§ 4. Исторический обзор фундаментостроения
Перспективы и задачи его дальнейшего развития
В далекие времена истории человечества первые примитивные деревянные жилища и оборонительные сооружения возводили непосредственно на поверхности грунта. С началом применения камня в качестве строительного материала нижнюю часть сооружения стали заглублять ниже поверхности грунта, чтобы предохранить ее от замачивания атмосферными осадками и предотвратить связанное с этим размягчение грунтов и появление возможных перекосов, осадок и повреждений сооружения. Так возникли фундаменты мелкого заложения, устраиваемые на естественном основании. Если несущий пласт грунта залегал на значительной глубине, фундаменты возводили с использованием простейших опускных колодцев из каменной кладки. При сооружении мостов через реки, где возможны размывы грунта у опор, применяли фундаменты из деревянных свай, заглубляемых в дно русла.
Таким образом, до XIX в. сооружения возводили на естественных основаниях, свайных фундаментах и опускных колодцах.
Новые типы и конструкции фундаментов начали появляться в XIX в. В 1841 г. французский инженер Триже предложил кессонный способ устройства шахтных стволов в водонасыщенных грунтах. В 1856 г. русские инженеры впервые применили этот способ для сооружения фундаментов под опоры моста через р. Неман в г. Ковно. В дальнейшем этот метод был значительно усовершенствован и кессонные фундаменты находили широкое применение при строительстве больших мостов. В 1836 г. английский инженер Митчел предложил взамен забивных деревянных свай металлические винтовые. Однако тогда сваи этого типа не получили большого распространения. В 1897 г. инженер Геннебик предложил забивные железобетонные сваи сплошного сечения, получившие в настоящее время широкое распространение как в нашей стране, так и за рубежом. В 1899 г. русский инженер Страус разработал способ изготовления бетонных набивных свай, который с различными усовершенствованиями широко используется в настоящее время в строительной практике.
После окончания Великой Отечественной войны, когда потребовалось восстановить в короткие сроки большое количество разрушенных мостов, вместо кессонных фундаментов начали применять фундаменты из стальных трубчатых свай, заполненных бетоном. В дальнейшем для сокращения расхода остродефицитных стальных труб их стали заменять железобетонными сваями и оболочками. Особенно Широкое распространение железобетонные оболочки получили в нашей стране начиная с 1958 г., когда было создано необходимое оборудование и отработана технология возведения фундаментов нового типа. За истекшие десятилетия с использованием оболочек диаметром до 5 м построено много мостов, эстакад и причальных сооружений.
Параллельно с этим отечественные мостостроители применяют фундаменты из буровых свай диаметром до 1,7 м и с уширенной пятой диаметром до 3,5 м. С такими фундаментами построены десятки больших мостов.
В течение длительного времени техника фундаментостроения развивалась на основе использования одного практического опыта. Новые сооружения строили по аналогии с наиболее удачными ранее осуществленными конструкциями. Только со второй половины XIX в. фундаментостроение получает научную базу, в развитии которой сыграли существенную роль отечественные ученые В. М. Карлович, В. И. Курдюмов, П. А. Минаев и др.
Особенно большие успехи в области фундаментостроения достигнуты в нашей стране после Великой Октябрьской социалистической революции. Благодаря трудам целой плеяды талантливых ученых и инженеров, среди которых следует отметить профессоров Н. П. Пузыревского, Н. М. Герсеванова, В. А. Флорина, В. К. Дмоховского, Б. Д. Васильева, Е. Л. Хлебникова, Н. Я. Денисова, А. А. Луга, Н. А. Цытовича, советское фундаментострое-ние заняло одно из ведущих мест в мире.
Дальнейший технический прогресс в фундаментостроении, как и во всех других отраслях строительства, неразрывно связан с необходимостью быстрого развития и совершенствования строительной индустрии.
Решение задачи индустриализации строительства и связанных с ней задач максимального повышения производительности труда, снижения стоимости и сокращения сроков работ возможно лишь при широком внедрении новых прогрессивных конструкций и способов производства работ, обеспечивающих более эффективное использование материалов, применение сборного железобетона и комплексной механизации технологических процессов. В области фундаментостроения эти задачи дополняются еще и необходимостью оздоровления условий труда и в связи с этим сведения к минимуму применения вредного для здоровья рабочих трудоемкого и дорогого кессонного способа производства работ. Этим требованиям в наибольшей степени отвечают широко применяемые в настоящее время фундаменты глубокого заложения из свай разного типа и сборных железобетонных оболочек.
