Фундамент для грунта глубоким промерзанием

Установка фундамента выше глубины промерзания

Одним из главных условий определения глубины заложения фундаментов на пучинистом грунте является глубина его промерзания. В нашей стране сезонное промерзание грунта может достигать глубины 2,5 метра и более. В зданиях без подвалов стоимость фундаментов такой высоты неоправданно велика, поэтому у многих людей возникают вопросы: можно ли устанавливать фундамент выше глубины промерзания и можно ли уменьшить глубину промерзания грунта?

На эти вопросы есть ответы. Да, можно устанавливать фундаменты на промерзающем грунте. Это фундаменты в виде монолитных армированных плит или армированные ленточные фундаменты на глубоком подстилающем слое из непучинистого грунта. В данном разделе мы не будем их рассматривать, это отдельная большая тема. На глубину промерзания грунта тоже можно оказывать воздействие. Вот об этом и будет эта статья.

Воздействие на грунт температуры воздуха

Весь процесс будем рассматривать в шкале Цельсия приняв за точку отсчета 0°С.

Представим, что на грунте лежит стальной шарик с температурой равной температуре окружающего воздуха. Температуру, которую шарик будет распространять на грунт изобразим в виде векторов (рис. 16).

Рис.16. Температурное воздействие на грунт

Таким образом в течении зимы шарик будет распространять на грунт отрицательную температуру и замораживать грунт вокруг себя по полусфере в масштабе повторяющей контур шарика. Чем больше будет зимой холодных дней, тем дальше в грунт будет распространяться замороженная полусфера. Поскольку зима не вечна, то однажды полусфера достигнет своего максимума и больше увеличиваться не будет. Максимальная глубина, при которой грунт из пластичного превращается в твердый называется глубиной промерзания грунта.

Весной шарик нагревается и начинает расплавлять под собой замороженный грунт. То есть происходит тот же самый процесс, что и при замораживании, только вектор температуры меняет свой знак с минуса на плюс. Если теплых дней будет мало, то грунт не успеет растаять на всю глубину, на которую он промерз. Такой грунт называется вечномерзлым. Сейчас мы его рассматривать не будем. Далее нас интересует только тот грунт, который в летние дни полностью прогревается.

Мы рассмотрели процесс замерзания грунта от действия одного шарика, на самом деле на грунте лежат миллиарды таких условных шариков и воздействуют на него образуя под собой промороженное или оттаявшее поле. Если на это поле разместить, какое-либо строительное сооружение, то оно вызовет в нем аномалию (рис. 17). Возмущение промороженного поля грунта будет различным и зависеть от теплового режима, размещаемого на нем объекта. При размещении неотапливаемого здания грунт под зданием будет промерзать на меньшую глубину, так как температура в здании будет все-таки выше, чем в чистом поле. Если здание будет отапливаемым, то грунт под ним совсем не промерзнет или промерзнет незначительно поскольку будет подогреваться зданием. Поэтому тепловой режим здания учитывается нормативными документами (табл.10) и влияет на глубину заложения фундаментов.

рис. 17-1. Промерзание грунта от воздействия отрицательных температур рис. 17-2. Промерзание грунта при расположении на нем неотапливаемого сооружения рис. 17-3. Промерзание грунта при расположении на нем отапливаемого сооружения

Уменьшение отрицательного воздействия промёрзшего грунта

Строительные правила (СП 22.13330.2011) дают определение глубины промерзания «равной средней из ежегодных максимальных глубин сезонного промерзания грунтов (по данным наблюдений за период не менее 10 лет) на открытой, оголенной от снега горизонтальной площадке при уровне подземных вод, расположенном ниже глубины сезонного промерзания грунтов.»

В этом определении важна каждая фраза:

• «средняя из ежегодных», то есть глубина промерзания может быть больше указанной величины или меньше ее;
• «открытая, оголенная от снега площадка» говорит о том, что под снегом глубина промерзания грунта будет меньше (чем толще снег, тем меньше промерзание);
• «при подземных водах ниже глубины промерзания», то есть исследуется сухой грунт, если он будет влажным глубина промерзания увеличится.

В строительных правилах нет, но всем известно, что укатанный грунт вследствие уплотнения становится более теплопроводным и промерзает глубже.

