Расчет глубины заложения фундамента: основные факторы

Основные этапы расчета

Карта глубины промерзания грунта

При проектировании подразумевается, что нагрузка от веса строения распределяется равномерно по площади опоры. Во влажных суглинистых и глинистых почвах жидкость замерзает быстро, грунт вспучивается. Такая особенность этих типов негативно сказывается на несущей способности.

Аналогично действует высокая отметка почвенных вод, если глубина замерзания находится значительно ниже. Неравномерность такого процесса ведет к перекосу фундамента и появлению трещин, в результате дом потребует ремонта уже через 2 – 3 года.

Расчет ленточного фундамента предполагает проведение этапов:

• нахождение массы строения путем сбора полезных и вредных нагрузок на конструктивные элементы дома;
• выбор размеров опоры;
• корректировка габаритов после окончательного расчета и проверки параметров.

Ошибки проектирования заключаются в том, что глубина примыкающего основания делается больше, чем подошва существующей опоры строения. Прочность фундамента страдает, если он делается на мелкой глубине (50 см) от уровня пола из газобетона, что часто встречается в гараже или подобных строениях. Нельзя допускать, чтобы на основание дома перераспределялись усилия, которые больше, чем несущая характеристика опорной части.

Определение веса конструкций дома

Нагрузка стен и перекрытий на фундамент

Для начала определяется вид грунта и высота стояния почвенных вод для региона строительства. Учитываются материалы, которые применяются для конструкции каркаса здания, кровли, наружной и внутренней отделки. Планировка постройки сооружения, его этажность и вид крыши берется из архитектурных и строительных чертежей.

Приблизительная масса дома складывается из постоянной и временной нагрузки. К постоянной относится собственный вес стен, кровли, перекрытий. Учитывается давление земли и почвенных вод на боковые стенки основания.

Временная нагрузка бывает:

• длительная;
• кратковременная;
• особый вид.

К длительному давлению относится усилие, передаваемое от оборудования, воздействие веса материалов, хранящихся на складе, мебели. Кратковременное усилие возникает при нахождении людей, нагрузка включает вес подъемных механизмов в производственных цехах, действие снега и ветра на крышу.

Определение размеров фундамента

Площадь основания определяется так, чтобы в процессе эксплуатации не наблюдалась осадка грунта. Нагрузка на почву уменьшается, если квадратура и периметр подошвы увеличивается. Для ленточного типа делают больше ширину по всей протяженности, а для столбчатого повышают число опор, увеличивая их габариты (до 500 мм по ширине и длине).

Размер фундамента принимается стандартный (500 мм) для двухэтажных или одноэтажных дачных строений, т.к. нагрузка от здания небольшая и грунт не осаживается со временем. Специалисты рекомендуют столбчатые опоры без существенного увеличения горизонтальных размеров. Если требуется увеличить несущую способность, расширяется нижняя часть опоры и столб приобретает вид перевернутого стакана.

В остальных случаях габариты основания зависят от толщины стен дома и глубины замерзания почвы в зимний период. Под тяжелое здание из кирпичных стен (500 мм) и железобетонного перекрытия делают ленточный монолитный фундамент с армированием или применяют сборные блоки. В строении с подвалом также делается ленточный тип, но основание заглубляется ниже подполья. Толщина ленты делается аналогично размеру стены.

Корректировка размеров фундамента

Исправление и подгонка размеров делается для выбора наиболее выгодного варианта, чтобы правильно рассчитать бетон на фундамент по выбранным габаритам основания. Если полученная несущая способность превышает расчетную нагрузку от строения на 15 – 20%, в целях экономии габариты опоры можно уменьшить.

Откорректированные размеры по ширине и длине проверяются новым расчетом. Учитывается обстоятельство, что при сборе нагрузок следует брать изменившуюся кубатуру фундамента и его уменьшенный вес.

Окончательный подсчет ведется по формуле Н > к · Р / (d · R), где:

• Н — несущая способность, зависит от размеров основания;
• к — коэффициент расчета надежности, постоянно равен 1,2;
• Р — нагрузка дома, посчитанная сбором усилий;
• d — табличный коэффициент, зависит от вида почвы и типа строения;
• R — сопротивление грунта, принимается по таблице.

