Введение

Здания и сооружения играют важную роль в жизни современного общества. Можно утверждать, что уровень цивилизации, развитие науки, культуры и производства в значительной мере определяются количеством и качеством построенных зданий и сооружений.

Жизнь и быт людей обусловливаются наличием необходимых зданий и сооружений, их соответствием своему назначению, техническим состоянием.

Строительство в нашей стране ведется в очень больших масштабах. Только жилых зданий возводится больше, чем во всех странах Западной Европы вместе взятых. Ежегодно у нас сдается в эксплуатацию 2,1 млн. квартир и более 10 млн. граждан улучшают свои жилищные условия. Именно поэтому строительство в нашей стране является третьей по масштабам после промышленности и сельского хозяйства отраслью народного хозяйства.

Каждое здание или сооружение представляет собой сложный и дорогостоящий объект, состоящий из многих конструктивных элементов, систем инженерного оборудования, выполняющих вполне определенные функции и обладающих установленными эксплуатационными качествами.

Основным направлением экономического и социального развития города предполагается значительное увеличение объемов капитального строительства, так как возведение жилых зданий сопровождается сооружением общественных зданий, школ, предприятий общественного питания. Необходимая надежность оснований и фундаментов, уменьшения стоимости строительных работ, в условиях современного градостроительства, зависит от правильной оценки физико-механических свойств грунтов, слагающих основания, учета его совместной работы с фундаментами и другими надземными строительными конструкциями.

1. История возведения фундаментов

Фундаменты начали возводить еще в глубокой древности, одновременно с развитием строительства. Большое место среди фундаментов занимали свайные постройки, которые устраивались в устьях рек и предназначались для защиты от зверей и врагов. В дальнейшем назначение свай изменилось, однако они широко применялись. Сооружения, построенные на хороших основаниях, отличаются большой долговечностью, некоторые из них сохранились до наших дней. В качестве примера можно привести пирамиду Хеопса, вес ее около 6 млн. тонн, нагрузка на основание в среднем - 12 кг/см². Уже в глубокой древности имелись труды по фундаментостроению. Так, римский инженер Витрувий (1 век до н.э.) дал указание в своих трудах по практическому возведению фундаментов. В древних летописях нашей страны также найдены указания по возведению фундаментов. Однако все данные были основаны только на основании опыта возведения фундаментов, и не было никаких теоретических основ расчета фундамента и оснований. В XVIII веке сильно шагнула вперед наука во всех областях, появились первые теоретические разработки науки фундаментостроения.

В 1773 году французский ученый Кулон дал теорию расчета сопротивления грунтов сдвигу, а так же формулу для расчета давления грунта на подпорную стенку.

В 1841 году французский ученый Трижо предложил способ возведения кессонных фундаментов. В XIX веке был открыт железобетон, он стал ведущим в возведении фундаментов.

В 1809 году было открыто явление электроосмоса, которое заключается в том, что частицы воды двигаются в направлении отрицательного заряда. В дальнейшем это явление нашло большое практическое применение в основаниях для разработки котлованов в водонасыщенных грунтах.

2. В 1899 году киевский ученый А.Э. Страус предложил набивные сваи, которые устраиваются в пробуренных скважинах. Позднее предложил опускать в скважины арматуру, и затем заливать их бетоном. Первый научный труд «Основания и фундаменты» был написан в 1869 году Карловичевым, в котором были приведены все известные положения. Много сделано в развитии науки об основаниях и фундаментах после Октябрьской революции: в 1929 году был образован сектор оснований и фундаментов, который был преобразован в институт оснований и фундаментов.

2. Виды фундаментов

• Ленточные фундаменты

Ленточные фундаменты обычно возводят при строительстве зданий с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также в случаях, когда под домом устраивают подвал или теплое подполье, целесообразно также устройство ленточных фундаментов при мелком заложении (до 0,5-0,7 м). в сухих грунтах, даже если здание строят без подвала и подполья. Поскольку у них одинаковая толщина по всему периметру дома, то это позволяет сравнительно легко образовать теплое подполье. Оправдано применение ленточных фундаментов и в зданиях с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также при устройстве подвала.

• Столбчатые фундаменты подводят под деревянные дома с легкими стенами и без подвалов – рубленые, каркасные, щитовые.

Столбы ставятся по углам дома, в местах пересечения стен, под несущими стенами и тяжелыми перегородками. Такие фундаменты не подходят для глинистой почвы, болотистых мест и почвы, где рядом проходят грунтовые воды. Вместе с тем у столбчатых фундаментов есть и особенности, мешающие в ряде случаев их применению. Так, в горизонтально-подвижных грунтах недостаточна их устойчивость к опрокидыванию, а потому необходима жесткая верхняя обвязка, которая препятствует боковому сдвигу. Ограничено их применение на слабонесущих грунтах при строительстве домов со стенами из тяжелых конструкций. Кроме того, возникают сложности и при устройстве цоколя. Если в ленточных фундаментах образовать цоколь, являющийся их продолжением, довольно просто, то при столбчатых опорах заполнение пространства между ними, стеной и землей (заборка) довольно трудоемко.

• Плитные фундаменты сооружают на тяжелых пучинистых и просадочных грунтах. Они имеют жесткую конструкцию - одну плиту, выполненную под всей плоскостью здания. Такие фундаменты хорошо выравнивают все вертикальные и горизонтальные перемещения грунта. Возведение плитных фундаментов практикуется в основном в малоэтажном строительстве при небольшой и простой форме плана здания. Плитные фундаменты достаточно дороги из-за большого объема бетона и расхода металла на арматуру.

Плитные фундаменты являются разновидностью мелкозаглубленных ленточных фундаментов, но в отличие от них имеют жесткое пространственное армирование по всей несущей плоскости, позволяющее без внутренней деформации воспринимать знакопеременные нагрузки, возникающие при неравномерном перемещении грунта.

• Свайный фундамент

Сваи – это столбы с заостренным нижним концом. Их забивают или вворачивают в землю. По понятным причинам винтовые сваи более устойчивы. Они подобны гигантским шурупам, но вкручиваются с помощью малогабаритного оборудования.

Подобная технология способствует сохранению первозданного ландшафта и оказывает минимальное техногенное воздействие на строительной площадке и вокруг нее.

Свайные фундаменты используют там, где верхний слой грунта не может выдержать большую тяжесть, а снимать его до более плотных слоев и ставить фундамент на них оказывается слишком дорогой затеей – по той причине, что они начинаются чересчур глубоко. Проходя сквозь слабые слои грунта, свая упираются в более твердые, и передает им нагрузку от здания. Несущая способность одной сваи обычно находится в пределах от 2 до 5 тонн, т.е. это подходящий вариант для крупногабаритного строительства. Но иногда сваи не забивают и не вворачивают, а изготовляют непосредственно в грунте. В этом случае бурят скважину, вставляют арматурный каркас или полые трубы, после чего скважину заливают бетоном. Затем бетон обязательно уплотняется утрамбовкой или вибрацией. Чем такие сваи отличаются от столбов, образующих фундаменты столбчатого типа? Принципиально ничем, только размером и несущей способностью. В данном случае свая – это большой стол

Их также используют при высоком уровне стояния грунтовых вод и на плывунах. Свайные фундаменты характерны, для Венеции и Санкт-Петербурга.