Выбор типа фундамента для частного дома

При возведении жилищ, одним из наиболее ответственных и сложных заданий является строительство фундамента. Таким образом, не все будущие домовладельцы отваживаются самостоятельно браться за эту работу. Несмотря на все трудности, закладка фундамента является самым волнительным и приятным этапом, во время которого получает жизнь новый дом. Ведь именно фундамент несет на себе все здание и является его настоящей основой, «душой», «хребтом». Нужно только начать закладку фундамента – обратной дороги уже не будет.

Давайте подумаем, почему строить фундамент настолько сложно, почему к любому фундаменту предъявляется так много особых требований? И дело здесь не только в необходимости использования высококачественных строительных материалов и соблюдении предписанной технологии строительства – на практике видно, что чаще всего строители «прокалываются» на правильности расчетов, или, того хуже, на проведении строительства без проекта, по принципу «как у соседа». Подобные ошибки в работе зачастую приводят к катастрофическим последствиям, когда деформируется вся несущая конструкция. Что самое страшное во всем этом, так это то, что такие ошибочные решения или вовсе халатность в работе выявляются не сразу, а спустя некоторое время, когда здание уже находится в эксплуатации, а ошибки невозможно исправить.

Еще одним бичом отечественного застройщика является гнусное желание заказчика сэкономить на качестве строительных материалов. Покупаются строительные материалы весьма сомнительного качества, на работу нанимаются работники с низкой квалификацией, в целях экономии материалов нагрузки, которые в будущем будут действовать на основание и фундамент, осознанно рассчитываются на основе минимальных показателей (по минимуму).

Цена фундамента для здания с небольшим количеством этажей по многим факторам может достигать 25 % от общей стоимости всего строения (сметы), и при этом она редко когда бывает меньшей, чем 5-8 %. На этом нюансе попадаются многие строители, которым жалко зарывать в землю такие деньги.

Другой стороной этого вопроса может быть то, что если переоценить возможные нагрузки на основание и фундамент будущего здания, тогда значительно возрастет цена всего строительства в связи с увеличением количества затрат из-за перерасхода стройматериалов и увеличения трудозатрат. К тому же, следует учитывать, что некоторые типы грунтов не предназначены для строительства глубоко залегающего фундамента – нельзя делать слишком заглубленный фундамент на пучинистых почвах.

Особенности взаимодействия между зданием, фундаментом и их основанием

Выбор строительных материалов, определенного типа фундамента, способа и методов его строительства зависят от множества факторов, связанных между собой. Во время принятия каких-либо решений, связанных с возведением фундамента, нужно учитывать то, что естественное основание здание и сама его конструкция, взаимодействуют между собой определенным образом, при этом фундамент выполняет функцию промежуточного звена между ними, соединяя здание и основание в единую цепь. Все эти элементы будущего дома оказывают друг на друга как физическое, так и химическое воздействие – между ними действуют определенные физические и химические силы, которые в этой статье рассмотрены ниже. Все эти элементы нужно рассматривать в единстве.

Виды грунтов и их особенности

Вес здания давит через фундамент на основание (грунт), при этом основание сжимается и в нем возникают сильные напряжения. Перед началом строительства любого здания нужно узнать степень несущей способности грунтового основания, как по вертикальному, так и по горизонтальному направлению, а также его способность сопротивляться деформации. Слишком слабое основание не может выдерживать нагрузок, оказываемых весом здания, поэтому через какое-то время появятся просадки, осадки, горизонтальные сдвиги, подъемы, крены, прогибы, закручивания, перегибы, колебания фундамента и другие серьезные деформации самого грунта и всего здания.

Сила сцепления и трения – это важный аспект взаимодействия грунта с фундаментом. Если грунт находится в плохом состоянии, тогда его нужно закрепить перед тем, как начинать строительство (уплотнить, цементировать, провести силикатизацию и битуминизацию и т. д.). Закрепление грунтового основания – это достаточно сложная и трудоемкая работа, которая требует много времени и выполняется профессиональными организациями, которые специализируются на данном виде деятельности. Для выполнения этого работ такого вида нужно создать специальный проект закрепления грунтового основания.

