Фундаменты: назначение, типы и область применения

Добавил(а): Надежда Хоменко 29 августа

Как бы грамотно ни было спроектировано и построено здание, оно окажется весьма недолговечным, если будет выбран неверный способ опирания на грунт. Иными словами, нужно правильно выбрать конструкцию фундамента. Геологическая обстановка в зависимости от региона строительства сильно варьируется, соответственно, и фундаменты бывают очень разными. Предлагаем посмотреть, какими же они бывают, и какой тип следует применять в той или иной ситуации.

Для чего нужен фундамент

Фундаментом, как известно, называется заглублённая в грунт часть здания, служащая основанием для его стен и колонн. Он необходим для того, чтобы обеспечить постройке опирание на стабильную основу, к которой верхний слой почвы отнести никак нельзя. Поверхность земли только в засушливую летнюю погоду кажется прочной и надёжной, но стоит пройти средней силы дождю, как она тут же из-за обилия влаги становится зыбкой, превращаясь в грязь. Ещё хуже обстоят дела весной, когда происходит таяние выпавшего за зиму снега.

Гораздо более надёжным является так называемый подстилающий слой, который, в отличие от плодородного гумуса, обычно образован сочетанием глины и песка либо скальными породами. Залегает он не так уж глубоко — всего в 30–70 см от поверхности. Однако в подавляющем большинстве случаев фундамент приходится погружать несколько глубже. На то есть две причины: силы морозного пучения и глубокое залегание слоёв с достаточной несущей способностью.

Силы морозного пучения

Как известно, вода при замерзании расширяется, причём сила, с которой лёд стремится увеличиться в объёме, достаточно велика. Каждому наверняка приходилось если не наблюдать лично, то хотя бы слышать о том, что происходит с наполненной доверху стеклянной бутылкой, помещённой в морозильник.

Силы морозного пучения способны разорвать железобетонную ленту

Если расположенный под фундаментом грунт будет содержать воду, и при этом температура зимой в нём опустится ниже 0 ⁰C, то та же сила, которая разрывает бутылку в морозильнике, начнёт воздействовать на постройку снизу. В строительной геологии эта сила называется «силой морозного пучения». Её вполне хватит на то, чтобы даже самое крупное здание понемногу выдавить из грунта, причём из-за неравномерности воздействия оно будет перекашиваться и деформироваться.

Следовательно, если грунту присуща способность удерживать воду, фундамент нужно погружать ниже той глубины, на которую земля промерзает зимой (её так и называют — глубина промерзания). Такой фундамент называется заглублённым. Эта самая способность выражена тем сильнее, чем большей является доля глинистых включений в грунте. Скальный же грунт, как и песок, наоборот, проявляет дренирующие свойства, то есть воду не задерживает. Соответственно, на таком основании можно ограничиться глубиной заложения в 0,5–0,7 м. В этом случае говорят о мелкозаглублённом фундаменте.

Понимая весь этот механизм, несложно догадаться о способах уменьшения глубины заложения фундамента. Их два:

1. Извлечь пучинистый грунт до глубины промерзания и заменить его песком.
2. Утеплить прилегающий к дому периметр, уменьшив тем самым глубину промерзания грунта. О том, как это сделать, будет рассказано в разделе о ремонте фундаментов.
   

   Для того чтобы уменьшить глубину промерзания грунта, прилегающие к дому слои грунта утепляют и устраивают дренажную систему

Глубокое залегание слоёв с достаточной несущей способностью

Случается, что верхние слои грунта имеют очень низкую прочность. Даже при относительно небольших нагрузках они сильно сжимаются, что может привести к существенным перекосам с последующим разрушением здания. В подобной ситуации приходится внедрять фундамент достаточно глубоко, чтобы добраться до основания с более высокой несущей способностью. Она зависит от множества параметров и измеряется в кг/см².

Кроме глубины заложения у фундамента есть ещё одна важная характеристика — площадь подошвы. Чем больше она будет, тем меньшим будет удельное давление на грунт, то есть нагрузка в пересчёте на единицу площади. Как было сказано, грунт имеет ту или иную несущую способность, и фундамент нужно проектировать таким образом, чтобы производимое им удельное давление этой способности не превышало.

