Типы и ремонт фундаментов
Введение
Здания и сооружения
играют важную роль в жизни современного общества. Можно утверждать, что уровень
цивилизации, развитие науки, культуры и производства в значительной мере
определяются количеством и качеством построенных зданий и сооружений.
Жизнь и быт людей
обусловливаются наличием необходимых зданий и сооружений, их соответствием
своему назначению, техническим состоянием.
Строительство в
нашей стране ведется в очень больших масштабах. Только жилых зданий возводится
больше, чем во всех странах Западной Европы вместе взятых. Ежегодно у нас
сдается в эксплуатацию 2,1 млн. квартир и более 10 млн. граждан улучшают свои
жилищные условия. Именно поэтому строительство в нашей стране является третьей
по масштабам после промышленности и сельского хозяйства отраслью народного
хозяйства.
Каждое здание или
сооружение представляет собой сложный и дорогостоящий объект, состоящий из
многих конструктивных элементов, систем инженерного оборудования, выполняющих
вполне определенные функции и обладающих установленными эксплуатационными
качествами.
Основным
направлением экономического и социального развития города предполагается
значительное увеличение объемов капитального строительства, так как возведение
жилых зданий сопровождается сооружением общественных зданий, школ, предприятий
общественного питания. Необходимая надежность оснований и фундаментов,
уменьшения стоимости строительных работ, в условиях современного
градостроительства, зависит от правильной оценки физико-механических свойств
грунтов, слагающих основания, учета его совместной работы с фундаментами и
другими надземными строительными конструкциями.
1. История возведения
фундаментов
фундамент строительство
возведение ремонт
Фундаменты начали возводить еще в
глубокой древности, одновременно с развитием строительства. Большое место среди
фундаментов занимали свайные постройки, которые устраивались в устьях рек и
предназначались для защиты от зверей и врагов. В дальнейшем назначение свай
изменилось, однако они широко применялись. Сооружения, построенные на хороших
основаниях, отличаются большой долговечностью, некоторые из них сохранились до
наших дней. В качестве примера можно привести пирамиду Хеопса, вес ее около 6
млн. тонн, нагрузка на основание в среднем - 12 кг/см2. Уже в
глубокой древности имелись труды по фундаментостроению. Так, римский инженер
Витрувий (1 век до н.э.) дал указание в своих трудах по практическому
возведению фундаментов. В древних летописях нашей страны также найдены указания
по возведению фундаментов. Однако все данные были основаны только на основании
опыта возведения фундаментов, и не было никаких теоретических основ расчета
фундамента и оснований. В XVIII веке сильно шагнула вперед наука во всех
областях, появились первые теоретические разработки науки фундаментостроения.
В 1773 году французский ученый Кулон
дал теорию расчета сопротивления грунтов сдвигу, а так же формулу для расчета
давления грунта на подпорную стенку.
В 1841 году французский ученый Трижо
предложил способ возведения кессонных фундаментов. В XIX веке был открыт железобетон,
он стал ведущим в возведении фундаментов.
В 1809 году было открыто явление
электроосмоса, которое заключается в том, что частицы воды двигаются в
направлении отрицательного заряда. В дальнейшем это явление нашло большое
практическое применение в основаниях для разработки котлованов в водонасыщенных
грунтах.
В 1899 году киевский ученый А.Э.
Страус предложил набивные сваи, которые устраиваются в пробуренных скважинах.
Позднее предложил опускать в скважины арматуру, и затем заливать их бетоном.
Первый научный труд «Основания и фундаменты» был написан в 1869 году
Карловичевым, в котором были приведены все известные положения. Много сделано в
развитии науки об основаниях и фундаментах после Октябрьской революции: в 1929
году был образован сектор оснований и фундаментов, который был преобразован в
институт оснований и фундаментов.
2. Виды фундаментов
· Ленточные
фундаменты
Ленточные фундаменты обычно возводят
при строительстве зданий с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также в случаях,
когда под домом устраивают подвал или теплое подполье, целесообразно также
устройство ленточных фундаментов при мелком заложении (до 0,5-0,7 м). в сухих
грунтах, даже если здание строят без подвала и подполья. Поскольку у них
одинаковая толщина по всему периметру дома, то это позволяет сравнительно легко
образовать теплое подполье. Оправдано применение ленточных фундаментов и в
зданиях с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также при устройстве подвала.
