Ленточные фундаменты под стены

Фундаменты под стены устраивают в виде непрерывных лент, повторяющих в плане конфигурацию несущих или самонесущих стен Конструкция фундамента включает нижнюю ленту прямоугольной или ступенчатой формы и фундаментную стену. В здании с подвалами стена фундамента одновременно является стеной подвала. Ширина ленты, как правило, больше толщины фундаментной стены. Если ширину ленты определяют исходя из расчета грунта основания и в зависимости от нагрузки и свойств грунтов, то толщину стен — от прочности материала стеновых блоков, теплотехнических требований и конструктивных особенностей сооружения. В практике строительства наибольшее применение находят сборные фундаменты, нижнюю ленту которых возводят из фундаментных плит, а стены из блоков (рис. 1.13) Монолитные фундаменты применяют в меньшем объеме. В ряде случаев нижнюю ленту выполняют из монолитною железобетона, а стены из сборных блоков; возможно и противоположное решение» когда ленту собирают из плит, а стену возводят из монолитного бетона или кирпичной кладки. В последнем случае фундамент может включать только стену, без нижней ленты (рис. 1.14.

Если фундаментные стены возводят из блоков параллелепипедов, укладываемых по высоте в несколько рядов, то такой фундамент называют крупноблочным Эти блоки укладывают вплотную или в отдельных случаях с разрывом в каждом ряду» кроме верх него Фундаменты из блоков параллелепипедов могут применяться в бесподвальных зданиях в том случае, когда несущая способность сплошной стены используется не полностью. Следует иметь в виду, что возможность раздвижки стеновых фундаментных блоков ограничивается грунтовыми условиями: в сильносжимаемых, просадочных и других неблагоприятных грунтах их применение не допускается. В целях максимального использования прочности материала в стеновых блоках предусматривают устройство пустот — горизонтальных или вертикальных. Необходимо отметить, что при одинаковом проценте пустотности расчетное сечение стен из блоков с вертикальными пустотами будет больше, чем расчетное сечение стен из блоков с горизонтальными пустотами. Общим недостатком пустотелых блоков является то, что их несущая способность снижается быстрее, чем увеличивается пустотность, т. е. уменьшается расход материала. Блоки с пустотами можно применять лишь при отсутствии подземных вод, так как при попадании последних в пустоты стенки блока разрушаются при промерзании грунта.

Для более полного использования прочности материала рекомендуется применять блоки меньшей толщины, чем надземные стены. В качестве примера на рис. 1.15 показана стена подвала из блоков толщиной 78 и 38 см под наружные стены толщиной 64 см. В последнем случае образуются свесы по 13 см, вследствие чего несколько осложняется сопряжение надземных и подземных стен. Кроме того, из за неточности монтажа блоков небольшой толщины возможно появление эксцентриситета. И, наконец, при уменьшении толщины стены увеличивается вылет консоли фундаментных плит, что приводит к возрастанию количества арматуры в них. Если сопоставить несущую способность стены подвала высотой 2,5 м, собранной из сплошных блоков толщиной 38 см, и такой же стены, собранной из пустотелых блоков толщиной 58 см при центральном сжатии, то окажется, что при одинаковом расходе бетона прочность в первом случае будет на 35 % больше, чем во втором. Стены фундаментов можно устраивать из блоков или панелей, имеющих высоту, соответствующую высоте подвала. В этом случае в верхней части панелей предусмотрены закладные металлические элементы, которые сваривают с помощью накладок, соединяя элементы между собой. При использовании укрупненных элементов стен трудоемкость монтажа уменьшается в 2 раза. Один из недостатков такого решения состоит в том, что возникают сложности при привязке к конкретным грунтовым условиям площадки, особенно для зданий большой протяженности. В этом случае необходимо иметь элементы разной высоты, что приводит к увеличению числа их типоразмеров. Другим существенным недостатком является отсутствие прочности и жесткости фундамента в продольном направлении. Поэтому укрупненные блоки или панели могут применяться только в малосжимаемых грунтах. В случае несовпадения расчетной ширины сборного ленточного фундамента с шириной типового блока приходится устраивать фундамент завышенной ширины, что приводит к перерасходу материала. Этот недостаток устраняют при укладке плит фундамента не вплотную, а на некотором расстоянии одна от другой. Такой фундамент называется прерывистым (рис. 1.16.