К примеру, если постройка весит 5 т, а несущая способность грунта составляет 2,5 кг/см², то площадь подошвы фундамента должна быть не менее S_min = 5000 / 2.5 = 2000 см².

Разумеется, материал фундамента также должен иметь достаточную прочность для того, чтобы выдержать вес всех опирающихся на него строительных конструкций. Прочность на сжатие таких строительных материалов, как кирпич и бетон, указывается в их марке. Например, марка бетона М150 говорит о том, что он способен выдерживать сжимающее усилие величиной до 131 кг/см².

Виды фундаментов

Вооружившись основными знаниями о характеристиках фундаментов, можно ознакомиться с их разновидностями.

Столбчатый фундамент

Если здание имеет малый вес, а несущая способность грунта достаточно высока, площадь подошвы фундамента можно сделать небольшой. Следовательно, он может иметь вид отдельных опор или столбов — такой фундамент и называют столбчатым.

Установленные в проектное положение столбы связываются в единую конструкцию при помощи ростверка

Столбы возводят в углах здания и в местах пересечения стен и перегородок. Также их устанавливают вдоль стен с тем расчётом, чтобы расстояние между соседними опорами не превышало 2,5–3 м.

Сверху на столбы укладываются прикрепляемые к ним балки, которые в совокупности образуют горизонтальную раму. Она называется ростверком и служит для объединения столбов в единую конструкцию.

Столбчатый фундамент подходит для таких построек:

• каркасные и каркасно-щитовые дома;
• деревянные дома;
• одноэтажные постройки из газобетонных блоков (ещё их называют пеноблоками), опилкобетона и тому подобных лёгких строительных материалов.

Строят столбы из бетона, кирпича, природного камня либо устанавливают в этом качестве толстые брёвна.

Это наименее затратный вариант фундамента, но он делает невозможным устройство подвала.

Ленточный фундамент

При значительной массе строения либо при низкой несущей способности грунта производимое столбчатым фундаментом удельное давление окажется слишком большим. Чтобы увеличить площадь подошвы, приходится применять более дорогостоящую разновидность фундамента: его строят в виде сплошных лент под стенами и перегородками. Как и столбчатый, ленточный фундамент может быть кирпичным, каменным или железобетонным, причём последний вариант может быть как монолитным (заливается на месте), так и сборным (собирается из готовых блоков).

Для заливки железобетонной ленты требуется установка опалубки

На данной разновидности фундамента строятся дома из кирпича и бетонных панелей. Поскольку кирпич в индивидуальном строительстве остаётся самым популярным материалом, то и ленточный фундамент встречается чаще всего.

Стоит такое основание дороже столбчатого, но имеется приятный бонус: в здании можно устроить подвал.

Плитный фундамент

Если грунт на участке строительства особенно слабый, площадь опирания увеличивают ещё больше, изготавливая фундамент в виде плиты под всей постройкой. Плюсом этого решения является ещё и то, что здание превращается в цельную конструкцию, то есть деформации при неравномерных просадках грунта (одна стена просела, другие нет) полностью исключаются.

Плитный фундамент требует значительно больше материала, чем все остальные, поэтому и стоимость его самая высокая

Плитный фундамент — очень дорогой вид, поэтому применяют его только там, где никакое иное основание построить нельзя.

Свайный фундамент

В тех случаях, когда под слабым верхним грунтом залегает прочная материковая порода, но при этом его выемка ввиду значительной толщины слоя является экономически нецелесообразной, в землю внедряют группу длинных стоек — свай, на которые затем опирают сооружение.

По характеру работы сваи делятся на две разновидности:

1. Сваи-стойки: погружаются в грунт до тех пор, пока не упрутся в прочную материковую породу.
2. Висячие: такие сваи ни во что не упираются, а удерживаются на месте за счёт силы трения, как вбитый в доску гвоздь.
   

   Висячая свая удерживается в грунте за счет силы трения

Сваи также делятся на несколько групп по способу внедрения:

1. Забивные: заколачиваются ударами тяжёлого инструмента — копра.
2. Винтовые: такие сваи не вбиваются, а ввинчиваются подобно шурупу. Для этого на нижнем их конце из стальной полосы делается навивка в виде шнека. Установить такие сваи индивидуальный застройщик может и самостоятельно — при помощи длинного рычага и нескольких помощников. Но нужно учесть, что стоят они достаточно дорого.
3. Буронабивные: такие сваи изготавливаются прямо в грунте путём заливки бетона. Роль опалубки, а заодно и гидроизоляции, может играть пластиковая или асбестовая труба. Существует и более дешёвое решение: в скважину помещают кольцо из сетки-рабицы, обёрнутое рубероидом.

