Бетонный фундамент для дома: виды и особенности изготовления

Деформации и разрушение фундаментов и оснований

Виды деформаций и разрушения фундаментов и оснований

Различают два основных вида разрушения фундамента механическое и коррозионное. Механические повреждения фундаментов имеют вид трещин и изломов. Коррозионные повреждения в зависимости от времени и источника могут приводить к снижению его прочности или к полному разрушению.

1. перекос — разность осадок двух соседних фундаментов, отнесенная к расстоянию между ними (характерен для зданий каркасной системы);
2. крен — разность осадок двух крайних точек фундамента, отнесённая к расстоянию между этими точками; характерен для абсолютно жёстких сооружений компактной формы в плане;
3. относительный прогиб или перегиб фундамента — отношение стрелы прогиба к длине изогнувшейся части здания или сооружения.
4. закручивание — вращение фундамента вокруг своей оси.
5. сдвиг — горизонтальное смещение от сейсмических и других нагрузок.

Вертикальные деформации оснований зданий и сооружений подразделяются на два вида:

1. осадки — деформации уплотнения грунта под нагрузкой, не сопровождающиеся коренным изменением сложения грунта;
   1. абсолютная осадка отдельного фундамента;
   2. средняя осадка здания или сооружения, определяемая по абсолютным осадкам не менее чем трёх его отдельных фундаментов или трех участков общего фундамента;
   3. дополнительная осадка от увлажнения грунтов оснований дождевыми и талыми водами, снижение их несущей способности, отсутствии планировки прилегающей территории, неисправности отмосток, промерзании основания при недостаточной глубине заложения фундаментов, наличии под фундаментами старых, небрежно засыпанных выработок, оползневых и карстовых явлений, увеличении давления на грунт при дополнительной нагрузке фундаментов (установка более тяжёлого оборудования, надстройка зданий и т. д.), динамических воздействий ударного или вибрирующего оборудования на фундаменты и основания при водонасыщенных песчаных грунтах, неисправности сетей водопровода, канализации, теплофикации, утечки из них воды и, как следствие, чрезмерное увлажнение или размыв грунта оснований, утечки под фундаменты агрессивных производственных сточных вод из неисправных сетей канализации и других факторов.
2. просадки — деформации провального характера, вызываемые коренным изменением сложения грунта (уплотнением лёссовидных грунтов при их замачивании, уплотнением песчаных грунтов рыхлого сложения при динамических воздействиях, оттаиванием мёрзлых грунтов и т. д.).

Причины разрушения и повреждения

конструктивные ошибки

• наличие в основании насыпных грунтов, способствующих появлению сверхнормативных деформаций;
• несоблюдение установленной глубины заложения;

неудовлетворительная эксплуатация

• неисправность систем водоснабжения, канализации, теплотрасс может привести к вымыванию основания;
• неудовлетворительное состояние отмостки, водосточных труб, тротуара по периметру здания:
• произведение подземных работ заранее, может привести к нарушению структуры грунтов. Особенно чувствительны глиняные грунты;
• динамическое воздействие, может привести к нарушению структуры грунтов. Особенно чувствительны водонасыщенные пылеватые грунты;
• выполнение ремонтно-строительных работ с нарушением технологии;
• наполнение пустот котлована водонепроницаемыми грунтами.

ошибки проектирования

• расположение фундамента примыкающего к существующему, с глубиной заложения ниже основания;
• значительное уменьшение глубины фундамента, меньше 50 см от основания полов подвала;
• перераспределение нагрузок на фундамент без учёта их реальной несущей способности;
• возведение пристроек или увеличение этажности здания без достаточных данных о основании;
• понижение уровня подземных вод из-за их отвода;
• близкое расположение новых фундаментов под столбы и колонны, без дополнительных мероприятий:

Свайные фундаменты

Самые популярные фундаменты в промышленном и многоэтажном жилом строительстве. Часто используются и при возведении небольших частных домов и коттеджей по современным технологиям. Если при строительстве промышленном способом на свайных фундаментах строят дома из любых материалов, то в частном секторе на сваях стоят преимущественно легкие сооружения из СИП-панелей, бруса, бревна.

