Выбор конструкции фундамента

Прежде чем приступить к строительству коттеджа, необходимо задуматься о конструкции его фундамента. Ведь фундамент в значительной степени определяет прочность, надежность и долголетие строения. Каждый из них по-своему уникален. Торопиться тут не нужно: чем правильнее выбрана, рассчитана и смонтирована конструкция опоры, тем дольше будет вам служить здание.

Семь раз отмерь...

Выражение "дом, построенный на песке" в образной форме доносит до нас мысль о том, что без надлежащего фундамента здание обречено на разрушение. Но есть в этих словах и другой смысл: дом можно строить без фундамента, и он даже какое-то время простоит. В самом деле, грамотное строительство заключается в оптимизации затрат на создание надежной, но и недорогой опоры здания. Обычно для двух-трехэтажного коттеджа стоимость нулевого цикла составляет 15-20% от стоимости каркаса всей постройки, а в сочетании с подвалом или с цокольным этажом - до 30%. Но гораздо дороже может обойтись фундамент для коттеджа, примыкающего к крутому склону или установленного в болотистой местности. Конструкция фундамента всегда по-своему уникальна.

Хотелось бы остановиться на одном весьма распространенном заблуждении. Иной раз, рассчитывая удешевить строительство, заказчики выбирают типовой или готовый проект дома. Это вполне допустимо, пока не выходит за рамки здравого смысла, - ведь и фундаменты часто делают по заимствованным чертежам. А вот уже так поступать нельзя. Неважно, о типовом или эксклюзивном проекте идет речь, - в любом случае необходимы компетентность и тщательность проведения инженерно-геологических изысканий, в процессе которых исследуются свойства грунтов на площадке предполагаемого строительства. Увы, можно привести массу примеров, когда у соседей постройки стоят нормально, а у новичка вдруг оседает угол. Так что не экономьте копейки, проверьте грунты. Как правило, отбор грунта осуществляется с помощью ручного зонда в шурфах глубиной до 5 м для малоэтажного деревянного дома и до 7-10 м - для кирпичного или каменного. Шурфов требуется не менее четырех (в первую очередь по углам будущего строения). Для правильной привязки проекта к местности нужен целый ряд показателей, среди которых - тип грунта, глубина его промерзания и насыщенность почвенными водами, уровень грунтовых вод (УГВ), рельеф поверхности и т. д. Ну и конечно, при осуществлении работ нулевого цикла крайне важен профессионализм мастеров. Ведь отклонения от проекта, скрытые от глаз в земле, на первых порах могут внешне ничем себя не проявлять. И лишь через некоторое время выяснится, что, например, гранитный щебень при заливке ленточного фундамента был заменен известковым, а железобетонные блоки - блоками из вспененного бетона. Даже при покупке уже готового коттеджа надо попытаться взять пробы фундаментной кладки (с согласия владельца, конечно) и с помощью специалиста проверить правильность выполнения работ нулевого цикла. А уж при новом строительстве проконтролировать качество проектного решения и возведения фундамента - это и не обсуждается. Лишь в этом случае владелец может быть спокоен за надежность опоры дома после юридического оформления купчей или после того, как проектировщики и строители забудут о своем творении по истечении двух гарантийных лет.

Как влияют на выбор конструкции климатические условия. Особенности грунтов

На большей части территории России зимой грунт промерзает на значительную глубину. Она зависит не только от географических координат местности, но и от уровня грунтовых вод. Ведь повышенная влажность в сочетании с минусовой температурой грунта и является причиной его промерзания. А поскольку, превращаясь в лед, вода увеличивается в объеме приблизительно на 10%, возникает подъем (пучение) слоев почвы в пределах глубины промерзания. Грунт стремится вытолкнуть фундамент из земли в зимний период и, наоборот, "затягивает" при таянии льда весной. Причем это происходит неравномерно по периметру фундамента и может повлечь за собой его деформацию и даже появление трещин, а те - разрушение. Силы вспучивания способны приподнять почти любой коттедж, правда в разных местах участка с разной интенсивностью (около 120 кН на 1 м2). Обуздать их можно только грамотным исполнением фундамента. Все типы грунтов принято разделять на две большие группы: грунты пучинистые и непучинистые. К пучинистым относят глинистый, песчаный пылеватый и мелкий, а также крупномоно- блочный, содержание глинистого заполнителя в котором превышает 15%. Песчаный пылеватый грунт с высокой влажностью называют плывуном и не используют в качестве основания из-за его низкой несущей способности. Крупномоноблочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средние, не содержащие глинистых фракций, считаются непучинистыми при любом УГВ. В случае строительства на пучинистом грунте всегда руководствуются нормативной (расчетной) глубиной промерзания (обозначим ее как h). Так, для Московской области она не бывает менее 1,5 м.

