Какой тип фундамента выбрать
В этой статье мы предлагаем взглянуть на фундамент в действии, рассмотреть факторы и принципы выбора той или иной его конструкции. Отдельно обратим ваше внимание на проблемы проектирования фундаментов и особенности их применения в зависимости от типа.
Данной статьёй начинается цикл, посвящённый вопросам возведения фундамента для частного дома. В следующих наших публикациях речь пойдёт о нюансах строительства конкретных видов фундаментов.
Строительство фундамента считается одной из самых сложных и ответственных задач при возведении жилища. Не удивительно, что не каждый будущий домовладелец отважится взяться за эту работу самостоятельно. Невзирая на трудности, закладка фундамента — это, наверное, самый волнительный этап, во время которого начинается жизнь нового дома. Всё потому, что фундамент является истинной основой здания, его хребтом и душой. Стоит только начать — и назад уже дороги нет.
В чём же заключаются сложности, почему к фундаментам столько особых требований? Просто, дело не только в применении качественных материалов и соблюдении технологий, что впрочем тоже сложно переоценить, практика показывает, что наибольшее количество «проколов» возникает из-за ошибок в расчётах, или, того хуже, строительстве без проектирования, «как у соседа». Проблемы эти зачастую имеют катастрофические последствия, вплоть до серьёзных деформаций несущих конструкций, а главное, обнаруживаются они уже во время эксплуатации и практически не поддаются исправлению.
Другой бич отечественного застройщика — это откровенное желание сэкономить. Заказчик приобретает сомнительного качества материалы, нанимает недорогих малоквалифицированных рабочих, осознано рассчитывает нагрузки, действующие на фундамент и основание, «по минимуму». Стоимость фундамента для малоэтажного строения, в зависимости от множества факторов, может достигать 25% от общей сметы, и редко бывает меньше 5–8%. На этом попадаются многие, ведь жалко бывает зарывать такие деньги в землю.
С другой стороны, переоценка возможных нагрузок — прямой путь к существенному удорожанию строительства, как из-за перерасхода материалов, так и увеличения трудовых затрат. Иногда излишне глубокий фундамент работает во вред (на пучинистых грунтах).
Характер взаимодействия «здание/фундамент/основание»
Выбор конкретного типа фундамента, материалов, способа его возведения зависит от многих взаимосвязанных факторов. Самое главное в принятии решений — это учесть, что здание и естественное основание, на котором оно стоит, определённым образом взаимодействуют друг с другом, а фундамент является промежуточным звеном единой, очень важной цепи. Данные элементы оказывают физическое, и даже химическое влияние друг на друга, между ними начинают действовать определенные силы, о которых мы поговорим ниже. Поэтому рассматривать их нужно только в единстве.
Грунты и их особенности
Здание своим весом посредством фундамента давит на основание, сжимает его, вследствие чего возникают мощные напряжения. Актуальными становятся вопросы определения несущей способности грунта (в том числе в горизонтальном направлении) и его сопротивляемости к деформациям. Слабое основание может не выдержать нагрузок и спровоцировать осадку, просадку, подъём, горизонтальный сдвиг, крен, прогиб, перегиб, закручивание, колебания фундамента — всё это может стать причиной серьёзных деформаций.
Важнейшим аспектом взаимодействия фундамент/грунт является сила трения и сцепления, возникающие между ними.
В случае неудовлетворительного состояния грунта, который не может служить надёжным основанием, его закрепляют (уплотнение, силикатизация, цементизация, битуминизация). Закрепление оснований является сложной технологической задачей, реализовать которую способны только специализирующиеся на этом организации. Данный вид работ требует создания отдельного проекта закрепления грунта.
На строительные характеристики грунта прямо влияет его состав, по этому признаку выделяют несколько типов оснований:
скалистые (граниты, известняки, кварциты — нет пучинистости, практически отсутствуют грунтовые воды, отличная несущая способность);
крупнообломочные (щебень, галька, дресва, гравий — очень надёжные, не пучинистые, осадка равномерная);
песчаные (более 50% составляет песок фракцией менее 2 мм — хорошее основание при равномерном залегании пласта, не пучинистое);
глинистые (частиц глины более 30% — легко пропускают воду, обладают пучинистостью);
суглинки и супеси (смешанные между собой глина, пыль, песок — умеренно прочные, пучинистые);
специфические грунты с особыми свойствами (просадочные, набухающие, засоленные, органические, элювиальные, насыпные, намывные).
Для выбора фундамента отдельно разделяют грунты на пучинистые и непучинистые. Пучинистые основания легко пропускают и удерживаю воду. Зимой они, насыщенные влагой, промерзают и увеличиваются в объёме — примерно на 15%. Грунт расширяется, поднимается (причём неравномерно) и выталкивает фундамент наверх. Во время таяния грунт вместе со зданием оседает. Такие сезонные подвижки становятся причиной серьёзных нагрузок на фундамент. Пучинистость грунтов напрямую зависит от их плотности, дисперсности, уровня грунтовых вод. К грунтам такого типа относят пылеватые и мелкие пески, глинистые грунты, крупнообломочные с заполнением из глины. Самыми неблагоприятными в этом плане являются глинистые основания. Проблема морозного пучения решается применением столбчатых или малозаглублённых фундаментов с увеличенной жёсткостью надземной части, хотя бытует заблуждение «чем глубже заложен фундамент — тем надёжнее».