Различные виды свайных фундаментов позволяют выбрать подходящий для любого типа строения, практически на любом грунте. Очень удобны сваи для строительства на участках сложного рельефа, в том числе и на неустойчивых грунтах. Дело в том, что длина свай практически не лимитируется — они могут достигать глубины 50 и более метров, что позволяет гарантировано достигнуть устойчивых слоев грунта, на которые может опереться здание любого размера и массы.

Современные технологии строительства используют три основных вида свай: винтовые, бурозабивные и буронабивные.

Фундамент на винтовых сваях

Наиболее востребованные в малоэтажном строительстве винтовые сваи — обычные металлические толстостенные трубы с винтом в нижней части. Они вкручиваются в землю как обычные шурупы, делается это вручную или при помощи специальных машин. Длина свай может достигать 10 -12 м при диаметре 50 – 150 мм.

После вкручивания таких опор, они срезаются на заданной высоте и соединяются горизонтальными балками — ростверком, выполняющим роль основания дома, на которое укладывается обвязка, настилается пол и затем возводятся стены.

+ Плюсы фундаментов на винтовых сваях

1. Простота и скорость монтажа,
2. Возможность использования на любых грунтах,
3. Низкая стоимость готового фундамента.

— Минусы фундаментов на винтовых сваях

1. Недолговечность (металл в земле подвержен коррозии).
2. Необходимость завинчивания на большую глубину.
3. Отсутствие возможности оборудования подвалов.

Фундамент на буронабивных сваях

Буронабивные сваи монтируются по другой технологии — сначала бурится скважина, в которой монтируется арматурный каркас. Затем вся конструкция заливается бетоном. Выступающие над землей оголовки срезаются на заданной высоте и соединяются ростверком. Глубина таких свай может достигать 50 метров.

+ Плюсы фундаментов на буронабивных сваях

1. Возможность строительства многоэтажных зданий на любом типе грунта — сваи погружаются на необходимую глубину, до плотных слоев, способных выдержать вес здания.
2. Равномерное распределение нагрузки на основание.
3. Регулировка действующего на одну сваю веса изменением количества опор.
4. Снижение объема земляных работ.

— Минусы фундаментов на буронабивных сваях

1. Сложность расчетов и монтажа.
2. Необходимость дорогостоящих геологических изысканий.
3. Необходимость использования тяжелой грузоподъемной и буровой техники.

Фундамент на забивных сваях

Забивные сваи — бетонные изделия в виде балок квадратного или круглого сечения большой длины — 12 и более метров. Они забиваются в землю ударными устройствами или способом вибропогружения. Используются преимущественно в промышленном строительстве — для забивания требуется сложная и дорогостоящая техника.

Рассмотрев все основные виды фундамента для частного дома выбор оптимального варианта упрощается. Для кирпичных, блочных и каменных зданий оптимальный фундамент ленточный. Для каркасного строительства, домов из бруса и бревна более подходят плитные или свайные (винтовые), на прочных грунтах — столбчатые. Но в каждом отдельном случае выбирается свой вариант, главное, чтобы фундамент выполнял свою основную функцию — служил надежной опорой для дома.

Инструкция по заливке

Прежде чем приступить к работе, нужно детально изучить все технологические рекомендации экспертов-строителей о том, как правильно залить фундамент под дом. Даже если устройство основания буду выполнять подрядчики, полученная информация позволит вам со знанием дела контролировать рабочий процесс.

Заливка фундамента своими руками производится в несколько этапов:

• сооружение опалубки;
• изготовление армирующего каркаса;
• бетонирование.

Сборка опалубки

Перед тем как залить фундамент под дом своими руками, нужно правильно собрать и установить опалубку. Эта конструкция состоит из деревянных щитов, установленных вдоль траншеи. Они будут служить для формирования бетонного основания. Каркас должен быть достаточно жестким, чтобы выдержать давление бетонной смеси.

Фото 10. Опалубка для плитного фундамента

Щиты необходимо выставлять непосредственно по краю выкопанной траншеи без зазоров, через которые может вытекать бетон. Крепление осуществляется с помощью забитых в грунт брусков, параллельно стоящие конструкции крепятся между собой перемычками. С наружных сторон щиты распираются брусками, как показано на фото 11.

