Все необходимое для строительства вашего загородного дома   Дача Срубы Бани Забор Лестницы Беседка Отопление дачи Кровля Водосток Мансардные окна Сайдинг Гидроизоляция Утеплитель Фундаменты Геология грунтов Ленточные фундаменты мелкого заложения Мелкозаглубленные фундаменты на пучинистых грунтах Конструктивные особенности фундаментов Проблемы, связанные с проектированием и возведением легких зданий Столбчатые фундаменты Фундаменты для малонагруженных сооружений Цоколь Отмостка Кирпичная облицовка

Мелкозаглубленные фундаменты на пучинистых грунтах

В зависимости от работы фундаментов под нагрузкой различают фундаменты жесткие и гибкие. Жесткие работают преимущественно на сжатие, гибкие — на растягивающие и скалывающие усилия. Жесткие фундаменты устраиваются на непучинистых грунтах. На всех других видах грунтов лучше устраивать гибкие фундаменты из монолитного армированного бетона. Определение фундамента как "гибкий" совсем не означает, что под действием нагрузки от веса здания и сил морозного пучения он будет извиваться, как веревка. В данном определении подразумевается, что фундамент способен держать изгибающие напряжения, не "трещать", гасить возникающие напряжения и не передавать их на стены здания. Прогиб фундамента, конечно, будет, но он практически не заметен невооруженным глазом. Примером гибкой железобетонной конструкции может служить всем знакомая плита перекрытия в вашей квартире. Соседи этажом выше могут устроить дикую пляску, но плита тем не менее под ними не проваливается, а держит, гасит возникающие напряже­ния и не дает видимого прогиба.
Ленточные фундаменты представляют собой непрерывную стенку, равномерно нагруженную вышележащими стенами и передающую эту нагрузку на грунт. Ленточные фундаменты нужно устраивать по плотному материко­вому грунту естественного уплотнения. Песчаная подготовка под традиционные фундаменты делается толщиной не более 10 см. Ее основное назначение — устранить неровности в плоскости контакта подошвы фундамента и грунта основания, образующиеся при разработке грунта. Другими словами, неровный грунт основания присыпается песком и выравнивается в горизонт. При этом устраняется возможность смятия грунта и выравниваются контактные напряжения по подошве фундамента.

Песчаная подготовка устраивается в глинистых грунтах. В песчаных грунтах при устройстве монолитных железобетонных фундаментов роль песчаной подготовки выполняет слой из тощего бетона, называемый подбетонкой. Толщина подбетонки принимается равной 100 - 150 мм.

Ширина фундамента зависит от толщины стен и передаваемой на фундамент нагрузки. Обычно ширина фундамента и толщина стен равны или ширина фундамента на 100 мм больше толщины стен. Высота фундамента принимается равной двойной ширине. Можно сделать фундамент высотой равной ширине фундамента, но в этом случае потребуется более мощное армирование, т.к. уменьшается сжатая зона поперечного сечения. Монолитный ленточный фундамент мелкого заложения должен быть армирован как в нижнем поясе, гак и в верхнем (рис. 18). Этот фундамент подвержен знакопеременным нагрузкам, его растянутые и сжатые зоны периодически меняются местами. Например, в летнее время на фундамент сверху давит вес здания, а снизу действует отпор грунта, чаще всего эти силы уравновешиваются и в фундаменте не возникают изгибающие напряжения, арматура вроде бы не нужна. В зимний период ситуация меняется, снизу на фундамент давят морозные силы пучения, сверху вес здания и снег. Эти силы неравномерно распределены по площади фундамента и где именно произойдет выпучивание фундамента, а где прогиб, предугадать сложно. Поэтому разумнее расположить арматуру и сверху и снизу, уделяя особое внимание армированию углов и примыканий фундамента. С армированием прямой части фундамента все понятно: проложил стержни от угла до угла и связал с хомутами, чтобы не развалились. Но стыкование на углах двух балок фундамента всегда сопровождается риском. Как тут можно рассуждать? Если смотреть на фундамент со стороны стены, то угол находится на краю балки, а значит, максимальный изгибающий момент будет в центре балки и углу вроде бы ничем не угрожает. Но на самом-то деле все не так, в данном случае балка лежит на грунте, а не на двух опорах, а значит, максимальный изгибающий момент может быть не в центре балки, а где угодно. Если посмотреть на фундамент со стороны угла, то получается, что арматурные стержни подошли к нему с двух сторон и оборвались. То есть, это равносильно тому, что в обычной прямой балке взять и оборвать арматуру в середине балки, а потом ждать от нее работы на изгиб. Поэтому углы ленточного фундамента должны быть проармированы дополни­тельно загнутыми полукругом стержнями и заведены в боковые стены фундамента не менее чем на одну треть их пролетов. Ес­ли сделать армирование таким способом, получится гибкая пространственная конструкция ленточного фундамента, способная держать изгибающие моменты в любых направлениях. Други­ми словами, получится монолитный пояс, напоминающий монолитные пояса, устраивающиеся в зонах землетрясений.

На какую глубину погружать ленточный фундамент мелкого заложения? На рисунке 19 изображен график изменения свойств мерзлого грунта в зависимости от глубины промерзания; глядя на этот график, погружать фундамент в грунт не хочется совсем. Из графика следует,что фундамент нужно устанавливать либо ниже глубины промерзания, либо погружать его на глубину растительного слоя. То есть, раз фундамент нельзя поставить прямо на растительный слой, его нужно снять и установить на ту глубину, которая получится. Закапывать его глубже просто не имеет смысла, т.к. избавиться от сил мо­розного пучения (нормальных и касательных) без специальных мер не представляется возможным. Более того, глубина заложения фундамента 50 см от уровня грунта, рекомендованная во многих и многих книжных изданиях для фундаментов мелкого заложения, просто опасна, поскольку на эту глубину приходится максимум сил морозного пучения. Необходимо добавить, что график заимствован из старого учебника для строительных ВУЗов, под редакцией профессоров О. О. Литвинова и Ю. И. Белякова. Не доверять профессуре старой школы нет никаких оснований.

Фундамент, не погруженный в грунт, предполагает при своем строительстве изготовление опалубки. Для фундамента, погруженного в грунт, нижней частью опалубки зачастую выступает сам грунт. Возможно ли как-то избавиться от лишней работы по устройству опалубки? Может, можно как-то обойтись без армирования фундамента и добиться его надежной работы? Такой метод существует, и создан он не для того, чтобы сэкономить на досках опалубки, наоборот, этот метод несколько удорожает строительство фундаментов. Но применяя его, можно строить неармированные фундаменты на любую глубину заложения, не опасаясь сил морозного пучения. Метод может быть применен к уже построенным фундаментам с целью их исправления и защиты.
Прежде чем перейти к описанию метода строительства ленточного фундамента на любую глубину заложения вне зависимости от степени пучинистости грунта, совершим еще одну экскурсию, теперь в область строительной термодинамики.
За нулевую точку отсчета примем ноль градусов по шкале Цельсия, тогда любую из температур можно будет изобразить графически в виде век­ора. В данном случае нас интересуют только отрицательные температуры, воздействующие на грунт. Они изображены на рисунке 20. Вычленим из рисунка единичный вектор холода и рассмотрим его влияние на грунт. Отрицательная температура от действия единичного вектора будет рас­пространяться в грунте по радиусу, равному глубине промерзания. Таких векторов превеликое множество и все они морозят грунт на одинаковую глубину, если все нижние точки радиусов соединить между собой воображаемой линией, то получится нижняя граница промерзания грунта (изотерма нулевых температур), которая и называется глубиной промерзания. Под зданием граница промерзания поднимается вверх, т.к. температура воздуха внутри даже неотапливаемого здания зимой всегда выше, чем температура наружного воздуха. Под отапливаемым зданием изотерма нулевых температур поднимается еще выше и исчезает совсем: грунт под отапливаемым здани­ем не промерзает. Конечно, рис. 20 — это идеализированная картинка, на самом деле действие единичного вектора холода не образует идеально правильный полукруг, в зависимости от составагрунта и влажности линия полукруга будет выглядеть скорее замысловатой кривой. Тем не менее, совокупность единичных векторов приведет примерно к тому же результату.
