Критерии выбора фундамента для зданий

Критерии выбора фундаментов для зданий зависят от двух факторов, т.е. факторов, связанных с условиями грунта (почвы) и факторов, связанных с нагрузками от сооружения. Работа фундамента основана на взаимодействии между нагрузками от сооружения и несущего грунта или пластов.

Природа и условия каждого из них различны, поэтому выбор подходящего фундамента становится необходимым для этих вариаций в зависимости от обстоятельств.

1. Нагрузки на конструкцию

Условия нагрузки, исходящие от сооружения, являются одним из факторов, определяющих выбор фундамента. На него влияют тип здания, тип строительного материала, факторы окружающей среды, восприимчивость к землетрясениям.

Выбор материала, такого как кирпич, камень, сталь и бетон для строительства, влияет на выбор фундамента. Расчет осадки фундамента – это еще один фактор, который связан с нагрузками на конструкцию и влияет на выбор фундамента.

В случае малоэтажного строительства предпочтителен фундамент мелкого заложения. Однако для многоэтажного здания требуется глубокий фундамент. Глубокое заложение фундамента обусловлено тем, что грунт на большей глубине сильно уплотнен.

Нагрузки от конструкции на фундамент

2. Несущая способность грунта

Несущая способность грунта является одним из наиболее важных критериев, влияющих на выбор соответствующего типа фундамента. Решение о выборе мелкозаглубленного или глубокозаглубленного фундамента может быть принято на основании опорного давления грунта.

Допустимое опорное давление не менее 100 кН/м^2 или выше эффективно для мелкозаглубленных фундаментов до 4 этажей. Однако для более высоких сооружений можно рассмотреть вариант плотового фундамента при условии, что модуль реакции грунта при расчете не будет превышен.

3. Типы грунтов

Существуют различные типы почвы, такие как песчаная почва, рыхлая почва, глинистая почва и экспансивная почва. Поверхность до глубины 3 м называется верхним слоем почвы, а подпочва начинается после 3 м глубины. Характеристики несущей способности верхнего и нижнего слоев почвы в значительной степени определяют выбор фундамента.

Для почвы с низкой несущей способностью необходимо выбрать более прочный и подходящий фундамент, по сравнению с тем случаем, когда почва обладает прочной несущей способностью. Несущая способность – это способность почвы надежно удерживать структурные нагрузки без разрушения при сдвиге и недопустимой осадки.

Типы грунтов

3.1 Глинистая почва

Глинистый грунт обладает большой способностью удерживать воду, поэтому в этом типе грунта ожидается большое расширение и усадка. В результате фундаментная конструкция может пострадать от большой осадки и давления при подъеме, поэтому глинистый грунт нежелателен. Применимые нормы, такие как британский стандарт, рекомендуют минимальную глубину фундамента 1 м, а если вокруг растут деревья – 3 м.

Плот/матовый фундамент – лучший тип фундамента для строительства на глинистой почве, в него могут быть встроены ребра и балки для увеличения жесткости. Если плотный фундамент стоит дорого, налагаемые нагрузки велики, или на небольшой глубине нет прочного слоя почвы, то следует выбрать свайный фундамент с забутовкой.

На глинистой почве рекомендуется собирать и отводить дождевую воду, удлинять фундамент до глубины, на которой не происходит колебаний влажности, удалять слабые и неглубокие слои почвы, такие как черная хлопковая земля, вести строительство в сухой сезон, если это возможно, и распределять нагрузки на конструкцию как можно равномернее.

В случае, когда неглубокий слой твердой почвы покрывает слой мягкой глинистой почвы, рекомендуется использовать широкий армированный ленточный фундамент. Таким образом, уменьшается влияние нагрузок на слабый слой почвы. Свайные фундаменты рекомендуются для высотных зданий и во всех случаях, когда ожидается подъем грунта.

Свайный фундамент на твердой глине или заиленной глине

3.2 Торфяная почва

Это значительно пористая, легко сжимаемая почва темно-коричневого или черного цвета, которая обычно присутствует вблизи болот. Он подвержен расширению и усадке из-за колебаний влажности, чрезвычайно слаб с точки зрения несущей способности.

Поэтому в этом случае необходимо либо удалить сильные пласты, и хорошим вариантом является ленточный фундамент. Если толщина торфяного грунта велика и его удаление нерентабельно, то следует выбрать другие типы фундаментов.

Например, бетонные сваи, доведенные до нижележащего слоя прочной почвы, фундамент из плит и балок, доведенный до прочных пластов для небольших проектов, или плотовый фундамент для случая, когда прочные пласты не доступны на разумной глубине, но есть твердая поверхностная корка толщиной 3-4 м с подходящей несущей способностью.

3.3 Ил

Иловатая почва, гладкая на ощупь, обычно не подходит для устройства фундамента из-за ее расширения, которое оказывает давление на фундамент и повреждает его.

Ил удерживает влагу и плохо отводит воду. Если ил или илистая глина жесткие и простираются на большую глубину, целесообразно использовать железобетонные свайные фундаменты и фундаменты с изолированными площадками. Глубина фундамента должна быть больше, чем зона эрозии и зона набухания и усадки.

3.4 Песок и гравий

Песок и гравий обеспечивают дренаж воды, поэтому не вызывают структурных подвижек. Влажное уплотнение почвы и песка создает хорошую опору для фундаментной конструкции.