Обобщение и анализ опыта строительства мостов и других сооружений последних лет показывают, что, несмотря на достигнутые успехи в применении фундаментов из свай, оболочек и столбов, имеются еще значительные резервы дальнейшего повышения их экономической эффективности.
К числу первоочередных задач в области фундаментостроения относятся:
1) совершенствование методов и норм расчета оснований с целью повышения степени использования прочностных свойств грунтов и материалов фундаментов;
2) разработка конструкций фундаментов и несущих элементов с предельным использованием их несущей способности по прочности материала;
3) отработка высокопроизводительных методов изготовления и погружения в грунт несущих элементов фундаментов; 4) создание высокоэффективного технологического оборудования и механизмов по строительству фундаментов.
Источник
История фундамента при строительстве
История замены монолитных фундаментов сборными из фундаментных блоков возникла в связи с индустриализацией строительства надфундаментной части здания.
Сначала индустриальными методами строили малоэтажные жилые здания, причем брусчатые и рубленые дома заменялись сборными каркасными и щитовыми. На возведение таких домов затрачивали 25—30 дней, из них надфундаментная часть дома составляла всего 5—10 дней. Такое несоответствие продолжительности строительства отдельных частей здания поставило перед строителями вопрос о необходимости индустриализации возведения фундаментов.
В 1925 г. впервые в практике строительства инж. П. Работнов [1] предложил заменить трудоемкие бутовые фундаменты малоэтажных домов сборными из фундаментных блоков.
Первые сборные фундаменты представляли собой бетонные столбы сечением 12×12 см с уширенной нижней частью размером подошвы 50X50 см. Расстояние между столбами назначали в зависимости от величины нагрузки и грунтовых условий.
Одновременно с применением столбчатых сборных фундаментов начали внедрять ленточные и монтируемые из фундаментных блоков. Так, в 1925 г. на строительстве жилого поселка «Дукстрой» под Москвой были применены сборные фундаменты из пустотелых керамических блоков. Нижний ряд блоков укладывали на бетонную подготовку толщиной 20 см.
В начале первой пятилетки сборные фундаменты стали применять в промышленных зданиях вместе со сборными железобетонными конструкциями наземной части (колонны, ригели, прогоны). Впервые сборные фундаменты применили на строительстве одного из многоэтажных промышленных зданий, возводимого в зимних условиях. Фундаменты этого сооружения были сборными железобетонными (железобетонные подушки, шарнирно соединенные со стойками каркаса).
В последующие годы сборные фундаменты применили на строительстве целого ряда промышленных предприятий: заводы «Шарикоподшипник» (вторая очередь), «Фрезер», кабельный и др. Фундамент под колонну выполняли в виде башмака с откосами или уступами, с гнездом в середине, в которое устанавливалась железобетонная колонна. Вес такого фундамента для колонн цехов кабельного завода в Москве составлял 2,4 т.
Как и все первые элементы сборных конструкций, этот фундамент ( 2, а) имел слишком большое количество арматуры и поэтому не нашел широкого применения. Для других промышленных зданий, в частности для второй очереди этого же завода, были применены сборные фундаменты в виде тех же башмаков, но более простой формы ( 2, б) и с меньшим количеством арматуры. Эти башмаки армировались только двумя сетками — верхней и нижней. Высота стакана назначалась с учетом восприятия нормальной силы и изгибающего момента.
В дальнейшем в Центральном научно-исследовательском институте промышленных сооружений (ЦНИИПС) был разработан железобетонный башмак ступенчатой формы ( 2, в). Этот тип фундамента также имел две сетки: верхнюю и нижнюю и, кроме того, косые стержни и хомуты, п р е д от в р а щ а ю щи е. скалывание стенок стакана от действия изгибающих моментов. На основе проведенных испытаний ЦНИИПСом был разработан метод расчета и конструирования таких фундаментных башмаков.
Таким образом, для промышленных цехов с небольшими крановыми нагрузками первые громоздкие, сильно армированные фендаментные башмаки были заменены легкими, но достаточно надежными; изготовление этих фундаментов в полевых условиях не представляло каких-либо трудностей. Фундаменты ЦНИИПС были применены при строительстве некоторых промышленных предприятий. Для цехов с большими крановыми нагрузками технически рациональный сборный фундамент не был найден, поэтому такие цехи возводились на монолитных бутобетонных или бетонных фундаментах.
