Устройство фундаментов
Видео: УСТРОЙСТВО СВАЙНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Учёт ответственности дома
Выбор конструкции фундамента и требования, предъявляемые при его проектировании и изготовлении, тесно связаны с уровнем ответственности возводимого сооружения.
ГОСТом 27751-88 установлены 3 уровня ответственности сооружений: I — повышенный, II — нормальный, III — пониженный.
К сооружениям с повышенным уровнем ответственности следует относить многие промышленные объекты и уникальные здания. К нормальному уровню ответственности следует относить здания и сооружения массового строительства, в том числе — жилые дома. К пониженному уровню ответственности следует относить сооружения сезонного или вспомогательного назначения (летние павильоны, небольшие склады, парники, теплицы) — так изложено в ГОСТе.
Добавим от себя к последнему уровню небольшие дачные дома, бани, гаражи, хозблоки.
Современные коттеджи, усадебные дома и комфортабельные дачи следует относить ко II уровню ответственности. В этом случае к надёжности оснований и фундаментов на стадии проектирования и строительства предъявляются «нормальные» требования. Необходимо выполнить инженерно-геологические изыскания и разработать проект фундаментов, привязанный к грунтовым условиям строительной площадки. Следует выполнить расчёт основания по деформациям осадок, в пучинистых грунтах — расчёт на устойчивость фундаментов, а при использовании в бесподвальных домах мелкозаглублённых фундаментов — ещё расчёт по допустимым деформациям пучения.
Рис. 1. Поперечное сечение ленточного незаглубленного фундамента: 1 — отмостка- 2 — верхняя продольная арматура d14 мм- 3 — нижняя продольная арматура d14 мм- 4 — каркас из арматуры d14 мм (шаг 700800 мм)- 5 — песок.
Для бесподвальных домов II уровня ответственности в обычных грунтовых условиях (плотных и средней плотности песках, глинистых грунтах с показателем текучести до 0,75 — нижней границы мягкопластичной консистенции) рекомендуется применять незаглублённые и мелкозаглублённые фундаменты. В непучинистых фунтах можно применять столбчатые, ленточные или плитные, в пучинистых грунтах — ленточные или плитные, в водонасыщенных биогенных фунтах, илах и слабых фунтах (заторфованных, торфах, сапропелях, песках рыхлого сложения, глинистых грунтах текучепластичной и текучей консистенции) следует применять плитные фундаменты.
В ГОСТе указано: «Отнесение объекта к конкретному уровню производится генеральным проектировщиком по согласованию с заказчиком». Так как Н. Захаров является в одном лице и генеральным проектировщиком, и заказчиком, ему предстоит самому решить этот вопрос.
Брусовый дачный дом застройщик вправе отнести ко II уровню ответственности со всеми вытекающими из этого необходимыми мероприятиями по обеспечению надёжности основания и фундаментов.
Видео: УСТРОЙСТВО ГИДРОИЗОЛЯЦИИ ФУНДАМЕНТА
Если для упрощения задачи решено отнести свой дом к III уровню ответственности, то можно по упрощённой схеме рассчитать вариант более экономичного по расходу бетона и арматуры ленточного фундамента. Если же полученные результаты по каким-либо соображениям не устраивают, можно перейти к варианту плитного фундамента.
Так строить можно, но можно строить и лучше
Рассмотрим достоинства и недостатки варианта ленточного незаглублённого фундамента, который изготовил И. Калинин,
Фундамент можно считать надёжным, если выполняются следующие условия:
— давление на грунт от нагрузки дома не превышает расчётного сопротивления грунта-
— при действии касательных сил пучения фундамент устойчив — не отрывается от основания, не смещается вверх-
— под действием нормальных сил пучения на подошву незаглублённый фундамент смещается вверх на величину, допустимую для конструкций дома-
— неравномерные деформации осадок или пучения находятся в допустимых пределах.
Достоинство изготовленного незаглублённого ленточного железобетонного фундамента состоит в том, что он, представляя собой жёсткую горизонтальную раму, всегда устойчив, так как не заглублён и касательные силы пучения практически отсутствуют. Фундамент в поперечном сечении имеет простую для изготовления прямоугольную форму и представляет собой цоколь, который работает как фундамент, а фундамент-цоколь — мечта любого хозяина малого строения.
