БУДІВЕЛЬНІ КОНСТРУКЦІЇ

Електронний посібник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ		ДОДАТКИ
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ			УКЛАДАЧІ

ІІ. ЦИВІЛЬНІ БУДИНКИ ТА ЇХ КОНСТРУКЦІЇ

4. Основи і фундаменти

4.1. Поняття про основи і вимоги до них

4.2. Фундаменти та їх конструктивні рішення

4.3. Проєктування підвалів. Технічні підпілля

4. Основи і фундаменти

4.1. Поняття про основи і вимоги до них

Основою називається масив ґрунту, розміщений під фундаментом, який сприймає навантаження від будівлі. Основи є двох видів: природні й штучні.

*Поняття* *про основи та вимоги до них*

	https://youtu.be/YXDkVKq2W3E

Природною основою називають ґрунт, що залягає під фундаментом і здатний у своєму природному стані витримати навантаження від зведеного будинку.

Штучною основою називають штучно ущільнений чи зміцнений ґрунт, який у природному стані не володіє достатньою несучою здатністю за глибиною закладення фундаменту.

Діючі навантаження деформують основи, спричинюючи осідання будинку.

Відповідно до ґрунтів, які є основами, вони мають відповідати таким вимогам:

володіти достатньою несучою здатністю, а також малою і рівномірною стисливістю (великі й нерівномірні осідання будинку можуть призвести до його пошкодження і навіть руйнування);

не здиматися, тобто мати властивість збільшення об’єму в разі замерзання вологи в порах ґрунту (відповідно до цієї вимоги вибирають глибину закладення фундаменту, що має бути узгоджено з глибиною промерзання ґрунту в районі будівництва);

не розмиватися і не розчинятися ґрунтовими водами, що також призводить до зниження міцності основи і появи непередбачених осідань будинку;

не допускати осідань і зсувів.

*Вплив* *морозу на фундамент*

	https://youtu.be/6rclBpvztA0

Осідання можуть відбутися за недостатньої потужності шару ґрунту, прийнятого за основу, якщо під ним ґрунт, що має меншу міцність (більш слабкий ґрунт). Зсуви ґрунту можуть відбутися в разі похилого розміщення шарів ґрунту, обмежених крутим рельєфом місцевості.

Головну ж увагу під час проєктування приділяють питанню забезпечення рівномірності осідання. При цьому слід ураховувати, що навантаження від будинку може спричинити руйнування основи за його недостатньої несучої здатності. З іншого боку, основа може і не зруйнуватися, але осідання будинку виявиться настільки нерівномірним, що в стінах будинку з'являться тріщини, а в конструкціях виникнуть зусилля, що можуть призвести до аварійного стану всього будинку чи його частини.

Ґрунтові води значно впливають на структуру, фізичний стан і механічні властивості ґрунтів, знижуючи несучу здатність основи.

Якщо ж у ґрунті містяться легкорозчинні у воді речовини (наприклад, гіпс), можливе його вилуговування, що спричиняє збільшенню пористості основи і зниження його несучої здатності. Для цього знижують рівень ґрунтових вод. У випадках, коли швидкість руху ґрунтових вод така, що можливе вимивання часток дрібнозернистих ґрунтів, треба застосовувати заходи для захисту основи. Для цього влаштовують навколо будинку спеціальне шпунтове огородження чи дренаж.

Ґрунти різноманітні за своїм складом, структурою і характером залягання. Прийнято таку будівельну класифікацію ґрунтів:

Скельні – залягають у вигляді суцільного масиву (граніти, кварцити, піщаники і т. ін.) чи у вигляді тріщинуватого шару. Вони водостійкі, нестисливі і за відсутності тріщин і порожнин є найбільш міцними й надійними основами. Тріщинуваті шари скельних ґрунтів менш міцні.

Великоуламкові – незв'язні уламки скельних порід з перевагою уламків розміром понад 2 мм (понад 50%). До них можна віднести гравій, щебінь, гальку. Ці ґрунти є надійною основою, якщо під ними розміщений щільний шар.

Піщані – складаються з часточок крупністю від 0,1 до 2 мм. Залежно від крупності часток піски поділяють на гравелисті, великі, середньої крупності, дрібні й пилуваті. Що крупніші й чистіші піски, то більше навантаження може витримати шар основи з нього. Стисливість щільного піску невелика, але швидкість ущільнення під навантаженням значна, тому осідання споруд на таких основах швидко припиняється. Піски не мають властивості пластичності.

Пилувуни – частки ґрунту крупністю від 0,05 до 0,005 мм. Якщо в піску таких часток від 15 до 50%, то їх відносять до категорії пилуватих. Коли в ґрунті пилуватих часток більше, ніж піщаних, ґрунт називають пилуватим.

Глинисті – зв'язні ґрунти, що складаються з часток крупністю менше 0,005 мм, що мають переважно лускату форму. На відміну від пісків глини мають тонкі капіляри і велику питому поверхню зчеплення між частками. Оскільки пори глинистих ґрунтів часто заповнені водою, то в разі промерзання глини відбувається її здимання. Несуча здатність глинистих основ залежить від вологості. Суха глина може витримувати досить велике навантаження. Глинисті ґрунти поділяють на глини (із вмістом глинистих часток понад 30%), суглинки (10 – 30%) і супіски (10%).