С 30-х годов началась индустриализация многоэтажного гражданского строительства: стали возводиться крупноблочные дома, здания с железобетонным каркасом и т. п. Однако в этих зданиях многие элементы, в том числе и фундаменты, еще не были сборными.
В целях индустриализации возведения фундаментов инженерами Сючем и Челбаевым [2] было предложено делать фундаменты из железобетонных стандартных элементов. Фундаменты системы инженеров Сюча и Челбаева представляли собой решетчатую стенку или отдельные столбы. Пустоты между камнями заполнялись грунтом, а при наличии подвала—кирпичной кладкой толщиной в полкирпича или в один кирпич. Преимущество этого типа фундамента состоит в том, что он позволяет полнее использовать прочность материала стен. В то же время у него имеется существенный недостаток: отсутствие жесткости в продольном направлении при столбчатых фундаментах и недостаточная жесткость при решетчатых. Другим существенным недостатком фундаментов этого типа является сложная форма элементов фундамента и, как следствие, трудность их изготовления.
Несколько позже инж. А. Р. Сакк также в целях более полного использования прочности материала стен предложил устраивать сборные фундаменты из сплошных бетонных блоков толщиной 20—30 см. При этом для равномерного распределения вертикальной нагрузки по фундаменту и его подошве должны применяться специальные элементы. По мысли автора, меньшая, чем у стены, толщина фундамента позволит лучше использовать прочность фундаментных блоков, сократить объем и снизить стоимость фундамента в среднем на 50%. Для уменьшения смерзания грунта с фундаментом устраивается песчаная вертикальная засыпка.
В 1934 г. Центральный научно-исследовательский институт жилищного строительства (ЦНИИЖС) запроектировал крупноблочные пятиэтажные жилые дома плитно-каркасного типа со сборными фундаментами. Фундаменты под наружные стены были запроектированы из сплошных прямоугольных фундаментных блоков весом по 1,5 г, а фундаменты под колонны — в виде фундаментныхбашмаков, аналогичных применявшимся при строительстве промышленных зданий. Принятые типы сборных фундаментов явились наиболее удачными из всех ранее предложенных. Массивные блоки обеспечивали достаточную жесткость в продольном направлении и устойчивость в поперечном, изготовление и монтаж блоков не представляли никаких трудностей. Поэтому предложенные ЦНИИЖС сборные фундаменты стали применять при крупноблочном строительстве.
Существенным недостатком блочных фундаментов была их высокая стоимость. Поскольку 85% общей стоимости блочных фундаментов составляли стоимость материалов и транспортные расходы, необходимо было прежде всего значительно уменьшить расход материалов, что можно было осуществить устройством пустот в блоках. Поэтому в дальнейшем конструкции сборных фундаментов и фундаментных блоков развивались в этом направлении.
Сначала пустотелые блоки применяли при строительстве малоэтажных зданий. Так, малоэтажные жилые дома на Камстрое возводились на фундаментах из коробчатых фундаментных блоков весом каждый 48 кг. Аналогичные блоки предложил для малоэтажного строительства инж. Г. Н. Смагин.
Наряду с ленточными фундаментами из пустотелых фундаментных блоков для малоэтажного строительства были предложены столбчатые. Так, А. А. Карпачев рекомендовал устраивать фундаменты из отдельных стоек, башмаков и цокольных плит ( 3). Цокольная плита длиной, равной расстоянию между стойками, имеет ребристую конструкцию. Плиты соединяются со стойками с по-+£ мощью выпущенной из них проволоки.
Одновременно с разработкой конструкций ленточных и столбчатых фундаментов явились предметом рассмотрения свайные фундаменты для жилых зданий. Впервые идея об их применении была высказана в 1934 г. инж. Л. М. Пешковским [7], рекомендовавшим фундаменты в виде набивных свай и ранд-балок. Однако, отмечая большие технические преимущества таких фундаментов по сравнению с другими, в
Пустотелые фундаментные блоки для фундаментов многоэтажных зданий появились позднее, чем для малоэтажных. В 1939 г. инж. Г. Б. Карманов предложил устраивать фундаменты из железобетонных подушек, укладываемых по слою песка или гравия, и пустотелых стеновых блоков, а также верхних обвязочных плит.
В 1940 г. на строительстве двух шестиэтажных жилых домов в Москве были применены фундаменты указанного типа.
