Виды фундамента и грунта

Начнем с основы дома – его фундаментов. Можно начинать строить, но для этого необходимо перенести проект плана дома в натуральную величину на участок, т. е. сделать так называемую разбивку здания в натуре. Делать это надо особенно тщательно, ибо возможное незначительное отклонение прямых углов дома от 90°, незаметное для глаза, очень помешает потом при устройстве, например перекрытий и полов, ибо придется подгонять по месту балки (с железобетонными плитами еще сложнее), а в полах настилать косые доски.

Для разбивки применяют геодезические инструменты (теодолит, вешки, мерную ленту). Нередко для получения угла используют веревочный прямоугольный треугольник со сторонами 3, 4 и 5 м или в других условных единицах, но в тех же пропорциях. Этот “египетский треугольник” дает достаточно точные результаты. Сначала на земле устанавливают, учитывая и расположение соседних домов, линию фасада со стороны улицы (не ближе 5 м), отмечая ее с помощью шнура, который натягивают и привязывают к гвоздям, вбитым в крепкие колья. Колья размещают на 1, 5-2 м за пределами дома, чтобы при устройстве траншей для фундаментов или котлована под подвал они не были повреждены. От этого шнура (линии фасада) с помощью отвеса отмечают точку А – угол дома – прикладывают вершину “египетского треугольника” и устанавливают перпендикулярную линию бокового фасада. По этому направлению также натягивают шнур на кольях. От точки А отмеряют длины стен уличного (точка В) и бокового (точка С) фасадов, последнюю точку D (угол дома) находят так же с помощью “египетского треугольника” или теодолита и соответствующих длин стен дома. Правильность разбивки следует проверить диагоналями: если они равны, значит, углы прямые. Шнур надо натягивать на одном уровне, что особенно важно на участках со значительным уклоном. Пользуясь отвесом, можно дополнительно отсчитать и обозначить шнурами и на земле необходимую ширину фундамента, траншей и ям под фундаменты дома.

Все пристройки (терраса, эркер, крыльцо) привязываются уже к основному контуру дома и аккуратно переносятся с чертежей.

Конечно, разбивку здания в натуре целесообразнее, особенно при сложной конфигурации плана, при наличии косых участков, вести по разбивочным (модульным) планировочным осям здания, которые указаны на чертежах. Вместо колышков иногда устраивают (по углам здания, в местах пересечения стен) обноску из вбитых в землю жердей с прибитыми к ним досками на уровне 1-1, 5 м от земли. В эти доски и вбивают гвозди, отмечая шнурами оси и основные размеры здания, поперечные стены, ширину фундаментов и т. п. После разбивки дома можно приступать к земляным работам на участке.

Фундаментом называется конструкция подземной части здания, через которую передаются нагрузки (вес) от вышележащих конструкций (стен, перекрытий и др. – собственный вес) и от людей, оборудования, мебели (так называемую полезную нагрузку – на основание, т. е. на грунт.

Основания зданий бывают двух видов – естественные и искусственные. Естественным основанием считается грунт, залегающий под фундаментом и имеющий несущую способность, обеспечивающую устойчивость здания и допустимые по величине и равномерности нормативные осадки. Грунт, который не обладает достаточной несущей способностью и который требуется искусственно упрочнять (трамбованием, уменьшением его влажности и плывучести, химическими добавками) или заменять, называется искусственным. Конструкции фундаментов всегда зависят от характера основания. В большинстве случаев для загородных одно-трехэтажных жилых домов-коттеджей достаточно несущей способности естественного основания.

По затратам фундаменты коттеджей составляют до 15-18% стоимости всего дома. Фундаменты делают под несущие стены и перегородки, под отдельные опоры, а также под печи и тяжелое оборудование, которые следует сооружать независимыми от фундаментов стен с зазором 50 мм.

По конструктивной схеме фундаменты подразделяют на ленточные (под стены или ряд отдельных опор); столбчатые (под легкие стены, под колонны, при глубине залегания подходящего грунта основания ниже 2 м); сплошные – под всей площадью здания (при слабых неоднородных грунтах основания, для создания водонепроницаемой защиты подвалов, во влажных грунтах с высоким уровнем стояния грунтовых вод).

