Устройство фундамента

Мероприятия, предшествующие определению нагрузки на фундамент

При строительстве дома вначале закладывается фундамент, через который на грунт передаются нагрузки от всего строения. Нагрузка на фундамент определяет стабильность, надежность и долговечность всего здания, поэтому, приступая к устройству фундамента, нужно соблюсти все технологические процессы. Правильный расчет нагрузки на фундамент позволяет избежать трещин и разрушений и обеспечить равномерную осадку зданий.

В основе всех домов лежит фундамент. От качества его строительства зависит стабильность, надежность и долговечность всего здания в целом.

Перед началом строительства дома нельзя обойтись без геологических работ на месте планируемого строительства, исследования грунт. К важным показателям относится показатель глубины залегания грунтовых вод и сезонного промерзания почвы. Эти показатели меняются в зависимости от регионов строительства. В московском регионе грунт промерзает на глубину 1,6 метра, на Юге России может быть менее 1 метра.

Следующий этап - нужно правильно рассчитать все нагрузки, которые через основание дома будут действовать на грунт.

Показатели грунта, важные для прочности фундамента

Основанием фундамента служит грунт. Самыми прочными считаются скальные породы.

Для грунта, который является основанием под строение, наиболее важны два показателя - прочность и несжимаемость.

Самые прочные - полускальные и скальные породы. Поэтому при устройстве фундамента деревянных домов котлованов не делают, а ограничиваются тем, что снимают просадочный верхний слой грунта.

Если дом закладывается в условиях непучинистых грунтов при их промерзании до 2 и более метров, следует рассчитать глубину котлована под фундамент в соответствии с расчетной глубиной промерзания почвы. Исключение - дома, которые эксплуатируются постоянно, но и при этом под фундамент роют котлован с глубиной не менее 0,5 метров.

С позиций промерзания следует учесть, что грунт бывает непучинистый и пучинистый (дисперсный).

Таблица видов грунтов и нагрузки на них.

Дисперсный грунт промерзает в морозные зимние месяцы, что вызывает деформации и изменения основания фундамента из-за нагрузок.

Поэтому основание котлована делают на уровне, который располагается ниже, чем глубина промерзания.

Если грунт непучинистый, деформация не происходит, но тем не менее можно несколько уменьшить осадку с помощью практически не сжимаемого материала (крупного строительного песка, в который вмешивается рыхлая горная порода - гравий) под основание.

Определение несущей способности грунта

Около 15-20 % затрат от строительства дома занимает обустройство фундамента.

Устройство фундамента любого дома составляет от 15 до 20% затрат на общую стоимость строительства. Причем чем глубже фундамент закладывается в грунт, тем выше стоимость проводимых строительных работ. Эта причина довольно часто заставляет большинство застройщиков поднимать подошву фундамента ближе к поверхности грунта. В таком случае необходимо правильно рассчитать возможности несущей способности грунтов. Расчет начинается после сбора и анализа информации о пористости грунта, которая обусловлена его сопротивлением и степенью влажности.

Важный показатель, который стоит брать в расчет - сейсмичность.

Одновременно возникающее давление вследствие статической нагрузки и вибрации снижает прочность грунта, вызывает псевдожидкое состояние. Расчетное сопротивление грунтов в зоне сейсмичности обычно увеличивают в 1,5 раза, что влечет за собой соответствующее увеличение площади фундамента строения.

Классификация нагрузок на фундамент здания

Схема классификации нагрузок на фундамент.

Все нагрузки условно делят на постоянные и временные.

К основным постоянным нагрузкам относят:

• вес всего здания, включая массу фундамента дома;
• эксплуатационные нагрузки (вес людей, мебели, оборудования).

Временные нагрузки чаще всего возникают сезонно:

• снеговая нагрузка, определяемая углом ската кровли и регионом строительства дома;
• ветровая нагрузка, зависящая от месторасположения строения: лесная или открытая местность, городская черта.

Расчет временных нагрузок проводится с учетом района строительства.

