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

Фундаменты для малонагруженных сооружений

Сначала небольшое отступление. Приведенные ниже конструктивные узлы фундаментов не означают, что это единственно правильные решения, что строить нужно только так и никак иначе. А все фундаменты, описанные в предыдущей главе, никуда не годятся. Наша страна так широка, что занимает несколько климатических поясов, а геология грунтов самая разнообразная. По­этому, моей целью не было и не будет навязывание, какого-либо конкретного универсального конструктивного решения. Универсального фундамента, отвечающего всем требованиям, и пригодного для любой климатической зоны и любого типа грунтов, не существует. Целью является донести, по мере моего примитивного понимания, суть процессов, связанных с системой "грунт - фундамент". Читатель же сам додумает конструктивную схему фундамента или другого строительного узла применительно к своей ситуации и своим финансовым возможностям.
Первому и второму условиям, обеспечивающим оптимальную площадь опирания фундамента на грунт при минимальной боковой поверхности, отвечают столбчатый фундамент круглого сечения либо глубоко погруженная свая.
  Свайные фундаменты глубокого заложения мы рассматривать не будем. Свая, погруженная ниже глубины промерзания таким образом, что силы трения на боковых поверхностях ее нижнего конца, находящегося в непромерзаемой зоне, компенсируют суммарные касательные силы, направленные на выдергивание, фундамент несложный, но для самодеятельного строителя вряд ли выполнимый. Хотя, для энтузиастов, можно порекомендовать СНиП 2.02.03 - 85 "Свайные фундаменты".

Буронабивные фундаменты

Более простым в исполнении и одним из самых дешевых по стоимости выступает столбчатый фундамент круглого сечения, чаще всего именуемый буронабивным. Этот фундамент является логическим завершением семейства столбчатых фундаментов, рассмотренных в предыдущей главе. Круглое сечение фундамента обес­печивает минимальную боковую поверхность при максимальной площади опоры.
Под фундамент (рис. 13) ручным или механическим буром делают отверстия в грунте глубиной ниже расчетной глубины промерзания. Диаметр скважин определяют по расчету, т.е подбирают таким, чтобы сумма площадей всех скважин отвечала первому предельному состоянию грунта. В пробуренные скважины вставляют асбестоцементные трубы и для обеспечения вертикальности временно раскрепляют их деревянными клиньями. Диаметр труб выбирается произвольно (какие найдете), но не менее 100 мм. Материалом труб может быть асбестоцемент или толстостенная сталь. Трубы перед погружением в скважину должны быть обмазаны горячей битумной мастикой или "забинтованы" двумя - тремя слоями армированного во­достойкого скотча. Применение скотча более технологично и эффективно.
Гидроизоляция обеспечит прерывание капиллярного подсоса влаги, содержащейся в грунте, к боковым поверхностям фундамента. Например, все видели кирпич, случайно оставленный на поверхности земли. Пропитываясь влагой, исходящей от грунта и осенними дождями, он намертво вмерзает в землю с приходом морозов. Происходит это потому, что вода, находящаяся и в грунте, и в порах кирпича, сообщается между собой, с наступлением холодов вода замерзает, образуя единый монолит. Кирпич, случайно оставленный на улице, но лежащий на куске пленки или листе железа, либо на чем-то другом, тоже примерзает, но сцепление его с посторонним предметом заметно слабее.
Таким образом, гидроизоляция фундамента многократно снижает вероятность смерзания грунта и фундамента в единый монолит, и следовательно, вероятность выпучивания.
Затем внутрь трубы заливают бетонную смесь примерно на одну треть ее высоты. Трубу приподнимают, бетонная смесь из нее выходит и образует уширенное основание фундамента. Трубу следует приподнять до требуемой проектной высоты, обычно обозначенной натянутым шнуром. Затем в асбестоцементную трубу погружают вертикальную арматуру. Если труба тонкая, втыкают один стержень диаметром 16-20 мм посредине, если диаметр трубы побольше, вставляют три или четыре стержня диаметром 6 - 8 мм.
