Фундаменты

Фундамент

Типы фундаментов

Фундаменты являются опорной  частью здания и предназначены для  передачи нагрузки от вышерасположенных  конструкций на основание (грунт). От надежной работы фундаментов в большой  степени зависят эксплуатационные качества здания, его капитальность  и долговечность. Стоимость возведения фундаментов составляет 15—20 % стоимости  дома, а исправление допущенных ошибок, как правило дорого, поэтому к сооружению фундаментов следует относиться особенно ответственно. 

На рисунках показаны характерные  примеры деформаций фундаментов, возникающих  при неправильном их устройстве.

Деформации фундаментов: 

• Просадка фундамента.
• Выпучивание фундамента при заложении его выше уровня промерзания
• Отрыв и выпучивание фундамента при заложении его ниже уровня промерзания
• Боковой сдвиг фундамента
• Н - нагрузка на фундамент 
• СГ - сопротивление грунта 
• МП - силы морозного пучения

 Просадка фундаментов,  т. е. постепенное опускание  в грунт под действием вышерасположенных  нагрузок, в малоэтажном домостроении  явление относительно редкое. Обычно опорная площадь возводимых фундаментов, особенно ленточных, значительно превышает расчетную и на непросадочных грунтах почти всегда обеспечивает их стабильное состояние. 

Под здание на слабых грунтах  и под тяжелые стены делают столбчатые фундаменты. Во избежание просадки площадь опоры фундаментов проверяют расчетом и при необходимости увеличивают: в ленточных фундаментах за счет уширения их нижней части, в столбчатых, кроме того, за счет сокращения расстояний между столбами. 

В районах с высоким  расположением грунтовых вод  на фундаменты малоэтажных зданий воздействуют силы морозного пучения. В тяжелых  пучинистых грунтах (водонасыщенные глины, суглинки, супеси, мелкие и пылеватые пески) эти силы достигают 100— 150 кПа (10—15 тс/м2) и, действуя на фундамент снизу вверх, часто превосходят нагрузки вышерасположенных конструкций. При этом сезонные вертикальные перемещения поверхностного слоя грунта при его промерзании на 1—1,5 м составляют 10—15 см. Перекошенные крыльца, террасы, веранды, а иногда и стены домов — в большинстве случаев результат действия именно сил морозного пучения грунтов. 

Ошибкой многих индивидуальных застройщиков является уверенность, что  чем глубже заложен фундамент, тем  лучше, и что такое решение  уже само по себе обеспечивает его  надежную работу и устойчивость. Действительно, при расположении подошвы фундамента ниже уровня промерзания грунта вертикальные силы морозного пучения перестают  действовать на нее снизу, однако касательные силы морозного пучения, действующие на боковые поверхности, могут и в этом случае вытащить фундамент вместе с промерзшим грунтом  или оторвать его верхнюю часть  от нижней. Такие случаи наиболее вероятны при устройстве фундаментов из камня, кирпича или мелких блоков, особенно под легкими зданиями и сооружениями. 

Чтобы не допустить деформации фундаментов на пучинистых грунтах, необходимо не только расположить их подошву ниже уровня промерзания грунтов и тем самым избавиться от непосредственного давления мерзлого грунта снизу, но надо также нейтрализовать касательные силы морозного пучения, действующие на боковые поверхности фундамента. Для этой цели внутри фундамента на всю его высоту закладивают арматурный каркас, жестко связывающий верхнюю и нижнюю части фундамента, а основание делают уширенным, в виде опорной площадки-анкера, которая не позволяет вытащить фундамент из земли при морозном пучении грунта. Такое конструктивное решение гарантирует стабильную работу фундаментов при любых вертикальных деформациях грунта, однако практически оно возможно лишь при использовании железобетона. Если фундаменты возводят из камня, кирпича или мелких блоков без внутреннего вертикального армирования, необходимо их стены делать наклонными (сужающимися кверху). Такой способ устройства фундаментных стен и столбов при тщательном выравнивании их поверхностей значительно ослабляет боковое вертикальное воздействие пучинистых грунтов на фундамент. 

Дополнительными мерами, уменьшающими влияние сил морозного пучения  могут быть: покрытие боковых поверхностей фундамента скользящим слоем (отработанное машинное масло, полиэтиленовая пленка), а также утепление поверхностного слоя грунта вокруг фундаментов (шлаком, керамзитом, пенопластом), при котором уменьшается местная глубина промерзания грунта. Последнюю меру можно применить и для ранее построенных мелко-заглубленных фундаментов, нуждающихся в защите от морозного пучения. При строительстве зданий на крутопадающем рельефе приходится учитывать боковое давление грунта, его возможный сдвиг. Величина этого давления зависит от многих причин (крутизна откоса, гидрогеологический состав грунта и т. д.) и трудно поддается расчету. Обычно в этих условиях более надежно работают ленточные фундаменты, жестко связанные в продольном и поперечном направлениях. Столбчатые фундаменты в этом случае необходимо жестко объединить поверху железобетонным поясом (ростверком), чтобы все конструктивные элементы работали совместно. 

