Уровень грунтовых вод влияет на глубину заложения фундамента, поэтому его необходимо определить в ходе геологических изысканий. Уровень грунтовых вод на участке строительства можно искусственно понизить, устроив яму для сброса подземных вод в сторону уклона рельефа (относительно этой ямы участок строительства будет более возвышенным, поэтому уровень грунтовых вод на нем понизится). Такой водоотвод эффективен при временных интенсивных повышениях уровня грунтовых вод (ливень, таяние снега весной и т. п.). Для постоянного понижения уровня грунтовых вод необходимы продуманные дренажные системы.
Чтобы ослабить влияние грунтовых вод на ленточный или столбчатый фундамент, можно произвести выштамповку площадки под подошвой фундамента. Этот процесс предполагает вбивание в несущий слой грунта стальных микросвай с помощью специального пневматического пробойника (подойдет, в принципе, и кувалда, но с большими трудозатратами). Микросваи – это сваи диаметром до 20 мм, имеющие острый наконечник для простоты вхождения в грунт.
Еще один выход из ситуации с повышенным уровнем грунтовых вод – устройство особенно надежной гидроизоляции. Но этот метод не поможет в борьбе с пучением грунта.
ГЛУБИНА ПРОМЕРЗАНИЯ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ
Глубина промерзания грунта измеряется вниз от поверхности земли и формально показывает, насколько глубоко замерзает земля в зимний период.
Эта характеристика дает понять, как изменяются свойства грунта при отрицательных температурах, особенно в длительные периоды с низкими температурами. Самое сильное влияние на изменение свойств грунта при промерзании оказывает замерзшая вода, поэтому глубина промерзания тесно связана с таким понятием, как уровень грунтовых вод.
Если глубина промерзания и уровень грунтовых вод не пересекаются, грунт наиболее надежен.
Если же глубина промерзания находится ниже уровня грунтовых вод, нельзя избежать резких изменений в свойствах грунта при перепадах температуры (в весенний и осенний периоды, при замерзании и оттаивании). Эти изменения необходимо учитывать при проектировании фундамента.
Определение глубины промерзания будет подробно рассмотрено в гл. Предварительные работы на участке – в разделе, посвященном геологическим изысканиям.
СЕЙСМОУСТОЙЧИВОСТЬ
Если район строительства находится в зоне частых землетрясений, требования к фундаменту повышаются. Он должен не разрушаться при сейсмических нагрузках.
Для повышения устойчивости фундамента нужно дополнительно армировать как сам фундамент, так и все здание, или, например, использовать шаровидный либо составной фундамент. И если шаровидный фундамент обойдется застройщику очень дорого, то составной может оказаться даже дешевле типового решения.
Сперва необходимо вырыть обыкновенный котлован и организовать обычный фундамент, не учитывая сейсмических свойств региона, затем поверх этого фундамента уложить сплошной монолитный блок из железобетона с выемкой в верхней части в виде небольшого углубления, круглого в плане и параболического в разрезе. Железобетонный блок следует выполнить из самого прочного бетона и тщательно его армировать. Связи арматуры обязательно делать с перевязкой проволокой, а не с помощью сварки. В выемку после твердения бетона надо налить малоусыхаемое масло, затем туда же уложить стальные шары, на которые опять поместить бетонный блок, более плоский. На этот блок непосредственно установить надземные несущие основа здания. Такая конструкция обладает способностью сглаживать силу подземных толчков на 2 балла по шкале Рихтера, а при сильных толчках не даст дому перевернуться. Конструктивные размеры всех элементов такого фундамента можно разрабатывать только в соответствии с расчетами. Для чего лучше обратиться к специалисту.
Еще один способ погасить подземные толчки – фундамент на слоистых опорах. Эти опоры устанавливают опять же на уже устроенный фундамент по монолитной плите, но никаких выемок делать не нужно. На плиту жестко крепят опоры, представляющие собой большие по диаметру и небольшие по высоте колонны, состоящие из вертикально перемежающихся слоев особо прочной резины и стали. Резина гасит колебания. Следует отметить, что обычная резина для таких опор не подойдет, и сделать подобный качественный фундамент самостоятельно практически невозможно.
ФУНДАМЕНТ НА СКЛОНЕ
Как уже было сказано в гл. Устройство фундамента, подошва фундамента по всей его площади должна находиться на одной и той же отметке высоты. Отсюда следует, что дно траншеи или котлована под фундамент также необходимо устроить на одной высоте. Эти условия усложняют строительство здания на склонах, особенно на крупнопадающем рельефе: приходится либо выравнивать всю площадку под строительство, либо производить большой объем земляных работ. Кроме того, на склонах очень часто необходимыми являются укрепительные мероприятия, защищающие грунтовое основание от эрозии – разрушения под воздействием ветра и потоков воды, приводящего к отрыву кусков грунта и выносу их со склона с отложением у его основания. Все это заставляет задуматься, прежде чем выбрать участок под строительство на крутом рельефе: ведь на земляные работы и возведение фундамента уйдет намного больше средств и времени.
