Промышленные виды и типы фундаментов
Прочность и надежность любого сооружения зависит от надежности фундамента и грунтового основания.
Стоимость фундамента в затратах на строительство сооружения составляет от 7 до 15%. Но при строительстве на местности со сложным рельефом, сильно обводненных почвах, с применением укрепления грунта, стен и так далее, стоимость может взлетать до 40%. Поэтому крайне важно подходить к выбору фундамента обдуманно и взвешенно.
От чего зависит выбор фундамента
Фундамент– это подземная часть здания или сооружения, воспринимающая нагрузку от надземной части и передающая ее на грунтовое основание. Фундамент состоит из следующих элементов:
- Обрез – верхняя плоскость фундамента, на которой располагаются наземные части здания.
- Подошва- нижняя плоскость, соприкасающаяся с грунтовым основанием
Состояние грунтов
Грунты– это геологические породы, залегающие в верхних слоях земли. Состоят из твердых частиц- зерен, разной размерности, по- другому- «скелета грунта», и пустот, заполненных атмосферным воздухом или частично водой.
Основанием называется толща грунта, непосредственно принимающая нагрузку от фундамента здания или сооружения.
Основания, способные воспринимать нагрузку без предварительного усиления грунтов, называют естественным. Основания, которые могут принимать нагрузку только после проведения мероприятий по усилению грунтов, называются искусственными.
В следствии давления, передаваемого зданием, грунты под фундаментом испытывают значительные сжимающие усилия. Под действием этих нагрузок грунты равномерно уплотняются. Такие равномерные деформации называют осадкой, которые вызывают осадку фундамента.
Неравномерные деформации грунта, происходят в результате уплотнения и коренного изменения структуры грунта под воздействием внешних нагрузок, либо собственной массы, или других факторов. Например, замачивания просадочного грунта, подтаивания участков льда в грунте, называют просадкой. Такие деформации могут вызвать повороты фундаментов, вплоть до разрушения. Просадки основания недопустимы.
Для того, чтобы деформации не оказали опасных воздействий на работающие под нагрузкой конструкции, не повлияли на условия эксплуатации, установлены предельные величины деформации основания и напряжения в грунте, возникающих под подошвой фундамента. Ширина и глубина напрягаемой зоны значительно превосходит ширину основания фундамента. Но на глубине равной шестикратной ширине подошвы фундамента грунт уже не испытывает напряжений.
Если грунты-основания, в пределах сжимаемой толщи, не обладают необходимой несущей способностью, например, насыпные грунты, торфяники, рыхлые песчаные и суглинистые грунты с большим содержанием органических осадков, то их искусственно укрепляют или применяют фундаменты, передающие нагрузки на нижележащие прочные грунтовые основания.
При проектировании промышленных фундаментов обязательно учитываются предельные состояния грунтов по двум группам:
- Несущей способности
- Деформации
Глубина заложения фундамента
На показатель глубины заложения строительного основания влияют факторы:
- Эксплуатационное назначение строения
- Архитектурные особенности сооружения
- Нагрузки: статические и динамические
- Уровень и состояние грунтовых вод
- Глубина заложения коммуникаций и фундаментов соседних строительных конструкций
- Характер грунтов
- Уровень промерзания почвы
- Рельеф местности строительной площадки
Какие существуют нагрузки на фундамент
При расчете параметров основания будущего здания максимально учитываются всевозможные нагрузки. Нагрузки на фундамент делят на постоянные и переменные.
Постоянные нагрузки:
- Вес строительных материалов для возведения стен, материалы окон и дверей
- Вес перекрытий.
- Кровля.
- Лестничные марши
- Вентиляционное и санитарно- техническое оборудование
- Станки, подъемные механизмы и другое стационарное оборудование
Переменные нагрузки:
- Ветровая нагрузка.
- Нагрузка снежного покрова.
- Динамические нагрузки от прилегающих автомобильных дорог, аэропортов, соседних промышленных зданий.
- Вес людей работающих, проживающих и обслуживающих здание.
- Вес мебели, мобильного оборудования.
