Консультации строителя онлайн.
Как выбрать подходящий тип фундамента для постройки дома.
Фундамент нового здания является самой ответственной его частью, правильное проектирование и строительство которого является гарантией долговечности постройки. Основные задачи фундамента здания:
Как известно, существуют большое разнообразие типов фундаментов. Как же выбрать правильную конструкцию фундамента? Правильно выбранный фундамент должен быть экономически и технологически оправдан в строительстве, быть безопасным, и обеспечивать стабильное положение здание на протяжении всего строка строительства и эксплуатации.
Основным фактором правильного выбора фундамента являются свойства подлежащего грунта, рельеф местности и условия окружающей среды (сезонные колебания температур воздуха и грунта, воздействие поверхностных и грунтовых вод, ветров и осадков) определяющие, какие нагрузки и воздействия будут действовать на единую систему, включающую грунтовое основание, фундамент и возведенные на нем конструкции. Выбранная конструкция фундамента должна предусматривать минимальное изменение положения фундамента и дома при изменении свойств подлежащего грунта, как при высыхании, так и при насыщении его водой, как при замораживании грунта, так и после его размораживания, при воздействии вод, ветра и осадков.
Оценка свойств подлежащего грунта для выбора типа фундамента
Прежде чем принимать решение о выборе типа фундамента необходимо получить представление о свойствах подлежащего грунта на месте постройки дома. Необходимо выяснить состав грунтов на глубинах до 3-х метров, определить их несущую способность, выявить возможную неоднородность слоев грунта, определить наличие грунтов, которые могут быстро или постепенно значительно сжиматься под нагрузкой либо при обводнении, степень увеличения объема грунтов при замерзании (пучинистость). Необходимо выяснить глубину залегания грунтовых вод и возможности массированного поступления поверхностных вод или осадков. Также необходимо предусмотреть возможность подвижки грунтов при строительных работах по соседству, либо при сползании слоев грунта по склонам, возможность размыва и выветривания грунтов, наличия полостей или других скрытых опасностей в грунте. Только собрав все эти данные, можно объективно подойти к выбору надежного типа фундамента.
Основные виды грунтов и выбор подходящих типов фундаментов
Пригодность грунта для использования того или иного типа фундамента складывается из возможности воспринимать нагрузки от здания, передаваемые через фундамент без существенного изменения объема и физических свойств. Большое значение имеет изменение свойств грунта при водонасыщении и замерзании. Чем меньше изменяется объем и несущая способность грунта при попадании в него воды, чем меньше воды удерживает грунт, чем быстрее он способен от нее освободиться, чем меньше расширяется при замерзании – тем грунт пригоднее для строительства.
Скальные, крупнообломочные, песчаные грунты – скала, валунный грунт, галечниковый, щебенистый, гравийный, дресвяный, гравелистый и крупный пески – малосжимаемый под нагрузкой, обладают хорошими дренажными свойствами и минимальным потенциалом расширения (до 3,5%) как по горизонтали, так и по вертикали при промораживании.
Если к скальному грунту примешиваются органические осадочные породы (илистый гравий, илистый песок), то такие скальные грунты приобретают средний потенциал подъема при замерзании (3,5-7%), при сохранении хороших дренажных свойств и минимальном потенциале горизонтального расширения при замерзании.
При смешении скальных пород с глиной, которая обладает свойством хорошо удерживать в своей структуре воду, такие грунты (глинистый гравий, песчано-глинистая гравийная смесь, глинистые пески) сохраняя небольшой потенциал горизонтального расширения при замерзании, также приобретают средний потенциал подъема при замерзании (3,5-7%) и посредственные дренажные свойства.
При уменьшении фракции минерального заполнителя грунта ухудшаются и его механические свойства. Пылеватый и мелкий песок, мелкий глинистый песок, глинистый суглинок с умеренной пластичностью приобретают высокий потенциал подъема при морозном пучении (более 7%), при посредственных дренажных свойствах
Скальные крупнообломочные и песчаные грунты допускают широкое применение поверхностных и малозаглубленных типов фундаментов. Использование на скальных грунтах заглубленных типов фундаментов чаще всего технологически и экономически неоправданно.
Глинистые грунты из-за своей мелкочешуйчатой структуры способны удерживать значительное количество воды, обладают посредственными или плохими дренажными свойствами и существенным потенциалом подъема при замерзании. Кроме того, глинистые грунты обладают длительными (годы) периодами осадки под нагрузкой от здания. Также глинистые грунты способны уменьшаться в объеме при высыхании в жаркое и сухое время года, при изменении уровня грунтовых вод, при росте крупных лиственных деревьев, испаряющих много влаги из грунта.
Так, низко- и средне пластичные глины, гравелистые глины, илистые глины, песчанистые глины и тощие глины обладают посредственными дренажными свойствами и средним потенциалом подъема и расширения при замерзании.