Утепление ленточного фундамента

Профессионалы и инженеры утверждают, что мелкозаглубленный фундамент нуждается в утеплении в момент его возведения. Качественно выполненная теплоизоляция не только защитит постройку от сырости, но и убережет от холода в зимнее время года.

В каких случаях теплоизоляция необходима:

• при использовании мелкозаглубленного фундамента;
• при наличии отопления на цокольном этаже.

Также эта процедура рекомендована на той местности с пучинистыми грунтами, поскольку они при замерзании увеличиваются в объеме, что приводит к выталкиванию фундамента, а при наступлении тепла происходит неравномерное оттаивание. Это способствует образованию трещинок и разрушению здания.

Чем утеплить фундамент:

1. Пенополистирол – этот материал прекрасно себя зарекомендовал, и отлично подойдет для утепления во всех регионах России, включая северную часть.
2. Пенополиуретан – материал наносится равномерным слоем, образуя прочное покрытие, которые не деформируется при внешнем воздействии. Однако для его применения необходимо специальное оборудование и навыки.

Важно: независимо от того, какой был выбран материал для теплоизоляции, обязательным пунктом остается проведение гидроизоляции фундамента. Без нее утепление становится бесполезной процедурой

Способы уменьшения необходимой глубины фундамента

Бывают случаи, когда есть смысл понижать затраты на закладку основания на большую глубину. Так, если глубина ленточного фундамента для одноэтажного дома из пеноблока не слишком большая, то серьезные тяжелые строения порой требуют огромных затрат, которые застройщики стараются уменьшить.

Наиболее радикальный метод – полная замена грунта пучинистого на непучинистый: просто роют котлован, значительно больший проектных размеров, доходя до места ниже границы промерзания. Грунт выбирают, заменяют его песком, тщательно трамбуют. Земляные работы масштабные, но зато обеспечивают надежный результат.

Можно сконструировать отмостки для понижения глубины промерзания земли и препятствования ее переувлажнению. Отмостки – это бетонные площадки, которые проходят под стены дома и имеют уклон до 10 градусов. Их ширина выбирается в соответствии с почвой, размерами свеса крыши. Так, для просадочных почв достаточно спроектировать отмостку шириной до метра.

Можно понизить уровень вод под объектом благодаря обустройству кюветов с отводом воды, выполненных по уклону рельефа. Конструкции хорошо работают и отводят воду во время таяния снегов, ливней. Если уровень грунтовых вод на участке повышен постоянно, делают серьезные дренажные системы.

Уменьшить глубину промерзания почвы можно путем укладки под отмостку специального фундамента, сделанного из пенополистирольных плит. Так, если взять плиты толщиной до 5 сантиметров, удастся уменьшить промерзание грунта до глубины в 30 сантиметров.

Если строится не очень массивный дом из дерева, можно установить фундамент непосредственно в промерзающий слой. При условии качественного армирования и закладки выше границы пролегания вод фундамент перераспределит неравномерные нагрузки и выступит в качестве единой монолитной конструкции.

Таким образом, в моменты вспучивания почвы в одной из зон под основанием конструкция не деформируется, а приподнимается, но вес здания держит и обеспечивает сохранение плоскости фундамента. Обязательно выполняют подсыпку основания гравием и песком с целью сглаживания неравномерного пучения почвы. В то время, как рама из железобетона обеспечит распределение нагрузок по периметру и не позволит конструкции покоситься.

Что нужно учесть при вычислении глубины заложения

Проектирование любого железобетонного фундамента начинается с расчета требуемой глубины закладки основания. Глубина заложения — это расстояние между нижним контуром опорной пяты фундамента и уровнем грунта на участке под застройку. Исходя из глубины заложения все ЖБ основания классифицируются на три группы:

• Незаглубленные — опорная подошва размещена на поверхности грунта (применимы лишь в условиях высокоплотных, каменистых пород);
• Мелкозаглубленные (МЗФ) — опущенные в почву на 30-80 см (используются в несклонной к пучении почве);
• Глубокого заложения — опущенные в почву на 80-180 см. (единственный возможный вариант ленточного фундамента в проблемной почве).

Рис. 1.1: Виды фундаментов по способу заглубления

Согласно положениям действующих СНиП на глубину заложения основания оказывают влияние следующие факторы:

• Геологические характеристики участка под застройку;
• Особенности конструкции и габариты обустраиваемого здания;
• Глубина промерзания грунта.

