ТИПОВЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
2.1. СХЕМЫ ФУНДАМЕНТОВ
После изучения свойств грунта и оценки гидрогеологических условий на участке определяются с конструкцией фундамента и с глубиной его заложения. Оба эти параметра назначают одновременно.
Если говорить о конструкции, то в малоэтажном индивидуальном строительстве применяют столбчатые, столбчато–ленточные, ленточные, сплошные и свайные фундаменты (рис. 34).
Столбчатые фундаменты устраивают в тех случаях, когда применение ленточных фундаментов нецелесообразно. Столбы могут быть деревянные, каменные, кирпичные, бетонные, бутобетонные, железобетонные и металлические. Глубина заложения таких столбов может быть как минимальная (рис. 34, а), так и заложенная на глубину промерзания.
Столбчато–ленточные фундаменты(рис. 34, б) включают столбы, заложенные на глубину промерзания и ленту–ростверк, соединяющую верхние оголовки столбов в единую конструкцию. Отличительная особенность такого фундамента — наличие воздушного зазора в 10… 15 см под лентой. Снаружи зазор закрывается отмосткой, не связанной с лентой–ростверком. При устройстве фундамента на пучинистых грунтах воздушный зазор компенсирует расширение пучинистого грунта, а на непучинистых — обеспечивает "мягкое" опирание дома на основание.
Рис. 34. Разновидности фундаментов: А — столбчатый; Б — столбчато–ленточный; В — ленточный; Г — сплошной; Д — свайный; Е — подвал
Ленточные фундаменты(рис. 34, в) представляют собой монолитную или сборную ленту, равномерно загруженную конструкцией дома. Существуют монолитные ленточные фундаменты, которые изготавливают непосредственно на строительной площадке из бетона или бутобетона, и сборные фундаменты, возводимые с применением готовых железобетонных блоков.
Сплошной фундамент(рис. 34, г) в виде монолитной железобетонной плиты или решетки позволяет существенно снизить удельные нагрузки на основание. Он часто применяется на слабых водонасыщенных или просадочных грунтах, при строительстве на насыпных грунтах.
Свайный фундамент(рис. 34, д) применяется на слабых грунтах, а также при поверхностных слабых грунтах, когда достижение естественного основания таким образом считается более целесообразным. Сваи могут быть забивными, выполненными из готовых железобетонных свай, забиваемых в грунт ударными механизмами; и набивными, изготавливаемыми непосредственно в грунте, с заполнением скважины бетоном. По своей работе в грунте, по тому, как передается нагрузка на основание, сваи делятся на висячие, которые передают основную часть нагрузки за счет трения по боковым поверхностям сваи; и на сваи–стойки, передающие основную нагрузку нижней своей частью, опираясь на прочные слои грунта. Эта категория фундаментов сооружается с использованием специальных механизированных средств, недоступных рядовому индивидуальному застройщику, поэтому в данной книге свайные фундаменты не рассматриваются.
Подвал, выполненный по всему периметру дома, можно считать элементом фундамента, передающего вес дома на основание. Стены подвала могут опираться как на плиту (рис. 34, е), так и на ленту.
По глубине заложения фундаменты разделяются на:
заглубленные — у которых подошва располагается на глубине промерзания или ниже (рис. 35, а);
мелкозаглубленные — у которой подошва располагается выше глубины промерзания (рис. 35, б);
незаглубленные — у которых подошва располагается на поверхности грунта или выше (рис. 35, в).
Рис. 35. Виды фундаментов по заглублению: А — заглубленный; Б — мелкозаглубленный; В — незаглубленный
Выбирая ту или иную схему фундамента, застройщику следует учитывать, что устройство фундамента под крыльцо, террасу или гараж должно быть увязано с фундаментом дома, с которым они сопряжены.
Как‑то зимой решили с друзьями покататься на лыжах, благо хороший дом этим летом построили. Пришли. Крыльцо поднялось мерзлым грунтом почти на 10 см. Дверь открыть было невозможно. Причина — разная глубина заложения фундамента дома и крыльца (рис. 36). Пришлось залезать через окно.
Рис. 36. Крыльцо и дом с разной глубиной заложения фундамента — причина недоразумения
2.2. СВЯЗЬ КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТА С ГРУНТОВЫМИ УСЛОВИЯМИ
Очевидно, что на конструкцию фундамента оказывают влияние инженерно–геологические и гидрогеологические условия, выбранная глубина заложения фундамента, наличие смежных строений.
Рассмотрим, как и в какой степени проявляются эти влияния.
2.2.1. Инженерно–геологические и гидрогеологические условия
Они характеризуются типом грунта, расположением пластов и уровнем грунтовых вод. Пласты грунта могут располагаться по трем основным схемам.
Схема 1
Грунт сложен одним или несколькими слоями надежных грунтов, которые способны нести большую нагрузку (рис. 37, а). Эту схему можно считать наиболее распространенной. Глубина заложения фундамента принимается минимальной, рассчитанной из условия промерзания грунта и конструктивных особенностей сооружения.
Рис. 37. Схемы расположения пластов грунта: А — схема 1; Б — схема 2; В — схема 3; 1 — надежный грунт; 2 — слабый грунт
— На скалистых и крупнообломочных грунтах фундамент можно не заглублять: достаточно выровнять поверхность, удалить фрагменты плодородного слоя и выветренные слабые фракции грунта.
— На гравелистых и крупнозернистых песках глубина заложения фундамента может быть около 0,3 м.
— На песке средней крупности глубина заложения фундамента — около 0,3…0,5 м.
— На пылеватых и мелких песках, на супеси, суглинке и глине глубина заложения фундамента зависит от влажности грунта и глубины его промерзания.
При уровне грунтовых вод ниже 2 м глубины промерзания глубина заложения фундамента — не менее 0,5 м.
При уровне грунтовых вод ниже глубины промерзания не более чем на 2 м глубина заложения фундамента — не менее 0,7 м.
При уровне грунтовых вод меньше глубины промерзания глубина заложения фундамента — не менее глубины промерзания.
Схема 2
Сверху расположен грунт со слабой несущей способностью, а снизу — грунт с высокой несущей способностью (рис. 37, б). Глубина заложения фундамента и его конструкция зависят от мощности и толщины слоя слабых грунтов, а также — от веса конструкции здания и схемы выбранного фундамента:
— с опорой на надежный грунт (рис. 38, а);
— с опорой на слабый грунт при снижении действующего на него давления (рис. 38, б, в);
— свайный фундамент (рис. 38, г);
— замена слабого грунта на песчаную (гравийную) подушку (рис. 32, д);
— закрепление слабого грунта (рис. 38, е).
Рис. 38. Варианты устройства фундаментов при расположении пластов грунта по схеме 2: 1 — сильный грунт; 2 — слабый грунт
Схема 3
Слабонесущий грунт располагается между прочными грунтами (рис. 37, в). Предлагается следующие конструкции фундамента:
Рис. 39. Варианты устройства фундаментов при расположении пластов грунта по схеме 3: 1 — сильный грунт; 2 — слабый грунт
— с опорой на верхний прочный слой при развитой подошве фундамента (рис. 39, а);
— свайный фундамент (рис. 39, б);
— с опорой на щебеночную подсыпку (рис. 39, в);
— замена слабого грунта на песчаную подушку (рис. 39, г);
— закрепление слабого грунта (рис. 39, д).
—
Схема 4
Один из вариантов создания фундамента, где под торфяным грунтом (толщина слоя — до 1,2 м) находится слабонесущий слой плывуна большой толщины. Если забивка свай до несущего грунта невозможна, то фундамент с увеличенной площадью подошвы опирают на сам плывун (рис. 40). Вес строения желательно ограничить. Здесь учитывают свойство плывуна снижать свою подвижность в замкнутом ограниченном объеме.
Рис. 40. Устройство фундамента на торфе с плывуном: А — установка опалубки; Б — создание опоры; В — опора с лентой–ростверком; 1 — торф; 2 — плывун; 3 — опалубка; 4 — бетон; 5 — арматура; 6 — асбоцементная труба; 7 — лента–ростверк; 8 — опора
Заглубленный фундамент создается с применением погружной несъемной щитовой опалубки, исключающей заполнение скважины плывуном. Вариант создания опоры на плывуне предусматривает использование асбоцементной или щитовой трубы, образующей вертикальную часть опоры.
После создания опоры выполняется обратная засыпка существующим грунтом.
2.2.2. Особенности возводимого и смежного сооружений
Определенную роль в выборе фундамента оказывает наличие около будущего здания ранее возведенного смежного сооружения. Главное в этом — не дать грунту–основанию под существующим домом просесть. Это обеспечивается следующими способами.
— Подошву нового фундамента располагают выше, чем у существующего сооружения (рис. 41, а).
— Подошвы фундаментов обеих строений располагают на одном уровне и на некотором расстоянии друг от друга (рис. 41, б).
— Подошва нового фундамента располагается ниже подошвы существующего строения (рис. 41, в). Уклон линии, соединяющей подошвы смежных фундаментов, не должен быть больше 1: 2 или не должен превышать 30°.
— При близком расположении фундаментов грунт закрепляют внедрением в него разделительных шпунтов (рис. 41, г).
