Меню

Виды фундаментов под многоэтажные дома



Фундаменты высотных зданий

Высотные здания строятся уже почти сто лет, однако в мире до сих пор нет их единой чёткой классификации. Если в Нью-Йорке, Токио или Шанхае небоскрёбы возводятся по чисто экономическим причинам (слишком дорогая земля), то в Европе, России или Арабских Эмиратах причины немного другие — тут на первый план выходят личные амбиции или вопрос политического престижа. Можно провести аналогию со знаменитыми сталинскими высотками, самая известная из которых — главное здание МГУ с высотой шпиля 239 метров — почти полвека была самым высоким зданием Европы и попала в книгу рекордов Гиннеса.

Так или иначе, по прогнозам, несколько десятилетий спустя проблема нехватки городского пространства затронет все крупнейшие мегаполисы. Нет ничего удивительного в том, что в центре российской столицы активно застраивается район Москва-Сити, в котором на сегодня возведено уже 20 зданий, чья высота превышает 200 метров. Здания, которые по российской классификации относятся к первой категории ответственности (выше 100 метров) уже есть в Екатеринбурге, Ханты-Мансийске, Новосибирске, Грозном. А в Санкт-Петербурге, невзирая на крайне сложный характер грунтов, возводится грандиозный Охта-центр с расчётной высотой 463 метра. Это здание после окончания строительства сразу на 135 метров превзойдёт московский «Меркурий Сити Тауэр» — самое высокое на сегодня многофункциональное здание в Европе.

Строительство высотных зданий сопряжено со множеством проблем. Но если безопасность надземной части зданий связана с качеством материалов и человеческим фактором, то подземная их часть подвергается гораздо большему числу рисков. Просчитать и предвидеть их все не способен самый мощный терабайтовый компьютер. Поэтому проектирование фундаментов высотных зданий является, пожалуй, самым сложным и ответственным моментом в процессе строительства. От успешного проведения начального этапа работ зависит вся дальнейшая судьба небоскрёба и зданий, расположенных по соседству.

Как выбирают тип фундамента высотного здания

Какие нюансы нужно учитывать при проектировании фундамента высотного здания? Прежде всего, конечно, его высоту и конструктивные особенности. Дом может быть одиночной башней или целой группой зданий разной этажности, объединённых общим стилобатом. Ещё римский архитектор Витрувий две тысячи лет назад заповедовал придерживаться пирамидальной формы высоких зданий.

Естественно, чем выше здание, тем сильнее оно давит на основание фундамента. Общая вертикальная нагрузка может достигать астрономических значений.

Важность геологических изысканий

Такое давление способен выдержать далеко не всякий грунт. Инженерно-геологические изыскания — одно из важнейших подготовительных действий при подготовке проекта строительства высотных зданий. Участок под застройку подвергается ультразвуковому сканированию, в земле пробуриваются скважины глубиной до 100 метров. На разных отметках забираются пробы грунта для определения их состава. Общее правило — чем плотнее и твёрже грунт, тем лучше. Идеальный вариант — устройство фундамента высотного здания в скальном грунте. Плотная порода будет помогать элементам фундамента справляться с вертикальными и горизонтальными нагрузками.

В целом строительство высотных зданий возможно на разных грунтах, от пластичных глинистых до скальных. Однако для каждого вида грунтовых условий необходимо подобрать свой тип фундамента.

Величина вертикальной нагрузки на основание и характеристики грунта — два основных фактора, влияющие на выбор типа фундамента высотного здания. Однако тщательному учёту подвергаются и другие факторы:

  • наличие сейсмической активности или напряжений пород природного и техногенного происхождения в регионе строительства;
  • присутствие источников грунтовых вод, подземных рек, плывунов, карстовых пустот и других подземных аномалий;
  • расположение крупных объектов капитального строительства по соседству;
  • проходящие в непосредственной близости транспортные коммуникации, тоннели метро, газо- и водопроводы и другие объекты, которые могут либо повлиять на целостность фундамента, либо пострадать в результате неизбежной усадки грунта;
  • климатические факторы — прежде всего сезонные перепады температур, частота гроз и скорость ветра. Его сильные порывы на высоте 300–400 метров, равно как и термическое расширение материалов, а также удары молний могут вызвать весьма ощутимые разовые нагрузки на всю конструкцию здания, в том числе на фундамент.

