Текст книги "Фундамент. Прочно и надежно"

Лессовидный грунт в основании лучше заменить на другой тип грунта или в крайнем случае следует хотя бы устроить песчаную подушку и продуманную дренажную систему.

5. Супесь. Этот тип грунта относят уже не к обломочным, а к глинистым, хотя по механическому составу он ближе к песку, чем к глине, и состоит из песчаных и глинистых частиц. Супесь, как и суглинок, и глина, – связный грунт. Это означает, что в ней присутствуют эластичные обратимые связи, которые делают грунт цельным (не рассыпчатым), но при этом их довольно легко разорвать. Связность грунта обеспечивают глинистые частицы в форме чешуек размерами менее 0,005 мм, с многочисленными капиллярами, позволяющими задерживать воду в грунте.

При раскатывании супеси в жгут грунт скатывается плохо, цельной фигуры не получается. При попытке скатать шар или сжать часть грунта в руке он рассыпается, а в сухом состоянии и вовсе крошится.

В супеси содержание глинистых частиц – 3–10 %, остальной объем этого грунта занимают песчаные частицы, причем большую часть из них должны составлять зерна размерами 0,25–2,2 мм. Супесь бывает двух видов: тяжелая и легкая. В легкой супеси содержание глинистых частиц – от 3 до 6 %, в тяжелой – от 6 до 10 %.

Несущая способность этого типа грунта составляет примерно 3 кг/см² и не зависит от степени его увлажнения (можно назвать этот грунт непучинистым).

Супесь – неплохое грунтовое основание, но для повышения несущей способности можно устроить по ней подушку из среднеобломочных или крупнообломочных пород.

Если грунтовое основание представляет собой скальный, крупнообломочный или среднеобломочный грунт, глубина заложения фундамента может быть выше глубины промерзания грунта. В иных случаях заглубление подошвы фундамента должно превышать глубину промерзания.

6. Суглинок. Связный грунт с содержанием глинистых частиц от 10 до 30 %. Как и в супеси, песчаные частицы преобладают над глинистыми. Пылеватые частицы при этом не должны превышать объем глинистых частиц.

Суглинок может быть легким и тяжелым. Легкие суглинки отличаются меньшим объемом глинистых частиц в своем составе: от 10 до 20 %. Тяжелые суглинки на 20–30 % состоят из глинистых частиц. Остальной объем занимают песчаные частицы.

Жгут из легкого суглинка разрушается при скатывании, его практически невозможно свернуть в кольцо – оно сразу ломается. Шар можно сжать, но не скатать. Сжатый комок грунта сохраняет форму, но легко разрыхляется и распадается, особенно в сухом состоянии.

Из тяжелого суглинка проще скатать жгут, но он все же получается с трещинами, как и свернутое из него кольцо. Сжатый в горсти грунт сохраняет форму, однако его тоже легко рассыпать рукой. Шар из тяжелого суглинка при сжатии образует плотную лепешку с трещинами по краям.

Суглинки отличаются высокой прочностью, хотя немного подвержены просадке и образованию трещин. Несущая способность суглинка в сухом состоянии составляет 3 кг/см², при увлажнении она понижается до 2,5 кг/см². Это условно непучинистый грунт, который обладает отличными свойствами только в сухом состоянии. При увлажнении глинистые частицы задерживают в себе влагу, что приводит к вспучиванию грунта при смене температур.

Этот грунт – хорошая основа под фундамент, как и в случае с супесью, его можно укрепить с помощью устройства песчаной подушки.

7. Глина. Связный грунт, в котором более 30 % общего объема составляют глинистые частицы. Остальной объем грунта, как в супеси и суглинке, занимают песчаные и пылеватые частицы.

Из глины можно скатать идеально ровный жгут, который легко скручивается в кольцо без трещин. Сжатый в ладони глинистый грунт становится плотным, принимает в исходную форму только с приложением усилий. Если скатать из глины шар, он получается ровным и при сжатии образует лепешку без трещин. Глина – тяжелый клейкий грунт.