Состав грунта напрямую влияет на его строительный характеристики, поэтому выделяют следующие виды грунтовых оснований:

1. Скалистое основание (известняки, гранит, кварциты), которое не пучинится. В нем почти отсутствуют грунтовые воды, которые присущи другим видам грунта. Этот тип грунта имеет превосходную несущую способность.

2. Крупнообломочное грунтовое основание может состоять из гравия, гальки, дресва, щебня. Такой грунт очень надежен для строительства, он не пучинится и не дает резких точечных осадок (дает небольшую равномерную осадку).

3. Песчаное основание на 50 % состоит из песка, фракция которого меньше двух миллиметров. Такой грунт хорошо подходит для строительства, так как в нем равномерно залегают пласты песка и он не пучинится.

4. Глинистое основание состоит больше, чем на 30 % из глины. Такой грунт отлично пропускает грунтовые воды, поэтому может сильно пучиниться.

5. Супеси и суглинки представляют собой грунт, в котором между собой смешаны пыль, глина и песок. Обладают умеренной прочностью и достаточно большой пучинистостью.

6. Специфические особые грунты (набухающие, просадочные, органические, засоленные, насыпные, элювиальные, намывные и др.).

Перед началом выбора типа фундамента будущего здания сначала определяют тип грунта относительно его пучинистости (пучинистый или непучинистый). Пучинистый грунт хорошо «проводит» воду и удерживает ее. В зимнее время такое грунтовое основание, насыщенное за лето влагой, сильно промерзает и значительно увеличивается в своем объеме примерно на 15 %, то есть пучинится. При этом основание не только расширяется, но и поднимается, к тому же – неравномерно. Грунт во время его расширения и поднятия как бы выталкивает фундамент дома наверх, а весной, когда грунтовый лед превращается в грунтовую воду, дом снова оседает на свое первоначальное место. Такие подвижки здания от сезона к сезону приводят к серьезным нагрузкам на фундамент.

Грунтовая пучинистость напрямую связана с плотностью основания, его дисперсностью, а также уровнем грунтовых вод. Сюда можно причислить мелкие пески, пылевые грунты, крупнообломочные грунты с глинистым заполнением, глинистые грунты и т. д. Самыми худшими в плане пучинистости являются основания из глины. Чтобы решить проблему пучения грунта дома строят на малозаглубленных и столбчатых фундаментах, при этом верхнюю часть здания и сам фундамент делают чрезвычайно жесткими, не поддающимися деформации. Так что, можно с уверенностью сказать, что глубокий фундамент не всегда бывает лучшим вариантом для строительства и в данном случае он не подходит.

Особенности строений

Все строения, в зависимости от оказываемой ими на основание нагрузки, разделяются на тяжелые и легкие. Если сила пучения способна превысить массу здания, тогда его конструкция считается легкой. Такое здание обычно строят на мелкозаглубленном фундаменте. Если же сила, с которой дом давит на грунт своим весом, превышает касательную силу пучения, тогда такое строение считают тяжелым. Для того, чтобы правильно перераспределить эту массу, возводят крупный фундамент, который глубоко залегает в грунте.

Также выбор фундамента будет зависеть от веса всего здания, то есть от того, из какого строительного материала оно сделано. Понятно, что к легким можно отнести здания из дерева: из бруса, бревен или каркасные. Для тяжелых строений, которые сделаны из кирпича, бетонных блоков, имеют много этажей с несущими перекрытиями в виде плит, используют совсем другие высокопрочные фундаменты из железобетона, а также свайного или ленточного типа.

Некоторый отпечаток на тип фундамента (его конфигурацию), несомненно, накладывает конструктивный тип строения, определяющий расположение на участке главных несущих элементов всей конструкции: перекрытий, опорных колонн, стен и т. д. К примеру, для зданий, имеющих массивные несущие стены и для каркасных домов применяются разные типы фундаментов.

Иногда также учитывают и характер эксплуатации здания, к примеру, будет оно холодным или будет отапливаться. Также очень важно учитывать наличие в строении дома заглубленных помещений (подземных гаражей, подвалов, помещений бассейна, сауны и т. д.), так как в данном случае требуется их тщательная защита от грунтовых вод.

Грунтовые воды

Вода в грунте очень сильно влияет на его взаимодействие с фундаментом. Водный баланс земельного участка будет напрямую влиять на выбор конструкции фундамента, глубины его залегания, его размеров и способ его устройства. Вода в грунтовом основании постоянно перемещается, находясь то в капиллярном, то в свободном, то в подвешенном состоянии, под действием разности напоров, силы тяжести и поверхностного натяжения. При повышенном уровне подземных, грунтовых и техногенных вод, а также при резкой смене этого уровня, грунтовое основание становится чрезмерно насыщенным влагой и теряет свою первоначальную несущую способность. В такой ситуации возникает опасность того, что грунт сначала набухнет, а потом осядет, увлекая за собой фундамент здания. При повышенном содержании в грунте воды увеличивается его пучение в мороз.

Сезонные и многолетние изменения гидрогеологических условий застроенной территории во время ее застройки и дальнейшей эксплуатации готового здания нужно всегда принимать во внимание. Важно учитывать также возможность появления верховодной воды и высоту капиллярного поднятия влажности. По этому критерию земельный участок под застройку могут определять как:

• потенциально подтопляемый, требующий особых мер по подведению дренажа к фундаменту и территории, устройству скважин, понижающих уровень грунтовых вод, установке электроосмоса, противофильтрационных завес и специальной гидроизоляции;
• полностью не подтопляемый;
• тот, который осушают искусственным способом, так как есть вероятность того, что при резком снижении уровня вод в грунте от может дать сильную осадку (осушение проводят на илистых, глинистых и органических грунтовых основаниях.

Также нужно отдельно рассмотреть химический состав техногенных и грунтовых вод, так как они могут вступать в агрессивную реакцию с материалами фундамента. В таком случае нужно сделать все для того, чтобы провести антикоррозийную защиту материалов фундамента, то есть применит особый вид гидроизоляции.

Как функционируют фундаменты

Фундамент служит своего рода связкой для коробки здания снизу, так как выполняет функцию пояса для его несущих стен. Фундамент не дает стенам разъехаться в разные стороны, он сдерживает внутренние напряжения, которые в них возникают (к примеру, даже столбчатые и свайные фундаменты соединены плитами или балками).

Фундамент от здания принимает всю нагрузку и перераспределяет равномерно массу постройки по всему грунтовому основанию. Фундамент, как элемент конструкции дома, который расположен ниже всех остальных элементов, испытывает на себе самое большое давление, ведь он принимает на себя воздействие от всего строения. Фундамент как бы укрощает нагрузки, которые могут действовать неравномерно в виде сдавливания, растягивания и скалывания.

Фундамент служит для переноса веса строения на грунтовое основание. Другими словами, здание при помощи фундамента зацепляется за основание грунта и таким образом сохраняет свое положение, заложенное изначально в проекте строительства. На здание могут воздействовать разные противодействующие повреждающие силы, например, опрокидывающие, выталкивающие, боковые сдвигающие и т. д.

Фундамент не всегда имеет под собой надежную и твердую почву, так бывает, что главную работу на себя берет сила трения в более глубоких и плотных слоях грунта, поэтому очень сложно проводить строительство на подвижных и рыхлых грунтах.

Некоторые виды фундаментов лучше других защищают пространство внутри дома от проникновения воды из грунта (к примеру, ленточный монолитный фундамент). Это особенно актуально, когда грунтовые воды залегают высоко или если в проекте здания предусмотрен подвальный (или цокольный) этаж, подземный гараж или другая подземная комната (например, кладовка).

Итак, давайте сделает выводы. Фундамент должен обладать следующими характеристиками:

• прочность, которая необходима для того, чтобы эффективно выдерживать и перераспределять нагрузку на основание;
• устойчивость к различным повреждающим силам (например, выталкивающим);
• долговечность, предусматривающая срок эксплуатации как минимум такой же, как у строения дома;
• экономичность, предусматривающая наименьшие по возможности трудозатраты.