Требования к фундаментам
К строительным основаниям предъявляются те же, либо более строгие требования, что и к возводимым на них строениям. Поэтому срок службы фундамента не может быть менее срока эксплуатации здания или сооружения.
- Прочность.
- Устойчивость на опрокидывание и скольжение в плоскости подошвы.
- Инертность к воздействию агрессивных грунтовых вод.
- Стойкость к климатическим факторам таким как морозостойкость, пучению грунтов при замерзании.
- Соответствие по долговечности сроку службы здания.
- Экономичность.
- Индустриальность – это возможность производства конструктивных элементов промышленным способом.
Исходя из вышеперечисленных требований выстраиваются принципы проектирования строительных оснований, а именно:
- Расчет фундаментов строений производится по предельным состояниям независимо от вида и типа строительного основания, опираясь на данные геолого-инженерных изысканий.
- Учет взаимодействия всей системы - грунт, строительное основание и надфундаментные несущие сооружения: стены, балки, перекрытия.
- Всесторонний подход при отборе типа фундамента: оценка работы грунтов на основе инженерно-геологических условий на строительной площадке; степени реакции несущей конструкции здания или сооружения на неравномерные деформации грунта.
Проектирование фундаментов
Проектировать строительные основания должны специалисты высокого профессионального уровня. Цена ошибки, допущенной при проектировании, может быть очень высока. К проектированию фундамента следует приступать только тогда, когда на руках имеются все вводные данные: результаты инженерно- геологических исследований, подробный проект надфундаментной части здания или сооружения. Приведенные факторы указывают на сложность выполнения проектирования оснований и фундаментов. Поэтому бывает трудно однозначно решить с выбором рационального типа фундамента, не приняв во внимание несколько возможных, конкурирующих вариантов. Окончательное решение следует принимать на основе технико-экономического сравнения рассматриваемых вариантов оснований и фундаментов. При этом необходимо учитывать финансовые затраты на подготовительные работы, проектировку и строительство; долговечность конструкции, материалоемкость, индустриальность изготовления, трудоемкость, возможность проведения работ в холодное время года. Важно учесть момент сохранения естественной структуры грунтов основания во время производства земляных работ.
Вариантное проектирование оснований и фундаментов рекомендуется выполнять в такой последовательности:
- Наметить возможные, конкурирующие варианты оснований и фундаментов с учетом инженерно-геологических условий строительной площадки, конструктивных особенностей здания или сооружения и действующих нагрузок.
- Рассчитать выбранные варианты оснований и фундаментов в стадии технического проекта, отобрав наиболее нагруженные фундаменты.
- Провести технико-экономическое сравнение вариантов и выбрать из них наиболее рациональный.
Классификация фундаментов
Фундаменты классифицируют по признакам.
По форме в плане:
- Ленточные
- Столбчатые
- Сплошные (плитные)
- Свайные
По виду материала:
- Бетонные
- Железобетонные
- Бутовые
- Бутобетонные
- Кирпичные
- Деревянные
По характеру работы под нагрузкой
- Жесткие. Такие фундаменты испытывают преимущественно сжатие, и в которых не возникает деформации изгиба. Производятся из природного камня и цементного раствора. Например, бутобетон или бетон.
- Гибкие. Работающие как на сжатие, так и на изгиб. В строительстве подобных фундаментов применяют железобетон.
По способу производства:
- Сборные
- Монолитные
По глубине заложения
- Мелкого заложения. Как правило, это до двух метров, но выше точки промерзания грунта
- Глубокого заложения. Ниже точки промерзания грунта.
Виды и типы фундаментов
Ленточные
Применяют на сухих, прочных грунтах. Ленточные фундаменты могут быть как сплошными, так и прерывистым. В разрезе могут представлять собой прямоугольник, трапециевидную форму, либо ступенчатую конструкцию.