Глина, как и суглинок, относится к условно непучинистым основаниям и обладает высокой несущей способностью лишь в сухом состоянии (6 кг/см²). Насыщенная влагой глина при замерзании может увеличиваться в объеме до 15 % (сильное пучение) и теряет несущую способность (до 4 кг/см²). Кроме того, при насыщении влагой этот тип грунта из твердого превращается в текучий (к этому приводит невысокая плотность грунта в сухом состоянии и его высокая пластичность). Ситуацию усугубляет то, что глина почти не пропускает воду. Если уровень грунтовых вод на участке строительства с глинистым грунтом превышает предполагаемую глубину заложения фундамента, необходимы замена грунтового основания, специальная подготовка искусственной подушки или более надежные фундаменты (например, свайные). Если же уровень грунтовых вод намного ниже проектной глубины заложения фундамента, расслабляться все же не стоит: к неприятным последствиям на таком грунте может привести даже обыкновенная протечка коммуникаций.

Особо следует выделить так называемые ленточные глины, представляющие собой неоднородный слоистый грунт, в котором слои глины чередуются с прослойками песка. Такое основание крайне ненадежно и требует замены.

8. Грунт с органическими примесями. Сюда можно отнести торф (в том числе болотный), ил, рыхлый растительный грунт (в том числе чернозем).

Все эти виды грунта можно определить визуальным методом. Торф отличается от других типов черно-бурым цветом и своей губчатой волокнистой структурой, из-за которой он не скатывается в жгут и быстро восстанавливает форму после сжимания. Торф хорошо впитывает воду, которую из него можно выжать, как из губки.

Грунты с органическими примесями состоят из остатков растительного и животного происхождения, находящихся в различной степени разложения. Мы не будем подробно рассматривать свойства этих грунтов, поскольку они абсолютно непригодны в качестве основания под фундамент из-за большой влагоемкости, пучинистости и пористой структуры, изменяющейся со временем. Если на участке строительства присутствует один из этих грунтов, его следует удалить и заменить на грунт с хорошей несущей способностью. Эту задачу упрощает тот факт, что грунты с органическими примесями крайне редко залегают глубже, чем на 30 см от поверхности земли.

9. Насыпной грунт. Он отличается от других, как правило, искусственным происхождением. Чаще насыпной грунт образуется при засыпке оврагов. Из-за неоднородной структуру и инородных включений насыпной грунт может обладать высокой пучинистостью и пористостью, хотя может быть и довольно прочным. Такой разброс в свойствах получается в результате того, что определенного состава у насыпного грунта нет: он состоит из того, из чего его составил человек (реже – природа). Так, насыпной грунт бывает и достаточно качественным для того, чтобы его можно было заложить как искусственное основание под фундамент. Свойства насыпного грунта определяются аналогично свойствам других типов.

Одно из важных свойств грунта – его влажность, зависящая от уровня подъема грунтовых вод и внешних климатических условий. Влажность можно определить тактильным способом, как и тип грунта по механическому составу. Если при растирании небольшого количества грунта между ладонями частицы плавно скользят сквозь пальцы, грунт влажный.

10. Плывуны. Этот тип грунта – нечто среднее между связными и мелкообломочными породами. Его нельзя отнести ни к тем ни к другим из-за особых свойств, которыми он обладает. При насыщении влагой такой грунт становится крайне ненадежным: жидким и подвижным, т. е. буквально плывущим. К плывунам относят именно такие грунты, которые практически постоянно насыщены водой. Если на участке строительства встретились плывуны, их следует заменить на более надежный грунт или позаботиться об устройстве свайного фундамента.

Итак, мы определили, какой грунт не подходит в качестве основания под фундамент, какой нуждается в усилении, а какой является почти идеальным естественным основанием.

Однако, кроме типов грунта по механическому составу, существуют еще несколько важных условий.

Уровень и состав грунтовых вод

Грунтовые – это воды, находящиеся в толще грунта (независимо от его типа) в верхнем слое земной коры. Грунтовые воды могут пребывать в жидком, твердом и газообразном состоянии в зависимости от климатических условий.