Таким образом исходя только из определения Строительных Правил видим несколько путей уменьшения глубины промерзания. Площадка вокруг строительного сооружения должна быть под снегом, не уплотнена и не увлажнена. В идеале это должно быть перепаханное поле и тогда грунт на нем точно не промерзнет до нормативной глубины даже в самую суровую зиму. Но в реальности все выглядит несколько иначе. К дому походят подъездные дороги, снег с которых по возможности убирают, а осенняя дождевая вода с крыши отводится недалеко от дома.

Наибольшую опасность для фундамента представляют температурные векторы, расположенные в полосе вокруг здания шириной равной глубине промерзания грунта. Если их убрать или каким-то образом уменьшить, то фундамент можно установить выше глубины промерзания грунта (рис.18).

рис. 18. Принципиальная схема уменьшения глубины промерзания

Уменьшить негативные воздействия от замораживания грунта можно как минимум двумя способами:

1. изменением физико-механических свойств грунта;
2. теплоизолированием грунта.

Это наиболее простые способы, доступные самодеятельному застройщику.

Изменение физико-механических свойств грунта

Из предыдущих страниц данной темы сайта нам известно, что разные грунты имеют различные свойства. Одни из них при замораживании не изменяют своей структуры, другие увеличиваются в объеме и выталкивают фундамент ломая его в различных плоскостях. Назовем такие грунты восприимчивыми к морозу и невосприимчивыми.

Рис.20. Воспримчивые и невоспримчивые к морозу грунты

Грунты, невосприимчивые к морозу состоят из обломков скальных пород (крупнозернистые пески, гравийные и галечниковые грунты). Ими и нужно заменить пучинистые грунты по периметру здания, целиком или перемешиванием со старым грунтом, вынутым при разработке котлована под фундамент. Для уменьшения влияния атмосферной воды на свойства грунтов её отводят от фундамента. Делают это двумя способами. Поверхностную дождевую и талую воду отводят устройством отмосток вокруг здания с уклоны от 5 до 10%. Воду можно отвести по рельефу местности или в специальную дренажную канаву, засыпанную крупнозернистым грунтом с верхним слоем, оформленным в виде красивых дорожек. В районах строительства с высоким снегом и частыми дождями воду, просачивающуюся к фундаменту, отводят от фундамента посредством подземного дренажа. Перфорированные трубы укладывают вокруг здания в слой крупнозернистого дренирующего грунта, накрывают геотекстилем во избежание заиливания труб и засыпают дренирующим мелкообломочным грунтом. Далее трубами отводят воду от фундамента по уклону местности либо сбрасывают воду в закопанные на отдалении дренирующие колодцы из бочек, засыпанных камнями. Грунт вокруг фундамента не будет удерживать в себе воду, а значит и не будет пучится при морозе (рис. 19).

Рис.20. Схемы отвода воды от фундамента

Подсос грунтовой воды в тело фундаментов и стяжек подвала прерывают устройством обмазочных и оклеечных гидроизоляций, а также устройством подсыпок из мелкообломочных дренирующих грунтов. Такая подсыпка из-за относительно больших расстояний (по молекулярным меркам) между частицами не может удержать в себе воду и уж тем более не может подсосать ее верх и смочить подошву фундамента. Капиллярный подсос так же можно прекратить и расстиланием под фундаментом полиэтиленовой пленки (рис. 21).

Рис.21. Отсекание капилярного подсоса

Теплоизоляция грунта

Если замещение и осушение грунтов вокруг дома предусматривает большой объем земляных работ при котором мы влияем на теплопроводность грунта простой заменой одного типа грунта на другой, то теплоизоляция грунта предполагает оставить прежний грунт с уменьшением его теплопроводности. Делается это установкой теплоизоляции. Я уже не однократно говорил на других страницах сайта и повторю вновь, что распространённый термин «утеплитель» применяется неправильно. Правильное название материала — теплоизоляция. Это перегородка между двумя материалами прерывающая поток тепла. Теплоизоляция сохраняет тепло если укрываемый ей материал был теплый или сохраняет холод, если изначально материал был холодный.

рис. 22. Утепленная отмостка

Укладка полосы теплоизоляции по периметру здания шириной равной глубине промерзания ослабит поток отрицательных температур, проникающих в толщу грунта и он промерзнет на меньшую глубину. На такой грунт можно будет установить фундамент меньшей высоты (рис.22). Конструктивно теплоизоляция грунта совмещают с устройством отмостки и называют утепленной отмосткой. Для того, чтобы мороз не прошел к подошве фундамента через его тело, мостик холода прерывают теплоизоляцией цоколя фундамента (рис. 23).