В последнее время для малоэтажных домов все чаще стали применять и свайные фундаменты, особенно при необходимости передать на слабый грунт значительные нагрузки, при высоком уровне стояния грунтовых вод. Конечно, когда есть сваи и несложное оборудование для производства работ.

Материалы, применяемые для фундаментов:
-камень естественный из тяжелых природных камней марки 200 и выше (песчаник, плотный ракушечник, известняк, бут – постелитный или рваный);
-бетон тяжелый марки 50 и выше и железобетон (монолитный или сборный, изделия из них);
-металл, асбоцементные трубы (для свайных фундаментов);
-кирпич красный, хорошо обожженный (прочной марки 100 и более);
-древесина антисептированная (преимущественно для деревянных зданий).

По методу возведения фундаменты бывают индустриальные (сборные) и неиндустриальные (изготавливаемые непосредственно на стройплощадке). Для более четкого восприятия материала о фундаментах сначала рассмотрим фундаменты коттеджей без подвалов. До начала копки траншей и ям под фундаменты надо обязательно снять верхний растительный слой грунта (150-250 мм) под всей площадью дома, включая отмостку.

Если оставить несрезанным верхний слой, то в подполе возможно загнивание растений и деревянных конструкций, просадка грунта. В образовавшееся под домом корыто засыпают и слегка трамбуют грунт, вынутый потом из траншей под фундаменты, который не содержит растительных частиц и безопасен для деревянных конструкций дома. Этим же грунтом устраивается небольшое повышение почвы в подполье, чтобы вода с участка не затекала под дом.

Размеры и глубину траншей и ям устанавливают в зависимости от свойств грунта, уровня стояния грунтовых вод и глубины промерзания земли. Для каждой географической местности существует нормативная глубина промерзания грунта (на которой зимой наблюдается температура 0°С , а для глинистых и суглинистых грунтов -1°С), как среднее значение по многолетним наблюдениям в местах, очищенных от снега. Так, она принимается для Москвы и Подмосковья 140-160 см, для Минска – 100, для Самары – 170 см. Глубину промерзания в конкретном районе следует уточнить в местной строительной или проектной организации.

При глубине траншей до 1 м и ширине до 0, 6 м ее стенки обычно делают вертикальными, а глубиной более 1 м – с небольшим расширением кверху. При сыпучем грунте следует устанавливать временную опалубку из щитов, досок, которые после окончания работы вынимают.

Размеры для одно-трехэтажных кирпичных коттеджей ленточных фундаментов обычно одинаковы. Это объясняется тем, что нагрузки, передаваемые от дома на грунт, относительно невелики, а площадь опоры фундаментов (подошва фундаментов) превосходит необходимые по расчету размеры примерно в три раза. Так, ширина подошвы для бутовых фундаментов принимается не менее 600 мм, для бутобетонных, бетонных и железобетонных (монолитных или сборных) 400-600 мм, кирпичных – 510 мм. Это необходимо для удобства работ и обеспечения перевязки вертикальных швов камней.

Ленточный фундамент под стену коттеджа в поперечном сечении обычно представляет вертикальный прямоугольник. Его верхняя часть (обрез фундамента), выступающая, учитывая уклон участка, примерно на 100 мм над отметками прилегающей земли, может быть шире толщины стены или уже в зависимости от конструктивного решения дома. При слабых и неоднородных грунтах (торфяник, лес и т. п.), когда давление (вес) дома на этот грунт превышает нормативное (по местным условиям менее 1-1, 5 кг/см2), подошву фундамента следует разширять за счет уступов, создаваемых по высоте фундамента через 300-600 мм или укладки в его низ подушки (бетонной или железобетонной плиты). Возможно применение и песчаных подушек из крупного или средней крупности чистого, просеянного песка (частицы крупностью 1-2 мм). Эта подушка слоем 150-300 мм уплотняется трамбованием или вибрацией с увлажнением.

