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.
Неровностей больше нет
В массовом и индивидуальном строительстве и при ремонте помещений все активнее становятся востребованными быстротвердеющие наливные полы.
Для укладки напольного покрытия почти всегда требуется наличие ровного основания. Однако в силу различных причин таким оно может быть не всегда. До недавнего времени избавляли от неровностей оснований только стяжки. Но сейчас все более активно используются быстротвердеющие наливные полы.
В отличие от классических ровнителей (бетонных и цементных стяжек), наливные полы – самовыравнивающиеся. То есть нет необходимости вручную тщательно выравнивать их по поверхности. Наливные полы служат базовым основанием для линолеума, ламината, паркета и т. д. Применяются как в массовом, так и индивидуальном жилищном строительстве.
Наливные полы, как отмечают в компании Kiilto, различаются в зависимости от напольного покрытия, которое планируется укладывать в дальнейшем. Соответственно, они имеют и разный состав. Есть чисто гипсовые – мягкие, предназначенные для укладки листовых материалов сверху, есть цементные – более прочные, подходящие для укладки паркета, паркетной доски и др. Есть комплексные ровнители – более универсальные, пригодные практически под любые напольные покрытия. Чаще всего они используются для укладки гибких материалов или ламината.
По словам руководителя направления «Стройматериалы» компании «Леруа Мерлен» Алексея Шамова, наливной пол чаще применяют для создания выравнивающего слоя толщиной до 5 см. При этом в инструкции к данному материалу может быть указана допустимая толщина слоя от 0,3–2 мм до 100 мм. Однако это не означает, что он подходит для укладки толстым слоем в 10 см. Это значит, что при заделывании трещины в поверхности наливной пол может проникать на большую глубину. Кроме того, создание толстого слоя наливного пола экономически невыгодно и технологически очень сложно.
Как сообщили в Kiilto, чтобы добиться идеального покрытия, необходимо знать прочность и влажность основания. По прочности оно не должно быть слабее ровнителя, который планируется использовать.
По мнению экспертов, чаще всего к неудовлетворительному результату использования наливных полов приводит не их качество, а распространенные ошибки при укладке. Так, эти материалы очень требовательны к точности пропорций при смешивании с водой. При переливе воды весь наполнитель опускается вниз, а наверху остается одна вода. В этом случае пол будет сохнуть очень долго и потрескается. Также необходимо тщательно грунтовать основание в тех местах, где будет задействован материал.
«При большой площади заливки необходимо разделять участки на секции и устанавливать мини-опалубку, которая зонирует поверхность. Если этого не сделать, то при большом объеме площадей можно не успеть залить весь пол целиком. Может сложиться ситуация, при которой часть пола высохла, а другая только начала сохнуть. Однако в Интернете можно найти все необходимые инструкции, и создание качественного выравнивающего слоя вполне доступно даже людям без опыта», – резюмирует Алексей Шамов.
Бетонные предпочтения
По оценке экспертов, в СЗФО в строительной отрасли наиболее востребованы добавки в бетон на основе поликарбоксилатов.
Они эффективно повышают качество бетонной смеси и снижают объемы задействованного
цемента.
В настоящее время добавки в бетон имеют сотни разновидностей. При необходимости они улучшают характеристики бетонной смеси. В СЗФО производители бетона чаще всего задействуют в продукции добавки на основе поликарбоксилатов. Именно они, взаимодействуя с другими компонентами бетонной смеси, обеспечивают наиболее высокие качественные характеристики итогового продукта.
Ориентация под спрос
По словам руководителя направления «Добавки в бетон» Корпорации ТехноНИКОЛЬ Василия Шрамко, для ответа на вопрос о предпочтениях потребителей добавок в бетон необходимо рассматривать каждый сегмент рынка отдельно. «Остановимся, пожалуй, на самом массовом – это пластификаторы. Так, например, в СЗФО и ЦФО порядка 65% всего объема добавок приходится на товарный бетон с повышенными требованиями к сохраняемости подвижности. С этой задачей наилучшим образом справляются добавки на основе смеси поликарбоксилатов и технических лигносульфонатов (ЛСТ), находящиеся в среднем ценовом диапазоне», – отмечает он.
При этом, добавляет эксперт, эффективность поликарбоксилатных основ прямо пропорциональна качеству заполнителей, применяемых для производства бетона. При этом в ЦФО и СЗФО достаточно широко представлены именно качественные материалы. Исходя из этого, использование достаточно дорогих поликарбоксилатов здесь не только эффективно, но и экономически целесообразно.