- Сборные. Состоят из железобетонных блоков, блоков-плит, фундаментно-стеновых блоков. Блоки- плиты или блоки-подушки выпускаются прямоугольной или трапециевидной формы. Укладываются на тщательно утрамбованную песчаную подготовку толщиной 100 мм. В целях сокращения расхода бетона и снижения массы фундамента применяют пустотелые блоки с узкими сквозными или широкими замкнутыми пустотами. Размеры блоков подушек принимают: по ширине от одного до трех метров; по длине от 1,2 до 3 метров; по высоте 0,3 метра и 0,5 метра
- Монолитные. Представляет собой армированную бетонную конструкцию, проложенную под несущими и ограждающими стенами здания. Может быть выполнен как с мелким заглублением, так и с заглублением ниже уровня промерзания почвы. Позволяет, как и сборный ленточный фундамент, предусмотреть в проекте сооружения подвальные помещения и цокольный этаж.
Все типы ленточных фундаментов подлежат обязательной защите от дождевых и талых вод. С этой целью по периметру наружных стен делают отмостку из асфальта или бетона или сборных железобетонных плит. Ширина отмостки должна быть не менее 0,5 метра, с уклоном от здания 2-3%. Однако, в любых грунтах содержится капиллярная влага. Влага проникает в тело фундамента и поднимается к зоне сопряжения с элементами надземной части строения. Чтобы не допустить поступление влаги на границе фундамента со стенами устраивают гидроизоляцию.
За неправильным осуществлением работ по устройству гидроизоляции и отведению внешних вод неминуемо кроется разрушение фундамента. Увеличение влажности станет причиной вымывания раствора из соединительных швов, отслоения штукатурки, коррозии арматурного каркаса.
Столбчатые фундаменты
Устраиваются в тех случаях, когда нагрузка от здания вызывает давление на грунт меньше нормативного (малоэтажное промышленное строительство), либо под колонны. Бывают сборными и монолитными. Под зданиями с несущими стенами столбчатый фундамент располагают под углами, под простенками и через 3-5 метров на глухих участках стен. По фундаменту прокладывают балки из сборного или монолитного железобетона.
Столбчатые фундаменты применяют для отдельно устанавливаемых столбов, колонн при строительстве, как одноэтажных, так и многоэтажных промышленных и гражданских зданий. Колонный каркас опирают на железобетонные блоки стаканного типа или блок- стакан.
Монолитный столбчатый фундамент представляет собой ступенчатую конструкцию с подколонником и стаканом для установки колонн. Высота ступени составляет 0,3 или 0,45м. Подколонники устанавливают на плиту по цементно-песчаному слою. Высота блок-стакана 1,5 и 1,8 метра до 4,2 метра с градацией через 0,6 метра. Размеры подошв в плане составляют от 1,5 на 1,5 метра до 6,6 на 7,2 с модулем 0,3 метра.
Сплошные фундаменты
При очень слабых грунтах и значительных нагрузках в строительстве применяют сплошные фундаменты или иначе- плитные. Они представляют собой сплошную железобетонную плиту под всей площадью здания. Имеют плоскую или ребристую конструкцию. Применяется в строительстве сооружений без подвалов и цокольных этажей. Плитный фундамент отличается высокой надежностью. Поэтому может применяться на любых видах грунтов. Экономически неоправданно использование плитного фундамента на местности с большим уклоном. Устройство плитного фундамента является затратным, так как подразумевает значительный объем земляных работ и использования большого количества строительных материалов. Конструктивно плитный фундамент представляет из себя многослойную структуру.
- Работы по обустройству сплошного фундамента начинают с выборки слоя почвы и подготовки котлована.
- Площадь котлована утрамбовывают. Затем кладется песчаная или гравийно-песчаная подушка. Она служит для гашения вибраций, отведения грунтовых вод, противодействует пучению.
- Прокладывают геотекстиль для армирования и противодействию заиливания подушки. В зависимости от толщины подушки геотекстиль можно прокладывать между слоями, для улучшения армировки.
- Для выравнивания основы проводят бетонную подготовку жидким раствором. Таким образом выравнивается горизонтальный уровень, что необходимо для правильной установки железобетонного каркаса и улучшается гидроизоляция.