Лесові (макропористі) – глинисті ґрунти з умістом великої кількості пилуватих часток і наявністю великих пор (макропор) у вигляді вертикальних трубочок, видимих неозброєним оком. Ці ґрунти в сухому стані мають достатню міцність, але в разі зволоження здатні давати під навантаженням великі осідання. Їх відносять до просадних ґрунтів і під час зведення на них будівель вимагають належного захисту основ від зволоження. З органічними домішками (рослинний ґрунт, мул, торф) вони неоднорідні за своїм складом, пухкі, мають значну стисливість. Як природні основи під будинки непридатні.

Насипні – ґрунти, що утворилися штучно через засипання ярів, ставків, місць смітника і т. ін. Мають властивість нерівномірної стисливості і в більшості випадків їх не можна використовувати як природні основи під будинки.

Намивні ґрунти, що утворилися як результат очищення рік і озер. Вони є гарною основою для будинків.

Пливуни – утворюються дрібними з мулистими і глинистими домішками, насиченими водою. Вони не придатні як природні основи.

Основи мають забезпечувати просторову жорсткість і стійкість будинку, тому нормами передбачені припустимі величини осідання будинку (80 – 150 мм залежно від виду будинку).

Як правило роблять ретельні геологічні й гідрогеологічні дослідження ґрунтів, щоб визначити їхні фізичні й механічні властивості, а також прийняти відповідне рішення про конструкцію будинку. З цією метою визначають вид і потужність окремих шарів ґрунту. Залежно від поверховості будинку і місцевих умов глибина дослідження коливається в межах від 6 до 15 м і більше.

Дослідження або розвідку ґрунтів (рис. 4.1.1) роблять шляхом буріння чи шурфування і лабораторних аналізів зразків шарів ґрунту. Якщо в зоні фундаментів виявлено ґрунтові води, то необхідно провести їхній хімічний аналіз, тому що ці води можуть бути агресивними і впливати на матеріал фундаментів.

*Георозвідка* *ділянки*

	https://youtu.be/vMsfcLF7UPs

Рис. 4.1.1. Приклад геологічного розрізу

ділянки будівництва будівлі:

а – план розташування свердловин;

б – стовбур бурової свердловини;

в – геологічний профіль шурфованого масиву;

РВГВ – рівень верхніх ґрунтових вод;

РНГВ – рівень низьких ґрунтових вод

Результати геологічних і гідрологічних досліджень заносять у спеціальні журнали, після чого складають кресленик вертикальних розрізів (стовбурів) свердловин чи шурфів. Після цього виконують геологічний профіль ґрунтового масиву з нанесенням повних характеристик шарів ґрунту і позначками ґрунтових вод, що дає підставу для прийняття необхідних рішень.

Якщо ґрунт на ділянці будівництва не задовольняє вимоги, а будинок необхідно зводити саме в цьому місці, то влаштовують штучні основи (рис. 4.1.2).

Рис. 4.1.2. Види штучних основ:

а – влаштування гравійних або піщаних подушок;

б – фізико-хімічне закріплення грунту;

в – термохімічне;

1 – шар піску, гравію;

2 – перфоровані труби для нагнітання закріплювальних розчинів;

3 – масив ґрунту, що закріплюється;

4 – ґрунти, що осідають;

5 – ґрунтовий стовп;

6 – свердловина для спалювання горючих продуктів

Такі основи під час зведення будинків на слабких ґрунтах влаштовують шляхом їхнього штучного зміцнення чи заміни слабкого ґрунту більш міцним. Зміцнення ґрунту можна здійснювати такими способами:

ущільненням – пневматичне трамбування (іноді трамбуванням щебенем чи гравієм) чи трамбувальними плитами масою від 2 до 4 т, що мають вид усіченого конуса з діаметром основи не менше 1 м (із залізобетону, сталі чи чавуну). Цей спосіб застосовують у випадку, якщо ґрунти недостатньо щільні, а також у разі насипних ґрунтів. Для ущільнення великих площ застосовують катки масою 10 – 15 т. Якщо ґрунти піщані чи пилуваті, то для їхнього ущільнення використовують також поверхневі трамбівки. Слід відзначити, що цей метод є більш ефективним тому, що ґрунт ущільнюється швидше.

Силікатизацією – для закріплення пісків, пилуватих пісків (пливунів) і лесових ґрунтів. Для цього в піщаний ґрунт пошарово нагнітають розчини рідкого скла і хлористого кальцію, для закріплення пилуватих пісків – розчин рідкого скла, змішаного з розчином фосфорної кислоти, а для закріплення лесів – тільки розчин рідкого скла. Як результат нагнітання зазначених розчинів ґрунт після певного проміжку часу кам'яніє і має велику несучу здатність.

Цементацією – шляхом нагнітання у ґрунт трубами рідкого цементного розчину чи цементного молока, які, твердіючи в порах ґрунту, додають йому кам'яної структури. Цементацію застосовують для зміцнення гравелистих, великих і середньозернистих пісків.

Випалюванням (термічним способом) – шляхом спалювання горючих продуктів чи піротехніки, які подаються у пори, що спеціально влаштовуються, під тиском. Цей спосіб застосовують для зміцнення лесових просадних ґрунтів.

Якщо ущільнити чи закріпити ґрунт важко, шар слабкого ґрунту замінюють більш міцним. Замінений шар ґрунту називають подушкою. У разі невеликого навантаження на основу застосовують піщані подушки з великої чи середньої крупності піску. Товщина подушки має бути такою, щоб тиск на слабкий шар ґрунту, що лежить нижче, не перевищував його нормативного опору.

Додаткові завдання до розділу ІІ (тема 4.1)

4.2. Фундаменти та їх конструктивні рішення

Фундамент є важливим конструктивним елементом будинку, що сприймає навантаження від надземних його частин і передає їх на основу. Фундаменти мають задовольняти вимогам міцності, стійкості, довговічності, технологічності влаштування та економічності.