Включение в единую раму фундаментов крыльца и внутренних стен — решение правильное.
Жёсткость поперечного сечения 0,6 0,35 м достаточна для ограничения прогиба или выгиба ленточных фундаментов под действием нормальных сил пучения в пределах допустимых величин.
Однако по устроенному основанию и фундаменту имеются некоторые комментарии и замечания:
— поверхность заболоченных строительных площадок, как правило, находится ниже прилегающей территории. Поэтому для отвода ливневых и паводковых вод от дома на периферию участка напрашивается большее повышение общего уровня строительной площадки путём отсыпки грунта, чем это показано на схеме (см. рис. 1):
— песчаная подушка устроена под фундаментом без уплотнения, что недопустимо-
— ширина подошвы ленточного фундамента в 0,35 м принята при ошибочных представлениях о нагрузках от дома на основание-
— принятая высота фундамента-цоколя недостаточна для большинства регионов России по условию сохранения нижних венцов сруба от загнивания-
— имеет место некоторый перерасход арматуры, так как монтажная арматура может быть изготовлена из гладкой проволоки, например, диаметром Б8 мм-
— заглублять вертикальную арматуру в грунт недопустимо-
— следует полагать, что на представленных фотографиях изготовленного фундамента отсутствие планировки, отмостки и ливневых лотков (системы поверхностного дренажа, необходимой вокруг любого дома в климатических условиях средней полосы России) является следствием того, что снимки выполнены в процессе строительства и е дальнейшем указанные мероприятия будут выполнены-
— устройство отмостки не совсем удачно — она не перекрывает устроенную траншею, а упирается в её борт. Вода, стекающая по отмостке, вероятнее всего будет поступать под фундамент, в траншею с песком, чего допускать не следует.
Остановимся подробнее на указанных замечаниях
«Не зная броду, не лезь в воду». Так гласит народная мудрость. Но строя дом для себя, И. Калинин, по его признанию, был свободен от груза ответственности, поэтому каких-либо изысканий не проводил, так как «лень было копать ямы». Но всё же он знал, что строит на бывшем болоте и «если немного углубиться — сразу вода».
При неизвестных грунтовых условиях для повышения надёжности основания правильнее всего исходить из наиболее неблагоприятных условий строительной площадки. Если бывшее болото сложено биогенными грунтами (заторфованными грунтами, торфом, сапропелями), илом или слабыми грунтами, например, глинистыми грунтами текучепластичной или текучей консистенции, то такие грунты, как правило, — сильносжимаемые. Их осадки во времени под действием нагрузки происходят достаточно медленной
Рис. 2. Схема распределения вертикальных давлений по глубине основания: р — среднее давление под подошвой фундамента- pz — дополнительное вертикальное напряжение от внешней нагрузки на глубине z: рб — вертикальное напряжение от собственного веса грунта на границе сжимаемой толщи- У. Г. Б. — уровень грунтовых вод
Если в таких участках устраивать основание и фундаменты без учёта грунтовых условий, то можно получить эффект «тонущего дома». Величина ожидаемых осадок зависит от слоя слабого грунта (который может быть и 0,5 м, и 10,0 м) и от мощности слоя, сжимаемого под действием нагрузки от дома {рис. 2).
Нижняя граница сжимаемой толщи грунта находится на глубине, где дополнительное давление от нагрузки дома не превышает 0,2 или 0,1 от бытового давления под действием веса самого грунта. Второе значение относится к слабым грунтам большой толщи.
Расчёты показывают, что под одноэтажным брусовым домом мощность сжимаемого слоя в разных грунтах может составлять 1,53,0 м.
При принятии решений по конструкции основания следует также иметь в виду, что Строительные Нормы запрещают непосредственное опирание фундаментных конструкций на слабые грунты. Поэтому в таких случаях принимают меры по улучшению строительных свойств грунтов: слой слабого грунта, залегающий непосредственно под фундаментами, заменяют уплотнённым грунтом, втрамбовывают в слабый грунт слой щебня, устраивают фундаменты на отсыпке из уплотнённого грунта выше существующей поверхности.
