Особенности возведения фундаментов для построек разного типа

Фундамент — это база, опора, костяк, конструкция, которая не даст зданию или сооружению рассыпаться как карточный домик, если грунт, на котором они стоят, решит немного изменить своё положение.

От незыблемости фундамента зависит прочность всей постройки в целом. Деформация опоры приведет к поводке контура, перекосу дверей и окон, ускоренному разрушению стен. И чем большая нагрузка приходится на некачественный фундамент — тем с большими проблемами столкнутся владельцы жилья.

Выбор фундамента по типу постройки

Когда поставлена цель — возведение любого рода постройки, строитель в первую очередь опирается на габариты, объем и материалы будущей конструкции. Они определят суммарный вес и усилие, которые будет воспринимать грунт. На основе этих данных планируют тип и устройство фундамента.

Порядок проектирования включает пункты:

• определение расчетных нагрузок;
• определение характеристик грунта;
• выбор глубины заложения;
• выбор ширины подошвы и проверка по напряжениям;
• расчет первичной и вторичной осадки;
• расчет устойчивости основания;
• расчет на прочность.

Чем глобальнее замысел — тем большую предварительную работу следует произвести прежде, чем определиться с решением и начать строительство.

Гараж/хоз. постройка

Наиболее простой и показательный пример обустройства фундамента — постройка гаража, летней кухни, бани или даже вольера для собаки. Выбирая наилучший вариант, стремятся сделать как можно дешевле, проще и быстрее.

Оценивая будущую конструкцию, учитывают материал и площадь постройки, необходимость в подвале или смотровой яме, установку оборудования (станки по дереву или металлу для личной мастерской и т.д.).

Гараж размещают на ленточном фундаменте или монолитной плите, толщиной 10..20 см и армированной сетками. Важно выдержать уровень заезда вровень с землей или с минимальным подъемом. Этот нюанс также учитывают, если расположение гаража планируется впритык к стене дома. С этой целью, если предпочтение отдают свайному фундаменту, его делают заглубленным.

Для хозпостройки из кирпича и шлакоблока возводят фундамент ленточного или ленточно-свайного типа, а также монолитную плиту. Здесь тоже не рекомендуют излишне поднимать здание над землей — бегать за мешками, ведрами, дровами или инструментами по ступенькам никому не понравится, тем более — затаскивать объемные грузы. Кроме того, это создаст очевидные неудобства, если помещение планируют под содержание скота. В последнем случае лучшим выбором станет ленточная схема, чтобы сохранить для животных земляной пол.

Деревянную летнюю кухню, каркасный домик для гостей или баню из бруса можно поставить на свайный или столбчатый фундамент, беря во внимание сравнительно малую нагрузку. Это же касается и вольера для собак, хотя на практике чаще всего выбирают монолитную армированную подушку 2×3, 3×3 или 2×4 метра — это проще реализовать.

Частный дом

Оптимальный проект фундамента частного дома также опирается на его габариты и характер местности. Оценивают количество этажей, площадь, обустройство подвального помещения и возможность расширения здания в дальнейшем (пристройку).

Для деревянных и каркасных коттеджей самым простым выбором становится свайно-винтовой вариант. Его очевидные преимущества проявляются при работах на неровном участке. Для утепленных двухэтажных домов закладывают ленточно-свайный и столбчатый фундамент.

Армированная ленточная конструкция идет под здания из кирпича, газобетонного блока и керамоблока, чтобы выдержать повышенную нагрузку. На такой опоре можно разместить достаточно тяжелый дом, предусмотрев все «узкие» места.

В некоторых случаях используют монолитные и сборные плиты. Этот фундамент самый затратный по стоимости, но способен нести на себе значительный вес без деформации и смещений. Он оптимален, если возводят массивное кирпичное здание на проблемном грунте.

Многоквартирный дом

Для городских зданий на большое количество квартир закладывают фундамент, способный длительное время выдерживать значительные нагрузки. Как правило, это ленточный сборный железобетонный контур или же армированная плита (монолит или сборка из блоков). С возведением такой конструкции связана работа серьезной промышленной спецтехники.

Толщина заливки может достигать 6 метров. Каркас из арматуры собирают на нескольких уровнях, добиваясь соотношения до 130 кг металла на 1 м³ бетона, в зависимости от конкретных условий. После выгрузки смеси ее дополнительно уплотняют глубинным вибрационным методом.

Некоторые высотные здания располагают на свайном и столбчатом фундаменте. Используют и сваи глубокого заложения — с диаметром рабочего сечения до 2000 мм и длиной до 83 м. Также возможны комбинированные или гибридные варианты различных технологий — к примеру, свайно-плитный фундамент.

