Фундамент для крупнопанельного дома
За последние годы в строительстве нашли широкое применение крупнопанельные здания. Характерной особенностью крупнопанельных зданий является их большая жесткость, в силу чего при неравномерных деформациях основания в конструкциях возникают большие дополнительные усилия. Неравнопрочно сть панелей и стыков между ними, более полное использование несущей способности материала в конструкциях, а также небольшие опорные площади опираний элементов способствуют нарушению устойчивости крупнопанельных зданий при неравномерных осадках. Отсюда вытекает повышенное требование к конструкциям фундаментов, которые должны обеспечивать минимальную неравномерность осадки.
Вторая особенность крупнопанельных вданий состоит в том, что темпы возведения их основных несущих конструкций очень высоки. Вследствие этого основная часть осадки приходится на послемонтажный период и действию неравномерных деформаций основания подвергается все здание.
Наконец, конструкции фундаментов но аналогии с конструкциями наземной части здания должны отвечать требованием индустриализации их выполнения.
В настоящее время имеется ряд проектов крупнопанельных зданий с различными конструктивными схемами. В крупнопанельном доме серии 1-464 (институт Гипрострой- шадустрия) предусмотрены поперечные несущие стены с шагом между ними 2,6 и 3,2 м. Наружные стены самонесущие. При такой схеме передача нагрузки на основание — линейная. Величина погонной нагрузки, вследствие частого расположения несущих стен и небольшого собственного веса элементов здания, оказывается небольшой (6—10 г). Фундаменты несущих стен устраиваются из плоских железобетонных подушек, укладываемых прерывисто, и железобетонных стеновых панелей, аналогичных внутренним панелям наземной части. Наружные стены опи раются на самостоятельный ленточный фундамент, собираемый из сплошных блоков.
В .зависимости от этажности и нормативного давления на грунт назначается ширина фундамента и допускаемый вылег консоли
Для пятиэтажных домов при нормативном давлении на грунт свыше 2 кг/см2 и для четырехэтажных домов при R = =Л,5 кг/см2 ширина фундаментов принимается во всех случаях равной 600 мм. Фундаментные подвальные стены устраивают из сплошных железобетонных панелей пяти типоразмеров. Толщина панелей 140 мм. Высота панелей 1330 мм, а длина от 1650 до 5820 мм: Панели по контуру армируются сварными каркасами из двух продольных’ стержней диаметром 6 мм. В верхней торцовой чг- сти панели имеют закладные детали, с помощью которых происходит соединение панелей между собой. Общий расход арматуры на одну панель составляет от 6 до 14 кг. Панели изготовляют из бетона марки 150. Применение утоненных элементов сокращает расход бетона по сравнению с крупноблочными фундаментами. Однако большая высота стеновых элементов затрудня ет привязку еданий.
В принятой конструктивной схеме здания поперечная жесткость оказывается выше, чем продольная. Поэтому ‘необходимые жесткость и прочность в продольном направлении должны обеспечиваться конструкцией фундаментов, например усилением внутренних и наружных продольных’панелей подземной части и мест их стыкования.
В целях уменьшения расхода бетона при возведении- фундаментов С АКБ разработало решетчатые фундаментные’ стеновые панели под несущие поперечные стены ( 53).-Такое решение сокращает расход бетона на панели примерно в 2 раза по сравнению со сплошными. Однако в этом случае требуется применять больше арматуры высокого качества. Наружные панели в этом случае опираются на фундаментные подушки’ поперечных фундаментов.Фундаменты крупнопанельного дома серии 1-468р Горстрой- проекта под внутренние поперечные несущие стены решены в виде плоских железобетонных плит и утоненных панелей. Фундаментные плиты укладываются с таким расчетом, чтобы общая длина фундамента была больше ширины здания. В результате образуются выпуски, выходящие за грань наружной стены на 0,3—0,4 м. На концах этих плит устанавливаются ребристые панели наружных стен. Фундаментные плиты запроектированы различных. В зависимости от грунта основания могут быть запроектированы фундаменты трех вариантов. Если на площадке строительства залегают грунты, попадающие в одну из групп предусмотренных вариантов, то применяется типовое решение. Если же грунты участка строительства не предусмотрены ни в одном из вариантов, то производится расчет фундаментов по действующим нормам.
Дома серий 1-463 и 1-465 имеют три продольные несущие стены. В этих зданиях предусмотрено применение ленточных фундаментов по типу тех, которые устраиваются в кирпичных, т. е. из типовых элементов.