Важно: при проектировании глубины закладки основания расчет ведется по каждому фактору индивидуально, и в качестве итогового показателя используется максимальная полученная глубина

Геологические характеристики объекта

Во многих случаях поверхностный слой грунта на строительной площадке представлен пластом слабой, низкоплотной почвы, не обладающей требуемой несущей способностью. Опорную подошву фундамента нельзя закладывать в таком грунте, поскольку здание не получит достаточной надежности и устойчивости. Чтобы определить, на какой глубине размещен несущий пласт грунта на площадке проводятся геодезические изыскания, в процессе которых бурятся скважины и берется забор керна для лабораторного анализа. Как несущий пласт грунта рассматривается слой почвы, фактическое сопротивление которого равно либо больше 150 кПа.Требования к глубине закладки фундамента по геологическим условиям следующие:

• Опорная пята фундамента должна углубляться в несущий пласт грунта на 20 и больше см;
• В поверхностные напластования высокоплотных пород (глинистых, песчаных, супесях) МЗФ нужно углублять минимум на 30 см.

Дополнительным фактором, оказывающим влияние на фундамента закладки основания, является уровень грунтовых вод. Оптимальным для строительства вариантом считается низкий УГВ, при котором основание в процессе эксплуатации не контактирует с грунтовой влагой.

Рис. 1.2: Схема соотношения УГВ и уровня промерзания почвы на участке

Если же такое размещение неприменимо (УГВ высокий, а фундамент нужно закладывать на глубину 1.5-2 м), при строительстве проводится водопонижение либо вокруг фундамента создаются дренажные каналы.

Особенности конструкции здания

На глубину закладки ЖБ основания влияют следующие характеристики строящегося сооружения:

• Массогабаритные характеристики;
• Величина нагрузок, которым будет подвергаться основание в процессе эксплуатации (воздействия от веса здания, снегового и полезного давления);
• Характер распределения нагрузок (необходимость усиления фундамента в отдельных местах — при установке тяжелого производственного оборудования и т.д.);
• Наличие либо отсутствие подвала или цокольного этажа.

Рис. 1.3: Варианты фундамента в домах с цокольным этажом

Важно: при обустройстве цокольного этажа заглубление столбчатых фундаментов выполняется на 1.5 м. ниже полового перекрытия, ленточных — на 0.5 м

ниже.

Глубина промерзания почвы

Одним из основополагающих факторов, влияющих на глубину закладки основания, является уровень промерзания земли в зимний период, от которого зависит пучинистость грунта.

Важно: пучинистость — это свойство насыщенного водой грунта увеличивать свои объемы в процессе промерзания (из-за перехода влаги из жидкого в твердое состояние), что приводит к деструктивным выталкивающим нагрузкам на фундаментную ленту, которые могут стать причиной деформации оснований, трещин на стенах и перекрытиях. К почве, имеющий высокую склонность к пучению, причисляют следующие виды грунта:

К почве, имеющий высокую склонность к пучению, причисляют следующие виды грунта:

• Насыщенные грунтовыми водами пески;
• Песчаный грунт с большим количеством пылистых частиц;
• Пластичный глиняный грунт;
• Суглинок.

Рис. 1.4: Нагрузка пучения на фундамент глубокого заложения и МЗФ

В грунтах, имеющих среднюю и высокую склонность к пучению, фундамент всегда должен закладываться ниже глубины промерзания — при таком расположении на фундамент не действуют нагрузки от вертикального пучения.

Плитное основание

Моноблочная железобетонная плита отличается повышенным запасом прочности, высоким уровнем надежности и длительным сроком эксплуатации. Однако требует повышенных трудозатрат и денег на его возведение. Фундаменты из плит уменьшают воздействие строительной массы на землю и популярны на мягких грунтах.

Уровень забивки монолитной железобетонной плиты бывает разным:

• на предварительно напряженную гравийную подушку укладывают неглубокую плиту на глубину 0,2-0,5 м;
• расстояние от нулевой отметки до нижнего края глубоко заглубленной фундаментной плиты может составлять до одного метра.