Рис. 41. Схемы устройства фундаментов смежных строений: А — подошва выше чем у смежного строения; Б — подошва обоих фундаментов на одном уровне; В — подошва ниже чем у смежного строения; Г — подошва — вблизи и на одном уровне со смежным строением; 1 — существующий фундамент; 2 — новый фундамент; 3 — разделительный шпунт
Если не учитывать фундамент существующего строения, то близко расположенный котлован для фундамента нового строения может стать причиной разрушения (рис. 42).
Рис. 42. Котлован вблизи дома — причина разрушения фундамента
Строительство домов около существующих строений — достаточно распространенное явление в жизни крупных мегаполисов. Высокая себестоимость жилья в обжитых районах — веская причина такого внедрения крупных застройщиков. В отдельных случаях в стенах некоторых домов, наиболее близких к строительной площадке, возникают трещины закритических размеров, отваливается штукатурка, разрушаются магистрали водоснабжения, отопления и канализации. Ослабление несущей способности грунта и вибрации от строительных машин и механизмов приводят существующие строения в аварийное состояние.
Если предполагается возводить сооружение около уникального строения, то этот факт может сказаться не только на выборе фундамента и глубины его заложения, но и, возможно, поставит под вопрос реальность выполнения строительства в такой близости от архитектурного шедевра.
— При устройстве ленточного фундамента на склоне высоту уступов делают около 0,5…0,6 м, а длину уступов — не менее 1…1,2 м (рис. 43). Ступени подошвы фундамента можно выполнить и более крупными. Если же они будут слишком "мелкими", то грунт может сгладить их, и строение соскользнет вниз.
Рис. 43. Ступенчатая подошва под ленточным фундаментом на склоне
— Если предполагается соединить фундамент и стены основного и смежного с ним строений, то это можно выполнить только после возведения стен, и лучше — после весны, после того, как в грунте пройдет состояние наименьшей несущей способности (рис. 44).
Рис. 44. Соединение смежных строений по этапам: А — выпуск арматуры из основного строения; Б — создание фундамента смежного строения; В — возведение стен смежного строения; Г — бетонирование соединения строений; 1 — фундамент основного строения; 2 — арматура; 3 — фундамент смежного строения; 4 — стены смежного строения; 5 — бетон
2.2.3. Способ производства работ при рытье котлована и возведении фундамента
Если технологией возведения фундамента предусмотрено рытье котлована, то фундамент желательно закладывать выше уровня грунтовых вод. Это позволит сохранить структуру фунта под основание и избежать лишних хлопот, связанных с организацией водоотвода. Этим можно существенно сократить сроки строительства. Если же по проекту дно котлована находится ниже уровня грунтовых вод, то без устройства дренажа здесь не обойтись.
2.2.4. Иные факторы, влияющие на глубину закладки фундамента
— При строительстве на пучинистых грунтах в домах с постоянным проживанием грунт под домом зимой прогревается, и расчетную глубину промерзания в зоне жилого дома можно уменьшить на 15…20%.
— С уменьшением габаритов дома (в плане) глубина заложения фундамента может быть уменьшена, т. к. при малых габаритах дома (меньше 6x6 м) неравномерность деформаций грунта по периметру снижается.
— Для домов со стенами малой жесткости (бревенчатый, брусовой, щитовой…), допускающими определенный уровень деформаций, глубина заложения фундамента может быть уменьшена.
2.2.5. Фундамент по технологии ТИСЭ
При создании столбчатого или столбчато–ленточного фундамента с использованием фундаментного бура ТИСЭ–Ф многие застройщики "на всякий случай" бурят глубже, неоправданно усложняя себе работу. На этот счет хотелось бы поделиться следующими соображениями.
Дело в том, что грунт–основание, испытывающее высокое давление непосредственно под опорой, сильно уплотняется весом дома; частички грунта смещаются, максимально сближаются и ориентируются в том положении, при котором грунт приобретает наибольшую плотность. А, как известно, степень пучинистости грунта тем меньше, чем меньше пор в грунте. Именно поэтому слой грунта толщиной 0,3…0,5 м непосредственно под опорой можно рассматривать как слабопучинистый грунт, как продолжение самой опоры (рис. 45 и рис. 25, б).
Такой подход к назначению глубины заложения фундамента полезен при расчетной глубине промерзания 1,8…2,2 м или при наличии иных ограничений, не позволяющих бурить скважину ниже глубины промерзания.
Мелкозаглубленный ленточный фундамент, у которого площадь подошвы относительно большая, не создает высокую степень уплотнения грунта под собой и на подобное уменьшение глубины заложения претендовать не может (рис. 25, а).
Рис. 45. Естественное уплотнение грунта под фундаментной опорой
Определившись с тем, как влияют грунтовые условия на выбор конструкции фундамента, следует более подробно остановиться на особенностях устройства фундаментов разной глубины заложения. Оценка преимуществ и недостатков, свойственных той или иной разновидности фундамента, поможет застройщику принять правильное решение в этом сложном и ответственном вопросе.
2.3. НЕЗАГЛУБЛЕННЫЙ ФУНДАМЕНТ
Незаглубленный фундамент при строительстве на пучинистых грунтах используется в основном при возведении легких нежестких домов, допускающих деформации своего каркаса с сохранением эксплуатационных качеств и требуемого внешнего вида. При строительстве на скальных и крупнообломочных грунтах на незаглубленном фундаменте могут возводиться каменные дома. Незаглубленный фундамент выполняется в трех вариантах: столбчатый, в виде монолитной плиты или решетки (рис. 46).
Рис. 46. Виды незаглубленных фундаментов: А — столбчатый; Б — фундаментная плита; В — фундаментная решетка
Столбчатый незаглубленый фундамент
Столбчатый незаглубленный фундамент можно использовать для небольших деревянных и щитовых домов, бань, хозпостроек…, возводимых на непучинистых или слабопучинистых грунтах. При строительстве на скальных или крупнообломочных грунтах такой тип фундамента можно использовать и под большие в плане бревенчатые или брусовые дома.
Столбчатый фундамент на коротких опорах (стульях), расположенных с шагом 1,5…2,5 м в индивидуальном строительстве используется достаточно часто. Многие строительные фирмы, специализирующиеся на возведении деревянных домов, не загружая себя проблемами фундамента, кладут на землю фундаментные блоки, а на них — и сам дом (рис. 47, а). Такой прием вполне подходит при строительстве на непучинистых и слабопучинистых грунтах. Если грунт пучинистый, то снизить влияние пучения грунта на дом можно, заменив пучинистый грунт под опорой на песчаную подушку (рис. 47, б).
В качестве материала для опор можно использовать готовые стеновые или фундаментные блоки. Опоры можно выполнить в виде кирпичной кладки или изготовить из бетона, бутобетона или пескобетона. Обращаем внимание, что использование в фундаменте керамических кирпичей с низкой морозостойкостью и силикатных кирпичей — недопустимо.
Рис. 47. Незаглубленные фундаментные столбы: А — фундаментные блоки; Б — опора с песчаной подушкой; В — опора на крупнообломочном грунте; Г — деревянная опора; Д — гидроизоляция опоры; 1 — фундаментный блок; 2 — песчаная подушка; 3 — бетон; 4 — бутовый камень; 5 — бревно; 6 — гидроизоляция; 7 — венец
Если грунт скальный или крупнообломочный, то опоры можно устанавливать сразу на жесткие, устойчивые фрагменты грунта, предварительно удалив слабые и выветренные его составляющие. Опору можно также выполнить с использованием бута и пескоцементного раствора, обеспечивающего монолитность основания и самих опор (рис. 47, в).
В отдельных случаях опоры можно делать деревянные. Для этого используют комлевую часть сосновых или дубовых бревен диаметром 20…30 см. Для повышения устойчивости опор под них отрывают яму, заливают её слоем бетона в 10… 15 см и погружают в бетонный раствор саму опору (рис. 47, г). Недостаток деревянных опор — недолговечность — не более 8…15 лет. Для повышения срока службы древесину стульев обугливают на медленном огне и пропитывают дегтем, отработанными маслами и т. д.
Создание фундаментных опор связано с проведением гидроизолирующих мероприятий, необходимых для защиты конструкции дома от увлажнения её грунтовыми водами. Вода легко поднимается по структуре бетона, кирпича и дерева за счет капиллярного эффекта, создавая на своем пути очаги плесени, грибков и гниения. Гидроизолирующее покрытие'в виде битумной мастики, рубероида, толи, стеклоизола и т. п., располагаемое на стыке дома с фундаментом, обязательно для выполнения (рис. 47, д).
Если в качестве опор используются керамзитобетонные блоки, слабые по морозостойкости, то снаружи их покрывают битумной мастикой (кроме стороны, обращенной внутрь подпола). Это позволяет избежать увлажнения блока и помогает высушить его, если увлажнение произойдет.
Намечая разбивку фундаментных опор, следует учитывать смятие венца на опорах. Большое расстояние между ними (больше 2,5 м) может привести к сосредоточению больших усилий на каждой опоре, что создаст предпосылки к разрушению структуры древесины. Для уменьшения смятия древесины шаг опор лучше уменьшить, а нижний (окладный) венец дома желательно выполнить из бруса или бревна большего поперечного сечения и, по возможности, из древесины более прочных пород (дуб, лиственница).