Определение расчётного сопротивления грунта
Если давление на грунт не превышает его расчётного сопротивления, то осадка фундаментов будет в допустимых пределах.
В Приложении 3 СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» приводятся расчётные сопротивления для песчаных, пылевато-глин истых, просадочных и насыпных грунтов. По биогенным, слабым грунтам и илам данных нет. В нормах указывается, что при строительстве сооружений II уровня ответственности расчётное сопротивление грунтов должно определяться на основе полевых испытаний. В малоэтажном строительстве, тем более для домов III уровня ответственности, такие испытания не выполняют
В СП 50-101-2004, выпущенных в развитие положений СНиПа, приводятся некоторые данные по интересующим нас грунтам. Например, в таблице Д.5 приводится значение расчётного сопротивления заторфованных песков:
R0 = 0,4 кгс/см2, где R0 — расчётное сопротивление грунта под фундаментом шириной 1,0 м, заглублённого на 2,0 м.
Расчётное сопротивление такого грунта на глубине 0,15 м при ширине фундамента 0,35 м (как у И. Калинина) R = 0,2 кгс/см2.
Для элювиальных глинистых грунтов при коэффициенте пористости 1,25 и показателе текучести, равном 1,0 (на границе текучепластичного состояния), согласно таблице Д.8 R0 = 1,0 кгс/см2, R = 0,5 кгс/см2.
Поэтому можно согласиться с представлениями И. Калинина о величине расчётного сопротивления грунта и принять при дальнейших расчётах R =0,3 кгс/см2 (3,0тс/м2),
Оценка степени пучинистости грунтов
При принятии решений по необходимой жёсткости поперечного сечения фундаментов, их армирования, при определении необходимой толщины противопучинной подушки и необходимой ширины траншей не обойтись без оценки степени пучинистости Фунтов строительной площадки.
Если грунтовые воды залегают близко к поверхности, то вероятнее всего грунты по степени морозоопасности можно характеризовать как среднепучинистые по следующим обстоятельствам.
Верхний слой до уровня грунтовых вод может быть силь-нопучинистым, так как в него при замерзании мигрирует вода из нижнего водонасыщенного слоя. При промерзании грунта ниже уровня грунтовых вод в водонасыщенном грунте замерзает только своя вода. При промерзании пучини-стого грунта на глубину 1,41,6 м верхний более пучини-стый грунт не оказывает влияния на общую характеристику промерзающего слоя.
Ожидаемые деформации пучения свободной от снега поверхности фунта составят 40 см, вто время как для деревянных домов, допустимые деформации пучения составляют 5,0 см.
Отсюда напрашивается решение удалить на максимально возможную глубину верхний пучинистый слой грунта и заменить его непучинистым грунтом — крупным или средней крупности песком и, если понадобится, поднять уровень строительной площадки отсыпкой песком. Дополнительной отсыпкой достигается понижение степени пучинистости промерзающего слоя.
Повышение общего уровня строительной площадки
Поверхность заболоченных участков, как правило, находится или в уровне прилегающей территории, или ниже. Для отведения ливневых и паводковых вод от дома рекомендуется повысить уровень строительной площадки путём отсыпки грунта. В пределах траншей ленточных фундаментов отсыпку и обратную засыпку выполняют из непучинистого грунта — крупного или средней крупности песка, а за пределами траншей — любым грунтом (рис. 3}.
Рис. 3. Варианты размещения фундаментов при устройстве отсыпки: а — мелкозаглублённый фундамент- б — незаглу-блённый фундамент- dn — толщина песчаной подушки- do — высота дополнительной отсыпки.
В пределах условных траншей И. Калинин срезал верхний торфяной слой грунта, содержащий корни травяного покрова и поэтому подлежащий всегда удалению, и засыпал образовавшиеся выработки песком без уплотнения. Судя по масштабу рис. 1, толщина песчаной подушки составила 15 см. Посчитав, что к началу изготовления фундамента песок уплотнился, автор приступил к дальнейшим работам.