По условиям залегания различают почвенные, грунтовые, межпластовые, артезианские и минеральные подземные воды. Все они имеют различный химический состав, зависящий от источника этих вод, состава пород, в которых они залегают, и степени изоляции от поверхностных вод. Источниками подземных вод могут служить атмосферные осадки, конденсат водяных паров, ювенильные и седиментационные воды. Ювенильные – это воды, появившиеся вследствие соединения кислорода и водорода, выделившихся из магмы, и впервые вступившие в водооборот. Седиментационные воды имеют морское происхождение.

При заложении фундамента нам интересны грунтовые воды: именно они воздействуют на подземные конструкции зданий.

Грунтовые воды в зависимости от типа грунта могут быть поровыми, трещинными (жильными) и карстовыми (или трещинно-карстовыми). Поровые воды встречаются в песках и других обломочных породах, трещинные – в скальных породах, карстовые – в растворимых (связных) породах, в том числе мягком известняке, доломите и гипсе.

Из-за того что грунтовые воды расположены близко к поверхности, их уровень постоянно колеблется (сказываются воздействие атмосферных осадков и иных климатических условий, деятельность человека и другие факторы). Что же такое уровень грунтовых вод? Это верхняя неровная поверхность залегающих в грунте вод, повторяющая неровности рельефа в более сглаженной форме. Уровень грунтовых вод измеряется вертикально от поверхности грунта до их поверхности. В местах понижения рельефа грунтовые воды будут ближе к поверхности, в местах повышения – дальше от нее.

Уровень грунтовых вод влияет на глубину заложения фундамента, поэтому его необходимо определить в ходе геологических изысканий. Уровень грунтовых вод на участке строительства можно искусственно понизить, устроив яму для сброса подземных вод в сторону уклона рельефа (относительно этой ямы участок строительства будет более возвышенным, поэтому уровень грунтовых вод на нем понизится). Такой водоотвод эффективен при временных интенсивных повышениях уровня грунтовых вод (ливень, таяние снега весной и т. п.). Для постоянного понижения уровня грунтовых вод необходимы продуманные дренажные системы.

Чтобы ослабить влияние грунтовых вод на ленточный или столбчатый фундамент, можно произвести выштамповку площадки под подошвой фундамента. Этот процесс предполагает вбивание в несущий слой грунта стальных микросвай с помощью специального пневматического пробойника (подойдет, в принципе, и кувалда, но с большими трудозатратами). Микросваи – это сваи диаметром до 20 мм, имеющие острый наконечник для простоты вхождения в грунт.

Еще один выход из ситуации с повышенным уровнем грунтовых вод – устройство особенно надежной гидроизоляции. Но этот метод не поможет в борьбе с пучением грунта.

Глубина промерзания грунтового основания

Глубина промерзания грунта измеряется вниз от поверхности земли и формально показывает, насколько глубоко замерзает земля в зимний период.

Эта характеристика дает понять, как изменяются свойства грунта при отрицательных температурах, особенно в длительные периоды с низкими температурами. Самое сильное влияние на изменение свойств грунта при промерзании оказывает замерзшая вода, поэтому глубина промерзания тесно связана с таким понятием, как уровень грунтовых вод.

Если глубина промерзания и уровень грунтовых вод не пересекаются, грунт наиболее надежен.

Если же глубина промерзания находится ниже уровня грунтовых вод, нельзя избежать резких изменений в свойствах грунта при перепадах температуры (в весенний и осенний периоды, при замерзании и оттаивании). Эти изменения необходимо учитывать при проектировании фундамента.

Определение глубины промерзания будет подробно рассмотрено в гл. Предварительные работы на участке – в разделе, посвященном геологическим изысканиям.

Сейсмоустойчивость

Если район строительства находится в зоне частых землетрясений, требования к фундаменту повышаются. Он должен не разрушаться при сейсмических нагрузках.

Для повышения устойчивости фундамента нужно дополнительно армировать как сам фундамент, так и все здание, или, например, использовать шаровидный либо составной фундамент. И если шаровидный фундамент обойдется застройщику очень дорого, то составной может оказаться даже дешевле типового решения.