Вопросы, связанные с проектированием фундаментов

Для строительства небольшого садового домика расчет фундамента можно провести самостоятельно. Если же предполагается строительство дачи или жилого дома, тогда без привлечения специалистов и создания профессионального строительного проекта не обойтись. Цена инженерных услуг окупится заказчику сторицей, так как дом будет построен на основе профессиональной проектной документации, за которую ее составитель несет полную ответственность. Грамотный проект даст возможность при наличии определенного строительного опыта, самостоятельно провести строительство фундамента, или же можно нанять подрядную организация, при этом контролируя то, как она будет выполнять стройку в соответствии с полученной проектной документацией.

Проект должен включать все стадии возведения фундамента: от транспортировки его строительных материалов до самого монтажа. Заказчик дает техническое задание, на основе которого ведется разработки.

Итак, что нужно знать для того, чтобы правильно выбрать и провести расчет фундамента?

1. Для начала нужно иметь подробные характеристики всех параметров будущего строения. То есть нужен детализированный проект, который содержит:
• размеры, информацию о материалах и конфигурации конструкций;
• сведения о объёмно-планировочных решениях;
• данные о нагрузках, которые будет испытывать на себе фундамент.

Особое внимание уделяется наличию и характеру внутригрунтовых помещений: подвалов, цокольного этажа, гаражей и т. д.

2. Дальше предоставляют план участка на местности, с указанием высотных отметок и расположения будущих строений на данной территории. Нужно заранее спланировать, где будут расположены все садовые площадки и дорожки, составить схему прокладывания заглубленных коммуникаций. Также не помешает определить все виды и объемы ландшафтных работ, характер озеленения участка, чтобы определить их влияние на водный баланс данного грунтового основания.

3. На следующем этапе обязательно следует провести гидрологическую и инженерно-геологическую разведку на данном участке, которую можно доверить только лицензированным специалистам. Подобные изыскания дадут возможность узнать несущую способность и сопротивляемость грунта деформациям. Здесь будет информация о позиционировании участка и рельефе, физико-механические свойства и тип грунта, сейсмические условия, пластовое расположение грунта, уровень грунтовых вод при их наличии на участке, баланс воды в грунте, частота ее колебаний и химический состав… Геологическую разведку нужно провести не только на территории под застройку, но и возле земельного участка.

4. Нужно указать класс ответственности строящегося сооружения, который определяет все необходимые требования во время максимально возможных деформаций. Здесь должен быть второй класс при «нормальном» уровне ответственности, который обычно принимают при массовом строительстве жилых многоквартирных домов.

5. Если информации недостаточно или будущее строительство имеет особую сложность, то применяют мониторинг и натурные измерения.

Разработчик должен принять рад важнейших решений и отобразить их в надлежащей документации (пояснениях и чертежах). Разработчик обязан:

• определить точную нагрузку на грунтовое основание и те напряжения, которые будут возникать в фундаменте;
• провести расчет устойчивости здания;
• дать доходчивое обоснование выбора того или иного типа фундамента;
• выяснить возможно ли использование природного основания или документально обосновать необходимость применения искусственного основания;
• разработать в деталях конструкцию всего фундамента (разрезы и оси котлованов и узлов, нулевая отметка, спецификации, характеристики опалубки, схемы проведения армирования, чертежи готовых железобетонных изделий);
• подобрать материал (сочетание и арматуры, марку бетона, характер подушек и др.);
• подобрать самый выгодный с экономической точки зрения способ возведения дома;
• провести расчет глубины залегания разных элементов фундамента.

Кроме чертежей к проекту прикладывают перечень нормативной документации, по которой проект был разработан, а также пояснительную записку об аналитических обоснованиях принятых решений и изысканиях (исходных данных). К слову, за основу при расчете фундамента берется документ СНиП 2.02.01–83. Также применяются и другие смежные документы.

Основные типы фундаментов

Для одного и того же строения может подойти несколько типов фундаментов. Давайте разберемся, в чем отличие разных типов фундаментов, и при каких условиях нужно делать выбор в пользу конкретного из них.

Глубину залегания фундамента выбирают с учетом конструкции здания, гидрогеологических условий, характера нагрузок. Фундаменты, в зависимости от глубины их залегания в грунте, делятся на мелкозаглублённые и заглублённые.