· Столбчатые
фундаменты подводят под деревянные дома с легкими стенами и без подвалов -
рубленые, каркасные, щитовые. Столбы ставятся по углам дома, в местах
пересечения стен, под несущими стенами и тяжелыми перегородками. Такие
фундаменты не подходят для глинистой почвы, болотистых мест и почвы, где рядом
проходят грунтовые воды. Вместе с тем у столбчатых фундаментов есть и
особенности, мешающие в ряде случаев их применению. Так, в
горизонтально-подвижных грунтах недостаточна их устойчивость к опрокидыванию, а
потому необходима жесткая верхняя обвязка, которая препятствует боковому
сдвигу. Ограничено их применение на слабонесущих грунтах при строительстве
домов со стенами из тяжелых конструкций. Кроме того, возникают сложности и при
устройстве цоколя. Если в ленточных фундаментах образовать цоколь, являющийся
их продолжением, довольно просто, то при столбчатых опорах заполнение
пространства между ними, стеной и землей (забирка) довольно трудоемко.
· Плитные фундаменты
сооружают на тяжелых пучинистых и просадочных грунтах. Они имеют жесткую
конструкцию - одну плиту, выполненную под всей плоскостью здания. Такие
фундаменты хорошо выравнивают все вертикальные и горизонтальные перемещения
грунтаВозведение плитных фундаментов практикуется в основном в малоэтажном
строительстве при небольшой и простой форме плана здания. Плитные фундаменты
достаточно дороги из-за большого объема бетона и расхода металла на арматуру
Плитные фундаменты являются
разновидностью мелкозаглубленных ленточных фундаментов, но в отличие от них
имеют жесткое пространственное армирование по всей несущей плоскости,
позволяющее без внутренней деформации воспринимать знакопеременные нагрузки,
возникающие при неравномерном перемещении грунта.
· Свайный фундамент
Свайные фундаменты используют там,
где верхний слой грунта не может выдержать большую тяжесть, а снимать его до
более плотных слоев и ставить фундамент на них оказывается слишком дорогой
затеей - по той причине, что они начинаются чересчур глубоко. Проходя сквозь
слабые слои грунта, свая упираются в более твердые и передает им нагрузку от
здания. Несущая способность одной сваи обычно находится в пределах от 2 до 5
тонн, т.е. это подходящий вариант для крупногабаритного строительства. Но иногда
сваи не забивают и не вворачивают, а изготовляют непосредственно в грунте. В
этом случае бурят скважину, вставляют арматурный каркас или полые трубы, после
чего скважину заливают бетоном. Затем бетон обязательно уплотняется утрамбовкой
или вибрацией. Чем такие сваи отличаются от столбов, образующих фундаменты
столбчатого типа? Принципиально ничем, только размером и несущей способностью.
В данном случае свая - это большой столб
Их также используют при высоком
уровне стояния грунтовых вод и на плывунах. Свайные фундаменты характерны, для
Венеции и Санкт-Петербурга.
3. Классификация
фундаментов
· по
конструктивному решению
Подразделяются на ленточные (в виде
непрерывных подземных стен) рис. 6.3, а)) или железобетонных перекрестных балок
(рис. 6.3, б)); столбчатые, устраиваемые под стены (рис. 6.3, в) и колонны
(рис. 6.3, г); сплошные - безбалочные (рис. 6.3, д) и ребристые (рис 6.3, е);
свайные (рис. 6.4).
· по характеру
статической работы
Под действием нагрузки фундаменты
различают: жесткие, работающие только на сжатие (см. рис. 6.3, а, в), и гибкие,
работающие преимущественно на изгиб (см. рис. 6.3, б, г, д, е). К первому виду
относят все фундаменты, кроме железобетонных. Гибкие железобетонные фундаменты
способны воспринимать растягивающие усилия.
· по материалу
Фундаменты выполняют из естественных
материалов (дерево - во временных постройках, бутовый камень), и из
искусственных материалов (бутобетон, бетон сборный или монолитный, железобетон.
В настоящее время предпочтение
отдают бетонным и железобетонным фундаментам
· По заглублению в
грунт
Различают фундаменты мелкого
заложения (менее 5 м) и глубокого (более 5 м). Минимальную глубину заложения
фундаментов для отапливаемых зданий принимают под наружные стены не менее
глубины промерзания плюс 100-200 мм и не менее 0,7 м; под внутренние стены не
менее 0, 5 м.
· По форме
Оптимальной формой поперечного
сечения жестких фундаментов является трапеция, где обычно угол распределения
давления принимают: для бута и бутобетона - 27-33, бетона - 45. Практически эти
фундаменты с учетом потребностей расчетной ширины подошвы могут быть
прямоугольными и ступенчатыми. Блоки-подушки выполняют прямоугольной и
трапецивидной формы.
