Автор: Сейчас в процессе строительства различных зданий, которые имеют серьезный вес, да и в других случаях, когда постройка будет давить на грунт, часто в качестве основания используют фундаменты глубокого заложения. Этот тип базовой части отличается от других видов глубиной заложения. Это основание возводится на больших глубинах там, где грунт не промерзает.
Эти типы фундаментов необходимы, когда строение будет находиться на определенной глубине, либо же когда строение сразу будет серьезно нагружать верхний слой почвы. Кроме этого к заглубленным основаниям прибегают при сильных горизонтальных нагрузках.
Виды глубоких конструкций
Различают несколько видов заглубленных оснований:
Схематика глубокого основания
- опускной колодец;
- кессон;
- тонкостенная оболочка;
- буровые опоры;
- стены в грунте.
Зачастую, среди особенно популярных типов таких основ можно выделить ленточные конструкции. Так, работы по его закладке на порядок меньше, чем в случае других вариантов. Ленточная конструкция это траншейная лента, которая выкапывается по всему периметру будущего здания. Меньший объем работы здесь за счет того, что нет необходимости в котловане.
Нужно сказать, что технология глубокого заложения никак не сказывается на качестве ленточных основ. Здесь за прочность и надежность конструкции отвечают плотные слои грунта.
Глубокие конструкции очень популярны из-за своей устойчивости к промерзанию и пучению грунтов. В случае с мелким заглублением, база может растрескаться вследствие промерзания. Глубинный вариант полностью исключается эти явления.
Но, иногда такие явления случаются и в случае с глубинной конструкцией. Это бывает лишь тогда, когда постройка, которая будет возведена на таком фундаменте, будет отличаться небольшим весом. К примеру, для возведения деревянных домов либо других более легких зданий неверно использовать глубокие конструкции. Это избыточно и не гарантирует, что строение будет надежным. Когда масса невелика, есть более высокий риск морозного вспучивания. Легкие постройки не дадут необходимой усадочной твердости.
Материалы для фундаментов
Материалы в фундаментах подлежат деформациям под действием различных внешних усилий, влияния грунтовой и поверхностной воды, воздействию замерзания и оттаивания влаги в порах кладки.
Для обеспечения долговечности фундаментов выбирают материалы, хорошо сопротивляющиеся этим воздействиям: железобетон, бетон, бутобетон, редко бутовая кладка (из-за трудоемкости выполнения).
Наиболее универсальным материалом для фундаментов любой формы является железобетон, так как железобетон хорошо сопротивляется не только сжатию, но и изгибу.
Железобетонные и бетонные фундаменты выполняются сборными и монолитными.
Монолитными называют фундаменты, которые бетонируют непосредственно на месте возведення сооружения.
Сборные элементы наиболее рациональны для устройства ленточных фундаментов под стены.
В дорожном строительстве сборные фундаменты в виде «башмаков» применяют под опоры (стойки) путепроводов, рамных и балочных мостов малых пролетов при грунтах, которые имеют достаточно высокую прочность и малую сжимаемость.
В случае более слабых грунтов возможно использование сборно-монолитных фундаментов, в которых нижняя плита, имеющая большой вес, выполняется монолитной, а подколоники сборными.
Применение сборных фундаментов заводского изготовления позволяет уменьшить трудоемкость работ на строительных площадках и максимально механизировать работы. Сборные фундаменты позволяют повысить качество работ, применять более совершенные конструкции фундаментов, обладающие меньшим весом и высоким процентом использования прочности материалов. Однако, при этом увеличивается расход стали, трудозатраты на заводе, транспортные расходы.
Для массивных опор мостов, которые требуют большой площади для передачи давлению на грунт, в дорожном строительстве находят применение монолитные фундаменты. Монолитные фундаменты целесообразны для отдельных фундаментов сложного очертания под колонны и оборудование, а также когда вес фундамента больше грузоподъемности монтажного крану.
Опускные колодцы
Вдавливаемый “колодец”
Опускной колодец – это специальная, часто замкнутая в земле и симметричная конструкция. Она открыта и в нижней и в верхней части. Ее можно забетонировать прямо на объекте строительства либо собрать из деталей. Эти базы в большинстве случаев могут устанавливаться силой своей массы либо же вибрационным способом. Погружать колодец нужно строго вертикально. Объем грунта нужно доставать по мере того, как погружается система. Для этого подойдет спецтехника – это либо гидроразмыв либо экскаваторы.