Для прочности и долговечности дома, предохранения его от сверхнормативных просадок и перекосов, важно определить, на какую глубину надо закладывать фундаменты. Вопреки широко бытующему мнению далеко не всегда фундаменты должны быть массивными и глубокими, а следовательно, более трудоемкими и дорогими. Во многом это зависит от вида грунта.

Наибольшую опасность для дома представляет весеннее вспучивание грунта: имеющиеся в почве пустоты и поры заполняются водой, которая зимой замерзает, а образовавшийся лед, увеличиваясь в объеме, при оттаивании верхних слоев земли выжимает фундамент наверх, что приводит к неравномерным осадкам, перекосам, разрушениям дома.

Если грунты скальные, то они прочны, не сжимаются, водоустойчивы и морозостойки (если они без трещин и пустот), не размываются и, следовательно, не вспучиваются. На них можно закладывать фундамент – цоколь – непосредственно по выровненной поверхности. Такие грунты под коттеджи встречаются очень редко.

Крупнообломочные грунты с частицами размерами более 2 мм (щебень, галька, гравий) являются хорошим основанием, если они лежат плотным слоем, и не подвержены размыванию.

Песчаные грунты состоят из частиц крупностью от 0, 1 до 2 мм и различаются на гравелистые, крупные, средней крупности и пылеватые. Чем крупнее и чище песок, тем большую нагрузку он может нести и при достаточной мощности и равномерной плотности слоя представляет хорошее основание для зданий.

Крупнообломочные и песчаные грунты (кроме пылеватых с крупностью частиц от 0, 05 мм) имеют хорошую, большую водопроницаемость и поэтому не выпучиваются при замерзании.

В связи с этим независимо от уровня зимнего стояния грунтовых вод и глубины промерзания фундаменты при непучинистых песчаных и крупнообломочных грунтах следует закладывать на небольшую глубину, но не менее 0, 5 м от поверхности спланированной земли. При определении уровня стояния грунтовых вод следует учитывать, что летом и весной он значительно повышается, а зимой понижается.

Глинистые грунты (в основном смесь песка и глины) содержат очень мелкие частицы (меньше 0, 005 мм), имеющие в большинстве чешуйчатую форму и тонкие многочисленные капилляры, которые легко всасывают воду. В большинстве случаев глинистые грунты легко увлажняются и разжижаются, при промерзании происходит увеличение их объема – пучение.

Пылевато-песчаные грунты с примесью очень мелких глинистых частиц, разжиженные водой, называют плывунами. Они не пригодны для использования в качестве естественного основания, так как имеют большую подвижность и очень низкую несущую способность. При наличии в смеси от 10 до 30% глинистых частиц, грунт называется суглинком, а при наличии от 3 до 10% – супесью. В таких грунтах глубину заложения фундаментов определяют исходя из глубины промерзания грунта и уровня стояния грунтовых вод в период замерзания. При низком уровне стояния грунтовых вод (ниже глубины промерзания на 2 м и более) почва имеет малую влажность и глубину заложения фундаментов можно устраивать близко от поверхности земли, но не менее 0, 5 м.

Если расстояние от спланированной поверхности земли до уровня грунтовых вод меньше глубины промерзания, то подошву фундамента следует закладывать на глубину промерзания или даже на 0, 1 м глубже. Глубину заложения фундаментов внутренних стен, колонн и перегородок в регулярно отапливаемых зданиях (с температурой помещений не ниже +10°С) можно принимать равной 0, 5 м, независимо от глубины промерзания грунтов.

Расчетную глубину промерзания под фундаменты наружных стен регулярно отапливаемых зданий уменьшают по сравнению с ее нормативным значением: на 30% – при полах на грунте; на 20% – при полах на лагах по кирпичным столбикам и на 10% – при полах на балках.

