Питання проєктування основ і фундаментів ускладнюються тим, що вибір раціонального типу фундаментів є комплексним завданням, пов’язаним насамперед з інженерно-геологічними умовами залягання ґрунтів під спорудою, а також із призначенням і конструкцією всієї споруди загалом.
Завдання проєктування раціональних і економічних фундаментів споруди, які забезпечують її тривалу експлуатацію та мінімальні деформації, допускає багато задовільних рішень. Одні з них виявляться найекономічнішими, інші забезпечать мінімальні деформації, треті скоротять терміни зведення споруди. Визначити найприйнятніший тип фундаменту вдається не завжди. Тому під час проєктування фундаментів часто доводиться опрацювати кілька варіантів із виконанням основних розрахунків.
Чинники, що впливають на вибір оптимального варіанта фундаменту:
- призначення та конструкція споруди, особливо її підземної частини;
- величина й характер навантажень, що діють на фундамент;
- порядок нашарування ґрунтів під підошвою фундаменту, фізико-механічні властивості ґрунтів і величина несучої здатності;
- наявність ґрунтових вод і можливість здимання ґрунтів під час промерзання;
- бажаний спосіб зведення фундаменту і наявність будівельного обладнання в розпорядженні будівельної організації.
Залежно від впливу перелічених чинників можливі такі рішення:
- Фундаменти мілкого закладання на природній основі за значної несучої здатності ґрунтів у межах стисливої товщі. Для будівель каркасного типу під кожну колону проєктується окремий фундамент. Під несучі стіни будівлі рекомендуються збірні стрічкові фундаменти: суцільні або переривчасті. Можна також застосовувати стовпчасті фундаменти, що підтримують рандбалки.
- Фундаменти мілкого закладання на природній основі за малої несучої здатності ґрунтів. У цьому разі рекомендуються пружні стрічкові фундаменти, що підтримують колони в спорудах каркасного типу або несучі стіни в будівлях. За ще слабших ґрунтів можливе спирання всієї споруди на суцільну залізобетонну плиту.
Суцільні фундаменти можуть застосовуватися на ґрунтах із високою несучою здатністю та за значного навантаження, що передається спорудою на основу.
- Пальові фундаменти. Застосовуються, якщо несуча здатність потужних пластів слабких ґрунтів не дає змоги спирати на них фундаменти безпосередньо. Пальові фундаменти дають змогу передавати тиск від споруди на значну глибину, де залягають ґрунти з високою несучою здатністю. У цивільних будівлях нині використовують пальові фундаменти навіть за достатньої несучої здатності ґрунту основи. Це дозволяє зменшити вартість усього нульового циклу завдяки значному скороченню земляних робіт і зменшенню обсягу кладки. Пальові фундаменти доцільні для безпідвальних будівель за глибини закладання стрічкових фундаментів не менше 1,50 м. У великопанельних будівлях пальові фундаменти забезпечують мінімальні осідання.
- Фундаменти глибокого закладання: опускні колодязі, оболонки тощо. Застосовуються, коли міцні ґрунти залягають на значній глибині, особливо за високого рівня ґрунтових вод.
- Фундаменти на штучній основі. Застосовуються в тих випадках, коли в основі під спорудою залягають слабкі ґрунти, які не можна використати як природну основу. Якщо потужність шару слабкого ґрунту невелика, його можна ущільнити важкими трамбівками або укатати котками; якщо потужність велика, доцільні піщані палі або глибинне ущільнення ґрунтовими палями. За просідних ґрунтів рекомендується також зміцнення просідної товщі термічним способом або силікатизацією.
Проєктування фундаментів виконується в такому порядку:
- Уточнюються навантаження та складаються розрахункові комбінації.
- Уточнюються інженерно-геологічні умови будмайданчика, обирається несучий шар ґрунту, глибина закладання фундаменту, визначається величина несучої здатності ґрунту основи.
- Обирається тип фундаментів і складається розрахункова схема.
- Визначаються розміри фундаменту у плані.
