Устройство фундаментов

Фундамент- главная несущая часть, основание, опора любого здания, любой постройки. Приступать к закладке фундамента следует после того, как выбрано место расположения дома, утвержден его проект, внешний вид, внутреннее распределение на помещения, тип фундамента и материалы. От надежной работы фундаментов в большой степени зависят эксплуатационные качества здания, его капитальность и долговечность. Стоимость возведения фундаментов составляет 15-20 % стоимости дома, а исправление допущенных ошибок, как правило, многодельно и дорого, поэтому к сооружению фундаментов следует относиться особенно ответственно.

Начинать необходимо с инженерно-геологических изысканий на том месте, где будет стоять здание, так как на выбор фундамента влияет множество факторов, среди которых состояние и тип грунта на отведенном участке, уровень промерзания, наличие грунтовых вод, конструкция самого здания, нагрузка на фундамент, использование подвалов и пр. Кроме того, необходимо учесть сети, коммуникации, зарытые в землю на участке, предназначенном для строительства.

Прочность и долговечность здания, трудоемкость и стоимость строительства во многом зависят от того, насколько правильно выбрана глубина заложения фундамента, что, в свою очередь, определяется глубиной промерзания грунтов, степенью их пучения, уровнем стояния грунтовых вод, способностью грунта к капиллярному подсосу, рядом других условий. Но решающее значение, как правило, имеет глубина промерзания грунтов, так как некоторые из них, способные удерживать в порах воду, при промерзании вспучиваются, то есть увеличиваются в объеме, повреждая размещенные в них конструкции.

Оценка грунтов может быть выполнена на основе имеющихся в изыскательских организациях результатов геологических исследований. При отсутствии таких данных и при необходимости самостоятельного исследования грунта на участке застройки следует вырыть шурф или пробурить скважину. Во время обследования выработки (шурфа или скважины) особое внимание необходимо обратить на почвенный или насыпной слои, т. к. их, как правило, не используют в качестве основания. Кроме того, крайне важно установить уровень грунтовых вод.

Характеристики грунтов
скальные и обломочные грунты – прочные, не размываются и не вспучиваются при промерзании, если не содержат в своем составе глинистых и пылеватых частиц;
песчаные грунты (кроме мелкозернистых и пылеватых) – относятся к непучинистым, могут служить хорошим основанием;
мелкозернистые и пылеватые пески – можно использовать в качестве основания, однако они часто обладают свойствами плывунов; относятся к пучинистым грунтам;
глинистые грунты (глины, суглинки, супеси) – в сухом состоянии служат хорошим основанием и относятся к условно непучинистым; в водонасыщенном состоянии и при малой плотности находятся в текучем состоянии и сильно вспучиваются при промерзании.
Глубину заложения фундаментов принимают следующей:
на пучинистых грунтах - не менее расчетной глубины промерзания грунтов;
на условно непучинистых (крупнообломочных с пылевато-глинистым заполнением, мелких и пылеватых песках и всех видах глинистых грунтов твердой консистенции) при нормальной глубине промерзания до 1 м - не менее 0,5 м, до 1,5 - не менее 0,75 м, от 1,5 до 2,5 м - не менее 1 м;
на непучинистых грунтах (крупнообломочных, а также песках гравелистых, крупных и средней крупности) независимо от глубины промерзания - не менее 0,5 м.
Во всех случаях заложения фундамента выше уровня промерзания грунта следует обеспечить отвод поверхностных и атмосферных вод, чтобы защитить основание от увлажнения

В зависимости от ФОРМЫ и СПОСОБА ОПИРАНИЯ НА ГРУНТ фундаменты бывают
столбчатыми,
ленточными и
плитными.
Важное значение имеет предполагаемое время, на которое возводится строение. Например, срок службы различных фундаментов составляет:

– ленточных бетонных и бутовых на цементном растворе – 150 лет;

– бутовых или бетонных столбов – 30–50 лет;

– деревянных стульев – 10 лет.

Простейшие фундаменты под усадебные дома - столбчатые из бутового камня или кирпича нормального обжига. В плане столбы размещают по углам здания, где пересекаются капитальные стены, а также под всеми капитальными внутренними и наружными стенами через каждые 2-3 м так, чтобы фундаментные столбы находились под столбами каркаса стен или под простенками, но не под проемами. Размеры сечения столбов в плане определяют расчетным путем, но при кладке из пастелистого бутового камня они должны быть не менее 500 х 500 мм, из рваного бутового - не менее 600 х 600 мм. Кирпичные фундаментные столбы делают сечением 380 х 380, 380 х 510 мм и более. Столбы выводят на 200-250 мм над поверхностью земли. Заполнение между ними выполняют из бутового камня или из кирпича с заглублением на 300-400 мм и шириной соответственно 400 и 250 мм (в один кирпич).