Мелкозаглубленный фундамент представляет собой монолитную ленточную конструкцию, закладываемую выше отметки глубины промерзания грунта (на уровне 50-70 см). Такой фундамент подходит только для легких домов с малым количеством этажей, например, для небольшого двухэтажного кирпичного коттеджа, в котором в качестве перекрытий применяются легкие пустотные плиты. Конструкция мелкозаглубленного фундамента никак не подходит для зданий, в которых есть цокольные этажи и подвальные помещения. Правда, этот тип фундамента гораздо менее трудозатратный, и в два раза дешевле, чем заглубленный. Такой фундамент отлично подойдет для возведения зданий на пучинистых основаниях.

Заглубленные фундаменты бывают и монолитными, и сборными, опускающимися ниже глубины промерзания грунта (больше, чем один метр в глубину). Такой фундамент считают наиболее прочным, так как он способен выдерживать огромнейшие нагрузки, которые производятся тяжеловесными домами из камня. Такой вариант фундамента незаменимый, когда в здании будут строиться заглубленные помещения. Качественный монолитный глубокий фундамент станет действенной преградой на пути грунтовых вод, стремящихся проникнуть внутрь подвального или цокольного помещения. Конечно, такой фундамент стоит гораздо дороже, чем мелкозаглубленный и требует больше времени и труда для его возведения. На пучинистых грунтах такой тип фундамента использовать нельзя.

Фундамент изготавливается как в виде монолита, так и из готовых сборных элементов.

Монолитный фундамент заливают из бутобетона или бетона непосредственно на месте строительства, что дает возможность получить какую угодно конфигурацию и любое сечение конструкции. Армированная монолитная конструкция фундамента может выдерживать значительно более мощные нагрузки, чем сборная, поэтому именно этот вариант применяют на участке с неблагоприятным водным балансом. Монолит возводится гораздо дольше и требует больших усилий при возведении, так как процесс бетонирования требует строгого соблюдения технологии проведения работ и тщательного ухода за залитой бетонной смесью.

Сборные фундаменты компонуются штучными элементами, в том числе, кирпич и камень, но как правило это железобетонные и бетонные блоки ФБС разной конфигурации. Сборный фундамент – это индустриальный вариант, так как его элементы создаются в промышленных условиях. Сборный фундамент монтируется при помощи спецтехники, для его сборки не нужна опалубка, что позволяет снизить трудозатраты и уменьшить количество времени, необходимое для строительства. К тому же, сведены к минимуму все «мокрые» процессы, множество работ есть возможность проводить в зимнее время. Сборный фундамент нельзя использовать на грунтах, насыщенных водой, так влага, проникая в зазоры между элементами конструкции, будет разрушать фундамент.

В зависимости от конструкции фундаментов их условно делят на следующие группы:

• столбчатые фундаменты;
• плитные фундаменты;
• ленточные фундаменты;
• фундаменты из свай.

Фундамент столбчатый

Данный тип фундамента (см. как сделать столбчатый фундамент) составляется заглубленными столбами, расположенными по углам строения, где стены пересекаются между собой, а также под колоннами, с интервалом 1-2,5 м по прямым линиям. Столбы делают из основных материалов для фундаментов: бетона, камня, древесины, кирпича. Столбы берут на себя нагрузку от всего здания, которая передается на них через фундаментные балки.

Такой тип фундамента подходит для домов, которые не имеют заглубленных помещений, для легких домов, построенных из легких материалов (например, для деревянных, щитовых или каркасных). Такой фундамент не сможет выдержать каменные стены дома. Также этот тип фундамента не рекомендуется применять на грунтах, на которых вероятны боковые подвижки (к примеру, на склонах). Это из-за того, что столбчатый фундамент имеет малую площадь сцепления, и поэтому не сможет стабильно удерживать на себе весь дом, когда есть большая вероятность оползней (подвижек). Площадь опоры у столбчатого фундамента маленькая, что не дает возможности использовать данный тип фундамента на грунтах, которые имеют слабую несущую способность.

Плюсом столбчатого фундамента является его экономичность и простота. Такой фундамент в два раза дешевле, чем, к примеру, ленточный. Это самый выгодный в плане трудозатрат фундамент среди всех других. К тому же он самый эффективный в тех климатических зонах, которые имеют большую глубину промерзания, то есть на пучинистых основаниях.

