Регионы страны отличаются по своим природно-климатическим условиям. В зависимости от этого в период зимних холодов грунты могут промерзать на различную глубину, что приводит к их вспучиванию. Особенно подвержены таким изменениям глинистые грунты, лесс, супеси и пылеватые пески. Грунты под весом возведенного дома проседают, в результате чего цельность строительных конструкций нарушается. Чтобы не допустить подобного, еще на стадии закладывания фундамента нужно принять особые меры, а именно:
1) укрепить грунт, уложив песчаный слой или введя цемент либо битум;
2) провести дренажные работы;
3) обеспечить защиту от неравномерного увлажнения грунта в котловане или траншее;
4) сократить сроки возведения фундамента из водостойких материалов, при этом пространство между фундаментом и стенками котлована или траншеи необходимо засыпать грунтом в максимально короткие сроки. Для нечерноземной полосы России характерны пучинистые грунты, к которым относятся глины, суглинки, супеси и мелкие пески. Непучинистые (средне– и крупнозернистые пески, гравелистые пески, крупнообломочные и скалистые породы) встречаются гораздо реже.
Рассчитывая, конструируя и закладывая фундамент, необходимо помнить, что силы пучения при пониженных температурах действуют снизу вверх по касательной на боковые стороны фундамента, составляют 6–10 т на 1 м2 и практически всегда превосходят вертикально направленные силы, возникающие под весом самой конструкции дома (это особенно характерно для легких зданий).
Чтобы не допустить морозного пучения или уменьшить его силу, при закладке фундамента следует:
1) выполнить боковые поверхности фундамента с наклоном;
2) обработать боковые поверхности фундамента составом, препятствующим их смерзанию с грунтом;
3) применить вертикальное армирование для связывания верхней и нижней поверхностей фундамента;
4) утеплить отмостку, что сократит глубину промерзания грунта. Отмостка представляет собой полосу земли, которая покрыта изолирующим материалом. Основное ее назначение – препятствование проникновению влаги под фундамент;
5) проложить дренаж для осушения грунта.
Силы, действующие на фундамент, заложенный в пучинистых грунтах, наглядно показаны на рис. 10.
Глубина закладки фундамента
Глубина траншеи, которую необходимо отрыть для закладки фундамента, зависит от целого ряда обстоятельств:
1) глубина промерзания грунта;
Рис. 10. Силы, воздействующие на фундамент: 1 – сила подземных вод; 2 – сила пучения промерзающего грунта; 3, 4 – силы, действующие по касательной на боковые поверхности фундамента
2) структура грунта;
3) наличие и уровень грунтовых вод;
4) предполагаемая расчетная нагрузка;
5) природно-климатические условия, определяющие глубину промерзания грунта.
Фундамент закладывается в основном ниже глубины промерзания грунта (это не относится к грунтам, не подверженным морозному пучению), но не менее 0,5 м. При малоэтажном строительстве для определения глубины закладки фундамента можно воспользоваться данными, представленными в табл. 2.
Таблица 2. Глубина закладки фундамента для малоэтажного жилого дома
Таблица 2. Продолжение
Глубина промерзания грунта зависит от природно-климатической зоны, на территории которой строится дом. Поскольку территория России располагается в Северном полушарии, то на большей ее части наблюдается промерзание грунта зимой, хотя, естественно, она будет различной, например, в Архангельской и Саратовской областях. Для каждой географической зоны существует нормативная глубина промерзания. Это такая глубина, на которой зимой отмечается температура 0 °C, а для глинистых и суглинистых грунтов – 1 °C. В ходе многолетних наблюдений в местах, очищенных от снега, было установлено ее среднее значение. Оно и было принято за точку отсчета. Глубина промерзания грунтов колеблется от 80 см на юге до 240 см на севере, что наглядно представлено на карте (рис. 11).
Расчетная глубина промерзания под закладку фундамента жилого дома, который зимой постоянно отапливается, может быть уменьшена по сравнению с нормативной на определенную величину, если пол располагается на:
1) грунте – на 30 %;
2) лагах – на 20 % (лаги – это бревна или металлические балки, которые кладутся горизонтально и служат опорой для пола);
3) балках – на 10 %.