*Фундаменти. Вимоги до них, класифікація***

	https://youtu.be/roKIHU62XVE

Верхня площина фундаменту, на якій розміщено надземні частини будинку, називається поверхнею фундаменту чи обрізом, а нижня його площина, що безпосередньо стикається з основою – підошвою фундаменту.

Відстань від спланованої поверхні ґрунту до рівня підошви називається глибиною закладання фундаменту, що має відповідати глибині залягання шару основи. При цьому слід ураховувати глибину промерзання ґрунту (рис. 4.2.1). Якщо основа складається з вологого дрібнозернистого ґрунту (піску дрібного чи пилуватого, супіску, суглинку або глини), то підошву фундаменту потрібно розташовувати не вище рівня промерзання ґрунту.

Рис. 4.2.1. Схема визначення глибини закладання фундаментів

Глибина закладання фундаментів під внутрішні стіни опалювальних будинків не залежить від глибини промерзання ґрунту, її призначають не менше 0,5 м від рівня землі чи підлоги підвалу. На (рис. 4.2.2) наведені ізолінії нормативних глибин промерзання ґрунтів.

Рис. 4.2.2. Схематична карта нормативних глибин

промерзання ґрунтів

На ґрунтах, що не здимаються (великоуламкових, а також пісках гравелистих, великої і середньої крупності) глибина закладання фундаментів також не залежить від: природного рівня ґрунту, підсипання, від глибини промерзання, але вона має бути не менше 0,5 м від рівня спланованої поверхні землі або підлоги підвалу.

Фундаменти класифікують за такими ознаками:

1. Матеріалом: із дерева, природного каменю, бутобетонні, бетонні, залізобетонні, цегляні.

2. Характером роботи: «жорсткі», що працюють на стиск, і «гнучкі», які працюють на стиск і згин. До гнучких фундаментів належать залізобетонні фундаменти.

3. Глибиною закладання: фундаменти звичайні (до 3 м від поверхні землі) та глибокого закладання (більше 3 м).

4. Способом влаштування: збірні з індустріальних конструкцій заводського виготовлення; монолітні – які виготовляють в опалубці з бутобетону, бетону або викладають із бутового каменю, цегли.

5. Конструктивною схемою (рис. 4.2.3): стрічкові, розміщені вдовж всієї стіни, або у вигляді суцільної стрічки під рядами колон; стовпчасті, що влаштовують під окремі опори (колони, стовпи), а в низці випадків під стіни; суцільні, що являють собою монолітну плиту під усією площею будівлі; пальові – у вигляді окремих заглиблених у ґрунт стрижнів.

Рис. 4.2.3. Конструктивні схеми фундаментів:

а – стрічковий під стіни;

б – те саме під колони;

в – стовпчастий під стіни;

г – окремий під колону;

д – суцільний безбалковий;

е – суцільний балковий;

ж – пальовий;

1 – стіна;

2 – стрічковий фундамент;

3 – залізобетонна колона;

4 – залізобетонна фундаментна балка;

5 – стовпчастий фундамент;

6 – ростверк пальового фундаменту;

7 – залізобетонна фундаментна плита;

8 – палі

Вибір типу фундаменту залежить від конструктивної схеми будівлі, величини навантаження, що передається на основу, а також від несучої здатності та деформації ґрунту.

Для безкаркасних будівель найчастіше застосовують стрічкові або пальові фундаменти під несучі стіни; для каркасних – стовпчасті або пальові; для багатоповерхових будівель – суцільні або пальові. Остаточний вибір варіанта конструкції фундаменту здійснюється за результатами техніко-економічного аналізу варіантів.

За конструктивною схемою, фундаменти можуть бути: стрічкові, розміщені вдовж всієї стіни у вигляді суцільної стрічки під рядами колон (рис. 4.2.3, а, б); стовпчаті, що влаштовують під окремі опори (колони чи стовпи), а в низці випадків і під стіни (рис. 4.2.3, в, г); суцільні, що являють собою монолітну плиту під усією площею будинку чи його частиною і як такі, що застосовують за особливо великих навантажень на стіни чи окремі опори, а також на недостатньо міцних ґрунтах (рис. 4.2.3, д, е); пальові, у вигляді окремих заглиблених у ґрунт стрижнів з метою передачі через них на основу навантажень від будинку (рис. 4.2.3, ж).

Додаткове завдання до розділу ІІ (тема 4.2)

Стрічкові фундаменти. За обрисом у профілі стрічковий фундамент під стіну в найпростішому випадку являє собою прямокутник. Його ширину встановлюють набагато більше товщини стіни, передбачаючи з кожного боку невеликі уступи по 50 – 150 мм. Однак, прямокутний перетин фундаменту на висоті припустимий лише за невеликих навантажень на фундамент і досить високої несучої здатності ґрунту.

За способом влаштування стрічкові фундаменти є монолітні, збірні, збірно-монолітні.

Монолітні фундаменти влаштовують бутові, бутобетонні, бетонні й залізобетонні (рис. 4.2.4). Ширина бутових фундаментів має бути не менше 0,6 м для кладки з рваного буту і 0,5 м – з бутової плити. Висота східців у бутових фундаментах становить близько 0,5 м, ширина – від 0,15 до 0,25 м.

