Лучший фундамент для дома

 

Ответ на вопрос «Какой фундамент лучше выбрать для дома?» чаще всего содержится вовсе не в особенностях конструкции самой постройки. Выбор типа фундамента обусловлен прежде всего свойствами грунтов под будущей постройкой. Самая распространенная ошибка, которую делают самодеятельные строители при выборе типа фундамента дома и его конструкции  –  это рассмотрение фундамента и подлежащего грунта как отдельных элементов, либо полное игнорирование свойств подлежащего грунта.  Большинство застройщиков задумывается только об одном аспекте:

“А выдержит ли фундамент нагрузку от моего дома?”

На самом же деле, фундамент и грунт представляют собой единую систему.  Еще более точным будет представление о единой системе взаимодействия пяти  элементов:  дома, фундамента, грунта,  грунтовых вод и температуры воздуха. И при планировании строительства дома стоит задумываться над тем,  выдержит ли грунт нагрузку от дома, передаваемую через фундамент, и какое воздействие на грунт окажут грунтовые воды, как в теплое, так и в холодное время года.

Глава из книги «Малозаглубленный ленточный фундамент»

В первую очередь для фундамента дома критичны свойства подлежащего грунта. Чтобы фундамент дома был долговечен, как и построенное на нем здание, грунт должен обладать достаточными несущими способностями, минимально задерживать воду и иметь минимальный потенциал к подвижкам-деформациям при изменении температуры и влагонасыщении, так и по другим причинам. Какие бывают движения грунта?

Осадка грунта под фундаментом дома может возникать как при воздействии внешней нагрузки, так и под собственным весом. В отличие от просадки грунта, при его осадке под фундаментом дома не возникает изменений структуры грунта: из грунта под нагрузкой выдавливается воздух и вода. Осадка грунта под фундаментом может быть немедленной, возникающей сразу же после воздействия нагрузки или долговременной. Например, глина может осаживаться в течение нескольких лет, из-за чрезвычайно мелкой чешуйчатой структуры, хорошо удерживающей воду.

Длительная осадка может быть характерна для пористых органических грунтов. Осадка под нагрузкой скальных, гравелистых или крупнопесчаных грунтов обычно заканчивается уже к окончанию строительного процесса. Просадка грунта с изменением структуры может происходить как под воздействием нагрузки от фундамента дома или собственного веса слабого грунта, так и при изменении режима насыщения грунта водой. Например, кристаллическая структура меловых почв при насыщении водой или при изменении химического состава грунтовых вод может ослабнуть, и меловой грунт даст значительную просадку.

Движения грунта (подъемы и осадки) связаны с изменением объема грунтов при изменении их влажности (набухание и усадка) и при замерзании воды и оттаивании льда в порах грунта (морозное пучение и оттаивание грунта). Горизонтальные перемещения грунта возможны при значительных вертикальных перемещениях грунтов, при эрозии склонов и просадках. Деформации земной поверхности (оседания) чаще всего связаны с образованием подземных полостей (природных или техногенных) и понижением уровня подземных вод (существенно для глинистых и органических грунтов).

Деформации грунтов первого вида в виде осадки, просадки или перемещения в горизонтальной плоскости возникают от приложения внешней нагрузки, например, от нагрузки при строительных работах, движения тяжелой техники, нагрузки от самого здания. Деформации второго вида проявляются в виде горизонтальных и вертикальных перемещений грунта (оседания, просадки под собственным весом, морозное пучение, расширение при влагонасыщении) и не связаны с приложением нагрузки извне.

Для фундамента дома опаснее всего неравномерные деформации грунтов. Причинами неравномерных деформаций могут быть: неоднородности грунтов, неравномерность их уплотнения при строительных работах, наличие линз и других крупных включений, вклинения слоев грунтов под углом, неравномерность увлажнения грунтов.

Для прогнозирования безопасности строения и фундамента дома и предупреждения деформаций, величина которых может привести к возникновению нарушению целостности строительных конструкций, существует понятие несущей способности грунта (или сопротивление основания). Величина несущей способности грунтов сравнивается с нагрузкой от здания, снега, ветра, эксплуатационных нагрузок с учетом определенного запаса прочности.

Несущая способность грунтов увеличивается при заглублении фундамента в землю больше глубины 2 м, так как сопротивление нагрузке от здания в этом случае оказывается дополнительно и перпендикулярными составляющими сил от бокового давления грунта. При глубине менее 2 м эти силы не учитывается. Можно сказать, что при глубоком заложении фундамента, грунт ведет себя как жидкость, и на тело, погруженное в жидкость (фундамент) действует выталкивающая сила.