Фото 11. Опалубка под ленточное основание

Изготовление арматурного каркаса

Чтобы качественно залить фундамент своими руками и получить высокопрочную монолитную конструкцию, нужно изготовить надежный армирующий каркас. Он представляет собой пространственный каркас из рифленой арматуры сечением 12-16 мм. Соединение прутов между собой производится с помощью вязальной проволоки.

При армировании основания ленточного типа на дно траншеи на расстоянии 30-50 мм от стенок и с применением подставок высотой 30-50 мм укладывается 2-3 продольных прута (в зависимости от ширины ленты), которые связываются между собой поперечинами через 300-400 мм. Далее к ним крепятся вертикальные прутья длиной, которая должна быть равной глубине будущего фундамента. Затем через каждые 300-400 мм по высоте прикручивается горизонтальный каркас из продольных и поперечных арматурных стержней.

Рисунок 12. Схема армирования ленточного основания

Армирующий каркас для плитного фундамента делается в виде двухрядной горизонтальной сетки с размерами ячеек 200х200 мм. Они устанавливаются тоже на подставки, чтобы арматуру покрывал защитный слой бетона. Второй ряд армирующей сетки располагается на расстоянии 30-50 мм от предполагаемой верхней поверхности основания.

Фото 13. Армирующий каркас для плитного основания

Заливка бетонной смеси

Перед тем как залить ленточный фундамент, нужно рассчитать необходимое количество бетона. Для этого нужно высчитать объем каждой ленты и просуммировать все полученные значения. Запас добавлять не нужно, поскольку при расчетах дважды учитывался каждый угол периметра. А при определении количества бетона для плитного основания желательно добавить запас 10 %.

Фото 14. Бетонирование плитного основания

В процессе работ важно выполнить заливку всего фундамента за один раз для получения однородной монолитной конструкции. Нарушение этого правило чревато образованием трещин и постепенным разрушением основания

Поэтому в большинстве случаев застройщики заказывают уже готовую бетонную смесь в специальных машинах – «миксерах». Это не только облегчает ручной труд, но и значительно ускоряет работу.

Фото 15. Процесс заливки ленточного основания

Обычно для основания используется бетон марки М250-М400. Лучше всего, если заливка фундамента под дом будет выполняться в теплое время года, поскольку в условиях минусовых температур снижаются прочностные характеристики железобетонной конструкции.

После заливки выполняется уплотнение бетона с помощью специального глубинного вибратора с последующим разглаживанием смеси для получения идеально ровной поверхности без впадин и наплывов.

Последовательность сооружения ленточного фундамента показа в следующем видео:

Процесс заливки плитного основания показан в следующем видеоматериале:

Материалы для строительства столбчатого фундамента

Классическим материалом для возведения столбчатого основания является бетон, армированный рифленой арматурой. Однако в зависимости от назначения, материала возведения и других характеристик строения опорно-столбчатый фундамент может быть выполнен из бетонных блоков, кирпича, бутового камня. Гораздо реже, как правило, для малых, не создающих больших нагрузок, построек применяются бревна.

Фундамент из бревен

Основание из деревянных столбов обычно сооружается под беседки, навесы, времянки и прочие хозяйственные строения. Широким спросом не пользуется из-за небольшого срока службы и малой несущей способности.

Рисунок 3. Варианты устройства столбчатого основания из бруса (сверху) и бревен (снизу)

Для устройства применяются брус или бревна диаметром 150-200 мм. Перед использованием их нужно качественно обработать антисептической пропиткой и защитить гидроизоляционным материалом – например, часто используется гудрон, отличающийся низкой ценой и довольно неплохим качеством.

Опоры из кирпича и бетонных блоков

Кирпичные столбы – более распространенный способ сооружения столбчатого фундамента. На таких основаниях строят даже каркасные дома. Но опять-таки следует учитывать, что срок службы такой конструкции будет небольшим. Для этих целей подходит исключительно полнотелый керамический и силикатный кирпич, характеризующийся не высоким влагопоглощением (по ГОСТ более 6%, а верхний предел не ограничен, поэтому нужно выбирать конкретный кирпич отталкиваясь от фактических значений водопоглощения).

