровых свай глубиной до 50 метров на любых грунтах, включая твёрдые скальные породы и вечномёрзлые грунты;
• ведение работ при низких температурах;
• незначительные вибрации при бурении скважин, что практически исключает деформации и сотрясения окружающих грунтов;
• темпы бурения скважин, в зависимости от вида грунтов скорость бурения до 15 м. в час;
• диаметр скважин ≤ 1700 мм и уширение пяты позволяет сооружение буровых столбов под фундаменты, испытывающих повышенные нагрузки;
• лёгкость замены бурового инструмента;
• использование качательного механизма, что повышает эффективность бурения и бетонирования;
• комплектность установки обсадными трубами из прочных сталей, лёгкость соединения труб специальными болтовыми соединениями с получением гладкой поверхности стыкового соединения;
• самоходность установки с гусеничным ходом.

Фундамент

Расчет по формуле

Глубина заложения фундамента из ФБС, монолитного железобетона или других строительных блоков может быть найдена по формуле из СП

Глубина заложения фундамента из ФБС, монолитного железобетона или других строительных блоков может быть найдена по формуле из СП. Такой расчет можно произвести своими руками, зная необходимые данные.

Чтобы найти глубину заложения, нужно перемножить показатель промерзания почвы, коэффициент условия работы (обычно он принимается равным 1,1) и коэффициент воздействия теплоотдачи от дома на промерзание почвы у внешних стен, равный 0,7-1.

Согласно СП отметку промерзания грунта лучше вычислить самостоятельно, а не взять приближённые данные по региону. Для этого есть формула, по которой искомая величина находится как квадратный корень из суммы величин отрицательных температур за три зимних месяца, умноженная на коэффициент консистенции грунта:

• для скальных и крупнообломочных пород он равен 0,34;
• у песков средней и крупной фракции – 0,3;
• для супесей и мелких песков – 0,28;
• суглинки – 0,23.

Отдельные фундаменты под стойки («башмаки»)

Отдельные фундаменты под стойки путепроводов, рамных мостов, виадуков и колонны промышленных зданий устраивают при хороших грунтах (малосжимаемых, прочных грунтах). Это так называемые «башмаки». Их выполняют из железобетона. По характеру работы материала «башмаки» относятся к гибким фундаментам. Схема «башмака» показана на рис. 3.

Рисунок 3 – Схема «башмака».

В «башмаках» возникают значительные растягивающие усилия, воспринимаемые арматурой. При одной и той же площади подошвы фундамента объем фундаментов «башмаков» гораздо меньше.

Фундамент в виде сплошной железобетонной плиты

Устраивают такие фундаменты под всем сооружением. Применяют при сильносжимаемых и малопрочных грунтах основания. Схема фундамента показана на рис. 4.

На общую плиту передается нагрузка от всех стен и колонн здания. При этом уменьшается средняя осадка всего сооружения, неравномерность осадок отдельных стен и колонн практически исключается.

Рисунок 4 – Схема фундамента в виде сплошной железобетонной плиты.

Эти фундаменты редки, неэкономичны. Очень чувствительные к неравномерным осадкам.

Материалы для фундаментов

Материалы в фундаментах подлежат деформациям под действием различных внешних усилий, влияния грунтовой и поверхностной воды, воздействию замерзания и оттаивания влаги в порах кладки.

Для обеспечения долговечности фундаментов выбирают материалы, хорошо сопротивляющиеся этим воздействиям: железобетон, бетон, бутобетон, редко бутовая кладка (из-за трудоемкости выполнения).

Наиболее универсальным материалом для фундаментов любой формы является железобетон, так как железобетон хорошо сопротивляется не только сжатию, но и изгибу.

Железобетонные и бетонные фундаменты выполняются сборными и монолитными.

Монолитными называют фундаменты, которые бетонируют непосредственно на месте возведення сооружения.

Сборные элементы наиболее рациональны для устройства ленточных фундаментов под стены.

В дорожном строительстве сборные фундаменты в виде «башмаков» применяют под опоры (стойки) путепроводов, рамных и балочных мостов малых пролетов при грунтах, которые имеют достаточно высокую прочность и малую сжимаемость.

В случае более слабых грунтов возможно использование сборно-монолитных фундаментов, в которых нижняя плита, имеющая большой вес, выполняется монолитной, а подколоники сборными.

Применение сборных фундаментов заводского изготовления позволяет уменьшить трудоемкость работ на строительных площадках и максимально механизировать работы. Сборные фундаменты позволяют повысить качество работ, применять более совершенные конструкции фундаментов, обладающие меньшим весом и высоким процентом использования прочности материалов. Однако, при этом увеличивается расход стали, трудозатраты на заводе, транспортные расходы.

Для массивных опор мостов, которые требуют большой площади для передачи давлению на грунт, в дорожном строительстве находят применение монолитные фундаменты. Монолитные фундаменты целесообразны для отдельных фундаментов сложного очертания под колонны и оборудование, а также когда вес фундамента больше грузоподъемности монтажного крану.

Проверка устойчивости положения фундамента

В ряду случаев при действии на фундамент, кроме вертикальных сил, горизонтальных сил и изгибающих моментов, выполняются проверки:

— устойчивости положения фундамента на опрокидывание;

— устойчивости на плоский или глубинный сдвиг.

Проверки выполняются по п.1.40; 1.41;7.14 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы».

Устойчивость положения фундамента против опрокидывания

Расчетная схема показана на рис.3

Рис 3 Расчетная схема

Основная формула

  , ( 8 )

где М_u= ∑F_i *h_i – момент опрокидывающих сил;

M_z = ∑P_i *l_i – момент удерживающих сил;

γ_n — коэффициент надежности по назначению, γ_n =1,1;

m — коэффициент условий работы;

m= 0,9 — скальное основание,

m= 0,8 — грунтовое основание.

Проверка на плоский сдвиг по подошве фундамента

Основная формула

 , (9)

где Q_r = ∑ F_i– сдвигающая сила равна сумме проекций сдвигающих сил по направлению возможного сдвига;

Q_z = Ψ∑P_i – удержувающие силы – силы трения между грунтом и подошвой;

Ψ– коэффициент силы трения кладки о грунт ( о поверхность), принимается по п. 7.14 «СНиП 2.05.03-84. Мосты и трубы»;

m – коэффициент условий работы; m=0,9;

 – коэффициент надежности по назначению,  =1,1.