Расчет нагрузки с учетом площади основания

Таблица значений удельного сопротивления для различных грунтов.

Главное условие - нагрузка на 1 см грунта не должна быть выше критического значения сопротивления. Расчет сопротивления производят в зависимости от вида грунта:

• для гравелистых или крупных песков он составляет от 3,5 до 4, 5 кг/см²;
• для песков средней крупности - от 2,5 до 3,5 кг/см²;
• твердой глинистой почвы - от 3,0 до 6,0 кг/см²;
• мелких влажных песков - в пределах 2,0 - 3,0 кг/см²;
• пластичной глинистой почвы - от 1,0 до 3,0 кг/см²;
• мелких очень влажных песков - 2,0 -2,5 кг/см²;
• гальки, гравия, щебня - от 5,0 до 6,0 кг/см².

Давление на грунт под воздействием постоянных и временных нагрузок приводит к его сжатию. В результате этого начинается опускание фундамента, зачастую неравномерное, что приводит к появлению трещин и деформаций. Часто это следствие того, что было неправильно рассчитано давление нагрузок строительных конструкций.

Поэтому уже на стадии планирования строительства и калькуляции расходов нужно правильно подбирать материалы, в частности, учитывать удельный вес материалов, определяющих нагрузку.

Для бутового камня этот показатель определяется в пределах от 1600 до 1800 кг/м³, бутобетона и кирпича - в пределах 1800-2200 кг/м³, железобетона - кг/м³.

Таблица удельного веса стен из разных материалов.

Важно учитывать удельный вес стен, тоже определяемый материалами. Для деревянных каркасно-панельных стен удельный вес составляет от 30 до 50 кг/м², для брусчатых, бревенчатых - от 70 до кг/м².

При расчете чердачных перекрытий учитывают, что они могут оказывать давление в пределах 150-200 кг/м². Цокольные перекрытия могут иметь различный удельный вес, в зависимости от материалов он колеблется от 100 до 300 кг/м². Для железобетонных монолитных перекрытий показатель еще выше - до 500 кг/м².

Допустимые деформации строений и их превышение

Таблица показателей деформации зданий и сооружений.

Допустимые деформации жилого дома учитываются заранее, когда производится расчет общей нагрузки на основание.

Осадки, деформации фундаментов - неизбежное явление, величина которого регламентируется предельными значениями деформаций Приложением 4 СНиП 2.02.01-8.

Нарушение строительных норм наряду с неравномерной осадкой дома приводит к изменению положения дома или деформациям строения.

К распространенным деформациям дома относятся:

Прогиб и выгиб, возникающие при неравномерности осадки строения. При прогибе опасной зоной считается фундамент, при выгибе самой опасной становится кровля сооружения.

Сдвиг может быть результатом существенной просадки основания с одной стороны. Самый опасный участок - стена, располагающаяся в средней зоне.

Формы деформаций сооружений.

Крен происходит у зданий достаточно большой высоты, для которых характерна высокая степень изгибной жесткости. С ростом крена возрастает опасность разрушения здания.

Перекос возникает как следствие неравномерной осадки дома, которая приходится на определенный участок длинной стороны здания.

Горизонтальное смещение возникает, как правило, в районе фундамента или стен подвала чрезмерной горизонтальной загруженности.

При правильном расчете допустимых деформаций основания для гражданских многоэтажных и одноэтажных зданий максимальная осадка оснований должна находиться в пределах 8-12 см в зависимости от материалов каркаса.

Причины и способы устранения неравномерных осадок оснований

Схема причин деформации зданий.