Пластичные и жирные глины крайне плохо дренируются, обладают средним потенциалом подъема и высоким горизонтальным потенциалом расширения при замерзании.
Глинистые грунты требуют использования либо заглубленный ниже уровня промерзания фундаментов, либо использования малозаглубленных и поверхностных фундаментов в сочетании с хорошим дренированием и утеплением грунта, способных уменьшить потенциал пучения этих грунтов.
Илистые неорганические и органические илистые грунты, торф и сапропель характеризуются самой плохой несущей способностью, плохими дренажными свойствами и существенным потенциалом подъема и расширения при замерзании.
Строительство на таких грунтах возможно с помощью замены или постоянной пригрузки сжимаемого грунта, прорезания толщи грунта сваями или заглубленными фундаментами при условии устройства хорошего дренирования и утепления грунтов.
Выбор типа фундамента исходя из пучинистости грунта
Практически непучинистые грунты (твердые глинистые грунты, мало водонасыщенные гравелистые, крупные и средние пески, мелкие и пылеватые пески, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15 % по массе частиц мельче 0,05 мм. Крупнообломочные грунты с заполнителем до 10 %) позволяют устраивать сборные фундаменты из несвязанных между собой элементов: фундаментных блоков, стоек.
Слабопучинистые грунты (полутвердые глинистые грунты, средне водонасыщенные пылеватые и мелкие пески, крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым, песком мелким и пылеватым) от 10 до 30 % по массе) допускают использование сборных фундаментов, элементы которых укладываются на подушку из непучинистых материалов, и связываются между собой выпусками арматуры, а швы замоноличиваются. Поверх сборных фундаментов требуется устраивать монолитные железобетонные пояса.
Среднепучинистые грунты (тугопластичные глинистые грунты. Насыщенные водой пылеватые и мелкие пески. Крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) более 30 % по массе) требуют устройства монолитных железобетонных фундаментов.
Сильно и чрезмерно пучинистые грунты (Мягкопластичные глинистые грунты. Насыщенные водой пылеватые и мелкие пески) требуют устройства монолитных железобетонных фундаментов на подушке из непучинистых материалов, с устройством дренирования грунта и водоотведения, с утеплением фундамента и грунта, с усилением стен армированными железобетонными поясами (при строительстве из каменных стеновых материалов).
Структура залегания грунтов и подходящие виды фундаментов
Глубокий однородный слой твердого скального, крупнообломочного, песчаного грунта, либо однородный глубокий слой слежавшегося грунта позволяют использовать все виды поверхностных, малозаглубленных и заглубленных фундаментов исходя из технологической и экономической целесообразности. Для легких конструкций (каркасные, щитовые, деревянные малоэтажные дома) допустимо использовать сборные фундаменты. Для массивных каменных домов лучше использовать монолитные железобетонные фундаменты различного вида (плиты, решетки, ленты).
Слой мягкого сжимаемого грунта на твердой основе потребует прорезания верхнего ненадежного слоя грунта сваями или заглублением ленточного или плитного фундамента до твердой основы.
Слой мягкого сжимаемого грунта на мягкой основе потребует использования для легких зданий поверхностных плавающих видов фундаментов, таких как плитный фундамент, ленточный фундамент на бетонной подушке с возможной предварительной пригрузкой мягкого грунта слоем песка или песчано-гравийной смеси. Для тяжелых каменных домов потребуются глубокие забивные сваи, заглубленная монолитная железобетонная плита или кессонный фундамент.
Перемежающиеся слои твердого и мягкого грунта для легких задний потребуют использования поверхностных плавающих видов фундамента (плита, лента на широкой монолитной бетонной подушке), либо прорезания слоев мягкого грунта с опорой на твердые слои с помощью заглубленных фундаментов (сваи, заглубленная лента, заглубленная плита или кессонный фундамент).
Насыпные грунты. Насыпи требуют послойного (слоями до 20 см) уплотнения при укладке. Если уплотнения не производить, то, при строительстве фундаментов с опорой на насыпь придется ожидать сроков самоуплотнения насыпей: щебеночные (крупнообломочные) и песчаные насыпи самоуплотняются за 3 - 12 месяцев, глинистые – за 24 - 60 месяцев. Срок самоуплотнения песчаных отвалов и свалок – от 24 до 120 месяцев, каменистых крупнообломочных – 12 - 60 месяцев, глинистых – 120 – 360 месяцев.
Выбор типа фундамента исходя из рельефа местности
Движения подлежащего под фундаментом грунта могут быть вызваны особенностями рельефа местности. На участке с уклоном рельефа при глинистых или мелкопесчаных грунтах всегда существует тенденция сдвига верхних слоев грунта вниз по склону.