Планируя создавать фундаментные опоры, необходимо учитывать и конструкцию забирки, которой предполагается закрывать подпольное пространство. Повышенная влажность в нижней части дома (роса, брызги от ливневых стоков с крыши, снег) требует выполнять забирку из влагостойких материалов. Асбоцементные или металлические гофрированные листы, цементно–стружечная плита, морозостойкий пластик, фасадные декоративные панели, закрепляемые непосредственно к стене или венцу дома, — вполне подходящее решение.
Высота опор определяет высоту расположения венца дома. Если столбы короткие, то венец и нижняя часть стен деревянного дома будут быстрее увлажняться, гнить, приводя строение в аварийное состояние.
Большая высота опор позволяет создать для деревянных конструкций дома более комфортные условия, но здесь возникают другие проблемы, связанные с пучинистыми явлениями. Пучинистые явления раскачивают опоры под домом с достаточно большими смещениями, способными опрокинуть их. Как это происходит.
Если грунт пучинистый, а подпол дома утеплен, то в плите замороженного прочного грунта, возникшего вокруг дома, образуется отверстие незамерзшего грунта (рис. 48). В процессе замерзания пучинистый грунт увеличивается в объеме во все свободные стороны, в том числе и в сторону отверстия в плите мерзлого грунта. На пучинистых грунтах горизонтальное смещение может достигнуть 10…15 см. Такие подвижки пучинистого грунта вполне могут опрокинуть не только высокие фундаментные столбы (рис. 49), но и узкие слабо армированные ленты незаглубленного или малозаглубленного фундамента.
Рис. 48. Плита мерзлого грунта с "теплым" подполом: 1 — фундаментная опора; 2 — мерзлая плита; 3 — вектор смещения грунта
Рис. 49. Наклон фундаментной опоры при "теплом" подполе: 1 — плита мерзлого грунта; 2 — граница промерзания; 3 — фундаментная опора; 4 — обратная засыпка — утеплитель; 5 — снеговой покров
Обратная картина перекосов возникает в том случае, если фунт вокруг дома укрыт толстым снежным одеялом, а под домом фунт открыт и охлажден до температуры окружающего воздуха. В этом случае мощная плита замерзшего фунта начнет возникать со стороны дома там, где фунт промерзает быстрее (рис. 50). При таком промерзании фунта высокая опора под домом будет отклоняться в другую сторону (рис. 51).
Рис. 50. Плита мерзлого грунта с "холодным" подполом: 1 — фундаментная опора; 2 — мерзлая плита; 3 — вектор смещения грунта
Рис. 51. Наклон фундаментной опоры при "холодном" подполе: 1 — плита мерзлого грунта; 2 — граница промерзания; 3 — фундаментная опора; 4 — утеплитель перекрытия; 5 — снеговой покров
Для того, чтобы исключить опрокидывание опорных столбов, их лучше опирать на песчаную подушку (рис. 47, б), нейтрализующую пучинистые смещения около опор. Кроме того, сами опоры должны быть более устойчивыми: их высота не должна быть больше, чем 1,5 ширины подошвы. Что касается остальных мероприятий, то они направлены на то, чтобы граница мерзлого грунта в зоне расположения опор не меняла резко свою глубину. Для этого продухи в цокольной части дома следует закрывать на зиму, чтобы подпольное пространство не сильно промерзало. Не следует убирать снег вокруг дома до самой земли.
Застройщик, внимание!
Зимний холод почти наверняка опрокинет высокие опоры, если при открытом подполе сильно пучинистый грунт будет промерзать.
Пучинистые процессы не только "раскачивают" опоры фундамента, но и поднимают–опускают их, причем неравномерно, сильно напрягая конструкцию дома. Если дом стоит на отдельных столбиках–опорах или же на балках, уложенных на пучинистом грунте, даже с песчаной подсыпкой, а под полом сухо и тепло, то опоры под внешними стенами поднимутся, а под внутренними — останутся на месте (рис. 52). В деревянном доме это приведет к перекосам дверных косяков и оконных рам, к наклону пола и к небольшим проблемам с крышей; а в каменном доме — к трещинам в стенах, которые будут жить всё время вместе с домом, не боясь косметического ремонта.
Рис. 52. Деформации дома на пучинистом грунте: 1 — дом; 2 — фундамент; 3 — граница промерзания
Что можно посоветовать именно в этом случае?
Необходимо тщательно утеплить полы первого этажа, тогда грунт под домом будет промерзать в той же степени, как и вокруг дома; пучинистые явления будут проявляться не так сильно. Дополнительно к этому надо свести к минимуму увлажнение грунта вокруг дома, организовав водоотвод с крыши и снегозадержание вокруг дома.
Монолитнаяплита
Монолитная незаглубленная плита в качестве фундамента используется при строительстве на слабых просадочных грунтах, при возведении небольших строений на сильнопучинистых грунтах или в условиях вечной мерзлоты (рис. 26). Такой фундамент целесообразно использовать для легких строений, не вызывающих в самой плите больших напряжений, либо для жестких каменных конструкций, стены которых усиливают изгибную жесткость плиты.
Фундамент, уложенный непосредственно на пучинистый грунт, опускается и поднимается при изменении климатических условий, он "плавает" на поверхности грунта. Понятно, что если дом установлен на плите, являющейся полом первого этажа, то грунт под ней не промерзает, особенно под средней частью дома. Из‑за неравномерности промерзания под домом образуется провал грунта, который может достигать 10…15 см. Именно поэтому плита такого фундамента должна быть весьма жесткой на изгиб и иметь достаточную строительную толщину с хорошим армированием.
Один из распространенных вариантов незаглубленного фундамента — это тот, в котором между плитой и грунтом прокладывается слой утеплителя (жесткий пенополистирол толщиной 10 — 15 см). Такое решение позволяет не только уменьшить тепловые потери через пол первого этажа, но и практически исключить провал грунта под ним за счет выравнивания температурного поля под домом и около него. Сам утеплитель укладывается на слой крупнозернистого песка толщиной 30 — 40 см (рис. 53).
Рис. 53. Плитный фундамент на песчаной подушке 1 — песчаная подушка; 2 — утеплитель; 3 — плита; 4 — граница промерзания
Подобный фундамент целесообразно возводить на грунтах с постоянно высоким уровнем грунтовых вод, если дренаж трудно осуществим; а также на слабых просадочных и сильносжимаемых грунтах (водонасыщенные супеси или глины, торфы, водонасыщенные пылеватые грунты).
Можно воспользоваться и несколько другим вариантом снижения неравномерности промерзания под домом с плитным фундаментом — прокладкой утеплителя в толще грунта вокруг дома (рис. 54).
Рис. 54. Плита под легким строением: 1 — плита; 2 — песчаная подушка; 3 — утеплитель; 4 — стена
Причина появления трещины в монолитной плите
Пришел застройщик с серьезной проблемой. Дом 8x10 м в два этажа на пучинистом грунте; фундамент — железобетонная плита, отлитая на щебеночной подсыпке толщиной 50 см; стены из пеноблоков, усиленные сейсмопоясом. Зимой проблем не было, а вот весной во внутреннй стене появилась трещина, расходившаяся вверх до ширины в 1 см, да и отмостку подняло, которая позднее вернулась в исходное положение.
Стали разбираться в чем дело. Зима 2006 года выдалась особенно суровой. Грунт под периметром дома промерз очень сильно. Увеличиваясь в объеме, он не мог преодолеть вес тяжелого дома, отчего сильно уплотнился (рис. 55, А). Отмостка вокруг дома, жестко соединенная с плитой, не создавала своим весом большого давления на грунт, поэтому ее внешний край задрался вверх. Пришла весна. Грунт начал оттаивать и уменьшаться в объеме. Под внешним периметром плиты возник зазор, увеличивающийся в размерах по мере оттаивания грунта. Наступил момент, когда плита стала опираться на грунт только центральной своей частью. Не выдержав нагрузки, периметр плиты просел, а внутренняя стена дома треснула (рис.55, Б). Отмостка вернулась в исходное положение. Какие конструктивные недостатки проявились здесь. Большие габариты дома увеличили неравномерность промерзания грунта, большой вес дома перегрузил плиту изгибом. Положение могло усугубиться недостаточным армированием плиты, рассчитанным на первый этап пучения, с плотным армированием только в нижней части плиты. Похоже, что коварство пучинистого грунта проявилось в полной мере, когда холода уже отступили.
Рис. 55. Пучинистый грунт и дом на плите — сложные отношения: А — дом зимой; Б — дом весной; 1 — отмостка; 2 — граница промерзания; 3 — уплотненный грунт; 4 — щебень; 5 — плита; 6 — трещина в стене
Решетчатый незаглубленный фундамент
Решетчатый фундамент (рис. 46, в) используется при строительстве на слабых просадочных и на сильнопучинистых грунтах. По сравнению с монолитной плитой такой фундамент, имея высокую жесткость, позволяет существенно снизить расход бетона и арматуры. Но традиционный подход к устройству дощатой опалубки для такой конструкции фундамента сложен и дорог, что не позволяет широко его использовать.
Автором предлагается использовать плиты экструдированного пенополистирольного утеплителя (рис. 56) в качестве несъемной опалубки.