Но что делать, если уже выбранный участок под строительство расположен на крутом склоне? Прежде всего нужно учесть, что большую опасность представляют перемещения и сдвиги грунта, а также боковое давление на будущий фундамент. Эти обстоятельства приводят к выводу, что фундамент в подобных условиях должен быть жестко связан в продольном и поперечном направлениях. Поэтому оптимальный выбор здесь – ленточный фундамент. Подойдет и столбчатый фундамент, объединенный железобетонным ростверком по всему периметру. Склон можно также укрепить посадкой деревьев и кустарников.
Если на склоне с крупнопадающим рельефом решено возводить ленточный фундамент, можно сделать его уступчатым. Начинают сооружение такого фундамента с самой низкой его части по склону. Высота каждого уступа не должна быть больше половины его длины, лучше, если она будет составлять именно половину от нее. Еще одно ограничение – высота уступа: она обязана не превышать 50 см.
Виды фундаментов
В зависимости от способа устройства различают несколько основных типов фундаментов. Каждый из них имеет свои особенности и подходит для определенных условий.
Выбор типа фундамента – очень ответственное дело, перед которым следует учесть все условия строительства – от свойств грунтового основания до типа надземных несущих конструкций и этажности постройки. Рассмотрим основные виды фундаментов.
СТОЛБЧАТЫЙ ФУНДАМЕНТ
Столбчатый фундамент состоит из опор (столбов), объединенных на уровне обреза фундаментными балками (рис. 1).
Из-за того что опоры фундамента находятся на некотором расстоянии друг от друга, нагрузка, которую они воспринимают, получается сосредоточенной и передается на грунтовое основание точечно.
Рисунок 1. Столбчатый фундамент: 1 – обвязочная балка или ростверк (железобетонная балка), 2 – столб Особенности
Основными достоинствами столбчатых фундаментов можно считать экономию материалов и простоту возведения. Недостатком прежде всего является необходимость отдельного устройства цоколя, называемого в данном случае забиркой.
Столбчатые фундаменты можно выполнять из монолитного или сборного железобетона, дерева, кирпича, бута или асбестоцементных труб. При этом каменный или бетонный фундамент может быть устроен на песчаной, щебеночной или гравийной подушке, которая заменит не более половины его высоты и будет в высоту не более 15 см (только для сильных грунтов), а кирпичные столбы можно уложить на несколько рядов бутовой кладки. Зачастую столбы имеют внизу уширение – «подушку», которая позволяет им более прочно «сидеть» в грунте. На хорошем грунтовом основании столбчатые фундаменты порой возводят без фундаментных балок.Столбчатый фундамент экономичнее ленточного в 1,5–5 раз. Чем больше расчетная глубина заложения, тем выше относительная экономия труда и материалов при выборе столбчатого фундамента. Однако следует помнить, что применение этого типа фундамента обусловливается гораздо большим количеством ограничений.
При возведении столбчатого фундамента опоры следует устанавливать во всех конструктивных узлах здания: в местах пересечения несущих стен (в том числе на углах) или под колоннами. Но этого зачастую мало, так как расстояние между опорами должно быть не более 3 м, а лучше, чтобы оно ограничилось 1,2–2,5 м. Эта величина обусловлена максимальным расстоянием, при котором не возникают деформации в фундаментных балках и несущих стенах под их собственным весом. Дополнительные столбы следует устанавливать под простенками, вспомогательными опорами и в точках сосредоточения каких-либо нагрузок. Если установки столбов в этих точках недостаточно, их просто равномерно распределяют по всему периметру несущих стен, следя за тем, чтобы опоры не располагались под проемами.
Фундаментная балка, которую укладывают поверх столбов для связи вертикальных опор между собой, может называться по-разному: обвязочной, ростверком или рандбалкой. Каждое из этих названий обозначает конструктивную особенность отдельного вида фундаментных балок. Ростверком называют железобетонную обвязку, а рандбалка – это более мощный ростверк с более крупными конструктивными размерами, применяется при больших расстояниях между столбами. Толщина рандбалки не должна быть менее четверти пролета (расстояния между опорами). Например, при пролете в 3 м минимальная толщина рандбалки составит 75 см. Рандбалки применяют, если пролет превышает 2,5 м. Иногда устройство рандбалок позволяет увеличить расстояние между опорами фундамента более чем на 3 м.
Фундаментные балки могут не применяться, если конструктивная система здания представляет собой каркас (стойки, колонны, а не стены), а грунтовое основании достаточно прочное. Но если стены здания предполагается выполнить из камня или бетона, устройство железобетонного ростверка является обязательным.