IV. . . Материал фундаментов

Фундаменты мелкого заложения возводят в заранее отрытых кот­лованах. Практически наибольшая глубина котлована, считая от дневной поверхности грунта или рабочего уровня воды, составляет 5—6 м. Крепление стен котлована при больших глубинах настоль­ко сложно и дорого, что возведение фундамента таким способом, в особенности в грунтах, насыщенных водой, оказывается, как пра­вило, неэкономичным.

При отношении глубины заложения к ширине фундамента, со­ставляющем менее 1, 5—2, принято считать, что нагрузки от соору­жения передаются грунту только по подошве фундамента, так как участие в передаче нагрузок боковых граней настолько мало, что его можно не учитывать.

Фундаменты мелкого заложения довольно часто применяются в транспортном строительстве при постройке мостов, водопропуск­ных труб и т. д. Они являются основным типом фундаментов про­мышленных и жилых зданий, сооружений специального назначе­ния— башен, мачт, подпорных стен и пр.

Основным 'материалом для фундаментов служит бетон, бутобе­тон, железобетон и бутовая кладка; значительно реже применяют кирпичную и сухую кладку из камня.

Фундаменты под неответственные временные здания могут быть сделаны из дерева.

Для фундаментов искусственных сооружений применяют бетон­ную кладку марки не ниже 200 на цементах марки -не ниже 300. Для подводных и подземных частей фундамента, не подвержен­ных промерзанию и расположенных ниже уровня меженных или грунтовых вод, применяют портлаидцементы, пуццолановые порт­ландцемента или шлакопортлаидцементы. Для частей, находящих­ся в зонах переменного увлажнения или промерзания, а также над­водных или надземных частей бетонную смесь приготовляют на цементах преимущественно с умеренной экзотермией. В условиях агрессивной среды портлаидцементы должны быть стойкими про­тив агрессии. Максимальное содержание цемента в бетонной клад­ке массивных фундаментов не должно превышать 300 кг/м³, а ми­нимальное— 230 кг/м³ для частей, расположенных ниже зоны про­мерзания, 260 кг/м³ для частей, расположенных в подводной и над­водной зонах, и 290 кг/м³ для частей, расположенных в зонах про­мерзания грунта и переменного увлажнения.

Бетонную смесь приготавливают с осадкой конуса не более 4 см и водоцементным отношением 0, 65—0, 4 (в зависимости от агрессив­ности среды). Уплотняют бетонную смесь тщательным вибрирова­нием глубинными и площадочными вибраторами.

Фундаменты жилых и промышленных зданий возводят из бето­на марок 50—150 в зависимости от назначения сооружения и гид­рогеологических условий.

Бетонная кладка обладает большой прочностью на сжатие; обычно эта прочность не может быть полностью использована в фундаментах. Сопротивление бетона растяжению значительно ни­же, поэтому фундаменты из бетонной (кладки делают тогда, когда ■ в их конструкции не возникает растягивающих напряжений.

Основное достоинство бетона—полная механизация работ по кладке фундамента, недостаток — относительно большая стоимость и значительный расход цемента.

Для уменьшения расхода цемента в бетонную смесь добавляют бутовый камень в количестве до 20% (по объему). Такая кладка называется бутобетонной. Бутовый камень должен иметь прочность не ниже полуторной марки бетона и не ниже 400 кгс/см², быть по-стелистым, крупностью не менее 150 мм. Его равномерно распре­деляют по всему объему фундамента, втапливая в бетонную смесь в.процессе ее укладки. Расстояние в свету между отдельными кам-нями должно быть не менее 10 см, а между камнем и опалубкой — не менее 25 см. Бутобетонная кладка обладает такой же прочно­стью, как и бетонная. В массивных фундаментах труб и опор мо­стов бутобетон применяют наиболее часто.

Фундаменты, работающие на изгиб, делают из железобетона. Бетон для железобетонных фундаментов должен иметь марку не ниже 300. Арматуру применяют гладкую или периодического про­филя. Применение железобетона позволяет значительно сократить объем кладки фундаментов и придать им наивыгоднейшие конст­руктивные формы, что особенно существенно при слабых грунтах и больших нагрузках, действующих на фундамент. Железобетон — основной материал для изготовления сборных фундаментов.

Фундаменты из бутовой кладки делают значительно реже, так как бутовая кладка не поддается механизации и для ее выполнения необходим квалифицированный ручной труд. Кроме этого, бутовая кладка обладает низким сопротивлением растяжению и фундамен­ты получаются наиболее массивными. Бутовые фундаменты могут оказаться целесообразными лишь при небольших объемах работ и наличии камня. Достоинство бутовой кладки — малый расход це­мента.

Бутовую кладку фундаментов искусственных сооружений кла­дут на песчано-цементном растворе марки не ниже 100; камень должен быть постелистым, без трещин и других признаков вывет­ривания, прочностью не ниже 400 кГс/см².

В маловлажных грунтах фундаменты промышленных и жилых зданий, подпорных стен и других сооружений в зависимости от их назначения щ капитальности могут быть выполнены из бутовой

кладки на сложном растворе от 1: 1: 6 до 1: 1: 8 (цемент — из­весть—песок), а в 'водонасыщенных грунтах на песчано-цементном. растворе состава 1: 4—1: 5.