Рис. 56. Опалубка решетчатого фундамента: 1 — песчаная подушка; 2 — гидроизоляция; 3 — опалубка; 4 — плитный утеплитель; 5 — бетон; 6 — арматура
Планируя фундамент в виде монолитной плиты или решетки, сначала следует сделать приямок и выполнить разводку коммуникаций, проходящих под домом (ввод водопровода и вывод канализационной системы). Иначе после изготовления фундаментной плиты эти работы провести будет очень и очень сложно. Стенки приямка должны быть независимы от плиты или решетки фундамента, чтобы их относительные вертикальные перемещения не смогли создать в конструкции плиты разрушающие напряжения.
2.4. МЕЛКОЗАГЛУБЛЕННЫЙ ФУНДАМЕНТ
Мелкозаглубленный фундамент может использоваться при возведении каркасных и каменных строений на пучинистых и непучинистых грунтах. По своей сути этот вид фундамента находится между незаглубленным и заглубленным фундаментом, имея и достоинства, и недостатки того и другого. При промерзании пучинистого грунта мелкозаглубленный фундамент поднимается, но меньше, чем незаглубленный фундамент в 2…3 раза. Баланс между "плюсами" и "минусами" конкретно выполненного мелкозаглубленного фундамента достаточно неустойчив и достоверно может оцениваться только специальными расчетами, охватывающими, такие понятия, как жесткость и предельно допустимые деформации конструкции строения, динамика пучинистых явлений и механические характеристики грунта.
Мелкозаглубленный фундамент широко распространен в практике индивидуального строительства, т. к. он существенно дешевле заглубленного фундамента и надежней незаглубленного. В свое время его конструктивные решения были проработаны многими проектными организациями России (СССР), которые специализировались на разработке проектов домов для сельской местности.
"Рекомендации по выбору эффективных фундаментов для усадебных жилых домов". М.: МОСГИПРОНИИСЕЛЬСТОЙ, 1985.
— Мелкозаглубленные ленточные фундаменты целесообразно применять на непучинистых или слабопучинистых грунтах. На средне- и сильнопучинистых грунтах требуется армирование фундаментов, а также устройство значительных песчаных подсыпок.
— Мелкозаглубленные фундаменты можно применять на всех грунтах независимо от степени их пучинистости, кроме грунтов, относящихся к чрезмернопучинистым.
— На основании расчетов по методике, предложенной в "Руководстве по проектированию мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах" (М.: ЦНИИЭПсельстрой, 1982), разработаны некоторые решения по мелкозаглубленным фундаментам одно- и двухэтажных зданий. Эти решения включают:
— фундамент из бетонных блоков толщиной 400 и 500 мм для кирпичных и мелкоблочных домов на непучинистых и слабопучинистых грунтах (рис. 57, а);
— фундамент из бетонных блоков с выпусками арматуры для последующего омоноличивания стыков блоков для кирпичных и мелкоблочных домов на среднепучинистых и сильнопучинистых грунтах (рис. 57, б);
Рис. 57. Мелкозаглубленный фундамент из ж/б блоков (размеры в мм): А — фундамент на непучинистых и слабопучинистых грунтах; Б — фундамент на средне–пучинистых и сильнопучинистых грунтах;
1 — ж/б блок;
2 — песчаная подушка;
3 — гидроизоляция;
4 — плита перекрытия;
5 — стеновые блоки;
6 — кирпичная кладка;
7 — арматура;
8 — дно траншеи для среднепучинистого грунта;
9 — дно траншеи для сильнопучинистого грунта
— в качестве песчаной подушки используется песок крупной и средней крупности.
— С целью уменьшения глубины промерзания грунтов следует предусматривать задернение участка и высадку кустарниковых насаждений. Они аккумулируют отложения снега, снижая глубину промерзания более чем в три раза по сравнению с глубиной промерзания на открытой площадке.
— В пределах здания на мелкозаглубленном фундаменте возможно устройство погреба или подвала ограниченных размеров. Заглубление можно осуществить с помощью откосов (рис. 58), при этом соотношение длины уступа "L" и глубины "Н" должно быть не меньше 1:2.
Рис. 58. Устройство подпола при мелкозаглубленном фундаменте
Как можно заметить, сооружение мелкозаглубленных фундаментов по такой технологии связано с приобретением готовых строительных изделий и с подключением к работе тяжелых подъемных и транспортных средств. Для рядовых застройщиков такой вариант фундамента излишне сложен и дорог, но в тоже время дает начальное представление об этом классе фундаментов.
Более приемлемым вариантом мелкозаглубленного фундамента для индивидуального застройщика может стать создание монолитной железобетонной ленты непосредственно на строительной площадке. Подобные фундаменты хорошо освещены в книгах и в периодических изданиях, ориентированных на начинающих строителей.
Возведение подобного фундамента начинается с выборки траншеи глубиной 0,5…0,7 м (рис. 59). После этого боковые откосы траншеи застилают гидроизоляцией (толь, пергамин, полиэтиленовая пленка). Заполнение траншеи крупнозернистым песком и его уплотнение выполняется слоями толщиной 0,2…0,3 м. Гидроизоляция откосов траншеи исключает заиливание структуры песка, превращающее его в пучинистый грунт. После этого приступают к монтажу опалубки. Перед этим на песчаную подушку укладывают гидроизоляцию. Заполнение опалубки бетоном начинается с укладки нижних прутков арматуры (4 шт. диаметром 12 мм). Верхние прутки арматуры укладываются на сырой бетон перед завершением бетонирования. Проведение сварочных работ с арматурой не предполагается.
Рис. 59. Мелкозаглубленный фундамент монолитный: 1 — лента фундамента; 2 — арматура 12 мм; 3 — песчаная подушка; 4 — отмостка; 5 — гидроизоляция; 6 — гидроизоляция откоса
Для чего под мелкозаглубленным фундаментом делается подсыпка из крупнозернистого песка? Здесь может быть два объяснения.
Первое — очевидное: таким путем производится частичная замена пучинистого грунта на непучинистый. Тем самым уменьшается общая степень его деформации при промерзании.
Второе требует некоторого разъяснения. Предположим, что грунтовые воды достаточно высоко, они присутствуют даже в самом песке, т. к. дренаж невозможно провести по тем или иным причинам. Мокрый песок в замкнутом объеме также будет подвержен пучинистым явлениям. При быстром неравномерном суточном перемещении границы промерзания фундамент мог бы деформироваться. Но этого не произойдет: опускающийся фронт замерзающей воды будет разгонять воду равномерно по периметру дома благодаря хорошей водопроницаемости крупнозернистой песчаной подсыпки.
Планируя создать мелкозаглубленный фундамент под каменным домом, застройщик должен предполагать, что некоторых деформаций фундаменту никак не избежать. Поэтому изгибная жесткость всего дома должна быть достаточно высокой.
Какими средствами это можно обеспечить?
Большинство застройщиков делают мощную ленту, высокую и хорошо армированную, считая это простым и надежным приемом.
Но наиболее простое и эффективное средство для этого — армирование стен. Оно может быть выполнено в виде кладочной сетки, помещенной в слой кладочного раствора, или в виде арматурного пояса, расположенного выше уровня оконных и дверных проемов (рис. 60).
Рис. 60. Увеличение жесткости дома арматурным поясом: 1 — ж/б пояс фундамента; 2 — арматурный пояс
Насколько эффективен арматурный пояс?
Для примера можно сравнить изгибную жесткость фундаментной ленты высотой 1,0 м с жесткостью стены, возведенной на ленте фундамента высотой 0,3 м, но подкрепленной арматурным поясом, расположенным над оконной перемычкой (рис. 61). Расчеты показывают, что изгибная жесткость стены с арматурным поясом будет в 8…10 раз больше!
Рис. 61. — Устранение трещины в стене путем выборки грунта под частью фундамента
Дом в два этажа из пенобетонных стеновых блоков с деревянными перекрытиями, возводимый на мелкозаглубленном фундаменте, дал трещину ещё до завершения строительства; вверху трещина раскрылась почти на 10 мм. Похоже, что строители забыли об обязательном армировании стен дома, возводимого на таком фундаменте.
Для начала следовало вернуть дом в исходное положение, убрать трещину. Для этого под фундаментом, под трещиной, выбрали верхний слой песчаного основания в обе стороны по 1 м. При необходимости ширину подкопа можно было бы несколько увеличить.
После возвращения дома в нормальное положение следовало создать бетонный арматурный пояс. При этом на стене из пенобетона возникает определенная сложность в обеспечении совместной работы жесткого бетона со слабым пенобетоном. Чтобы арматурный пояс полноценно заработал, он должен иметь надежное сцепление с пенобетоном, чего достигнуть традиционным способом сложно.
Здесь было предложено обеспечить надежное сцепление через устройство цилиндрических полостей, выполненных на верхней поверхности стеновых блоков. Полости диаметром 5 см и глубиной 3…4 см, расположенные в шахматном порядке с шагом около 15 см, после заполнения опалубки бетоном создали надежную передачу сдвига от стены на арматурный пояс (рис. 62, б). Эти полости несложно выполнить насадкой на дрель, используемой для сверления больших отверстий в древесине.