Фундамент при центральной нагрузке работает на сжатие и вертикальная арматура в нем не нужна, но при применении относительно тонких труб увеличивается вероятность внецентреннего сжатия, т.е может появиться изгибающий момент. Неармированный фундамент будет переломлен, как спичка даже незначительным по весу зданием. Поэтому, чем тоньше будет труба, тем больше должен быть диаметр арматуры.Арматуру лучше применять рифленого профиля или нужно загибать концы на гладкой.
 При установке арматуры в свежий бетон постарайтесь не проткнуть бетонную смесь насквозь. Нижний конец арматуры должен быть защищен двухсантиметровым слоем бетона, иначе арматура войдет в грунт, начнет коррозировать и, возможно, через несколько лет под действием блуждающих токов сгниет полностью.
При применении в качестве неснимаемой опалубки стальных толстостенных труб вертикальное армирование не обязательно. В этом случае изгибы столба фундамента будут держать стенки стальной трубы.
После установки вертикальной арматуры частями добавляют в трубу бетонную смесь и уплотняют ее штыкованием. Смесь в трубу подается в таких объемах, чтобы ее можно было спокойно проштыковать. Штыкование обычно делают с помощью лома, а в более глубоких скважинах куском длинной арматуры. Главное, не должно быть перерыва в бетонировании, при любых обстоятельствах заливка одиночного фундамента должна быть завершена в один прием, т. е. перекур в работе исключается. В заключение в верхнюю часть фундамента (в бетонную смесь) вставляется анкерный болт или стальная проволока, и бетон доливается до верха трубы. Эти закладные детали потребуются для крепления обвязки цоколя.
Другой метод установки фундамента заключается в следующем. В пробуренную скважину по лотку опускается бетон и формируется подушка фундамента. Затем в свежий бетон устанавливается труба и раскрепляется деревянными клиньями. Все остальное дела­ется по первому варианту. Обратите внимание, бетон не сбрасывается в яму, а опускается по лотку, иначе он расслоится и не достигнет расчетной прочности. Толщину подушки нужно контролировать заранее приготовленной рейкой с начерченными рисками, например, с шагом в пять сантиметров. 

   В обоих вариантах нужно контролировать вертикальность установки трубы. Это делается строительным уровнем путем прикладывания его к перпендикулярным боковым поверхностям. Чем вертикальнее будет стоять труба, тем меньше вероятность возникновения в фундаменте изгибающих напряжений. Они там и так появятся от веса здания, не нужно добавлять лишние от собственной небрежности.
При выборе диаметра скважины и диаметра трубы нужно учесть, что подушка фундамента работает не полным сечением. Нагрузка в фундаменте из бетона распределяется под углом 45°, а из бутобетона — 33° (рис. 13 д, е), поэтому нужно обеспечить такую высоту подушки, чтобы выполнялись эти условия. Другими словами, при увеличении консоли подушки фундамента больше чем требует угол распределения напряжения, "лишняя" часть просто обломится. В этом случае подушка нуждается в армировании. При армировании подушки (рис. 13 ж) возникает сложность с обеспечением нижнего двухсантиметрового защитного слоя. Скважина узкая и глубокая, как туда положить арматуру? Арматурный каркас вяжется на поверхности, для формирования защитного слоя бетона нужно привязать к нему стальные вертикальные коротыши с длиной нижней части в два сантиметра. Сначала в скважину опускается первая часть бетонной смеси (одна - две лопаты) и разравнивается длинной палкой. Затем на проволочном крюке осторожно опускаем арматурный каркас, выравниваем его палкой и заливаем бетонной смесью.