Фото 4. Опорные столбы из красного кирпича

Также для кладки столбов часто используют бетонные блоки размерами 400х200х200мм – их нужно на порядок меньше. Так, при выкладке опоры из кирпича надо, его площадь формируется из 4 кирпичей, то блоков необходимо всего 2 (плюс к этому высота будет гораздо больше). Глубина заложения столбов обычно принимается в пределах 500-700 мм.

Фото 5. Опорные столбы из блоков

Перед кладкой опор выполняется устройство песчано-гравийной подушки толщиной 200-300 мм с тщательным утрамбовыванием каждого слоя. Сверху подушку нужно полить цементным молочком.

После выкладки столбов строительные работы можно продолжать по истечении 2-3 недель, которые нужны для набора раствором достаточной прочности.

Монолитные железобетонные и трубные столбчатые фундаменты

Столбчатое основание в виде железобетонных опор обладает большей несущей способностью и надежностью, что достигается за счет монолитной конструкции и армирования. Для его устройства подготавливаются канавы определенного размера, в которых делается песчаная подушка и устанавливается армирующий каркас из рифленой арматуры. Выше уровня земли делается опалубка из обрезной доски или фанеры. Финишный этап – заливка бетоном.

Фото 6. Железобетонные опоры столбчатого фундамента

Нередко используются асбестоцементные или металлические трубы, которые выступают в качестве несъемной опалубки. Для них тоже подготавливаются скважины соответствующих размеров, а внутрь устанавливается армирующий каркас из арматуры.

Фото 7. Столбчатое основание с использованием асбестоцементных труб

В некоторых ситуациях целесообразно выполнение подошвы или так называемой «пяты» – специального расширения в нижней части опоры. Такой вариант идеально подходит при строительстве фундаментов на сложных грунтах и под здания с внушительным весом.

Фото 8. Бетонные опорные столбы основание с подошвой в нижней части

Преимущества и недостатки столбчатого фундамента

Лучше всего столбчатый фундамент работает в условиях морозного пучения, которое опасно для ленточного. Это обусловлено тем, что силы выталкивающие основание из почвы, воздействуют на существенно меньшую площадь конструкции, в результате чего усадочные деформации будут менее выраженными, чем в случае с монолитной лентой.

Основные плюсы устройства столбчатого основания:

• Невысокая стоимость – примерно на 35-50 % дешевле по сравнению с монолитным ленточным основанием.
• Минимальный объем земляных работ – не требуется копать траншею по периметру всего дома.
• Возможность самостоятельного выполнения работ – привлечение спецтехники и рабочей силы необязательно.
• Сжатые сроки устройства – за счет сравнительно небольшого объема работ.

Из недостатков следует выделить невозможность строительства подвала в доме совместно с таким фундаментом. На столбчатом основании не рекомендуется строить здания из тяжелых материалов (кирпич, газобетон, бетонные блоки) и строения высотой более 1-этажа. Также он не подходит для строительства на слабых, глинистых, водонасыщенных и торфяных грунтах, на местности со сложным рельефом, особенно где перепад высот более 1,5-2 м.

«Правильное» основание: зависимость от условий

Что лучше: ленточный фундамент или плита? Отвлеченные теоретические рассуждения тут не помогут, так как необходима привязка к конкретной местности, к климату в регионе.

Ленточный фундамент

Он, в отличие от монолита, будет оптимальным выбором для сухих, устойчивых, плотных почв (непучинистых либо слабопучинистых), на участках, где грунтовые воды проходят достаточно низко. Если грунт проблемный, то несущая способность ленточного основания оставляет желать лучшего. По этой причине оно потребует дополнительных мероприятий — увеличения толщины подушки, сооружения дренажной системы и т. д.

Лента хорошо перенесет низкие температуры, но будет бояться грунтовых вод и конденсата, поэтому для нее необходимо качественная гидроизоляция, обязательны мероприятия по утеплению. Ограничивается использование заглубленного ленточного фундамента на участках с пучинистым грунтом. В этом случае потребуются тщательные расчеты, которые могут отвергнуть либо оправдать выбор такого основания.

Несмотря на все «ахиллесовы пяты» традиционная лента остается предпочтительным фундаментом для большинства регионов страны. В ней привлекают универсальность, надежность, возможность экономии, хоть и не такой значительной, как хотелось бы.