- Обчислюється очікуване осідання.
- У разі потреби перевіряється стійкість фундаментів на зсув і перекидання.
- Виконується конструктивний розрахунок фундаменту.
- Складається техніко-економічний розрахунок і визначається вартість зведення фундаментів.
- Різні варіанти порівнюються між собою й обирається оптимальне рішення.
- Розробляється конструкція фундаменту загалом і окремих деталей.
- Проєктуються допоміжні елементи, пов’язані з виконанням робіт: кріплення котловану, зниження рівня ґрунтових вод, штучне ущільнення ґрунтів.
- Якщо неможливо зводити фундаменти на природній основі, проєктуються штучні основи.
Навантаження
Залежно від типу, призначення та конструкції споруди на фундамент можуть передаватися такі навантаження:
- Постійні навантаження та впливи: власна вага споруди, опорний тиск від галерей і з’єднувальних мостів, вага проводів на опорах ліній електропередачі, зусилля попереднього напруження, власна вага фундаменту і ґрунту на обрізах, бічний тиск ґрунту та ґрунтової води на стіни підвалу тощо.
- Тимчасові навантаження та впливи, які залежно від тривалості дії поділяються на:
- тривалі, що діють на споруди впродовж тривалого часу. Це навантаження на перекриття від ваги обладнання та матеріалів у промислових спорудах і складських приміщеннях, вага рідин у резервуарах і сипких матеріалів у силосах;
- короткочасні, які можуть діяти лише нетривалий час. Сюди належать кранові навантаження, навантаження на перекриття житлових і громадських будівель, снігові, вітрові та монтажні навантаження;
- особливі, що виникають у виняткових випадках. Це сейсмічні та аварійні навантаження, навантаження від просідання основи під час її замочування, навантаження від просідань у районах гірничих виробок.
Розрахунок фундаментів необхідно виконувати з урахуванням найнесприятливіших можливих поєднань навантажень, які можуть діяти одночасно як під час будівництва споруди, так і під час її експлуатації. При цьому слід розглядати:
- основні поєднання, що складаються з постійних, тимчасових тривалих і одного з короткочасних навантажень;
- додаткові поєднання, що складаються з постійних, тимчасових тривалих і всіх короткочасних навантажень;
- особливі поєднання, що складаються з постійних, тимчасових тривалих, короткочасних і одного з особливих навантажень.
Проєктуванню основ і фундаментів будь-якої будівлі чи споруди мають передувати інженерно-геологічні вишукування на будмайданчику. Для цього виконують кілька виробок — шурфів або свердловин — і уточнюють характер і потужність пластів ґрунтів, що залягають під фундаментом проєктованої споруди.
Вибір типу основ і фундаментів
Попередня оцінка інженерно-геологічних умов, діючих навантажень і типу споруди дає змогу визначитися з типом основ і фундаментів.
Найпоширеніші нині фундаменти на природній основі — монолітні або збірні.
Умови, за яких доцільно застосовувати збірні фундаменти на природній основі, такі:
- Залягання безпосередньо під підошвою фундаменту ґрунтів із достатньою несучою здатністю, яка відповідає навантаженню, що передається фундаментами.
- Мала глибина закладання фундаментів. Стрічкові фундаменти під стіни в безпідвальних будівлях — найекономічніший тип фундаментів за глибини закладання менше 1,5 м. За наявності підвалу стрічкові фундаменти економічні, якщо підошва розташована нижче рівня підлоги підвалу не більше ніж на 0,5 м.
- Відсутність нижче підошви фундаменту в межах стисливої товщі пливунних ґрунтів, торфу, пухких ґрунтів і ґрунтів у текучому стані.
Пальові фундаменти із коротких паль, забивних або набивних, економічніші за стрічкові фундаменти у безпідвальних будівлях, якщо глибина закладання підошви стрічкового фундаменту перевищує 1,5 м, а в будівлях із підвалом — якщо підошва фундаменту розташована нижче підлоги підвалу більш ніж на 0,5 м.