Типы фундаментов

Проведя всесторонний компьютерный анализ данных инженерных и геологических изысканий, авторы проекта могут выбирать тип фундамента высотного здания. Вот его основные типы:

  • Фундамент на естественном основании.
  • Свайно-плитный фундамент (СПФ).
  • Свайные фундаменты глубокого заложения.

Последний тип фундаментов может устраиваться с выемкой грунта и без неё. В первом случае применяются забивные или вдавливаемые сваи. Во втором — буровые сваи, опускные колодцы-кессоны и полые сваи из стальных труб.

Плитные фундаменты

Фундамент на естественном основании (без забивки свай) подходит для строительства сравнительно невысоких зданий (до 75 м), относящихся ко второй категории ответственности. Как правило, фундамент представлен монолитной железобетонной плитой толщиной от 1 до 2,5 метра. В отдельных случаях, когда отсутствуют или маловероятны риски смещения грунта, возможно применение традиционных ленточных и столбчатых фундаментов. Однако плитный фундамент всё равно считается более предпочтительным. Его применяют и при возведении зданий первой категории ответственности (высотой до 100–120 метров). В местах максимальных нагрузок плита снабжается рёбрами жёсткости. Как правило, это области расположения колонн и пилонов.

Данный вид фундамента применён в сталинских высотках. Там горизонтальная основная плита имеет коробчатое вертикальное усиление по периметру. Такая конструкция за шесть десятков лет вполне доказала свою надёжность, учитывая, что высота семи московских небоскрёбов эпохи СССР превышает 200 метров.

Свайные фундаменты

Современные проектировщики склоняются, однако, к более универсальным свайным или комбинированным конструкциям, предоставляющим возможность строить высотные здания на разных типах грунтов.

При строительстве зданий высотой до 200 метров применяются забивные и задавливаемые сваи сечением 300 x 300 и 350 x 350 мм.

При большей высоте зданий обычно под будущим зданием выкапывается котлован, глубина которого зависит от количества помещений, расположенных по проекту под землёй. В этом случае стены котлована подвергаются дополнительному усилению железобетоном, которое защищает фундамент от горизонтальных нагрузок. Фундаменты глубокого заложения предусматривают применение бетонных и стальных свай диаметром до 2 метров и длиной до 83 метров. Именно такие сваи были применены при строительстве Охта-центра на болотистых грунтах Васильевского острова.

При проходке сверхплотных и скальных грунтов применяются опускные колодцы, которые при достижении необходимой глубины заливаются бетоном, становясь обсадной трубой. Именно такую технологию применяют при строительстве сверхвысоких зданий в ОАЭ и Саудовской Аравии, где под относительно неглубоким слоем песка таятся труднопроходимые скальные породы.

Если в зоне строительства присутствуют подземные воды, используются колодцы-кессоны. Вода выдавливается из них при помощи сжатого воздуха.

Комбинированные фундаменты

Комбинированные свайно-плитные фундаменты являются наиболее сложными в плане монтажа, однако позволяют обеспечить устойчивость высотного здания в условиях разнородных грунтов. Примером может опять-таки служить здание Охта-центра в Северной столице.

Суть технологии состоит в том, что оголовки свай привариваются на дне котлована к балкам бетонного ростверка. В Санкт-Петербурге он двуслойный. Нижняя плита, соединённая со сваями, служит опорой для верхней плиты, служащей непосредственной опорой задания. В результате уменьшается давящий и изгибающий момент в отношений оголовков свай. Кстати, такая же схема применена при устройстве фундаментов ряда высоток Москва-Сити.