При строительстве на склоне могут понадобиться меры по закреплению грунтов, отводу грунтовых и ливневых вод и устройству хорошего дренажа грунта вокруг здания. Высокий уровень грунтовых вод может значительно ухудшить прочность грунтов – особенно глинистых. Несущая способность фундамента на склоне может быть меньше из-за меньшего сопротивления грунтов с одной из сторон фундамента. Чем больше угол склона, тем меньше несущая способность грунтов.
Международный строительный код (раздел R403.1.7 IBC/IRC-2012) вводит следующие ограничения на строительство зданий вблизи склонов с уклоном более 33,3% (соотношение длины и высоты склона меньше, чем 3 к 1): Крайние точки фундамента должны быть расположены на расстоянии от вершины уклона не менее, чем на 1/3 всей высоты склона, но не менее чем в 12 метрах от края склона. Дом под склоном может быть расположен не ближе чем ½ высоты склона, но не ближе 4,5 м к склону.
Фундамент на территории, прилежащей к склону допускается устраивать только на слежавшихся плотных грунтах, с достаточным расчетным сопротивлением нагрузке, как по вертикали, так и по горизонтали, что должно исключить крены и смещения основания здания. Минимальная высота надземной части фундамента должна быть выше бордюрного камня на улице или положения люка водозабора ливневой канализации как минимум на 305 мм + 2%.
Для всех типов рельефа подойдет свайный фундамент, где головы свай жестко защемлены в монолитном железобетонном ростверке, придающем жесткость всей конструкции и снижающим вероятность подвижки отдельных свай.
Монолитный железобетонный ленточный фундамент, где основание находится в горизонтальной плоскости или ступенчатый ленточный фундамент можно устраивать на ровных пологих уклонах.
Поверхностную монолитную железобетонную плиту можно устраивать на пологих ровных уклонах при условии предварительного террасирования и выравнивания в горизонт строительной площадки.
Обзор применимости самых распространенных типов фундаментов.
Поверхностный столбчатый фундамент (поверхностные опоры): используется на непучинистых или слабопучинчитых твердых грунтах на ровной поверхности для легких неответственных сооружений (каркасные, щитовые, деревянные).
Малозаглубленный ленточный фундамент: используется при удовлетворительных механических свойствах поверхностных слоев грунта, при условии однородности подлежащих грунтов, отсутствии скрытых полостей, возможностей просадок, размывов, выветривания, сползания слоев грунта при обеспечении дренирования грунта и его утепления для снижения сил морозного пучения. Может использоваться на ровных пологих склонах. При слабой несущей способности грунтов устраивается поверх широкой железобетонной подушки. Подходит как для легких малоэтажных конструкций, так и для домов из массивных материалов.
Заглубленный ленточный фундамент: используется при залегании грунтов с удовлетворительными механическими свойствами на глубинах до 2-х метров, на сильно и чрезмернопучитнистых грунтах. Может использоваться на ровных пологих склонах. При слабой несущей способности грунтов устраивается поверх широкой железобетонной подушки. Подходит как для легких малоэтажных конструкций, так и для домов из массивных материалов. Имеет те же ограничения, что и малозаглубленный ленточный фундамент.
Фундамент поверхностная или малозаглубленная монолитная железобетонная плита: используется на пучинистых, слабонесущих грунтах, грунтах с высоким уровнем грунтовых вод, на пологих склонах при условии террасирования склона и выравнивания площадки строительства. Утепленные варианты фундамента рекомендуется для строительства домов по стандартам энергоэффективного и пассивного дома. Обеспечивает лучшую защиту от проникновения в дом радиоактивных почвенных газов (при условии выполнения мероприятий по защите дома от радона). В варианте с постоянной пригрузкой грунта может быть использован для строительства на сжимаемых органических грунтах, в случаях, когда невозможно выполнить свайный фундамент из-за большой глубины залегания органических грунтов.
Фундамент заглубленная монолитная железобетонная плита используется в случаях, когда необходимо опереться на глубже залегающие слои грунта с удовлетворительными несущими свойствами с одновременным устройством цокольного этажа или подвала. Не рекомендуется для строительства при высоком уровне грунтовых вод, на склонах.
Свайный фундамент используется в случаях, когда необходимо прорезать грунты с неудовлетоврительными свойствами и опереться на глубжезалегающие грунты с требуемыми свойствами. Также сваи можно использовать в случаях, когда толща сжимаемых грунтов обладает достаточной связностью и толщиной, чтобы адекватно воспринимать нагрузку от свай через силу трения их боковых поверхностей. Свайные фундаменты могут применяться чтобы минимизировать воздействие сил морозного пучения, свести к минимуму последствия движения грунтов в результате набухания или усадки почвы вблизи поверхности, для того чтобы противостоять воздействию поверхностных вод (паводки, прибой), сползанию слоев грунта по склонам.
Андрей Дачник