Незаглубленный или мелкозаглубленный фундамент

Конструктивную схему мелкозаглубленного фундамента следует определять только после инженерного расчета возможных деформаций грунтового основания (в особенности для средне-, сильно- и чрезмерно пучинистых грунтов). Эти деформации должны быть меньше допустимых значений для выбранной конструкции здания. Поэтому надземная часть дома рассматривается не только как нагрузка, но и как активный элемент конструкции: чем выше жесткость постройки, тем меньше относительные деформации грунтового основания.

Материал стен дома напрямую связан с пучением грунта: чем оно меньше, тем разнообразнее спектр их материалов. Но есть одно исключение: при отсутствии пучения возможен самый дешевый мелкозаглубленный фундамент - столбчатый, а стены при этом могут быть только из дерева. Ленточный же фундамент выдержит дополнительную облицовку поверхностей кирпичом или стены из вспененного бетона, керамзитобетона, кирпича. Слабое пучение для сохранения такого же разнообразия вынуждает создать под фундамент выравнивающую подушку. И в первом и во втором случае размеры фундамента для коттеджей с кирпичными стенами обычно ограничивают величинами 8 х 8 м. А вот при среднем пучении даже использование забивных блоков не позволит сделать стены кирпичными - только имитация облицовкой в полкирпича. Сильное и чрезмерное пучение грунта ограничивают выбор материала стен деревом. Да и то брус возможен лишь при использовании забивных блоков с монолитной платформой, а без нее - лишь обшиваемый деревянный каркас.

Выбор материала для мелкозаглубленного ленточного фундамента тоже зависит от пучения грунта. При чрезмерном пучении пригоден лишь монолитный железобетон. При сильном - монолитный железобетон или железобетонные блоки, жестко соединенные между собой. При среднем - монолитный бетон или бетонные блоки, уложенные в перевязке на растворе. И наконец, при слабом - монолитный бетон или бетонные (керамзитобетонные) блоки, уложенные свободно, без соединения друг с другом, а также бутобетон, цементогрунт или бут. Следует особо отметить, что при среднем, сильном и чрезмерном пучении ленточный фундамент должен представлять собой единую раму, образованную жесткой системой пересекающихся лент. А если жесткость стен здания окажется недостаточной, следует предусмотреть и железобетонные пояса в уровне перекрытий.

Но сложности на этом не заканчиваются. Нужно еще учесть высоту УГВ, поскольку при ее увеличении пучение грунта усиливается. Этот эффект ослабляют, утрамбовывая дно траншеи для ленточного фундамента или выштамповывая площадки для столбчатого. Кроме того, можно создать глинистый водозащитный экран так, чтобы он уменьшал подсос воды в зону промерзания из залегающих ниже слоев грунта и ограничивал доступ почвенным водам к фундаменту. Уплотнение не только снижает пучение, но и увеличивает несущую способность грунта. Этого же эффекта достигают погружением в грунт забивных блоков. Столбчатые фундаменты на таких основаниях целесообразно применять преимущественно для деревянных стен. Это относится также к коротким забивным (пирамидальным и призматическим) и буронабивным сваям. На сырых и, в особенности, мокрых участках необходимо искусственно понижать УГВ, отводя почвенные воды от фундамента с помощью дренажных сооружений, водосборных канав, лотков, траншей. Продолжительность проведения строительной организацией нулевого цикла составит от 5 до 30 календарных дней (в зависимости от площади дома в плане).

Подвал или батискаф?

Важно, чтобы стена подвала располагалась на безопасном расстоянии от внутренней вертикальной плоскости мелкозаглубленного фундамента. Это исключит влияние оседающего под фундаментом грунта на стенки подвала. Расстояние выбирают в зависимости от величин отметки пола подвала и подошвы фундамента, среднего давления под подошвой и характеристик грунта. Если расстояние из конструктивных соображений надо уменьшить или же фундамент вообще требуется поставить на стену подвала, то последнюю необходимо предварительно рассчитать на прочность, поскольку на нее будут действовать боковое давление от расширения мерзлого грунта и гидростатическое давление грунтовых вод. Совмещенные стена подвала и фундамент должны быть жестко связаны между собой.