Фундаменты из кирпича делают только под небольшие здания, преимущественно жилые. Кирпичная кладка недолговечна, особен­но при повышенной влажности грунта. Кладку выполняют из кир­пича-железняка на цементном растворе. Применение силикатного' кирпича недопустимо. Сухую кладку из прочного постелистого камня иногда применяют для фундаментов небольших водопро­пускных труб, подпорных стен, временных зданий в сухих районах при низком уровне грунтовых ©од, а также при агрессивных водах, интенсивно разрушающих бетон и цементные растворы. Фундамен­ты из дерева хвойных пород или дуба в виде коротких отрезков бревен, закопанных в землю («стулья»), делают только для вре­менных зданий, например складов, построечных 'мастерских и т. д. Для увеличения.срока службы дерево антисептируют.

1У.2. КОНСТРУКЦИЯ ФУНДАМЕНТОВ МЕЛКОГО ЗАЛОЖЕНИЯ

Конструкция фундамента определяется главным образом глубиной его заложения и размерами в уровне обреза и подошвы.

Глубину заложения назначают с учетом гидрогеологических условий. Наименьшая глубина заложения зависит от глубины про­мерзания грунтов и размыва их поверхностными водами. По про­мерзанию грунты делятся на пучинистые и непучинистые.

Пучипистые грунты при замерзании увеличиваются в объеме, при оттаивании переувлажняются и теряют прочность. Поэтому располагать подошву фундаментов в зоне промерзания таких грун­тов нельзя. В пучинистых грунтах, к которым относятся все грун­ты, кроме скальных, крупнообл ом очных с песчаным заполнением, песков гравелистых, крупных и средней крупности, глубина зало­жения фундаментов искусственных сооружений должна быть боль­ше расчетной глубины промерзания по крайней мере на 25 см.

Расчетная глубина промерзания определяется по формуле

Н =т₁Н^к.

Для искусственных сооружений коэффициент т_г принимается равным единице, для неотапливаемых зданий га сооружений— 1, 1, для отапливаемых —от 0, 4 до 1, 0 в зависимости от конструктив­ных особенностей зданий и среднесуточной температуры в помеще­ниях, примыкающих к фундаментам наружных стен (см. СНиП

Нормативная глубина промерзания при отсутствии многолетних наблюдений может быть определена по формуле

Н^я=НоУ1, \Ти\.

Здесь пц — коэффициент, учитывающий температурный режим сооружения; Н^н — нормативная глубина сезонного промерзания; 2\Ти\ —сумма абсолютных среднемесячных отрицательных температур за зиму в районе строительства сооружения (по климатологи­ческим данным); Но — глубина промерзания при 2|Т«|=1, принимаемая-равной для суглинков и глин — 23 см, супесей и мелких и пылеватых пес­ков 28 см, песков гравелистых крупных и средней крупности 30 см, крупнообломочных грунтов 34 см.

В непучинистых грунтах, кроме скальных, глубина заложения фундаментов должна быть не менее" 1 м, считая от дневной поверх­ности грунта или дна водотока..В скальные породы фундамент за­глубляют в прочные слои, способные воспринять давления от со­оружения, не менее чем на 0, 1 м. При возможности размыва, что, как правило, характерно для опор мостов, фундаменты должны быть заглублены ниже дна реки после размыва у данной опоры не менее чем на 2, 5 м. Обрез фундаментов на поймах рек распола­гают на уровне дневной поверхности грунта (после его размыва), а в руслах — на 0, 5 м ниже низкого уровня меженных вод и не выше нижней поверхности льда в реке плюс 0, 25 м; в судоходных проле­тах должны быть обеспечены минимальные глубины для прохода судов около опор.

Размеры фундамента в уровне обреза назначают несколько больше размеров надфундаментной части; это делается главным образом для того, чтобы после постройки фундамента произвести точную разбивку сооружения и расположить надфундаментную часть строго по проекту. Ширину уступов Д (рис. IV. 1) в уровне обреза принимают равной 0, 2—1 м для искусственных сооружений и 0, 1-—0, 5 м для промышленных и жилых зданий.

Размеры подошвы фундамента определяются прочностью грун­тов основания. В подавляющем большинстве прочность грунтов значительно меньше прочности строительных материалов и фун­даменты приходится развивать, уширяя их книзу.

Под действием реактивных давлений грунта тело фундамента испытывает изгиб и в вертикальных сечениях, расположенных з'а пределами надфундаментной части, возникают растягивающие и скалывающие напряжения; величина их тем больше, чем шире вы­ступы фундамента.

• Бетон, бутобетон и бутовая кладка плохо работают на растяже­ние, и для предотвращения трещин в фундаментах, выполненных из этих материалов, максимальное развитие подошвы ограничива­ется углом а (см. рис. IV. 1), принимаемым для мостовых сооруже­ний равным 30°. В жилых и промышленных зданиях и сооружениях значение угла а принимают:

Для бутовой кладки на сложном растворе...................................... 26 град

То же, на цементном растворе...................................................... 34»

Для бутобетона.................................................................................. 37»

» бетона..................................................................................... 40»

Угол а близок к углу распространения внутренних напряжений в кладке.