Рис. 4.2.4. Стрічкові монолітні фундаменти під цегляну стіну:

а – бутовий фундамент; б – бутобетонний

Влаштування монолітних бутобетонних, бетонних і залізобетонних фундаментів вимагає проведення опалубних робіт. Кладку бутових фундаментів роблять на складному чи цементному розчині з обов’язковою перев’язкою вертикальних швів.

Бутові фундаменти укладають із бутового каменю на цементному розчині з перев’язкою вертикальних швів. Ширина бутових фундаментів приймається не меншою 0,6 м – для кладки з рваного буту й 0,5 м – з бутової плити. Висота має бути не меншою двох рядів кладки, а відношення висоти до його виносу – не меншим 1,5 – 2. Перший ряд кладуть насухо з великого постелистого каменю зі засипкою щебенем, трамбуванням й заливкою всіх порожнин складним або цементним рідким розчином. Наступні ряди каменю укладають правильними горизонтальними рядами на густому розчині так, щоб камені вищого ряду перекривали вертикальні шви нижчого ряду. Такі фундаменти потребують великих затрат праці.

Найбільш економічними з монолітних фундаментів є бутобетонні, їх виконують із бетону класу В 7,5 (і вище) та бутового каменю, який добавляється в процесі зведення фундаменту. Бетонну суміш укладають шарами завтовшки 0,2 м з вібрацією кожного шару в щитовій опалубці. Розміри каменю мають бути не більше як 1/3 ширини фундаменту.

Уширення фундаментів ведуть уступами завширшки 150 – 250 мм і заввишки 300 мм. Найменша ширина бутобетонних фундаментів 350 мм. Порівняно з фундаментами з бутового каменю вони менш трудомісткі, але відрізняються підвищеними затратами цементу.

а – прямокутний;

б – ступінчастий;

в – трапецієподібний;

г – ступінчастий;

1 – обріз фундаменту;

2 – подушка фундаменту

Рис. 4.2.5. Профілі стрічкового фундаменту

а – фрагмент плану бутового фундаменту;

б – бутовий фундамент;

в – бутобетонний

Рис. 4.2.6. Стрічкові монолітні фундаменти під цегляну стіну

Бетонні фундаменти виконують в опалубці з монолітного бетону класу міцності на стиск В7,5, В30.

Влаштування таких фундаментів вимагає великих затрат цементу. Бутові та бутобетонні фундаменти трудомісткі під час спорудження, їх застосовують у районах, де бутовий камінь є місцевим матеріалом. Щоби знизити трудомісткість їх зведення, застосовують багаторазову оборотну інвентарну опалубку.

*Складання* *опалубки*

	https://youtu.be/GSVdzqn4j9s

У сучасному будівництві найбільш поширені стрічкові фундаменти зі збірних елементів заводського виготовлення. За їхнього влаштування трудові витрати на будівництво зменшуються вдвічі. Їх можна зводити й у зимових умовах без обігріву.

Збірні стрічкові фундаменти під стіни складаються з фундаментних блоків-подушок і стінових фундаментних блоків. Фундаментні подушки укладають безпосередньо на основу з піщаних ґрунтів чи на піщану підготовку завтовшки 100 – 150 мм, яку має бути ретельно втрамбовано.

Фундаментні бетонні блоки вкладають на розчині з обов'язковою перев'язкою вертикальних швів, товщина яких приймається рівною 20 мм (рис. 4.2.8). Вертикальні колодязі, що утворюються торцями блоків, ретельно заповнюють розчином. Зв'язок між блоками поздовжніх і кутових стін забезпечується перев'язкою блоків і закладанням у горизонтальні шви арматурних сіток зі сталі діаметром 6 – 10 мм.

Рис. 4.2.7. Елементи збірних бетонних і залізобетонних фундаментів:

а – бетонний блок суцільний;

б – те саме пустотілий;

в – блок- подушка суцільна;

г – теж ребриста;

1 – монтажна петля

Рис. 4.2.8. Стрічковий збірний фундамент із великих блоків:

а – розріз і фрагмент розкладки конструкцій фундаменту;

б – загальний вигляд;

1 – армований шов;

2 – стіна;

3 – фундаментний блок;

4 – блок-подушка;

5 – ділянка що бетонується на місці;

6 – піщана підготовка

*Збірний* *фундамент*

	https://youtu.be/tFRFK7WD-GE

Блоки-подушки виготовляють завтовшки 300, 400 мм та завширшки від 1000 до 2800 мм, а блоки стін – завширшки 300, 400, 500 і 600 мм, заввишки 580 і довжиною 780 і 2380 мм.

Під час будівництва великопанельних будівель і будинків з об'ємних блоків застосовують фундамент, що складається із залізобетонної плити завтовшки 300 мм, завдовжки 3,5 м і встановлених на неї панелей, що являють собою наскрізні безроскісні залізобетонні форми завтовшки 240 мм і заввишки, рівною висоті підвального приміщення. З'єднують один з одним за допомогою зварювання закладних деталей.

Якщо необхідно забезпечити незалежне осідання двох суміжних ділянок будинку, то під час улаштування збірних фундаментів блоки укладають так, щоб вертикальні шви збігалися.

У місцях пропуску трубопроводів (водопроводу, каналізації і т. ін.) у монолітних фундаментах заздалегідь передбачають відповідні отвори, а в збірних – між блоками необхідні зазори з наступним їхнім закладанням.

Стовпчаті фундаменти. За невеликих навантажень на фундамент, коли тиск на основу менший від нормативного, доцільно влаштовувати стовпчаті фундаменти. Фундаментні стовпи можуть бути бутовими, бутобетонними і залізобетонними (рис. 4.2.9).