После схватывания бетона фундамента необходимо произвести засыпку пазух скважины. Лучше всего сделать это непучинистым грунтом: крупно- или среднезернистым песком. Вернемся к примеру с кирпичом. Если кирпич не просто лежит на земле, а хотя бы частично погружен в грунт, то будь он обнаженным или завернутым в пленку, он все равно вмерзнет в грунт намертво. Будь даже вместо кирпича стальной лом, кото­рый никак не заподозришь в капиллярном подсосе воды, эффект будет тот же. В этом случае наблюдается зажим постороннего предмета вследствие увеличения объема грунта из-за мо­розного пучения. Но если грунт вокруг постороннего предмета частично заменить на менее плотный, т.е. обладающий большим количеством пор, то морозная хватка грунта заметно ослабеет. Силы морозного пучения будут сжимать поры более рыхлого грунта (заодно отжимая из него воду) и дойдут до тела фундамента ослабленными. Чем толще будет боковая засыпка фундамента, тем меньшие сжимающие напряжения будет испытывать фундамент, и следовательно, тем меньше будет вероятность выпучивания.
Еще более надежный, но более дорогой фундамент можно получить, используя утеплитель (рис. 14). В настоящее время имеется целое семейство жестких утеплителей на основе пенополистирола, эти утеплители наклеиваются или закрепляются на гидроизоляцию фундамента без дополнительной защиты. То есть просто крепятся к телу фундамента и засыпаются грунтом. Сделав утепленный фундамент, мы ко всем, выше перечисленным преимуществам буронабивного фундамента, добавляем еще одно: фундамент никогда не примерзнет к грунту. А сам жесткий пенополистирол является хорошим амортизатором для сжимающих сил пучения. Кроме того, в пазухах фундаментов может произойти заиливание крупноскелетного непучинистого грунта миграцией подземных вод и превращение его в пучинистый, что в принципе невозможно для жесткого пенополистирола.
Итак, мы получаем фундамент, отвечающий всем требованиям для малонагруженных зданий: площадь опоры достаточна для передачи веса здания на грунт; площадь боковой поверхности фундамента, находящейся в зоне промерзания, сведена до разумного минимума; касательные силы морозного пучения уменьшены за счет изолирования фундамента водостойким армированным скотчем и прослойкой дренирующего непучинистого грунта.
Еще один вариант фундамента делают при отсутствии труб: скважины просто забивают бетонной смесью, добавляя небольшие камни, кирпичный лом и т. п. Такой вариант возможен, но необходимо здесь учесть одну неприятную перспективу. Часто такой столб получается с уширением вверху (рис. 13 г) из-за разработки грунта буром. Такое уширение опасно, и опасность состоит в том, что зимой промерзающий грунт, действуя на уширенную часть, выталкивает столб из грунта или разрывает его. Избежать уширения головы фундамента можно благодаря снимаемой или неснимаемой опалубке, установленной вверху скважины по ее диаметру. Проще всего опалубку сделать из кровельной жести. Можно установить перевернутое ведро с отрезанным днищем или свернуть рулон из рубероида.
Бетонную смесь для таких фундаментов нужно делать на мелком щебне или гальке. Смесь готовится повышенной пластичности (густота кефира), иначе не избежать раковин в теле бетона. Очень часто, в популярной строительной литературе для приготовления растворной или бетонной смеси описывается один и тот же рецепт. Что-то там надо насыпать горкой, перелопатить, сделать ямку и налить воды или полить из лейки, опять перелопатить. Так вот, раствор, а тем более бетон так не делается. Перелопачивание сухой смеси в больших объемах занятие не из легких, если будете следовать тем "инструкциям" — кровь носом пойдет или на следующий день не сможете поднять рук. Посчитайте, плотность бетона 2,4 т/м3, чтобы размешать полкуба бетона (а нам нужно значительно больше), надо неоднократно перелопатить примерно 1 тонну сухой смеси, по­том добавить воды и перемешать уже 1,2 тонны вязкой смеси. Такая инструкция годится только для бетономешалки, а не для человеческих рук.