Особенности здания
В зависимости от того, какую нагрузку строения оказывают на основание, их условно разделяют на лёгкие и тяжёлые. Если силы пучения превышают вес здания — это лёгкая конструкция, и она обычно строится на мелкозаглублённом фундаменте. А вот дом, вес которого превышает суммарные касательные силы пучения, считается тяжёлым. Для перераспределения этой массы возводится крупный глубокозалегающий фундамент.
На вес сооружения и, соответственно, выбор фундамента в основном влияет материал стен. Очевидно, что лёгкими будут деревянные здания — каркасные, бревёнчатые, из бруса. Совсем другие фундаменты нужны будут для тяжёлых кирпичных, блочных, бетонных, многоэтажных домов с несущим плитным перекрытием — обычно они изготавливаются из железобетона, ленточного или свайного типа.
Следует сказать, что определённый отпечаток на выбор типа фундамента (больше даже на его конфигурацию) оказывает конструктивный тип здания, который определяет пространственное расположение основных несущих элементов — стен, перекрытий, опорных колон… Например, для каркасных домов и зданий с массивными несущими стенами фундаменты применяют разные.
В некоторых случаях может учитываться характер эксплуатации строения, допустим, будет оно отапливаемым или холодным.
Очень важно, будут ли в доме заглублённые помещения, которые нужно будет тщательно защищать от грунтовых вод.
Грунтовые воды
Это — третья сила, вернее, один из важнейших факторов взаимодействия «фундамент/основание». Водный баланс участка напрямую влияет на выбор конструкции фундамента, способа его возведения, глубины залегания, размеров. Вода, находясь в подвешенном, свободном и капиллярном состоянии, постоянно перемещается в основании под действием сил тяжести, разности напоров, поверхностного натяжения. При высоком уровне грунтовых, подземных и техногенных вод (а также при его резком изменении) основание переувлажняется и теряет несущую способность, возникает опасность набухания и осадки грунта, увеличиваются силы морозного пучения.
Гидрогеологические условия территорий, их возможные изменения в процессе строительства и эксплуатации всегда принимаются во внимание. Здесь важна сезонная и многолетняя амплитуда колебания уровня воды, возможность появления «верховодки», высота капиллярного поднятия влаги. По данному критерию участок определяют как:
неподтопляемый;
подтопляемый потенциально (требует особых мероприятий: устройство дренажа территории и фундамента, водопонижающих скважин, противофильтрационных завес, электроосмоса, специальной гидроизоляции);
осушаемый (есть вероятность осадки грунта при резком существенном понижении уровня грунтовых вод — актуально для глинистых и органических, илистых оснований).
Отдельно рассматривают химический состав грунтовых и техногенных вод, так как они могут быть очень агрессивными по отношению к материалам фундамента. В этом случае принимают меры по антикоррозионной защите фундамента — особый тип гидроизоляции.
Как работает фундамент
Фундамент связывает коробку снизу, выступает своего рода поясом для несущих стен, не даёт им «разъехаться», сдерживая внутренние напряжения (например, даже свайные и столбчатые конструкции фундаментов соединяются балками или плитами).
Он принимает полную нагрузку от здания, перераспределяет его массу. Этот конструктивный элемент самый нижний, он испытывает наибольшее давление, ведь на него воздействует всё здание, которое по завершении строительства будет иметь определённую цельность. Значит, фундамент должен укротить нагрузки, действующие часто неравномерно, из-за чего возникают не только сдавливающие, но и растягивающие, а также скалывающие силы, которые действуют сверху.
Фундамент переносит вес здания на основание. Если говорить просто, то здание с помощью фундамента цепляется за грунт, и сохраняет своё проектное положение. Здесь могут противодействовать разнообразные вредящие силы: боковые сдвигающие, опрокидывающие, скользящие, выталкивающие… Интересно, что не всегда фундамент опирается на достаточно твёрдое стабильное основание, чаще главную работу совершает сила трения в плотных слоях, вот почему так сложно строить на рыхлых и подвижных грунтах.
Некоторые типы фундаментов более эффективно, чем другие, защищают внутреннее пространство дома от грунтовых вод (например, ленточный монолитный). Это утверждение актуально особенно при высоком их залегании, либо если проектом предусмотрен цокольный этаж, подвал, подземный гараж.
Можно сделать некоторые промежуточные выводы.
Фундамент должен быть:
достаточно прочным, чтобы выдержать и эффективно перераспределять нагрузки;
устойчивым к сдвигающим, выталкивающим, опрокидывающим силам;
долговечным, иметь срок службы не меньше, чем сам дом;
нейтральным к воздействию грунтовых вод;
экономически обоснованным и наименее трудоёмким в строительстве.
Неправильно говорить «какой нужен фундамент для этого дома?», правильно сказать «какой фундамент строить на этих грунтах (дом будет такой-то)?».