Промышленное здание/сооружение

В промышленном секторе предпочтение отдают постройкам на основе несущих колонн, а не стен. Это связано с тем, что производственные цеха охватывают огромные площади по сравнению с гражданским строительством, а для транспортировки грузов используют мостовые краны в пролётах. Грузоподъемность оборудования для условий металлургии может достигать 450 тонн, для общего машиностроения — до 50 тонн. Реализовать работу такого транспорта путем монтажа на стенах невозможно.

Сборные железобетонные колонны используют в цехах тяжелой промышленности — металлургия, литье, машиностроение, переработка. Их ставят на сборные или монолитные фундаменты стаканного типа, со сложной конструкцией «башмака». Для условий легкой и пищевой промышленности, сельского хозяйства, складов и оптовой торговли применяют стальные колонны на железобетонном монолитном фундаменте.

Под установку оборудования заливают цельные плиты. Это может быть вся площадь цеха или отдельные сегменты, где будет расположена линия или участок. Под некоторые виды машин необходим отдельный усиленный фундамент. Сюда относят пресса, молоты, кузнечные печи, тяжелые обрабатывающие станки, мельницы и дробильные установки.

Выбор фундамента по способу возведения

Определившись с тем, что именно должно получиться по итогу строительства и как это возможно в конкретных условиях ландшафта и климата, переходят к выбору способа обустройства фундамента.

При оценке вариантов учитывают:

• грунтовые условия;
• материалы;
• глубину заложения;
• ширину подошвы;
• комплекс операций по подготовке (земляные работы);
• способ реализации (вручную или спецтехникой);
• стоимость;
• долговечность;
• трудоемкость;
• сроки;
• возможность проведения работ в зимнее время.

Немаловажную роль играет собственный опыт застройщика, его личное мнение и профессиональное чутье. Множество смелых технических решений позже становились классикой, а гибридизация двух разных технологий позволяла сгладить их недостатки и усилить достоинства.

Ленточный

Контур ленточного фундамента формируют таким образом, чтобы передать на грунт линейно распределенные нагрузки от стен здания. Иначе говоря, он лентой повторяет расположение несущих и нагруженных элементов дома. В редких случаях такой фундамент используют под равномерную сетку колонн.

Различают монолитный и сборный тип.

Сборный вариант закладывают под многоквартирные здания и в промышленном строительстве. Контур собирают на основе специальных блоков железобетонных панелей. Внизу располагается подушка, сверху на нее монтируют стенки. Обычно толщина стен сборного фундамента подбирается равной толщине несущих стен здания, но не менее 300 мм.

По форме сечения блоки бывают:

• сплошными (прямоугольными, трапециевидными, фасонными);
• ребристыми;
• пустотелыми;
• кессонными;
• решетчатыми.

Наиболее удобны сплошные блоки. Набор ленточного фундамента с прямоугольным сечением по высоте используют для сравнительно небольших нагрузок и при высокой несущей способности грунта. В остальных случаях предпочтение отдают трапециевидной форме, которая воспринимает усилия со стороны здания по пирамидальному закону.

Сборка блоков может иметь непрерывный и прерывистый характер. Второй вариант допускает наличие промежуточных зазоров в 200..900 мм, которые засыпают грунтом. К такой схеме прибегают, чтобы сэкономить на материалах, и она требует тщательного предварительного просчета.

Возведение фундамента из монолитной ленты выполняют на основе бетона, бутобетона, бутовой кладки и железобетона. Рекомендуемая степень армирования в последнем случае достигает 65 кг арматуры на 1 м³ бетона. Для опалубки используют доски из дерева хвойных пород, толщиной не менее 25 мм.

Тип ленточных фундаментов относят к категории наиболее универсальных решений в строительстве. Для него характерны высокая скорость и сравнительно небольшой расход материалов. Из сложностей — возможна неравномерная усадка конструкции по всему периметру ленты. Но подробный анализ грунта позволяет исключить этот риск.

Свайный

Первой победой свайных опор были мосты. Затем этот метод перешел во все остальные сферы строительства и прочно обосновался там как оптимальный вариант для негабаритных частных домов и построек в сельской местности.

Основная функция свайного фундамента — передача нагрузок на слабый грунт. Опоры располагают по контуру, по ленточной схеме или заполняя всю площадь здания, обязательно — в углах. Шаг размещения принимают строго одинаковым, чтобы обеспечить равномерное распределение усилий. В случае с многоэтажным тяжелым строительством сваи могут размещать под несущими стенами в 2 ряда.