Дом серии 1-335 (Ленинградское отделение Горстройпроек- та) имеет схему неполного каркаса: с двумя продольными наружными несущими стенами и одним рядом внутренних колонн. Перекрытия укладываются по ригелям, которые в свою очередь опираются на наружные стены и колонны. В этом случае имеет место линейная и точечная передача нагрузок на основание. Поэтому фундаменты наружных стен выполняются из типовых блоков-подушек, укладываемых прерывисто, и двух—трех рядов стеновых фундаментных блоков. Под колонны устраиваются отдельно стоящие ступенчатые монолитные фундаменты.
Проектом предусматривается и другой вариант фундаментов: в виде укрупненных элементов. В этом случае фундаменты под наружные стены решены в виде столбчатой конструкции. Они состоят из сборных башмаков, в стакан которых устанавливается столб. В ‘плане столбы располагаются через 2,6 и 3,2 м. На эти столбы опираются панели наружных стен. В промежутки между столбами помещают панели. Под внутренние колонны фундаменты устраивают из сборных башмаков, аналогичных по решению элементам наружных стен.
Фундаментные башмаки применяют одноступенчатые стаканного типа. Размеры башмаков в плане при нормативном давлении 2 кг!см2 Для пятиэтажного дома составляют 1,95X1,95 м для внутренних колонн и 1,5X1,5 м для столбов под наружные стены.
Марка бетона 200. Цокольные папе ли представляют собой тонкостенные плиты, окаймленные ребрами. Расход арматуры на одну плиту составляет от 11,6 до 31 кг. Цокольные плиты соединяются со столбами сваркой закладных элементов.
Конструкция дома с неполным каркасом обладает некоторой подвижностью в поперечном направлении, т. е. допускается определенная степень неравномерности осадок. Это становится возможньим благодаря тому, что в поперечном направлении несущими элементами являются прогоны, допускающие неравномерность осадки наружных стен и внутренних колонн. В продольном направлении здание более чувствительно к неравномерным деформациям основания. Поэтому должна быть принята такая конструкция фундаментов, которая гарантировала бы жесткость и прочность всего здания в продольном направлении. С этой точки зрения решение фундаментов в виде блоков-подушек и стеновых блоков оказывается наиболее рациональным. Устройство поясов в фундаменте на двух уровнях создает необходимую прочность в продольном направлении и способствует выравниванию неравномерных деформаций основания.
По сравнению с этим решением столбчатые фундаменты более чувствительны к неравномерным деформациям основания. Кроме того, даже дополнительными конструктивными мероприятиями трудно обеспечить совместную работу отдельных столбов при неравномерной их осадке. Поэтому такие фундаменты могут применяться лишь при наличии плотных малосжимаемых грунтов и относительно равномерном напластовании их на глубину порядка 4 м. И, наконец, такое решение, несмотря на экономию бетона, экономически невыгодно, так как связано с необходимостью расходования значительного количества ме талла для армирования всех элементов.
В Москве и других городах довольно широко применяется конструкция дома института Моспроект, в которэй несущие поперечные стены работают как балки на изгиб. В этом случае наблюдается точечная передача усилий, что дает возможность применить столбчатые фундаменты под наружные и внутренние стены. При таком решении расход материала на устройство фундаментов значительно меньше, чем при других вариантах. Однако этой конструкции свойственны те же недостатки, чтэ и фундаментам из укрупненных элементов серии 1-335. Большая чувствительность здания к неравномерным деформациям основания позволяет применять такие фундаменты лишь на очень хороших, малосжимаемых грунтах.
При с льносжимаемых грунтах или грунтах со специфичными свойствами; проеадочных, набухающих и других строительство крупнопанельных зданий требует более тщательного подхода к обеспечению устойчивости. Если при небольших неравномерностях осадок возможны лишь местные повреждения, то, например, при просадочных грунтах в случае большой просадки может произойти полная потеря устойчивости здания. В этом случае следует применять целый комплекс мероприятий, направленных на уменьшение сжимаемости основания и приспособление здания к возможным неравномерным осадкам.
В качестве примера можно сослаться на строительство , крупнопанельных зданий серии 1-335 в Ленинграде. Инженерно- геологические условия площадки следующие. Сверху на глубину до 0,3—0,4 м залегает почвеино-растительный слой, ниже которого идут послеледниковые отложения, представленные пылеватыми песками и заиленными супесями с включением органических веществ. В нижней части встречаются прослойки торфа и заторфоеанного суглинка толщиной до 0,6 м. Общая толща этих отложений равна 5—6 м. Ниже залегают мягко- пластичные суглинки. Уровень грунтовых вод располагается на глубине 0,6 м от дневной поверхности. В этих условиях была предусмотрена замена слабого грунта уплотненной песчаной подушкой. Подушка, в которой в основном концентрируются сжимающие напряжения, вызванные нагрузкой от здания, способствует уменьшению осадки и снижению ее неравномерности. Кроме того, предусмотрены конструктивные мероприятия, предназначенные для уменьшения возможных неравномерных де- фор|маций от нижележащих слоев грунта. Во-первых, предусмотрены крупноблочные фундаменты под наружные и внутренние поперечные стены. Поверх блоков-подушек устраивается армированный шов, а поверх стеновых фундаментных бло ков — непрерывный армированный пояс толщиной 20 см. Фундаменты под внутренние столбы выполнены в виде железобетонной балки таврового сечения, в поперечном направлении прочность обеспечивается соединением прогонов между собой и со стенами.