Вопросы проектирования фундаментов
Если речь идёт о маленьком садовом домике, собранном из того, что есть под рукой, то можно самостоятельно рассчитать фундамент. А вот если строить что-то посерьёзнее, например, из кирпича (тем более мансардные дома, в два или три этажа) — то тут без привлечения специально обученных людей, пожалуй, не обойтись. Стоимость услуг инженера окупится сторицей, тем более что он несёт ответственность за свою работу и в обязательном порядке подписывает проект. Имея на руках грамотный проект и обладая определённым строительным опытом, уже можно заняться возведением фундамента самостоятельно, либо пригласить подрядчиков и контролировать процесс согласно полученной документации.
Проектирование фундамента осуществляется для всех стадий его возведения — транспортировки и складирования элементов, непосредственного монтажа, эксплуатации. Разработка ведётся на основании технического задания от заказчика (это те данные, что мы должны предоставить конструктору). Итак, какая информация нужна, чтобы безошибочно выбрать и рассчитать фундамент?
Во-первых, потребуются подробные характеристики будущего здания. Нужен, по сути, детальный проект, содержащий:
сведения о размерах, конфигурации и материалах конструкций;
данные об объёмно-планировочных решениях;
информация о нагрузках, передаваемых на фундамент.
Особое внимание обращается на наличие и характер подземных помещений: подвалы, гаражи, цокольный этаж.
Второе, предоставляется план участка с привязкой к местности, высотными отметками, указанием взаимного расположения всех возможных строений. Желательно, чтобы заранее была разработана и обозначена сеть дорожек и площадок, схема прокладки заглублённых коммуникаций. Не лишним будет определиться с ландшафтными работами и характером озеленения, так как эти моменты существенно влияют на водный баланс территории.
В-третьих, следует обязательно провести инженерно-геологическую и гидрологическую разведку на участке (данную работу можно доверять только лицензированным организациям). Эти изыскания позволят определить несущую способность, сопротивляемость основания, и другие его особенности. Здесь будут данные о рельефе и позиционировании участка; сейсмические условия; тип и физико-механические свойства грунтов, их пластовое расположение; наличие и уровень грунтовых вод, их баланс и режим колебания, химический состав воды (агрессивность по отношению к строительным конструкциям); наблюдения за неблагоприятными геологическими процессами — подработки, оползни, карсты, температурные аномалии; глубина промерзания. Геологоразведку рекомендуют проводить не только на застраиваемой территории, но и вблизи участка.
Четвёртое, указываем класс ответственности данного сооружения, что определяет требования к максимальным деформациям. В нашем случае это будет «нормальный» уровень ответственности (второй класс), который принимается для массового жилого строительства.
Пятое, в случае недостатка информации, либо особой сложности условий применяются натурные измерения и мониторинг.
Разработчик принимает ряд очень важных решений и отображает их в соответствующих чертежах и пояснениях. Он должен:
в зависимости от типа здания определить фактическую нагрузку на грунт и напряжения, возникающие в подошве фундамента;
рассчитать устойчивость здания;
обосновать применение конкретного типа фундамента;
определить возможность использования естественного основания, либо обосновать организацию искусственного основания;
детально разработать конструкцию фундамента, возможно нескольких вариантов (нулевая отметка, оси, разрезы узлов и котлованов, спецификации, схемы армирования, характеристики опалубки, чертежи готовых ЖБ изделий );
выбрать материал (марка бетона, сечение и арматуры, характер подушек…);
рассчитать глубину заложения всех элементов фундамента;
выбрать/предложить наиболее выгодный экономически и наименее трудозатратный способ возведения.
К проекту кроме чертежей прикладывают список нормативных документов, по которым проект разработан, а также пояснительную записку об исходных данных (изысканиях) и аналитических обоснованиях принятых разработчиком решений. К слову, основой для расчётов фундамента является СНиП 2.02.01–83, хотя применяется ещё более двух десятков смежных руководств.
Основные типы фундаментов
Существует много типов фундамента, и, как правило, для одного дома может подойти несколько вариантов исполнения. Давайте попробуем разобраться, чем отличаются различные фундаменты друг от друга, в каких условиях они могут быть предпочтительнее, в чём заключаются их недостатки и преимущества.
Учитывая конструкцию здания (например, наличие подвала), гидрогеологические условия (пучинистость основания, высокие грунтовые воды), характер нагрузок (масса здания), выбирают определённую глубину заложения фундамента. По глубине расположения в грунтах фундаменты условно подразделяют на:
мелкозаглублённые
заглублённые
Мелкозаглублённый фундамент — это, как правило, ленточная монолитная конструкция, которая закладывается выше глубины промерзания (50–70 см от уровня участка). Этот тип фундамента применяется только для сравнительно лёгких малоэтажных домов (в том числе кирпичных с перекрытиями из пустотных плит), которые не оказывают больших нагрузок на основание. Мелкозаглублённые конструкции не могут быть использованы для зданий с подвалами и цокольным этажом. Но они менее трудозатратны, более чем в два раза экономичнее заглублённых, и прекрасно подходят для строительства на пучинистых грунтах.