Поэтому, прежде чем проектировать и строить фундамент для вашего будущего дома, уточните какой вид фундамента лучше подходит для типа залегания грунта на вашем участке:

Таблица. Выбор оптимального типа фундамента в зависимости от свойств подлежащих грунтов. (Таблица приводится по изданию L.J. Goodman and R.H. Kerol, Theory and Practice of Foundation Engineering, N.Y., 1968, P. 312)

Состояние подлежащего грунта Легкая подвижная структура Тяжелая неподвижная структура Глубокий слой твердого грунта Фундамент на опорных площадках, ленточный фундамент  на бетонной подушке Поверхностная илималозаглубленная монолитная плита Глубокий слой слежавшегося грунта Фундамент на опорных площадках, ленточный фундамент  на бетонной подушке, монолитная плита, свайный фундамент Заглубленная монолитная плита с подземным этажом, свайный фундамент, забивные сваи, кессонный фундамент. Слой мягкого или сыпучего грунта на твердой основе Фундамент на опорных площадках, ленточный фундамент  на бетонной подушке, поверхностная монолитная плита Заглубленная монолитная плита, глубокие сваи. Слой мягкого или сыпучего грунта на мягкой основе Фундамент на опорных площадках, ленточный фундамент  на бетонной подушке, поверхностная монолитная плита. (Возможно, с предварительной пригрузкой привозным грунтом). Заглубленная монолитная плита, глубокие сваи, кессонный фундамент Перемежающиеся слои твердого и мягкого грунта Фундамент на опорных площадках, ленточный фундамент  на бетонной подушке, поверхностная монолитная плита. (Возможно, с предварительной пригрузкой привозным грунтом). Заглубленная монолитная плита, глубокие сваи, кессонный фундамент, опирающиеся на слой твердого грунта.

Свод правил “Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений” [глава 8, СП 50-101-2004] указывает, что в сложных грунтовых условиях и при высоком уровне грунтовых вод рекомендуется использовать свайные фундаменты (короткие сваи) и фундаменты на локально уплотненном основании (в вытрамбованных или выштампованных котлованах). Но такие фундаменты лучше подходят для зданий стоечно-балочной конструкции, чем для зданий с несущими стенами. Для зданий с несущими стенами рекомендуется применять однорядное расположение забивных блоков и пирамидальных свай (в виде усеченной пирамиды с углом наклона стенок от вертикали 5-10°), а также короткие сваи (до 2,5 -3 м) различных типов. Биогенные органические грунты со слабой несущей способностью – это не единственная группа грунтов, к которым следует относиться с осторожностью при выборе типа фундамента.

Значительные повреждения фундаментам и строениям могут быть нанесены при различных движениях грунтов. Движения грунтов могут быть вызваны и причинами не связанными с нагрузками от возводимого или построенного здания.

Это могут быть:

• Сезонные подвижки, связанные с вегетацией растений и уменьшения обводнения глинистых грунтов.
• Поднятия грунта в результате образования линз льда при замерзании грунтов.
• Прогрев грунтов от отапливаемых зданий.
• Изменения глубины залегания грунтовых вод и дренажных свойств грунтов.
• Просадки грунта от воздействия воды или антопогенных факторов.
• Сдвижки грунтов на склонах или при земельных работах.
• Самопроизвольные просадки грунта под собственным весом.
• Просадки грунта от вибраций (включая землетрясения).

Грунты, обладающие потенциалом к сильному расширению и подъему поверхности при замерзании, относятся к основной «группе риска» в отношении пригодности для строительства малозаглубленного ленточного фундамента.
От свойств грунтов и от степени их пучинистости зависит тип и конструкция малозаглубленного фундамента и способ подготовки его грунтового основания.

Таблица. Выбор оптимального типа фундамента в зависимости от пучинистости подлежащих грунтов. (Таблица приводится по рекомендациям пунктов 8.8-8.15 СП 50-101-2004).

Степень пучинистости грунта Минимально допустимый тип фундамента Особенности конструкции фундамента Непучинистые и слабопучинистые грунты Сборный из бетонных блоков, укладываемых без соединения между собой. Блоки укладывают на выравнивающую подсыпку из песка. Средне- и сильнопучинистые грунты Сборный из железобетонных блоков, содержащих выпуски арматуры. На сильнопучинистых грунтахиспользование малозаглубленных фундаментов допустимо только для 1-2 этажных деревянных зданий. Предпочтительна конструкция в виде жесткого рамного железобетонного фундамента, или фундаменты-плиты ** Выпуски арматуры соседних блоков соединяют, стыки между блоками замоноличивают бетоном. Возможно, потребуется усиление жесткости стен армированными или железобетонными поясами, устраиваемыми в уровне перекрытий и над проемами верхнего этажа. Блоки укладывают  на подушку из непучинистого материала.* Чрезмернопучинистые грунты Монолитный железобетон. Рекомендуется сменить тип фундамента на малозаглубленную  или незаглубленную монолитную железобетонную плиту, под которой устраивается подушка из непучинистых материалов* Возможно, потребуется усиление жесткости стен армированными или железобетонными поясами, устраиваемыми в уровне перекрытий и над проемами верхнего этажа.