Кладку фундаментных столбов ведут с перевязкой швов горизонтальными рядами, подбирая на каждый ряд камни одинаковой высоты, а вот кладку заполнения не перевязывают с кладкой столбов, чтобы при их неравномерной осадке не образовались трещины.

Для усадебных домов каркасной или каркасно-щитовой конструкции фундаментом могут служить столбы из заполненных бетоном труб, введенных в грунт на глубину его промерзания. Скважины под них делают при помощи ручного бура, чуть большего по диаметру, чем трубы. В пробуренную скважину вставляют асбестоцементную трубу, уплотняют снаружи грунтом, заливают внутрь на одну треть бетонную смесь и приподнимают, чтобы на дне образовалось бетонное основание. После этого в нее добавляют ту же смесь до отметки на 10 см ниже верхней грани. Смесь несколько раз протыкают стержнем и дают ей схватиться. Аналогичным образом устраивают все фундаментные опоры, а через два-три дня по их верхним граням укладывают и выравнивают обвязку и привинчивают анкерные элементы, нижнюю часть которых бетонируют в асбестоцементных трубах, добавляя бетонную смесь до нижнего края обвязки.

Один из простейших видов фундаментов- так называемые "деревянные стулья", изготовленные из древесины твердых пород: сосны, дуба, лиственницы и т. д. Их длина регламентируется глубиной промерзания почвы. Обычно "стулья" опускают в ямы, отрытые ниже уровня промерзания почвы на 20-25 см, закрепляют их утрамбованным грунтом. Предварительно древесину обжигают, покрывают разогретым битумом или антисептируют.

Гидроизоляция фундаментов

При устройстве фундамента большое внимание следует уделять гидроизоляционным работам. Чтобы предохранить стены от проникновения грунтовой сырости и капиллярной влаги, по поверхности цоколя, выровненной раствором, или в его толще выше отмостки укладывают гидроизоляцию из двух слоев толя на клеевой мастике или из слоя цемента. В бесподвальных зданиях первый слой горизонтальной гидроизоляции располагают между фундаментом и цоколем, второй - на 10-15 см ниже перекрытия в пределах цокольной стены. В течение всего периода выполнения гидроизоляционных работ изолируемые конструкции необходимо предохранять от воздействия грунтовых и поверхностных вод, причем уровень грунтовых вод надо поддерживать на 40-50 см ниже горизонтальной изоляции.

Изолируемые поверхности должны быть ровными (без раковин и бугров), очищенными от пыли и мусора, сухими, огрунтованными разжиженным битумом (за исключением тех, что покрывают цементными растворами и холодными асфальтовыми мастиками). Насколько поверхность ровная, проверяют, прикладывая к ней двухметровую контрольную рейку, которая должна прилегать лишь с небольшими просветами. А чтобы судить, достаточно ли суха поверхность, можно воспользоваться следующим практическим приемом. В разных ее местах на мастике приклеивают куски рулонного материала размером до 1 кв.м., а когда мастика застынет, отрывают их. Если при этом материал рвется, поверхность считают сухой.

При строительстве усадебных домов с подвальными помещениями целесообразно применять окрасочную или оклеечную гидроизоляцию. Первую, состоящую из горячих битумов, горячих битумных мастик и разжиженных растворителями битумов, равномерно наносят по крайней мере в два слоя толщиной не менее 0,5 мм. Второй вид гидроизоляции из водонепроницаемых рулонных материалов (гидроизола, изола, бризола, рубероида) выполняют в несколько покрытий на горячих или холодных битумных мастиках (толщина слоя мастики не должна превышать 1,5-2 мм).

Работы по устройству фундаментов следует начинать после заготовки основных строительных материалов с таким расчетом, чтобы строительство дома и ввод его в эксплуатацию осуществлялись за один строительный сезон.

Фундаменты, возведенные в пучинистых грунтах и оставленные на зимнее время без нагрузки (без стен, перекрытий и крыши), могут деформироваться. Непредвиденные деформации могут произойти и в том случае, когда построенный дом в зимнее время не эксплуатируется и не отапливается, а глубина заложения его фундаментов была рассчитана на тепловой режим отапливаемого дома.

Деформации фундаментов:
Просадка фундамента.
Выпучивание фундамента при заложении его выше уровня промерзания
Отрыв и выпучивание фундамента при заложении его ниже уровня промерзания
Боковой сдвиг фундамента
Перед началом строительства заготовленные материалы располагают в непосредственной близости от строительной площадки. Камень, кирпич, песок, асбестоцементные листы и трубы складируют на открытых площадках; пиломатериалы, столярные изделия, утеплитель, цемент и другие вяжущие хранят под навесом.