Различают забивные (погружаемые в грунт в готовом состоянии) и набивные сваи (процесс изготовления происходит уже непосредственно по месту). Существует несколько вариантов по виду материала:

1. Деревянные сваи. Оптимальны для местности с высоким уровнем грунтовых вод. Постоянно находясь в контакте с водой, дерево сохраняет свою прочность, губительны только сменные циклы. Используют опоры диаметром не менее 180 мм. На заостренную часть иногда ставят металлический башмак. Длина может достигать 25 метров.
2. Металлические сваи. Из стальных труб диаметром до 1000 мм или коробок, собранных сваркой двутавра или швеллера. Могут быть винтовыми, с приваренной спиральной полосой, по принципу самореза. Для повышения нагрузочной способности после помещения в грунт стальные сваи заливают бетоном.
3. Железобетонные сваи. Монолитные и сборные, квадратного и прямоугольного сечений. Для продольного армирования используют стальную стержневую арматуру сечением не менее 12 мм и проволоку периодического профиля для поперечной оплетки. Заострение усиливают металлическим башмаком.
4. Бетонные сваи. Формируют непосредственно в грунте, заливая предварительно подготовленную скважину или забитую инвентарную трубу.

Поверх набора опор располагают плиту-обвязку — т.н. ростверк, из дерева, бетона, железобетона или горячекатаного стального проката. Он может быть заглубленным в грунт (низкий ростверк) или поднятым над поверхностью (высокий ростверк). Второй вариант проще в исполнении и удобней в эксплуатации. Обычно поднимают на 70 см от земли.

К достоинствам свайных конструкций следует отнести повышенную «цепляемость». В процессе осадки опоры на ее боковую поверхность начинают воздействовать силы сопротивления грунта, аналогичные силам трения.

Очевидные недостатки фундамента — сложность в облицовке отмостка и цоколя, фактическая невозможность обустройства подвального помещения, сравнительно низкая нагрузочная способность. Но эта схема наименее затратная по материалам и трудоемкости работ, что обеспечило свайному фундаменту растущую популярность в гражданском строительстве.

Плитный

Плитный фундамент — это классическое решение, которое подходит для любых зданий и характеристик грунта. По степени надежности это абсолютный лидер. Его универсальность и прочность омрачаются лишь стоимостью ресурсов, дороговизной и трудоемкостью работ.

Плиты используют, когда нагрузки от здания таковы, что их нельзя размещать на отдельно стоящих или ленточных фундаментах с учетом последующих осадок и кренов.

Различают сборные и монолитные схемы, по аналогии с ленточными фундаментами. Сборные конструкции относят к крупномасштабному промышленному строительству, при возведении частных домов и построек чаще прибегают к заливке монолита.

Выделяют несколько типов по варианту устройства и профилю продольного сечения:

• сплошная плита;
• сплошная ребристая плита (с ребрами, выступающими вверх или направленными вниз);
• безбалочная плита с капителями под колонны;
• коробчатая плита (для зданий с неравномерной нагрузкой — например, с различной этажностью).

Возведение фундамента монолитной конструкции сводится к алгоритму:

1. Подготовка пространства под заливку (земляные работы).
2. Формирование и уплотнение подушки (слой песка, затем слой щебня или гальки).
3. Сборка опалубки из обрезных досок хвойных пород, толщиной 25 или 44 мм, с усилением по наружной стороне (распорками).
4. Гидроизоляция.
5. Армирование. Каркас собирают из готовых блоков, с помощью сварных сеток или путем послойной увязки стержней проволокой.
6. Заливка бетонной смеси.
7. Уплотнение.
8. Смачивание.
9. Выдержка до набора требуемой прочности (до 30..40 дней).

Такая база низводит риск смещений, деформаций и поводки конструкции практически до нуля. Основное ограничение широкого распространения плит — высокая стоимость и большие сроки работ.

Плитный фундамент требует изрядных капиталовложений, зато сам становится гарантом исключительной стабильности.

Столбчатый

Столбчатый фундамент (еще его называют отдельным) применяют как альтернативу ленточному в случаях незначительных нагрузок, когда давление на грунт меньше нормативного. Это особенно актуально в условиях малоэтажного строительства. Второе распространенное направление — опирание колонн каркасных зданий промышленного сектора.

Кроме того, столбы используют и при возведении фундамента для многоквартирных домов, если проект предусматривает глубокое залегание (до 5 м), и ленточная схема становится крайне невыгодной из-за объема материалов.

Столбы формируют на основе бетона или железобетона, с перекрытием железобетонными балками, на которых позже и собирают здание. Под балкой размещают демпфирующий слой — шлаковую или песчаную подушку. Для простых задач допускается изготавливать столбы из дерева и металла.

Опоры ставят в углах, в местах пересечения и примыкания стен, а также под простенками. Расстояние между осями соседних столбов — в среднем 2,5..3 м. Минимально допустимое сечение столба — 225×300 мм.