Строительство фундамента для различных домов

В индивидуальном строительстве по большей части применяют два типа фундаментов:

1. Столбчатый — для каркасных, деревянных или одноэтажных домов из пеноблоков.
2. Ленточный — для построек из кирпича или пеноблоков, если те имеют несколько этажей.

И тот и другой могут быть построены из кирпича, обломков гранита или бутового камня (известняк, песчаник, доломит) или железобетонных блоков, но наиболее прочным будет монолитный вариант, отлитый из бетона прямо на месте. Конечно, строить его дольше и сложнее, чем фундамент из готовых ж/б блоков, но зато он не будет иметь слабых мест в виде швов.

При строительстве монолитного ж/б фундамента нужно учитывать следующие моменты:

1. Подушка. Фундамент должен покоиться на песчано-щебневой подушке толщиной порядка 30 см. Во-первых, эти материалы не задерживают воду, следовательно, подошва конструкции будет относительно сухой (если только грунтовые воды не поднимутся выше её); во-вторых, подушка способствует равномерной передаче веса строения на грунт.
2. Армирование. Бетону присуща высокая прочность на сжатие, но растягивающие усилия он держит чрезвычайно плохо. Поэтому в чистом виде этот материал никогда не применяют — его всегда армируют стальными стержнями, в задачу которых как раз и входит работа на растяжение. Вот о чём нужно помнить при установке в опалубку арматурного каркаса: при изгибе наибольшие растягивающие усилия появляются на нижних гранях ж/б изделия, поэтому размещать арматуру в его середине нет смысла — она должна находиться в 30–40 мм от поверхности будущей конструкции (такого слоя бетона будет достаточно для защиты стали от коррозии). Приваривать арматурные прутья друг к другу нельзя — допускается только связывание отожжённой проволокой (в зоне провара сталь теряет прочность и хрупчает). В углах ленточного фундамента, как и в местах примыкания перегородок к стенам, нужно применять не прямые пересекающиеся стержни, а Г-образные с длиной прямых участков не менее 30 см (обеспечивается жёсткая связь смежных участков).
   

   Основные растягивающие усилия действуют на нижнюю поверхность фундамента

3. Характеристики и качество бетона. Про них поговорим более подробно.

Особо важное значение имеют такие характеристики бетонной смеси, как марка и подвижность.

Указанное в марке число (например, М150) приблизительно соответствует прочности на сжатие этого бетона в КГС/см². Её должно быть достаточно, чтобы фундамент мог выдержать вес строения. В индивидуальном строительстве обычно бывает достаточно бетона марки от М100 до М300, в редких случаях применяется материал марки М400.

Также прочность характеризуется классом бетона (обозначается литерой «В», последующее число указывает предельно допустимую нагрузку в МПа). Разница состоит в том, что марку назначают исходя из количества цемента и прочих ингредиентов, а класс определяют уже по факту — путём испытаний готового бетонного образца. При различных условиях созревания бетон одной и той же марки в итоге может иметь разный класс.

Подвижность (П), если говорить обиходным языком, характеризует текучесть бетона. От него зависит, насколько качественно раствор заполнит просветы между арматурой и прочие узкие места. Индивидуальному застройщику тем более следует принимать подвижность во внимание, что он, как правило, не располагает дорогостоящим промышленным оборудованием для качественной укладки бетонной смеси.

Бетон всегда состоит из четырёх основных компонентов, но параметры прочности и текучести у него могут различаться

Наиболее подходящими для заливки фундаментов являются бетоны с подвижностью П3 и П4. При этом для первого типа применение строительного вибратора является обязательным, для второго — желательным.

Что касается таких характеристик, как морозостойкость (F) и водонепроницаемость (W), то ввиду применения гидроизоляции будет вполне достаточно их минимальных значений, которые при соблюдении технологии получаются сами собой для бетона любой марки (F100 и W2).