Устройство фундаментов начинают с разбивки в натуре плана дома. По его внешнему периметру, на расстоянии 1-1,5 м от края будущей траншеи или котлована, в створе разбивочных осей забивают или закапывают деревянные столбики или обрезки металлических труб.

Их верх должен быть на 10-15 см выше уровня будущего пола. В местах пересечения разбивочных осей для крепления проволоки или лески забивают гвозди или делают пропилы. Можно устроить так называемую обноску из столбиков, соединенных поверху досками. Она позволяет обозначить не только разбивочные оси, но и внешние границы фундаментов и стен.

Прямые углы устанавливают с помощью треугольника с соотношением сторон 3-4-5, выполненного из веревки или сбитого из досок .

Окончательную проверку прямоугольности плана выполняют измерением его диагоналей.

Для определения горизонтального уровня (одинаковых отметок по углам здания) можно воспользоваться заполненным подкрашенной водой поливочным шлангом с двумя стеклянными трубками на концах.

Приняв одну из отметок за исходную, с помощью водяного уровня переносят ее на другие стороны и углы и таким образом получают по периметру горизонтальную линию, от которой ведут отсчет отметок при земляных работах, устройстве фундаментов и закладке наружных и внутренних стен. Перед рытьем ям, траншей или котлованов со всей площади застройки, включая будущую отмостку, снимают растительный слой земли и перевозят его в сад или в огород.

Для предохранения строительной площадки от затопления дождевой водой с верхней стороны участка устраивают водоотводную (перехватную) канаву.

Технология земляных работ зависит в основном от типа фундаментов, состава грунта и уровня грунтовых вод. Для столбчатых фундаментов делают круглые ямы с вертикальными стенами. Они устойчивы от обрушения даже при высоком стоянии грунтовых вод. Такие ямы отрывают либо с помощью механического автобуса, либо вручную. В последнем случае целесообразно использовать обычный садовый бур, которым отрывают центральную часть ямы, а также вынимают грунт после расширения ямы лопатой.

Траншеи под ленточные фундаменты и котлованы для подвалов отрывают с учетом допустимой крутизны откосов. Вертикальные стенки высотой 1-1,2 м можно оставлять лишь в плотных глинистых и суглинистых грунтах при отсутствии грунтовых вод.

В остальных случаях следует предусматривать земляные откосы или временное крепление земляных стен досками, подтоварником, горбылем.

Кладку фундаментов, как правило, производят сразу после отрывки траншей, и котлованов, начиная ее с нижних отметок. Если в траншею (котлован) попала вода, то непосредственно перед укладкой фундаментов воду и разжиженный грунт удаляют. При разных отметках заложения подошвы фундамента делают уступы высотой не более 50 см, при этом длину уступа принимают в два раза больше его высоты. На сухих и маловлажных (непучинистых) грунтах фундаменты малоэтажных зданий выполняют из любых традиционных материалов. Глубина заложения таких фундаментов невелика. При грунтовых водах, расположенных ниже расчетной глубины промерзания грунтов, она на любых грунтах и в любых климатических условиях не превышает 0,7 м.

Самыми экономичными фундаментами на таких грунтах являются песчаные из крупнозернистого песка. В траншеи или ямы песок укладывают слоями по 10-15 см с проливкой каждого слоя водой. Не доходя 20-30 см до планировочной отметки земли, на песок укладывают щебень, гравий или кирпичный бой на цементно-песчаном растворе. Минимальная высота щебеночно-гравийного слоя 10-15 см. При хорошем поверхностном водоотводе песчаные фундаменты надежны и долговечны.

Значительно сложнее устройство фундаментов в пучинистых грунтах, особенно при их глубоком промерзании. Для возведения таких фундаментов необходимы водо- и морозостойкие материалы, в том числе высокопрочные бетоны и растворы. Если марка используемого цемента не известна, ориентировочно ее можно определить по плотности цемента.

Следует учитывать, что при длительном хранении цемента даже в сухом месте прочность снижается за б месяцев на 25 %, за год - на 35- 40 %, за два года - примерно на 50 %.