Сухие уплотненные гравийные или гравийно-песчаные грунты подходят для распределительных и ленточных фундаментов. Как правило, глубина 700 мм является приемлемой, при условии, что грунт обладает достаточной несущей способностью.

Распространенный фундамент на песчаном грунте

Если гравий погружен в воду, несущая способность снижается вдвое. Поэтому важно, чтобы фундамент был как можно выше. Может подойти мелкозаглубленный, армированный, широкий ленточный фундамент.

Песок достаточно хорошо держится вместе, когда он влажный, уплотненный и однородный, но в траншеях может разрушаться, поэтому часто используются шпунтовые сваи для удержания грунта в траншеях до заливки бетона.

Если рыхлый песок простирается на большую глубину, то рекомендуется уплотнить его и использовать шпунтовое основание. В качестве альтернативы можно выбрать плот, забивные сваи, сваи со шнеками или сваи, залитые на месте, без использования энергии уплотнения.

Плотовый фундамент на рыхлом песке, вытянутый на большую глубину

3.5 Скальные породы

Как правило, горные породы, такие как известняк, скальные породы и песчаник, обладают значительно высокой несущей способностью. Это делает их подходящими для опорных фундаментов коммерческих и жилых зданий.

3.6 Суглинок

Суглинок является лучшим вариантом для поддержки фундамента благодаря своим равномерно сбалансированным характеристикам. Он удерживает воду в равновесном состоянии и, следовательно, не сжимается и не расширяется до такой степени, что повреждает фундамент. Суглинок представляет собой сочетание глины, ила и песка, он темного цвета, мягкий, сухой и рассыпчатый на ощупь.

Изолированный фундамент является наиболее предпочтительным типом фундамента для суглинистой почвы. Глубина и площадь фундамента зависят от несущей способности, глубины залегания грунтовых вод и глубины залегания несущего слоя.

3.7 Ранее используемый грунт

Если участок ранее использовался для строительства жилых, горнодобывающих, промышленных или других сооружений, то такие препятствия, как загрязнение грунта, могут помешать непосредственному проведению земляных работ. Такие соображения должны быть приняты во внимание при выборе типа фундамента.

Если, например, рыхлый песок залегает на большой глубине, то для равномерного распределения нагрузки можно выбрать свайный фундамент, а для тяжелых конструкций, таких как многоэтажные здания, потребуется свайный фундамент.

3.8 Горные почвы и лесные почвы

Горные и лесные почвы, скорее всего, имеют валуны на разной глубине, поэтому свайные фундаменты не подходят. Для жилых зданий с одним или двумя этажами подходят фундаменты на изолированных армированных площадках. Для одноэтажных зданий подходят железобетонные ленточные фундаменты.

4. Простота строительства

Выбор фундамента должен быть сделан с учетом простоты его выполнения/строительства на участке. Строительство различных типов фундаментов требует труда разной квалификации и разного уровня мастерства.

5. Уровень грунтовых вод

Уровень грунтовых вод – еще один важный критерий, который влияет на выбор фундамента. фундамент не должен устанавливаться на почве, которая подвергается расширению и сжатию из-за колебаний уровня грунтовых вод. Поэтому его следует строить на полностью сухой почве или на полностью влажной почве.

Если уровень грунтовых вод расположен ниже уровня заложения фундамента, то следует выбрать фундамент мелкого заложения, например, изолированный или комбинированный фундамент. Более того, при более высоком уровне грунтовых вод следует предложить фундамент с плотами/матами.

Это необходимо для противодействия давлению при подъеме и противодействия воздействию воды, чтобы избежать каких-либо опрокидывающих моментов на ранней стадии строительства. Если этот вариант не может быть выполнен, то для обеспечения необходимого сопротивления подъему следует рассмотреть возможность устройства глубоких фундаментов, таких как микросваи или буронабивные сваи.

6. Прилегающие сооружения/водоемы/склоны

Прилегающие строения, водоемы, склоны – это параметры, которые необходимо учитывать при выборе типа фундамента. Если фундамент соседнего строения находится очень близко к возводимому фундаменту, это может повлиять на выбор и безопасность прилегающего строения.

Если фундамент соседнего строения находится очень близко к целевому фундаменту, это может повлиять на выбор, поскольку безопасность соседнего строения имеет первостепенное значение. Выбор подходящего типа фундамента будет более сложным, если соседнее строение является высотным зданием или старой собственностью.

Необходимо учитывать такие факторы, как близость к реке, озеру, естественному стоку или близость к склону. Для зданий на склонах обычно предпочтительны изолированные фундаменты на сваях. Не следует строить жилые здания на склонах круче 25 градусов.

7. Стихийные бедствия и экстремальные погодные условия

Если в районе есть история тяжелых природных явлений или экстремальной погоды, то эти параметры должны быть выбраны с учетом этих параметров. В качестве основы для выбора фундамента следует использовать прошлые записи или данные о стихийных бедствиях и экстремальных погодных условиях.

8. Экономическое проектирование

Когда существует несколько вариантов фундаментов для данного участка, экономический фактор может повлиять на выбор фундамента. Тем не менее, выбор экономичного фундамента не должен влиять на безопасность, качество изготовления, прочность и долговечность фундамента.

Читайте далее: