Фундаменты коттеджей. Грунты оснований зданий. Фундамент - часть здания расположенная под землей и передающая все пoстoянные и временные нагрузки, возникающие в надземных частях на основание, то есть грунт. При выборе типа фундамента необходимо тщательное проведение геологических изысканий на участке будущего строительства. Как правило, эти изыскания проводятся с привлечением специалистов организаций имеющих допуск на эти работы.

Однако, для экономии средств, исследовать грунт можно самостоятельно. Давайте рассмотрим, как это можно сделать. Прежде всего, необходимо произвести отбор грунта на стройплощадке. Проще всего отбор провести с помощью строительного бура, образуя в грунте исследовательские шурфы. Глубина шурфов зависит от проекта будущего коттеджа возводимого на участке. Если здание малоэтажное (один-два этажа) и из легких строительных материалов, максимальная глубина шурфа может быть до 5 метров. При возведении двух и более этажного коттеджа из тяжелых материалов придется бурить на глубину до 7-10 метров. Шурфов должно быть не менее четырех, под каждым углом будущего здания.

Чем больше шурфов по периметру будущего фундамента, особенно при больших размерах коттеджа, тем яснее картина состояния грунта на строительной площадке. А это, в свою очередь, позволит принять единственно правильное решение о выборе того или иного типа и конструкции фундамента. Кроме этого, даже на небольшой площади территории участка, могут наблюдаться различные виды грунта. По мере заглубления через 0,75-1,0 м берут пробы грунта, маркируют и размещают отдельно друг от друга в какие либо емкости. Для определения вида грунта собственными силами, можно провести простые тесты, о которых будет сказано ниже. Используя вырытые шурфы в летнее время, можно узнать, на каком расстоянии от поверхности грунта находятся подземные воды в осенне-весенний период.

Для этого в шурфах, периодически, наблюдают и фиксируют уровень воды от поверхности грунта (исключив попадание в шурф осадков и талых вод). Для правильной привязки проекта фундамента к местности необходимо иметь ряд объективных показателей. Основные из них: вид грунта; величина промерзания грунта в зимний период; уровень воды от поверхности грунта (УГВ); рельеф местности; вес постройки; конструкция фундамента; качество материала фундамента и ряд других. Величины промерзания грунта в различных климатических зонах приведена на карте в приложении 1. Зоны влажности в различных климатических зонах приведены в приложении 2. Также очень важно при выполнении работ по возведению фундамента высокая квалификация строителей, выполняющих работы. Виды грунтов. Грунт является определяющим фактором от которого зависит конструкция фундамента, его долговечность и следовательно долголетие коттеджа. Рассмотрим основные виды грунтов, их внешние признаки и характеристики. Грунты оснований зданий делят на четыре основные группы: скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые. Скальные грунты. Наверняка, будучи в горах, приходилось видеть эти грунты в виде монолитных площадок, выступов или вертикалей. Они состоят из кристаллитов одного или нескольких минералов. Имеют жесткие структурные связи. Залегают в виде сплошного или трещиноватого массива. Обладают высокой прочностью, практически не подвержены сжатию, не боятся мороза (если они без трещин и пустот), не подвержены размыванию и не вспучиваются. На них можно возводить здания непосредственно по выровненной поверхности. Крупнообломочные грунты. Все знают и видели щебень, гальку, гравий, мелкий валун. При их наличии в грунте более 50%, это и будут крупнообломочные грунты. Если их состояния в виде плотного, устойчивого слоя, они служат хорошим основанием для фундамента. Более подробно: - гравий (дресва). Это твердые породы размером визуально от горошины до мелкого ореха (2 - 40мм). Если их больше половины грунта по массе, это гравий. Между твердыми породами присутствует мелкий заполнитель. Гравий имеет скругленные формы, дресва – острые края; - галька (щебень). Это твердые породы размером больше ореха (40 - 100 мм). Если они составляют более половины грунта по массе, это галька. У гальки окатанная форма, а у щебеня остроугольная; - валуны. Просто говоря, это окатанные в различные формы большие камни из твердых пород. Их размер в условном диаметре более 100мм. Песчаные грунты. Все знают, что такое песок, а более научней это сыпучие твердые грунты в сухом состоянии. Они содержат менее половины по массе частиц крупнее 2мм, абсолютно не пластичны. В основном состоят из частиц размерами от 0,05 до 2 мм. Пески бывают разной крупности и делятся на: пылеватый; мелкий; средней крупности; крупный; гравелистый. Крупный и чистый песок является хорошим основанием для строительства зданий. · Глинистые грунты. В зависимости от пластичности они делятся на супеси, суглинки и глины. Более подробно: - Супеси. Это смесь песка с 5 - 10 % глины; -Суглинки. Смесь песка с 10 - 30 % глины. По своим физическим свойствам они находятся между глиной и песком. В зависимости от содержания в них глины, суглинки подразделяются на легкие, средние и тяжелые. Все типы грунтов разделяют на пучинистые и непучинистые . Эта квалификация очень важна при строительстве фундамента. К пучинистым грунтам относят: глинистые ; песчаные пылеватые и мелкие; крупнообломочные, в которых более 15% глинистого заполнителя. К непучинистым грунтам, при любом УГВ относятся : крупнообломочные грунты с песком в качестве заполнителя; пески (гравелистые, крупные и средние, без глинистых фракций). Пучинистые грунты увлажняются и при промерзании увеличиваются в объеме. Это называется морозное пучение грунта. Возникающие при этом огромные силы деформируют фундамент, что приводит к его разрушению, а следовательно и здания в целом. При строительстве зданий на пучинистых грунтах, всегда необходимо руководствуются нормативной глубиной промерзания грунта (см. приложение 1). Как самостоятельно определить вид грунта (тестирование). После того как произведен отбор грунта на стройплощадке, его необходимо идентифицировать. Это можно сделать, сравним полученные из шурфов образцы грунтов с признаками видов грунтов изложенными ниже. - Скальные и крупнообломочные грунты легко определяются визуально по признакам перечисленным выше. - Глина. В сухом состоянии, в кусках или пластах она твердая, достаточно прочная масса. Во влажном состоянии вязкая, пластичная масса. При растирании между пальцами напоминает консистентную очень густую замазку, песчаных частиц не чувствуется и не видно. При раскатывании дает прочный длинный шнур диаметром около 1 см. Она легко скатывается в шарик, у которого при сдавливании по краям не образуется трещин. Если разрезать ножом сырую глину, то на срезе образуется гладкая поверхность, без песчинок. - Суглинок.Комья в сухом состоянии менее тверды, чем глина. При ударе куски. рассыпаются на мелкие кусочки. Во влажном состоянии имеют слабую пластичность и липкость. При растирании чувствуются песчаные частицы, видны песчинки на фоне глины. Скатывается в шнур, шарики, которые при сдавливании трескаются по краям. - Супесь. При растирании супеси по ладони, в ней преобладают песчаные и пылеватые частицы. Сухие комья легко рассыпаются и крошатся от небольшого удара. Практически не обладает пластичностью. Практически не скатывается в устойчивый шнур. Скатанный шар при легком давлении рассыпается. - Пески. А .Песок пылеватый можно сравнить с пылью или жесткой мукой (крупчатой). Трудно различить отдельные зерна. Б . Песок мелкий. Зерна слаборазличимые глазом. В . Песок средней крупности. Зерна визуально с пшенное зерно (50% по массе). Г . Песок крупный. Большое количество зерен размером с гречневое зерно (более 50% по массе). Д . Песок гравелистый. Частицы крупнее 2 мм легко различить глазом (более 25% по массе). Глубина заложения фундамента. Глубина, на которую должен быть заложен фундамент, зависит от грунта на участке, величины его промерзания и УГВ. В таблице, в зависимости от объективных данных коттеджного участка, приведены рекомендации по глубине заложения фундаментов одно и двухэтажных домов. Характеристика грунта. Грунты основания. Расстояние от планировочной отметки. Глубина заложения. фундаментов одно и двухэтажных домов. Крупнообломочные, пески - гравелистые, крупные и средней крупности. Независимо от глубины промерзания – любая (но не менее 0,5 м) Песок мелкий и пылеватый, Более чем на 2 м превышает расчетную глубину промерзания. То же, менее чем на 2 м. Меньше расчетной глубины промерзания. Не менее 3/4 части расчетной глубины промерзания (но не менее 0,7 м) Не меньше расчетной глубины промерзания. Различные виды грунтов воспринимают без осадки определенные величины удельных нагрузок от здания. Этот показатель называется – расчетным сопротивлением грунта и обозначается как R т/м2. Эта величина для различных грунтов регламентируется в нормативной документации – СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений». (Приложение 3): - Галька (щебень) 60-40; - Песок крупный 60-50; При коттеджном строительстве применяются следующие фундаменты: Принципиальная схема ленточного фундамента. Варианты устройства ленточного фундамента. Вид ленточного фундамента. Ленточные фундаменты выполняются как погруженные в землю ленты. На них передается нагрузка от всех конструкций коттеджа; стен, колонн; перекрытий; крыши и т.д. Также передаются нагрузки от снега, ветра, сейсмики, внутреннего заполнения здания. Лента лежит на распределительных подушках, так называемых фундаментных плитах. Это позволяет передать все усилия на более развитую площадь грунта, что позволяют устраивать фундамент без особых подготовок к работе. Такие фундаменты трудоемки и затратные, но они универсальны и надежны в эксплуатации. Ленточные фундаменты устраивают для домов различной этажности с подвалом или без, с несущими тяжелыми и железобетонными перекрытиями. Они выдерживают удельное давление под фундаментной подошвой 10 т/м квадратных и более. По погружению фундамента в грунт они бывают: · мелкозаглубленный. Это, как правило, монолитная железобетонная лента, которая по высоте, как минимум, выходит на уровень грунта, и цоколем из кирпича. Глубина залегания таких лент - 50-70 см, и меньше. Лента опирается на песчаную подушку, толщиной 20 - 30 см. Применяя такой фундамент, в качестве перекрытий, можно использовать стандартные пустотные бетонные плиты и возводить различные малоэтажные коттеджи. Не лишним будет в таком фундаменте сделать заглубления в виде шурфов. Шаг шурфов 1,5-2 м (можно и чаще). Шурфы можно выполнить с помощью строительного бура с заглублением больше чем промерзает грунт. Такой фундамент считается одним из самых распространенных, если вопрос о строительстве подвала или погреба не стоит. Расчеты показывают, что мелкозаглубленный ленточный фундамент надежен при достаточно больших нагрузках в любых морозоопасных грунтах. Мелкозаглубленные ленточные фундаменты экономичнее заглубленных в 1,5. 2,5 раза по расходу материала и трудоемкости. Обязательно необходимо помнить, что смысл такого фундамента в его монолитности. Отдельные бетонные блоки здесь не приемлемы. · заглубленный фундамент считается одним из самых надежных фундаментов. В этой конструкции вся монолитная лента заглублена в грунт ниже чем его уровень промерзания. Это обеспечивает высокую прочность фундамента практически на любых грунтах. При этом образуется пространство под подвал или погреб. По исполнению существуют два варианта ленточных фундаментов: монолитные. Они заливаются в опалубку непосредственно на строительной площадке; сборные. Собираются из железобетонных типовых блоков (например, ФБС), которые производятся на специализированных заводах ЖБИ. Монтаж производится на строительной площадке при помощи техники. По типу применяемого материала: бутобетонные. Изготавливаются из бетона с заполнителем - крупный гравий, кирпичный бой, мелкие валуны; железобетонные. Изготавливаются из бетона и арматуры. Бутобетонные и железобетонные фундаменты наиболее подходят для зданий с массивными несущими стенами из глиняного кирпича, многослойных стен, бетона. кирпичные. Устраиваются из глиняного полнотелого кирпича на цементно-песчаном растворе, способом кладки. Вариант применяется, если отсутствует возможность выполнять монолитные бетонные работы. Подходит под здания со стенами из керамического кирпича. На этих фундамента можно возводить здания высотностью до 5 этажей. К положительным сторонам ленточных фундаментам относят - технологическую простоту их изготовления, фундамент одновременно является стеной подвала, их высокую несущую способность. Отрицательные стороны – высокая трудоемкость, применение специальной строительной техники. Столбчатый фундамент. Вид столбчатого фундамента. Схема столбчатого фундамента.1 - горизонтальная гидроизоляции; 2 - ростверки; 3 – песчаная подушка. Схема бутового столбчатого фундамента. Варианты устройства столбов фундамента. Столбчатые фундаменты представляет собой столбы, заглубленные на нужную, по инженерным расчетам глубину в грунт. После окончания устройства столбов фундамента приступают к устройству сборного, сборно-монолитного или монолитного железобетонного пояса (рандбалки). Устройство монолитного пояса обеспечивает надлежащую продольную жесткость и устойчивость фундамента. Для утепления пространства между полом и грунтом, предохранения его от мусора, снега, влаги, пыли, холодного воздух и т.п. устраивается забирка - ограждающая стенка между столбами. Забирка может выполняется из различных материалов, чаще всего из камня или кирпича. По типу исполнения столбы фундамента бывают: монолитные из бетона; сборные из бетонных блоков, кирпича, природного камня, дерева твердых пород. Материалом для изготовления столбов: дерево (обработанные хвойные породы деревьев или дуб, граб), под небольшие деревянные здания, дачные домики, бани; глиняный полнотелый кирпич. Применяются для зданий из кирпича (до 2 этажей); природный камень высокой прочности. Применяется для кирпичных зданий с тяжелыми конструкциями перекрытий; армированный бетон. По конструкции самый массивный вид столбов. Применяется под тяжелые здания выше 2 этажей бесподвальных зданий. Столбчатые фундаменты применимы для коттеджей до 2-3 этажей (в зависимости от материала столбов) и, как правило, на грунтах не подверженных пучению. Столбчатый фундамент надежен в эксплуатации, не требует большого объема работ по гидроизоляции. Отсутствие отмостки, необходимость в отделке цоколя снижает затраты на строительство. Применение рандбалки кардинально улучшает качество фундамента, повышает его долговечность. Положительным качеством столбчатого фундамента является его стоимость, которая ниже на 30-40% по сравнению с ленточным фундаментом. Это достигается за счет снижения расхода материалов и трудозатрат. Негативными чертами столбчатого фундамента являются его ограниченные прочностные характеристики. А также дополнительные затраты по возведению цоколя или подвала, но это уже зависит от желания застройщика. Плитный фундамент. Вид плитного фундамента. Схема плитного фундамента. 1 – стены здания; 2 - монолитная армированная плита фундамента; 3 - ребра жесткости. Варианты установки фундаментной плиты в зависимости от вида грунта. Плитный фундамент можно рассматривать как основной вариант для строительства тяжелого коттеджа. Область применения этих фундаментов распространяется на весь спектр грунтовых условий. В бесподвальных домах их применяют там, где не могут быть применены столбчатые или ленточные фундаменты, т.е. на слабых грунтах. Единственные ограничения для этих фундаментов является рельеф местности – на участке не должно быть большого уклона. Хотя и эту проблему можно решить с помощью планировочных работ на участке. Плитные фундаменты представляет собой армированную, железобетонную, монолитную плиту. Толщина плиты может быть до 100см, она как бы уложена на грунт с заглублением. Плиту устраивают на предварительно выполненную подготовку из малопрочного бетона или крупного песка, для выравнивания микронеровностей основания. Конструкция плитного фундамента обеспечивает равномерное распределение нагрузки по всей площади плиты. Она способна воспринимать как вертикальные, так и горизонтальные воздействия на нее сил морозного пучения. Плитный фундамент хорошо работает при строительстве на нем коттеджей выше 2-3 этажей. Минимальная нагрузка под подошвой фундамента составляет 20-25т/м квадратный. Фундаменты выполняются только в монолитном виде из высокопрочного бетона. При сложной форме коттеджа в плане или он имеет большую длину, плиту разрезают на отдельные куски меньших размеров (применяются деформационные швы). В результате этого отдельные части плиты работают как одно целое. В случае неравномерных просадок плиты в ней не возникнет трещин и несущая способность сохранится. Минусом такого вида фундамента считается его значительная стоимость вследствие повышенных расходов на материалы и затрат на монтаж. Плюсом является то, что здание расположено на монолитной, жесткой плите, высокой несущей способности. Свайный фундамент. Виды свай. А) - висячие сваи; Б) - сваи-стойки; 1 - плотный грунт; 2 – пластичный грунт; 3 – илистый грунт; 4 - песок; 5 - торфяник; 6 – слой растительности; 7 - ростверк. А) – сваи буронабивные; Б) - сваи из асбестоцементных труб; В) – деревянные сваи. Свайные фундаменты возводят на слабых грунтах : песчаных рыхлых, водонасыщенных песках, просадочных грунтах. Фундаменты могут быть из отдельных свай, группы свай. Сверху сваи объединяют бетонной (железобетонной) плитой или балкой (ростверком). По характеру работы в грунте рассматриваются сваи-стойки, опирающиеся на прочный грунт, пройдя сквозь слабый. А также висячие, если прочный грунт залегает достаточно глубоко. Благодаря силам трения, возникающим между боковыми поверхностями сваи и грунтом, воспринимают нагрузки от здания. Сваи применяются в промышленном и гражданском строительстве для тяжелых зданий с удельной нагрузкой от 15-25т/м квадратный. Сваи нашли применение и в коттеджном строительстве. В случае если строительство коттеджа предполагается на слабых грунтах, и нет возможности устройства других видов фундаментов, применяются железобетонные коротки сваи. Поверху сваи, по выровненным оголовкам (верхней части свай) соединяют в единое целое с помощью железобетонных монолитных или сборных ростверков. Ширина ростверка равняется толщине стен (но не менее 300 мм), высотой не менее 150 мм. По материалу различают такие сваи: железобетонные. Они подходят для тяжелых зданий с конструкциями из железобетона; металлические. Используются