Сегодня повсюду работают частные мини-заводы, занимающиеся изготовлением бетона под заказ. Важно понимать, что далеко не все они добросовестно выполняют технологический регламент, поэтому зачастую бетон оказывается менее прочным, чем было обещано. Таким образом, выбору производителя нужно уделить особое внимание. Если остались какие-то сомнения, для перестраховки можно заказать бетон с маркой и прочими характеристиками на пару ступеней больше, чем требуется.

Выбирая поставщика, учитывайте, что время, в течение которого нужно уложить готовый бетон, сильно ограничено.

Оно составляет (с момента первичного заполнения водой компонентов):

• 45 мин, если раствор доставляется обычным самосвалом (без перемешивания);
• 90 мин, если для доставки использовался автомиксер.

Следовательно, завод должен быть расположен достаточно близко, а на участке строительства нужно организовать удобные подъездные пути.

Если надёжного изготовителя бетона в вашем регионе не нашлось, раствор можно изготовить самостоятельно, ознакомившись с подробным описанием технологии в сети. При этом нужно учитывать, что:

• обязательно следует применять бетономешалку: бетон, приготовленный с помощью лопаты в ёмкости вроде корыта, получается почти вполовину менее прочным;
• цемент желательно использовать свежеприготовленный: даже при правильном хранении он за 3 месяца может потерять до 20% прочности, за 6 и 12 месяцев — соответственно 30 и 40%;
• раствор необходимо заполнять щебнем фракции не крупнее 65% расстояния между продольными стержнями арматурного каркаса и 20% минимального размера фундамента (то есть при ширине ленточного фундамента 200 мм максимально допустимый размер щебня составляет 40 мм);
• щебень должен быть относительно чистым.

Видео: как одному залить ленточный фундамент за 30 дней

Гидроизоляция фундамента

Чтобы фундамент отслужил положенный ему срок, он должен быть надёжно защищён со всех сторон от воздействия грунтовой влаги. С этой целью применяют:

• оклеивание рубероидом и другими гидроизоляционными рулонными материалами на битумной мастике;
• нанесение акрила или полиуретана, образующих после застывания водонепроницаемую плёнку;
• обработку гидрофобизаторами и другими пропитками, препятствующими поступлению воды в структуру бетона (некоторые могут добавляться в состав смеси).

При нанесении гидроизоляционного покрытия следует предусмотреть возможность его повреждения при обратной засыпке котлована и при сезонных подвижках грунта. Поэтому, к примеру, рубероид обычно наклеивают в два слоя.

Гидроизоляционный материал рулонного типа наклеивают на поверхность фундамента в два слоя

Утепление фундамента

С учётом актуальности проблемы энергосбережения современные строительные нормы предписывают ленточный фундамент утеплять. Утеплитель обязательно должен располагаться на наружной стороне. Помимо собственно утепления он ещё и служит защитой для гидроизоляции.

Нужно учитывать, что зимой на утеплитель будет давить сила морозного пучения грунта, поэтому выбирать нужно такой материал, который сможет выдержать без значительных деформаций эту нагрузку. Этому условию удовлетворяют керамзит и экструдированный пенополистирол.

Фундамент чаще всего утепляют современными композитными материалами, например, плитами пенополистирола

Видео: самостоятельное утепление фундамента

Вентиляция фундамента

Если в доме имеется подполье, то есть пол 1-го этажа выполнен из досок по лагам либо в виде железобетонной плиты, уложенной на ленточный фундамент, последний должен иметь продухи для вентиляции. Для этого перед заливкой бетона в опалубку устанавливают отрезки пластиковой или асбестовой трубы, заполненные мокрым песком (чтобы внутрь не попал раствор). Принцип размещения продухов следующий:

1. Отверстия формируются в двух противоположных лентах фундамента, желательно на коротких сторонах. Они должны располагаться точно друг напротив друга.
2. На каждые 2–3 м ленты фундамента устанавливается 1 продух.
3. Крайние продухи должны отстоять от углов не далее, чем в 1 м, иначе появится непроветриваемая «мёртвая» зона.
4. Высота отверстий над землёй делается как можно большей, тогда они не будут забиваться в сезон холодов льдом и снегом.
5. Диаметр отверстий выбирают таким, чтобы их суммарная площадь составляла 1/400 площади пола.
   