рис. 23. Теплоизоляция цоколя

Если вы встретите чертежи, показывающие теплоизоляцию по внешней вертикальной стене фундамента, то это утепляется подвальное помещение, а не грунт. Такая теплоизоляция удерживает тепло в подвале, при этом грунт теплом дома не прогревается, и глубина его промерзания не изменяется. То есть теплоизоляция стен фундамента не имеет ничего общего с теплоизоляцией грунта. Это разные конструктивные решения решающие разные задачи.

Укладка полосы теплоизоляции вокруг дома может быть сделана по уровню подошвы фундамента и совмещена с теплоизоляцией подвала (рис. 24). В этом случае решаются одновременно две задачи: утепление подвала и тепловое изолирование грунта. Полоса теплоизоляции здесь будет уже чем на поверхности грунта и зависеть от глубины погружения фундамента.

Рис.24. Утепление подвала и грунта

Утепленную отмостку лучше применять для зданий без подвала, а заглубленную теплоизоляцию для зданий с подвалом.

Источник

Выбор фундамента для дома на пучинистых грунтах

Рис.1. Фундамент ленточный малозаглубленный

Как известно, грунты в основании зданий, склонные в разной степени к морозному пучению, занимают большую часть площади страны.

Выбор эффективных способов снижения влияния сил морозного пучения грунтов на деформацию здания остается сложной задачей малоэтажного строительства.

Известны три принципиальных способа конструирования фундамента для снижения влияния сил морозного пучения грунта на здание:

1. Заглубленный фундамент — заложение подошвы фундамента на глубину промерзания грунта.
2. Применение мелко заглубленного фундамента с увеличенной жесткостью на изгиб — фундамента и надфундаментных конструкций, приспособленных к неравномерным деформациям основания.
3. Использование теплоизолированного фундамента мелкого заложения (ТФМЗ). Утепление фундамента и грунта вокруг с целью исключить промерзание грунта и действие сил морозного пучения на фундамент.

Ленточный заглубленный фундамент с заложением на глубину промерзания

Заложение подошвы ленточного фундамента на глубину промерзания не всегда защищает от деформаций легкие малоэтажные здания. Такие фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по которой действуют большие по значению касательные силы пучения. Эти силы стремятся зимой вытолкнуть фундамент и здание вверх.

Нагрузки от веса здания на 1 пог.м ленточных фундаментов в одно-, двухэтажных домах не превышают величины 40… 120 кН. Небольшие нагрузки на фундаменты обуславливают повышенную их чувствительность к силам морозного пучения.

Находящиеся в пучинистых грунтах ленточные фундаменты малоэтажных домов часто подвергаются выпучиванию, если действующие на них нагрузки от веса здания не уравновешивают силы пучения.

Ленточные фундаменты на глубину промерзания — это материалоемкие и дорогостоящие фундаменты, к тому же, не обеспечивающие надежную эксплуатацию малоэтажных зданий, построенных па пучинистых грунтах.

Затраты на устройство таких фундаментов составляют слишком большой удельный вес в общей стоимости строительства дома.

Ленточные фундаменты с заложением подошвы на глубину промерзания грунта рекомендуется применять только для частных домов с подвалом.

Свайные и столбчатые заглубленные фундаменты

Фундаменты с заложением на глубину промерзания для частного дома могут быть рекомендованы в свайном конструктивном исполнении или в виде столбчатых фундаментов — с ростверком, на который опираются стены. В качестве свай для малоэтажных домов чаще всего применяют буронабивные сваи или их разновидность — фундамент ТИСЭ, а также винтовые сваи.

Такие фундаменты имеют, по сравнению с ленточными, меньшую площадь боковой поверхности и расход материалов. Но и опорная поверхность подошвы таких фундаментов также невелика, что ограничивает их применение сравнительно легкими зданиями на прочных грунтах.

Конструкция свайных фундаментов предполагает устройство дома с холодным цоколем — пространством между землей и нижним этажом. Пол первого этажа приходится делать по цокольному перекрытию. Устройство жесткого перекрытия над цоколем, вместо полов по грунту, удорожает строительство.

