Фундаменты



Типы фундаментов

Ленточный фундамент

Ленточный фундамент

Столбчатый фундамент

Столбчатый фундамент

Плитный фундамент

Плитный фундамент

Свайный фундамент

Свайный фундамент

Фундамент - подземная конструкция, которая воспринимает нагрузку от всех надземных частей здания и передает её на грунт. Глубиной заложения фундамента является расстояние от поверхности грунта до нижней плоскости фундамента - подошвы.

Существует четыре основных типа фундаментов - ленточный, столбчатый, свайный и плитный. Выбор того или иного типа фундамента зависит от множества факторов, поскольку конструкция эффективная в одних условиях, будет совершенно неэффективна в других.

Для выбора соответствующего типа фундамента необходимо учесть несколько ключевых факторов, а именно: вид залегаемых на участке грунтов, глубину промерзания грунта, этажность здания, режим его эксплуатации, материал стен и перекрытий, уровень грунтовых вод и их агрессивность.

Грунты определяют тип и конструктивные особенности фундамента. Для точного определения свойств, залегаемых на участке грунтов, лучше всего заказать геологические изыскания грунта специалистам. Для исследования грунтов на участке бурят несколько скважин и берут образцы грунта для лабораторных испытаний.

Затраты на данные исследования колеблются в значительных пределах 15-90т.р. в зависимости от региона и объема работ, но в большинстве случаев они окупаются, поскольку, с одной стороны позволяют избежать перерасхода материалов, а с другой - предотвратить ошибки при закладке фундамента. Это особенно важно при строительстве больших домов, когда общие расходы на строительство, материалоемкость и цена ошибки очень высокие, а стоимость геологических изысканий в общей смете не столь значительна.

С целью экономии, геологические условия иногда определяют на глаз, однако даже при наличии должного опыта такой подход не может отразить полной информации о грунтах. В первую очередь потому, что выемка грунта своими силами, как правило осуществляется на небольшой глубине до 2-3м, иногда этого недостаточно даже для обнаружения грунтовых вод. Напротив, профессиональное исследование предполагает бурение на глубину 6 - 15м, а так же лабораторный анализ грунта и грунтовых вод, что дает более точную оценку состояния грунтов и условий предъявляемых к фундаменту.

Если грунт достаточно плотный, он может служить надёжным основанием для ленточного фундамента тяжелого дома из кирпича или бетона. Подобные дома требуют фундамент глубокого заложения - ниже глубины промерзания. Кроме того ленточный фундамент необходим если в доме планируется подвал.

Небольшие каменные дома, легкие дома из бруса, каркасных систем, "дачные домики" допускают использование мелкозаглублённых монолитных ленточных или столбчатых фундаментов, что значительно снижает их стоимость.

В случае если на участке залегают подвижные неоднородные грунты, высокий уровень грунтовых вод, целесообразно устройство сплошного плитного фундамента, который еще называют плавающим. Такой фундамент способен перераспределять нагрузки между стенами и грунтом. Минусом этого типа фундамента является высокий расход материалов, и как следствие высокая стоимость.

Свайный фундамент способен решить проблему слабых оснований, когда несущей способности верхних слоев грунта недостаточно для устройства ленточного фундамента. В этом случае сваи за счет длины, могут достигать большей глубины, где залегает более плотный грунт. Возведение свайного фундамента вместо ленточного может оказаться экономически выгоднее, если в доме не планируется подвал. Правильно сконструированный свайный фундамент эффективно противостоит пучению грунтов.

Распространенной ошибкой устройства фундамента, особенно, когда дом возводится без проекта, является выбор материала для стен после того как фундамент уже построен. Его несущей способности может оказаться недостаточно, если вместо легкого материала будет использован более тяжелый. С другой стороны, ширина фундамента может оказаться меньше, чем это необходимо. По этим же причинам крайне не желательно покупать участок с готовым фундаментом. Даже если он подойдет по площади, его конфигурация жестко ограничит возможность перепланировки. Кроме того, будет затруднительно оценить качество фундамента такого типа.


Виды грунтов

Скальные грунты

Скальные грунты представляют собой единый массив скальных пород, обладают высокой прочностью и не сжимаются под нагрузкой. Служат надежным основанием под фундамент независимо от глубины заложения.

Крупнообломочные грунты

- состоят из раздробленных каменных пород различного размера, как мелкого так и крупного. Это могут быть валуны и гравий не менее 2мм в диаметре. Кроме них в составе грунта может присутствовать песчаный или глинистый заполнитель. Данные грунты не сжимаются, достаточно надежны, при небольшом количестве заполнителя. Крупнообломочные грунты делятся на три группы.

Классификация крупнообломочных грунтов
Разновидность Диаметр частиц Процент частиц по массе
Валунный > 200мм > 50%
Галечный > 10мм > 50%
Гравийный > 2мм > 50%


Песчаные грунты

Песчаные грунты состоят из несвязанных между собой частиц. В зависимости от размера частиц и их процентному количеству в объеме пески подразделяются на 5 видов приведенных в таблице. Пески гравелистые крупные и средней крупности легко пропускают воду, являются надежным грунтом. Мелкие и пылеватые пески за счет мелкопористой структуры плохо пропускают влагу и при увлажнении ведут себя подобно глинистым грунтам.