Эту опору можно изготавливать из самых различных материалов. Для этого изделия идеально подойдет камень, кирпич, металл, железобетон. В нижней части колодца находится специальная режущая часть. Она армируется гораздо больше, чем все остальные части. Стенки имеют ступенчатую форму или же вертикального типа. Диаметр колодца уменьшается ближе к верху.
Фундамент глубокого заложения – особенности
Из конструкции ФГЗ понятны и его особенности:
- Фундамент требует большого объема земляных работ. Котлован или траншея для фундамента роются на большую глубину, зависящую от региона и промерзания грунта.
- Как следствие глубокой траншеи или котлована, большой объем бетонных работ. ФГЗ фундамент получается массивным и выдерживает большие вертикальные нагрузки.
Как я уже упоминал, ФГЗ делается ниже уровня промерзания грунта. Поэтому, он не боится сил морозного пучения на свое основание. Морозное пучение действует на стенки закопанного фундамента. Но их сила ничтожно мала по сравнению с давлением дома и они не влияют на дом.
Кессонные конструкции
Когда необходимо организовать опору глубинного типа ниже, чем уровень грунтовых вод, тогда применим кессон. Это специальная камера, в которую нагнетают воздух. Так получается высушивать и выдавливать грунты, которые затем будут разработаны. После того, как кессонную камеру опустили, ее необходимо заполнить бетонным раствором.
Такая опора состоит из нескольких составляющих:
- шахта;
- кессонная камера;
- компрессоры;
- шлюзовые системы.
Уровень заглубления
Работы по монтажу состоят из установки устройства для нагнетания воздуха. Воздух можно пускать лишь тогда, когда нижняя деталь этой системы достигнет вод. Силу давления рассчитывают таким образом, чтобы вода эффективно выводилась. Это весьма не простая и уже морально устаревшая технология. В современных условиях ее редко используют из-за больших расходов на возведение.
Технология производства работ с буровыми опорами
Эскиз устройства буровых опор для заглубленных оснований зданий
Эти конструкции относятся к новым видам фундаментов. Главная особенность таких опор – большая глубина погружения (до 60 метров) при диаметре сечения до двух метров. Их применяют не только при рыхлых грунтах или высоком уровне грунтовых вод. Область применения ограничивается лишь скальными грунтами и грунтом с большим содержанием валунов.
Возможность регулировки шага опор и ширины их сечения позволяют возводить высотные конструкции практически на любых грунтах. Расчет такой опоры очень сложный, для получения всех необходимых исходных данных придется провести целый комплекс изыскательских работ.
На начальном этапе производят бурение скважины до расчетной отметки. Далее, специальной бурильной машиной эту скважину расширяют до необходимого диаметра, после чего укладывают арматурный каркас и производят бетонирование. Такой тип фундаментов применяют не только при строительстве зданий, но также при строительстве дорог в труднодоступных местах, например, в болотистой местности.
Тонкостенные оболочки
Тонкостенная оболочка – не что иное, как пустотелый металлический цилиндр. Размер таких цилиндров может составлять от 1 до 3 метров. Каждая из секций может достигать от 6 до 12 метров. Если необходимо, эти камеры свариваются либо соединяются при помощи крепежных изделий.
Погружают такой фундамент при помощи вибрационных технологий. Для этого в нижней части располагается традиционная часть ножевого типа. После того, как спуск закончен, вся конструкция должна быть заполнена бетоном.
Типы оснований
Все виды платформ могут быть устроены на небольшом расстоянии от поверхности грунта. К ним относят:
- Плитные.
- Ленточные.
- Столбчатые.
Существует и отдельный вид фундамента – свайный, но его устанавливают ниже 3-х м, и он по праву считается вариантом глубокого заложения.
1. Плита. Самая надежная конструкция из всех представленных типов. Представляет собой армированную по всей площади железобетонную плиту. Такой платформе не угрожают климатические и геодезические условия местности. Кроме того, здание на таком основании практически не дает усадки. К недостаткам можно отнести высокую стоимость фундамента – до 50% от всего строительства. В цену входит необходимое участие специализированной техники и количество арматуры.