В зависимости от формы  и способа опирания на грунт фундаменты бывают столбчатыми, ленточными и плитными: 

Наиболее распространенными  и дешевыми являются столбчатые фундаменты. По расходу материалов и затратам труда они в 1,5—2 раза, а при  глубоком заложении в 3—5 раз экономичнее  ленточных. Особенно эффективны столбчатые фундаменты в пучинистых грунтах при их глубоком промерзании. Вместе с тем у столбчатых фундаментов есть особенности, мешающие в ряде случаев их успешному применению. Так, в горизонтально подвижных грунтах недостаточна их устойчивость к опрокидыванию и для погашения бокового сдвига требуется устройство жесткого железобетонного ростверка. Ограничено их применение на слабонесущих грунтах при строительстве домов с тяжелыми стенами. Кроме того, при столбчатых фундаментах возникают сложности с устройством цоколя: если при ленточных фундаментах цоколь образуется как бы сам собой, являясь их продолжением, то при столбчатых заполнение пространства между столбами, стеной и землей (забирка) - сложное и трудоемкое дело. 

Ленточные фундаменты обычно возводят при строительстве зданий с тяжелыми стенами и перекрытиями, а.также в случаях, когда под домом устраивают подвал или теплое подполье. Возможно и целесообразно также устройство ленточных фундаментов при их мелком заложении на сухих иепучинистых грунтах, даже если здание строят из легких конструкций без подвала и подполья. Ленточные фундаменты в этих условиях становятся как бы заглубленным цоколем и по расходу материалов и трудозатрат приближаются к аналогичным показателям столбчатых фундаментов. На пучинистых глубоко промерзающих грунтах устройство ленточных фундаментов технически трудно выполнимо, многодельно и экономически не оправданно. Плитные фундаменты являются разновидностью мелкозаглубленных ленточных, однако в отличие от них имеют жесткое пространственное армирование по всей несущей плоскости, позволяющее без внутренних деформаций воспринимать знакопеременные нагрузки, возникающие при неравномерных и сезонных перемещениях грунта. 

На подвижных (пучинистых) грунтах такие фундаменты в отличие от обычных, стационарных, покоящихся па неподвижном основании, имеют вместе с грунтом сезонные вертикальные перемещения и называются плавающими. Их конструкция -  представляет собой сплошную или решетчатую плиту, выполненную либо из монолитного железобетона, либо из сборных перекрестных железобетонных балок с жесткой заделкой стыковых соединений. Устройство плитных фундаментов требует относительно большого расхода бетона и металла и может быть оправдано в малоэтажном строительстве при сооружении небольших и простых по форме плана зданий и сооружений на тяжелых пучннистых, подвижных и просадочных грунтах, а также в случаях, когда не требуется устройства высокого цоколя и верх плитного фундамента может быть использован в качестве цокольного перекрытия. 

В зависимости от применяемых  материалов фундаменты бывают: песчаные, щебеночные, бутовые, кирпичные, бетонные (монолитные и из бетонных блоков), железобетонные (монолитные и сборные), а так-же из деревянных, железобетонных, металлических и асбестоцементных столбов и труб. На сухих и маловлажных (непучинистых) грунтах применяют все перечисленные выше типы фундаментов, причем самыми дешевыми из них являются песчаные из крупнозернистого песка, щебеночные и кирпичные. При строительстве зданий на пучинистых грунтах (влагонасыщенные глины, суглинки и супеси) фундаменты следует устраивать из бетона и железобетона. Варианты ленточных и столбчатых фундаментов показаны на рисунках:

• Столбчатые и ленточные фундаменты в неподвижных грунтах 
• Щебень
• Бутовая кладка
• Кирпичная кладка
• Бетон
• Железобетон
• Цоколь
• Глина
• Крупнозернистый песок

• Столбчатые и ленточные фундаменты в пучинистых грунтах
• Бутовая кладка с наклонными стенами
• Кирпичная кладка с наклонными стенами
• Железобетонный сердечник, жестко связанный с опорной плитой
• Кирпичная кладка с вертикальными стенками
• Монолитный бетон
• Цоколь
• Монолитный железобетон
• Железобетонная опорная плита
• Песчаная подушка
• Засыпка вынутым грунтом
• У.П.Г. - уровень промерзания грунта

Подвал и подполье

Если дом строят на сухих  грунтах, желательно, чтобы в нем  был подвал или высокое эксплуатируемое  подполье. 