Рис. 62. — Устранение трещины и усиление стены дома: А — выборка грунта под частью фундамента; Б — устройство арматурного пояса; 1 — стена из пеноблоков; 2 — цилиндрическая полость; 3 — арматура; 4 — арматурный пояс
В связи с вышеизложенным уместно будет напомнить, что в своей предыдущей книге "Новые методы строительства — технология "ТИСЭ"" автор тоже акцентировал внимание на вопросах обеспечения стабильности мелкозаглубленных фундаментов.
Напомним, что при устройстве подушки непучинистый материал (крупный песок) отсыпается слоями толщиной не более 20 см, проливается водой (если вода уходит в грунт) и уплотняется.
— Не допускается оставлять мелкозаглубленные фундаменты незагруженными на зимний период. Если это условие по каким — либо причинам оказывается невыполнимым, то вокруг фундамента следует устроить временное теплоизоляционное покрытие из опилок, шлака, керамзита, шлаковаты, соломы или других материалов, предохраняющих грунт от промерзания. Не потревоженный слой снега на строительной площадке также можно считать хорошей теплоизоляцией грунта.
— Обмазка боковых поверхностей фундамента гидроизоляция должна производиться по всей поверхности в два слоя: первый — тонкий с тщательной притиркой, второй — более толстый.
— С целью уменьшения глубины промерзания грунтов вокруг дома следует предусматривать задернение участка и высадку кустарниковых насаждений, которые аккумулируют отложение снега, снижая глубину промерзания на очищенной от снега площадке.
— Запрещается устройство мелкозаглубленного фундамента на промерзшем основании. В зимнее время допускается устраивать мелкозаглубленный фундамент только при условии глубокого залегания подземных вод с предварительным оттаиванием мерзлого грунта и обязательной засыпкой пазух непучинистым материалом
2.5. ЗАГЛУБЛЕННЫЙ ФУНДАМЕНТ
Заглубленный фундамент можно считать классическим, выполненным по традиционному пожеланию строителей: "Закладывайте фундамент на глубину промерзания ".
Действительно, правильно выполненный заглубленный фундамент не подвержен никаким деформациям. В зависимости от конструкции фундамента, затраты на его устройство могут быть как очень большими, так и весьма незначительными. Заглубленные фундаменты могут быть ленточные, столбчатые и столбчато–ленточные. Дома с подвалом также можно отнести к категории заглубленных фундаментов.
Ленточный фундамент
Ленточный фундамент, заложенный на глубину промерзания, имеет высокую несущую способность. В индивидуальном строительстве создание такого фундамента нельзя считать оправданным из‑за большого объема работ по его возведению и высокой себестоимости. Несущая способность основания для дома в 2 — 3 этажа используется не более чем на 20…30%. Только при повышенной этажности строений с бетонными перекрытиями можно применить такой тип фундамента.
Ленточные фундаменты могут быть монолитными и сборными. В поперечном сечении они представляют собой прямоугольную, ступенчатую или трапецевидную форму (рис. 63).
Рис. 63. Ленточный фундамент: А — прямоугольный; Б — ступенчатый; В — трапецевидный; 1 — фундаментный блок; 2 — подошва; 3 — бутовый камень
Основание под лентой заглубленного фундамента, в отличие от мелкозаглубленного, не должно включать песчаную подушку или подсыпку грунтом. Опирание фундамента должно осуществляться на неразрушенную структуру основного не переувлажненного грунта.
В индустриальном строительстве часто используется ленточный фундамент, возводимый с примением фундаментных блоков стеновых (ФБС), уложенных на блок–подушки (рис. 64).
Если проектом предусмотрена колонна, то на основание она передает нагрузку через специальную платформу, называемую башмаком (рис. 64).
Рис. 64. "Индустриальные" варианты фундамента: А — ленточный фундамент; Б — столбчатый фундамент; 1 — блок–подушка; 2 — фундаментный блок стеновой (ФБС); 3 — башмак, 4 — колонна
Трапецевидные фундаменты могут выполняться из бута, бутобетона, бетона или цементогрунта. При использовании железобетонных блоков в горизонтальный слой кладочного раствора следует закладывать арматуру. Боковая поверхность ленточного фундамента, возводимого на пучинистом грунте, должна быть ровной и выполненной с нанесением гидроизолирующего покрытия, которое уменьшает силы бокового сцепления с мерзлым грунтом и исключает его увлажнение от грунтовых или паводковых вод.
Достаточно распространенная ошибка при создании заглубленного или мелко — заглубленного фундамента — когда монолитный бетонный фундамент в целях упрощения и экономии отливается непосредственно в грунте, без устройства опалубки.
Если фундамент кверху расширяется, а грунт — пучинистый, то по весне его обязательно поднимет, даже если стенки траншеи будут сглажены (рис. 4).
Столбчатый фундамент
Столбчатый фундамент, заложенный на глубину промерзания, достаточно распространен в индивидуальном строительстве из‑за своей простоты и доступности (рис. 65). Такой фундамент может вполне подойти для легких щитовых домов и веранд, для террас и крыльца, для легких заборов и каменных ограждений. Основная задача опор столбчатого фундамента — опереться на непучинистые, прочные слои грунта. Тяжелые каменные дома на таком фундаменте не возводят, так как опоры обладают недостаточно большой площадью подошвы. Основная проблема у застройщиков, нацеленных на столбчатый фундамент — найти правильный баланс между весом строения, несущей способностью опор и силами выталкивания от сцепления их с мерзлым грунтом.
Рис. 65. Столбчатый заглубленный фундамент: А — набивная свая; Б — с асбоцементной трубой; В — с металлической трубой; 1— арматура; 2 — толевая рубашка; 3 — асбоцементная труба; 4 — песок крупнозернистый; 5 — металлическая труба
Столбчатые фундаменты могут выглядеть в виде набивных свай, когда бетон заливается непосредственно в скважину, или в виде опор, созданных с использованием асбоцементных или металлических труб.
Набивная свая создается после бурения скважины на глубину промерзания. Ее несущая способность определяется диаметром скважины, т. е. площадью нижней части опоры. В скважину перед заполнением бетоном закладывается свернутая толевая рубашка, позволяющая сгладить стенки скважины и уменьшить силу сцепления мерзлого грунта с поверхностью сваи (рис. 65, а).
Следует заметить, что через нижнюю часть набивной сваи, не закрытую гидроизоляцией, цементное молоко просачивается в грунт, связывает его и тем самым повышает несущую способность (рис. 66, а). Несущая способность набивной сваи с подобным усиленным основанием может увеличиться почти в два раза за счет связывания грунта у нижней части опоры (толевую рубашку желательно поднять на 20…30 см от дна скважины).
Вместе с тем возможны случаи снижения несущей способности опор.
Планируя создавать столбчатый фундамент, пробное бурение на исследование грунта следует выполнять на 50…60 см ниже глубины его заложения. Это связано с тем, что если ниже этой глубины окажется плывун или иной тип грунта со слабой несущей способностью, то рассчитывать на эти опоры будет сложно. Под нагрузкой опора прорежет часть несущего грунта и провалится (рис. 66, б).
Рис. 66. Особенности столбчатого фундамента: А — набивная свая с усиленным основанием; Б — набивная свая с ослабленным основанием; 1 — свая; 2 — толевая рубашка; 3 — грунтобетон; 4 — плывун
Набивным сваям можно дать полную нагрузку через 4…5 дней, не дожидаясь окончательного набора прочности созревающим бетоном. Это допущение обязано тому, что несущая способность опоры определяется прочностью грунта под ней (см. табл. 4…8), а не прочностью бетона. Если прочность по бетону для опоры диаметром 25 см — не менее 150 т, то по прочности основания — не более 5 тонн. По сути, строительство можно продолжать без задержки, так как в реальности полную загрузку на эти 5 тонн сразу обеспечить сложно. Если опоры не имеют расширения внизу, то их обязательно следует загрузить весом дома до начала зимы: иначе их лоднимет мерзлый грунт.
Опора из асбоцементной трубы применяется в индивидуальном строительстве достаточно часто.
Фундамент для ограждения или террасы, для беседки или крыльца может быть выполнен с использованием асбоцементных труб (рис. 65, б). Один из способов создания такой опоры включает следующие операции:
— бурение скважины на глубину промерзания (диаметр скважины больше диаметра трубы на 5… 10 см);
— закладку в скважину свернутого рулона толевой рубашки, исключающей в дальнейшем заиливание песка;
— установку асбоцементной трубы необходимой длины (табл. 11);
Таблица 11. Размеры асбоцементных труб (часть ассортимента)
— заполнение объема трубы подвижным бетоном и его штыкование;
— небольшой подъем трубы и фиксацию её в поднятом выверенном положении (нижнюю часть скважины заполнит бетон);
— заполнение кольцевого зазора крупнозернистым песком и его уплотнение.
Планируя создавать опоры из асбоцементных труб, не следует забывать о недостаточно высокой морозостойкости асбоцементных изделий.
Нередко можно видеть опоры ограждения, выполненные из асбоцементных труб, которые внизу, на границе входа в грунт, разрушены. Именно там они сильно увлажнены и подвержены частому замораживанию–оттаиванию. Гидроизоляция нижней части опор и установка сверху заглушек предотвращают излишнее увлажнение их материала. Заполнение труб арматурой и бетоном поможет значительно увеличить срок эксплуатации опор.