Железобетонный ростверк на сваях сложнее и дороже, чем мелко заглубленный ленточный фундамент.

Кроме того, устройство мощного монолитного железобетонного ростверка делает свайные фундаменты сложнее в устройстве и дороже, чем мелко заглубленные ленточные фундаменты.

Взгляните на фото фундамента с ростверком. Ведь это тот же мелко заглубленный фундамент с торчащими снизу ногами свай, и зачем то приподнятый над грунтом.

Чаще всего выбор такого фундамента ничем не обоснован, кроме страхов «экономных» застройщиков, не пользующихся услугами профессиональных проектировщиков, и пропаганды производителей буров ТИСЭ и их последователей на форумах и соседних участках.

Свайные фундаменты в частном домостроении выгодно применять только для тех конструкций, где не требуется устройство дорогого ростверка (например, для деревянных или каркасных зданий с холодным цоколем), или при наличии особо сложных грунтовых условий.

Мелкозаглубленный фундамент повышенной жесткости

Фундамент ленточный мелкозаглубленный для частного дома на сильно пучинистых грунтах. 1 — монолитный бетон; 3 — противопучинистая песчано- гравийная подушка; 4 — арматурный каркас; 7 — гидро- изоляция.

Более эффективным путем решения проблемы строительства малоэтажных зданий на пучинистых грунтах является применение мелкозаглубленных фундаментов, приспособленных к неравномерным деформациям основания.

По конструкции такие фундаменты могут быть:

• Ленточными
• В виде фундамента-плиты
• А в некоторых случаях и столбчатыми с ростверком.

Основной принцип конструирования мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах заключается в том, что, например, ленточные фундаменты всех стен частного дома объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания.

Применение мелкозаглубленных фундаментов базируется на принципиально новом подходе к их проектированию, в основу которого заложен расчет оснований по деформациям пучения. При этом допускаются деформации фундамента, в том числе неравномерные, однако они должны быть меньше предельных, которые зависят от конструктивных особенностей здания.

При расчете оснований по деформациям пучения учитываются пучинистые свойства грунта, передаваемое на него давление, а также жесткость фундамента и надфундаментных конструкций на изгиб.

Надфундаментные конструкции (стены, перекрытия) рассматриваются не только как источник нагрузок на фундаменты, но и как активный элемент, участвующий в совместной работе фундамента с основанием.

Использование и учёт в расчётах понятий жёсткость-гибкость силового каркаса дома позволяет значительно уменьшить глубину ленточного фундамента для небольших зданий. Использование малозаглубленных ленточных фундаментов позволяет на 30-80% снизить затраты на возведение фундаментов.

Такие фундаменты требуют точного учета свойств грунта, предъявляют повышенные требования к прочности элементов здания, правильному выбору конструктивных решений и качеству строительных работ.

Имеются серьёзные теоретические обоснования и большая успешная практика строительства малоэтажных зданий из любых материалов на данных фундаментах. При этом, имеющийся некоторый негативный опыт использования мало заглубленных фундаментов, при экспертном изучении показывает, что основной причиной таких негативных ситуаций являются ошибки при проектировании и строительстве зданий.

Необходимым условием использования данного типа фундамента в конкретном случае является готовность и способность Заказчика провести качественные работы по изысканиям, проектированию и строительству.

Применение таких фундаментов безусловно оправдано для деревянных (бревенчатых, брусовых) или каркасных зданий, стены которых лучше переносят деформации.

Теплоизолированный утепленный фундамент мелкого заложения (ТФМЗ)

Следует учитывать, что степень морозного пучения грунта, прочность элементов здания может со временем меняться. Это создает постоянный риск для зданий, построенных на фундаментах, описанных выше.

Современным способом решения проблемы морозного пучения для частного дома, является применение теплоизолированного фундамента мелкого заложения (ТФМЗ).

Теплоизолировать можно любые конструкции фундаментов. Для этого утепляют слоем теплоизоляции сам фундамент, а также грунт под и вокруг фундамента.

Теплоизоляция фундамента предотвращает промерзание грунта вблизи фундамента, что позволяет не принимать во внимание воздействие сил морозного пучения на здание.