специальные металлических трубы. Применимы также для тяжелых зданий, если нет возможности использовать железобетонных свай; комбинированные. Это металл + бетон. Хорошо работают с тяжелыми зданиями, этажности больше 3, в сложных инженерно-геологических условиях (болотистых или рыхлых грунтах). По типу изготовления сваи бывают: забивные. Они погружаются (забиваются) в грунт специальными машинами – копрами или вдавливаются специальными гидравлическими машинами; набивные (буронабивные). В пробуренную скважину с установленной в ней арматурой подается бетон вдавливанием, при помощи гидравлических насосов. Забивные и буронабивные сваи предназначены для устройства фундамента в стесненных условиях для строительства. Их можно устраивать, если рядом уже существуют другие объекты. Они хорошо работают с крупными тяжелыми коттеджами с железобетонными и кирпичными конструкциями. В последнее время, в частном строительстве, все больше находят применение стальные винтовые сваи. Это металлические сваи, которые имеют «резьбу» на конце в виде лопасти приваренной к стволу сваи под расчетным углом (наружный диаметр лопасти 3-3.5 диаметра сваи). С помощью специальной техники или вручную они погружаются в грунт завинчиванием, подобно шурупу в дерево. При завинчивании сваи она не разрыхляет, а уплотняет грунт. Винтовые сваи применяют для легких зданий: деревянных, щитовых, из газобетона, а также для опор мостов, заборов и ворот и т. д. Такие сваи, при строительстве коттеджного участка могут применяться для возведения зданий инфраструктуры – хозпостроек, гаражей, бань, туалетов, заборов и т. д. Металлические винтовые сваи для индивидуального строительства. Свайный фундамент достаточно затратный вид фундамента. Для его возведения требуется специальная техника, высококвалифицированные специалисты, как для проектирования, так и для строительства. Положительная сторона - уменьшаются объемы земляных работ, уменьшается материалоемкость фундамента, возможно возводить коттедж на слабых грунтах.. Некоторые практические советы по возведению фундаментов. - Для легких коттеджей надежными и экономичными являются мелкозаглубленные фундаменты на противопучинных подушках из песка толщиной 20 – 40см. Подошвы таких фундаментов закладываются несколько выше глубины промерзания. Такой фундамент, взаимодействуя с пучинистым основанием, зимой поднимается, а весной приходит в исходное положение. - Если устраивать неармированный фундамент на дно траншеи или на песчаную подушку укладывают наиболее крупные постелистые бутовые камни с заполнением пустот щебнем. Первый ряда заливают раствор (слой 15-20 см). По нему укладывают второй ряд камней с перекрытием швов нижележащего ряда. После укладки каждого ряда пустоты между камнями заполняют щебнем и укрепляют раствором. - Для двух-трех этажного коттеджа затраты нулевого цикла составляют 10-20% от стоимости каркаса а в сочетании с подвалом или с цокольным этажом, это уже - до 30%. Если коттедж примыкает к крутому склону или установлен на болотистой местности, то цена фундамента значительно возрастает. - Для проветривания подпольного пространство в цоколе не менее чем на уровне 15 - 20см от земли делают отверстия размером 15x15 см по одному на каждой стороне дома. На зиму их надежно глушат кирпичом и обмазывают глиной. - Цоколь дома обязательно необходимо оштукатурить или облицевать керамической плиткой. Это позволит значительно повысить срок службы цоколя и сократить затраты на его капитальный ремонт. - Чтобы предохранить фундамент от воздействия поверхностных и дождевых вод нужно обязательно сделать отмостку. Обычно ее делают из бетона, асфальта или хорошо утрамбованной глины с наклоном от стены цоколя. На долговечность фундамента также влияет правильно организованный водослив, так как дождевая вода, попадая с крыши на отмостку, разрушает ее и цоколь. - Не рекомендуется применять ленточные и столбчатые фундаменты на подмываемых территориях, на илистых, просадочных, пучинистых грунтах. Лучше всего здесь подойдут сваи, которыми, пройдя эти грунты, опереться на более прочный грунт. Применение плитных фундаментов, на таких грунтах, также является решением проблем обустройства надежного фундамента. - Нельзя неоправданно применять свайный фундамент. Если на участке грунт с большим расчетным сопротивлением, то можно сэкономить время, деньги и сделать достаточно привычный для всех ленточный фундамент. Делайте правильные выводы при выборе типа фундамента, и пусть у коттеджа будет прочный и долговечный фундамент! Приложение 1. Карта глубины промерзания грунтов. Справа, у изолиний цифрами обозначены величины промерзания грунта.