Устройство и формы столбчатых фундаментов
Столбчатые фундаменты представляют собой конструкцию, состоящую из двух основных частей: нижней несущей подземной части и надземного подколонника. Нижняя часть, которая бетонируется в узких траншеях, может иметь разнообразные формы поперечного сечения: прямоугольную, крестообразную, сдвоенную, двутавровую или коробчатую. Форма продольного сечения напрямую зависит от технологии разработки грунта и может быть прямоугольной, прямоугольной с закругленной подошвой или полностью криволинейной.
Прямоугольное сечение траншеи возможно получить только в твердых или скальных грунтах при использовании плоского грейферного ковша или специального оборудования с горизонтальными рабочими органами. В большинстве же случаев, при разработке обычными грейферами, дно траншеи приобретает криволинейную форму, повторяющую траекторию движения челюстей ковша. Применение ковша типа «обратная лопата» также приводит к образованию криволинейного профиля траншеи, что требует от машиниста особых навыков для обеспечения симметрии. Толщина стенок фундамента с прямоугольным сечением обычно составляет от 0.5 до 1.0 метра, в то время как для более сложных форм (сдвоенных, крестообразных) она может быть уменьшена до 15–20 см.
Геометрические параметры и конструктивные решения
Длина фундамента определяется возможностями землеройной техники: при использовании штанговых грейферов она составляет 2–2.5 м, а с ковшом «обратная лопата» — 3–5 м. Глубина заложения может варьироваться в широких пределах: от 2–3 до 20–25 метров и более. Подколонник, верхняя часть фундамента, может располагаться по-разному: опираться на обрез подземной части, быть заглубленным в нее или находиться внутри тела фундамента.
Наиболее простое и распространенное решение — это отдельно стоящая прямоугольная стенка с опирающимся подколонником. Оно особенно эффективно, когда отметка планировки близка к естественному рельефу или выполнена подсыпкой. В таком случае высота подколонника редко превышает 1.2–1.4 м, что позволяет существенно (на 30–50%) сократить объем земляных работ по сравнению с традиционными фундаментами глубокого заложения. Объем опалубочных работ при этом снижается в 2–2.5 раза.
Однако у этого решения есть и недостаток: минимальная толщина подземной части обычно принимается не менее 0.5 м, что не всегда экономически оправдано при малых нагрузках. В результате общий объем бетона в таких щелевых фундаментах лишь на 5–6% меньше, чем у фундаментов на естественном основании, хотя расход арматуры сокращается на 10–15%.
Усиление узлов и оптимизация конструкций
Для усиления соединения подколонника с фундаментом при действии значительных внецентренных нагрузок подколонник можно заглубить. Это позволяет установить отогнутую арматуру, что повышает прочность узла и может уменьшить высоту подколонника на 10–15%. Еще более прогрессивным решением является расположение подколонника непосредственно в теле фундамента, что минимизирует объем земляных работ для пионерного котлована. Хотя такая технология требует устройства дополнительного приямка для монтажа опалубки и арматуры, она может стать высокоэффективной при использовании современных методов, например, вытрамбовывания или бурения.
В случаях, когда размеры подколонника велики (например, под двухветвевые колонны или при больших нагрузках), применяют фундаменты из сдвоенных стенок с общим ростверком. Одним из самых эффективных типов считается крестообразный фундамент. Его преимущества включают удобное армирование, возможность использования тонких стенок, минимальное количество типоразмеров и переменную глубину заложения для регулирования несущей способности.
Фундаменты под стальные колонны и облегченные узлы
Для стальных колонн щелевые фундаменты могут проектироваться как с подколонником, так и без него, в зависимости от базы колонны и схемы анкеровки. Расход материалов при этом сопоставим с фундаментами под железобетонные колонны. В каркасных зданиях с небольшими нагрузками широко применяются облегченные узлы сопряжения колонн с фундаментами. Они выполняются путем сварки арматурных выпусков, установки закладных деталей или монтажа арматурных стержней с последующим замоноличиванием. Такие решения снижают материалоемкость, упрощают монтаж и практически исключают работы по обратной засыпке.
Повышение эффективности и ленточные фундаменты
Основным недостатком щелевых фундаментов неглубокого заложения является некоторое снижение несущей способности из-за разуплотнения грунта при копке траншей. Для компенсации этого эффекта применяют ряд технологических приемов: создание пустот в теле фундамента с последующим заполнением их упрочняющими материалами, использование бутобетона, трамбовку или втрамбовывание щебня в дно траншеи, а также устройство фундаментов в предварительно вытрамбованных траншеях.
Ленточные фундаменты под стены целесообразно выполнять из монолитного железобетона ниже отметки пола подвала. Их можно устраивать в виде сплошных или прерывистых лент, а также усиливать монолитными поясами. В каркасных зданиях с подземными помещениями ленточные фундаменты часто совмещают функции несущих и ограждающих конструкций, представляя собой систему столбчатых фундаментов, соединенных стенками. Заполнение между подколонниками может быть монолитным, сборным или комбинированным. Технология вытрамбовывания траншей также эффективна и для ленточных фундаментов, особенно в сельскохозяйственном и индивидуальном жилищном строительстве.