Монолитная плита

Главные факторы при выборе вида фундамента это условия на участке и тип грунта. Плитное основание — универсал, однако он все же «специалист», который лучше всего себя проявляет в регионах, где почвы неустойчивы, подвержены пучению, а уровень грунтовых вод находится на критически высокой отметке.

Монолит становится хорошей альтернативой свайным основаниям, если нет возможности использовать на объекте специальную технику. Выбор плитного основания вполне оправдан, когда плотные слои грунта располагаются так глубоко, что длины свай не хватает.

Классификация

Существует четыре типа МЗФ. Каждый из них подходит для определенных условий, обладает своими уникальными особенностями.

Ленточный

Первый вид — ленточный. МЗФЛ считается самым популярным. Область применения — от легких каркасных сооружений до тяжелых каменных домов. Обустройство фундамента на всех типах почв допустимо только в том случае, если предполагается создание дренажной и теплоизоляционной системы.

Внешний вид ленточного фундамента напоминает непрерывную бетонную полосу с внутренним армированным каркасом. Такие конструктивные особенности помогают ему равномерно распределить вес будущего строения, передавая его подошве.

Такое основание разделяется еще на несколько видов:

• монолитная заливка с поясами из арматуры;
• сборно-монолитная с армированием по всей длине;
• блочная со сплошным двойным армированием.

Ленточный МЗФ имеет несколько преимуществ:

• сокращение расходов на материалах — на 40-50 %;
• низкая стоимость работ — нет необходимости рыть глубокий котлован, возводить высокую опалубку, привлекать опытных строителей.

Столбчатый

Второй вид — столбчатый. Его внешний вид напоминает вкопанные колонны по всему периметру будущих стен. Опоры располагаются по углам, пересечениям и в местах повышенной нагрузки.

Между опорами устанавливается неглубокий ростверк, который соединяет их между собой и позволяет равномерно распределить нагрузку.

Этот вид МЗФ применяется на сильнопучинистых почвах, но которые включают в себя большое количество торфа, супеси или глины. Главные преимущества — низкая цена и быстрота монтажа. Поэтому он очень часто используется в возведении частных домов и хозяйственных построек.

Цельная плита

Третий вид — цельная плита. Представляет собой заливку армированной бетонной плиты по всей площади сооружения. Толщина составляет до 30 см. Особенности данного МЗФ мало чем отличаются от ленточного.

Однако различие заключается в способности равномерно распределять нагрузку по всей площади основания. Иначе говоря, сооружение «плавает» на грунте, как на понтоне.

Основное преимущество — снижение затрат на бетоне до 30%. При этом расходы сокращаются и на подготовке котлована, опалубки более чем на половину, если сравнить со схемой обустройства аналогичных заглубленных вариантов.

Цельномонолитный

Четвертый вид — цельномонолитный. Он объединяет все части силового каркаса в единую армированную конструкцию. По внешнему виду ничем не отличается от цельной плиты, но обеспечивает возможность обустройства цокольного этажа.

При этом достигается равномерное распределение нагрузки здания по всей площади подошвы. Но такой МЗФ нельзя применять для строительства на участках с большими наклонами и с наличием скального грунта.

Такое основание имеет и некоторые сложности. Цельномонолитный фундамент требует правильного расчета его размеров. Его возведение подразумевает большие материальные, трудовые и временные затраты. Но они оправдываются получением высокопрочного и надежного сооружения.

Расчёт фундаментов

Теории расчётов осадок фундаментов

Для вычисления расчётных осадок фундаментов зданий и сооружений выбирают расчётную схему основания исходя из характера напластования грунтов, конструктивных особенностей сооружения и размеров фундамента. Существует более двухсот методов (теорий) расчёта деформаций оснований, все они имеют свои достоинства и недостатки, вот некоторые из них:

1. метод линейно деформируемого полупространства с условным ограничением глубины сжимаемой толщи H_с;
2. метод линейно деформируемого слоя конечной толщины (Егорова К. Е.), применяется в следующих случаях:
   1. если в пределах сжимаемой толщины H_c, определённой как для линейно деформируемого полупространства, залегает слой грунта с модулем деформации Е₁ ≥ 100 МПа и толщиной h₁ ≥ H_с (1 — (Е₂/Е₁)^1/3), где Е₂ — модуль деформации подстилающего слоя грунта с модулем Е₁ (пп. 7, 8 );
   2. ширина (диаметр) фундамента b ≥ 10 м и модуль деформации грунтов основания Е₁ ≥ 10 МПа.

