Фундаменты

Фундамент — это подземная или подводная часть здания, сооружения или машины, которая воспринимает нагрузки от вышележащих конструкций и передаёт их на грунт основания. Фундамент является ключевым элементом любого строительного объекта, обеспечивая его устойчивость, долговечность и безопасность. Правильный выбор типа фундамента и его расчёт — одна из важнейших задач инженерного проектирования, так как ошибки на этом этапе могут привести к деформациям, трещинам и разрушению всего строения.

История развития

Первые фундаменты появились в глубокой древности вместе с возникновением монументального строительства. В Древнем Египте для пирамид использовали массивные каменные блоки, уложенные непосредственно на скальное основание. В Древнем Риме активно применяли бетонные смеси (opus caementicium) для заливки фундаментов, что позволяло создавать сложные конструкции, такие как Пантеон. В Средневековье фундаменты каменных замков и соборов часто делали из бутового камня на известковом растворе, закладывая их на значительную глубину для устойчивости на слабых грунтах.

Научный подход к проектированию фундаментов начал формироваться в XVIII—XIX веках с развитием механики грунтов. В 1773 году французский инженер Шарль Кулон опубликовал работу по теории давления грунта на подпорные стены, что заложило основы расчёта несущей способности оснований. В XX веке, с появлением железобетона и высотного строительства, были разработаны свайные фундаменты, плитные фундаменты и методы глубинного уплотнения грунта, такие как виброуплотнение и цементация. В России и СССР значительный вклад в теорию и практику фундаментостроения внесли учёные Н. М. Герсеванов, В. А. Флорин, М. И. Горбунов-Посадов и другие.

Классификация фундаментов

Фундаменты классифицируют по нескольким основным признакам: конструктивной схеме, глубине заложения, материалу и способу изготовления.

По конструктивной схеме

Ленточные фундаменты — представляют собой непрерывную стену (ленту) под всеми несущими стенами здания. Могут быть монолитными (из железобетона, заливаемого в опалубку) или сборными (из железобетонных блоков ФБС — фундаментных блоков сплошных). Применяются для домов с тяжёлыми стенами (кирпич, бетон, камень) и при наличии подвала или цокольного этажа.
Столбчатые фундаменты — состоят из отдельных опор (столбов), установленных в углах здания, в местах пересечения стен и под несущими простенками. Сверху столбы объединяются железобетонным ростверком — балкой или плитой, распределяющей нагрузку. Экономичны, применяются для лёгких деревянных, каркасных или щитовых домов на прочных грунтах.
Плитные фундаменты (плавающие плиты) — сплошная железобетонная плита под всей площадью здания. Обеспечивают максимальную устойчивость на слабых, пучинистых или неравномерно сжимаемых грунтах, так как равномерно распределяют нагрузку и компенсируют сезонные подвижки. Используются в малоэтажном строительстве на сложных грунтах и при возведении многоэтажных зданий.
Свайные фундаменты — состоят из погружённых в грунт свай (столбов), которые передают нагрузку на более прочные нижележащие слои или за счёт трения по боковой поверхности. Сваи бывают забивные (железобетонные, стальные, деревянные), буронабивные (бетонируемые в пробуренных скважинах) и винтовые (стальные с лопастями, ввинчиваемые в грунт). Применяются при слабых грунтах, высоком уровне грунтовых вод, в условиях вечной мерзлоты и при строительстве на склонах.

По глубине заложения

Фундаменты мелкого заложения — глубина заложения обычно составляет 0,5–1,5 метра, что меньше глубины промерзания грунта. Используются для лёгких зданий на непучинистых грунтах или при условии утепления основания.
Фундаменты глубокого заложения — закладываются ниже глубины промерзания (обычно от 1,5 до 5–6 метров и более). Необходимы для тяжёлых зданий, на пучинистых грунтах, а также при устройстве подвалов. К этому типу относятся заглублённые ленточные, плитные и свайные фундаменты.

По материалу

Бутовые — из природного камня (бут) на цементном растворе. Прочные, но трудоёмкие, применяются в регионах с доступным камнем.
Бутобетонные — из бетона с включением бутового камня (до 30–40% объёма). Более технологичны, чем бутовые.
Бетонные и железобетонные — наиболее распространённые в современном строительстве. Монолитные или сборные, обладают высокой прочностью и долговечностью.
Кирпичные — из глиняного полнотелого кирпича. Применяются редко, в основном для малоэтажных зданий, так как кирпич менее долговечен в условиях влажного грунта.
Деревянные — из дуба или лиственницы (сваи, стулья). Исторически использовались в деревянном зодчестве, в современном строительстве почти не применяются из-за недолговечности.
Металлические — стальные сваи или винтовые сваи. Используются для временных сооружений, в условиях вечной мерзлоты или при необходимости быстрого монтажа.

