Конструкция фундаментов. Прочность и долговечность здания

От конструкции фундамента и качества его выполнения во многом зависит прочность и долговечность здания. Конструкцию фундамента выбирают, учитывая особенности грунта и климатические условия.

Если допустима небольшая глубина заложения фундамента, то целесообразно выбрать ленточную конструкцию. В других случаях делают столбчатые фундаменты.

Но возможны и другие варианты, например, песчаные фундаменты. Они особенно уместны и экономичны, если дом представляет собой небольшое деревянное одноэтажное здание, не создающее значительной нагрузки на грунт, а сам грунт непучинистый, с низким уровнем подпочвенных вод и хорошим естественным дренажем.

Материалом для фундаментов служат: бутовый камень, бутобетон, монолитный бетон, бетонные блоки, керамический полнотелый кирпич-железняк и др.

Основанием, на которое опирается фундамент здания, является грунт. Он должен быть достаточно прочным и иметь незначительную сжимаемость и пучинистость. Такими свойствами обладают далеко не все грунты. Например, торфяные грунты сильно сжимаются под нагрузкой, глинистые — нередко пучинятся (разбухают).

Строительство домов на таких грунтах требует проведения различного рода мероприятий, связанных с осушением застраиваемой территории, заменой негодного грунта привозными материалами и т.п. Лесовидные грунты при насыщении водой оседают под действием массы строения, вызывая нарушение его конструкций. Перед началом строительства на таких грунтах принимают меры, предотвращающие увлажнение основания.

Глубина промораживания основания зависит от климатических особенностей местности. Например, в Московской области эта величина составляет 120 см, Новосибирске — 220 см, Краснодаре — 80 см.

Прежде чем строить здания, надо определить необходимую глубину закладки фундаментов, пользуясь справочной литературой и Строительными нормами.

На фундамент нередко воздействуют также силы бокового пучения. Уменьшить их влияние можно, если фундамент в поперечном сечении сделать со скосом, обмазать его битумом, утеплить отмостки и провести другие мероприятия, снижающие глубину промерзания основания.

В тех случаях, когда фундамент сооружают в виде столбов или свай, следует иметь в виду, что на конструкцию воздействует также сила сдвига. Противостоять этим силам может фундамент с достаточной продольной жесткостью.

Устройство столбчатого фундамента

Для деревянных небольших домов наиболее предпочтительны столбчатые фундаменты, которые дают значительную экономию материала.

Преимущества их особенно очевидны при возведении рубленых, брусчатых и каркасных домов, когда не нужно делать специальных перемычек между столбами. Применение столбчатых фундаментов ограничено на слабонесущих грунтах при строительстве домов со стенами из тяжелых конструкций. Кроме того, возникают сложности при устройстве цоколя.

Устройство фундаментов начинается с разбивки в натуре плана сооружения. Прямые углы устанавливают с помощью «египетского треугольника» с соотношением сторон 3:4:5, выполненного из веревки, мягкой проволоки или сбитого из длинных досок. Окончательную проверку прямоугольности плана производят измерением диагоналей.

Столбы, которые располагают на расстоянии 1,5–2,5 м друг от друга, изготавливают из камня, кирпича, бетона, бутобетона, железобетона. Их обязательно ставят под углы дома, в местах пересечения стен, под стойками каркаса. Размер бутобетонных столбов — 60 × 60 см, кирпичных — 50 × 50 см. Под легкие каркасные дома сечение столбов можно уменьшить.

Столбы фундамента располагают под всеми углами сооружения и в местах сочленения наружных стен с внутренними. При больших размерах дома между основными (угловыми) столбами устанавливают промежуточные с таким расчетом, чтобы расстояние между соседними столбами не превышало 2м. Глубина заложения столбов определяется глубиной промерзания грунта в конкретной местности плюс 10–25 см.

Надо знать, что бетон, каменная и кирпичная кладка хорошо сопротивляются сжатию и плохо — растяжению. Поэтому главное — обеспечить вертикальность столбов фундамента и избежать внецентренного сжатия (когда столб нагружен не точно по его оси), чтобы не возникли опасные растягивающие напряжения. Поперечные размеры столбов зависят от нагрузки, хотя в самодеятельном строительстве их обычно завышают.

Особенно привлекательным является столбчатый фундамент в виде буровых свай.

Буровые фундаменты

Сравнительно легко и быстро сделать. Всего 20 минут надо, чтобы пробурить скважину ручным буром глубиной 1,5 м при очень существенной экономии материалов.

Если грунт обладает обычной несущей способностью (примерно 4 кгс/см2), достаточно пробурить скважину диаметром 240 мм, вставить в нее асбестоцементную трубу диаметром 200 мм, уплотнить трубу снаружи грунтом, чтобы она держалась вертикально, и затем заполнить бетонной смесью примерно на 1/3 высоты. Далее трубу приподнимают, бетонная смесь из нее выходит и образует уширенное основание буровой сваи. Трубу следует приподнять до требуемой проектной высоты, обозначенной натянутым шнурком. После этого остается добавить в трубу бетонную смесь до отметки, на 10–15 см ниже верхнего обреза трубы, уплотнить смесь штыкованием, воткнуть в смесь стержень из арматурного железа, и опора готова. После того как смесь схватится и наберет достаточную прочность (летом в теплую погоду через 3–5 сут.), можно на этот столбчатый фундамент устанавливать нижний венец сруба или балки нижней обвязки каркаса.

При этом, конечно, надо соблюдать осторожность, так как бетон еще не набрал проектной прочности. Чтобы надежно связать возводимые стены с фундаментом, к нижним элементам стен крепят стальные анкеры так, чтобы они вошли в верхние части труб (те 10–15 см), пока не заполненные бетонной смесью. Когда анкеры войдут в трубы, их заливают бетоном.

Иногда при отсутствии асбестоцементных труб скважины просто забивают бетонной смесью, добавляя в качестве «изюма» небольшие камни, кирпичный лом и т.п. Такой вариант возможен, но необходимо здесь учесть одну неприятную перспективу. Часто такой столб получается с уширением вверху из-за разработки грунта буром. Такое уширение очень опасно, и опасность состоит в том, что зимой промерзающий грунт, действуя на уширенную часть, выталкивает столб из грунта или разрывает его.

Избежать выталкивания можно благодаря гладкому цилиндру, установленному вверху скважины по ее диаметру. Проще всего этот цилиндр сделать из кровельной жести. В таком цилиндре легко оставить и место для анкеров.

Устройство ленточного фундамента

Ленточные фундаменты применяются как для тяжелых каменных стен сплошной кирпичной кладки, так и для деревянных рубленых стен. Ленточные фундаменты, хотя и отличаются простой технологией, массивны и более трудоемки, для них требуется большое количество материалов. Подошва их располагается обычно на 20 см ниже глубины промерзания. Если грунт сухой или песчаный, подошву фундамента можно закладывать выше глубины промерзания, но не меньше чем на 50–70 см от уровня земли. Для экономии материала (до 50%) дно траншеи можно заполнять крупнозернистым песком. Такие фундаменты можно применять в любых грунтах независимо от их влажности. Подошва фундамента располагается на расчетной глубине заложения, а каменная кладка заменена песчаной подушкой глубиной 40–60 см. На дно траншеи насыпают песок слоями по 15–20 см. Каждый слой поливают водой и тщательно трамбуют. Затем укладывают слой гравия или щебня толщиной около 10 см и заливают цементно-песчаным раствором, после него — следующий слой и т.д. Над поверхностью земли бетон укладывают в опалубку до нужной высоты и устраивают гидроизоляцию. Такой вариант может сэкономить до 50% бетона.