Схожие выводы делает и руководитель научно-технического центра компании «Полипласт Северо-Запад» Игорь Коваль. Он отмечает, что для наиболее используемых товарных бетонов классов В25-В30 востребованы добавки-пластификаторы различных типов, обеспечивающие базовые с точки зрения строителей показатели в смеси, а затем в бетоне конструкций. По словам эксперта, в нашем регионе строители чаще всего используют поликарбоксилаты без ЛСТ или с ограниченным использованием ЛСТ. Такие добавки обладают отличными показателями по сохраняемости смеси не менее 120–180 минут в пределах ОК (осадка конусов) на уровне 16–20см.
«Среди востребованных добавок "Полипласт Северо-Запад" можно отметить "Линамикс ПК тип 2" (№ 800), "Линамикс ПК тип 1" (№ 814), изготовленные на поликарбоксилатах собственного синтеза. Следует отметить, что наш холдинг не стремится в угоду конъюнктуре рынка часто изменять названия собственных продуктов. Под традиционными торговыми наименованиями, например, "Линамикс ПК тип 2" или "Линамикс ПК тип 1", в настоящее время представлены абсолютно новые продукты на новейшем поколении поликарбоксилатов со структурообразующими присадками, решающие все перечисленные технические задачи», – добавил Игорь Коваль.
И все же экономия
Руководитель направления «Добавки в бетон» по СЗФО строительного подразделения Master Builders Solutions концерна BASF Дмитрий Рыжов считает: говорить о том, что строители выбирают добавки, не совсем корректно. Обычно речь идет о выборе завода поставщика бетона, который уже сам определяет поставщика добавок. Зачастую рядовые строители даже не знают всех возможностей современной строительной химии и не вдаются в подробности состава бетона. Основной фактор – цена «куба» бетонной смеси.
По его мнению, если говорить про российские заводы товарного бетона в целом, то там по-прежнему преобладают дешевые продукты на основе лигносульфонатов и «нафталинов». «Эффективность их работы зачастую вызывает нарекания у строителей, но низкая цена не позволяет отказаться от их применения. Тем не менее все больше и больше предприятий начинают применять добавки на поликарбоксилатах и полиарилатах. Применение современной химии на предприятиях железобетонных изделий позволяет не только снизить расход цемента при сохранении темпа набора прочности, но и добиться хорошей поверхности получаемых изделий», – говорит Дмитрий Рыжов.
В перспективе, считает Игорь Коваль, спрос на те или иные добавки во многом будет зависеть от общего состояния экономики. В частности, от того, смогут ли застройщики позволить себе вместо массовых В25-В30 использовать высококачественные бетоны повышенных классов В40-В50. При этом, по его мнению, с учетом современных требований по долговечности конструкций переход на эти виды бетонов в перспективе в любом случае неизбежен.
«Добавки для ответственных железобетонных конструкций будут выпускаться, безусловно, на основе поликарбоксилатов без лигносульфонатов, для сектора с меньшей ответственностью, возможно, останутся добавки, содержащие ЛСТ. К тому же продукты на новых пластификаторах уже обеспечивают существенно лучшую категорию поверхности до А1/А2, что немаловажно с потребительской и эстетической точек зрения. Я также надеюсь на повышение стабильности и качества поставляемого на рынок цемента, потому что скачки его минералогического состава и технологических свойств вызывают серьезные проблемы с сохраняемостью смесей, появлением трещин, неполучением параметров морозостойкости дорожных и аэродромных бетонов. В целом это основная проблема современных потребителей цемента – и нас в том числе», – сообщил Игорь Коваль.
Мнение
Василий Шрамко, руководитель направления «Добавки в бетон» Корпорации ТехноНИКОЛЬ:
– В ряде российских регионов ситуация с заполнителями бетонной смеси сильно отличается от сложившейся в СЗФО и ЦФО. Зачастую в виде крупного заполнителя у них используется щебень известковых пород и песок с модулем крупности 1,5 и ниже. Для сравнения: средний показатель модуля крупности песков по ЦФО и СЗФО составляет 2,2–2,3. Кроме того, стоимость «куба» бетона в других регионах заметно ниже. В таких условиях производители бетона отдают предпочтение дешевому классу добавок на основе ЛСТ и полинафталинметиленсульфоната натрия, поскольку эта группа пластификаторов гораздо менее прихотлива к качеству заполнителей.