Фундамент ленточный

Ленточный фундамент прокладывают под всеми конструкциями здания, которые выполняют несущую функцию: под рядом опорных колонн, под капитальными стенами. Этот тип фундамент отличается от других типов тем, что представляет собой непрерывную ленту, так называемые «стены в земле», как сборные, так и монолитные, мелкозаглубленные или заглубленные.

Ленточные фундаменты применяются для строительства тяжелых домов (из железобетонных блоков, кирпича, монолитов), которые имеют массивные плитные перекрытия и оказывают на грунтовое основание большое давление. Также ленточный фундамент подойдет и для легких деревянных домов. Кроме того, этот тип фундамента подходит для любых грунтовых оснований. Выгодно проводить строительство ленточных фундаментов под деревянные дома на нестабильных грунтовых основаниях. Также ленточный фундамент вполне подходит для домов, которые будут иметь подвальные и цокольные помещения.

Обычно ленточные фундаменты незаменимы, правда, имеют и свои недостатки:

• требуют больших трудозатрат (большой объем и количество земляных, а также монтажных и бетонных работ при возведении сборной конструкции);
• дороговизна (для такого фундамента нужно гораздо больше материалов, чем для любого другого, а также не обойтись без специальной грузоподъемной техники);
• ленточный фундамент имеет большой вес, поэтому увеличивает нагрузку, производимую зданием на грунтовое основание, что нужно обязательно учесть при проведении расчетов.

Плавающий и сплошной плитные фундаменты

Плитный фундамент состоит из сплошной или решетчатой монолитной плиты из железобетона, располагающейся под всем строением. Плитный фундамент – самый надежный, поэтому его используют для возведения любых зданий на любых грунтах, в том числе и на проблемных (подвижных, пучинистых, просадочных и т. д.).

Сплошной фундамент с применением армирования качественно перераспределяет нагрузку, производимую строением. Такой фундамент отличается превосходной пространственной жесткостью и большой опорной площадью, что дает возможность хорошо стабилизировать здание. Именно плитный фундамент хорошо защищает от поднятия грунтовых вод (особенно напорных) до высокого уровня. Этот фундамент имеет монолитный способ возведения, поэтому его можно использовать для зданий с самой сложной конфигурацией и формой.

Недостатками плитного фундамента считается:

• его большая стоимость из-за того, что требуется много арматуры, бетона, даже несмотря на то, что плита является готовым черновым полом;
• большая трудозатратность для его возведения.

Фундамент свайный

Свайные фундаменты состоят из очень длинных столбов (свай), которые имеют большую прочность и острый конец, вбиваемый или вкручиваемый глубоко в грунт. Сваи перекрываются балками (ростверками) или плитой. Сваи могут быть сделаны из бетона, дерева, стали и т. д. Сваи могут отдельно изготавливаться в заводских условиях, либо делаться непосредственно на стройплощадке монолитным способом при помощи заливания бетона в пробуренные скважины. Сваи применяют как на сплошном, так и на ленточном фундаменте.

Свайный фундамент обычно применяют редко. Он нужен только в крайних случаях, когда его невозможно заменить никаким другим, например, в случае, если грунт на месте строительства очень пучинистый или заболоченный и не способен выдерживать большую нагрузку, производимую зданием. В данном случае, сваи, забитые глубоко в грунт, успешно проходят верхние слои почвы с повышенной влажностью и передают нагрузку на более глубокое и прочное грунтовое основание, расположенное в нижних слоях. В некоторых случаях могут применять «висячие сваи», уплотняющие грунт и держащие здание за счет сил трения.

Нужно отметить, что свайный – достаточно экономичный вариант фундамента, цена которого соизмерима со стоимостью ленточного заглубленного фундамента, а также он требует меньших трудовых затрат, так как при его возведении обычно не требуется бетон, а количество земляных работы практически сведено к нулю (большинство земляных операций выполняется спецтехникой).

Недостатком свайного фундамента можно считать то, что для его устройства потребуются высококвалифицированные специалисты и специальная техника, что потребует дополнительных финансовых затрат.

Более подробно о свайном фундаменте и других видах фундамента вы сможете прочитать на сайте по ссылке.