Теория и практика

Из-за недостатка практического опыта устройства СПФ высотных зданий данная область пока не отражена в ГОСТах и СНиПах. Строители-практики выработали следующие правила:

  • несколько свай большой длины всегда лучше большого количества свай коротких. Чем дальше от края фундамента, тем короче должна быть свая;
  • максимальные нагрузки на сваи идут по углам и вообще по периметру здания;
  • грунт под плитой должен быть переуплотнён — для этого при разработке котлована производится недобор одного–двух метров грунта, а при устройстве свай делается предварительная скважина на 10 % уже диаметра сваи. Когда свая и плита встают на место, грунт принудительно уплотняется.

Учитывая уникальность высотных зданий первой категории ответственности и несовершенство существующей нормативной базы, при строительстве высотных зданий рекомендуется вести постоянный мониторинг состояния грунтов, свай, ростверка и ограждающих бетонных конструкций.

На что следует обратить внимание при устройстве фундамента

Не следует забывать, что существуют первичная и вторичная усадка грунта. Причём после того, как на фундамент начнёт давить вся тяжесть двухсотметровой высотки, деформация грунта может принять критические значения.

При устройстве свайных и комбинированных фундаментов следует обязательно определять области максимальной вертикальной нагрузки. Это места соприкосновения с фундаментом несущих стен, колонн и пилонов. Если в здании присутствует стилобат, места максимальных нагрузок следует выявлять особенно тщательно.

Поиск новых путей

Помимо классических, прошедших проверку временем фундаментов с вертикальными сваями, появились смелые проекты, предусматривающие диагональное расположение свай. Так, изобретатель Амир Сафин запатентовал проект, в котором свайный фундамент представляет собой горизонтальный ростверк, от которого под разными углами вниз отходят залитые бетоном полые металлические сваи, образующие под землёй гиперболоид вращения (нечто вроде песочных часов). Насколько жизнеспособна такая технология, должно показать время.

На сегодня в мире наиболее распространена технология устройства свайного или свайно-плитного фундамента глубокого заложения с выемкой грунта и монтажом заграждения по периметру («стена в грунте»). Она обеспечивает максимальную устойчивость конструкции и надёжную гидроизоляцию цоколя и подземных помещений и фундамента в целом.

Выбор типа фундамента — один из самых главных пунктов в создании рабочего проекта, если вы заказываете проектирование дома. Инженеры компании ООО «Оклэнд» имеет большой опыт в гражданском и промышленном строительстве. С нами вы можете быть уверены, что ваш дом вашей мечты простоит десятилетия.

Источник

Устройство фундамента. Виды ленточного основания. Столбчатые и свайные варианты. Монолитная плитная основа. Организация работ

Чтобы строение было надежным, не проседало и не перекашивалось, под ним должно быть прочное основание, опора, способная выдержать его вес. Поэтому такому этапу строительства, как устройство фундамента дома, уделяется особое внимание.

Основные виды и способы устройства фундаментов

Фундамент под дом может быть ленточным , плитным, свайным или столбчатым, отличаться глубиной заложения и материалами, используемыми для его устройства. Комбинаций очень много. Поговорим о тех, которые встречаются чаще других.

Виды ленточного фундамента

Это самый распространенный вид фундамента в индивидуальном строительстве, отличающийся простой, но достаточно трудоемкой технологией. Представляет собой сплошную железобетонную полосу неизменного сечения, проходящую под всем периметром здания и его внутренними несущими стенами.

Обустройство фундамента дома ленточного типа применяется в тех случаях, когда стены и перекрытия возводятся из тяжелых материалов: кирпича, камня, бетона. Могут использоваться и в качестве основания для более легких построек, если в них предусмотрен подвал или подземный гараж.

Ленточный фундамент может быть монолитным или сборным.