* Песок гравелистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак, песчано-щебеночная (песчано-гравийная) подушка (смесь песка крупного или средней крупности — 40 %, щебня или гравия — 60%

**Пункт 2.139 Пособия по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83).

Ленточные фундаменты рекомендуется строить на грунтах с глубиной промерзания до 1,7 м [ВСН 29-85]. В соответствии с главой СНиП 2.02.01-83 глубина заложения фун­даментов на непучинистых грунтах не зависит от глубины их промерза­ния. Поэтому при строительстве малоэтажных зданий на непучинистых грунтах мелкозаглубленные фундаменты рекомендуются к массовому применению.
Заметим, что ленточный фундамент, чтобы противостоять силам морозного пучения при строительстве на пучинистом грунте (глинистые грунты), должен быть заглублен на глубину минимум 0,75 м [The Building Regulations 2010, A1/2, 2E4 — Британские строительные нормы, 2010 год, далее BR 2010]. Во многих английских публикациях указывается минимальная глубина 0,9 — 1,0 м для заглубления ленточного фундамента, устраиваемого на глинистом грунте.
При этом должны быть соблюдены теплотехнические мероприятия, снижающие промерзание грунтов под фундаментом (утепление грунта).

Вообще, на глинистом грунте (да и вообще на пучинистых грунтах) предпочтительно использование фундаментов с малой площадью боковой поверхности, то есть свайных или свайно-ростверковых фундаментов. Такие типы фундаментов с заложением основания ниже глубины промерзания грунта менее подвержены воздействию сил морозного пучения или влажностных расширений глинистых грунтов.
Нижнюю часть свайного фундамента можно заякорить против морозного подъема расширением сваи в нижней части или устройством монолитной опорной площадки с единым армированием со сваей. По такому принципу строены известные сваи ТИСЭ или монолитная армированная ребристая лента в виде перевернутой литеры «Т». Снижению трения между грунтами и фундаментом также способствует засыпка пространства вокруг подземной части фундамента (траншей или шурфов) песком и оборачивание (покрытие) поверхностей фундамента скользящими материалами (слои полимерной пленки, гидроизоляции, пенополистирола).

Как говорилось выше, неравномерные подвижки грунтов опасны для ленточных фундаментов. Малозаглубленный ленточный фундамент должен устраиваться на однородных плотных (слежавшихся) подлежащих грунтах. Не рекомендуется устройство малозаглубленных фундаментов на привозных (насыпных) грунтах из-за их неравномерной сжимаемости и возможности дальнейшей локальной или общей осадки. В данном случае речь не идет о тонких утрамбованных слоях (по 20 см) привозного крупного песка, уложенных по геотекстилю поверх устоявшихся грунтов. Неоднородность подлежащих грунтов может вызвать воздействие на ленточный фундамент диспропорциональных сил морозного пучения и, как следствие, деформацию фундамента и всего строения. Ту же роль может сыграть и переменная сжимаемость грунтов основания на протяжении длины фундамента.
Но не только силы морозного пучения могут повредить фундамент на разнородных подлежащих грунтах. Еще одна опасность глины в качестве подлежащего грунта заключается в ее способности прогрессивно терять несущую способность при намокании до 50%. (Вспомните, как сносно ездить по сухой глинистой дороге, и как вязнут колеса автомобиля на размякшей глине). Только принимая влагу, даже без замерзания, глина способна вызывать подъем грунта на величину до 75 мм, что может пагубно отразиться на целостности фундамента при неоднородности подлежащих грунтов. Точно также вызвать движение грунтов в виде просадки могут вклинения слоев слабонесущих грунтов. Поэтому целесообразно перед устройством ленточного малозаглубленного фундамента провести контрольные бурения обычным садовым буром рядом со всеми углами планируемого ленточного фундамента, чтобы убедиться в однородности подлежащих грунтов. Об исследовании грунтов мы поговорим ниже в отдельной главе.

Схема воздействия диспропорциональных сил морозного пучения на ленточный фундамент.

Способы коррекции неудовлетворительных свойств грунтов

Если вам не повезло, и у вас на участке подлежит грунт с неудовлетворительными свойствами, которые могут создать в дальнейшем угрозу целостности фундамента и здания, то можно попытаться исправить ситуацию (после консультации со специалистом) одним из следующих способов:

• 1. Грунт можно уплотнить трамбованием, укаткой катком, устройством грунтовых свай.
• 2. Грунт в основании фундамента можно полностью или частично заменить подушками из песка, гравия, или щебня.
• 3. Можно устроить и утрамбовать насыпи на грунте поверх уложенного геотекстиля. 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.
• 4. Грунт можно армировать введением специальных пленок или сеток.