Виды фундаментов неглубокого заложения

Во многих сферах строительства наиболее часто применяются фундаменты неглубокого заложения на естественном основании. К перспективному направлению их совершенствования можно отнести использование промежуточной подготовки переменной жёсткости в ленточных фундаментах. Другим направлением является использование рабочей боковой поверхности как ленточных, так и одиночных фундаментов. К таким фундаментам неглубокого заложения в связных маловлажных грунтах естественного сложения относятся щелевые, круглые, шлицевые, траншейные и одноплитные. Технология их устройства исключает обратную засыпку боковой поверхности и тем самым позволяет использовать боковое трение по их стенкам, чего нельзя достичь при устройстве в открытых котлованах столбчатых или ленточных фундаментов.

Опыт применения эффективных конструкций фундаментов неглубокого заложения на реальных объектах достаточно широк. Усовершенствованные технологии, внедряемые в строительную практику, предварительно испытывались как на моделях, так и на строительных площадках конкретных объектов в натуральную величину. Методика расчётов есть результат исследований, выполненных проектов фундаментов, запущенных в работу.

Для повышения экономической эффективности конструкций ленточных фундаментов необходимо уменьшение площади опорной монолитной ленты и снижение расхода металла при арматурных работах. Достигнуть этого позволяет применение подготовки переменной жёсткости(рис. 1, а). Подготовка представляет собой сплошной бетонный слой высотой 5-10 см, шириной 20-40 % от ширины подушки (ленты). По обе стороны промежуточной подготовки насыпается слой рыхлого песка такой же высоты. Подушка или монолитная лента устраиваются непосредственно на подготовке после набора прочности бетоном.

Данная конструкция фундамента передаёт начальную нагрузку на грунт основания через подошву бетонной подготовки. По мере нагружения фундамент дает усадку с одновременным уплотнением рыхлого грунта и при определённом значении нагрузки вся нижняя плоскость подошвы ленты вступает в работу. Происходит разгрузка консольных частей подушки (ленты). За счёт увеличения расчётного сопротивления грунта, появляется возможность уменьшить ширину, то есть площадь подушки (ленты). На фундаменте с промежуточной подготовкой в г. Кустанае возведен многоэтажный экспериментальный 144-квартйрный четырёхсекционный жилой дом, который нормально эксплуатируется. Детальное исследование и определение методики обеспечит широкое внедрение данной конструкции фундамента в строительной практике.

Рис.1. Эффективные конструкции фундаментов неглубокого заложения

К усовершенствованным фундаментам неглубокого заложения в связных маловлажных грунтах естественного сложения можно отнести также фундаменты с рабочей боковой поверхностью. Исключая из технологии обратную засыпку боковых поверхностей, мы используем боковое трение по стенкам, чего нельзя достичь при устройстве в открытых котлованах столбчатых или ленточных фундаментов. К таким фундаментам можно отнести щелевые, круглые, шлицевые, траншейные и одноплитные.

Достаточный объём проведенных исследований щелевых фундаментов показал их эффективность и простоту изготовления. Они представляют собой одну или две узкие бетонные (железобетонные) пластины в грунте, связанные ростверком для передачи нагрузки от надземных конструкций на сами пластины. Технология устройства заключается в нарезке баром (цепным или роторным щелерезом) узких щелей в грунте шириной 100 - 300 мм, глубиной от 1 до 3 м с последующим и заливкой бетонной смесью. Параметры щелевых фундаментов выбираются в зависимости от инженерно-геологических условий, значений расчётных нагрузок, типа и конструкции надземного сооружения. Применение щелевых фундаментов вместо ленточных на естественном основании целесообразно при отсутствии подвалов.

Особенность работы щелевых фундаментов заключается в следующем. Нагрузка на основа­ние при однощелевом фундаменте (рис. 1, б) кроме подошвы ростверка передаётся боковыми плоскостями и торцом стенки. В двухщелевом фундаменте (рис. 1, в) заключённый между пластинами массив грунта также включается в работу, тем самым основная нагрузка передаётся в плоскости на уровне нижних торцов стенок. Оптимальное расстояние между стенками, соответствующее максимальной несущей способности фундамента, составляет 0,6 - 1,3 м. Заключённое между стенками грунтовое ядро, пластины и ростверк можно рассматривать как бетоногрунтовый фундамент на естественном основании, по высоте равный высоте рабочих стенок. Рассматриваемые однощелевые фундаменты предназначены для одно-, двухэтажных коттеджей, дач, гаражей, двухщелевые - для жилых и общественных зданий высотой до 7-ми этажей, о чём свидетельствует практика проектирования и строительства на таких фундаментах.

Щелевые фундаменты

Технология устройства круглых фундаментов глубиной до 3 м, диаметром 0,6 - 1,2 м аналогична технологии устройства буронабивных свай. Однако, к сваям их отнести нельзя, так как у них отношение длины (высоты) к диаметру l/d≤ 5, что значительно превосходит число 10, по которому конструкцию относят к категории свай. Круглые фундаменты применяются под колонны железобетонных (рис. 1, г) и металлических (рис. 1, д) каркасов лёгких сооружений (заборов, складов, мастерских, гаражей, подсобных помещений). Как пример, можно привести круглые фундаменты, выполненные под неотапливаемые полносборные склады из профилированных стальных оцинкованных листов.