Классификация песчаных грунтов
Разновидность Диаметр частиц Процент частиц по массе
Гравелистый > 2мм > 25%
Крупный > 0,5мм > 50%
Средней крупности > 0,25мм > 50%
Мелкий > 0,1мм >= 75%
Пылеватый > 0,1мм < 75%


Глинистые грунты

Глинистые грунты состоят из мелких чешуйчатых пластин связанных между собой силами бокового сцепления. Имеют мелкопористую структуру, за счет чего хорошо удерживают воду. Глинистые грунты зачастую являются смесью глины с песком и в зависимости от преобладания глинистых или песчаных частиц делятся на три группы - глины, суглинки, супеси. Важный параметр глинистых грунтов - число пластичности, чем больше глины в составе грунта, тем больше его пластичность.

В случае отсутствия лабораторного заключения о типе залегаемых грунтов, приближенную оценку глинистого грунта можно провести в полевых условиях. Для этого из грунта скатывают небольшой шарик. Если грунт является супесью, то шар будет рассыпаться либо сразу, либо при нажатии на него. Суглинок скатается в шар, но при нажиме образует лепешку с трещинами по краям. Шар из глины будет сжиматься без образования трещин.

Классификация глинистых грунтов
Разновидность Число пластичности Процент глинистых частиц
Супесь 0,01 - 0,07 3-10%
Суглинок 0,07 - 0,17 10 - 30%
Глина > 0,17 > 30%


Свойства грунтов

Несущая способность грунтов

отражает какую нагрузку может выдержать грунт на единицу площади. При превышении этой нагрузки происходит разрушение грунта, сползание слоя и просадка фундамента. Чем плотнее грунт тем выше его несущая способность. На большой глубине плотность грунта обычно выше, чем у поверхности. Еще один важный фактор, влияющий на несущую способность грунта это влажность. Сухой грунт выдерживает гораздо большие нагрузки, чем влажный.

Расчетные нагрузки на грунт
Грунт Коэффициент пористости Сопротивление грунта кг\см2
Песок крупный < 0,55
0,55 - 0,7
6
5
Песок средней крупности < 0,55
0,55 - 0,7
5
4
Песок мелкий < 0,6
0,6 - 0,75
маловлажный - 4 влажный - 3
маловлажный - 3 влажный - 2
Песок пылеватый < 0,6
0,6 - 0,8
маловлажный - 3 влажный - 2
маловлажный - 2,5 влажный - 1,5
Супесь 0,5
0,7
сухая - 3 влажная - 3
сухая - 2,5 влажная - 2
Суглинок 0,5
0,7
1
сухой - 3 влажный - 2,5
сухой - 2,5 влажный - 1,8
сухой - 2 влажный - 1
Глина 0,5
0,6
0,8
1,1
сухая - 6 влажная - 4
сухая - 5 влажная - 3
сухая - 3 влажный - 2
сухая - 2,5 влажная - 1


Сжимаемость грунта

характеризует, на сколько сильно грунт способен сжиматься под нагрузкой. От сжимаемости грунта зависит осадка здания, а так же скорость этого процесса. К примеру, пески обладают малой сжимаемостью, и осадка зданий на них быстро прекращается. В свою очередь влажные глинистые грунты могут давать более длительную осадку.

Степень морозного пучения

При замерзании, грунт в котором содержится вода, увеличивается в объеме и чем больше воды в нем содержится, тем активнее идет процесс пучения. Таким образом, один и тот же грунт при разной влажности будет иметь различную степень пучинистости. С другой стороны, пучинистость зависит не только от влажности, но и от вида самого грунта.

Количество влаги в песчаном грунте характеризуется Коэффициентом водонасыщения - Sr. Аналогичным параметром у глинистых грунтов является Показатель текучести - IL. Мы не будем вдаваться в подробности расчета данных показателей, поясним лишь, что чем выше влажность грунта, тем больше их значения. На основании значений показателей IL и Sr для глинистых и песчаных грунтов определяют их степень пучинистости.

По степени пучинистости различают 4 типа грунта - непучинистый, слабопучинистый, среднепучинистый и сильнопучинистый.