Известно, что самоуплотнение песчаной отсыпки происходит за период 0,52,0 года. Поэтому можно предположить, что фундамент И. Калинин устроил на песке рыхлого сложения, чего следует избегать. Под действием нагрузки от дома песок в процессе строительства уплотнится. Произойдут дополнительные осадки, которые, однако, при небольшой толщине песчаной подушки будут значительно меньше ожидаемых осадок слабого основания.
Так как Строительные Нормы запрещают возведение фундаментов на рыхлом песке, то на бывшем болоте при изготовлении основания более надёжной представляется следующая технология:
— при близком уровне грунтовых вод верхний слой грунта удаляют на возможно большую глубину, на 0,1 м выше уровня грунтовых вод-
— в дно образовавшихся траншей втрамбовывают слой щебня или отходов строительного производства (кирпичный бой, куски бетона и др.), или смесь того и другого-
— выполняют послойную отсыпку песка до уровня поверхности грунта или выше с увлажнением и послойным трамбованием. При ручной трамбовке рекомендуемая высота слоёв составляет 5,0.,.10,0 см. Последний верхний слой лучше из готовить из смеси песка и щебня/гравия (песка —40%, щебня —60%). Известняковый щебень тоже годится-
— чтобы цементное молоко не уходило из бетона в песок, на устроенную подушку следует расстелить гидроизоляционный материал (полимерную плёнку, рубероид, ги-дроизол и т. д.). После этого можно устанавливать опалубку фундамента-цоколя.
Определение высоты фундамента-цоколя
Как было отмечено, жёсткость поперечного сечения ленточного фундамента при высоте 0,6 м, принятой И. Калининым, достаточна по условию допустимого выгиба-прогиба для деревянного сруба, но недостаточна по климатическим условиям региона строительства. Если нижние венцы сруба находятся ниже снегового покрова, то весной, особенно в марте при таянии снега венцы намокают, а ночью, при заморозках подмерзают. Загнивание и разрушение нижних венцов происходит гораздо быстрее остальных деревянных конструкций.
Среднестатистическая высота снегового покрова, например, в Московской области составляет 0,5 м, поэтому рекомендуемая высота цоколя от подошвы снегового покрова должна быть не менее 0,6 м.
Снег лежит на отмостке. Для отведения ливневых и паводковых вод от дома на периферию участка вокруг любого дома в Средней полосе России нужно устраивать планировку и отмостку общей высотой около цоколя не менее 0,2 м. Отсюда следует, что минимальная высота незаглубленного фундамента от поверхности строительной площадки должна быть не менее 0,8 м.
Определение ширины цоколя
Ширину цоколя определяют по условию размещения на нём надфундаментных конструкций. При толщине брусовой стены 150 мм и длине опирания балок цокольного перекрытия 120150 мм под несущими стенами вполне достаточна ширина цоколя в 0,3 м. Под самонесущими стенами, где на цоколь опирается только стена толщиной 150 мм, ширина цоколя 0,3 м тем более достаточна. Меньшая ширина не рекомендуется из условия устойчивости тонкостенных конструкций. Поверочный расчёт давления на слабый грунт под самонесущей стеной при ширине подошвы 0,3 м показывает, что давление на грунт не превышает допустимых значений.
Определение ширины подошвы фундамента
Жилые дома в основном строят по схеме сооружений с несущими стенами. На основание под внешними несущими стенами приходится нагрузка не только от самих стен и фундамента-цоколя, но и от крыши, перекрытия 1-го этажа и цокольного перекрытия. Под двумя другими внешними стенами нагрузка на основание приходится только от стен с треугольным фронтоном и от фундамента-цоколя. Такие стены характеризуются как самонесущие. На основание под внутренними стенами нагрузки могут быть больше или меньше первых.
Если давление на основание от конструкций дома не превышает расчётного сопротивления грунта, то осадки будут в допустимых пределах. При известных нагрузках от дома обеспечение нужного давления под подошвой ленточного фундамента достигается расчётом его необходимой ширины.