Диагностика повреждений

Наиболее частыми причинами повреждения фундамента зданий становятся осадки, грунтовые воды и заморозки. Кроме того, можно выделить еще ряд более конкретных причин:

• нарушение целостности гидроизоляционного слоя во время деформационных преобразований в самой конструкции;
• нарушение свойств гидроизоляции, которые наблюдаются при слишком длительном использовании;
• неправильная укладка или возложение на гидроизоляцию неподобающих функций;
• трещины облицовки цоколя ввиду использования для этого изделия неморозостойких материалов;
• высокий уровень грунтовых вод, которые находятся на недопустимой отметке, не заложенной как допустимая в период строительства;
• разрушение подсыпки грунта возле здания или использование гидроизоляции слишком глубоко, особенно если нет второго слоя около цоколя.

Для этого в цоколе организовывается отверстие высотой в несколько кирпичей, где и укладывается два слоя гидроизоляции, после чего кирпичи возвращают на место.

Если происходит разрушение бетонного фундамента, то основной причиной является вымывание щелочей или же непосредственно разрушение самого материала. Кроме того, причинами могут быть:

• влияние слишком мягкой воды со щелочью;
• наличие около бетона воды с солью.

Чтобы устранить подобные проблемы, нужно минимизировать количество негативно влияющих на постройку вод при помощи закладки дренажной системы. Далее нужно восстановить то, что пострадало, и защитить конструкцию от повторения того же негативного воздействия. Для чего делается выемка почвы до самого основания фундамента, очистка пораженных мест и использование цементно-песчаного раствора в качестве защитного слоя. Кроме этого, не помешает устройство рубашки при помощи кирпичей, которые были пропитаны битумом, и рубероида с асфальтовой мастикой. Когда работа будет окончена, выемка заполняется при помощи жирной глины.

Что касается кирпичного фундамента, то причинами расслоения такой конструкции может быть:

• кирпичная кладка без перевязки;
• слабые показатели прочности изделия;
• перегруз конструкции, если дом достраивался.

Чтобы устранить подобные недостатки, можно расширить фундамент или перенести часть нагрузки при помощи выносных балок, что поможет восстановить фундамент.

Чтобы это исправить и в дальнейшем избежать повторения, нужно заменить неподходящий грунт на правильный, который не будет вести себя агрессивно во время смены погоды. Важным действием будет процесс восстановления отмостки, которая может быть утепленной. Если есть необходимость, можно оборудовать дренажные каналы для отвода лишней влаги. Пазухи нужно засыпать материалом для дренажа.

Если есть трещины в плите ленточного фундамента, или процесс усадки происходит неравномерно, то причинами этому может быть:

• соотношение размера ступени подошвы фундамента было выбрано неверно;
• узкий по ширине фундамент;
• большой вес основания, на который оно не было рассчитано, из-за пристроек;
• низкая несущая способность фундамента из-за постоянного контакта с влагой.

Чтобы устранить такие повреждения, нужно усилить основание под домом при помощи его увеличения

Важно убрать все повреждения, чтобы после этого провести работы по реконструкции стен самого здания, на которых зачастую появляются мелкие или крупные трещины. Проделывать эту работу до усиления фундамента нет смысла

Что касается каменного фундамента, то в нем может наблюдаться расслоение кладки и выпадение целых камней, что характерно для бутового фундамента

Сами камни могут разрушаться, что влечет за собой деформацию раствора, который их держал. Чтобы решить эту проблему, нужно найти место разрушения и провести ряд восстановительных мероприятий, которые вернут каменную кладку на свое место, а защитные меры предупредят от повторного разрушения

Что касается каменного фундамента, то в нем может наблюдаться расслоение кладки и выпадение целых камней, что характерно для бутового фундамента. Сами камни могут разрушаться, что влечет за собой деформацию раствора, который их держал. Чтобы решить эту проблему, нужно найти место разрушения и провести ряд восстановительных мероприятий, которые вернут каменную кладку на свое место, а защитные меры предупредят от повторного разрушения.

Глубина заложения фундамента

Для правильного расчета фундамента следует сначала изучить структуру грунта на участке, глубину промерзания грунта и уровень грунтовых вод. Учитывая все факторы можно выбрать оптимальную глубину заложения фундамента.