Сперва необходимо вырыть обыкновенный котлован и организовать обычный фундамент, не учитывая сейсмических свойств региона, затем поверх этого фундамента уложить сплошной монолитный блок из железобетона с выемкой в верхней части в виде небольшого углубления, круглого в плане и параболического в разрезе. Железобетонный блок следует выполнить из самого прочного бетона и тщательно его армировать. Связи арматуры обязательно делать с перевязкой проволокой, а не с помощью сварки. В выемку после твердения бетона надо налить малоусыхаемое масло, затем туда же уложить стальные шары, на которые опять поместить бетонный блок, более плоский. На этот блок непосредственно установить надземные несущие основа здания. Такая конструкция обладает способностью сглаживать силу подземных толчков на 2 балла по шкале Рихтера, а при сильных толчках не даст дому перевернуться. Конструктивные размеры всех элементов такого фундамента можно разрабатывать только в соответствии с расчетами. Для чего лучше обратиться к специалисту.

Еще один способ погасить подземные толчки – фундамент на слоистых опорах. Эти опоры устанавливают опять же на уже устроенный фундамент по монолитной плите, но никаких выемок делать не нужно. На плиту жестко крепят опоры, представляющие собой большие по диаметру и небольшие по высоте колонны, состоящие из вертикально перемежающихся слоев особо прочной резины и стали. Резина гасит колебания. Следует отметить, что обычная резина для таких опор не подойдет, и сделать подобный качественный фундамент самостоятельно практически невозможно.

Фундамент на склоне

Как уже было сказано в гл. Устройство фундамента, подошва фундамента по всей его площади должна находиться на одной и той же отметке высоты. Отсюда следует, что дно траншеи или котлована под фундамент также необходимо устроить на одной высоте. Эти условия усложняют строительство здания на склонах, особенно на крупнопадающем рельефе: приходится либо выравнивать всю площадку под строительство, либо производить большой объем земляных работ. Кроме того, на склонах очень часто необходимыми являются укрепительные мероприятия, защищающие грунтовое основание от эрозии – разрушения под воздействием ветра и потоков воды, приводящего к отрыву кусков грунта и выносу их со склона с отложением у его основания. Все это заставляет задуматься, прежде чем выбрать участок под строительство на крутом рельефе: ведь на земляные работы и возведение фундамента уйдет намного больше средств и времени.

Но что делать, если уже выбранный участок под строительство расположен на крутом склоне? Прежде всего нужно учесть, что большую опасность представляют перемещения и сдвиги грунта, а также боковое давление на будущий фундамент. Эти обстоятельства приводят к выводу, что фундамент в подобных условиях должен быть жестко связан в продольном и поперечном направлениях. Поэтому оптимальный выбор здесь – ленточный фундамент. Подойдет и столбчатый фундамент, объединенный железобетонным ростверком по всему периметру. Склон можно также укрепить посадкой деревьев и кустарников.

Если на склоне с крупнопадающим рельефом решено возводить ленточный фундамент, можно сделать его уступчатым. Начинают сооружение такого фундамента с самой низкой его части по склону. Высота каждого уступа не должна быть больше половины его длины, лучше, если она будет составлять именно половину от нее. Еще одно ограничение – высота уступа: она обязана не превышать 50 см.

Виды фундаментов

В зависимости от способа устройства различают несколько основных типов фундаментов. Каждый из них имеет свои особенности и подходит для определенных условий.

Выбор типа фундамента – очень ответственное дело, перед которым следует учесть все условия строительства – от свойств грунтового основания до типа надземных несущих конструкций и этажности постройки. Рассмотрим основные виды фундаментов.

Столбчатый фундамент

Столбчатый фундамент состоит из опор (столбов), объединенных на уровне обреза фундаментными балками (рис. 1).

Из-за того что опоры фундамента находятся на некотором расстоянии друг от друга, нагрузка, которую они воспринимают, получается сосредоточенной и передается на грунтовое основание точечно.

Рисунок 1. Столбчатый фундамент: 1 – обвязочная балка или ростверк (железобетонная балка), 2 – столб

Основными достоинствами столбчатых фундаментов можно считать экономию материалов и простоту возведения. Недостатком прежде всего является необходимость отдельного устройства цоколя, называемого в данном случае забиркой.