Рис. 4.2.9. Стовпчасті фундаменти:

1 – залізобетонна

фундаментна балка;

2 – підсипання;

3 – вимощення;

4 – гідроізоляція;

5 – цегяний стовп;

6 – блок-подушки;

7 – бетонна плита;

8 – залізобетонна колона;

9 – башмак стаканного типу;

10 – плита;

11 – блок-стакан

Відстань між осями фундаментних стовпів приймають 2,5 – 3,0 м, а якщо ґрунти міцні, то ця відстань може складати і 6,0 м. Стовпи розташовують обов'язково під кутами будинку, в місцях перетину і примикання стін та під простінками. Січення стовпчастих фундаментів у всіх випадках має бути не менш: бутових і бутобетонних – 0,6х0,6 м; бетонних – 0,4х0,4 м.

Стовпчасті фундаменти під стіни зводять також у будинках великої поверховості за значної глибини закладання фундаментів (4 – 5 м), коли влаштовувати стрічковий фундамент недоцільно через велику витрату будівельних матеріалів.

Стовпи перекривають залізобетонними фундаментними балками. Для захисту їх від сил здимання ґрунту та від вільного осідання їх, під ними роблять піщану або шлакову підсипку 0,5 – 0,6 м завтовшки (рис. 4.2.10).

а – план фундаментів;

б – монолітний фундамент під

монолітну колону;

в – збірний фундамент

із башмака стаканного типу;

г – збірний фундамент

із блока-стакана та опорних плит;

д – розріз;

1 – башмак стаканного типу;

2 – збірна залізобетонна колона;

3 – монолітний ступінчастий фундамент;

4 – монолітна колона;

5 – піщана підготовка;

6 – цементний розчин;

7 – збірні залізобетонні опорні плити;

8 – цокольна панель

Рис. 4.2.10. Стовпчасті фундаменти під колони

Рис. 4.2.11. Суцільні фундаменти:

1 – колона;

2 – залізобетонна стрічка;

3 – залізобетонна стрічка;

4 – бетонна підготовка

Суцільні фундаменти влаштовують під усією площею будівлі у вигляді масивної монолітної залізобетонної плити, яка забезпечує рівномірне осідання всієї будівлі й може захищати підлогу підвалу від значного тиску ґрунтових вод (рис. 4.2.11).

Їх споруджують у багатоповерхових будівлях за великих навантажень від будівлі та слабких і неоднорідних ґрунтах.

Фундаментна плита може бути плоскою або ребристою з розташуванням ребер під несучі стіни або колони.

Ребриста конструкція забезпечує зниження витрат сталі та бетону, але вимагає більших затрат праці, ніж суцільна (плитна).

Під час виконання фундаментів із суцільних плит спрощується опалубка, арматурні роботи, підвищується механізація бетонних робіт. Завдяки меншій трудомісткості фундаменти з плит суцільного перерізу мають більше застосування в будівництві.

Товщину фундаментної плити визначають залежно від прольоту несучих конструкцій та типу плити й становить для ребристих плит 1/8 – 1/10 прольоту, а для суцільної плити 1/6 – 1/8 прольоту.

У практиці будівництва під інженерні споруди (телевізійні вежі, димарі та ін.) застосовують суцільні фундаменти коробчастого типу.

*Плитний* *фундамент*

	https://youtu.be/ATBSxiMkajY


*стовпчатий*	*суцільний*

Пальові фундаменти використовують під час будівництва на слабких стисливих ґрунтах, а також у випадках, коли досягнення природної основи економічно чи технічно недоцільне через велику глибину закладання. Крім того, ці фундаменти застосовують і для будинків, що зводять на досить міцних ґрунтах, якщо використання паль дозволяє одержати більше економічне рішення.

За способом передачі вертикальних навантажень від будинку на ґрунт, палі поділяють на палі-стійки та висячі палі. Несуча здатність паль, їх розміри, кількість і розташування в обох випадках визначають розрахунком.

Палі, що проходять слабкі шари ґрунту та спираються своїми кінцями на міцний ґрунт – палі-стійки (рис. 4.2.12), а палі, які не досягають міцного ґрунту та передають навантаження на ґрунт тертям, що виникає між бічною поверхнею палі і ґрунтом, називають висячими (рис. 4.2.12, б, в).

Рис. 4.2.12. Види пальових фундаментів:

1 – паля забивна; 2 – ростверк; 3 – паля набивна

За способом занурення в ґрунт палі є забивні й набивні. Забивні палі виготовляють на заводах і заглиблюють методом забивки, вдавлювання або вібрації. За матеріалом забивні палі є: залізобетонні та дерев'яні.

Найбільш поширені в сучасному будівництві залізобетонні забивні палі. Під час їх забивання верхню частину палі, яка руйнується, зрізають і посилюють збірним залізобетонним оголовком, а порожнину між оголовком і палею замонолічують. Завершує фундаментну стіну армований бетонний пояс завтовшки 100 – 150 мм.

Для захисту дерев'яної палі від розмочалювання під час забивання на верхній кінець її надягають стальний бугель, а на нижній – стальний башмак. За дерев'яних паль ростверк також роблять із дерева.