Товары для строительства и ремонта

Использование для утепления фундамента современных теплоизолирующих материалов делает этот способ экономически более эффективным, позволяющим упростить и удешевить конструкцию здания, избежать рисков, связанных с ошибками в проектировании и строительстве, с изменением свойств грунта и прочности здания в процессе эксплуатации.

Теплозащищеный мелко заглубленный утепленный фундамент

Заслуживают внимания, особенно в районах с суровой зимой, теплозащищенные мелко заглубленные фундаменты, использующие оба принципа компенсации морозного пучения грунта — повышенную жесткость и утепление фундамента.

Теплоизоляция такого фундамента выполняется в облегченном варианте, позволяющем лишь уменьшить глубину промерзания под подошвой фундамента, а следовательно, и силу пучения, действующую на фундамент.

Расчеты и практика показывают, что устройство только вертикального слоя теплоизоляции на всю высоту фундамента и цоколя, от подошвы фундамента до наружных стен дома, способно значительно сократить глубину промерзания грунта под основанием фундамента.

Такая комбинация позволяет, с одной стороны, уменьшить размеры теплоизоляционной юбки фундамента, а с другой, облегчить конструкцию фундамента повышенной жесткости, по сравнению с исходным вариантом без теплоизоляции.

Фундамент — плита, плитный фундамент

Стены дома опираются на плиту фундамента

Фундамент в виде монолитной железобетонной плиты под всей площадью дома — еще один вариант мелко заглубленного фундамента.

Большая площадь опоры позволяет значительно уменьшить удельные нагрузки на грунт. Усиленное армирование и большой расход бетона делают плитный фундамент самым дорогим в частном домостроении.

Фундамент — плиту для частного дома, из-за его высокой стоимости, целесообразно применять при слабой несущей способности грунта на участке.

Плитный фундамент, так же, как другие типы фундаментов, для защиты от морозного пучения грунта может быть выполнен с устройством теплоизоляции или без неё.

Стены дома опираются на мелко заглубленный ленточный фундамент с монолитной плитой подвесного пола по грунту.

Следует различать плитный фундамент и мелко заглубленный монолитный ленточный фундамент с подвесными полами по грунту.

В последнем случае заливают монолитный железобетонный ленточный фундамент и монолитную железобетонную плиту пола по грунту.

В этом варианте монолитная железобетонная плита пола не участвует в передаче нагрузки от веса здания на грунт, а исполняет роль плиты перекрытия и должна рассчитываться на нормативную нагрузку перекрытий, иметь соответствующую прочность и армирование.

Грунт фактически здесь используется только как временная опалубка при устройстве железобетонной плиты перекрытия. Такую конструкцию часто называют «подвесной пол по грунту».

Ленточный фундамент с монолитной плитой подвесного пола часто ошибочно считают плитным фундаментом с ребрами жесткости. Конструкции действительно похожи, но есть существенная разница в деталях — армировании, размерах.

Во всех случаях при устройстве фундаментов необходимо предусматривать водозащитные мероприятия, направленные на снижение деформаций пучения грунта — обеспечивающие уменьшение влажности грунта, понижение уровня подземных вод, отвод поверхностных вод от дома посредством устройства вертикальной планировки, дренажных сооружений, водосборных канав, лотков, траншей и т.п.

Мало заглубленные фундаменты следует с осторожностью применять для домов на крутых склонах и откосах. Для мало заглублённых фундаментов довольно велика опасность сдвига (соскальзывания) из-за практически полностью отсутствующего защемления в грунте.

Как видим, выбор принципиальной конструкции и расчет фундамента сложная и ответственная задача. Итоговые результаты прежде всего зависят от достоверной оценки грунтов в основании здания, которые без изысканий получить достаточно сложно. Цена ошибки может быть очень велика.Самостоятельный выбор фундамента можно рекомендовать для вспомогательных, хозяйственных построек и небольших садовых домиков.

Проектирование фундамента для строительства дома разумнее заказать специалистам.

Дополнительную информацию по устройству и применению малозаглубленных фундаментов можно получить из книги одного из авторов СНиПов В.С. Сажина «Не зарывайте фундаменты вглубь». Скачать книги в формате djvu 389 кбайт. и в формате PDF 4150 кбайт (перейти по ссылке и выбрать в меню слева вверху «Файл» > «Загрузить»).

Выбери тип фундамента для своего дома —

Какой фундамент выбрали Вы? Голосуйте!
Узнайте, что выбрали другие.

Источник