Глубина заложения фундамента и тип грунта

Фундамент будет крепким, если основанием служит однородный грунт. Такой грунт равномерно осаживается и фундамент не перекосит и не треснет. Глубина заложения фундамента зависит также от типа грунта. Рассмотрим виды грунтов: скальный, хрящевый, песчаный и супесь, глинистый и суглинок.

Скальный грунт позволяет закладывать фундамент строения на поверхности, сняв тонкий плодородный слой почвы.

Хрящевый грунт состоит из гравия, хряща, крупных камней. Фундамент на таком грунте закладывают на глубине не менее 500 мм. Глубина заложения фундамента определяется нагрузкой строения и уровнем грунтовых вод, от глубины промерзания грунта она не зависит.

Песчаный грунт хорошо пропускает воду, поэтому вода не застаивается вблизи поверхности даже при высоком залегании грунтовых вод. Незначительное промерзание песчаного грунта и упомянутый фактор позволяют закладывать фундамент на глубину 500-700 мм. Если песчаный грунт мелкозернистый или пылевидный и грунтовые воды располагаются высоко, то такой грунт может значительно промерзать и тогда глубина заложения фундамента увеличивается до глубины промерзания грунта. Стоит учитывать, что песчаный грунт сильно уплотняется под нагрузкой и тяжелое строение может сильно осесть, поэтому советуем делать высокий цоколь. Аналогичные рекомендации подходят и для глиняно-песчаного грунта – супеси, содержащего 3-10% глины, но рекомендуемая глубина заложения фундамента опускается до 700-1000 мм.

Фундамент на глинистом грунте закладывают чуть ниже глубины промерзания грунта

Это особенно важно при высоком уровне грунтовых вод. Глинистый грунт имеет способность сжиматься под нагрузкой и вспучиваться при замерзании, как бы выталкивая фундамент на поверхность. Чтобы при этом фундамент не треснул, советуем делать высокопрочный фундамент и отдавать предпочтение столбчатому фундаменту

Фундамент на суглинке также закладывают ниже глубины промерзания грунта. Суглинок содержит песок и не менее 10-30% глины

Чтобы при этом фундамент не треснул, советуем делать высокопрочный фундамент и отдавать предпочтение столбчатому фундаменту. Фундамент на суглинке также закладывают ниже глубины промерзания грунта. Суглинок содержит песок и не менее 10-30% глины.

Уровень грунтовых вод и глубина заложения фундамента

Положение уровня грунтовых вод влияет на глубину заложения фундамента следующим образом:

Если грунтовые воды залегают глубоко, более чем на 2000 мм ниже глубины промерзания грунта, то фундамент можно закладывать на глубину 500 мм и ниже.

Если грунтовые воды залегают не так глубоко, но ниже глубины промерзания грунта, то либо фундамент закладывают на глубину промерзания грунта, либо от глубины промерзания грунта до дна фундамента кладут гравийно-песчаную подушку (хорошо ее утрамбовывают), а фундамент закладывают на глубину 500 мм и ниже.

Если же грунтовые воды доходят до уровня промерзания грунта, то глубина заложения фундамента должна быть ниже глубины промерзания грунта не менее, чем на 100 мм.

При высоком расположении грунтовых вод фундамент закладывают ниже глубины промерзания грунта, за исключением наличия песчаного грунта и круглогодичного отапливания строения.

Оптимальная глубина заложения фундамента

Оптимальная глубина заложения фундамента выбирается следующим образом. Если грунт под домом пучинистый, то фундамент нужно закладывать ниже точки промерзания грунта, в Средней полосе России на глубине 1500 мм (глубина промерзания грунта около 1200-1400 мм). К югу и западу страны глубина промерзания грунта уменьшается, а к северу и востоку увеличивается. В каждом районе путем многолетних наблюдений специалисты установили глубину промерзания грунта, которую можно узнать в местной строительной или проектной организации. Если в доме живут всю зиму, то можно не учитывать этот фактор и закладывать фундамент выше.

Основанием фундамента должен быть плотный, хорошо слежавшийся грунт, поэтому фундамент закладывают ниже 500 мм. Слой рыхлого грунта снимается, дно выравнивается горизонтально, делается песчаная подушка высотой 150 мм, которая хорошо трамбуется.

Фундамент под внутренние капитальные стены закладывают на глубине 500 мм.