  • Монолитный изготавливается путем заполнения предварительно изготовленной по месту опалубки бетоном. Чтобы повысить его прочность и несущую способность, перед заливкой в опалубку устанавливается арматурный каркас.

По времени и трудозатратам более предпочтительным является сборный фундамент, так как для него не нужно строить опалубку и ждать застывания бетонной смеси для продолжения строительства. Однако смета на его устройство часто оказывается очень высокой, так как в стоимость включается работа тяжелой строительной техники.

Глубина ленточного фундамента зависит от веса и конструкции здания и от уровня промерзания грунта. Толщина – от ширины стен.

Под многоэтажный дом или дом с подвальным помещением, тяжелыми стенами и перекрытиями фундамент закладывается глубокий – его подошва должна находиться ниже уровня промерзания на 20-40 см. Это предотвратит его деформацию из-за морозного пучения грунта.

Следует сказать несколько слов про устройство деформационных швов в фундаментах ленточного типа. Если грунт имеет разнородный состав, под тяжелым зданием он может проседать неравномерно, приводя к трещинам как в самом фундаменте, так и в стенах дома. То же самое происходит и при разной нагрузке от отдельных частей здания, отличающихся этажностью или весом использованных при строительстве материалов.

Чтобы этого не происходило, в сплошной ленте предусматриваются осадочные швы шириной 2 см и более, обеспечивающие возможность независимых деформаций.

Обратите внимание. Осадочный шов должен расчленять по вертикали не только подземную, но и надземную часть здания, включая стены.

В сейсмоопасных районах такие швы предусматриваются независимо от состава грунта и равномерности нагрузки на основание. Таким образом, здание делится на отдельные отсеки, обладающие независимой осадкой.

Под дом из бруса, оцилиндрованного бревна, а также небольшие одноэтажные кирпичные постройки можно закладывать мелкозаглубленный фундамент (50-80 см ниже уровня земли). Его устройство требует меньших трудозатрат и материалов, соответственно, и цена такого основания будет значительно ниже. Но в этом случае возникают трудности с устройством полноценных подвалов.

Чтобы повысить надежность такого фундамента, при его заложении необходимо соблюдать следующие правила:

  • Выполнить надежную двухслойную гидроизоляцию боковых поверхностей, так как проникающая в бетон влага при отрицательных температурах может привести к его разрушению;

Столбчатые фундаменты

Это самые экономичные фундаменты, требующие минимум материальных и финансовых затрат. Их основой являются углубленные в грунт столбы, устанавливаемые под углами здания, в местах пересечения внутренних и наружных стен и в местах повышенной нагрузки. Между основными с шагом 1-2,5 метра устанавливаются промежуточные столбы.

Внимание!
Столбчатый фундамент самый простой для изготовления своими руками.
Но его нельзя использовать для строительства тяжелых и массивных сооружений.

Его изготовление состоит из следующих этапов:

  • В соответствие с проектом в грунте делаются выемки определенной глубины, расположенные в указанных выше местах.
  • На дне устраивается песчаная подушка, после чего в углубление устанавливается опалубка и арматура. Если столб будет полностью монолитным, высота опалубки над уровнем земли должна соответствовать проектной высоте фундамента. Но его можно залить только до уровня земли, а выше выложить из блоков или кирпича.

Также столбы могут быть сборными – из каменной или кирпичной кладки. Для их изготовления требуется вырыть траншею по периметру дома, в которой в заданных местах установить столбы и засыпать промежутки между ними щебнем.

Если опоры не достигают прочных слоев грунта, чтобы они не «гуляли», необходимо устройство основания под песчаный фундамент. Для этого на дно углубления или траншеи слоем 15-20 см засыпается крупнозернистый песок, который поливается водой и трамбуется.

Песчаная подушка делается и под мелкозаглубленные ленточные фундаменты. А чтобы они не промерзали, цокольная (надземная) их часть и отмостка утепляются специальными материалами, например, экструдированным пенополистиролом.