2. Лента. Популярный вариант в различных возведениях. Представлен двумя конструкциями:
- сборный монолит с выпуском арматуры;
- блочный фундамент с армирующими поясами – верхним и нижним.
Требует нескольких этапов подготовки перед заливкой, а именно:
- выкапывание канавы с точными параметрами под несущие стены;
- устройство щебневой и песчаной подушки, служащими как дренаж;
- армирование.
Чтобы получить мелкого заложения морозоустойчивый фундамент по типу ленты, его придется утеплять стиролами по внутренним стенам. Не обойдется без дополнительной прокладки и цокольный этаж.
3. Столбчатые основания. Рекомендованы для небольших одноэтажных, преимущественно деревянных построек. Представляют собой ямы с железобетонными кольцами, залитые раствором по всем углам будущего строения и его несущих узлов с шагом не более 2-х м. Могут выполняться из кирпича, или асбестобетона фабричным формованием с выпуском арматуры. После установки, столбы обрезаются под уровень, после чего на них устанавливается ростверк.
Непопулярны столбчатые фундаменты мелкого заложения в силу своих недостатков:
- слишком зависят от поведения почвы – уровень после усадки может измениться;
- низ жилого дома становится доступным всем ветрам;
- ограничение в материалах строительства – подбирается облегченный вариант;
- о цокольном этаже или подвале, как полезной площади придется забыть.
Как следует, оценив собственные финансовые и физические возможности, можно выбрать подходящую для собственного строительства платформу либо дать такую задачу специалистам по основаниям в конкретном регионе.
Выбор глубины и устройство песчано-гравийной подушки для фундамента
Проектирование домов под ключ, заранее предусматривает тип основания. Перед устройством конкретного варианта анализируют три параметра:
- Конструкция готового дома – площадь и материал изготовления. Определение нужно для нахождения максимальной нагрузки на поверхность платформы – кг/м2.
- Климатические условия местности. При сильных минусовых температурах, есть повод задуматься о надежном углублении во избежание порчи бетона.
- Состав грунта и уровень влаги. Капризные земли могут стать причиной усадки и дефектов готовой конструкции.
К примеру – в проекте деревянный или шлакоблочный дом площадью 157 м2. Местность обладает глинистым грунтом среднего движения. Средняя температура зимой держится в районе -15-20⁰. Воды залегают ниже 2-х м. Таким образом, наилучшим основанием будет ленточный армированный вариант до 1 м ниже цокольного этажа + дренаж.
Защита платформы
Разные фундаменты могут быть мелкого и глубокого заложения, но ни один из них не обходится без устройства так называемой подушки из песка и/или гравия. Она служит защитой от вредных сточных жидкостей расположенных вблизи промышленных предприятий, способных взаимодействовать с основанием и творить разрушающие процессы относительно химического состава бетона. Каждый слой, ограждающий платформу от влаги, тщательно утрамбовывается, проливается водой и рассчитывается на высоту не менее 15 см. После чего фундамент армируется и заливается. Дренаж обязательно содержит крупнозернистый песок, щебень или керамзит. Можно использовать все три компонента общей высотой до 30 см.
Правильный выбор и устройство платформы для частного или иного вида строительства – залог долговечного и комфортного проживания.
Опоры бурового типа
Буровые опоры имеют вид бетонных столбов. Прежде чем монтировать их, предварительно готовят яму или шахту. Основание должно полностью армироваться. Снизу конструкция немного шире. Это позволяет значительно снизить давление, оказываемое на почву. А еще это позволяет предотвратить возможный риск пучинистых процессов и движений в почве.
Еще различают так называемую стену в грунтах. Эта конструкция применяется преимущественно для глубокой установки. По периметру выкапывают глубокую траншею, которую затем заливают раствором. Многие виды фундаментов глубокого заложения предназначены для различных целей. Такая система используется преимущественно для возведения тяжелых зданий, цокольных подвалов. Преимущественно их применение рационально в городах или же в местности, где преобладают грунтовые воды. Это довольно эффективный вариант и его все чаще используют.