- Гидроизоляция. Гидроизоляционные материалы предотвращают капиллярный подсос влаги
- Железобетонный армирующий каркас. Представляет собой взаимосвязанную конструкцию из арматуры. Каркас предотвращает растрескивание бетона и обеспечивает высокую стойкость к деформациям.
- Бетонный массив. Толщина его зависит от расчетных характеристик здания.
Дополнительно, в зависимости от характера грунтов может монтироваться дренажная система и выполняться утепление для противодействия промерзанию почвы.
Свайные фундаменты
Свайным называют фундамент, в котором для передачи нагрузки от сооружения на грунт используется свая. Он состоит из свай и объединяющей их жесткой связи- ростверка, либо плиты- перекрытия. В соответствии с этим свайные фундаменты бывают:
- Ростверковые
- Безростверковые
Сваи располагают под зданием по аналогии со столбчатым фундаментом, но с меньшим шагом, который определяют расчетом.
Свайные фундаменты применяют там, где необходимо передать значительные нагрузки на слабые водонасыщенные грунты. Когда производство большого объема земляных работ для устройства основания под другие виды фундамента технически невыполнимо или экономически нецелесообразно.
В зависимости от нагрузок, действующих на фундамент, сваи могут располагаться:
- По одной. Под отдельной опорой.
- Рядами под стеновыми конструкциями
- Кустами. Под колоннами.
- Свайными полями. Под строениями малой площади со значительными нагрузками.
По виду материала сваи выпускают:
- Бетонные.
- Железобетонные.
- Стальные
По способу изготовления и погружения в грунт сваи делят на:
- Забивные. Погружают методом забивки, вдавливания, вибрации и ввинчивания
- Набивные. Относятся к группе монолитных. Их устраивают непосредственно в грунте из бетона или железобетона, с помощью специальных обсадных труб, которые погружаются в предварительно сформированную скважину. Применяют такой тип фундамента при больших нагрузках. Диаметр сваи может достигать 1000 миллиметров, а глубина заложения 20 метров и более.
По характеру работы в грунте сваи делятся на два типа:
- Висячие. Не достигают плотного грунта. Принимаемую нагрузку передают за счет сил трения между их боковой поверхностью и грунтом.
- Сваи-стойки. Такие сваи проходят через слабый грунт и нижним концом опираются на прочное основание, передавая на него всю нагрузку от строения.
Отличие фундамента промышленного от частного
Основное отличие промышленных фундаментов, в том числе и фундаментов гражданского многоэтажного строительства, от фундаментов частного малоэтажного строительства заключается в том, что промышленные объекты производят значительно большую нагрузку на строительное основание. Промышленные фундаменты многоэтажных зданий часто испытывают нагрузки не только на сжатие, но и на растяжение, скручивание, смещение. Поэтому промышленные фундаменты отличаются большей прочностью, массивностью, более высокими требованиями к материалам, и дороговизной.
Зимний вариант. Технологии зимнего бетонирования совершенствуются
Технологии зимнего бетонирования активно совершенствуются. Значительная часть из них предполагает использование противоморозных добавок в бетон.
Длительное время строительные процессы, связанные с бетонированием в зимний период, старались сводить к минимуму. Обусловлено это особенностями отвердевания бетона при отрицательных температурах. Присутствующая в материале вода при замерзании превращается в лед и после оттаивания разрушает структуру бетона.
Самая простая защита от холода – укрытие бетонной смеси ПВХ-пленкой и другими утеплителями. Чаще всего эти материалы используют при строительстве индивидуальных домов, но при сильных морозах они малоэфективны. Очень часто на стройках задействуется принудительная термообработка бетона нагревательными проводами и электродами. Продолжительность обогрева зависит от требуемой конечной прочности бетона.
Активно используют строители временные укрытия с прогревом тепловыми пушками. Причем такие навесы бывают весьма современны. Как отмечает директор по развитию бизнеса, первый заместитель генерального директора компании «Дока Рус» Алексей Мотов, обеспечение нужного температурного режима осуществляется с помощью устройства теплозащитных межэтажных штор или шатров. В частности, так называемый «тепляк» был оборудован на высоте более 13 м в одном из недавних масштабных энергетических проектов – при возведении завода по сжижению газа «Ямал СПГ», где Doka выступила проектировщиком и поставщиком опалубочных систем.