И какой же из всего этого вывод? Оказывается, границу промерзания грунта можно поднимать, достаточно на землю насыпать кучу какого-нибудь хлама и грунт промерзнет на меньшую глубину. А если вместо хлама уложить эффективный утеплитель, например, жесткий пенополиуретан? Тогда при ширине утеплителя, большей чем двойная глубина промерзания, под ним появляется "пятачок" (рис. 21) непромерзающего грунта, на который можно установить фундамент. Даже если толщина утеплителя будет недостаточной для полноценной борьбы с морозом и грунт под утеплителем все равно промерзнет, изотерма нулевых температур будет заметно притянута кверху, что позволит разместить неглубокий фундамент, не опасаясь сил морозного пучения. В любом случае, при утеплении грунта вокруг фундамента, силы морозного пучения будут либо ослаблены и не нанесут заметного урона, либо полностью ликвидированы. Пример, раньше на колхозных лугах оставляли стога сена (теперь по причине воровства и солому не оставляют), чтобы вывезти их зимой волоком. Когда трактор сдергивал стог, под ним оказывалась зеленая травка, т.е. грунт под этим естественным утеплением не промерзал или промерзал незначительно.
Однако, не все так просто. Фундаменты возводятся из бетона, камня или кирпича. Все эти материалы обладают большой теплопроводностью, проникновение отрицательных температур в грунт может произойти не­осредственно через тело фундамента, т.е. неглубокий фундамент сам заморозит под собой грунт (рис. 22). Замораживание будет незначительным и маловероятным, все-таки перечисленные материалы обладают тепло-сопротивлением, но тем не менее, оно возможно. Полностью исключить возможность промерзания грунта под фундаментом можно дополнительным утеплением части фундамента, находящейся над поверхностью грунта(рис. 23). Утепление желательно делать современными утеплителями, обладающими низким коэффициентом теплопроводности, негорючими, долговечными, прочными и жесткими. Предпочтение нужно отдать плитным утеплителям, т.к. использование заливных утеплителей в условиях самодеятельного строительства будет проблематичным. Толщина утеплителя как для утепления фундамента (цоколя), так и для утепления грунта подби­рается по расчету. Расчет можно выполнить, руководствуясь СНиПом И-3-79 "Строительная теплотехника" (Стройиздат, 1998) и СНиПом 2.01.01-22 "Строительная климатология и геофизика" (Стройиздат, 1983).
В качестве материала фундаментов применяются бетон, железобетон, бут, кирпич. Основными материалами для фундаментов являются железобетон и бетон, которые применяются при устройстве всех видов фун­даментов в различных инженерно-геологических условиях. Железобетонные фундаменты выполняются из бетона марки не ниже В15 с армированием горячекатаной арматурой из стали класса А-Ш. Каменная кладка фундаментов из кирпича, бута и пустотелых блоков предусматривается в конструкциях, работающих на сжа­тие, в основном для ленточных фундаментов. Бутобетон и бетон применяются наиболее часто при устройстве фундаментов в траншеях при их бетонировании в распор со стенками. В строительстве применяются бутовые, бутобетонные (в бетон втапливают бутовые камни в количестве 25 - 30 % объема кладки) и бетонные фундаменты с уступами или наклонными гранями.