Проведенные исследования показали, что при одинаковой нагрузке осадка прерывистого фундамента меньше осадки эквивалентного ему по площади ленточного Расчет оснований производят из условия, что осадка фундамента не превышает допустимого значения. Принимая за допустимое значение осадку ленточного фундамента, можно для прерывистого фундамента повысить давление, передаваемое на грунт, вследствие чего его площадь уменьшится на 10—20 % (в зависимости от вида грунта и действующей нагрузки). Под стены зданий должны устраиваться, как правило, прерывистые фундаменты с превышением расчетного сопротивления грунта. Они не применяются на просадочных грунтах I типа по просадочности при отсутствии уплотнения, в глинистых грунтах при их консистенции более 0,5, при неравномерном напластовании грунтов или при значительном изменении их сжимаемости в пределах здания. Прерывистые фундаменты могут проектироваться также без повышения расчетного сопротивления грунта основания R, т. е. с выполнением условия р = R (где р — давление по подошве). Они не могут применяться на просадочных грунтах II типа по просадочности, при залегании в основании фундаментов рыхлых песков, в сейсмических районах при расчетной сейсмичности 7 и более баллов, а также в районах горных подработок. При устройстве прерывистых фундаментов промежутки между плитами засыпают местным грунтом. В этом случае осуществлять дополнительные конструктивные мероприятия при возведении фундаментных стен не требуется. При этом допускается, чтобы вертикальный шов между стеновыми блоками первого ряда располагался в промежутке между плитами. Выбор конструкции ленточного или прерывистого фундамента и дополнительных мероприятий определяется инженерно геологическими условиями площадки, а также прочностью и жесткостью здания, зависящими от его конструктивного решения. В малосжимаемых грунтах, модуль деформации которых Е0 > 10 МПа, при относительно равномерном их напластовании ленточные фундаменты могут устраиваться как из нескольких рядов блоков по высоте, т. е. крупноблочными, так и из одного ряда, т е. панельными. Однако и в таких грунтах требуется осуществление некоторых конструктивных мероприятий, увеличивающих пространственную жесткость сборных фундаментов Связь между продольными и поперечными фундаментными стенами обеспечивается путем перевязки их стеновыми блоками (см. рис. 1.14). Если поперечная или продольная фундаментная стена выполнена из кирпича, то связь между ними осуществляется анкерными металлическими сетками, укладываемыми в каждом ряду стеновых блоков (рис. 1.17). Глубина заделки сеток должна быть не менее двойной ширины стенового блока. Схема устройства отверстий для пропуска коммуникаций в местах примыкания стен показана на рис. 1.14. В этом случае перекрывающий проем блок, а также нижний блок должны быть перевязаны с продольными стенами. Отверстия в наружных стенах образуются раздвижкой блоков. При этом перекрывающий проем блок должен заходить за грань проема на величину не менее половины высоты блока.