Различают несколько конструктивных вариантов фундамента:

• ступенчатые цельные;
• ступенчатые многоблочные (сборные);
• сборные с траверсами;
• пустотелые;
• ребристые;
• оболочковые;
• пирамидальные;
• заанкеренные.

Принципиальное отличие столбчатого фундамента от свайного в том, что «ножки» посажены в грунт на меньшую глубину и опираются подошвой, тогда как свая работает преимущественно боковыми сторонами, «цепляясь» за пространство вокруг себя. Столбчатый фундамент не подходит для местности с неоднородным и слабым грунтом, поскольку не может прочно встать на него.

К достоинствам такой базы под здания относят малые затраты на материалы и работу, простоту и высокую скорость возведения.

Ленточно-свайный

Гибрид двух технологий дает возможность использовать лучшие стороны ленточных и свайных схем. Такой фундамент обладает повышенными нагрузочными характеристиками по сравнению со свайным, а также подстраховывает ленточного «родителя».

Конструкция включает стандартную форму ленты, по периметру и углам которой дополнительно размещают отверстия под сваи или забивают трубы. Общий контур армируется поверху, в отверстия устанавливают объемные каркасы в форме цилиндра. Затем всю полость заливают бетоном.

Ленточно-свайный фундамент выбирают для брусовых и каркасных двухэтажных коттеджей, в том числе утепленных. В отличие от классической свайной схемы, в этом случае возможно обустройство погреба или подвала.

Особенности выбора крепежа для возведения фундамента

Еще в процессе проектирования фундамента следует определиться с тем, что именно будет расположено сверху и каким образом. И здесь особое внимание следует уделить вопросам крепежа.

СНиП 2.09.03-85 «Сооружения промышленных предприятий» определяет меры и методы установки и крепления различных объектов: резервуаров для нефти и продуктов, газгольдеров, бункеров и т.д. На этот норматив можно ориентироваться при решении любых технических задач, связанных с фундаментным крепежом в строительстве: размещение оборудования, складских систем, лестниц, металлических колонн и т.д.

По области применения различают анкерные болты:

• расчетные — непосредственно воспринимающие нагрузку от объекта;
• конструктивные — их используют для крепления конструкций, чья устойчивость обеспечена собственным весом, но необходимо предусмотреть случайные смещения.

Фундаментный крепеж закладывают до бетонирования или после, по предварительно выполненным скважинам и отверстиям. Во втором случае изделия крепят клеем, цементно-песчаными смесями, виброзачеканкой или при помощи цангового разжима.

Следует отметить, что для крепления несущих колонн, на которых будут впоследствии размещено крановое оборудование, и для конструкций с активным воздействием ветровой нагрузки нельзя использовать болты, устанавливаемые в скважины. Единственное исключение — анкера с коническим стержнем, которые монтируют методом вибропогружения с глубиной заделки не менее 20 диаметров.

Технические требования к фундаментному крепежу описаны ГОСТ 24379.0-2012. Стандарт предусматривает выпуск болтов с размерами резьбы от М12 до М140 мм, 6 типов и 14 различных конструктивных исполнений.

К изделиям, которые устанавливают в фундамент непосредственно перед заливкой бетона, относят:

• изогнутые (под прямым углом);
• с анкерной плитой;
• составные;
• съемные.

После бетонирования в скважину монтируют:

• изогнутые (с дополнительным отгибом под острый угол);
• прямые;
• с коническим концом и разжимной цангой.

В зависимости от исполнения анкер может включать в себя одну или две шпильки, муфту, втулку, цангу, шайбы, гайки, плиту или арматуру. Чтобы заказать фундаментные болты нужной конструкции, указывают ссылку на ГОСТ, тип и исполнение.

Для изготовления резьбовых стержней и гаек используют стали Ст3, 20, 09Г2С. Цанги и втулки делают из углеродистой качественной стали — 15, 20, 25, а также Ст3кп2. Анкерные плиты изготавливают из стальных листов различной толщины (3 или 09Г2С марок) методом плазменной резки.

Существует два варианта разрушения крепления объекта к фундаменту: облом основы (анкер вырывает вместе с куском бетона) и растрескивание заливки, где болты выступают стартовыми концентраторами напряжений. Основные причины таких явлений:

• реальная нагрузка значительно превышает расчетную;
• низкая прочность материала фундамента;
• недостаточная глубина анкеровки;
• не выдержаны рекомендуемые монтажные расстояния между болтами и от граней фундамента.

Чтобы предусмотреть подобное развитие событий, схему размещения крепежа тщательно просчитывают, а расчет минимально допустимого сечения резьбы выполняют с увеличенным запасом прочности.