Когда необходима закладка фундамента на большую глубину
Необходимость обустройства оснований глубокого заложения возникает в следующих случаях:
- При проведении строительных работ в сложных грунтовых условиях;
Если на месте строительства преобладают несвязные, низкоплотные грунты, возводить дом на такой почве, особенно если это тяжелое кирпичное строение, категорически противопоказано. Вес здания, оказывающий на фундамент вертикальную вдавливающую нагрузку, станет причиной его усадки.
Рис.: Результат неравномерной усадки фундамента
Усадка может быть равномерной либо неравномерной. При равномерной усадке здания дом может просесть на 10-20 сантиметров вглубь почвы, при неравномерной — просядет только одна из его сторон, но в результате такой деформации произойдет растрескивание стен, цоколя и фундаментной ленты, искривление дверных и оконных проемов, что приведет к аварийному состоянию дома.
Совет эксперта! При обустройстве фундаментов глубокого заложения на проблемных грунтах верхний низкоплотный слой почвы вскрывается, и основание опирается на глубинный пласт почвы, обладающий гораздо большей плотностью и несущей способностью, что позволяет свести риск усадки фундамента к минимуму.
- При строительстве домов на пучинистом грунте;
Пучинистость грунта — склонность почвы к изменению своих объемов в результате замерзания грунтовых вод. Силы пучения начинают воздействовать на основание дома в холодное время года, когда грунт промерзает и влага, которой он пропитан, превращается в лед.
При переходе влаги из жидкого в твердое состояние происходит увеличение ее объема на 5-10% от первоначального, что связано с разной номинальной массой одного кубометра воды и льда.
Увеличившийся в объеме грунт начинает расширяться во все стороны. Поскольку нижние пласты почвы обладают высокой плотностью и механическая нагрузка не оказывает на них никакого влияния, у пучинистой почвы остается только одно направление движения — вверх. Она давит на расположенный в грунте фундамент, в результате чего происходит его выталкивание и деформация.
Рис. : Воздействие вертикальных и касательных силу пучения на фундамент
Совет эксперта! При проектировании фундаментов глубокого заложения основным фактором их расчета выступает глубина промерзания почвы — если основание заложено ниже этой глубины, оно не подвергается воздействию вертикальных сил пучения (давящих на опорную подошву фундамента), а оставшееся касательное воздействие эффективно нивелируется с помощью обсыпки стенок фундамента непучинистыми материалами (песком и гравием).
Рис.: Виды обратной засыпки ленточных фундаментов разных типов
- При строительстве зданий с подвальным этажом.
Глубоко заложенные фундаментные ленты являются не только опорой дома, но и могут эксплуатироваться в качестве стен для цокольного этажа или подвала. Возведение подавала, при обустройстве фундамента глубокого заложения, не сильно увеличивает расходную смету проекта, поскольку дополнительные затраты связаны лишь с откопкой котлована под подвальное помещение и бетонированием его пола.
Технологические особенности заглубленных фундаментов
Весь смысл этих сооружений в создании опоры на слои грунта, которые более плотные, чем в верхних слоях. Так, благодаря высокой плотности грунтов на глубине такая система способна выдержать на себе здания с огромным весом. Именно из-за этого свойства и применяют подобные основания.
Процесс закладки очень трудоемкий и проходит в несколько этапов. Даже траншея предполагает огромное количество этапов рытья. Также этот способ требует огромного количества бетона. Это тоже влечет за собой огромный объем работы по замешиванию и заливке. Но за более высокие несущие свойства этот фундамент максимально применим для многоэтажного строительства.
Опускные и кессонные глубинные колодцы
Схема глубоко заложенного основания здания
По технологии строительства свайные основания подразделяются на виды, одними из которых являются опускные колодцы, они еще называются массивными.
Такой фундамент состоит из колец, которые заглубляются в грунт под силой собственной тяжести. Постепенно грунт в кольцах выбирают и наращивают сверху еще кольца. После того как вся конструкция будет опущена на расчетную отметку, полость бетонируют.
Если полость не будет заполняться бетоном, а будет использоваться в качестве резервуара или подвального помещения, то такую конструкцию называют «колодец-оболочка». Данные опоры могут быть выполнены не только в виде круглых колец, профиль погружаемой секции может иметь любую конфигурацию.
При устройстве такого фундамента важно правильно произвести расчет стенок конструкции, чтобы они выдержали вес бетонной смеси и не лопнули под ее давлением. Чтобы не делать стенки слишком толстыми, можно использовать сборную конструкцию из нескольких секций.