Жесткость и прочность крупноблочных фундаментов обеспечивают перевязкой вертикальных швов. Если глубина перевязки швов окажется недостаточной, то при действии растягивающих усилий такой фундамент разрушится по швам. Однако даже в этом случае сопротивляемость крупноблочного фундамента будет в 1,35 раза больше, чем бутового, выполненного на растворе такой же марки. При кладке фундаментов из блоков правильной формы можно обеспечить такую перевязку, при которой разрушения будут происходить не по швам, а по камню, и в этом случае сопротивляемость кладки растяжению возрастает. Это условие выполняется, когда глубина перевязки составляет не менее 0,3 длины блока. При увеличении глубины перевязки повышается прочность фундамента в продольном направлении. Однако обеспечение связи между продольными и поперечными стенами путем перевязки осложняется ввиду ограниченного числа типоразмеров стеновых блоков. Поэтому при устройстве крупноблочных фундаментов в малосжимаемых грунтах можно допустить минимальную глубину перевязки, равную 0,4 высоты блока. Ограниченность типоразмеров блоков приводит к тому, что не всегда удается уложить их так, чтобы общая длина блоков была равна длине стены и в ряду остается незаполненный участок, длина которого меньше длины блока. В этом случае можно оставлять проемы длиной не более 0,6 м, которые должны заполняться кирпичом или бетоном. В углах здания и в местах примыкания стен оставлять такие проемы не допускается. При устройстве фундаментных стен из панелей необходимо предусматривать возможность их соединения, для чего в верхней части панелей следует помещать закладные детали, надежно заанкеренные в тело элемента. При малой изменчивости сжимаемости основания можно устраивать фундаментные стены, толщина которых меньше толщины наземных стен. При этом не рекомендуется делать стены подвала толщиной менее 30 см, а величину свеса цоколя более 13 см. При таком решении конструкции, во избежание эксцентриситета, необходимо стремиться к тому, чтобы равнодействующая всех вертикальных нагрузок, передаваемых на фундаментную стенку, совпадала с центром тяжести ее сечения. Во внутренних стенах зданий как при наличии подвала, так и без него, и в наружных стенах бесподвальных зданий этого можно добиться, предусматривая одинаковые свесы с обеих сторон. В наружных стенах при наличии подвала целесообразно свес делать с наружной стороны с тем, чтобы внутренние плоскости фундаментной и надфундаментной стен совпадали. При возведении сборных ленточных фундаментов с различными отметками подошвы фундамента переход от одного уровня к другому осуществляют, устраивая уступ, высота которого равна высоте фундаментной плиты или стенового блока. При сильносжимаемых грунтах или неравномерных напластованиях, когда чередуются слои грунта различной толщины и сжимаемости, необходимо считаться с возможностью появления неравномерных осадок и, как следствием этого, возникновением в несущих конструкциях дополнительных усилии. Наиболее характерными случаями деформаций зданий являются: прогиб, когда осадка се редины здания больше, чем краев, и перегиб, когда больше опускаются края здания. В первом случае растягивающие усилия появляются в нижней части, во втором — в верхней. Как правило, от этих усилий возникают дополнительные напряжения, превышающие расчетные сопротивления материала, например кладки стен, в результате чего появляются деформации в виде трещин. Для предотвращения возникновения деформаций эти усилия должны восприниматься какими либо дополнительными конструктивными элементами. Следует иметь в виду, что здание в целом является неравнопрочным, т. е. в зависимости от вида деформации (прогиба или перегиба) оно по разному сопротивляется возникающим в нем усилиям. Так, если растягивающим усилиям в верхней части здания сопротивляется только кладка стен, то в нижней части — не только кладка, но и силы трения, возникающие в месте контакта грунта с подошвой и боковыми поверхностями фундаментов. Другим фактором, увеличивающим прочность нижней части здания, является повышение сопротивляемости кладки сдвигу в результате действия значительной нормальной силы, вызванной нагрузкой расположенной выше части здания. Наличием этих факторов отчасти и объясняется отсутствие в фундаментах трещин с большой шириной раскрытия. Таким образом, конструктивные мероприятия, направленные на предотвращение появления трещин от неравномерных осадок, следует осуществлять с учетом вида деформаций здания. Эффективным мероприятием, позволяющим воспринять растягивающие усилия и тем самым уменьшить чувствительность здания к неравномерным осадкам, является