Химией по морозу
Последние два десятилетия в зимнем бетонировании применяются специальные химические противоморозные добавки. Они активируют в бетоне процессы твердения и понижают температуру замерзания жидкой фазы. Количество видов противоморозных добавок постоянно растет, а технологии их производства совершенствуются.
Руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ Катарина Путкова отмечает, что когда среднесуточная температура опускается до +5 °С, строительные нормы регламентируют переход на зимний вариант работ, и здесь уже необходимо использование противоморозных добавок.
По словам эксперта, после укладки бетонной смеси, в том числе с применением противоморозных добавок, необходимо провести ряд мероприятий по уходу за свежеуложенным бетоном по СП 70.13330.2012, особое внимание уделяя п. 5.3 и п. 5.11. Полученная смесь должна готовиться из подогретых материалов – для создания теплой и влажной среды, необходимого условия для твердения бетона. Чтобы сохранить эту среду на продолжительное время, после укладки следует утеплить поверхность бетона. В процессе твердения, изолированный от холодного воздуха щитами и матами, он будет выделять дополнительное тепло. На разных строительных участках, в зависимости от их особенностей, и в конструкциях разного объема эта экзотермическая реакция будет проходить с разной интенсивностью.
«Если сразу же после бетонирования накрыть открытую поверхность гидроизоляционным материалом, это поможет избежать не только потерь влаги, но и образования высолов. Также не рекомендуется производить заливку в снегопад. Если снег начнется во время этого процесса, то уже уложенный бетон необходимо экстренно укрыть слоем гидроизоляции», – рассказывает Катарина Путкова.
Внимание к опалубке
По словам Алексея Мотова, для опалубочных работ при бетонировании в зимний период крайне важно, чтобы основание конструкции и другие примыкающие поверхности опалубки были тщательно очищены от снега и льда. «Причем очистка должна производиться сухой струей сжатого воздуха, с использованием щеток или скребков. Мы всегда предупреждаем наших клиентов, что использование для данных целей солевых растворов запрещено», – отметил он.
Также всегда необходимо помнить, что при снижении температуры воздуха до -10 °С поверхности вместе с арматурой желательно прогреть до достижения положительной температуры. Прогрев осуществляется с помощью калориферов или инфракрасных обогревателей, которые устанавливают рядом с прогреваемой конструкцией. Время прогрева зависит от температуры окружающей среды и назначается специальной лабораторной службой непосредственного производителя работ.
Кроме того, очень большое значение для высокого качества получаемой конструкции, отмечает Алексей Мотов, имеют мероприятия по уходу за бетоном уже после распалубливания. В частности, необходимо иметь возможность постепенного выравнивания температур твердеющего бетона и наружного воздуха. Для этого в зонах выдерживания и охлаждения конструкций устанавливаются теплозащитные межэтажные шторы или шатры, а при необходимости – калориферы или тепловые пушки.
Мнение
Катарина Путкова, руководитель направления «Добавки в бетон» корпорации ТЕХНОНИКОЛЬ:
– Часто обстоятельства вынуждают начинать строительство в холодное время года. Это не критично, так как качественная противоморозная добавка позволяет работать с бетоном зимой, улучшает его прочностные характеристики и антикоррозийные свойства. Даже летом, применяя противоморозную добавку при плюсовых температурах, мы получим дополнительный эффект ускорения набора прочности бетона.
Частный случай. Использование газобетона в малоэтажном строительстве
Газобетон активно применяется при возведении малоэтажных индивидуальных домов. Материал прост в работе, долговечен и доступен по цене.
По оценке экспертов, в настоящее время в России около половины всех малоэтажных индивидуальных домов строится из газобетона. Материал обладает рядом положительных характеристик при возведении малоэтажек.
