Процесс обустройства основания и фундаментов и их типы

При проектировании зданий основания и фундаменты рассматриваются в комплексе. Подземные монолитные или сборные конструкции принимают сборные нагрузки от здания, передают их на нижерасположенные грунты. В обратном направлении (снизу вверх) действуют усилия при морозном вспучивании глинистых почв. Поэтому применяются технологии для ликвидации сил пучения.

Грунты оснований

Перед возведением любого объекта следует четко понимать, что основания и фундаменты должны выдержать вес несущих конструкций, не допустить деформаций, разрушения. Если материал и конструкцию фундамента можно выбрать из нескольких вариантов, то геологию участка изменить невозможно:

• почвы залегают пластами, имеют линзы проницаемых пород внутри глинистых слоев, в которых скапливается «верховодка»
• с увеличением содержания глины возрастает вероятность морозного вспучивания
• расчетное сопротивление грунтов сборным нагрузкам от веса здания неодинаково

Внимание: На пылеватом песке или торфянике может «утонуть» даже плавающая плита, обладающая максимальной несущей способностью и поверхностью опирания.

Общие сведения

Самыми опасными геологическими условиями являются плывуны, свежие насыпи, торфяники, пылеватые влажные пески. Чтобы пройти их насквозь, опереть фундамент на пласт с высокой несущей способностью, потребуется выбрать винтовые либо буронабивные сваи без вариантов.

Со стабильными почвами, даже пучинистыми (глина, супесь, суглинок) работать гораздо проще:

• они имеют высокое расчетное сопротивление
• можно выбрать любую конструкцию фундамента
• избавиться от морозного вспучивания стандартным комплексом мер

Скальный, крупнообломочный (гравелистый) грунт резко снижают бюджет строительства. В этом случае можно выбрать самую дешевую технологию (например, столбы из бетонных блоков для сруба, МЗЛФ для кирпичного коттеджа), обойтись без дренажа, утепления фундамента/отмостки, подстилающего слоя, обратной засыпки щебнем или песком.

На крупном песке так же можно построить жилище из любого конструкционного материала. Однако придется разорвать капиллярную юбку прослойкой из щебня, чтобы влага не смогла подняться к бетонным конструкциям при обратном давлении.

Влияние грунтовых вод

Влага в земле разрушает фундаменты несколькими способами:

• подвергаются коррозии арматурные каркасы и сетки внутри железобетона
• при замерзании вода расширяется, в фундаментах раскрываются множественные микротрещины, снижающие прочность конструкции
• насыщенная влагой глина в почвах так же увеличивается в объемах при замерзании, возникают силы пучения, выдергивающие бетонные конструкции либо пытающиеся выдавить их на поверхность, сдвинуть по горизонтали

Внимание: Воду необходимо отвести с поверхности ливневками, отмостками, собрать под землей дренами, чтобы отвести от фундамента в резервуар, естественный водоем, канаву.

Однако осушение оснований полностью проблему вспучивания не решает. Поэтому наружные грани бетонных конструкций и отмостки утепляются для сохранения геотермального тепла недр. Под подошвами лент, плит, столбов изготавливаются подстилающие слои из песка/щебня, пазухи траншей, котлованов засыпаются аналогичными материалами. В инертных продуктах глина отсутствует, вспучивание становится невозможным.

Расчет и подготовка оснований

При проектировании учитываются характеристики грунтов и уровень УГВ, поэтому расчет заключается в определении несущей способности по расчетному сопротивлению почв. Другими словами, необходимо узнать минимальную площадь опирания ленты или столбов, которая будет достаточна для отсутствия просадки грунта под ними.

Сборная нагрузка складывается из веса всего силового каркаса коттеджа (полы, перекрытия, стены и кровля, лестницы, стропильная система и сам фундамент), ветровых/снеговых нагрузок, массы мебели, жильцов, облицовок интерьеров. Расчетное сопротивление грунтов берется из таблиц СП.