Близкие грунтовые воды и повышенная вследствие этого влажность относятся к основным факторам, влияющим на глубину промерзания грунта зимой. По законам физики вода при замерзании увеличивается в объеме (примерно на 10 %), что вызывает пучение слоев грунта в пределах глубины промерзания. В результате происходят выталкивание фундамента зимой и противоположный процесс – затягивание – весной, что по периметру фундамента идет с различной интенсивностью, то есть неравномерно.
Рис. 11. Нормативная глубина промерзания грунтов по регионам
Подобные обстоятельства могут повлечь за собой деформацию фундамента и трещино-образование, а впоследствии даже разрушение. Сила вспучивания настолько велика (приблизительно 120 кН на 1 м2), что может приподнять практически любой дом, но неодинаково на разных участках. Единственный выход – грамотная закладка фундамента.
Иногда строители перестраховываются и закладывают фундамент (даже при незначительной глубине промерзания грунта) на глубину более 1 м. При этом подошва фундамента находится на слоях непромерзающего грунта. Это может быть оправдано при повышенной нагрузке (более 120 кН на погонный метр ленточного фундамента), когда строится кирпичный или каменный дом высотой 2–3 этажа. При возведении стен из относительно легких строительных материалов (бруса, вспененного бетона и т. п.) нагрузка на каждый погонный метр не превышает 40–100 кН. Деформацию фундамента при пучении могут вызвать силы трения, действующие со стороны прилегающих слоев грунта. Помимо этого, если возведенная постройка достаточно легкая, несущая способность заглубленного фундамента используется только на 10–20 %. Следовательно, 80–90 % материалов и средств, которые будут вложены в работы нулевого цикла, тратятся нерационально, практически впустую.
Материалы и растворы для фундамента
Чтобы фундамент выполнял возложенную на него функцию, необходимо подготовить соответствующие материалы как для него самого, так и для связующего раствора. Они бывают универсальными (природные и искусственные камни) и специальными (тепло-, гидроизоляционные, антикоррозионные и др.), защищающими конструкцию от вредного воздействия внешних факторов.
При закладке мелкозаглубленного ленточного фундамента решение в пользу того или иного материала определяется степенью морозного пучения (табл. 3).
Таблица 3. Выбор материала для фундамента в зависимости от степени морозного пучения
При всех степенях морозного пучения, кроме слабой, ленточный фундамент выглядит как единая рама, которую образуют жестко связанные между собой пересекающиеся ленты. При недостаточной жесткости стен на уровне перекрытий следует заложить железобетонные пояса. Железобетонный пояс жесткости – это монолитная бетонная балка, которую кладут по верху несущих стен, чтобы обеспечить горизонтальную жесткость здания.
Материалы, используемые для фундаментов, можно разделить на 2 группы:
– требующие обязательной надежной защиты от переувлажнения при выпадении осадков;
– не нуждающиеся в защите от переувлажнения при выпадении осадков.
К 1-й группе относятся:
– кирпичный бой, бетонные блоки, бутобетон и красный кирпич;
– силикатный кирпич, кирпич-сырец, саман, цементогрунт и грунтоблоки (для сухих песчаных и гравелистых грунтов).
2-я группа представлена следующими материалами:
– естественный камень из тяжелых природных пород (марки 200 и более);
– обожженный красный кирпич (марки 100 и выше);
– металл и асбестоцементные трубы (при возведении свайных фундаментов);
– тяжелый бетон (марки 500 и более);
– железобетон;
– обработанная антисептиками древесина (для деревянных построек).
В табл. 4 приведена краткая характеристика материалов и связующих растворов, применяемых при закладке фундаментов, цоколей и стен подвалов.
Таблица 4. Минимальные марки камней и характеристика растворов
Таблица 4. Продолжение
Типы фундаментов
Фундамент представляет собой стенки, которые предназначены для принятия нагрузки, и подошву. С каждой его боковой стороны делают уступы по 50–60 см, поэтому ширина больше толщины. Между верхней поверхностью фундамента и возводимой стеной прокладывают слой гидроизоляции. Для отведения дождевых вод по периметру стен сооружают отмостку, имеющую уклон от 1 до 10°.