При ленточных фундаментах  и цокольном перекрытии такое  решение оправданно не только, конструктивно, но и экономически: дополнительные затраты, связанные в этом случае с устройством подвала или  подполья, в 3—5 раз меньше тех, которые  требуются, чтобы получить такую  же полезную площадь в специально построенном для этой цели помещении. 

Высоту подвала принимают  равной 1,9—2,2 м. Этого вполне достаточно, чтобы разместить в нем хозяйственные  и складские помещения и при  необходимости установить квартирный генератор тепла (котел) на жидком или  твердом топливе. 

Стены подвала, как правило, совмещают с ленточными фундаментами, а потолок — с цокольным  перекрытием. Толщину стен при их заглублении свыше 1 м. определяют с  учетом бокового давления грунта. 

В сухих непучинистых грунтах стены подвала выкладывают из камня, кирпича и бетона, в пучннистых и влагонасыщенных грунтах — только из бетона и железобетона. Для повышения прочности стен, сложенных из кирпича и бетонных блоков, в горизонтальные швы кладки, через 30—40 см по высоте, кладут арматурную сетку, а вверху и внизу стен, по их периметру, устраивают железобетонные пояса. 

Кроме устойчивости стены  подвала должны иметь хорошие  теплозащитные качества и надежную гидроизоляцию. Как известно, грунт  на глубине 1.5—2 м от поверхности  земли имеет практически постоянную температуру, равную примерно 5—10 °С. При  достаточно эффективной тепловой защите стен (но не пола) такая температура  может сохраняться в подвале  почти круглый год. В качестве теплозащитных материалов используют керамзит, минеральную вату, а также  пенопласты. Способов устройства тепловой защиты стен много. Наиболее эффективны из них те, где утепляющий слой расположен снаружи. При таком решении стены  подвала не промерзают и, как правило, не отсыревают. Лучшим материалом для  наружного утепления является пенопласт. По сравнению с минеральной ватой  он в 2—3 раза менее теплопроводен  и в 100 раз имеет меньшее водопоглощение. Его плохая огнестойкость и некоторая токсичность в данном случае значения не имеют. 

Наружную гидроизоляцию  стен подвала или подполья выполняют  во всех случаях. При маловлажных  грунтах, когда грунтовые воды находятся  ниже пола подвала, достаточно двойной  обмазки стен горячим битумом. При  сильно увлажненных грунтах требуется  оклеечная гидроизоляция с использованием рубероида или полиэтиленовой пленки. Кроме того, в этом случае желательно также устройство глиняного замка из уплотненной жирной глины. Наиболее сложные гидроизоляционные работы возникают при расположении пола подвала ниже уровня грунтовых вод. В этих случаях дополнительно требуется подпольная гидроизоляция с применением сварных полиэтиленовых полотнищ или многослойных рубероидных ковров с устройством бесшовных оснований под полы из монолитного железобетона. Учитывая, что такие сложные работы неизбежно придется проводить в затопленных водой котлованах (что не позволяет гарантировать их качество), следует стремиться к тому, чтобы полы, подземных помещений были расположены выше уровня грунтовых вод. 

Каждый подвал должен иметь  вентиляцию, которая предотвращает  появление сырости и способствует лучшему сохранению овощей, фруктов  и продуктовых запасов. Обычно для  этой цели по периметру цоколя устраивают, вентиляционные отверстия или окна, периодически открываемые для проветривания  подземных помещений, однако лучшим решением является вентиляция через  специальные каналы, устраиваемые, в дымовентиляционных блоках, выходящих  за пределы чердачного перекрытия или  крыши. Чем больше сечение вытяжного  канала, тем лучше. При кирпичной  кладке минимальное сечение 140х140 мм. Приток воздуха обычно обеспечивается за счет неплотностей в ограждающих конструкциях, но можно устроить и специальные каналы с забором воздуха либо с улицы, либо из закрытых помещений (подполье, тамбур, сени, веранда). Приточный и вытяжной каналы располагают в противоположных сторонах подвала, причем первый из них у пола, а второй у потолка. 

Полы подвала могут  иметь разнообразную конструкцию. На сухих грунтах подготовку под  полы устраивают обычно из щебня, гравия или кирпичного боя, укладываемых с  трамбованием на материковый (нетронутый) грунт. На влажных грунтах для предотвращения капиллярного поднятия влаги подготовку устраивают по гидроизоляционному слою из жирной глины или щебня, пропитанного битумом. Кроме того, основание под полы (подготовку) желательно делать из монолитного бетона или железобетона. Покрытие пола и в том, и в другом случае выполняют из любых материалов: цементно-песчаного раствора, бетонных и керамических плиток, дощатого настила и т, д. На влажных грунтах независимо от устройства гидроизоляции следует избегать устройства верхнего покрытия полов из органических материалов.