Фундамент! Что это такое и для чего он нужен?

Фундамент в научном понятии строительства — это подземная опорная часть сооружения, которая передает его грунтовому основанию статическую нагрузку, создаваемую весом сооружения, и дополнительные динамические нагрузки, создаваемые ветром либо движением воды, людей, оборудования или транспорта. Правильно спроектированный фундамент передает все нагрузки грунту таким образом, что исключается возможность недопустимой осадки и разрушения сооружения. Как правило, это достигается распределением нагрузки по достаточно большой площади, выемкой грунта до уровня крепких пород, залегающий на большой глубине, применением свай, погружены в слой слабых пород до слоя более крепких, или укреплением поверхностного слоя слабого грунта.

Фундамент является главным элементом любого сооружения.
При неправильно выбранной конструкции фундамента, некачественно выполненной гидроизоляции фундамента (или ее отсутствии), ошибки в порядке проведения сметных и строительных работ, экономия строительного материала, игнорирования необходимых геологических работ на месте строительства могут привести к тяжелым последствиям, таким как: перекосы фундамента, перерасход материалов, вертикальные и горизонтальные деформации, неравномерные осадки, трещины в несущих конструкциях.

Фундаменты домов проектируют с запасом прочности 30-40%, это обусловлено условиями безопасной эксплуатации дома. В практике малоэтажного строительства применяют различные конструкции и типы фундаментов. И далеко не всегда то, что приемлемо, например, для каркасного дома подойдет дому из кирпича.

Наибольшую популярность при строительстве домов из пенобетона, газобетона, кирпича и бруса в нашем регионе приобрели ленточные фундаменты. Строительство ленточных фундаментов характеризуется большими объемами земляных работ, высокими расходами материалов и значительной трудоемкостью. Однако, несмотря на все эти минусы, ленточные фундаменты привлекают своей надежностью, долговечностью и простой технологией.

Фундамент мелкозаглубленный

На территории Московской области распространены пучинистые грунты.
К ним относятся глины, суглинки, супеси , пески пылеватые и мелкие. При определенной влажности эти грунты, замерзая в зимний период, увеличиваются в объеме, что приводит к подъему слоев грунта в пределах глубины его промерзания. Находящиеся в таких грунтах фундаменты также подвергаются подъему, если действующие на них нагрузки не уравновешивают силы пучения. Поскольку деформации пучения грунта, как правило, неравномерны, происходит неравномерный подъем фундаментов, который со временем накапливается. В результате этого надфундаментные конструкции зданий и сооружений претерпевают недопустимые деформации и разрушаются. Деформациям, от пучения грунта особенно подвержены легкие сооружения, к числу которых относится большинство малоэтажных сельских зданий.
В соответствии с нормами по проектированию оснований зданий и сооружений глубина заложения фундаментов в пучинистых грунтах должна приниматься не менее расчетной глубины промерзания. В этом случае подошва фундамента освобождается от воздействия нормальных сил пучения. Однако глубоко заложенные фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по которой действуют касательные силы пучения. Эти силы превосходят нагрузки, передаваемые легкими зданиями на фундаменты, в результате чего фундаменты выпучиваются.
Таким образом, материалоемкие и дорогостоящие фундаменты, заложенные ниже глубины промерзания грунта, не обеспечивают надежную эксплуатацию малоэтажных зданий, построенных на пучинистых грунтах.
Одним из путей решения проблемы строительства на пучинистых грунтах малоэтажных зданий является использование мелкозаглублённых фундаментов. Мелкозаглублённые фундаменты закладываются на глубине 0,2...0,5 м от поверхности грунта или непосредственно на поверхности (незаглублённые фундаменты). Таким образом, на мелкозаглублённые фундаменты действуют незначительные касательные силы пучения, а при незаглублённых фундаментах они равны нулю.
Как правило, под фундаментами устраиваются подушки толщиной 20...30 см из непучинистых материалов (песок гравелистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак и др.). Применением подушки достигается не только частичная замена пучинистого грунта на непучинистый, но и уменьшение неравномерных деформаций основания. Толщина подушек и глубина заложения фундаментов определяется расчетом.
Основной принцип конструирования мелкозаглублённых фундаментов зданий с несущими стенами на пучинистых грунтах заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. При мелкозаглублённых столбчатых фундаментах рама формируется из фундаментных балок, которые жестко соединяются между собой на опорах.
Для обеспечения совместной работы фундаментных элементов последние жестко соединяются между собой.
Указанные конструктивные мероприятия выполняются при строительстве на среднепучинистых (при интенсивности пучения, большей 0,05) сильно — и чрезмернопучинистых грунтах. В остальных случаях, фундаментные элементы укладываются свободно, не соединяются между собой. Количественным показателем пучинистости грунта является интенсивность пучения, характеризующая пучение элементарного слоя грунта. Применение мелкозаглублённых фундаментов базируется на принципиально новом подходе к их проектированию, в основу которого заложен расчет оснований по деформациям пучения. При этом допускаются деформации основания (подъем, в том числе неравномерный), однако они должны быть меньше предельных, которые зависят от конструктивных особенностей зданий.
При расчете оснований по деформациям пучения учитываются пучинистые свойства грунта, передаваемое на него давление, жесткость фундамента и надфундаментных конструкций на изгиб. Надфундаментные конструкции рассматриваются не только как источник нагрузок на фундаменты, но и как активный элемент, участвующий в совместной работе фундамента с основанием. Чем больше жесткость конструкций на изгиб, тем меньше относительные деформации основания.
Передаваемое на грунт давление значительно (иногда в несколько раз) снижает подъем основания при пучении грунта. При подъеме мелкозаглублённых фундаментов действующие по их подошвам нормальные силы пучения резко уменьшаются.
Все конструкций мелкозаглублённых фундаментов и положения по их расчету, приведенные в настоящем документе, прошли проверку при проектировании и строительстве малоэтажных зданий различного назначения — домов усадебного типа, хозяйственных построек, производственных сельскохозяйственных зданий вспомогательного назначения, трансформаторных подстанций и др.
В настоящих нормах содержатся требования по конструированию, проектированию и устройству мелкозаглублённых фундаментов на пучинистых грунтах. Не случайно поэтому область применения таких фундаментов определена именно для пучинистых грунтов. Мелкозаглублённые фундаменты на пучинистых грунтах рекомендуется применять в массовом порядке при глубине промерзания до 1,7 м. При большей глубине промерзания пучинистых грунтов мелкозаглублённые фундаменты рекомендуется только для экспериментального строительства. Накопление опыта строительства объектов с мелкозаглублёнными фундаментами в районах с большой глубиной промерзания позволит в дальнейшей расширить область применения их на пучинистых грунтах.
Хотя область применения мелкозаглублённых фундаментов в иных грунтовых условиях формально выходит за рамки настоящих норм, представляется целесообразным дать некоторые рекомендации по использованию таких фундаментов при строительстве малоэтажных зданий на наиболее распространенных на территории нашей страны грунтах.
На основаниях, сложенных вечномерзлыми грунтами, мелкозаглублённые фундаменты могут быть использованы для экспериментального строительства. При этом должны быть предусмотрены мероприятия, направленные на предотвращение недопустимых деформаций оснований, вызванных оттаиванием вечномерзлых грунтов.
Необходимо подчеркнуть, что поскольку основной причиной пучения грунтов является наличие в них воды, способной при промерзании переходить в лед, следует строго соблюдать требование о недопустимости водонасыщения грунта в основании мелкозаглублённых фундаментов в процессе строительства и при эксплуатации зданий. Следует предусматривать надежный отвод с площадки строительства атмосферных и производственных вод путем вертикальной планировки застраиваемой территории, устройства водоотводов и дренажа. При рытье траншей для фундаментов и инженерных коммуникаций земляные работы следует производить с минимальным объемом нарушения грунтов природного сложения. Не допускается скопление воды от повреждения временного трубопровода на площадке строительства. Вокруг зданий следует устраивать водонепроницаемые отмостки шириной не менее 1 м и уклоном не менее 0,03. Следует избегать устройства вводов трубопроводов канализации и водоснабжения с нагорной стороны здания. При эксплуатации зданий не допускается изменять условия, применительно к которым запроектированы мелкозаглублённые фундаменты.