Другим решением может служить подвал круглой формы (слегка похожий на смотровой колодец городских коммуникаций). В этом случае изгибающая стену нагрузка преобразуется в менее опасную растягивающе-сжимающую. Такая форма особенно актуальна при высоком УГВ, глубоком подвале или малом расстоянии между стеной подвала и внутренней плоскостью фундамента.

Фундамент подвала должен быть защищен от грунтовых вод и коррозии, а стены подвалов, помимо этого, еще и теплоизолированы для предотвращения промерзания. Гидроизоляцию осуществляют с помощью влагостойких мастик и смесей, листовых и пленочных рулонных материалов, а также проникающих (пенетрирующих) затворяемых смесей. Правда, некоторые из них (на основе битума) грешат тем, что теряют эластичность при минусовых температурах. А это уже чревато растрескиванием конструкции и нарушением герметичности помещений. Теплоизоляция в последнее время все чаще ограничивается приклейкой (на битумной мастике) к внутренней стене подвала листов из пенопласта толщиной 20 мм с последующим штукатурением по сетке-рабице.

Коррозионную защиту выполняют двумя путями. Первый заключается в применении стойких к коррозии материалов и выполнении определенных конструктивных требований (первичная защита). Второй путь подразумевает нанесение изоляционных покрытий, пропитку бетона или применение электрохимических методов защиты. Для первичной защиты широко используют специальные марки цемента, например шлакопортландцемент по ГОСТу 10178-76, сульфатостойкий цемент по ГОСТу 22266-76, кварцевый песок по ГОСТу 10268-80 и крупный заполнитель из вулканитовых или осадочных пород, а также специальные добавки, повышающие химическую стойкость материалов. В некоторых подрядных организациях вам предложат и другие варианты первичной защиты. А вот вторичная защита может быть самой разнообразной. Она зависит от значения водородного показателя pН почвенных вод и состава химически агрессивных включений, определяемых экологическими загрязнениями конкретного региона. Главными характеристиками изоляционных защитных средств служат адгезия к поверхности материала, эластичность в диапазоне температур эксплуатации и сохранение свойств на протяжении длительного времени в условиях воздействия слабоагрессивных сред. Поэтому все чаще для защиты подземных частей здания прибегают к новым материалам на основе синтетического каучука. В качестве примера можно привести недорогой (1 м2 - до $ 2) двухкомпонентный герметик марки "Сазиласт 51", рассчитанный на диапазон температур от -60 до +70°С и срок службы свыше 20 лет при максимально допустимой деформации до 30%. Похожие (однако более дорогие) материалы поставляют на наш рынок фирмы SEMIN (Франция), INDEX (Италия), REMMERS BAUCHEMIE (Германия) и др.

Заглубленный фундамент

При тяжелых несущих стенах коттеджа самым надежным является "старый дедовский способ" - монтаж монолитного железобетонного фундамента с подошвой ниже глубины промерзания грунта. Только эта конструкция обеспечит высокую устойчивость здания и симметричность как распределения нагрузки, так и деформации грунта. Результат - исключение перекосов и искривлений фундамента. "Вершина" этого способа - сплошная железобетонная плита ("на века") под всей площадью дома, сочетающая функции фундамента и пола подвала, как обычно делается для зданий повышенной этажности. Естественно, такая конструкция - самая дорогая и трудная в монтаже, хотя и исключает необходимость делать подошву фундамента шире обреза, а стену подвала - слишком толстой. Нулевой цикл строительная организация завершит через 45-90 дней.

Закончив разметку, начинают рыть котлован. Перед заливкой фундамента паузы быть не должно, иначе трудно исключить разрыхление и осыпание грунта под воздействием осадков. Затем на глинистых грунтах делают бетонную подготовку основания толщиной не менее 0,1 м или устраивают гидроизоляцию из двух слоев гидростеклоизола, чтобы препятствовать впитыванию грунтом цементного молока и поднятию капиллярной влаги в будущем. Если грунт песчаный или супесчаный, его предварительно уплотняют, после чего делают гравийную подушку, заливаемую битумной мастикой. Затем заливают плиту и уж потом фундамент. Перед заливкой железобетонной плиты толщиной 0,25-0,3 м закладывают стальную сетку из арматуры марки Ж 10А III или Ж 8А III. Если в этом уровне размещают гараж, то ее толщину лучше увеличить до 0,5-0,6 м, а если бассейн, то его чашу и коммуникации бетонируют еще до начала оформления стен подвала.