   Примечание. По схеме линейно деформируемого пространства осадка фундамента может быть определена и методом эквивалентного слоя по Н. А. Цытовичу

3. метод эквивалентного слоя грунта (Цытовича Н. А.)
4. метод послойного суммирования — точность прогноза осадок понижается с увеличением площади фундаментов и глубины отрываемого котлована.

Общие теории

Расчёт фундаментов для зданий и сооружений начинается с выбора типа фундаментов. Прежде всего требуется определить геометрию (размеры) фундаментов, исходя из их устойчивости и прочности применяемых материалов, для этого нужно выполнить следующие условия:

Установить глубину заложения подошвы фундамента, зависящую от следующих факторов:

1. расчётной глубины промерзания грунтов;
2. технологических решений;
3. конструктивных решений (конструктивных особенностей подземной части сооружения: наличие или отсутствие подвала; отдельные фундаменты под колонны, ленточные под стены или сплошная монолитная плита под всё сооружение; монолитные или сборные фундаменты и пр.);
4. геологических изысканий (характера напластования и состояния грунтов: просадочность, пучинистость и др.);
5. гидрогеологических изысканий (уровень грунтовых вод — УГВ);
6. массивности возводимого здания (два этажа или двадцать);
7. особых условий строительной площадки — сейсмичность района (в сейсмических районах принято в среднем заглублять до 10 % всего здания исходя из опыта проектирования и указаний государственных нормативов);
8. наличия построенных зданий и сооружений вблизи, подземных коммуникаций и др.;
9. рельефа местности (горная местность или пологая равнина).

Примечание. Минимальная глубина заложения фундаментов составляет 0.5 м от уровня планировки, в несущий инженерно-геологический элемент — ИГЭ — 0.2 м. Устанавливать фундаменты желательно выше УГВ, если это возможно, на одной отметке, особенно в сейсмоопасных районах, и на один и тот же ИГЭ.

Определить размеры фундамента:

1. выполнить сбор нагрузок на фундаменты и на основание под ними — N (вертикальная нагрузка), M (опрокидывающий момент), Q (сдвигающая сила);
2. принять предварительную площадь подошвы фундамента А и его размеры в плане (b×l) исходя из принятого значения R (см. п. 5.6.7 СП 22.13330.2011), определив давление по подошве фундамента ρ (p = N / A) и сравнив его с реальным значением R для выбранных размеров фундамента;

расчёт прочности материала фундамента

1. выполнить расчёт фундаментов на продавливание (вычислить толщину подушки фундаментов);

расчёт основания при необходимости

1. расчёт песчаной подушки (для искусственного основания);
2. расчёт глубинного уплотнения и т. д.;
3. проверить прочность слабого подстилающего слоя, если это требуется по результатам оценки инженерно-геологических условий;

расчёт конечной осадки фундамента

1. выполнить расчёт величины конечной осадки s фундамента (и сравнить её с предельно допустимой величиной абсолютной осадкой s_maxU);
2. расчёт осадок двух близко расположенных фундаментов.
3. расчёт абсолютных осадок;
4. расчёт средней осадки;
5. расчёт относительной осадки.

Примечание. Сравнение полученных расчётом осадок с предельными, приведенными в СНиП, и решение вопроса о необходимости устройства осадочных швов, либо изменении типа и конструкции фундаментов.

Вычислить величины различных видов деформаций оснований (расчёт устойчивости фундамента)

1. расчёт фундаментов на опрокидывание (отрыв подошвы фундамента допускается обычно не более 1/4 площади, зависит от каждого конкретного случая, например, для фундаментов эстакад отрыв подошвы фундамента не допустим);
2. расчёт фундаментов на сдвиг;
3. расчёт фундаментов на относительную разность осадок, относительный прогиб, выгиб, крен фундамента или сооружения, закручивание.