Устройство и основные элементы

Любой фундамент состоит из нескольких ключевых частей:

Подошва — нижняя плоскость фундамента, непосредственно контактирующая с грунтом. Площадь подошвы должна быть достаточной, чтобы давление на грунт не превышало его расчётного сопротивления.
Тело фундамента — вертикальная часть, передающая нагрузку от стен или колонн на подошву. Может быть сплошным или ступенчатым (для увеличения площади опоры).
Обрез — верхняя плоскость фундамента, на которую опираются стены или цоколь.
Гидроизоляция — обязательный слой, защищающий материал фундамента и стены от капиллярного подсоса грунтовой влаги. Обычно выполняется из рулонных материалов (рубероид, гидроизол) или обмазочных составов (битумная мастика).
Дренаж (при необходимости) — система труб или канав для отвода грунтовых вод от фундамента, предотвращающая его подтопление и снижающая пучинистые нагрузки.
Утепление (в современных энергоэффективных домах) — теплоизоляция отмостки и стен фундамента (например, экструдированным пенополистиролом) для уменьшения промерзания грунта и снижения теплопотерь.

Расчёт и проектирование

Проектирование фундамента — сложная инженерная задача, требующая учёта множества факторов:

Инженерно-геологические изыскания: определение типа грунта, его несущей способности, уровня грунтовых вод, глубины промерзания, наличия плывунов и т.д. Для этого бурят скважины и проводят лабораторные испытания образцов.
Сбор нагрузок: расчёт веса всех конструкций здания (стен, перекрытий, кровли, отделки), полезной нагрузки (мебель, люди, снег) и ветровой нагрузки.
Расчёт несущей способности: определение требуемой площади подошвы фундамента, чтобы давление на грунт не превышало его расчётного сопротивления (обычно 1,5–6 кг/см² для разных грунтов).
Расчёт на деформации: проверка, чтобы осадка фундамента (вертикальное смещение) и крен (наклон) не превышали предельно допустимых значений для данного типа здания.
Расчёт на морозное пучение: для фундаментов мелкого заложения на пучинистых грунтах необходимо обеспечить либо заложение ниже глубины промерзания, либо устройство утеплённой отмостки и подушки из непучинистого материала (песок, щебень).

В современной практике широко используются специализированные программные комплексы (например, PLAXIS, SCAD, ЛИРА-САПР), позволяющие моделировать работу системы «фундамент — основание» с учётом нелинейных свойств грунта.

Применение и значение

Фундаменты являются неотъемлемой частью практически всех капитальных строительных объектов:

Гражданское строительство: жилые дома, офисные здания, школы, больницы.
Промышленное строительство: заводские цеха, склады, ангары, фундаменты под оборудование (станки, турбины, прессы).
Транспортное строительство: мосты, путепроводы, опоры линий электропередач, фундаменты для дорожных знаков и светофоров.
Гидротехническое строительство: плотины, дамбы, причалы, набережные.
Специальные сооружения: фундаменты для высотных зданий, башен (телевизионные, сотовой связи), ветрогенераторов, нефтяных платформ.

Значение фундаментов выходит за рамки чисто конструктивной функции. Они определяют долговечность здания, его устойчивость к сейсмическим воздействиям, а также влияют на энергоэффективность (через теплопотери через пол и стены подвала). Некачественно выполненный фундамент — одна из самых частых причин аварий и преждевременного разрушения строений.

Интересные факты

Самым глубоким фундаментом в мире (по состоянию на 2024 год) обладает небоскрёб Бурдж-Халифа в Дубае (ОАЭ) — его свайное поле уходит на глубину более 50 метров. Фундамент состоит из 194 железобетонных свай диаметром 1,5 метра каждая.
В условиях вечной мерзлоты в России применяют особый тип фундамента — свайный с проветриваемым подпольем. Сваи забивают в мёрзлый грунт, а здание приподнимают над землёй, чтобы тепло от строения не растапливало вечную мерзлоту под ним. Этот принцип использован при строительстве многих зданий в Норильске, Якутске и других городах Крайнего Севера.
Древнейшие известные фундаменты, относящиеся к эпохе неолита (около 10 000 лет до н.э.), были найдены на территории современной Турции в поселении Чатал-Хююк. Они представляли собой каменные основания для глинобитных стен.
В некоторых регионах мира (например, в Японии) для строительства на слабых грунтах применяют технологию «плавающего фундамента» — здание как бы «плавает» на толстом слое уплотнённого песка или гравия, что позволяет компенсировать неравномерные осадки при землетрясениях.

Источники

СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» (действующий свод правил в РФ).
СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*».
Учебник «Механика грунтов, основания и фундаменты» под редакцией Б. И. Далматова.
Техническая энциклопедия «Строительство» (том 2, статья «Фундаменты»).
Данные геологических изысканий для проекта небоскрёба Бурдж-Халифа (публикации компании Emaar Properties).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →