Возведение фундамента заложенного на глубину промерзания почвы

В индивидуальном строительстве используется заложенный на глубину промерзания грунта ленточный, плитный либо столбчатый фундамент. Сваи погружают до пластов с несущей способностью, которые могут залегать на любом уровне. Подошва фундамента, расположенная ниже отметки промерзания, не испытывает нагрузок от сил пучения. Однако эти силы все равно воздействуют на боковые стенки ленточных фундаментов, свай, столбов, стремясь выдернуть их из земли на поверхность.

Почему грунты вспучиваются?

В большинстве своем почвы, на которых происходит строительство фундаментов, содержат частички глины. Этот материал не пропускает влагу, однако насыщается ею во время дождей либо грунтовыми водами. При замерзании капли внутри глины увеличиваются в объеме в несколько раз, объем грунта увеличивается на 10 – 12%.

Например, в регионах, имеющих глубину промерзания 1,5 м, земля способна подняться на участке на 12 – 17 см, выталкивая размещенные в ней конструкции из бетона. Основная проблема морозного вспучивания выглядит следующим образом:

• содержание глины в разных пластах неодинаково
• одни из них содержат больше влаги, чем другие
• грунт вспучивается неравномерно, перекашивая отдельные участки фундамента

Легкие постройки не могут уравновесить эти подземные силы, достигающие порой 5 т/м². Увеличивая глубину залегания подошвы ленточного фундамента, застройщик полностью решает проблему вспучивания под подошвой. Однако увеличивается площадь боковых поверхностей, на которую действуют касательные нагрузки. Даже если они не смогут выдернуть столб, ленту из почвы полностью, в момент подъема подошвы фундамента на 10 – 15 см в эти пустоты насыпается грунт из прилежащих пластов.

При оттаивании ж/б конструкция не может вернуться в исходное положение, в следующую зиму весь цикл повторяется в том же порядке. Таким образом, уже через несколько лет здание окончательно перекашивается, приходит в аварийное состояние, становится непригодным для эксплуатации.

Способы нейтрализации сил пучения

Для защиты от промерзания грунтов на глубину погружения фундамента наиболее эффективны следующие технологии:

• замена грунта под подошвой фундамента инертным материалом – траншея для ленты выкапывается на 40 – 60 см глубже проектного уровня, в нее засыпают смесь ПГС, щебень или песок, в которых силы пучения полностью отсутствуют
• обратная засыпка нерудным материалом – 20 – 30 см слой по бокам фундаментной ленты позволяет ликвидировать выдергивающие усилия
• утепление подошвы ленточного фундамента или отмостки – теплоизолятор способен остановить холод в верхнем уровне, сохранить геотермальное тепло недр, чтобы грунт не мог замерзнуть
• дренаж, ливневка, отмостка – этими конструкциями от прилежащей к фундаменту почвы отводится влага, сухая глина вспучиться не может
• мелкозаглубленная лента – снижаются боковые выдергивающие усилия

На практике обычно используют несколько перечисленных способов в комплексе. Это позволяет свести вспучивание к минимуму, безопасному для эксплуатации фундамента в конкретных условиях.

Какие фундаменты заглубляются ниже отметки промерзания?

Глубоко заложенная лента обходится застройщику дорого, поэтому данный тип фундамента применяется в проектах с подземным этажом. Чаще всего ниже отметки промерзания располагают фундаменты:

• столбчатые – подошва в 90% случаев имеет уширение, часто не связанное с телом столба, поэтому силы пучения необходимо компенсировать этим методом
• ленточные – для коттеджей с цокольным эксплуатируемым этажом
• свайные – эти конструкции по умолчанию закладываются на большие глубины, так как в верхнем уроне пласт с несущей способностью встречается крайне редко

Плитное основание считается самым дорогим фундаментом. При заглублении его ниже отметки промерзания бюджет возрастает многократно.

Ленточный фундамент

Это основание применяется в силу традиций, так как обладает неоправданно высоким бюджетом строительства. Фундаментная лента, заглубленная ниже отметки промерзания, повышает цену м² жилища вдвое:

• расход бетона либо блоков ФБС, плит ФЛ
• необходимость гидроизоляции наружных стен ленты
• защита подземного уровня от вредного газа радона
• наружная теплоизоляция ленты
• большие объемы нерудного материала для обратной засыпки
• вывоз вынутого из котлована грунта

Однако погруженная на глубину ниже отметки промерзания лента остается практически единственным способом получить теплое подполье или полноценный подземный уровень. Это актуально для небольших участков, где горизонтальная застройка нежелательна. Этажность для индивидуальной застройки регламентируется тремя этажами, поэтому цокольный этаж значительно повышает комфортность проживания.

Защита от сил пучения для заглубленной ленты стандартная:

• утепление наружных стенок
• обратная засыпка песком, ПГС
• теплоизоляция отмостки
• дренаж по периметру подошвы

Утеплитель защищает гидроизоляционный материал, сжимается, принимая часть сил пучения на себя. Второй способ полностью избавляет от присутствия глинистой породы возле стенок ленты. Теплая отмостка не дает промерзнуть почве, дренажем отводится влага.

Для малозаглубленной ленты применяют практически все перечисленные методы борьбы с силами пучения. Однако эти основания коттеджей не могут на 100% заменить заглубленную ленту по комфортности эксплуатации, хотя и выдерживают серьезные нагрузки.

Легкие постройки на МЗЛФ практикуют преимущественно на песках, супесях. Несмотря на комплексную защиту от вспучивания, вероятность подъема почвы все же сохраняется. Легкие стены не смогут достаточно нагрузить фундамент, чтобы компенсировать усилия пучения. В этом случае рекомендуются пенобетонные, газобетонные блоки либо кирпичная кладка.

Столбчатый фундамент

На ровных участках с нормальными геологическими условиями экономичным решением для легких построек является столбчатый фундамент. Максимальный ресурс конструкции обеспечивают столбы, подошва которых расположена ниже отместки промерзания в регионе. На мелкозаглубленных столбах могут покоиться исключительно надворные постройки, МАФ.

Наиболее популярен монолитный или стаканный столбчатый фундамент, которые в любом случае необходимо гидроизолировать, отсыпать по бокам инертным материалом во избежание сил пучения. Как у индивидуальных застройщиков, так и в околостроительной литературе к столбчатым основаниям часто относят висячие буронабивные сваи в оболочках, подошва которых опущена ниже отметки промерзания.

В отличие от сваи, столб сооружается в откопанном шурфе, а не в пробуренном в земле отверстии. Технология имеет вид:

• разметка – по обноскам, вынесенным за углы здания, натягиваются шнуры по осям столбов
• разработка грунта – выкапывается шурф под каждый столб с учетом обеспечения доступа рабочих к бетонным работам
• подготовка – 20 см слой песка, 20 см слой щебня с уплотнением виброплитой каждых 10 см нерудных материалов, заливка подбетонки (5 – 10 см), гидроизоляция подошвы гидростеклоизолом (2 слоя)
• уширение – плита 10 – 20 см с горизонтальной арматурной сеткой (стержни 12 мм периодического сечения) с выпуском вертикального армокаркаса на всю высоту столба
• опалубка – щиты, асбоцементная, полиэтиленовая труба большого диаметра
• бетонирование – укладка смеси, уплотнение наконечником глубинного вибратора
• гидроизоляция – после распалубки на 4 – 15 день после набора прочности бетоном 70%
• обратная засыпка – пазухи шурфа заполняются ПГС или песком с послойным уплотнением материала

Таким образом, залегание подошвы столба ниже отметки промерзания гарантирует отсутствие сил пучения снизу. Обратная засыпка минимизирует выдергивающие нагрузки столба касательными усилиями.

Плитный фундамент

Ввиду максимального бюджета строительства плавающей плиты, эти конструкции редко заглубляются ниже отметки промерзания. Однако погруженный на эту глубину плитный фундамент является самым долговечным из всех существующих, позволяет изготовить полноценный подвальный этаж. Конструкция имеет вид:

• плита на глубине 1,7 – 2,2 м – утепление подошвы не требуется, гидроизоляция подошвы является обязательным условием ввиду возможного подъема уровня УГВ в любой момент эксплуатации
• стены подвала – не являются ленточным фундаментом, хотя внешне схожи с ним

Сборные нагрузки от здания передаются на стены подвала, равномерно распределяются плитой по фундаментной подушке из инертных материалов (щебень, песок). Запас прочности плит глубокого заложения многократно превосходит необходимое значение, позволяя строить 3-х этажные кирпичные особняки с тяжелыми кровлями, облицовками стен, фасадов.

Существуют кессонные плиты, заливаемые по мету в опалубку сложной конфигурации:

• под одной комнатой имеется погреб
• конструкция заливается за один прием
• требует точных расчетов, сложной схемы армирования

Это самый экономичный вариант получить классический плитный фундамент с винным погребком или подземным сооружением для хранения овощей, размещения коммуникаций. Глубина подошвы погреба гарантированно находится ниже отметки промерзания. Это позволяет сохранить геотермальное тепло недр, не позволяющее пучнистым грунтам промерзнуть. Гидроизоляция конструкций обязательна, поскольку, даже при низком УГВ грунтовые воды могут иметь сезонные перепады уровня.

Свайный фундамент

В отличие от всех существующих фундаментов, для свай отметка промерзания не имеет особого значения. Минимально допустимая глубина погружения винтовых, буронабивных конструкций для жилища составляет 3 м, что гораздо больше отметки промерзания в большинстве регионов.

Площадь боковых поверхностей свай (диаметр 15 – 60 см) незначительна, выдергивающие усилия пучнистых грунтов в данном случае минимальны. Однако несущая способность свайных фундаментов на 70% зависит от расчетного сопротивления грунтов под пятой. Поэтому производятся геологические изыскания в пятне застройки либо пробное вкручивание.

В последнем случае глубина залегания несущего пласта (расчетное сопротивление 4 – 6 кг/см²) определяется по резкому увеличению усилия затяжки. После чего, все сваи погружаются на этот уровень, опираясь на несущий пласт.

Таким образом, из всех существующих фундаментов ниже отметки промерзания не заглубляются:

• плавающая плита – за счет максимальной опорной поверхности, двухслойного армирования успешно противостоит подвижкам грунта, утеплением подошвы (вариант шведской плиты УШП) полностью ликвидируются силы пучения, земля не может промерзнуть
• мелкозаглубленная лента МЗЛФ – грунт под подошвой заменяют инертным материалом, утепляют отмостку, укладывают кольцевой дренаж
• малозаглубленные столбы – применяются исключительно для надворных построек, часто требуют ремонта на пучнистых грунтах

Все остальные фундаменты погружают ниже отметки промерзания в регионе, обеспечивая максимальную несущую способность, ресурс конструкции.

Заглубление подошвы фундамента ниже отметки промерзания позволяет стабилизировать геометрию пространственной конструкции, повысить долговечность. Однако этот способ для индивидуального строителя обходится дороже мелкозаглубленной ленты МЗЛФ, винтовых, буронабивных свай. Поэтому применяется исключительно при наличии в проекте подвального этажа.