устройство в стенах непрерывных железобетонных поясов. Это решение, предложенное проф. Б, Д. Васильевым при строительстве на сильносжимаемых грунтах в Санкт-Петербурге, оправдано практикой строительства и в настоящее время получило всеобщее признание. Продольное армирование необходимо предусматривать как для монолитных, так и для сборных фундаментов при возведении зданий на неравномерно сжимаемых грунтах. Для крупноблочных фундаментов на сильносжимаемых грунтах поверх плит предусматривается устройство армированного шва толщиной 3—5 см из раствора с уложенной в него арматурой в виде четырех — шести продольных стержней диаметром до 20 мм, соединяемых через 30—40 см распределительной арматурой диаметром 6—8 мм. При этом толщина шва назначается не только из условия обеспечения надежной защиты арматуры от коррозии, но и с учетом возможности выравнивания верхней плоскости фундаментной ленты, так как во время укладки плит на грунт или даже на специальную подготовку не всегда удается получить горизонтальную поверхность. Для устройства армированного шва следует применять цементный раствор той же марки, что и для основной кладки, но не ниже марки 50. Кроме армированного шва, поверх последнего ряда фундаментных стеновых блоков необходимо устраивать армированный пояс. Как правило, толщина такого пояса колеблется в пределах 10—15 см; армируется он шестью — восемью стержнями диаметром 14—20 мм, укладываемыми по высоте в два ряда и связываемыми поперечной монтажной арматурой в виде замкнутых хомутов В этом случае класс применяемого бетона должен быть не ниже В5. Для устройства такого пояса требуется применение опалубки, приготовление и укладка на месте небольшого количества бетона, что вызывает затруднения, особенно при производстве работ в зимнее время. Поэтому целесообразнее армированные пояса делать из готовых железобетонных элементов. Сваривая выпуски арматуры этих элементов, получают непрерывный пояс. Наличие армированных элементов на двух уровнях по высоте позволяет рассматривать весь фундамент как прочную конструкцию в виде высокой балки, способной сопротивляться усилиям, возникающим при неравномерных осадках. Такое расположение арматуры более эффективно в случае прогиба зданий и менее эффективно при возникновении наибольших растягивающих усилий в верхней части здания. В последнем случае следует устраивать железобетонные пояса и в верхней части здания. Так как заранее определить характер возможной деформации здания в любом случае трудно, то пояса должны предусматриваться как в нижней, так и в верхней частях здания. Очевидно, такие пояса будут эффективно работать лишь в случае их непрерывности, а также при условии надежного соединения со стенами. Непрерывность пояса по всем стенам не всегда удается обеспечить из за наличия проемов и уступов подошвы фундаментов. В этом случае части армированного шва или пояса могут быть уложены на различных отметках, но по длине они должны перекрывать одна другую на величину, не меньшую двойного расстояния между ними по высоте или 50 диам рабочей арматуры. В местах примыкания продольных и поперечных стен арматура поясов должна быть надежно соединена путем перепуска стержней. Совместная работа поясов, расположенных в нижней части здания, с фундаментами обеспечивается в результате действия нормальной силы от расположенной выше части здания; верхний пояс, уложенный, например, на уровне чердачного перекрытия, будет пригружен небольшой нагрузкой, что в ряде случаев может сказаться недостаточным для обеспечения совместной работы Поэтому необходимо предусмотреть соединение поясов со стенами путем анкеров или при помощи других конструктивных мероприятий. Элементами ленточных сборных фундаментов являются железобетонная плита и стеновой блок. В настоящее время разработаны различные типы плит: сплошные — прямоугольные и трапецеидальные, ребристые и др. В качестве типовых приняты сплошные трапецеидальные плиты, размеры которых приведены в табл. 1.10. Типовой серией предусмотрены четыре группы плит, характеризуемые наибольшим средним расчетным давлением, передаваемым на основание при соответствующем вылете консоли от грани фундаментной стены. Эти давления для отмеченных групп при толщине фундаментных стен 160 мм составляют 0,15; 0,25; 0,35 и 0,45 МПа. Указанные средние давления, передаваемые на грунты, соответствуют несущей способности плит, а расчетный момент определен на грани опирающейся стены, имеющей толщину 160 мм. При увеличении толщины стены расчетный вылет консолей уменьшается, и поэтому по условиям прочности плиты могут применяться при больших давлениях на основание.