Виды мелкозаглубленных фундаментов

Для зданий с малонагруженными фундаментами следует применять такие конструктивные решения, которые направлены на снижение сил морозного пучения и деформации конструкций зданий, а также на приспособление зданий к неравномерным деформациям оснований.

При высоком уровне подземных вод и верховодке необходимо предусматривать меры к предохранению материала подушки от заиливания окружающим пучинистым грунтом. С этой целью следует обрабатывать грунт по контуру подушки различного вида вяжущими смазочными веществами или использовать полимерные материалы.

Рис. 1. Конструктивные решения фундаментов: а - незаглублённый фундамент на выравнивающей подсыпке;
б - незаглублённый фундамент на подушке из непучинистого материала;
в - незаглублённый фундамент на подсыпке из непучинистого материала;
г - мелкозаглублённый фундамент на выравнивающей подсыпке;
д - мелкозаглублённый фундамент на подушке из непучинистого материала;
1 - фундаментный блок, 2 - выравнивающая, подсыпка из песка, 3 - подушка из непучинистого материала, 4 - засыпка из непучинистого материала, 5 - подсыпка из непучинистого материала, 6 - отмостка, 7 - гидроизоляция, 8- стена здания.

Ленточные мелкозаглублённые (незаглублённые) фундаменты зданий из деревянных конструкций следует устраивать:

на практически непучинистых и слабопучинистых грунтах — из сборных бетонных (керамзитобетонных) блоков, укладываемых свободно, без соединения между собой;
на среднепучинистых грунтах — из армированных блоков сечением 0,25х0,2 м и длиной не менее 2 м, укладываемых в два ряда с перевязкой швов;
на сильно- и чрезмерно пучинистых грунтах из сборных армированных блоков, жестко соединенных между собой, или монолитного железобетона.
Столбчатые мелкозаглублённые фундаменты на средне- и сильнопучинистых грунтах должны быть жестко связаны между собой фундаментными балками, объединенными в единую рамочную систему.
На практически непучинистых и слабопучинистых грунтах фундаментные балки соединять между собой не требуется. Это требование распространяется также на среднепучинистые грунты, подвергшиеся локальному уплотнению при устройстве фундаментов в вытрамбованных котлованах и фундаментов из забивных блоков.
При устройстве столбчатых фундаментов необходимо предусматривать зазор между фундаментными балками и планировочной поверхностью грунта. Зазор должен быть не менее расчетной деформации пучения ненагруженного грунта.
Сборные железобетонные элементы при устройстве на сильно- и чрезмерно пучинистых грунтах мелкозаглублённых фундаментов в виде сплошных плит следует жестко соединять между собой.
Протяженные здания следует разрезать по всей высоте на отдельные отсеки, длина которых принимается: для слабопучинистых грунтов до 30 м, среднепучинистых — до 25 и, сильнопучинистых — до 20 м, чрезмерно пучинистых — до 15 м.
Секции зданий, имеющие равную высоту, следует устраивать на раздельных фундаментах.

Мелкозаглубленный ленточный фундамент

Материалоемкие и дорогостоящие заглубленные ленточные фундаменты, заложенные на глубину промерзания грунта, вовсе не гарантируют надежную эксплуатацию легких зданий. Одним из способов строительства деревянных домов и зданий из легких бетонов на пучинистых грунтах является применение мелкозаглубленных фундаментов, закладываемых в промерзающем слое грунта. Обладая сравнительно низкойсебестоимостью, мелкозаглубленный ленточный фундамент оказывается гораздо надежнее, чем заглубленный.

Основной принцип такого строительства заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания, включая капитальные перегородки, объединяются в единую систему и образуют жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. Дом и фундамент объединяются в единое целое и сообща сопротивляются подвижкам грунта. При этом допускаются деформации основания, в том числе и неравномерные, однако они должны быть меньше предельных. Один из распространенных вариантов устройства мелкозаглубленного ленточного фундамента включает выборку траншеи глубиной 0,5-0,7 м под всеми капитальными стенами дома, подсыпку слоя крупнозернистого песка толщиной 0,4-0,5 м, на который заливается монолитная армированная лента, выступающая над уровнем земли на полметра. Чтобы со временем песок не заилился и не превратился в пучинистый грунт, боковые стенки траншеи устилаются гидроизоляцией. Снаружи ленты устраивается отмостка, а поверх нее, под цоколь, укладывается гидроизоляция.

Строительство фундамента: от опалубки до железобетонной ленты и плиты. 

Итак, рассмотрим процесс создания фундамента. На фото ниже показана начальная разметка колышками места под будущий фундамент и начало земляных работ.

 

 Следующий цикл выставления опалубки. В данном случае был спланирован ленточный фундамент со столбами.

Параметры фундамента: высота над землей - 50 см, углубление - еще 30 см, примерно каждые 2 метра размещены столбы, заглубленные в грунт на глубину промерзания - 150 см. Ширина внешних стенок фундамента - 40 см, ширина внутренних - 45 см (зарезервировано место под половые балки с обоих сторон венца).

Следует обратить внимание на следующие моменты. Арматура в опалубке должна идти в несколько уровней (в данном случае - в 3), на углах желательно закладывать согнутые под 90 градусов пруты арматуры - они не позволят появиться трещинам в углах фундамента. Между собой арматура крепится специальной отожженной проволокой, сварка нежелательна - она ослабляет металл. Также отожженной стальной проволокой скрепляются стенки опалубки.

 

Есть несколько интересных приемов, о которых стоит упомянуть. Первый - использование специальных плит вместо досок для формирования наружных стенок, это позволяет получить ровные внешние стены фундамента, которые имеют более красивый вид.

Второй прием связан с организацией формирования столбов. Грунт был песчаный, поэтому вырытые ямы просто осыпались и заливались тающим снегом и дождем. Для предотвращения этого были сделаны деревянные каркасы, обтянутые крепкой пленкой (см. красные элементы на фото). Такой подход позволил сделать надежные столбы.

 На фото показан элемент опалубки, предназначенный для заливки фундамента под будущий камин. Здесь также применена арматура, объединенная с основным фундаментом. Необходимости делать столбы в этом месте не было, поскольку площадь фундамента была достаточно большой - почти мини-плита.

На фото показан важный элемент, который обеспечит в будущем хорошую вентиляцию подвала. Это пластиковые трубы, которые пронизывают все стены фундамента в одном из направлений, обычно параллельно главному фасаду (из эстетических соображений).

Обратите внимание на жесткость конструкции. Если этому уделить недостаточное внимание то стены фундамента могут принять форму арбуза или песочных часов, раздувшись посередине или по краям (в верхней или нижней части стены).
Заранее рассчитывается будущий уровень фундамента, для этого внутри опалубки натягивается нить, указывающая при заливке необходимый уровень для бетона.

  После заливки бетона его желательно накрыть пленкой (прибив степлером к опалубке), чтобы дождь или снег не размыли верхний слой.
На фото ниже показана опалубка, укрытая пленкой.

Ну вот фундамент полностью готов! Заказчик проверил геометрические размеры получившегося фундамента, отклонения были минимальны, поэтому он остался доволен работой. Кстати на фото хорошо видны получившиеся вентиляционные отверстия и гладкость наружных стен фундамента.

 P.S. Советуем Вам обратить внимание не только на приезд бетономешалок, но и на их отъезд. К сожалению, недобросовестные водители могут слить за Вашим забором остатки бетона, промыв миксер, чтобы не заниматься этим потом. А Вы будете еще долго ловить укор в глазах соседей, да и просто огорчаться видя, как загублена природа.