Как уже было сказано, в глубокопромерзающих пучинистых грунтах самыми надежными н экономичными являются столбчатые железобетонные фундаменты. На сырых и заболоченных участках, где применение монолитного бетона из-за высоких грунтовых вод затруднено или вообще невозможно, а также при сжатых сроках строительства удобны и технологичны сборные столбчатые фундаменты, изготовленные заранее в виде столбов с жесткоприбетоненной опорной площадкой-анкером. Несущие столбы выполняют из железобетона, асбестоцементных труб с внутренним армированием и заполнением бетоном, a также из металлических труб, защищенных изнутри цементно-песчаным раствором, а снаружи битумной мастикой или эпоксидной смолой. В качестве арматуры используют металлические стержни и проволоку диаметром 6- 12 мм, а также металлолом в виде старых водогазопроводных труб, уголков и т. п. Бетон лучше приготовить на высокомарочном цементе марки 300-400, а в качестве заполнителя использовать чистый крупный песок и гранитный щебень. Мелкий песок с частицами глины, а также щебень из известняка или кирпичного боя значительно снижают марку бетона и его морозостойкость.

Снизу к доскам прибивают рубероид, не позволяющий им сдвинуться в процессе бетонирования, а сверху стой же целью прибивают поперечные рейки. Перед бетонированием в опалубку укладывают заранее связанный арматурный каркас с выпуском арматурных стержней за пределы опалубки с торцовых сторон: с одной стороны (нижней) для последующего крепления опорной плиты, с другой - для устройства железобетонного пояса (ростверка). Габариты арматурного каркаса должны быть меньше будущего изделия на 3-4 см с каждой стороны.

Бетон укладывают слоями 8-10 см со штыковкой и трамбовапием каждого слоя. Чтобы поверхность уложенного бетона преждевременно не высохла, сверху кладут мокрую ветошь или газеты и все это накрывают рубероидом. При температуре воздуха 10-15 °С через 7 сут бетонные столбы набирают прочность, достаточную для того, чтобы вынуть их из опалубки и установить для бетонирования опорной плиты. Размеры опорной плиты в плане обычно принимают равными тройной ширине несущего столба, т.е. если, например, сечение столба 15х15 см, то размеры плиты в плане 45х45 см. Но это не обязательно: при усиленном армировании опорная площадь плиты может быть и большей. При допустимом давлении на грунт 150-200 кПа (1,5-2 кгс/кв.см..) и опорной плите 50х50 см несущая способность такого фундаментного столба составит 35-50 кН (3,5-5 тс).

При наличии асбестоцементных труб изготовление столбчатых фундаментов упрощается: сначала бетонируют опорную плиту, на нее устанавливают асбестоцементную трубу с размещенным внутри нее арматурным каркасом, затем внутрь трубы укладывают бетон. Внутренний арматурный каркас столба можно заменить металлической трубой, жестко связанной с каркасом опорной плиты.

При маловлажных грунтах, когда в отрываемых ямах отсутствует грунтовая вода, столбчатые фундаменты можно делать из монолитного железобетона.

В отрытую яму насыпают и утрамбовывают слой щебня или гравия с песком толщиной 10-15 см, на него устанавливают заранее изготовленный арматурный каркас и ведут бетонирование опорной плиты. Затем на верхнюю часть каркаса надевают асбестоцементную трубу и заполняют внутреннюю ее полость цементно-песчаным раствором. Пространство между стенками ямы и асбестоцементной трубы засыпают вынутым грунтом. При небольших нагрузках столбчатые фундаменты можно сделать еще проще. В отрытую садовым буром яму (с уширением внизу до 30-40 см) вставляют свернутый в трубу рубероид, внутрь рулона устанавливают арматурный каркас, и все это заполняют бетоном. При устройстве такого фундамента на пучинистых грунтах желательно, чтобы арматурный каркас после установки был внизу расширен за пределы верхнего диаметра ямы.

На тяжелых пучинистых, насыпных и слабонесущих грунтах при строительстве небольших зданий прямоугольного очертания возможно устройство мелкозаглубленых подвижных, так называемых плавающих фундаментов из сплошных или решетчатых монолитных или сборно-монолитных железобетонных плит.

Большая площадь опоры плит позволяет снизить давление на грунт до 10 кПа (0,1 кгс/кв.см..), а перекрестные ребра жесткости создают конструкцию, достаточно устойчивую к знакопеременным нагрузкам, возникающим при замораживании, оттаивании и просадке грунта. Для их устройства применяют высокопрочный бетон (не ниже класса В 7,5) и арматурные стержни диаметром не менее 10-12 мм. Относительно большой расход бетона и арматурной стали можно считать оправданным, если все другие технические решения фундаментов в этих условиях не могут гарантировать их надежную работу. В зданиях, где полу расположены невысоко над планировочной отметкой земли, такие фундаменты могут стать даже более экономичными, чем столбчатые ( не надо устраивать цокольное перекрытие и ростверк).