При устройстве столбчатого фундамента вместо асбоцементных труб можно применить пластиковые и жестяные трубы, но в этом случае вся прочность опор будет связана с прочностью бетона и с его армированием. Такие трубы можно сделать и самим из подходящего листового материала (толь, рубероид, стеклоизол, линолеум и др.), который можно свернуть в трубу и обмотать липкой лентой.
Металлические трубы, закрепленные в грунте и являющиеся элементом конструкции, также можно рассматривать как столбчатый фундамент, т. к. нижняя часть трубы, располагаемая под землей, передает нагрузку на грунт со всеми теми особенностями, которые характерны для столбчатого фундамента. Несмотря на простоту самой опоры, вариантов её закрепления в грунте существует несколько.
При установке металлических стоек на пучинистых и сильнопучинистых грунтах их нижние части помещают в скважину. После укладки толевой рубашки скважину заполняют крупнозернистым песком или мелким щебнем, тщательно утрамбовывая (рис. 65, в).
Достаточно часто металлические трубы ограждений заколачивают в грунт. Глубина погружения в грунт таких опор — не более 1 м (рис. 67, а). В непучинистом и слабопучинистом грунте такая опора стоит достаточно надежно, хотя на большие боковые силы она не рассчитана. На пучинистых грунтах при незначительной загрузке (легкое ограждение) такую опору за сезон может поднять на 5…10 см. Поэтому такие опоры периодически, через один–два сезона, приходится заколачивать обратно.
Рис. 67. Опоры легкого ограждения и ворот: 1 — опора ограждения; 2 — ограждение; 3 — опора ворот; 4 — набивная свая; 5 — ворота
Навеску ворот желательно выполнять на стойки, рассчитанные на восприятие боковых нагрузок. Подобное нагружение может возникнуть, например, если дети в Ваше отсутствие решат покататься на створках ворот. Если диаметр стоек невелик, грунт от подобного нагружения может подсмяться и создать перекос навески воро–тин. Наиболее целесообразное решение этой проблемы — увеличить площадь смятия грунта через увеличение диаметра опоры (рис. 67, б). Опору следует создать с расширением внизу, т. к. иначе относительно легкая конструкция ворот не сможет противодействовать подъему опоры силами морозного пучения, которые в свою очередь увеличиваются с увеличением площади боковой поверхности опоры.
Столбчато–ленточный фундамент
Столбчато–ленточный фундамент является тем же столбчатым фундаментом, но с объединением опор лентой–ростверком в единую конструкцию (рис. 68). В столбчатом фундаменте это объединение осуществлялось самим домом. С точки зрения работы всей конструкции дома разницы между столбчатым и столбчато–ленточным фундаментами нет.
Создание ленты–ростверка может преследовать несколько целей:
— связать опоры между собой в жесткую конструкцию при строительстве сооружения с нежесткими стенами (щитовой, брусовой, бревенчатый дома);
— закрыть подпол дома надежной конструкцией, устойчивой к повышенной влажности и загрязнениям, т. е. устроить забирку;
— создать поверхность для укладки штучных стеновых изделий (кирпичи, пено–блоки, стеновые блоки…).
При создании столбчато–ленточного фундамента между грунтом и лентой должен быть воздушный зазор (10…15 см), компенсирующий пучинистые деформации грунта.
Зазор между лентой и грунтом некоторые застройщики заполняют песком. Рассуждения таких застройщиков сводятся к тому, что песок — это непучинистый грунт и поэтому можно заполнить им зазор, "…чтобы не сквозило под домом…". Этого делать не следует: при пучении слой песка будет работать как прокладка, помогающая пучинистому грунту оторвать ленту–ростверк от опоры или поднять саму опору (рис. 68, а). В результате это будет незаглубленный фундамент, при котором дом поднимается пучинистыми процессами в полной мере. Застройщик, выбирая схему фундамента, должен решить: делать незаглубленный или столбчатый фундамент, а два сразу — это как сидеть на двух стульях.
Зазор под домом обязательно должен быть. Снаружи его можно закрыть отмосткой (рис. 68, б).
Рис. 68. Столбчато–ленточный фундамент: А — ошибочное выполнение; Б — правильное выполнение; 1 — лента–ростверк; 2 — поднятая опора; 3 — разрушенная опора; 4 — песчаная подушка; 5 — отмостка; 6 — воздушный зазор
В строительной практике используется столбчато–ленточный фундамент, у которого лента лежит на грунте или на песчаной подушке без воздушного зазора. Эта ситуация возникает в том случае, если планируется выполнить незаглубленный фундамент и одновременно обеспечить устойчивость стене, чтобы она не заваливалась (каменная ограда, протяженная стена склада или коровника…). При пучинистых явлениях стена поднимается–опускается с опорой, которая двигается в скважине как поршень, обеспечивая устойчивость стене от опрокидывания (рис. 69). В этом варианте опора должна иметь жесткую связь с лентой–ростверком, не иметь расширения внизу, обладать ровной боковой поверхностью, защищенной гидроизоляцией (толевая рубашка) и быть достаточно массивной, чтобы возвращаться в исходное летнее положение.
Рис. 69. Фундамент каменного ограждения: А — летом; Б — зимой; 1 — ограждение; 2 — арматура; 3 — лента фундамента; 4 — песчаная подушка; 5 — опора; 6 — мерзлый грунт
Некоторые застройщики, возводящие дом по готовым проектам, спрашивают о наличии буров под диаметр скважины 30…35 см.
Приходится им объяснять, что проектировщики, не зная о наличии фундаментного бура ТИСЭ–Ф, способного создавать внизу скважины расширение диаметром 60 см, назначают диаметр опор, исходя из диаметра цилиндрической скважины без расширения внизу.
2.6. УСТРОЙСТВО ПОДВАЛА
Подвальное помещение также можно отнести к разновидности заглубленного фундамента. Подвальным считается этаж, у которого уровень пола помещений ниже уровня планировочной отметки земли более чем на половину их высоты. Высоту подвала принимают равной 1,9…2,2 м. Этого достаточно для размещения складских помещений или для установки генераторов тепла. Если в подвале планируется устроить тренажерный или игровой зал, то его высоту назначают не менее чем в жилых комнатах.
В подвальных помещениях удобно хранить продукты, делать заготовки. Это обусловлено свойством грунта сохранять почти постоянную температуру. На глубине 1,5…2 м от поверхности земли она держится на уровне 5 °С — зимой и 10 °С — летом.
Цокольный (полуподвальный) этаж заглубляют в грунт не более чем на половину высоты этажа. Достаточно часто цокольный этаж устраивают при строительстве на сложном рельефе (рис. 70). Высоту цокольного этажа приравнивают к высоте жилых помещений.
Наличие подвала — желание любого застройщика. Это и понятно. Увеличиваются полезные площади без увеличения габаритов дома. Стоимостной уровень жилья, если предполагается его когда‑нибудь продавать, также повышается.
Рис. 70. Цокольный этаж часто устраивают при сложном рельефе местности
Надо учитывать, что стоимость создания подвального помещения почти в 1,5 — 2 раза выше, чем надземного этажа, если требуется надежная гидроизоляция от грунтовых вод.
Вместе с тем, при расположении дома на сухих грунтах наличие в нем подвала или цокольного этажа оправдано и желательно, так как затраты на него оказываются в 2 — 4 раза меньше тех, что потребуются для создания обычного этажа с такой же полезной площадью.
Если Вы предполагаете применять в качестве топлива для приготовления пищи или для обогрева не магистральный газ, а привозной сжиженный газ (пропан), то от подвала или цокольного этажа лучше отказаться. Этот газ тяжелее воздуха. При случайной протечке он может скопиться в нижних непроветриваемых полостях дома и привести к взрыву (рис. 71).
Рис. 71. Если применяете пропан, то от подвала лучше отказаться
Конструктивное выполнение подвала и фундамента под него определяется уровнем грунтовых вод, степенью пучинистости грунта, типом перекрытия и схемой выполнения гидроизоляции подвала.
С позиции устройства фундамента под домом подвал выполняется по двум схемам: с опорой на плиту (рис. 72, а) и с опорой на ленту (рис. 72, б). Каждая из них имеет свою применимость и свою себестоимость.
Рис. 72. Силовые схемы фундамента подвала: А — на плите; Б — на ленте; 1 — стена подвала; 2 — плита; 3 — бетонная стяжка пола; 4 — лента; 5 — песчаная подушка; 6 — плита пола
Возводить дом с подвалом при высоком уровне грунтовых вод следует на плите. Армирование плиты и её бетонирование потребует немало средств, но так обеспечить герметичность соединения плиты со стенами подвала значительно проще. Толщина плиты (15…25 см) зависит от габаритов дома и расположения внутренних силовых стен подвала. Арматура плиты представляет собой жесткий пространственный каркас, уложенный по всей её площади. Диаметр арматуры — 12…15 мм.
При высоком уровне грунтовых вод для желающих строить дом с подвалом можно воспользоваться известным приемом. Глубину котлована под подвал делают небольшую, до уровня грунтовых вод (рис. 73, а). После возведения подвала извлеченный грунт насыпается вокруг будущего дома, который окажется на некотором возвышении. Зрительный образ дома будет более выигрышным, и грунтовые воды не будут сильно беспокоить (рис. 73, б).