За перерізом забивні палі є:

- призматичні залізобетонні суцільного перерізу (рис. 4.2.13), розмірами 200x200 і 300x300 мм, завдовжки 3 – 12 м;

- призматичні залізобетонні з круглою порожниною, розмірами 250x250 і 300x300 мм, завдовжки 4 – 12 м;

- трубчасті залізобетонні, діаметром 400 – 800 мм, завдовжки 4 – 12 м;

- дерев'яні з колод хвойних порід, діаметром у верхньому відрубі не менше 180 мм, їх застосовують тільки в ґрунтах зі сталою вологістю, стовбур покривають бітумною мастикою, забивають нижче рівня ґрунтових вод, щоб уникнути загнивання;

- пірамідальні – з верхнім перерізом 300x300 мм і нахилом бокових граней до 14°, завдовжки 5 – 12 м. Вони мають більшу несучу здатність за призматичні палі.

Рис. 4.2.13. Фундамент із забивних паль:

а – розріз фундаменту;

б – залізобетонна суцільна призматична паля;

в – паля з круглою порожниною;

г – паля трубчаста;

д – дерев'яна паля;

є – залізобетонна пірамідальна паля;

1 – забивна паля;

2 – залізобетонний ростверк;

3 – гідроізоляція;

4 – стіна;

5 – стальний бугель;

6, 7 – стальний башмак

Набивні палі (рис. 4.2.14) виготовляють із монолітного бетону, укладеного в попередньо пробурені свердловини, об'єднані зверху ростверком і діаметром 400 – 700 мм, завдовжки не менше 10 м. Нижня частина палі може бути поширена, їх влаштовують на будівельному майданчику.

Рис. 4.2.14. Набивні палі та фундаменти у витрамбуваних котлованах:

а – розріз фундаменту з набивної палі;

б – буронабивна паля з однаковим перерізом ствола;

в – те саме, з уширеною п'ятою;

г – витрамбуваний котлован;

1 – набивна паля;

2 – залізобетонний ростверк;

3 – гідроізоляція;

4 – стіна;

5 – уширена п'ята;

6 – ущільнена зона фундаменту

Буронабивні палі (рис. 4.2.14) влаштовують у сухих ґрунтах без кріплення стінок свердловин; у вологих ґрунтах – зі закріпленням стінок свердловин глинистим розчином або обсадними трубами, що виймаються. Для збільшення несучої здатності буронабивних паль їх виконують з уширеною (камуфляжною) п'ятою.

За матеріалом виготовлення забивні палі є залізобетонні, металеві, дерев'яні.

Набивні палі виготовляють безпосередньо на будівельному майданчику.

Для фундаментів у витрамбуваних котлованах, котловани утворюють під окремі фундаменти спеціальним трамбуванням з послідовним їх заповненням бетонною сумішшю. Утрамбована зона ґрунту, яка виникла як результат трамбування, дозволяє фундаменту за невеликої глибини сприймати значні навантаження.

По верху палі з'єднують між собою залізобетонним ростверком, який може бути збірним або монолітним (рис. 4.2.15). По дерев'яних палях ростверк виконують з дерева. Ростверк забезпечує рівномірну передачу навантаження від будівлі. Монолітні ростверки улаштовують під цегляні та великоблочні будівлі, збірні – під великопанельні будівлі. Ширина ростверку приймається рівною товщині стіни, але не меншою 400 мм за висоти 400 – 500 мм.


*Рис. 4.2.15. Розташування паль під будівлею:*
*а – однорядне розташування паль у плані та у розрізах;* *б – шахове;* *в – дворядне для будівель з кам'яними стінами;* *г – кущ паль під колону;* *д – ростверки (монолітний і збірний);*	*1 – паля;* *2 – залізобетонний збірний ростверк;* *3 – стіна;* *4 – арматура голови палі;* *5 – щебенева або бетонна підготовка;* *6 – монолітний залізобетонний ростверк;* *7 – колона;* *8 – збірний залізобетонний оголовок палі;* *9 – бетон;* *10 – стінові блоки*

Розміщення паль під будівлю визначає конфігурація його фундаменту в плані й залежить від величини діючих навантажень, ґрунтових умов і характеру роботи палі в ґрунті.

За глибиною закладання палі є: короткі (3 – 6 м) та довгі (понад 6 м). Під колони палі розміщують у вигляді куща (групами). Мінімальна кількість паль під колону 3, максимальна не регламентується (рис. 4.2.15).

За пальових фундаментів з низьким ростверком (в будівлях без підвалу) підошва ростверку має бути на 0,15 м нижче планувальних позначок.

У будівлях з підвалами ростверк під зовнішні стіни закладають так, щоб позначка підошви була на рівні позначки підлоги підвалу; а під внутрішні стіни – з позначкою верху, рівною позначки підлоги в підвалі.

Залежно від несучої здатності і конструктивної схеми будинку, палі розміщують в один чи кілька рядів або кущами.

У панельних будівлях з малим кроком поперечних стін і перекриттям розміром на кімнату застосовують безростверкові пальові фундаменти (рис. 4.2.16).

Рис. 4.2.16. Безростверкові польові фундаменти в панельних будівлях:

1 – паля;

2 – оголовок;

3 – цокольна панель

При цьому роль поздовжніх ростверків виконують зовнішні цокольні панелі, роль поперечних – поперечні стіни першого поверху, а панелі перекриття на рівні підлоги першого поверху спираються на оголовки паль. Ця конструкція вимагає розміщення верхньої опорної поверхні оголовків з точністю 7 – 10 мм. Кожна панель несучих стін технічного підпілля та першого поверху має спиратися вдовж не менше ніж на дві палі. Палі не мають розміщувати під прорізами.

Безростверкове рішення пальових фундаментів забезпечує достатню надійність будівлі та зменшує вартість, трудомісткість і витрати матеріалу порівняно з ростверковим рішенням.