Одним из видов круглых являются фундаменты под опоры инженерных коммуникаций в виде железобетонных стоек, замоноличенных в буровых скважинах на всю их высоту. От забивных свай-опор они выгодно отличаются тем, что могут рихтоваться в плане и по высоте. Достигается это тем, что скважины выбуривают большего диаметра, чем сечение опор по диагонали (рис. 1, е). В случае перебуривания скважин в них до проектной отметки забоя засыпа­ется и утрамбовывается песчано-гравийная смесь, в результате чего образовывается малосжимаемая подушка. Полости между стенками скважин и гранями опор (стоек-колонн) заполняются на всю высоту бетоном и уплотняются глубинным вибратором. Таким образом, достигается высокая точность прокладки таких коммуникаций как шинопроводы, топливопроводы, теплотрассы, кабельные трассы, компенсаторные участки трубопроводов.

Описание рисунка 2: а – шлицевый фундамент под трёхшарнирную раму; б - то же под железобетонную колонну; в - траншейный фундамент двутавровой формы; г - траншейный фундамент под осветительную мачту; д - одноплитный поджелезобетонную колонну.

Круглые фундаменты Рис. 2. Эффективные конструкции фундаментов неглубокого заложения с рабочей боковой поверхностью

Шлицевые фундаменты устраиваются ковшом в коротких траншеях (шлицах) с овальной формой подошвы длиной до 3 м, шириной 0,4 - 1,0 м, глубиной заложения до 3 м. Для разработки щлицов используются экскаваторы, в том числе с зауженным ковшом. Также могут быть использованы штанговые напорные грейферы для устройства заглубленных сооружений и противофильтрационных завес способом «стена в грунте». При использовании грейфера размеры шлица в плане будут соответствовать его наружным габаритам при максимальном раскрытии челюстей. Шлам со дна шлица удаляется скребковым приспособлением, уплотняется плоской частью ковша или сомкнутым грейфером путём создания максимального давления на забой шлица. Шлиц бетонируется враспор (без опалубки) одновременно с выполнением гнезда (рис. 2, а) или стакана (рис. 2, б). Шлицевые фундаменты наиболее рациональны при значительных наклонных, моментных и горизонтальных нагрузках. Поэтому их лучше всего использовать под сельскохозяйственные здания из трёхшарнирных рам, а также под промышленные здания вспомогательного назначения каркасного типа с металлическим или железобетонным каркасом.

Шлицевые фундаменты

Траншейные фундаменты бетонируются в траншеях шириной 0,3 - 1,2 ми вертикальными стенками глубиной до 3 мразличной конфигурации в плане: крестовые, тавровые, двутавровые (рис. 2, в). Вертикальность стенок фигурных конструкций обеспечивается обрамлением фундамента в плане узкими щелями баровым рабочим органом, особенно в мёрзлых и прочных грунтах. Технология устройства аналогична технологии шлицевых фундаментов. Например (рис. 2, г), под стальные осветительные мачты высотой 28 м в мёрзлых грунтах были применены траншейные фундаменты размерами в плане 5x4 м сложной конфигурации с шириной траншей 0,6 м и глубиной 2,0 м.

Усовершенствованной конструкцией столбчатых фундаментов на естественном основании являются одноплитные фундаменты ( рис. 2, д). Их суть состоит в нарезке приямка прямоугольной или квадратной формы, с вырезами или срезами глубиной равной высоте плиты. Дно подчищается вручную, после чего приямок (плита) армируется и бетонируется. Вырезы и срезы в плитах служат для сокращения расхода материала и ослабления концентрации напряжений в грунтах основания. Для обеспечения арочного эффекта в местах прямоугольных вырезов их площадь не должна превышать 15 - 20 % площади плиты.

Приведенные конструкции фундаментов до настоящего времени нормально эксплуатируются, что позволяет сделать вывод о их надёжности. Опробованную методику расчёта несущей способности рабочей боковой поверхности фундаментов неглубокого заложения можно рекомендовать к применению с дальнейшим усовершенствованием. Суть её заклю­чается в следующем:

Нагрузку, воспринимаемую боковыми поверхностями описанных конструкций фундаментов, можно определить по формуле:

Т = m Ʃmf ui fi li ,

где m- коэффициент работы бетонной поверхности фундамента в грунте, принимаемый равным 0,9;

mf- коэффициент условий работы грунта по боковой поверхности фундамента, принимаемый для суглинков и супесей равным 0,7; для глин - 0,6 при устройстве фундаментов в летний период 0,5 и соответственно 0,4 - в зимний;

ui- периметр поперечного сечения фундамента или щелевой стенки (траншеи) на глубине h_hм;

li- толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью фундамента (стенки, траншеи), м;

fi- расчётное сопротивление i-го слоя грунта по боковой поверхности фундамента, определяемое по табл. 1.

Таблица 1

Примечания: 1. При определении расчётного сопротивления грунта по боковой поверхности фундамента fi, пласты грунта следует расчленять на однородные слои толщиной не более 0,5 м.

2.Для промежуточных значений показателя текучести грунта IL, значения fiследует определять интерполяцией.

3.Значения fiнеобходимо принимать с учётом прогноза изменения I_Lв процессе эксплуатации здания или сооружения.

Одноплитные фундаменты