Обратите внимание. При устройстве песчаных подушек в обводненных грунтах, склонных к пучению при промерзании, для предотвращения их заиливания необходимо устройство дренажа.
В противном случае подушки быстро потеряют свои свойства, а устранение просадки фундаментов обойдется вам намного дороже.

Виды свайных фундаментов

В крупногабаритном и многоэтажном строительстве только свайные фундаменты способны обеспечить надежность зданий, построенных на неустойчивых или недостаточно прочных грунтах.

Они состоят из длинных и прочных столбов, вбитых или вкрученных в землю специальным оборудованием. В зависимости от способа погружения, сваи делятся на винтовые и забивные. Но в частном домостроении устройство свайных фундаментов возможно и с использованием набивных свай, изготавливаемых путем заполнения глубоких скважин бетоном. Чаще всего для обеспечения большей прочности в скважины перед заливкой опускаются обсадные трубы.

Длина сваи определяется глубиной, на которой залегают прочные слои грунта, принимающие нагрузку. Но если они слишком глубоко, свая может передавать производимую зданием нагрузку на грунт, расположенный вокруг тела сваи и уплотненный ею при погружении.

В зависимости от способа передачи нагрузки, сваи делятся на стойки и так называемые висячие сваи. По верху они объединяются металлическими или железобетонными балками, либо плитами перекрытия.

Если сравнить пример сметы на устройство свайного фундамента и аналогичного по несущей способности ленточного, то в большинстве случаев первый оказывается менее материалозатратным и более экономичным.

К другим его преимуществам можно отнести:

  • Возможность возведения на участках со сложным рельефом, на слабых и подвижных грунтах, на участках с высоким стоянием грунтовых вод;
  • Отсутствие трудоемких земляных работ;
  • Высокая скорость возведения;
  • Возможность устройства пристроек к уже готовым сооружениям;
  • Возможность проведения работ в любое время года.

Монолитный плитный фундамент

Применяется для строительства малоэтажных домов из любых материалов – деревянных, каркасных, панельных, кирпичных и т.д. Особенно актуален для пучинистых, просадочных, подвижных и сильно сжимаемых грунтов, так как представляет собой сплошную железобетонную плиту, по площади соответствующую площади здания.

Его устройство аналогично устройству мелкозаглубленного монолитного ленточного фундамента с той разницей, что бетоном заливается не периметр, а вся площадь под будущим строением.

С одной стороны, устройство плитного фундамента – довольно затратное мероприятие, требующее проведения большого объема земляных, арматурных и бетонных работ. Но с другой – плита является готовым основанием для устройства пола.

Обратите внимание. Прежде чем заливать плиту, под неё необходимо подготовить основание из песчаной подушки, слоя «тощего» бетона и гидроизоляции.

Организация работ по устройству фундамента

Основным документом, регламентирующим устройство каждого конкретного фундамента, является ППР (проект производства работ).

ППР на устройство фундаментов устанавливает порядок обустройства строительной площадки и инженерного оборудования, моделирует строительный процесс, определяет его сроки и учитывает все возможные риски.

Особое место в этом перечне занимает технологическая карта на устройство фундаментов, в которой должны содержаться все инструкции для выполняющего работы персонала. Это и описание последовательности операций, и время, необходимое для их выполнения, и перечень материалов и инструментов, требуемых для этого.

Согласно нашему законодательству, вести строительство без этой документации нельзя, поэтому заказчик вправе требовать от подрядчика разработки ППР и его согласования.

Заключение

Следует понимать, что именно фундамент определяет надежность будущего строения, его долговечность и безопасную эксплуатацию. Не стоит полагаться на собственные знания и опыт в вопросах его проектирования и строительства, особенно если речь идет о здании, предназначенном для жилья.

В представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме, с помощью которой сможете подробнее познакомиться с процессом возведения такой важной части любой строительной конструкции, как фундамент.

Источник

Читайте также:  Усиление фундамента методом рубашки