Рис. 73. Устройство подвала при высоком уровне грунтовых вод: А — выемка грунта; Б — дом на "возвышении"
Если уровень грунтовых вод низкий и проблема обеспечения герметичности подвала перед застройщиком не стоит, то стены подвала можно опирать на ленту. При такой конструкции пол подвала — не силовой. С лентой фундамента и со стенами он не соединяется. Толщина ленты — 20…30 см, ширина — больше толщины стены на 4…5 см.
Что касается толщины стен подвала, то она определяется самим строительным материалом, пучинистостью грунта, глубиной заложения подвала в грунт, длиной стен и типом перекрытий (рис. 74). Если стены заглублены в непучинистый грунт более чем на 1 м, то их толщину определяют с учетом бокового давления грунта (табл. 12).
Рис. 74. К выбору толщины стен подвала: L — длина стены подвала в свету; В — толщина стены
Таблица 12. Минимальная толщина стен подвала в непучинистых грунтах
При таких толщинах стен на непучинистых грунтах перекрытия подвала не обязательно должны быть бетонными.
Основная задача застройщика, решившегося на устройство подвала, — исключить его увлажнение от грунтовых или паводковых вод. Капиллярная влага не должна вызвать увеличение влажности в помещении или увлажнение самой конструкции дома.
Для герметизации подвала применяют три схемы расположения герметизирующего слоя:
— наружная противонапорная;
— внутренняя противонапорная;
— гидроизоляция для защиты от капиллярной влаги.
При выполнении наружной противонапорной гидроизоляции следует учитывать, что её верхний край должен быть выше предполагаемого уровня грунтовых вод не менее чем на 0,5 м (рис. 75, а). Давление от слоя гидроизоляции передается на силовые ограждающие элементы пола и стен, что делает её более предпочтительной.
Рис. 75. Варианты выполнения гидроизоляции подвала: А — наружная противонапорная; Б — внутренняя противонапорная; В — гидроизоляция подвала от капиллярной влаги; Г — внутренняя противонапорная гидроизоляция на штукатурном растворе; Д — гидроизоляция при уровне грунтовых вод не больше 0,2 м от пола подвала
Горизонтальный участок гидроизоляции наносится по выровненной и гладкой бетонной подготовке до устройства днища подвала. Такая стяжка толщиной 4…5 см выполняется из смеси песка и цемента 6:1, которую желательно проармировать сеткой. На подготовленную поверхность плиты наносят слой грунтовки, а на него — битумную мастику. После этого настилают полотна рубероида с перехлестом не менее чем 10 см. За стены подвала рубероид должен выступать на 15 см. При влажных грунтах изоляцию выполняют из двух слоев толя или используют рубероид. Чтобы предохранить изоляцию от повреждений, снаружи ее закрывают слоем цементного раствора. Если в качестве рулонного материала применяют толь, то на бетон наносят дегтевую пропитку.
Вертикальные участки рулонной гидроизоляции наносятся на стены и защищаются снаружи кладкой в полкирпича, бетонными плитами или же слоем набрызга бетона. Перехлест горизонтального и вертикального участков гидроизоляции выполняют подгибом горизонтальной гидроизоляции не менее чем на 15 см. Вертикальную гидроизоляцию выводят не менее чем на 15 см над поверхностью грунта.
Если грунтовые воды залегают ниже отметки пола подвала и грунты там маловлажные, то достаточно ограничиться обмазочной гидроизоляцией с нанесением горячей битумной мастики в два слоя толщиной до 2 мм. Перед нанесением мастики стены следует покрыть грунтовкой.
Пространство между стенами подвала и грунтом забивают жирной глиной, устраивая глиняный замок.
Внутренняя противонапорная гидроизоляция устраивается, как правило, в уже существующих зданиях или при проведении ремонтных работ, связанных с устранением протечки ограждающих конструкций подвала (рис. 75, б). Так как давление на отдельные участки стен внутреннего кессона может быть значительным, то для его восприятия требуются конструктивные усиления.
Гидроизоляция подвала от капиллярной влаги не требует проведения работ высокого качества, как этого требовалось при создании противонапорной гидроизоляции. Разумеется, эта схема гидроизоляции не подходит для защиты от напорных вод (рис. 75, в).
Внутренняя противонапорная гидроизоляция на штукатурном растворе стала применяться относительно недавно, с появлением штукатурных растворов, обладающих высокой степенью адгезии и быстрым схватыванием. При напорах до 2 — 3 метров, что характерно для подвалов жилых домов, использование подобных гидроизоляционных штукатурных составов и мастик позволяет выполнять внутреннюю гидроизоляцию без создания кессона, с передачей водной нагрузки на штукатурный раствор (рис. 75, г). Как правило, такой вариант гидроизоляции используется при ремонтновосстановительных работах в качестве дополнения к существующему варианту.
Если слой герметизации не выдержал и произошла протечка, то устранение этого недостатка, даже засыпкой подвала грунтом, ни к чему хорошему не приведет, т. к. влаге очень сложно уйти из герметичного подвала. Поэтому постоянная сырость в подполе неизбежна, даже когда грунтовые воды уйдут далеко вниз. Правда, можно надеяться на современные гидроизолирующие покрытия, шпаклевки. Но если в подвале уже настелены полы, выполнены отделочные работы, то устранить подобные протечки будет непросто.
Многими застройщиками, только начинающими свой строительный путь, не учитывается гидростатическое давление грунтовых вод. Это может привести к всплытию подвалов и погребов, смотровых ям гаражей и выгребных ям канализации, незаполненных бассейнов. Все перечисленное — достаточно частые явления, если уровень грунтовых или паводковых вод высок, а вес сооружения небольшой.
Достаточно давно в качестве пристани на реках и озерах используются плавучие дебаркадеры — пристани, нижняя, она же главная часть которых представляет собой герметичный железобетонный корпус. Сверху на нем сооружается легкое двухэтажное деревянное строение самой пристани (рис. 76).
Рис. 76. Плавучая пристань, включающая железобетонный кессон
Именно так следует представлять дом с подвалом или погреб тем, у кого возможно повышение уровня грунтовых или паводковых вод выше уровня их пола.
Герметичность подвала обеспечивается водонепроницаемостью стен и плиты дома, на которой он возведен.
При достаточно высоком уровне паводковых вод застройщик всё же решил делать подвал. Дом небольшой, 6x8 м, можно попробовать. Все было сделано почти по науке.
Отрыли котлован глубиной 1,8 м, сделали подсыпку из крупнозернистого песка, застелили гидроизоляцию, а на ней отлили бетонное основание толщиной 10 см с армированием его сеткой (плитой такое тонкое железобетонное создание не назовешь). После этого точно по периметру застройщик уложил три ряда фундаментных блоков ФБС и перекрыл подвал плитами.
Пришла весна. Караул!!! Пол подвала сильно подняло, через образовавшиеся трещины пошла вода (рис. 77).
Рис. 77. Разрушение тонкой плиты гидростатическим давлением: 1 — уровень грунтовых вод; 2 — давление воды
Что произошло?
Гидростатическое давление, действующее на пол снизу, оказалось закритическим. При уровне воды в грунте выше пола подвала на 1 м на единицу площади пола действует давление в 1 тонну. То есть на всю площадь этого подвала в 48 м2 действует снизу сила в 48 тонн. Это вес очень тяжелого танка или целого вагона. Тонкий пол этого не смог выдержать.
Как надо было сделать. Плита пола должна быть толщиной не менее 20 см, и её армирование должно быть грамотно выполнено. Существенное усиление пола подвала можно было бы обеспечить возведением одной поперечной стены.
Если приглядеться к такому фундаменту, то бросается в глаза слишком близкое расположение стены к краю плиты, на которую она опирается. Наш застройщик уложил фундаментные блоки вплотную к периметру бетонного пола. Видимо, решил сэкономить на объеме земляных работ и бетонировании. При таком исполнении этого узла пол подвала от давления грунта сразу от края интенсивно начинает загружаться изгибающим моментом (рис. 78, а).
Большие изгибающие нагрузки — это и значительные деформации, и разрушающие напряжения в плите подвала. При слабом уплотнении грунта под плитой это проявляется в большей степени.
В варианте, когда плита пола выходит за контур стены на 30 — 40 см (рис. 78, б), максимальная величина изгибающего момента становится значительно ниже. Плиту можно было бы делать тоньше, не боясь деформаций и разрушений.
Рис. 78. Загрузка плиты подвала изгибающим моментом: А — неправильно; Б — правильно
Похожее разрушение плиты пола может произойти и с незаглубленной плитой. Тяжелый гараж может сильно деформировать плиту, особенно если нарушена её целостность удлиненным проемом под смотровую яму (рис. 79).
Рис. 79. Разрушение плиты фундамента от веса дома (гаража)
При устройстве подвала на его стены укладывают бетонные перекрытия. Это связано с тем, что боковое давление грунта на стены необходимо на что‑то передать. Особенно большое боковое нагружение стен возникает от пучения грунта, так как он стремится расшириться при своем замерзании во все стороны. Жесткие перекрытия позволяют замкнуть на себя нагрузки, приходящиеся на стены подвала со всех сторон. Эта расчетная схема рассматривает стену подвала как набор вертикально расположенных балок, передающих нагрузку от грунта на бетонный пол и на бетонное перекрытие (рис. 80).
