Строительное дело. Фундамент

Строительное дело. Фундамент — часть сооружения, через посредство которой его видимая, надземная масса основана в почве. Его назначение — передавать почве груз сооружения. Фундаменты  устраиваются под тяжелыми стенами построек (наружными и внутренними), под колоннами и устоями, под значительными машинами и т. д. Передача почве груза постройки происходит при обычных фундаментах, главным образом, через нижнюю поверхность их, т. е. через поверхность соприкосновения их с почвой, называемую подошвой фундамента. Но уже и в этих случаях имеется добавочный способ передачи груза — путем бокового трения фундамента о стенки грунта. В некоторых же специальных видах фундаментов (например, свайных) этот последний способ передачи имеет исключительное значение.

При обыкновенных фундаментах качество грунта в его подошве имеет определяющее значение для вида и размеров фундамента. Строитель углубляется в почву с целью достигнуть материка, т. е. более твердых и прочных слоев грунта для подошвы фундамента, отчего зависит и размер площади этой подошвы. Так, по исследованиям Мейера на 1 кв. см  разных почв можно допускать в подошве следующие давления:

1) при слабой почве из песчаной глины или мелкого морского песка – 1 кг;

2) при почве средней прочности (как обыкновенная глина, умеренно-влажный песок) – 2-3,5 кг;

3) при прочной почве (плотной глине, сухом песке) – 4-5,5 кг.

Соответственно таким данным может быть рассчитана ширина подошвы фундамента. Этот последний размер или сохраняется для всей вышележащей части фундамента, или постепенно уменьшается к поверхности земли (рис. 1 и 2). Но, во всяком случае, ширина эта остается большей, чем толщина располагаемого на фундаменте сооружения – например, стены; разность толщины с каждой стороны, называемая обрезом фундамента, представляет полезный запас на случай некоторого несовпадения в разбивке фундамента и надземного строения.

Рис. 1. Рис. 2

Помимо известной прочности грунта на уровне подошвы фундамента, необходимо бывает в большинстве случаев иметь еще непромерзаемость ее в зимние сезоны. Наши обычные глинистые грунты, замерзая во влажном состоянии (в каком бывают осенью), имеют способность пучиться, увеличиваться в объеме, а после оттаивания вновь сокращаются. Когда эти изменения происходят под массивным сооружением, они часто вызывают в нем трещины. Таким образом, почва под фундаментом должна быть неизменяющейся по своему физическому состоянию, а потому фундаменты обыкновенно погружаются в почву ниже уровня зимнего промерзания грунта в данной местности. Этот уровень бывает известен по данным метеорологии; так, в Московской губернии необходимой глубиной фундамента считается 1,5—1,75 м, в Екатеринославщине — 1,0, южнее она еще уменьшается; напротив, к северу она возрастает до 2,0 м и более, а на крайнем севере, где почва не оттаивает летом на всю глубину, фундаменты погружаются до уровня т. н. вечной мерзлоты.  Указанное требование для глубины фундамента не выполняется в тех случаях, когда местная почва по своему составу не имеет способности пучиться от мороза — например, песок, камень; или же, когда возводимое сооружение по своей конструкции не подвергается опасности получить трещины — например, деревянные стены, рубленые из бревен или состоящие из брусчатого скелета с деревянным же заполнением. В этих случаях фундаменты часто закладываются на глубине первого плотного слоя (материка), хотя бы его было выше уровня зимнего промерзания.

Рис. 3.

Состав массы фундамента при его обычном типе может быть довольно разнообразным. Это или кладка из кирпича и камня, подобная кладке стен, или бетон из щебня, песка и цемента; вяжущим материалом служат большей частью гидравлические порошки, а не обыкновенная известь, слабо твердеющая в условиях почвенной влажности. При строениях небольшой высоты и веса, например, при зданиях в 1 этаж — фундаменты выполняют часто упрощенным способом из слоев щебня, трамбуемых в котловане молотами и затем проливаемых раствором (т. н. бучение «под молоток и залив»). В зданиях сельского типа часто совсем не применяют при этом растворов, ограничиваясь заполнением котлована увлажненной смесью щебня с песком или даже одним песком с трамбованием этих материалов отдельными слоями. Но в верхних частях фундамента близ поверхности почвы, эти слои всегда выполняются с вяжущими растворами.

Рис. 4.

Наконец, под легкими деревянными строениями часто не делают никакого вообще массивного фундамента из минеральных (не гниющих) материалов: деревянные стены ставятся или прямо на почву, или на отдельные, погруженные в почву столбы, каменные или деревянные; промежутки между столбами забираются стенкой — большей частью деревянной — и затем затепляются еще завалиной (рис. 3). Однако, эти упрощения идут уже вразрез с культурной техникой, ставя деревянные части строения в условия быстрой загниваемости. Гораздо правильнее и в этих случаях применять обычного вида массивные фундаменты из минеральных материалов (рис. 4).