Классификация пучинистости грунтов
Степень пучинистости Деформация пучения Виды грунтов
Непучинистый < 0,01
  • Глинистые при IL <= 0
  • Пески гравелистые, крупные и средней крупности,
  • Пески мелкие и пылеватые при Sr <= 0,6 а так же пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15% по массе частиц мельче 0,05 мм (независимо от значения Sr)
Слабопучинистый 0,01 - 0,035
  • Глинистые при 0 < IL <= 0,25
  • Пески пылеватые и мелкие при 0,6 < Sr <= 0,8
  • Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) от 10 до 30% по массе
Среднепучинистый 0,035 - 0,07
  • Глинистые при 0,25 < IL <=0,5
  • Пески пылеватые и мелкие при 0,8 < Sr <= 0,95
  • Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) более 30% по массе
Сильнопучинистый > 0,07
  • Глинистые при IL > 0,50
  • Пески пылеватые и мелкие при Sr > 0,95

Данные ГОСТ 25100-95 "Грунты. Классификация"

На основе данных приведенных в таблице следует вывод, что независимо от влажности, к непучинистым типам грунтов являются гравелистые, крупные и средние пески, а мелкие, пылеватые пески и все глинистые грунты имеют различную степень пучинистости, зависящую от влажности грунта.

В дополнение к данным таблицы поясним, что в гравелистых, крупных и средних песках закладка фундамента не зависит от глубины промерзания. В мелких, пылеватых песках и супесях с показателем текучести меньше 0, допускается закладка фундамента выше глубины промерзания, но только при условии, что от глубины промерзания до уровня грунтовых вод не менее двух метров. В остальных случаях фундамент следует закладывать ниже глубины промерзания.

Мелкозаглубленный фундамент
в пучинистом грунте

Мелкозаглубленный фундамент в пучинистом грунте

Get Adobe Flash player

Воздействие боковых касательных
сил пучения

Воздействие боковых касательных
сил пучения на ленту фундамента

Get Adobe Flash player

Сопротивление подошвы
касательному пучению

Сопротивление подошвы фундамента
касательному пучению

Get Adobe Flash player

Различают две ситуации воздействия сил морозного пучения на различные типы фундаментов. В первом случае, если фундамент залегает в пучинистом грунте в пределах глубины промерзания, то при пучении он вместе с расширяющимся грунтом поднимается вверх.

Но даже если фундамент залегает ниже глубины промерзания, то он все равно может подвергаться воздействию сил пучения, которые в данном случае будут касательными (боковыми). Давление грунта на стенки фундамента может быть очень значительным и при большой площади соприкосновения стенок с пучинистым грунтом, он может поднять фундамент только за счет сил бокового сцепления. Такой сценарий особенно вероятен для легких домов из дерева или на основе каркаса. Их масса, по сравнению с каменными домами невелика и загрузка фундамента недостаточна для компенсации касательных сил пучения.

При оттаивании грунт опускается, и фундамент оседает вместе с ним. Деформации грунта, как правило происходят неравномерно, действуя на разные части фундамента с различной силой. С течением времени эти процессы могут приводить к перекосам конструкции, и разрушению фундамента, который был спроектирован или возведен с ошибками.

Для уменьшения воздействия сил морозного пучения на фундамент, производят замену грунта на непучинистый. Под фундаментом устраивают уплотненную подушку из - крупного песка или песчано-гравийной смеси. Помимо сопротивления пучению, наличие подушки повышает несущую способность основания, уменьшает последующую осадку строения. Если требуется сократить касательные силы пучения, то для обратной засыпки так же используют непучинистый грунт. Касательные силы пучения будут оказывать меньшее воздействие, если стенки фундамента имеют гладкую поверхность. Наличие гидроизоляции на боковых стенках уменьшает сцепление грунта с фундаментом. Высокое сопротивление силам касательного пучения оказывает конструкция фундамента с монолитной расширенной нижней частью - подошвой. Это может быть как ленточный фундамент, так и столбы или сваи с расширением.

Еще один способ борьбы с морозным пучением это горизонтальное утепление грунта по периметру здания. Этот метод будет эффективен при условии, что дом отапливается и имеет утепленный снаружи цоколь. Дело в том, что под отапливаемым зданием промерзание грунта значительно меньше, чем на открытом воздухе. Если по периметру дома прокладывается слой утеплителя шириной 1-1,5м, то глубина промерзания в районе залегания фундамента сокращается. Соответственно уменьшается пучение грунта и нагрузки на фундамент.

Уровень грунтовых вод

Грунтовые воды непосредственно влияют на степень пучинистости грунта. Уровень грунтовых вод подвержен сезонным колебаниям, что необходимо учитывать при проектировании фундамента. В глинистых грунтах влага способна подниматься выше уровня грунтовых вод, за счет капиллярного эффекта. Поднятие воды в мелких песках может составлять 0,1-0,5м, пылеватых 0,5-2м, суглинках, 5-15м, в глинах 5-50м.

Чем ближе грунтовые воды к поверхности земли, тем сильнее будет степень пучения грунта, если только он не является непучинистым. При большом напоре грунтовых вод может происходить размывание грунта. Иногда грунтовые воды могут содержать агрессивные примеси, которые оказывают разрушающее воздействие на арматуру или бетон. В этом случае конструкции фундамента гидроизолируются в обязательном порядке.

В некоторых случаях, при высоком уровне грунтовых вод, для его понижения прибегают к устройству дренажа. Такие меры особенно актуальны при наличии подвала, а так же для снижения влажности грунта и уменьшения его пучинистости.