   Продухи желательно закрывать решётками для предотвращения попадания в них снега, льда и мелких животных

Для предотвращения проникновения в подпол насекомых и мелких животных в продухах нужно закрепить решётки или сетки.

Нужен ли фундамент под кирпичными перегородками

Под перегородками из кирпича возводить полноценный фундамент нет необходимости, но бетонное основание пола в этом месте нужно усилить. Для этого перед его заливкой в грунте на месте перегородки делается углубление, на дно которого укладывают дополнительную арматурную сетку. Заливка бетона производится за один подход, чтобы основание пола и усиление образовали одну монолитную конструкцию.

Обязательным условием отсутствия деформаций при таком способе строительства перегородок является качественная трамбовка грунтового основания всего пола. Вот что нужно сделать:

1. Срезать верхний слой, содержащий семена растений (он имеет толщину порядка 15 см).
2. Утрамбовать дно образовавшейся выемки.
   

   Утрамбовывать дно траншеи гораздо проще при помощи специальной техники

3. Произвести обратную засыпку плотным грунтом с добавкой щебня при послойной трамбовке. Грунт перед трамбовкой нужно смачивать водой.

Устройство грунтового основания по вышеприведённой схеме — процесс довольно затратный и трудоёмкий. Если же пренебречь им, проседание перегородки с последующим раскрытием трещин и отставанием отделки станет неизбежным. С экономической точки зрения более целесообразным может оказаться укладка под перегородку ж/б балки шириной 35 см, опирающейся концами на цоколь.

В последнем случае для этого обязательно должны быть заготовлены ниши высотой 50 см, шириной 35 см и глубиной 20 см. Балка превосходит по ширине перегородку (120 мм), поэтому её верхняя грань должна располагаться на 10 см ниже уровня чистого пола (чтобы не мешала подвести напольное покрытие и расположенный под ним «пирог» вплотную к перегородке).

Балку следует армировать четырьмя стержнями арматуры диаметром 12 мм. Её максимально допустимый пролёт составляет 6 м. При большей длине перегородки через каждые 6 м под балку нужно устанавливать столбы, опирающиеся на плотные слои грунта.

Особенности фундаментов для небольших построек

Для лёгкого гаража или веранды обычно достаточно столбчатого фундамента, причём сечение столбов требуется относительно малое. Их можно изготовить по той же технологии, по какой строятся буронабивные сваи. Вот что нужно сделать:

1. По углам будущего строения, а также вдоль стен примерно через каждые 2 м, садовым буром сверлятся скважины на глубину промерзания грунта.
   

   Скважину можно сделать при помощи обычного садового бура

2. В скважины засыпаются песок и щебень слоями по 10–15 см, а сверху укладывается круг, вырезанный из рулонного гидроизолирующего материала.
3. Далее в скважину помещается пластиковая или асбестовая труба. При помощи шлангового уровня на трубах делают отметки так, чтобы оголовки труб образовывали горизонтальную плоскость, после чего трубы по этим отметкам подрезаются.
   

   Резать асбестоцементную трубу удобнее всего болгаркой с кругом по камню

4. Внутри труб подвешивают каркасы из арматуры, выполненные в виде трёхгранных параллелепипедов. К каркасу можно прикрепить и закладные, которые впоследствии будут использоваться для крепления ростверка.
5. Далее заливают в трубы бетон и дожидаются его созревания (стандартный срок — 28 дней).

Если по расчётам выходит, что площадь опирания подошвы фундамента должна быть большей (грунт имеет низкую несущую способность), бур нужно оснастить так называемой камуфлетной насадкой. Эта деталь имеет откидной нож, с помощью которого в нижней части скважины можно сформировать уширение. В итоге изготовленный с помощью такого инструмента буронабивной столб будет иметь внизу широкое основание (камуфлетная пята).

Видео: столбчатый фундамент своими руками

Ремонт фундамента

Признаком того, что фундамент нуждается в ремонте, является раскрытие трещин в стенах постройки. Прежде всего нужно выяснить, прогрессирует деформация или нет. К примеру, могло случиться следующее: зима была экстремально холодной и одновременно очень снежной, так что промерзание грунта ниже фундамента вкупе со значительной снеговой нагрузкой привело к небольшой аварии. Процесс не развивается, так что достаточно будет замазать раствором видимые дефекты. Иное дело, если трещины постоянно ширятся.