В коттеджах при плотных грунтах, при легких стенах, при большой глубине заложения фундаментов их целесообразно сооружать не ленточными, а столбчатыми, что менее трудоемко и экономичнее в два-четыре раза. Они могут быть кирпичными, бутобетонными и др. Более индустриальными и ускоряющими строительство являются бетонные или железобетонные столбы (колонны) заводского изготовления. Столбы ставят через 1, 5-3, 5 м и обязательно в местах сосредоточения нагрузки: углы дома, места пересечения стен и т. д. Минимальные размеры столбов: бутобетонных – 400 × 400 мм, бутовых – 600 × 600 мм, кирпичных – 510 × 510 мм (под стены одноэтажных зданий и перегородки 380 × 380 мм), сборных железобетонных – 300 × 300 мм и 200 × 400 мм. Под столбчатые фундаменты делают некоторое уширение фундаментов, укладывая бетонную, железобетонную или песчаную подушку толщиной 100-300 мм.

Поверху столбы соединяют железобетонными фундаментными балками (рандбалками) или другими перемычками (например, железо-кирпичными при небольших нагрузках и пролетах), на которых и возводят цоколь, стены.

Фундаментные столбы из мелкоштучных элементов (кирпич, бут) следует армировать по высоте через каждые 250-400 мм шестимиллиметровой проволокой или арматурной сеткой. Желательно устраивать и вертикальное армирование.

Вследствие возможного пучения грунта, расположенного под перемычками, и их выпирания, под перемычки устраивают подушки (подсыпки из песка и шлака толщиной слоя 500 мм с зазором 40-50 мм).

Сборные фундаменты из железобетонных столбов (колонн 300 × 300 мм и более), устанавливаются в железобетонные подушки стаканного типа, которые укладывают на слой песка (100-150 мм).

Свайные фундаменты имеют свои преимущества. Их сооружение значительно уменьшает объем земляных работ (на 80% по сравнению с ленточными), снижает расход материалов (бетона – на 40%), устраняет необходимость подготовки основания и водопонижение на участке.

В зависимости от материала сваи бывают деревянные (десятки тысяч дубовых свай Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге служат до сих пор, в основание знаменитой церкви Санта-Мария делла Салюте в Венеции забито 110 тысяч свай), железобетонные (жилые дома северного Норильска построены на железобетонных сваях, вбитых в вечномерзлый грунт), стальные и комбинированные.

В зависимости от характера работы в грунте различают сваи-стойки, которые своими концами опираются на прочный грунт, и (если прочный грунт глубоко) висячие сваи, которые оказывают сопротивление давлению от здания благодаря возникновению сил трения между боковыми поверхностями свай и окружающим их грунтом.

По методу изготовления и погружения в грунт сваи подразделяют на забивные, погружаемые (забиваемые) в грунт в готовом виде и набивные, изготовляемые непосредственно в грунте (в пробуренных каналах).

В малоэтажных домах сваи длиной до 5 м под стены располагают в один-два ряда на расстоянии от 3 до 8 диаметров сваи трубочного сечения (300-400 мм и более) железобетонных или асбоцементных, заполненных армированным бетоном или через 1-1, 2 м при железобетонных сваях квадратного сечения от 250 × 250 до 400 × 400 мм.

Поверху сваи по выровненным оголовникам связывают между собой железобетонным монолитным или сборным ростверком шириной, равной толщине стен (но не менее 300 мм), высотой не менее 150 м. Свайные фундаменты являются одним из наиболее прогрессивных видов конструкции нулевого – до пола первого этажа – цикла. Учитывая, что не все строители коттеджей освоили этот вид фундаментов, целесообразно заручиться расчетом и способом производства этих работ. Аналогичное решение и проект следует принять и при сооружении сплошного монолитного фундамента под всем домом.

Конструкции фундаментов подвалов (и цокольных этажей) в принципе не отличается от рассмотренных выше конструкций фундаментов бесподвальных зданий; к ним предъявляются аналогичные требования, и выполняются они из тех же материалов. Пол этих помещений в большинстве случаев находится ниже глубины промерзания грунтов, поэтому под стены подвальных помещений, как правило, укладывается ленточный фундамент, подошва которого лишь конструктивно располагается немного ниже отметки пола. Наибольшее распространение получило устройство стен и фундамента подвала из сборных, индустриальных бетонных блоков. Конечно, возможно применение и иных традиционных материалов (кирпич, бетон и др.). При слабых грунтах блоки ставят на железобетонную подушку, укладываемую на песчаную подготовку толщиной 150 мм.