Особенности расчета параметров колодца опоры происходит в несколько этапов:
- сначала нужно рассчитать наружные размеры котлована и глубину закладки фундамента;
- после этого, расчетным путем выводят форму его сечения в поперечном профиле;
- на последнем этапе производят расчет толщины стен и материалов, из которых они будут изготавливаться, а также определяют состав смеси, которой будет заполняться колодец.
Способ производства работ похож на погружение колодца с тем различием, что рабочая зона погружаемого фундамента накрыта кессонной прокладкой, через которую проходит шахта. Воздух поступает в рабочую область по шахте через верхний шлюз, давая рабочим необходимое количество кислорода. Максимальная глубина такого фундамента ограничивается 40 метрами, так как на большей глубине рабочие уже не смогут работать без специальных средств защиты. Строители в рабочей камере производят работу по удалению грунта небольшими группами, смена происходит каждые 3—6 часов.
Как строится ленточное глубинное основание
На примере ленточной конструкции посмотрим, как осуществляется глубокое заложение фундамента.
Для возведения таких опор нужно предварительно провести дополнительные работы. Это нужно для подготовки будущей площадки. После этого можно приступить к разметочным работам. Это можно просто сделать при помощи метода с колышками и веревкой. Считается, что размечать необходимо по две линии. После успешного окончания разметки выполняют земельные работы. Здесь вся задача состоит в траншее необходимой глубины.
Зачастую, глубина зависит от грунта, глубины грунтовых вод и глубины промерзания. Она должна рассчитываться исходя из степени необходимости в серьезных несущих качествах. Если здание тяжелое, а грунт более слабый, то глубина должна быть большой. Для определения ширины следует рассчитать несущие свойства грунтов. В итоге вырывается необходимая траншея.
Монтаж армированного столба
Следующий этап включает в себя опалубку. Она может быть изготовлена как своими руками, так и использовать промышленный вариант. Опалубка, которая изготавливается самостоятельно, чаще всего из дерева. Снаружи ее необходимо закрепить при помощи откосов. Их можно изготовить из арматуры или из реек.
Внутри получившегося сооружения забиваются небольшие гвозди. Технология предусматривает их на определенной высоте от нижних краев. От этой высоты будет зависеть высота опоры. Нужно постараться максимально защитить такую основу от излишней влаги.
Затем – этап армирования. Это необходимо делать при помощи стальной арматуры с ребрами. Этот этап выполняется в два пояса. Затем пояса будут скреплены между собой арматурной проволокой. И верхний и нижний пояс должны состоять из сетки. Это несколько прутков, которые укладываются параллельно. Скрепляются они при помощи перемычек. На эти перемычки закрепляют стойки, которые затем снова крепятся на перемычки, но уже верхнего пояса.
Теперь осталось только выполнить работы по заливке бетона. Опытные строители рекомендуют выполнять эту работу за один раз. Если по каким-то причинам это невозможно, тогда не стоит выполнять заливку горизонтально слоями, а применить способ вертикальных частей. Так, система разбивается на части при помощи щитов.
В итоге конструкция будет прочной и надежной. Если грунты будут двигаться, то основа с горизонтальным швом может расслоиться. После того, как одна часть бетона будет залита, необходимо провести утрамбовку. Это можно выполнить постукиванием по опалубке.
После заливки делают гидроизоляцию по всей плоскости. Прежде чем это делать, выполняется тонкая стяжка на краю. Ее задача – выравнивание плоскости ленты. Для гидрозащиты подойдёт или рубероид или же полиэтилен.
Наконец, можно перейти к заключительному этапу. Здесь снимают опалубку. Это можно делать лишь после того, как бетон застыл. Обратная засыпка выполняется грунтом более высокого качества. Она производится по всей длине и максимально равномерно. Слой засыпки должен не превышать 40 см.
Так, все работы не настолько сложны и трудоемки, но в результате получится максимально надежная, прочная и эффективная опора, на базе которой можно построить даже самые тяжелые здания.
Выбрать подходящий вариант в каждом конкретном случае можно лишь исходя от типа того или иного грунта, объема бюджета и многих других параметров. Если выполнять все работы строго по технологии, надежность гарантирована.