Маяк позволяет контролировать динамику разрушения фундамента

Для проверки в начале и в конце трещины поперёк неё наносят маяк — полоску гипсового, гипсоцементного или какого-нибудь готового штукатурного раствора. Ширина маяка составляет 3–5 см, длина — от 10 до 12 см, а толщина — 0,3–0,5 см. Вдоль маяка ребром кельмы нужно нанести риску. Все маяки нужно пронумеровать, выдавливая цифры прямо на них.

Поверхность стены нужно предварительно тщательно зачистить, чтобы сцепление между ней и маяком было максимальным.

Далее заводят тетрадь наблюдений, в которую записывают дату установки и информацию о состоянии маяков при последующих наблюдениях. Если трещина расходится, маяк разорвётся. При этом по взаимному расположению частей прочерченной риски можно будет понять, как быстро увеличивается трещина и какая часть здания проседает.

В том месте, где выявлены наибольшие проблемы, вдоль фундамента выкапывают шурфы — ямы длиной 1 м и такой ширины, чтобы в них удобно было работать. Дно шурфа должно располагаться на уровне подошвы фундамента, но ни в коем случае не ниже её; стенки следует укрепить досками либо придать им такой уклон, чтобы грунт не мог осыпаться. Желательно вырыть хотя бы два шурфа.

Для удобства доступа к фундаменту необходимо вырыть широкую траншею

Они позволят визуально оценить состояние основания на критических участках, а также посмотреть, не подтапливается ли фундамент грунтовыми водами. Если они есть, яма через пару суток наполнится водой. В этом случае нужно будет с помощью лакмусовой бумаги и других реактивов определить её реакцию. Если она оказалась, к примеру, кислой, фундамент после ремонта нужно будет обработать кислотостойкой защитой.

Далее проводятся мероприятия по устранению проблемы:

1. Если налицо вымывание грунта под фундаментом дождевыми и талыми водами, необходимо вырыть канавки, по которым вода будет направляться в обход дома, а перед ним соорудить отбойный барьер. Необходимо проверить состояние отмостки: в ней не должно быть трещин, а ширина должна составлять хотя бы 80 см.
2. При выявлении высокого уровня грунтовых вод вокруг дома нужно устроить дренаж: в траншеях закапываются перфорированные трубы (их нужно засыпать щебнем), имеющие уклон в сторону ливневой канализации или просто канавы.
   

   Для снижения уровня грунтовых вод вокруг дома необходимо закопать дренажную трубу с уклоном в сторону канавы

Если проблема обусловлена малой глубиной заложения фундамента (меньше глубины промерзания), выполняют утепление прилегающего к дому периметра:

• вдоль фундамента выкапывают траншею;
• засыпают на дно песок или щебень;
• оставшийся объём засыпают керамзитом;
  

  Если надо уменьшить глубину промерзания грунта, его замещают слоем керамзита на песочной подсыпке

• сверху укладывают отмостку.

Сам фундамент нужно оклеить экструдированным пенополистиролом, если этого не было сделано раньше.

Утепление фундамента и поверхностного слоя под отмосткой позволит уменьшить глубину промерзания почвы и снизить влияние сил морозного пучения

При существенных повреждениях фундамента под него нужно подвести бетонное усиление. Если стены возведены из кирпича или других штучных блоков, длина подкопа под фундаментом должна составлять 60–80 см, не более. При наличии трещин длина подкопа может составлять не более 1/3 расстояния между ними.

Когда бетон застынет, можно переходить к следующему участку.

Если дом бревенчатый или построен из бруса, то сначала нужно выполнить усиление под крайними точками бревна/бруса в нижнем венце. После этого подкоп под этим элементом можно будет рыть в длину до 2 м.

Видео: ремонт фундамента

Легко себе представить, что произойдёт, если прочность фундамента дома окажется меньше предполагаемой. Поэтому во время его строительства каждый шаг следует тщательно взвешивать. При ремонте же необходимо соблюдать особую осторожность, и если ваш опыт в подобных делах кажется вам недостаточным, лучше обратиться к профессиональным строителям.