Столбчатые фундаменты можно выполнять из монолитного или сборного железобетона, дерева, кирпича, бута или асбестоцементных труб. При этом каменный или бетонный фундамент может быть устроен на песчаной, щебеночной или гравийной подушке, которая заменит не более половины его высоты и будет в высоту не более 15 см (только для сильных грунтов), а кирпичные столбы можно уложить на несколько рядов бутовой кладки. Зачастую столбы имеют внизу уширение – «подушку», которая позволяет им более прочно «сидеть» в грунте. На хорошем грунтовом основании столбчатые фундаменты порой возводят без фундаментных балок.

Столбчатый фундамент экономичнее ленточного в 1,5–5 раз. Чем больше расчетная глубина заложения, тем выше относительная экономия труда и материалов при выборе столбчатого фундамента. Однако следует помнить, что применение этого типа фундамента обусловливается гораздо большим количеством ограничений.

При возведении столбчатого фундамента опоры следует устанавливать во всех конструктивных узлах здания: в местах пересечения несущих стен (в том числе на углах) или под колоннами. Но этого зачастую мало, так как расстояние между опорами должно быть не более 3 м, а лучше, чтобы оно ограничилось 1,2–2,5 м. Эта величина обусловлена максимальным расстоянием, при котором не возникают деформации в фундаментных балках и несущих стенах под их собственным весом. Дополнительные столбы следует устанавливать под простенками, вспомогательными опорами и в точках сосредоточения каких-либо нагрузок. Если установки столбов в этих точках недостаточно, их просто равномерно распределяют по всему периметру несущих стен, следя за тем, чтобы опоры не располагались под проемами.

Фундаментная балка, которую укладывают поверх столбов для связи вертикальных опор между собой, может называться по-разному: обвязочной, ростверком или рандбалкой. Каждое из этих названий обозначает конструктивную особенность отдельного вида фундаментных балок. Ростверком называют железобетонную обвязку, а рандбалка – это более мощный ростверк с более крупными конструктивными размерами, применяется при больших расстояниях между столбами. Толщина рандбалки не должна быть менее четверти пролета (расстояния между опорами). Например, при пролете в 3 м минимальная толщина рандбалки составит 75 см. Рандбалки применяют, если пролет превышает 2,5 м. Иногда устройство рандбалок позволяет увеличить расстояние между опорами фундамента более чем на 3 м.

Фундаментные балки могут не применяться, если конструктивная система здания представляет собой каркас (стойки, колонны, а не стены), а грунтовое основании достаточно прочное. Но если стены здания предполагается выполнить из камня или бетона, устройство железобетонного ростверка является обязательным.

Столбчатый фундамент следует применять на прочном грунтовом основании. Он не подходит для строительства на крутом склоне, поскольку может быть опрокинут силами бокового давления грунта. Однако на участках с не очень большим уклоном допустимо строить столбчатый фундамент с жестким железобетонным ростверком (горизонтально расположенной фундаментной балкой, соединяющей вертикальные элементы конструкции и распределяющей нагрузку на фундамент).

Если грунтовое основание слабое, можно применить столбчатый фундамент, существенно увеличив общую площадь подошвы фундамента путем увеличения количества опорных столбов. Расстояние между опорами при этом сократится, а фундамент будет в меньшей степени подвержен просадке. Для определения расстояния между опорами при этом необходим расчет: общая площадь подошвы равна отношению нагрузки на грунтовое основание к несущей способности грунта. Разделив общую площадь подошвы на площадь подошвы одного столба, получают нужное количество столбов.

Если на участке строительства высокий уровень грунтовых вод, среди всех видов столбчатых фундаментов следует выбрать сборный железобетонный: ему не требуется набирать прочность на месте устройства. Можно также провести дренажные работы, осушив участок. Есть сборные столбчатые фундаменты, в которых блок-подушка уже соединена с блоком ФБС в заводских условиях. Такой фундамент удобно использовать во влажных условиях, поскольку отпадает необходимость сваривать закладные детали на месте строительства в неблагоприятных условиях.

Деревянный столбчатый фундамент не следует применять на влажных грунтах с высоким уровнем грунтовых вод: даже при правильной обработке дерева такой грунт намного сократит срок службы фундамента.