Рис. 80. Восприятие давления на стены через пол и перекрытие подвала: А — общая схема
Рис. 80. Восприятие давления на стены через пол и перекрытие подвала: Б — узел схемы
Именно поэтому стены подвала при строительстве загружают бетонным перекрытием в этот же сезон, не дожидаясь, пока пучинистый грунт своим расширением наклонит стены внутрь подвала.
Эта схема принята при возведении подвала по технологии ТИСЭ. Такие вертикальные балки создаются в каждом четвертом вертикальном канале стены после их заполнения арматурой и бетоном. Схема эта хорошо работает вне зависимости от габаритов подвала и разбивки внутренних его стен.
При силовой схеме, представляющей стену в виде набора вертикальных балок, стены подвала можно выполнять тем тоньше, чем тяжелее дом сверху (из условий напряженного состояния стены, загруженной весом и боковым давлением). В этих условиях в массиве бетона отсутствуют растягивающие напряжения, от которых он мог бы разрушиться.
При возведении стен подвала из готовых бетонных блоков выполняют горизонтальное армирование. В этом случае стена работает по другой расчетной схеме, при которой она рассматривается как набор горизонтально расположенных балок, передающих боковую нагрузку от грунта на внешние и внутренние стены подвала. Из‑за большого пролета такой горизонтальной балки стена подвала должна иметь большую толщину или эффективное горизонтальное армирование (рис. 81).
В реальности стену подвала следует рассматривать как набор одновременно работающих вертикальных и горизонтальных балок. Причем чем тяжелее сам дом, чем большим весом загружены стены подвала, тем ближе расчетная схема к стене с вертикально расположенными балками.
Рис. 81. Восприятие давления на стены через внутренние и внешние стены подвала: А — общая схема; Б — узел схемы
Возведение стен подвала часто выполняют с использованием крупногабаритных готовых фундаментных блоков ФБС (рис. 82). Как правило, при выполнении угловой перевязки с этими блоками, перехлёст блоков по всей длине стены — самый минимальный.
При слабом горизонтальном армировании узкая зона вертикальных стыков ФБС превращается в шарнирное соединение. При отсутствии подвального перекрытия и достаточно большом давлении грунта, подверженного пучинистым явлениям, часть стены может уйти вовнутрь.
Рис. 82. Разрушение стен подвала, возведенного из фундаментных блоков
Исправить ситуацию и остановить процесс разрушения стен подвала возможно только с возведением в подвале подкрепляющих стенок. Это достаточно дорогое удовольствие, да и подвал потеряет всю свою привлекательность.
Разрушиться стена подвала от давления грунта может и без пучинистых явлений, при монтаже плит перекрытия. Опоры автокрана, установленные в непосредственной близости от стен подвала, создают в грунте достаточно высокий уровень напряжений. Нагрузка на выдвижную опору и боковое давление грунта на стены подвала особенно высоки, когда идет монтаж дальних плит, наиболее удаленных от автокрана (рис. 83).
Рис. 83. Разрушение стен подвала при монтаже плиты перекрытия
Чтобы не случилось подобного разрушения, расстояние от стены до края опорной площадки автокрана должно быть не меньше 0,8 м.
Начинать монтаж перекрытия следует с укладки ближних плит, которые смогут усилить устойчивость стен подвала.
Устройство подвала начинается с рытья котлована. При планировании этого этапа работ застройщик не должен забывать о том, что в зимнее время граница промерзания в зоне котлована опустится. Грунт с плотной структурой при насыщении водой и замерзании может снизить свою плотность и подняться на 10…15 см (рис. 84, а). Если же застройщик успел возвести подвал, но не предусмотрел его утепления, то пучинистые явления могут поднять подвал на 10…15 см, вызвав разрушения или недопустимые смещения. Чтобы этого не случилось, следует утеплить подвал по одной из двух схем, предусматривающих утепление по полу или по подвальному перекрытию (рис. 84, б, в). Последний вариант более удачен, так как при отсутствии перекрытия стены подвала от давления пучинистого грунта могут наклониться внутрь. Снеговой покров здесь можно считать утеплением подвала.
Рис. 84. Положение границы промерзания при устройстве подвала: А — открытый котлован; Б — утеплен пол подвала; В — утеплено перекрытие подвала; 1 — котлован; 2 — граница промерзания; 3 — стены подвала; 4 — утеплитель; 5 — отклоненное положение стены; 6 — грунт до промерзания
Планируя утепление и гидроизоляцию стен подвала снаружи, обращаем внимание на качественное выполнение их монтажа. Поверхности, контактирующие с мерзлым грунтом, должны быть ровными, а соединение их со стеной — надежные. Дело в том, что пучинистый грунт при своем расширении может захватить часть покрытия и разорвать его (рис. 85, а). Попадание влаги в стену будет неизбежным.
Силы сцепления грунта с утеплителем можно существенно понизить, введя слой песка между грунтом и утеплителем и устроив эффективный дренаж. Песок не должен быть мелким, а грунт и песок лучше разделить толью или полиэтиленом. Гидроизоляцию располагают под утеплителем, нанося её на саму стену. Песчаная засыпка должна быть соединена с дренажной системой (рис. 85, б). Верхние две трети песчаной засыпки можно заменить грунтом. Снаружи утеплитель может быть защищен кирпичной кладкой или жесткими панелями (цементо–стружечная плита или асбоцементный лист).
Рис. 85. Утепление стен подвала снаружи: А — разрушение утеплителя мерзлым грунтом; Б — защита утеплителя песчаной прослойкой; 1 — отмостка; 2 — утеплитель; 3 — гидроизоляция; 4 — граница промерзания; 5 — песок; 6 — дренаж
2.7. ОТМОСТКА
Основная задача отмостки — защитить фундамент, подпол или подвал от поверхностных вод и отвести от стен и от фундамента воду, стекающую с крыши. Она также является декоративным элементом, придающим дому архитектурную завершенность, одновременно выполняя роль тротуара вокруг него. Ширина отмостки должна выступать за кромку крыши на 0,2 — 0,3 м. Но в любом случае ее не делают меньше 0,7 м. Отмостке придают уклон от дома 5 — 10% (рис. 86).
Рис. 86. Отмостка: А — вдоль ленточного фундамента; Б — вдоль столбчато–ленточного фундамента; В — отмостка с желобом; 1 — лента–ростверк; 2 — глина; 3 — бетонная стяжка; 4 — пластина; 5 — слезник; 6 — желоб
Сначала вокруг дома на ширину отмостки снимают слой дерна толщиной 10 — 15 см. Далее заглубление под отмостку заполняют жирной глиной, тщательно её уплотняют, придавая требуемый уклон. Затем засыпают сверху слоем песка с гравием или щебнем, трамбуют и заливают цементным раствором с его последующим заглаживанием и железнением.
Для повышения прочности, морозостойкости и износостойкости в раствор можно добавить пластификатор или клей ПВА (0,5 кг на 10 литров воды). Неплохо также применить арматурную сетку. Армирование цементно–песчаного слоя можно дополнить поперечными стыками, расположенными с шагом 1 — 1,5 м (в раствор закладываются узкие тонкие рейки с битумной или дегтевой пропиткой, полоски стекла). Тем самым в отмостку вводятся деформационные стыки, предотвращающие появление трещин в случайных местах.
Строители, бетонирующие отмостку, использовали песок с глинистыми включениями. Весной, когда отмостка днем увлажнялась, а по ночам промерзала, жильцы просыпались от звуков, похожих на выстрелы. Дело в том, что куски бетона в отмостке "отстреливались" мерзлой глиной, оставляя на поверхности выбоины и раковины.
Вместо цементного раствора верхнее покрытие можно выполнить из асфальта, тротуарных плиток. В глину можно затрамбовать щебень, гравий, кирпичный бой.
Если фундамент предусматривает создание ростверка с воздушным зазором, то со стороны отмостки этот зазор можно закрыть лентой из оцинкованного железа, панелями ЦСП, асбоцементными листами, жестким морозостойким пластиком (рис. 86, б).
Расположение слоя гидроизоляции цоколя необходимо планировать так, чтобы он находился выше отмостки более чем на 0,2 м во избежание его увлажнения брызгами дождя.
Для отвода капель дождя от стыка ростверка с отмосткой сам ростверк может быть оснащен уступом со слезником (рис. 86, в).
Если в конструкции крыши не предусмотрено выполнение водоотводящей системы, то по периметру отмостки, под свесами крыши, создают углубления–желоба, тщательно выверенные на предмет создания уклона в сторону водоотвода или дренажа ливневых осадков (рис. 86, в).
Достаточно распространена ошибка, когда отмостку жестко соединяют с домом.
При пучинистых явлениях отмостка, стремясь подняться, отклоняется и разрушается. При оттаивании грунта под ней возникнут полости, куда постоянно будет затекать вода (рис. 87).
Рис. 87. Подъем отмостки, жестко прикрепленной к дому: А — положение отмостки сразу после её устройства; Б — положение отмостки после оттаивания грунта; 1 — отмостка, 2 — арматура; 3 — стена