·
По способу возведения
Фундаменты бывают
сборными и монолитными
4. Техническое
обслуживание и ремонт фундамента
фундамент строительство
возведение ремонт
Для эффективного
содержания фундаментов специалистам нужно знать нормативные эксплуатационные
требования к ним, указанные в СНиПе, и возможные конструктивные их решения (по
учебникам), а также характеристику фундаментов здания согласно его проекту. Все
эти сведения можно свести в несколько групп:
·
о реальных воздействиях на фундаменты - о величине и характере
нагрузок, о структуре, прочности и влажности оснований, об атмосферных осадках
и грунтовых водах, их глубине залегания и агрессивности, об опасности пучения
грунтов, а также о требованиях к глубине заложения фундаментов;
·
об эксплуатационных требованиях к фундаментам - их прочности,
устойчивости, глубине заложения с учетом нагрузок, несущей способности грунтов,
уровне грунтовых вод и глубине промерзания, а также о мерах защиты фундаментов
от атмосферных осадков и грунтовых вод, особенно если они агрессивны, от
морозного пучения;
·
об элементах фундаментов, удовлетворяющих предъявляемым к ним
эксплуатационным требованиям, - о несущем элементе, который должен быть
заглублен с учетом прочности грунтов, величины нагрузок, наличия грунтовых вод
и глубины промерзания, а также о наличии гидроизоляции, отмостки и др.
Необходимо уметь в
итоге построить структурную схему фундамента в общем виде (см. рис. 1) с
обозначением на ней всех воздействующих факторов и сочетанием конструктивных
элементов.
Рис. 1. Структурная
схема фундамента
Воздействия на
фундаменты: 1 - грунта и грунтовых вод; 2 - промерзания и пучения; 3 -
атмосферных осадков; 4 - нагрузок
Конструктивные элементы фундаментов:
/ - горизонтальная гидроизоляция; // - несущие элементы; III - вертикальная
гидроизоляция и ее защита; IV - горизонтальная гидроизоляция в полу и фундаменте; V - дренаж; VI - основание
(естественное или искусственное)
Нужно также изучить
характеристику грунтов и конструктивное решение фундамента эксплуатируемого
здания с учетом гидрогеологических, климатических и других особенностей.
Пользуясь перечисленными сведениями о фундаментах, ответственный за эксплуатацию
здания производит квалифицированную экспертизу и дает техническую оценку
«своему» фундаменту. Он должен выявить, насколько последний отвечает своему
назначению, в какой мере в проекте и при строительстве, правильно и всесторонне
учтены предъявленные к фундаментам эксплуатационные требования и как они
реализованы, насколько рационально выбран тип фундамента, его материал,
размеры, заглубление, а так же на сколько эффективно решена защита его от
атмосферных осадков и грунтовых вод.
Если итоги такого анализа
положительны - значит, фундамент спроектирован и построен с учетом всех
предъявленных к нему требований и местных условий и находится в исправном
состоянии. Если же будут выявлены недостатки и ошибки, допущенные в проекте или
при строительстве здания, то их надо тщательно изучить, чтобы своевременно
устранить или предотвратить их развитие.
В ходе эксплуатации
нужно осуществлять постоянный уход за фундаментами: не допускать срезки или
подсыпки грунта вокруг здания; сохранять в исправном состоянии отмостку;
исключать скопления воды у здания, а тем более подтопление фундамента;
проводить другие меры, предусмотренные инструкцией по эксплуатации. Особенно
опасен обильный полив зеленых насаждений вблизи зданий (без организованного
отвода воды), ибо нередко это приводит к повышению уровня грунтовых вод и
изменению условий работы основания, а вслед
за ним и
фундамента.
Должна быть
обеспечена сохранность фундаментов, если рядом с ними ведутся земляные работы,
при постройке рядом нового здания или устройстве котлованов для иных целей.
При раскрытии
сооружения в связи с ремонтными работами, если под фундаментами залегают
пучинистые грунты, нужно предотвратить их промерзание и пучение, временно
утеплив фундаменты. Опыт показывает, что нарушение условий сохранности
фундаментов приводит к разрушению зданий после многих лет нормальной их службы.
При необходимости
надо произвести текущий ремонт для защиты фундаментов от разрушения или
поставить здание на капитальный ремонт для их усиления.
Нередко причиной
деформаций фундаментов и вышележащих частей здания являются силы морозного
пучения, которые могут возникнуть при определенных условиях как в период
строительства, так и через много лет после сдачи зданий в эксплуатацию. Эти
условия можно и нужно исключить: срезку грунта вокруг зданий, замену его
легкопромерзающим, например каменным материалом, бетоном, увлажнение грунтов
вокруг зданий и под фундаментами.