Кладку выводят выше нулевой отметки, выравнивают раствором и устраивают гидроизоляцию из двух слоев рубероида на битумной мастике. Для кладки фундаментов используют бутовый камень, щебень или гравий, а также пережженный и битый кирпич на цементно-песчаном или цементно-известково-песчаном растворе, в зависимости от влажности грунта и уровня грунтовых вод.

Устройство фундаментов начинается с разбивки в натуре плана сооружения. Прямые углы устанавливают с помощью «египетского треугольника» с соотношением сторон 3 × 4 × 5, выполненного из веревки, мягкой проволоки или сбитого из длинных досок. Окончательную проверку прямоугольности плана производят измерением диагоналей.

Разбивку плана траншей и котлованов производят с учетом допустимой крутизны земляных откосов. Вертикальные стенки высотой 1–1,2 м можно оставлять лишь в плотных глинистых и суглинистых грунтах при отсутствии грунтовых вод. В других случаях следует предусматривать земляные откосы или временное крепление стен жердями, подтоварником, горбылем. Кладку фундаментов производят, как правило, сразу после рытья траншей или ям. Воду и разжиженный грунт следует удалить. При устройстве песчаного фундамента особое внимание следует уделить послойному трамбованию песка с поливкой каждого слоя водой через 10–15 см.

Кирпичные фундаменты лучше установить на высокой песчаной подушке: качество их улучшается, экономится кирпич. Для ускорения строительства эффективно применение сборных бетонных блоков. Изготовить их можно заранее, используя в качестве опалубки доски.

По периметру будущей постройки, под наружными и несущими внутренними стенами роют траншею для фундамента. Кладку выводят выше нулевой отметки, выравнивают раствором и устраивают гидроизоляцию из двух слоев рубероида на битумной мастике. Для кладки фундаментов используют бутовый камень, щебень или гравий, а также пережженный и битый кирпич на цементно-песчаном или цементно-известково-песчаном растворе (в зависимости от влажности грунта и уровня грунтовых вод).

Для сохранности фундамента его необходимо защитить от поверхностных вод и дождя: устроить отмостку шириной не менее 1 м, которая имеет уклон от стен здания и отводит от них влагу. Ее делают сразу после завершения фундамента. Для этой цели лучше всего подходит жирная глина, которую укладывают в углубление в земле, засыпают тонким слоем гравия с песком и слегка трамбуют.

Устройство плавающего фундамента

На тяжелых пучинистых, насыпных и слабонесущих грунтах при строительстве небольших зданий прямоугольного очертания возможно устройство мелкозаглубленных 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/см2), 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.

Для легких зданий и конструкций можно рекомендовать следующее построение плавающего фундамента: копаете траншею на 60 см, засыпаете на 10 см щебень, 50 см песок, хорошо пролить водой, осядет, досыпать до уровня, на уровне земли отлить из бетона плитки под столбики, столбики из кирпича кладешь, 1,5–2 кирпича шириной. Можно маленькие блоки бетонные подвести, рубероид сверху, доска 40 мм, пропитанная от гниения.

Смысл всей этой конструкции такой, что если под фундаментом вода, то она должна быть под ним везде, тогда все будет равномерно подниматься/опускаться.

Фундамент из крупнозернистого песка

Наиболее экономичны фундаменты из крупнозернистого песка. Их устраивают под небольшие одноэтажные здания на непучнистых грунтах с низким уровнем стояния подпочвенных вод, на 0,5–1 м ниже уровня заложения фундамента и хорошим поверхностным водоотводом.

Песчаный фундамент потребует минимума земляных работ и расхода дорогостоящих строительных материалов. Удалив почвенно-растительный слой, можно приступать к отсыпке песка. Нижнюю часть фундамента сформируют несколько последовательно уложенных слоев толщиной по 15–20 см. Каждый после укладки трамбуется и поливается водой. Верхняя часть (не доходя 25–30 см до планировочной отметки) выполняется из скрепленных цементным раствором гравия, щебня или кирпичного боя с послойным трамбованием.