Можно согласиться с И. Калининым, что допустимое расчётное сопротивление слабого грунта будет в пределах 0,240,30 кгс/см2. Но вот с его представлением о том, что нагрузка от надфундаментной части дома будет в два раза меньше, чем от фундамента-цоколя, согласиться нельзя.
При определении размеров опорной части фундаментов учитываются максимально возможные нагрузки, в том числе, снеговая и полезная нагрузка на цокольное перекрытие, а если дом с мансардой или полумансардой, то учитывается и полезная нагрузка на перекрытие 1 -го этажа.
Формат журнальной статьи не позволяет привести все выкладки при подсчёте нагрузок. Поэтому в таблице ниже приведены только результаты расчётов нагрузок при фундаментах, как у И. Калинина, сечением 0,60 0,35 м, стенах из бруса сечением 150 150 мм, при высоте комнат 1-го этажа — 2,5 м и при двухскатной крыше, покрытой, например, металлочерепицей.
| Конструкции | Нагрузка на основание под несущими стенами,тс/м | Нагрузка на основание под самонесущеми стенами, тс/м |
| Крыша | 0,9 | — |
| Стена | 0,22 | 0,34 |
| Цокольное перекрытие | 0,45 | — |
| Перекрытие 1-го этажа | 0,3 | — |
| Фундамент-цоколь | 0,53 | 0,53 |
| Суммарная нагрузка | q1=2.4 | q2=0.87 |
Как следует из таблицы, возможные максимальные нагрузки от надфундаментной части дома под несущими стенами вЗ,5 раза превышают нагрузку от ленточного фундамента-цоколя. О величине нагрузок под самонесущими стенами с представлениями И. Калинина можно согласиться.
Рис. 4. Расчётная схема передачи нагрузки от дома на слабое основание через песчаную подушку: dn — толщина песчаной подушки- — угол внутреннего трения песка- b — ширина подошвы ленточного фундамента-b1 — ширина передачи давления на слабый грунт- р — давление на песчаную подушку- р1 — давление на слабый грунт.
Рис. 5. Варианты устройства основания под мелкозаглублённые и незаглублённые фундаменты: а, б — под несущие стены- в — под самонесущие стены- 1 — фундамент- 2 — продух- 3 — втрамбованный щебень- 4 — песчано-щебенистая подушка- 5 — обратная засыпка- 6 — вертикальная отсыпка- 7 — вертикальная планировка- 8 — гидроизоляция.
Нагрузка на слабый грунт передаётся через песчаную подушку по схеме, представленной на рис 4. Угол внутреннего трения для песка средней крупности принят равным 35°. Ширина песчаной подушки, через которую передаётся давление на слабый грунт, определим из выражения:
b1 = b + 2dn х tg 35°.
При толщине песчаной подушки dn — 0,15 м, ширине подошвы фундамента b = 0,35 м и tg 35° = 0,7 получаем:
b1 = 0,35 + 2-хО,15-х О,7 = 0,56м.
Давление на слабый грунт под несущей стеной равно:
Р1 = q1/b1 = 2,4/0,56 = 4,3 тс/м2 (~0,4 кгс/см2).
Давление на грунт под самонесущей стеной равно:
Р2 = q2/b1 = 0,9/0,56 = 1,6 тс/м2 (~0,2 кгс/см2).
Из расчётовследует, что подсамонесущими стенами давление на слабый грунт не превышает принятого расчётного сопротивления грунта, а под несущей стеной давление на грунт в 1,3 раза превышает расчётное сопротивление. Необходимую ширину подошвы ленточного фундамента под несущей стеной определим из выражения:
b = q1/p — 2dn tg 35° = 2,4/3,0 — 2-0,15-0,7 = 0,59 — 0,6 м.
Получили, что под несущими стенами ширина подошвы ленточных фундаментов должна быть в 1,7 раза больше, чем принято у И. Калинина. Эти результаты получены при учёте веса изготовленных фундаментов сечением 0,60 0,35 м. При большем весе запроектированных фундаментов (рис 5) получим:
при q1 = 2,7 тс/м, b = 0,7 м-
при q2= 1,0 тс/м, b = 0,3 м.