Рис. 5.

С другой стороны, устройство фундаментов значительно усложняется в тех случаях, когда на доступной нам (экономически) глубине не оказывается достаточно плотных, и прочных грунтов, а сооружение имеет большой вес. В очень слабых грунтах — как ил, песок-плывун и т. п. —   затруднение часто не разрешается простым расширением фундамента и его подошвы, так как за известными пределами это расширение бесполезно, прибавляемые части фундамента уже не воспринимают на себя части общего груза. При некоторых грунтах и небольших сооружениях иногда можно укрепить подошву путем втрамбовывания в нее щебня или выполнять сильно уширенный фундамент из железобетонного массива. Но часто и это не решает вопроса — и тогда приходится применять иные приемы. Если плотный слой почвы (материк) залегает на глубине не слишком большой, например, 5—10 м, то прибегают иногда к устройству так называемых «опускных» столбов дли колодцев; вырыв котлован для фундамента небольшой глубины, со дна его делают колодцы до материка на расстоянии; около 3,0 м один от другого; эти колодцы заполняют затем кладкой или бетоном в виде подземных столбов, а в котловане перекрывают эти столбы арками или железобетонным прогоном по ширине всего котлована и на  них уже продолжают вверху обыкновенную кладку  (рис. 5). Если материк залегает слишком глубоко  или если он ненадежен по своей прочности для сосредоточенных давлений от опускных колодцев, применяют устройство фундамент на сваях (ср. выше, стр. 78). Уже забивка мелких, но частых деревянных свай в слабую  подошву котлована укрепляет ее настолько, что она способна бывает выдерживать значительные здания; если же верхушки свай покрыть бревенчатой обвязкой (ростверком) или общим бетонным массивом («подушкой»), то прочность основания возрастает еще более. Однако, забивка деревянных свай допустима лишь в тех случаях, когда им обеспечено постоянное догружение в грунтовые воды, т. е. горизонт последних всегда стоит выше свай и  они поэтому не загнивают. В противном случае фундамент будет недолговечным, как это и произошло в некоторых из наших монументальных сооружений при понижении грунтовых вод в местах их расположения (Большой театр в Москве, Исаакиевский собор в Ленинграде и др.). Если сваям не обеспечено долговечное укрытие их водой, то их делают железобетонными и забивают в подошве котлована паровым копром. Наконец, в последние десятилетия в культурных страдах, а отчасти у нас, распространился способ устройства бетонных свай буровым путем: в намеченных пунктах бурят обычным буровым инструментом скважины диаметром от 15 до  25 см  и заполняют их бетоном; это, следовательно, бетонные сваи, отлитые в самой почве. Верхние части их покрываются общей бетонной или железобетонной плитой, связывающей их в одно целое и дающей свое добавочное сопротивление осадке.

Рис. 6.

При устройстве фундамента под водой (для мостов, набережных и пр.) применяется еще способ устройств  их с помощью т. н. кессонов: его каменная, железная или железобетонная камера в виде опрокинутого  вверх дном сосуда, погружаемая на дно водного бассейна; в камеру постоянно накачивается сжатый воздух, не допускающий даже частичного заполнения ее водой; это позволяет производить в ней работу. Последняя состоит обыкновенно в выемке грунта и удалении его из камеры через особую вертикальную шахту и предохранительные шлюзы. От этой операции камера погружается в грунт, а на ее верхней плите тем временем возводится кладка будущего устоя (рис. 6). Когда кессон достаточно погружен в прочный материк под водным руслом, работу по выемке земли превращают, рабочие  поднимаются вверх, а оставшуюся пустую полость  камеры заполняют наливным  бетоном.

Рис. 7.

Помимо описанных видов фундаментов под сооружениями архитектурного характера, делаются особые фундаменты под машины разного рода — двигатели и станки. Обычной особенностью этих фундаментов является наличие в них приспособлений для удобного  прикрепления к ним машинных станин болтами (рис. 7); для этого в кладке или бетоне таких  фундаментов оставляются вертикальные каналы для будущих болтов, а для доступности их нижних  головок на случай разборки и для первоначальной постановки в фундаменте делаются особые шахты и более мелкие боковые борозды; на рис. 7, буквой А обозначена продольная шахта, буквой В — лаз в нее и буквами е и f боковые борозды,  ведущие к головкам фундаментных болтов.

В некоторых случаях фундаменты под заводскими машинами и станками имеют весьма большие размеры и очень ответственное значение, например, фундаменты под главными двигателями или паровыми молотами.

В. Мачинский.