Прежде всего, нужно обзавестись емкостью необходимого объема (рис. 15). Желательно, иметь емкость без внутренних углов. Например, в растворных ящиках, применяемых на стройке, размешивать раствор или бетон неудобно: в них слишком много углов. Идеальный вариант: найти чан из старых хлебопекарен, он достаточно объемен и не имеет ни одного угла. Можно найти стальную кормушку с фермы крупного рогатого скота, в ней тоже мало острых углов. Емкость можно изготовить из стальной бочки, разрезав ее пополам по вертикали. Любую из этих емкостей легко опрокинуть, что очень удобно при заливке бетоном ленточных фундаментов или полов. Второе, нужно найти панцирную сетку от старой кровати. Сетка с мелкой ячейкой пригодится для просеивания песка от камней при приготовлении раствора. Сетка с крупной ячейкой пригодится для отделения мелкой фракции щебня от крупной, а нам как раз и нужна мелкая фракция. Третье, черенки совковых лопат нужно обить кровельной жестью, а лучше приварить лопату к стальной трубе. Тогда лопату можно будет опирать в кромку растворной емкости,и орудовать ею, как рычагом. Размешивать смесь станет гораздо легче. А еще лучше, запастись парой старых тяпок или мотыжек для окучивания картошки и с их помощью готовить смесь. Как это делается? Попробуете и все поймете.
Пропорции материалов, необходимых для приготовления бетона, описывать не буду, на этот счет и так достаточно литературы, а сразу перейду к технологии. Сначала в емкость наливается вода. Затем высыпается цемент и все это размешивается тяпками до получения цементного молока. Далее, небольшими порциями, поочередно или по отдельности, в молочко засыпается песок и щебень, каждая порция перемешивается и так продолжается до тех пор, пока не будут соблюдены требуемые пропорции. Уверяю вас, операция будет ме­нее трудоемкой и более спорой.
На практике редко выдерживаются строгие пропорции, и чаще всего на два ведра воды высыпается мешок цемента, песок и щебень досыпают, пока не получится требуемая консистенция. Если идут затяжные дожди, норму воды уменьшают до полутора ведер, т.к. песок имеет повышенную влажность. Если стоит засуха, увеличивают до двух с половиной ведер. Если хотят снизить марку раствора или бетона, то в воду высыпают не полный мешок цемента, а только половину или три четверти.
Нужно развеять еще один миф о "застывании" или "высыхании" бетона. Бетон не застывает и не высыхает, он схватывается. Схватыванием бетона называют сложную вялотекущую химическую реакцию с участи­ем воды. Бетонная смесь возьмет ровно столько воды, сколько ей нужно для химической реакции. Если воды будет слишком много, бетон ее выдавит на поверхность. Если воды слишком мало, бетон ее будет, как губка, подсасывать откуда угодно: из грунта, из досок опалубки, из воздуха. Бетон сосет воду всю жизнь, потому что схватывание продолжается десятилетиями.
В жаркую погоду рекомендуется накрывать бетон сырой мешковиной и поливать. Иначе солнце испаряет воду быстрее, чем она вступит в реакцию, обезвоженный бетон начинает искать воду в атмосфере, в нем возникают внутренние сжимающие напряжения и он растрескивается. Однако излишняя влага тоже опасна, вместе с выдавленной водой может вытечь и цементное молоко. Бороться с этим нужно обиванием внутренней поверхности опалубки пленкой или рубероидом, чтобы не было щелей. При зимнем бетонировании бетон накрывают утеплителем, опять же из-за того, что вода не успевает вступить в реакцию и замерзает. В результате бетон шелушится. И все-таки лучше перелить воды в смесь, чем не долить. Подвижная смесь более удобоукладываемая, чем жесткая, со щелями в опалубке и трещинами на поверхности бетона от солнечных ожогов можно бороться, а лишняя вода будет выдавлена и испарена.
При нормальном водоцементном отношении бетон наберет 50% процентов проектной прочности через трое суток, 75% - через восемь суток, 90% - через двадцать восемь суток. Последующий набор прочности идет годами, примерно через три года бетон набирает 100% прочности, но процесс при этом не останавливается, при благоприятных условиях он и далее будет набирать прочность (иногда столетиями), при неблагоприятных начнет разрушаться.
На третьи сутки можно нагружать столбчатый фундамент: устанавливать балки цоколя, нижний венец сруба или балки нижней обвязки каркаса (рис. 16). Для того чтобы правильно заармировать монолитную железобетонную балку обвязки, проведем небольшую экс­курсию в область строительной механики и сопротивления материалов.