Простая экономия
Газобетонные блоки имеют почти идеальную геометрическую форму, поэтому швы кладки получаются очень тонкими.
Как отмечает генеральный директор компании «ЛСР. Стеновые» Сергей Маковеев, это позволяет экономить раствор клея для газобетона, а также улучшает теплоизоляцию и делает стены дома прочнее. «Автоклавный газобетон можно обрабатывать обычным ручным инструментом. Из него вырезают нестандартные элементы всевозможных размеров. Работать с газобетоном настолько просто, что с этим справится любой частный строитель, не говоря уже о профессиональных. Поэтому даже в регионах, где традиционно предпочитали бревна или деревянный брус, загородные дома все чаще возводят именно из этого материала», – подчеркивает он.
В пользу газобетона свидетельствует и высокая скорость строительных работ. Как рассказывает генеральный директор компании H+H Нина Авдюшина, большие габаритные размеры газобетонных блоков удобны для кладки. Один блок толщиной 375 мм заменяет 30 стандартных кирпичей, что значительно ускоряет процесс возведения стен. Также газобетон имеет множество других положительных потребительских свойств: высокую прочность, огнестойкость, экологичность, паропроницаемость, долговечность, морозостойкость. «Кроме того, за счет ячеистой структуры у газобетона лучший индекс звукоизоляции по сравнению с деревом, бетоном, кирпичом и другими конструктивными элементами аналогичной поверхностной плотности, что важно в случае частного строительства. Нередко в одном загородном доме проживают сразу несколько поколений семьи, включая детей, так что значение звукоизоляции возрастает», – добавляет она.
Немаловажный фактор – цена материала. Газобетон дешевле кирпича, бруса, камня. Стоимость дома из газоблоков получается приблизительно на 20% дешевле, чем из кирпича – материала, наиболее близкого по своим характеристикам.
По словам Нины Авдюшиной, в конце прошлого года компания H+H провела исследование среди тех, кто планирует строительство загородной недвижимости, о причинах выбора газобетона. По отзывам потребителей, кроме быстроты строительства и надежности материала, их привлекает именно ценовая доступность.
Согласно исследованию, газобетон наиболее популярен среди людей в возрасте 30–39 лет и старше 50 лет. Материал выбирают, исходя из уже имеющегося опыта его использования, или по рекомендации друзей. Важны и мнения специалистов, разрабатывающих проект дома. Все больше потребителей готовы привлекать к строительству дома специализированные компании. Хотя тех, кто планирует стройку собственными силами, по-прежнему много.
Особенности строительства
Строительство домов из газобетона рекомендуется производить в температурном диапазоне от +5 до 25 °С. Скреплять газобетонные блоки практичнее не раствором, а специальным клеем. Как правило, его выпускают сами производители газобетона. Вертикальную поверхность нижних рядов кладки, находящихся в зоне увлажнения, рекомендуется укрывать временным фартуком. Хранить еще не использованные газобетонные блоки необходимо на поддонах в защищенном от намокания месте.
Эксперты отмечают, что газобетон не пропускает влагу внутрь помещения, но из-за большого количества пор он удерживает ее внутри себя. Иногда это может привести к снижению устойчивости конструкции здания. Чтобы этого не произошло, стены из газобетона отделывают фасадными материалами с повышенной гидроизоляцией. К таковым относятся штукатурка с усиленной защитой от влажности, фасадный кирпич. Также для отделки подходят некоторые виды вентилируемых фасадов и декоративный камень.
Мнение
Сергей Маковеев, генеральный директор компании «ЛСР. Стеновые»:
– Если говорить о российском рынке в целом, то в последние годы растет популярность автоклавного газобетона. Его доля среди стройматериалов для кладки в настоящее время составляет около 40%. Доля керамических стеновых материалов – 30%. Оставшиеся доли приходятся на блоки из бетона и других материалов. В регионах эти показатели могут варьироваться. Владельцы загородных домов, скорее всего, хорошо знают, что такое автоклавный газобетон – ведь он востребован и среди строителей-самоучек, и среди профессиональных бригад.