В табл. 1.11 приведены условия применения плит. Армирование плиты определено исходя из действующих моментов, а класс бетона — из условий обеспечения прочности конструкции на действие поперечной силы и на продавливание. Армирование осуществлено одной или двумя сетками, рабочие стержни имеют одну длину, но укладываются вразбежку. При армировании двумя сетками возможен обрыв арматуры в двух сечениях плиты, в результате чего эпюры материалов приближаются к эпюрам изгибающих моментов.

Рабочая арматура стержневая, периодического профиля из горячекатаной стали класса A-III диаметром 6—14 мм, с расчетным сопротивлением Rs = 365 МПа. Шаг рабочей арматуры 100 мм, а распределительной 200 мм. При армировании двумя сетками рабочая арматура расположена в одной горизонтальной плоскости, что обеспечивается установкой распределительной арматуры в нижней сетке внизу, а в верхней вверху. Класс бетона от B10 до В25 назначают в зависимости от размеров плит и давления, действующего по подошве. Толщина защитного слоя бетона принята 30 мм, а расчетная ширина раскрытия трещин — 0,3 мм, вследствие чего плиты можно применять только при расположении фундамента выше уровня подземных вод. Для снижения расхода металла при монтаже плит следует применять захватные приспособления. Однако допускается применение плит с закладными монтажными петлями. Недостатками этих плит являются сложность изготовления нижней сетки и необходимость укладки стержней вразбежку, так как они не доходят своими торцами до краев сетки. В зданиях повышенной этажности расчетная ширина фундамента может оказаться больше, чем ширина типовой плиты. Поэтому при неблагоприятных грунтовых условиях вместо сборных ленточных фундаментов устраивают плитные или свайные фундаменты, что является в отдельных случаях неэкономичным. В связи с этим разработаны блоки больших размеров, чем имеющиеся в типовой серии. В табл. 1.12 приведены схемы блока и его размеры. Блоки рассчитаны на среднее давление по подошве 0,3 МПа при толщине опираемой стены 40 см.

Сечение арматуры плитной части блока определено из условия восприятия изгибающего момента» а арматуры ребер — поперечной силы Ребра жесткости армируют пространственным каркасом, а плитную часть — плоскими сетками. Основная рабочая арматура имеет диаметр 10—25 мм и изготовлена из стали класса A-III. Блоки изготовлены из бетона класса В25 с толщиной защитного слоя 35 мм. По условиям трещинообразования блоки можно при менять при расположении фундамента выше уровня подземных вод. Недостатком этих блоков является повышенный расход металла вследствие армирования ребер на восприятие поперечной силы. Такие блоки изготовляют в перевернутом положении, в результате чего требуется постановка дополнительных монтажных петель и осложняется технология изготовления из-за необходимости кантования блоков. Дальнейшее совершенствование конструкций фундаментов осуществлено МНИИТЭП и НИИ оснований и подземных сооружений, которыми разработаны облегченные блоки, имеющие вырезы по углам, за счет чего площадь их на 12 % меньше площади типовых плит (табл. 1.13). Блоки армированы двумя сетками, имеющими разные размеры в плане, вследствие чего удается осуществить обрыв арматуры по ширине плиты и приблизить эпюру материалов к эпюре моментов. Разработаны блоки, в которых нижняя сетка имеет дополнительные обрывы стержней. Арматурные сетки изготовляют из арматурной стали класса A-III, класс бетона от В7,5 до В25 определяют расчетом на продавливание. Блоки рассчитаны на давление по подошве 0,15; 0,2; 0,25; 0,35 и 0,45 МПа при толщине опирающихся стен 16 см.