Удешевление строительства фундамента

Как быть, если хочется сделать заглубленный фундамент, но существует одно "незначительное" ограничение: стесненность в средствах? Проблему можно решить с помощью технологии "ТИСЭ", о возможностях которой мы расскажем на примере столбчато-ленточного фундамента. В этом случае надежную конструкцию с заложением подошвы ниже глубины промерзания можно изготовить самостоятельно или с приглашением профессионалов, но без привлечения дорогостоящей строительной техники. Достаточно лишь приобрести ручной фундаментный бур "ТИСЭ-Ф" с откидным плугом . С помощью этого прибора можно пробурить на тяжелом грунте скважину с расширением к подошве за час. Затем в нее устанавливают арматуру и заливают бетоном расширенную часть, после чего опускают толевую "рубашку" (для уменьшения сцепления грунта со столбом) и продолжают заливку до верха. Такой столб, воспринимающий нагрузку до 130 кН, может заканчиваться сверху либо стойкой, либо ростверком, отлитыми над землей в обычной дощатой опалубке. В первом случае совокупность столбов вдоль периметра дома образует столбчатый фундамент, а во втором - столбчато-ленточный.

Между ростверком и грунтом необходимо оставить воздушный зазор в 0,1-0,15 м для компенсации пучения, иначе фундаментный столб зимой может разорвать. Этот же зазор обеспечит минимальный контакт фундамента с мерзлым грунтом и снизит тепловые потери. Говорить о сроках выполнения нулевого цикла, которые зависят от способа организации работ, очень сложно. Однако технология удобна тем, что приостановить процесс позволительно в любой момент (в том числе на зиму) и даже без рекомендуемого нагружения конструкции сверху: из-за расширения подошвы пучинистый грунт не выдавит столб наверх.

При незначительном изменении конструкции арматуры можно создать по этой же технологии сейсмостойкий фундамент. Тогда арматуру берут с резьбой на концах. Нижнюю часть резьбы располагают в расширенной части столба, а верхнюю - над ростверком. После изготовления фундамента и ростверка арматуру растягивают, закрутив верхнюю гайку, после чего грунт вокруг столба на глубину до 1 м заменяют смесью песка и пористого заполнителя (керамзит, шлак). Особенностью такого фундамента является отсутствие традиционной гидроизоляционной прослойки между стеной и ростверком. Это исключает их относительное смещение при сейсмических колебаниях грунта. Соединение столба с ростверком образует своеобразный упругий шарнир, препятствующий передаче горизонтальных колебаний нижней части столба. Столб будет колебаться относительно упругого шарнира, подминая засыпанную смесь, и упругость арматурных прутков каждый раз будет возвращать ростверк вместе с домом в начальное положение. Подобная сейсмоизолирующая конструкция успешно работает при горизонтальных колебаниях с амплитудой около 10 мм и периодом 0,1-1,5 с, которые вызывают наибольшие разрушения при землетрясениях.

Практические рекомендации

В договоре с проектной организацией следует оговорить ее ответственность за возможные дополнительные расходы, связанные с устранением обнаруженных в процессе строительства неточностей и недоработок в проекте. При проектировании и строительстве коттеджа силами одной организации этой проблемы не возникнет, причем возможна поэтапная оплата. Этапы могут оплачиваться, например, так: проектно-изыскательские работы, "закрытие" коробки (нулевой цикл, стены под кровлю с заполнением оконных и дверных проемов), внутренние коммуникации и отделка, наружные коммуникации и благоустройство территории.

При рытье траншеи под фундамент экскаватором лучше сделать глубину на 0,1-0,2 м меньше требуемой, а затем зачистить и выровнять дно вручную. Это снизит осадку подошвы фундамента и гарантирует более плотное прилегание ее к грунту. Работы нулевого цикла принято вести в весенне-летний период, при этом мелкозаглубленный фундамент заливать на промороженное основание нельзя. При минусовых температурах заливку нужно вести непрерывно, с использованием специальных марок бетона, утеплением опалубки и электропрогревом залитого бетона до момента схватывания. При насыщении грунта почвенными водами в процессе заливки фундамента следует защитить материал подушки от возможного заиливания. Для этого ее обрабатывают по контуру вяжущими материалами или изолируют от проникновения воды полимерной пленкой.

Ненагруженный нулевой цикл зимой будет выталкиваться грунтом более интенсивно, чем при установленной на него коробке коттеджа. Поэтому ее следует смонтировать в тот же год, еще до промерзания земли. Отмостку лучше в первый год оставить двухслойной - без заливки раствором или укладки асфальта. По степени искривления линии ее касания с фундаментом можно будет в конце весны оценить правильность конструкции нулевого цикла и качество выполненных работ.