Балка, опертая двумя концами на неподвижные опоры, под действием равномерной нагрузки q, направленной сверху, непременно прогнется вниз (рис. 17). В поперечном сечении балки возникнут растягивающие и сжимающие напряжения, которые достигают своего максимального значения на верхних и нижних гранях балки. При действии на балку нагрузки больше, чем максимально допустимая, происходит разрыв балки по нижней грани и смятие материала по верхней грани. Монолитный бетон, это искусственный камень, а камень хорошо работает на сжатие, т.е. его трудно раздавить, и плохо на растяжение (сдвиг), т.е. его несложно расколоть. Таким образом, при изготовлении балки ставится задача: максимально использовать преимущества камня — заставить его работать на сжатие и уменьшить его недостатки, — помочь ему лучше работать на растяжение. Это достигается двумя способами, которые могут быть при­менены в комплексе или по отдельности. Первый способ состоит в том, что нужно увеличить сжатую зону попе­речного сечения, т.е. увеличить высоту балки или при­дать ей Т-образную форму. Этим методом испокон веков пользовались древние строители до тех пор, пока не был изобретен железобетон. Суть второго метода — размещение в растянутой зоне стальных арматурных стержней. Сталь, в отличие от камня, лучше работает на растяжение. В идеале стальную арматуру нужно размещать в самой нижней части поперечного сечения, где возникают самые мощные растягивающие напряжения, но у стали есть крупный недостаток: она подвержена коррозии. Поэтому арматуру в балке располагают так, чтобы под ней оказался слой бетона толщиной не менее 2 см. Все дело в том, что даже хорошо армированная балка под действием нагрузки все равно получит прогиб. Этот прогиб будет незаметен для глаз, но в результате на нижней поверхности балки появятся микротрещины, в которые может попасть кислород и влага в виде паров. Если арматура будет расположена у нижней кромки, она начнет коррозировать и когда-нибудь сгниет полностью. Двухсантиметровый слой бетона защищает ее от этой напасти, т.к. микротрещины не развиваются на такую глубину. Концы арматуры также должны не доходить до края балки 2 см, но обязательно должны заходить на опору на расстояние в 10 см. Именно из этих критериев и выбирается длина опорной части балок.
Из всего вышесказанного делаем вывод: для правильного армирования балок нужно учитывать следующие критерии — величину нагрузки, длину пролета, высоту поперечного сечения. Для неподготовленного читателя рассчитать железобетонную балку будет крайне сложно, поэтому нужно будет обратиться к специалистам. Ес­ли же вы решитесь армировать балку без каких-либо расчетов, то придерживайтесь хотя бы основных постулатов:
1. Чем больше пролет балки и выше нагрузка, тем мощнее должна быть применена арматура;
2. Чем выше балка, тем тоньше арматура (но не всегда);
3. Рифленая арматура всегда лучше гладкой, т.к. лучше сцепляется с бетоном;
4. Рабочая арматура всегда располагается в растянутом сечении (в сжатом сечении она, чаще всего, совсем не нужна);
5. Рабочая арматура всегда должна быть целиковой (никаких сварок по длине, стык может быть только на опоре);
6. Толщина защитного слоя бетона не менее 2 см, со всех сторон;
7. Конструктивная арматура (хомуты) нужна только для связки рабочих арматурных стержней, чтобы они не "разъехались" при заливке бетона;
8. Рабочую арматуру и хомуты между собой лучше связывать тонкой проволокой, а не варить, т.к. сварка — это местный нагрев, ослабляющий арматуру;
9. Не нужно городить из арматуры "частокол", лучше установить в растянутой зоне два мощных рифленых стержня, чем десяток тонких или гладких. Одна из составляющих бетона — щебень, при большом количестве стержней бетон не сможет заполнить все полости.
Обвязку столбчатого буронабивного фундамента нужно постараться установить точно по центрам столбов, тем самым исключая их внецентренное сжатие и, как следствие, изгибающий момент.
Если в столбчатом буронабивном фундаменте не делать столбы, а сделать только заглубленную в грунт обвязку, то мы получим ленточный фундамент мелкого заложения.