Предлагаемые блоки заменяют аналогичные по ширине типовые плиты. В случае их применения фактическое давление, передаваемое на основание, будет больше, чем расчетное сопротивление грунта. Это возможно в результате того, что в местах вырезов грунт работает, как при прерывистых фундаментах, т. е. происходит перераспределение напряжений в основании, чему способствует также и арочный эффект. Идея этих блоков заключается в изменении характера передачи нагрузки на грунт для создания более благоприятных условий совместной работы фундамента и основания. При использовании вместо типовых плит облегченных блоков экономия металла составляет в среднем 12% и бетона 9%. Если в указанных блоках арматуру нижней сетки располагать, как в типовых плитах, то это позволит осуществить дополнительный обрыв арматуры по ширине сечения В этом случае экономия металла возрастет в среднем на 10%. Для устройства фундаментных стен применяют прямоугольные сплошные блоки марки ФБС или многопустотные блоки марки ФБП Действующей номенклатурой наряду с основными предусмотрены сплошные блоки с вырезом марки ФБВ для укладки перемычек и пропуска коммуникации под потолками подвалов.

В табл. 1.14 приведены размеры стеновых блоков В табл. 1.15 даны основные характеристики блоков из тяжелого бетона. Указанные блоки изготовляют также из керамзитобетона или из плотного силикатного бетона. В зависимости от состояния грунта и назначения сооружения блоки можно изготовлять из бетонов различных марок по прочности на сжатие, но во всех случаях класс бетона должен быть не более В12,5 и не менее В2,5 — для блоков из тяжелого бетона и керамзитобетона и В7,5 — для блоков из плотного силикатною бетона. Разработаны блоки со сквозными вертикальными или горизонтальными пустотами круглого или прямоугольного сечения. Блоки с вертикальными пустотами являются нерациональными, так как при их применении осложняется укладка раствора, требуются специальные плиты, перекрывающие пустоты последнего ряда, уменьшается несущая способность стенки при несовпадении отверстий и т. д. Блоки с горизонтальными пустотами лишены указанных недостатков. Однако следует отметить, что независимо от формы и расположения пустот блоки с пустотами могут применяться только в маловлажных грунтах, вследствие чего имеют ограниченную область применения.

Снижения расхода материала можно достичь, применяя сплошные блоки, имеющие по боковым вертикальным плоскостям прямоугольные или круглые углубления. Недостаток совместной работы традиционных ленточных фундаментов с грунтом основания состоит в том, что нагрузка передается на грунт плоской подошвой, в то время как грунт, примыкающий к боковым поверхностям фундаментных стен, практически не сопротивляется вертикальной нагрузке. Кроме того, такие фундаменты трудоемки, так как их возведение сопряжено с выполнением многих технологических процессов: разработка траншеи, подготовка основания, устройство опалубки, бетонирование» обратная засыпка и т. д. Отмеченные недостатки исключаются при устройстве многощелевого фундамента (рис. 1.18.

Многощелевой фундамент включает несколько рядов вертикальных пластин, расположенных параллельно между собой, на которые опираются через распределительный элемент или непосредственно надземные стены. Вертикальные пластины выполняют путем бетонирования или установки сборных элементов в заранее прорезанные в массиве грунта щели. При этом каждый элемент может иметь вертикальные стенки либо стенки с уменьшающейся толщиной по глубине. Распределительный элемент или стены могут располагаться и непосредственно на грунте, заключенном между пластинами. Очевидно, что последние можно выполнять не только в сборном, но и в монолитном варианте. В плане пластины устраивают как непрерывными под всей стеной, так и в виде отдельных элементов, располагаемых на определенном расстоянии один от другого, т. е. прерывисто. Армирование вертикальных пластин не требуется, за исключением случаев, когда такие фундаменты используют в подвальных зданиях. Вертикальные элементы, расположенные со стороны подвала, должны быть армированы во всех случаях, а остальные — в зависимости от передаваемой на них вертикальной и горизонтальной нагрузок Для устройства многощелевых фундаментов должен применяться литой бетон класса не менее В5. При этом во избежание обрушения грунта в щелях сразу после их устройства следует производить бетонирование.