Фундаменты с углами развития, не превышающими угла а, на­зывают жесткими. Если углы развития фундаментов больше! угла а, реактивные давления грунта, действующие на подошвы' фундаментов в пределах их выступающих частей, воспринимаются^ работой последних «а изгиб. Такие фундаменты называют гибки-. м и. Их выполняют из железобетона.

Несмотря на то, что железобетон дороже неармированной клад­ки, железобетонные фундаменты могут оказаться выгоднее бе­тонных.

Из схемы 'бетонного и железобетонного фундамента с одинако­выми размерами подошвы (рис. 1У.2) видно, что глубина заложе­ния бетонного фундамента и, следовательно, его объем и размеры котлована больше, чем железобетонного. Железобетонный фунда­мент станет еще более выгодным, если, уменьшая глубину его за­ложения, удастся расположить подошву выше уровня грунтовых вод, что значительно облегчит разработку котлована и возведение фундамента.

Фундаменты под массивные опоры мостов обычно делают из монолитной бетонной или бутобетонной кладки. Им придают про­стейшее ступенчатое или трапециевидное очертание. Чаще приме­няют ступенчатую форму, при которой упрощается конструкция опалубки и облегчается укладка бетонной смеси. В ступенчатых фундаментах высоту уступов назначают равной 0, 7—2, 5 м, ширину 0, 4—1 м; при этом в фундаментах из неармированной кладки отно­шение ширины уступа к его высоте не должно превышать 1% а (см. рис. 1У.2).

При выборе очертания фундамента стремятся к тому, чтобы давления на грунт передавались равномернее.

При центральном приложении вертикальной силы фундамент делают симметричным (см. рис. 1У.1). Если, кроме вертикальных сил, действуют горизонтальные силы и моменты, то для выравни-

вания давлений на грунт фунда­менту придают несимметричное очертание, развивая его в одну сторону (рис. 1У.З); при этом же­лательно, чтобы равнодействую­щая внешних сил проходила вблизи центра тяжести площади подошвы и во всяком случае не выходила бы из ядра сечения.

Если преобладают вертикаль­ные силы и наклон равнодейству­ющей меньше угла трения между кладкой фундамента и грунтом, подошву фундамента располага­ют горизонтально. При наклон­ном обнажении скальных грунтов для уменьшения дорогостоящих работ по разработке скалы подо­шву делают ступенчатой (рис.

1У.4, а). Если равнодействующая внешних сил проходит под боль­шим углом к вертикали, то для повышения устойчивости фунда­мента на скольжение его подошву делают наклонной; необходи­мость в этом часто встречается при проектировании устоев арочных мостов (рис. 1У.4, б). При скальном основании для уменьшения объема выработки поверхность скалы может быть обработана ус-тупами (рис. IV. 4, в).

Гибкие фундаменты из железобетона делают при значительном развитии подошвы, когда необходимо, не углубляя фундамент, пе­редать на грунт большие, главным образом сосредоточенные, дав­ления.

Рис. IV.!. Схема массивного фунда- Рис. IV.2. Схема фундаментов:
мента; — жесткого; 2 — гибкого

Рис. 1У.4. Схемы фундаментов

В транспортных искусствен­ных сооружениях встречаются три вида наиболее характерных гиб­ких фундаментов.

1. В сооружениях большой протяженности, например в под­порных стенках, устоях и проме­жуточных опорах широких мос­тов, иногда не удается развить фундамент, соблюдая угол а. В этом случае часть фундамента, выступающую за грань надфун-даментной конструкции, прихо­дится выполнять в виде железо­бетонной консоли, заделанной в массивную часть фундамента.

2. В путепроводах, эстакадах и других аналогичных сооружени­ях опоры состоят из ряда колонн, передающих большие сосредото­ченные давления. При достаточно прочных грунтах и большом рас­стоянии между колоннами их опирают на отдельные фунда­ментные подушки из железобе­тона.

3. При слабых грунтах или при небольшом расстоянии меж­ду колоннами отдельные фунда­ментные подушки сливаются друг с другом и тогда их объединяют в единый ленточный фундамент.

В гибких фундаментах изги­бающие моменты возникают под действием реактивных давлений грунта, направленных снизу вверх. Этим и определяются осо­бенности их армирования.

Пример конструкции монолит­ной фундаментной подушки при* веден на рис. 1У.5. Основная ра* бочая арматура в виде сеток из стержней диаметром 16 мм расположена внизу башмака, в зоне наибольших растягивающих нормальных напряжений. Из башмака выпущены вертикальные анкерные стержни, с которыми стыкуют арматуру колонн.

В производственном отношении монолитные фундаменты имеют ряд недостатков, а именно: сосредоточение всех работ на месте возведения фундамента, осложнения цри бетонных работах в зим-

Рис. 1У.7. Опора с ленточным фундаментом Л-й