Блоки фундаментов и стен подвала формуются из бетона марки 100 или 200. Обычная толщина и высота блоков 400, 500 и 600 мм, длина (номинальные размеры) от 900 до 2400 мм. Для сборных стен отапливаемых подвалов целесообразно применять облегченные блоки с пустотами – сквозными, шириной не более 40 мм или широкими, замкнутыми с верхней стороны, пустотами. Однако пустотелые блоки в насыщенных водой грунтах могут нуждаться в дополнительной гидроизоляции и теплозащите.

При строительстве на слабых сильносжимаемых грунтах по железобетонным подушкам и по обрезу фундамента в углах и пересечениях стен следует укладывать армированные распределительные горизонтальные пояса (швы толщиной 30-50 мм) на цементном растворе марки 100.

Экономию материала при плотных грунтах можно получить также при устройстве прерывистых фундаментов, в которых железобетонные блоки-подушки укладывают с промежутками 200-900 мм, засыпаемыми затем грунтом.

Для освещения и проветривания подвалов в их наружных стенах устраивают окна, расположенные своей значительной частью ниже уровня земли, а перед окнами – колодцы, называемые приямками. Стенки приямков выполняют из красного кирпича или железобетона. Снаружи стенки обмазывают горячим битумом за два раза, изнутри штукатурят щелочным раствором; дно выполняют из бетона с уклоном от окна и дренирующим стоком. Сверху приямок и окно закрывают защитной металлической решеткой.

Защита зданий от грунтовых (капиллярный подъем воды) и поверхностных (дождь, снег) вод устраивается во всех случаях из горизонтальных и вертикальных конструктивных слоев называемых гидроизоляцией. Для защиты фундаментов и стен от дождевых и талых вод вдоль наружных стен устраивают отмостку шириной 600-800 мм (на 200 мм больше свеса крыши) с уклоном от здания в 5-10%. По наружному краю отмостки целесообразно прорыть канавку или уложить распиленную вдоль асбоцементную трубу. Если к зданию примыкает тротуар, то отмостку не делают.

Для того чтобы преградить подъем капиллярной влаги по всему горизонтальному сечению наружных и внутренних стен, прокладывают гидроизоляционный слой, состоящий, например, из двух слоев рубероида на мастике или из слоя 20-30 мм жирного цементного раствора состава 1:2. Эту гидроизоляцию укладывают в наружных стенках на 100-150 мм выше уровня отмостки или тротуара; во внутренних – на уровне подготовки под полы.

При наличии подвала горизонтальную гидроизоляцию в стенах устраивают на двух уровнях: первый слой в уровне пола подвала, второй – немного выше уровня отмостки. Кроме того, наружные стены подвальных помещений защищают и вертикальной гидроизоляцией, располагая ее на поверхности, соприкасающейся с грунтом. При сухих грунтах (уровень грунтовых вод ниже пола подвала или выше его, но не более чем на 0, 2 м) можно ограничиться обмазкой горячим битумом за два раза. При расположении уровня грунтовых вод от 0, 2 до 0, 8 м выше пола водвала, с внешней стороны стен применяют оклеечную изоляцию, состоящую из трех слоев рубероида на битумной мастике. Эту изоляцию от возможных повреждений защищают кладкой из кирпича-железняка (120 мм) на цементном растворе и при наличии агрессивной грунтовой воды слоем 120-250 мм мятой жирной глины.

Изоляцию наружных стен подвала следует располагать на 0, 5 м выше уровня грунтовых вод, так как возможно колебание. Верхнюю часть стены выше оклеечной изоляции покрывают двумя слоями битума. Конструкция пола подвала должна выдерживать довольно большое давление воды снизу, поэтому поверх горизонтальной изоляции пола, уложенной на бетонную подготовку, укладывают нагрузочный слой бетона или цементную (асфальтовую) стяжку толщиной не менее 50 мм.