Следовательно, под
морозным пучением грунтов понимается их свойство (при определенном сочетании
гидрогеологических условий в пределах слоя сезонного промерзания) увеличиваться
в объеме под действием сил кристаллизации льда при фазовых превращениях
содержащейся в грунте и дополнительно подсасываемой воды к кристаллам льда.
Проявляется это свойство в неравномерном поднятии грунта и фундаментов из-за
образования ледовых включений. Выпучивание фундаментов зданий в период их
эксплуатации объясняется следующими факторами:
· содержанием
в грунте, в зоне сезонного промерзания, более 30% (по массе) пылеватых частиц
диаметром от 0,5 до 0,005 мм;
· промерзанием
грунтов в зоне основания фундаментов; наличием влаги в грунте;
· превышением
сил пучения над давлением вышележащих частей здания;
· неправильной
конструкцией фундамента - невыполнением в ходе строительства противопучинных
мероприятий (безанкерная конструкция фундамента, отсутствие обмазки,
исключающей смерзание грунта со стенками фундамента, и др.).
· деформацией
основания и неравномерными осадками фундамента;
· перегрузкой
фундамента;
· ошибками
в конструировании фундамента и при выборе для него материалов;
· воздействием
агрессивной среды на материал фундамента.
Усиление
фундаментов может быть осуществлено путем укрепления их кладки, увеличением
размеров - ширины и глубины заложения, а также передачей нагрузки на
нижележащие слои грунта (рис. 2). Примеры повреждений и восстановления цоколей,
отмосток и входных площадок приведены на рис. 3.
Упомянутые способы усиления
фундаментов неравноценны и каждый из них может быть применен в определенных
условиях. Следует иметь в виду, что работы по усилению фундаментов не только
сложны и трудоемки, но и весьма ответственны. Их должны выполнять
специализированные бригады очень осторожно, захватками (обычно не более 2 м),
чтобы не повредить смежные участки и вышележащие части здания. Для
выполнения таких работ составляются проекты, разрабатываются технологические
карты
Рис. 2. Способы усиления
фундаментов
а - облицовкой при
повреждении фундамента агрессивными водами; б - нагнетанием раствора в разрыв
при морозном пучении; в-путем подведения свай; г, д, е, ж, з, и - уширение
подошвы с помощью железобетонных приливов и стальных тяжей; к, л, м - под-
торкрет-бетон; 2-
изоляция; 3 и 4.-защитная стенка; 5 - разрыв фундамента 6 - инъектор; 7 -
уплотненный грунт; 8 и 9-балки; 10 - сваи; 11 - железобетонные приливы; 12 -
стальной тяж, 13 - поперечная балка; 14 и 15 - продольные балки; 16 - сваи; 17
- дополнительный фундамент; 18 - основание под балки
В некоторых
случаях, в частности при наличии трещин в стенах, в итоге технического
обследования и технико-экономического обоснования может оказаться
целесообразным более простое усиление не основания или фундамента, а стен,
путем установки на уровне перекрытий с наружной стороны здания металлических
тяжей с предварительным напряжением, кольцевыми захватками по внутренним
капитальным стенам. При этом благодаря предварительному напряжению тяжей,
установленных по длине и высоте здания, всей его коробке придается высокая
жесткость, исключающая местные деформации оснований или фундаментов.
Рис. 3. Примеры
повреждения и восстановления цоколя (а,
б, в), отмостки (г,
д) и входной площадки (е, ж, з)
Вывод
фундамент
строительство ремонт
Заканчивая обсуждение основных типов
фундаментов, упомянем о том, что расчетный срок службы монолитных фундаментов -
как ленточных, так и плитных - достигает 150 лет. Немалый срок, не так ли?
Конечно, чтобы фундамент выдержал полтора века, нужно соблюсти все необходимые
технологические нормы при его возведении. А вот срок службы столбчатых
фундаментов намного меньше - из природного камня около пятидесяти лет, а из
кирпича и того меньше - не более тридцати. Поэтому к выбору фундамента нужно
подойти очень ответственно. Всё закономерно: чем больше средств вы тратите
при строительстве, тем дольше простоит ваш дом. И всё же вовсе не обязательно
строить на века, не обязательно мыслить столь масштабно. Кстати, это вовсе не
противоречит тому, что жизнь прекрасна.
Список литературы
1. Архитектура,
строительство, дизайн. Под общей редакцией А.Г. Лазарева. - Изд. 2.-Ростов н /
Дону: Феникс
2. Технология
строительных процессов: Учебник для вузов по спец. «Промышленное гражданское строительство»/А.А.
Афанасьев, Н.Н. Данилов, В.Д. Копылов. Высш. шк., 1997.