Улучшить характеристики пучинистых оснований можно несколькими способами:

• заменить верхние 40 – 60 см песком при низком УГВ либо щебнем при высоких водах грунтовых
• уложить дрены и утеплить подошву фундамента + отмостку
• применить в обратных засыпках пазух траншей нерудные материалы

Указанные методы позволяют снизить глубину заложения плиты, МЗЛФ, столбов. Снизится бюджет строительства и время сдачи объекта, трудозатраты и расход материалов.

Фундаменты типовые

Ввиду разнообразия геологических условий, этажности, конфигурации зданий основания и фундаменты всегда проектируются индивидуально. Типовые проекты существуют исключительно для коттеджей, позволяют определить величину сборных нагрузок, которые необходимо распределить фундаментом, передать на грунт.

Важно: В любой типовой проект по умолчанию закладывается максимальный запас прочности. Заказчик экономит на документации, зато рискует серьезно переплатить на каждом этапе строительства. Например, в регионе может не оказаться пиломатериалов нужного сечения, спецзаказ обойдется дороже. В то же время, при индивидуальном проектировании будут учтены все нюансы, застройщик заплатит дороже за документацию, но сэкономит на материалах.

Ниже рассмотрены конструкции типовых фундаментов для малоэтажной застройки с привязкой к геологическим условиям и рельефу участка.

Схемы

Классикой фундамента является плавающая плита, имеющая максимальную поверхность опирания. Поэтому несущая способность по умолчанию имеет многократный запас, можно строить дома из тяжелых конструкционных материалов.

Ограничениями являются:

• грунты с малым расчетным сопротивлением (торф, песок пылеватый, не сформировавшаяся насыпь), на которых даже плита будет погружаться ежегодно
• склоны с перепадами между противоположными стенами больше 1,5 м – горизонтальные подвижки вспучивающихся грунтов слишком велики, потребуется изготовление вертикальных подземных стен
• прибрежная зона, в которой не спасет даже самая качественная гидроизоляция бетонных конструкций

Внимание: Расход бетона, арматуры в плитных фундаментах максимальный, что сказывается на общем бюджете. Однако на влажных почвах с высоким УГВ это оптимальный вариант для кирпичных, бетонных построек.

Столбчатый фундамент, наоборот, относится с бюджетному типу подземных несущих конструкций. Однако ограничений здесь гораздо больше:

• склоны – столбы чувствительны к горизонтальным подвижкам, легко опрокидываются
• высокий УГВ – на влажных почвах резко снижается ресурс конструкции
• стены из тяжелых конструкционных материалов – столбчатые фундаменты больше подходят для опирания срубов, СИП панелей, «каркасников»

Внимание: Головная часть столбов должна быть обвязана ростверком для увеличения пространственной жесткости конструкции. Комплекс ликвидирующих вспучивание почв мероприятий должен выполняться в полном объеме.

Ленточные фундаменты являются универсальными, так как гораздо надежнее столбов, дешевле плит. Если заглубить ленту ниже отметки промерзания, можно получить дополнительный подземный этаж. Для легких построек оптимальным вариантом служит МЗЛФ или незаглубленный монолитный пояс. Эта технология позволяет залить пол по грунту, который обходится дешевле перекрытий по балкам.

Проблема высокого УГВ решается кольцевым или пластовым дренажом, вспучивание снижается стандартными технологиями. Существуют схемы утепления МЗЛФ для жилищ постоянной, временной и сезонной эксплуатации. Технология полностью отработана, что гарантирует от серьезных ошибок даже при самостоятельном строительстве.

Свайные фундаменты обычно применяют для легких построек, что обусловлено отсутствием квалифицированных проектировщиков. На самом деле, на винтовых сваях можно изготовить монолитный ростверк, возвести 3-х этажный особняк. Найти компанию, способную дать гарантии на подобный проект, крайне сложно.

Поэтому сваи применяют для каркасных коттеджей, срубов, СИП панелей. Это единственный фундамент для болота, грунта с недостаточным расчетным сопротивлением, горного склона или прибрежной зоны. Экономия бюджета начинается при проектировании, поскольку отсутствуют элементы конструкции:

• подстилающий слой – минус несколько самосвалов щебня/песка, отсутствие земляных работ
• не нужно утепление отмостки/фундамента – минус пенополистирол, клей, дюбеля для крепления
• можно обойтись без дренажа – минус гофротрубы и колодцы, щебень, геотекстиль

Строительство стен начинается в тот же день, когда был уложен сборный ростверк. При использовании монолитных балок ростверка придется подождать 4 – 28 дней в зависимости от температуры воздуха.

Внимание: Свайно-винтовые фундаменты обладают максимальной ремонтопригодностью, позволяют реставрировать ленты, столбы и плиты. Перепланировка и изготовление пристроек не вызывает проблем в любой момент эксплуатации коттеджа.

Связь с основаниями

Основной ошибкой 90% индивидуальных застройщиков является экономия на геологических изысканиях. Слои пород залегают неравномерно, под гравелистым грунтом или слоем крупнозернистого песка вполне может находиться торф или песок пылеватый. Результатом станет ежегодное погружение здания, для ремонта основания потребуется комплекс работ:

• вывешивание отдельных участков домкратами
• упрочнение грунта цементацией, термическим обжигом, спиральными или винтовыми сваями, уширение подошвы или метод ж/б обоймы

Внимание: Сезонное поднятие УГВ опасно морозным вспучиванием в отсутствие утепления фундамента, кольцевого дренажа.

Существуют конструкционные ошибки при изготовлении пристроек (крыльцо, веранда), отмосток. Например, жесткая связь стяжки отмостки без утепления с МЗЛФ может привести к разрушению ленты. Зимой грунты приподнимают отмостку и часть МЗЛФ, весной тяжелый фундамент пытается опуститься вниз, чему препятствует почвенный уплотненный валик под ней.

В результате повышаются растягивающие нагрузки, с которыми арматура не может справиться. Итогом становятся трещины или частичное разрушение бетонной конструкции.

Поэтому слабые почвы закрепляют перед началом строительства либо выбираются сваи, проходящие их насквозь. В нормативах СП запрещены малозаглубленные фундаменты без обеспечения снижения сил пучения.

Типы заглубления

Заложение плиты, ленты ниже отметки промерзания экономически выгодно только при наличии подвального этажа в проекте. Во всех остальных случаях целесообразно два варианта:

• малозаглубленный фундамент + меры защиты от пучения

• достижение сваями пластов с высоким расчетным сопротивлением

Рекомендуемое заглубление подошвы фундамента для разных грунтов составляет:

• песок средней фракции – 30 – 60 см
• крупный песок и гравелистая почва – 30 см
• крупнообломочный либо скальный грунт – заглублять не нужно

Внимание: Верхний пахотный слой чернозема должен быть снят в пятне застройки в любом случае. В нем много органики, которая перегниет за 1 – 3 года, что приведет к самопроизвольному уплотнению, неравномерной усадке.

Глубокое заложение не рекомендовано при высоком УГВ. Из траншей придется непрерывно откачивать воду, повышать качество гидроизоляции, увеличивая смету строительства. Как вариант, на почвах с недостаточной несущей способностью может применяться уширение подошвы ленты МЗЛФ. Для столбчатых фундаментов эта технология является обязательной.

Сборные фундаменты из кирпича, блоков ФБС или стеновых размером 20 х 20 х 40 см по умолчанию менее надежны, чем монолитные конструкции. Любые подвижки грунта приводят к неравномерному смещению изделий внутри кладки, так как у многочисленных балок, которыми в принципе являются все блоки, больше степеней свободы, чем у одной жестко защемленной.

Цокольный этаж несколько отличается от подземного уровня:

• полы заглубляются наполовину этажа (1,3 – 1,5 м)
• высота потолков обеспечивается увеличением цокольной части
• все операции снижения сил пучения выполняются в полном объеме

Технология позволяет избавиться от понижения уровня УГВ пластовым или кольцевым дренажом, жилая площадь обходится дешевле. Крыльцо изготавливается на независимом фундаменте, не имеющем жесткой связи с основным, укрывается собственной крышей.

Погреб и отмостка

Погреб может являться частью фундамента или изготавливаться в виде самостоятельной конструкции. Для первого варианта существуют кессонные плиты с погребом под одной комнатой. В этом случае плита не может считаться плавающей, так как выступающая часть якорит ее на месте. Любые подвижки грунтов приводят к образованию трещин, нарушению целостности конструкции. Поэтому утепление подошвы, отмостки, дренаж, подстилающий слой являются обязательными условиями.

Заливается кессонная плита поэтапно:

• стяжка погреба – толщина 5 – 10 см
• стены подвального помещения – по технологии ленточного фундамента
• плита здания – опалубка по периметру, две арматурных сетки в разных уровнях

Внимание: Все элементы кессонной плиты жестко связываются арматурными прутками, поверхности зачищаются металлическими щетками или химическими реагентами для снятия пленочного слоя, повышения адгезии.

Отдельный погреб изготавливается по технологиям заглубленного ленточного или плитного фундамента. В первом случае снижается смета строительства, так как стяжка пола по грунту дешевле полноценной плиты. Во втором варианте повышается несущая способность, что позволяет изготовить эту подземную конструкцию даже на пылеватых песках.

Никаких нагрузок, кроме собственного веса, погреб в этом случае не несет. Зато на глинистых почвах возможно вспучивание, поэтому необходимы следующие операции:

• наружная или проникающая гидроизоляция стен, подошвы плиты
• утепление наружных граней стен
• вентиляция естественного типа, рекуператором или вентиляторами
• дренаж пристенный или кольцевой отдельно для погреба

Отмостка в принципе к фундаментам не относится, однако именно этой бетонной стяжкой или лентой из брусчатки, тротуарной плитки, керамогранита отводятся поверхностные воды от подземных бетонных конструкций и потенциальных линз верховодки, которыми являются материалы обратных засыпок пазух и подстилающего слоя фундаментной подушки.

Для сбора жидкости из водостока кровли в отмостку интегрируются дождеприемники. Талые, дождевые воды отводятся лотками на внешнему периметру стяжки. Для этого от несущих стен/цоколя наружу создается уклон самотека 4 градуса.

Внимание: Объединять дренаж с ливневкой запрещено категорически, поскольку это может вызвать переполнение подземного резервуара.

В столбчатых и свайных фундаментах с висячем ростверком используется дополнительный элемент – забирка. В отсутствие полноценного цоколя периметр подполья остается незащищенным для листвы, грязи, осадков, проникновения грызунов.

Забирка создается из кирпичной кладки (ширина 12,5 см), листовых материалов (ЦСП, плоский шифер) или цокольного сайдинга. В первом случае необходима фундаментная подушка из щебня или песка. Для крепления листовых материалов достаточно закрепить на столбах/сваях прогоны из профильной трубы, оцинкованного профиля систем ГКЛ.

Для цокольного сайдинга выпускаются разнообразные доборные элементы, что резко снижает трудоемкость декорирования забирки. Зато листовые материалы можно облицевать гибкой черепицей, имеющей больший ресурс, эстетику восприятия. Кирпичная/клинкерная кладка обходится дорого, имеет практически вечный ресурс.

При изготовлении забирок следует учесть нюансы:

• узел примыкания – каркас и облицовка забирки не должна доходить до земли на 5 см, чтобы ее не повредили грунты при вспучивании
• гидроизоляция – отмостка должна примыкать к забирке, под нее закладывается лист рулонного материала, верхний край которого заводится под забирку вертикально

Внимание: Это позволит избавиться от влаги тающих сугробов на отмостке, расположенных вплотную к фальш-цоколю.

Таким образом, если учесть геологию участка, система основание/фундамент будет обладать максимальным эксплуатационным ресурсом. Это избавит от периодического ремонта, снизит текущие расходы, повысит комфортность проживания.