Ленинградское отделение Горстройпроекта запроектировало для дома серии 1-335 фундаменты в виде пустотелых свай, реологические условия здесь были аналогичны вышеописанному случаю с той разницей, что толща с и л ь н о с ж и м а е м ы х грунтов равна 8 м. Под наружные стены предусматриваются сваи диаметром 66 см, а под внутренние колонны —96 см. Длина свай принята равличной в зависимости от грунтовых условий: часть; свай имеет длину 8 м, остальные 18 м. В плане сваи располагаются под наружными стенами с шагом 2,6 и 3,2 м, т. е. в местах стыкования панелей. Поверх головок свай устраивается: непрерывный железобетонный ростверк под наружными стенами и стенами лестничных клеток. Ширина ростверка 65 см, высота 30 см. Армирование осуществлено в виде плоских каркасов, укладываемых вертикально. -Над сваями — под внутренние колонны устраиваются отдельные железобетонные элементы размером 1X1 ж и высотой 60 см. Грунт в верхней части наружных свай’ удаляется на глубину промерзания, а внутренних — на 0,5 ж, после чего головки заполняются бетоном в первом случае на глубину 1 ж, во втором — 0,5 м. Связь между ростверком и сваями осуществляется анкерами, закладываемыми в монолитный бетон свай и ростверка, а также продольной арматурой свай, оголяемой при выравнивании головок свай. Сваи, разработанные ВНИИГСом, имеют толщину стенок 7 см и армируются продольными стержнями и спиральной арматурой. Сваи длиной 8 ж цельные, а 18 ж — составные из двух элементов. Соединяются элементы фланцами, свариваемыми между .собой, кроме того, продольная арматура соединяет, с я накладками. Принятое решение фундаментов обеспечивает прорезку сильн о с ж и м а е м ы х грунтов и опирание подошвы свай на относительно» надежные, грунты. В результате осадка здания будет незначительной, а применение жесткого и прочного ростверка уменьшит ее неравномерность.
Более сложным’ является во л рос строительства крупнопанельных зданий на просадочных грунтах. Возможные неравномерности деформаций основания, вызванные локальной просадкой грунта, оказываются настолько значительными, что обеспечить устойчивость здания в этом случае гораздо труднее.
Одним из решений этого вопроса является использование целого комплекса «мероприятий: подготовка основания поверхностным уплотнением грунта и применение конструктивных и водозащитных мероприяти. К числу конструктивных мероприятий относится, например, увеличение прочности фундамента. Так, в проекте серии 1-464 предусмотрены монолитные железобетонные фундаменты, поверх которых устанавливаются фундаментные стеновые блоки на всю высоту подвала. Устройство монолитных фундаментов осложняет работы и удлиняет сроки
строительства, особенно в зимнее время. Поэтому более целесообразным является применение сборно-монолитных фундаментов. В этом случае отдельные блоки имеют выпуски арматуры в торцах. После укладки блоков арматура стыкуется, а промежутки между блоками заполняются бетоном. Образуется прочная сплошная лента, способная воспринять растягивающие усилия. Необходимо подчеркнуть, что при-
в виде плоской плиты размером 2,5X3 м, высотой 0,2 м. На плиту устанавливаются фундаментные блоки высотой 1,2 м, толщиной 0,3 м. Поверх этих блоков укладывается фундаментная обвязка, объединяющая вертикальные элементы. Консоли обвязочного элемента предусматриваются как упоры для подъема просевшей части здания.
Фундаменты применяемые под крупнопанельное строительство
В практике массового крупнопанельного строительства применяются следующие конструктивные решения фундаментов: блочные (ленточные и прерывистые), крупнопанельные (ленточные и ленточно-столбчатые) и свайные. Для местных и транзитных инженерных сетей и других коммуникаций в жилых домах устраиваются подполья или специальные траншеи (местные заглубления).
Применение ленточных фундаментов вызывает значительный объем земляных работ, из которых около 25% приходится выполнять вручную. Стены подполья и фундаменты требуют большого расхода бетона при недостаточном использовании его прочности. Продолжительность работ по устройству нулевого цикла 5-этажного дома при ленточных или столбчатых фундаментах составляет почти половину времени, затрачиваемого на монтаж коробки здания.