На рис 5 представлены конструкция основания и размеры фундаментов, рекомендуемые под несущие и самонесущие стены одноэтажного брусового дома III уровня ответственности, возводимого на «бывшем болоте».
При толщине песчаной подушки в 0,3 м требуемая ширина подошвы фундаментов под несущими стенами составит 0,5 м.
Армирование фундамента
Бетон выдерживает большие нагрузки на сжатие и малые — на растяжение. В строительных конструкциях, где бетон работает на растяжение, устанавливают стальную арматуру, которая принимает на себя растягивающие напряжения и не даёт возможности образоваться трещинам.
Цементное молоко бетона, обволакивая арматуру, предохраняет её от коррозии. Нормами в железобетонных конструкциях регламентируется толщина защитного слоя бетона, который обычно принимается равным 50 мм, в тонкостенных конструкциях — до 30 мм.
Арматура, которая имеет контакт с влажным грунтом, по сравнению с арматурой, защищённой бетоном, имеет короткий срок своего существования из-за неизбежной коррозии. Поэтому заглублять вертикальную арматуру в грунт недопустимо. Ржавчина распространяется по всему арматурному каркасу. В результате сокращается срок эксплуатационной пригодности фундамента и дома.
Арматура в железобетонной конструкции подразделяется на рабочую и монтажную. В ленточном фундаменте, работающем на изгиб, продольная арматура нижнего и верхнего пояса является рабочей, поперечная горизонтальная и вертикальная арматура является монтажной и предназначена для удержания рабочей арматуры в проектном положении при бетонировании.
И. Калинин весь арматурный каркас изготовил из горячекатаной стали периодического профиля класса A-III диаметром 14 мм. Расчёты показывают, что для таких фундаментов достаточно в верхнем и нижнем поясах по 3 арматуры d12 мм класса A-III.
Поперечную горизонтальную арматуру можно изготовить из гладкой проволоки d 6 мм. Поперечную вертикальную арматуру, которая в некоторых случаях сложных деформаций может воспринимать поперечные силы, можно изготовить из арматуры d 8-10 мм класса A-III.
Арматура d12 мм — наиболее ходовая в малоэтажном строительстве и поэтому быстро раскупается. В некоторые строительные сезоны она продавалась на базах дороже, чем арматура d14 мм, которая пользуется меньшим спросом. В обоих указанных случаях можно закупить арматуру d14 мм.
Определение ширины траншеи
При устройстве в пучинистых фунтах мелкозаглублённых и заглублённых ниже уровня промерзания фундаментов ширину траншеи определяют из условия устойчивости ленточных фундаментов под действием касательных сил пучения по их боковой поверхности. При устройстве незаглублённых фундаментов касательные силы пучения отсутствуют. В этом случае ширина траншеи зависит от толщины противопучинной подушки и не должна быть меньше ширины b1 , определяемой из условия, показанного на рис 4. Под несущими стенами, при ширине подошвы фундамента 0,7 м, следует принять ширину траншеи 1,0 м, под самонесущими стенами — 0,6 м.
Устройство планировки, отмостки и ливневых лотков.
В совокупности планировка, отмостка и ливневые лотки составляют систему поверхностного дренажа, необходимую в климатических условиях средней полосы России вокруг каждого дома. Их назначение — отводить ливневые и паводковые воды от дома на периферию участка и далее за его пределы. Если ширина отмостки не превышает ширины пазухи траншеи, то при отсутствии ливневых лотков, как это показано у И. Калинина, вся вода будет проникать в песчаную подушку. Под взвешивающим действием воды расчётное сопротивление песчаной подушки уменьшается и появляются дополнительные осадки. Отмостка по ширине должна перекрывать траншею (см. рис 5),
На пучинистых грунтах бетонную или железобетонную отмостку следует изготавливать отдельными блоками длиной 1,52,0 м. Бетонную отмостку нужно, как минимум, армировать дорожной сеткой.
Если возводить фундамент с учётом реальных условий строительной площадки и проводя грамотный расчёт его параметров, он получится действительно надёжным.