Пальові фундаменти застосовують під час будівництва на слабких стисливих ґрунтах, у складних геологічних умовах; під час зведення будівель підвищеної поверховості з великими навантаженнями незалежно від типу ґрунту; під час будівництва безпідвальних будівель. Їх можуть використовувати не тільки на слабких ґрунтах, а й на достатньо міцних. Влаштування пальових фундаментів, навіть на природній основі, за вартістю трудомісткості та витрат матеріалу значно ефективніше стрічкових збірних фундаментів.

*Горизонтальні* *впливи*

	https://youtu.be/bBHNQyev0Zs

Вибір того чи іншого виду фундаменту визначається як результат техніко-економічного порівняння.

Додаткові завдання до розділу ІІ (тема 4.2)

4.3. Проєктування підвалів. Технічні підпілля

Розрізняють три типи підземної частини цивільних будинків: з підвалом, з технічним підпіллям і без підвалу.

Приміщення заввишки понад 2 м, призначене для господарських потреб, називають підвалом (рис. 4.3.1, б), а за меншої висоти – технічним підпіллям (рис. 4.3.1, а).

Рис. 4.3.1. Підземні поверхи будівлі:

а – технічне підпілля;

б – підвал;

1 – вимощення;

2 – траншея з прокладеними комунікаціями

У підвалах розміщують інженерні комунікації, що забезпечують нормальну експлуатацію будинку. Однак, сьогодні у зв'язку з індивідуальним теплопостачанням, кількість будинків з підвалами скоротилася. Для прокладання інженерних мереж і комунікацій всередині будинку влаштовують технічні підпілля. Це створює не тільки зручність їхньої експлуатації, але й знижує витрати на будівництво будинку загалом.

Під час зведення будинків без підвалів вартість підземної частини зменшується. Але слід мати на увазі, що необхідно влаштовувати заглиблені приміщення для вузлів керування інженерними комунікаціями (ведення електроенергії, водопроводу, тепломережі).

Зовнішні стіни підземної частини підвалів зазвичай виконують з тих самих матеріалів, що і фундаменти безпідвальних будинків. Вони мають мати достатню стійкість проти горизонтального тиску ґрунту, а за опалювальних підвалів – також відповідати належним теплотехнічним властивостям. Для освітлення і провітрювання підвалів у їхніх зовнішніх стінах влаштовують вікна, розташовані нижче рівня землі, а перед вікнами – колодязі, що називаються приямками.

Входи в підвальні поверхи можна робити всередині будівлі в місці сходової клітки або у вигляді відкритих назовні одномаршових сходів, які розташовують в особливих приямках. Ці сходи примикають до зовнішньої стіни і захищені підпірною стінкою.

Для захисту від опадів приямки можуть бути перекриті або обгороджені прибудовою.

Особливу увагу під час влаштування підвалів, як і взагалі під час зведення фундаментів, слід приділяти й їхній гідроізоляції. Для безпідвальних будинків це важливо, якщо ґрунтові води агресивні.

Захист від ґрунтової вологи здійснюється влаштуванням горизонтальної і вертикальної гідроізоляції (рис. 4.3.2).

Рис. 4.3.2. Ізоляція будинку від ґрунтової вологи:

а, б – гідроізоляція за відсутності напору ґрунтових вод

(а – будинок без підвалу;

інші рисунки – з підвалом);

1 – горизонтальна гідроізоляція;

2 – вертикальна гідроізоляція;

3 – вимощення;

4 – стіна підвалу;

5 – бетонна підготовка;

6 – обмазка гарячим бітумом;

7 – м'ята жирна глина;

8 – чиста підлога;

9 – гідроізоляційний килим;

10 – захисна стіна;

11 – бетон;

12 – залізобетонна плита

Горизонтальну гідроізоляцію виконують з двох шарів толю або руберойду, склеєних відповідно дьогтевою чи бітумною мастикою, або шару цементного розчину (склад 1:2 з добавкою церезиту) завтовшки 2 – 3 см. Також іншими гідроізоляційними матеріалами на гнилостійких основах (бризол, гідроізол, склоізол і т. ін.). Вертикальну гідроізоляцію здійснюють ретельним фарбуванням зовнішніх поверхонь стін фундаменту, що стикаються з ґрунтом, гарячим бітумом. За висоти рівня ґрунтових вод від 0,2 до 0,8 м застосовують обклеювальну ізоляцію, що складається з двох шарів руберойду на бітумній мастиці. Рекомендується також для стін підвалів додаткове влаштування глиняного замка з шару м'ятої зволоженої глини. Існують також інші способи влаштування гідроізоляції (рис. 4.3.3).

Рис. 4.3.3.

Способи влаштування гідроізоляції будинку від ґрунтової вологи

За наявності агресивних вод, фундаменти виконують з бетону на пуцолановому портландцементі і шлакопортландцементі. Щоб запобігти потраплянню дощових і талих вод до підземних частин будівлі, виконують розпланування поверхні ділянки під забудову, створюючи необхідний ухил для відведення поверхневих вод від будинку. Навколо будівлі, вздовж зовнішніх стін влаштовують вимощення зі щільних водонепроникних матеріалів (асфальт, асфальтобетон, бетон і т. ін.), ширина вимощення приймається не менше 0,5 м з ухилом від будинку 2 – 3%.

Гідроізоляцію надземної частини стіни влаштовують на рівні не менше 150 мм вище спланованої поверхні землі вдовж всієї товщини зовнішніх і внутрішніх стін.