По периметру будущей постройки, под планируемыми наружными и несущими внутренними стенами роют траншею для фундамента. Большинство бетонных работ выполняют с применением опалубки — формы (рис. 24), куда укладывают бетон. Это каркас, состоящий из стенок (брусков или досок) с прибитой к ним обшивкой. Доски в опалубке должны быть подогнаны одна к другой, чтобы не допустить утечки цемента.
Укладку бетона ведут в опалубке, очищенной от мусора и стружки и обильно смоченной водой (чтобы не расходовалась влага жидкого бетона), слоями не более 15 см, разравнивая лопатой и трамбуя штыкованием. Бетон в армированный фундамент желательно залить в один прием. Если все же необходим перерыв в бетонировании, нужно сделать вертикальный рабочий шов в местах наименее значимых для вертикальной перерезающей силы (на опорах). Неармированные фундаменты допускается бетонировать с перерывами, оставляя горизонтальные швы. Жесткий бетон трамбуют до тех пор, пока поверхность его не заблестит от выступившей влаги (цементного молока). Одновременно следует простукивать опалубку снаружи, чтобы бетон лучше проник в мелкие пустоты между арматурой и опалубкой. Заглаживание поверхности выполняют с помощью бруска, который перемещают по верхним доскам опалубки.
Каменная кладка фундаментов из кирпича, бута и пустотелых блоков предусматривается в конструкциях, работающих на сжатие, в основном для утепленных ленточных фундаментов.
Довольно часто приходится сталкиваться с ситуацией, когда для экономии строительных материалов прибегают к устройству искусственного основания - песчаных подушек. Хотелось бы предостеречь читателя, использование глубокой подстилающей песчаной подушки под подошвой фундамента предполагает ее механическое уплотнение. Толщина песчаной подушки подбирается по расчету. При устройстве подушки непучинистый материал отсыпается слоями толщиной не более 20 см и уплотняется катками или площадочными виб­раторами давлением не менее 1,6 т/м3 (1600 кг/м3). То есть для утрамбовки десятисантиметрового слоя песка нужно приложить силу 160 кг/м2. Механическое уплотнение песка предполагает придать этому грунту плот­ность близкую к природной. Помните, выше уже говорилось, что фундамент нужно ставить на грунты есте­ственного уплотнения, т.е. на материк? Уплотнение глубокой песчаной подсыпки должно быть произведено таким образом, чтобы за короткий срок достичь той плотности, которой природа достигала тысячелетия.
Без анализа состояния грунтовых вод и предупреждающих мер песчаная подушка под подошвой фундамента может быть заилена миграцией воды. В результате слабопромерзающий и слабопучинистый песчаный грунт будет превращен в пучинистый.
Самодеятельные строители совершают ошибку, уплотняя песок проливкой водой, или совсем не уплотняя. В результате вместо экономии средств получается фундамент с непредсказуемыми характеристиками. Проливка подготовки водой ведет к разжижению грунта основания и изменению его прочностных характеристик. Автор может привести сотню примеров, когда построенные на таких фундаментах дачи, бани, гаражи и пр. здания "трещат по всем швам". Если все же решитесь делать глубокую песчаную подсыпку без механического уплотнения, а с проливкой, то проливайте песок хотя бы цементным молоком.
Фундаменты с глубокой песчаной подготовкой строились и будут строиться, но эти фундаменты рассчитываются специалистами и строятся с применением механических трамбовок. Если вы уверены, что сможете уплотнить песчаную подготовку почти до природной плотности, то вам посвящается следующая глава. Нижеприведенные фундаменты разработаны Центральным научно-исследовательским, экспериментальным и проектным институтом по сельскому строительству (ЦНИИЭПсельстроем) Министерства сельского строи­тельства СССР. Конструкции этих фундаментов закреплены в нормативном документе ВСН 29-85 (ведомственные строительные нормы) и ТСН 50-303-99 (территориальные строительные нормы). Поскольку документ написан нормальным языком, мне не остается ничего другого, как процитировать его основные положения.