В 1939 г. Коротков предложил устраивать под стены многоэтажных зданий сборные фундаменты в виде отдельных опор. Такой фундамент состоит из железобетонных плит, укладываемых на бетонную подготовку толщиной 4—6 см, цилиндрических путотелых опор, заполняемых песком, и железобетонных ранд-балок, предназначенных для распределения давления от стен на фундаменты и для связи опор в одну жесткую систему.
Одной из главных причин, тормозивших применение сборных фундаментов в довоенное время, была их высокая стоимость — значительно выше стоимости монолитных. Отсутствие в то время специальных предприятий по выпуску сборного железобетона вынуждало изготовлять элементы сборных фундаментов непосредственно на строительстве, где невозможно было организовать экономичное производство. Вместе с тем отсутствие в то время мощного кранового оборудования препятствовало применению сборных фундаментов из элементов большого веса.
В послевоенные годы сборные фундаменты вновь нашли применение на стройках Ленинграда. В 1948 г. в Ленинграде на строительстве одного из крупноблочных домов были применены сборные фундаменты из железобетонных фундаментных блоков-подушек и бетонных блоков стен подвала. По подушке и по верхнему ряду бетонных блоков устраивали армированные шов i пояс. В 1950 г. таких домов было сооружено уже 7, в 1951 —11.
В Москве сборные фундаменты в послевоенный период начали применяться с 1950 г. Так, стены подвала жилого дома по Ленинградскому шоссе были выполнены из пустотелых бетонных фундаментных блоков размерами 0,9X0,9X1,8 м. В 1951 г. на строитель стве жилого дома на Песчаной улице были применены смешанные фундаменты: нижняя лента была собрана из железобетонных фундаментных блоков трапецеидального сечения, а стены подвала возведены из кирпича. В том же году институт Моспроект запроектировал для зданий с несущими стенами сборные ленточные фундаменты, а стены подвала — из крупных фундаментных блоков. Для каркасных зданий также были разработаны сборные фундаменты под колонны, состоящие из двух — трех прямоугольных желе зобетонных плит, уложенных одна на другую на цементног растворе.
В 1953 г. в бывш. УкрНИИСе была разработана технология изготовления пустотелых фундаментных и стеновых блоков с использованием виброформы с немедленной распалубкой. Работа в этом направлении проводилась также рядом проектных и строительных организаций: САКБ, трестом Тагилстрой и др. В результате была выработана технология изготовления таких фундаментных блоков с учетом местных условий, что привело к дальнейшему расширению применения пустотелых фундаментных блоков.
Усовершенствование только стеновых и фундаментных блоков не решли полностью проблемы снижения стоимости сборных фундаментов, так как в общей стоимости фундаментов примерно половина приходится на блоки-подушки. Поэтому возникла необходг мость усовершенствования нижней ленты фундаментов. В pезультате изучения совместной работы грунтов основания и фундамента были рекомендованы прерывистые фундаменты, в которых блоки-подушки укладывались на некотором расстоянии друг от друга ( 6). По предложению НИИ оснований, такие фундаменты были применены в 1954 г. в Москве. Внедрение их позволило наряду со снижением стоимости уменьшить необходимое число типоразмеров блоков-подушек. Кроме того, в этот период предлагаются облегченные блоки-подушки: ребристые, пустотелые и т. п. Так, в УкрНИИСе были разработаны решетчатые блоки со сквозными пустотами и создана технология их изготовления. Эти блоки укладывают на бетонную подготовку толщиной 15 см, благодаря которой нагрузка от блока передается на всю поверхность грунта основания. Но наличие подготовки осложняет производство работ, так как вводится мокрый процесс, а также увеличивав расход бетона. Поэтому Киевпроектом разработан аналогичный фундаментный блок, но с замкнутыми пустотами, что позволяет отказаться от устройства бетонной подготовки. Облегченные конструкции блоков-подушек в последние годы разработаны и другими организациями. На 7 показан ребристый фундаментный блок, изготовленный заводом железобетонных изделий № 1 Волгоградского СНХ.
С 1955 г. Моспроект применяет фундаменты из сплошных стеновых фундаментных блоков, толщина которых менее толщины стен зданий, что позволяет полнее использовать материал фундаментных блоков. И, наконец, следует отметить, что в настоящее время для из- 7. Ребристый блок-подушка готовления блоков стали применять не только бетон, но и местные материалы: шлакобетон, силикатную массу и пр., что снижает стоимость фундаментов.
Источник