Сучасну гідроізоляцію за матеріалом умовно поділяють на:

- полімерцементну;

- полімерну;

- мінеральну;

- мастикову бітумно-полімерну на водній основі;

- мастикову бітумно-полімерну на органічних розчинах.

До гідроізоляційних матеріалів на полімерцементній основі належать цементно-піщані розчини з добавками полімерів: латексів, вінілацетатних, поліуретанових емульсій або синтетичних смол. Вони можуть бути армовані мікрофіброю скловолокна, нейлону, базальтового або поліефірного волокна.

Полімерцементні гідроізоляційні матеріали Cerezit мають чимало переваг порівняно з бітумовмісними – це висока адгезія до мінеральних основ, міцність, опірність стиранню; вони паропроникні, їх наносять на вологі основи; не містять токсичних речовин.

Важливою технологічною особливістю полімерцементних гідроізоляційних покриттів є те, що на них можна укладати опоряджувальні матеріали (облицювальну плитку, декоративну штукатурку, фарбувати їх і т. ін.) без улаштування перехідних допоміжних шарів.

Полімерні гідроізоляційні матеріали є пластичними сумішами зв'язника, добавок, наповнювачів і барвників. Як зв’язник використовують смоли, як добавки – затверджувачі, пластифікатори, розчинники. Для створення тріщинозахисної системи до полімерних композицій додають зміцнювальну тканину.

Полімерні гідроізоляційні матеріали на відміну від полімерцементних еластичні, здатні перекривати тріщини в основах, мають вищий ступінь водопроникності. За епоксидного зв'язнику їх застосовують для влаштування гідроізоляції в приміщеннях, що експлуатуються в агресивних середовищах. Через високу еластичність їх використовують для гідроізоляції будівельних конструкцій, що піддаються деформаціям, наприклад поліуретанові композиції. Ці матеріали високотехнологічні, але потребують дуже ретельного підготування основ під гідроізоляцію.

Мастикові бітумно-полімерні матеріали на водній основі – високотехнологічні, для їх нанесення не потрібні спеціальні інструменти (можна наносити щіткою та шпателем). Консистенція мастик дає змогу наносити їх на нерівні поверхні. Мастики на цій основі еластичні, здатні затуляти тріщини.

Окрім гідроізоляції потрібно виконувати утеплення фундаменту, адже це гарантує зниження експлуатаційних витрат і підвищує рівень комфорту проживання в будинку.

По-перше, утеплена основа будівлі дозволяє зменшити тепловтрати, відповідно, зменшити витрати на опалення, а це, як правило, найбільша стаття витрат. Це означає, що фундамент не потріскається, не деформується і не потребуватиме вкладення значних коштів на ремонт.

Найкраще утеплювати фундамент під час зведення будинку. Яка б основа не була, набагато простіше провести всі необхідні роботи поетапно. Втім, існують технології, що дозволяють виконати утеплення фундаменту готового будинку, тільки при цьому доведеться запланувати досить великі земляні роботи. Втім, скорочення витоку тепла через основу (а воно може досягати 20%) все одно того варте.

Пінопласт – сумнівний вибір під час влаштування теплоізоляційного шару, ефективність пінопластового утеплювача до 20 років експлуатації падає приблизно на третину. Для утеплення фундаменту і підлоги по ґрунту оптимально обирати теплоізоляційні плити з гладкою поверхнею – екструзійний пінополістирол (XPS) – листовий матеріал (рис. 4.3.4).

Рис. 4.3.4. Влаштування утеплення та гідроізоляції фундаменту будинку за різних конструктивних типів фундаменту

Додаткові завдання до розділу ІІ (тема 4.3)

В умовах сьогодення фундаменти будівель рекомендується закладати на одному рівні з метою уникнення зміни частоти власних коливань. У будівлях підвищеної поверховості слід збільшувати глибину закладання влаштуванням додаткових підземних поверхів.

У разі виникнення горизонтальних ударних хвиль поверхня ґрунту може відчувати розтягування і стиснення в різних напрямках, що може спричинити зрушення фундаментів один відносно одного, тому для запобігання зрушенню і стійкості фундаментів рекомендується зводити суцільні плитні фундаменти або безперервні фундаменти з перехресних стрічок, які влаштовують у збірному або монолітному варіантах. Для посилення збірних фундаментів по верху подушки вкладають арматурні сітки і також перев’язку блоків у кутах і перетинах, армують все сполучення стін підвалів. Фундаменти каркасних будинків допускається встановлювати на окремі фундаменти, які з’єднують один з одним залізобетонними вставками.

Для запобігання руйнуванню будівлі, по обрізу фундаменту гідроізоляцію стін необхідно виконувати у вигляді цементного шару. Застосування гідроізоляції на бітумній основі не дозволяється.

У разі використання пальових фундаментів необхідно жорстко затискати палі у безперервний ростверк для сприйняття горизонтальних зусиль, при цьому слід максимально спирати нижні кінці паль на щільні ґрунти. Вплив горизонтальних навантажень на роботу пальових фундаментів, обраховують за допомогою знижувальних коефіцієнтів умов роботи, за розрахунку несучої здатності основи за боковою поверхнею і під вістрям палі.

Найбільш несприятливими основами є водонасичені піски, здатні розріджуватися і призводити до завалу будівель, тому їх слід використовувати як основи тільки після попереднього ущільнення вібрацією, піщаними палями або будь-яким іншим способом.

Проєктування і влаштування фундаментів з урахуванням горизонтальних впливів гарантують збереження будівлі чи споруди за умов, якщо і надземну частину будівлі буде зведено з врахуванням цих навантажень.