Сложная деформация сооружения может наступить вследствие следующих причин:

• нарушение систем отопления, канализации, в том числе ливневой, водоснабжения, вызывающее вымывание грунта из-под основания дома;
• неоднородное основание, представленное пластами разной толщины или плотности;
• наличие подземных выработок;
• изменение уровня производственных или грунтовых подземных вод;
• повышение пористости грунта из-за перемещения его частиц при подмывании водяными потоками;
• избыточное увлажнение какой-либо части основания;
• излишнее удаление грунта при устройстве фундамента (выравнивающая подсыпка, заменяющая его, имеет более низкую прочность);
• наличие неравномерной нагрузки на основание;
• постройка отдельных частей здания в разные периоды времени;
• наличие в основании материалов, которые поддаются гниению (древесина, корни деревьев);
• уплотнение грунта, связанное с возрастанием веса в течение процесса эксплуатации дома;

Не допустить неравномерные осадки возможно с помощью следующих изменений:

• придать дому, отдельным частям строительный подъем, соответствующий величине возможной осадки;
• увеличить изгибную жесткость короткого дома, а также уменьшить изгибную жесткость длинного дома;
• построить компенсирующий фундамент;
• провести горизонтальное армирование всех стен;
• при проектировании дома следует предусмотреть необходимость равномерной передачи всей нагрузки здания на основание;
• устроить осадочные и деформационные швы;
• проводить профилактику систем канализации, водоснабжения, а также осуществляющих отвод дождевой воды.

Принятые меры позволят увеличить прочность и долговечность дома.

Технологические особенности столбчатого фундамента

Столбчатый фундамент устраивается по принципу свайного. Столбчатый фундамент придает всему каркасу устойчивость и повышает способность противостоять разрушительным воздействиям.

Схема устройства столбчатого фундамента.

Главная особенность конструкции - установка системы столбов в точках строения, которые наиболее подвержены нагрузке, например, в его углах, местах соединения стеновых панелей. Это позволяет стабилизировать все здание.

Располагают столбы в местах, требующих особого внимания из-за возможных проблем с устойчивостью и безопасностью конструкции. При расчете фундамента столбчатого типа включается установка ростверка - армированного пояса и элементов монтажа (обвязочных балок и рандбалок). Благодаря ростверку предотвращается смещение фундамента в горизонтальной плоскости, давление равномерно распределяется по системе столбов.

В качестве материала для столбчатого фундамента чаще всего используют монолитный железобетон.

Пример расчета нагрузок на столбчатый фундамент

При определении несущей способности фундамента учитываются следующие показатели:

• периметр стен - 12,0х6,0 м;
• два этажа;
• стены из газоблоков плотностью D600 и толщиной 40 см;
• полы на 1-ом этаже по грунту, насыпные;
• перекрытие между этажами - железобетонные плиты;
• крыша черепичная, скатная (угол 45°), по деревянным лагам;
• грунт - пластичная глина;
• сечение верхней части столба - 40х40 сантиметров;
• сечение нижней части (подошвы) столба - 80х80 сантиметров;
• промежуток между двумя столбами - 2,0 м.

Чтобы конструкция фундамента противостояла морозному пучению, ей придают наружную наклонную поверхность. В верхней части фундамент будет шириной 0,4 метра, а к подошве расширяется до 0,5 метров.

При расчете общей нагрузки на 1 м длины подошвы фундамента учитывают нормативную нагрузку от снега, перекрытий, стен дома, кровли и строительного материала.

Если допустить, что общая нагрузка составила 4380 кгс, следует умножить ее на 2 метра (расстояние между устанавливаемыми столбами), получится 8760 кгс. К полученному результату следует добавить массу одного столба.

Столбчатый фундамент будут иметь объем для данной конструкции 0,25 м³. По таблице определяется плотность для железобетона - 2500 кг/м³. Вес фундамента будет равен 625 кгс (0,25 м³х2500 кг/м³).

Чтобы рассчитать нагрузку на грунт одного столба, делают расчеты: 8760 кгс + 625 кгс = 9385 кгс.

Опорная поверхность каждого из столбов - 80 см х 80 см = 6400 см². Зная показатель, определяющий несущую способность грунта (в нашем случае - 1,5 гкс/ м²⁾, можно рассчитать предельные нагрузки всего фундамента на нижележащий грунт: 6400 см² х 1,5 гкс/ м² = 9600 кгс. Этот показатель больше 9385 кгс - расчетных нагрузок, поэтому рассчитанный столбчатый фундамент будет надежной опорой всей конструкции дома.