Решению задачи по уменьшению времени на нулевой цикл в наибольшей степени отвечает применение фундаментов из железобетонных свай. Сваи в строительстве используются уже в течение многих лет, однако применялись они главным образом при сложных гидрогеологических условиях.
Теперь речь идет о массовом применении в гражданском строительстве коротких свай (длиной 3 — 7 м) и о замене ими ленточных фундаментов при обычных грунтах, Для устройства фундаментов зданий большой этажности целесообразно использовать специальные сваи-оболочки, рассчитанные на восприятие больших сосредоточенных нагрузок.
Рассмотрим пример устройства фундаментов под полносборные дома серии МГ-300. В домах этой серии вместо плоских железобетонных панелей (рис. 6-17, схема а) опорами под несущие поперечные стены зданий служат стержневые системы в виде железобетонных рам (рис. 6-17, схема б).
Рис. 6-17. Конструкции нулевого цикла
а — свайные фундаменты с цокольными панелями нормальной высоты: 1 — свая; 2 — свайные железобетонные монолитные растверки; 3 — внутренняя стеновая панель нормальной высоты;
б —конструкция в виде железобетонных рам;
в — стык цокольной панели с замоноличиванием: 1 — наружная панель; 2 — сборные фундаментные железобетонные блоки; 3 — опорные блоки под цокольные панели; 4 — сборная железобетонная рама; 5 — цокольная панель из керамзитобетона; 6 — перекрытие из часторебристых железобетонных плит; 7 — монтажные связи —металлические планки, приваренные к закладным деталям; 8 — арматурные петли, выпущенные из панелей; 9 — замоноличивание бетоном марки 200.
Цокольные панели под продольные наружные стены опираются на выпуски поперечных фундаментов. Такое решение позволило полностью исключить фундаменты под продольными стенами. В результате расход стали и бетона на указанную конструкцию подземной части удалось значительно уменьшить по сравнению с другими решениями.
Запроектированная в домах серии МГ-300 конструкция цокольных стен из керамзитобетонных панелей позволяет успешно решить задачу увеличения продольной жесткости этих стен путем выполнения надежных стыковых сопряжений со сваркой арматурных выпусков и замоноличиванием (рис. 6-17, схема в).
На схеме а этого же рисунка показана деталь решения фундамента и устройства цоколя с применением свай, монолитного ростверка и внутренних цокольных панелей сплошного сечения.
Применение короткосвайных фундаментов для панельных зданий позволяет более кардинально решить одну из важнейших проблем полносборного строительства — увеличить жесткость конструкции здания и тем самым значительно снизить вероятность неравномерных осадок, к которым очень чувствительны существующие конструкции крупнопанельных домов. Наряду с конструктивными преимуществами применение коротких свай дает и экономические выгоды.
Особенностью новой конструкции свайных фундаментов является исключение поперечных несущих конструкций в пределах технического подполья и расположение ростверков непосредственно под цокольным перекрытием (под полом первого этажа). Такое решение позволило резко уменьшить объем потребного бетона. Новым также является однорядное расположение свай под поперечными несущими стенами с шагом 2 — 2,5 м. По сваям укладывается сборный ростверк, соединенный с оголовками свай через специальную сборно-монолитную подушку.
Свайные фундаменты под крупнопанельные дома серии 1-464 и серии МГ-300 показаны на рис. 6-18, схемы а, б. В домах серии К-7 сваи располагаются непосредственно под опорами балок-стенок (см. схему в).
Рис. 6-18. Конструкции короткосвайных фундаментов
а — свайные фундаменты без внутренних цокольных панелей (серия 1 -464): 1 — цоколная панель-балка; 2 — продольная железобетонная балка; 3 — поднятый ростверк (50×50 см); 4 — железобетонные оголовки (50×50×50 см);
б — кopoткoсвайные фундаменты для домов с поперечными несущими стенами (серия МГ-300);
в — конструкция короткосванных фундаментов из железобетонных труб (дома серии К-7 и из объемных блоков);
г — конструкция сваи с забивным трубчатым ростверком: 1 — траншея для прокладки коммуникаций; 2 — сваи сечением 30×30 см; 3 — сборный железобетонный ростверк; 4 — сборномонолитный оголовок; 5 — цокольная панель, заменяющая продольный ростверк; 6 — перекрытие над техническим подпольем; 7 — трубчатые сваи; 8 —монолитный оголовок; 9 — трубчатая насадка.
Заслуживает внимания предложение использовать сваи с трубчатыми насадками (рис. 6-18, схема г). Трубчатая насадка позволяет на 30—40% увеличить несущую способность сваи и получить значительную экономическую выгоду. Повышение несущей способности одиночной сваи после забивки трубы (устройства трубчатого оголовка) происходит за счет увеличения силы трения вдоль боковой поверхности сваи и в результате уплотнения грунта под подошвой трубчатого ростверка.
