Виды фундаментов
Содержание статьи:
1. Назначение фундамента на основании данных о грунтах
2.2. Ленточный фундамент
2.3. Плитный фундамент
2.4. Свайный фундамент
2.5. Фундамент из винтовых свай
2.5.1. Минусы свайно-винтового фундамента
2.5.2. Плюсы свайно-винтового фундамента
1. Назначение фундамента на основании данных о грунтах
Разные виды фундаментов по-разному взаимодействуют с грунтами основания, поэтому выбирая между ними важно понимать, отвечает ли выбранная технология грунтовым условиям.
Фундамент – это заглубленная в грунт конструкция, передающая нагрузки и воздействия от здания (сооружения) на основание (напластование грунтов, воспринимающее давление от сооружения).
То есть независимо от типа сооружения, способность фундаментной конструкции к восприятию проектных нагрузок будет определяться в первую очередь несущей способностью грунтов, и только потом конструктивными параметрами самого фундамента, которые опять же будут назначаться с учетом нагрузок и данных о грунтовых условиях конкретной площадки строительства (подробнее «Несущая способность винтовой сваи»).
Таким образом, невозможно делать какие-то выводы о способности к восприятию проектных нагрузок (а также и о сроке службы) фундамента, не владея никакой информацией о грунтах.
Какие же исследования позволят получить информацию о характеристиках грунтов? Достаточно будет выполнить геотехнические и геолого-литологические исследования, а также измерения коррозионной агрессивности грунтов.
Эти процедуры, разработанные специалистами ГК «ГлавФундамент», адаптированы к нуждам малоэтажного строительства, поэтому их стоимость гораздо ниже стоимости ИГИ.
В рамках геотехнических исследований выполняется динамическое зондирование грунтов, которое позволяет определить физико-механические характеристики основания, используемые непосредственно в расчетах оснований конкретных зданий/сооружений, спрогнозировать поведение грунтов под фундаментом при различных воздействиях и т.д.
В части проведения полевых исследований динамическое зондирование ГК «ГлавФундамент» полностью соответствует ГОСТ 19912-2012 «Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием». А вот интерпретация данных осуществляется с использованием собственной методики, разработанной специалистами отдела научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок компании.
Также в рамках геотехнических исследований для идентификации литологических типов грунтов (глина, песок, гравийные отложения и др.), выяснения характера их напластования (установления литологического разреза), уровня подземных вод, выявления грунтов со специфическими свойствами (просадочные, пучинистые, слабые) выполняется оценка геолого-литологического строения площадки строительства.
Данные, полученные в ходе измерений коррозионной агрессивности грунтов, позволяют назначить марку стали, толщину стенки ствола и лопасти(-ей), обеспечивающие соответствие срока службы фундамента требованиям заказчика или ГОСТ 27751-2014. Для уточнения правильности подбора, после выполнения расчета срока службы остаточная толщина стенки ствола сваи проверяется на соответствие проектным нагрузкам. Все указанные расчеты выполняются без учета защитного покрытия, которое является лишь дополнительной мерой защиты от коррозии (подробнее «Испытания покрытий для винтовых свай»).
Подробная информация о перечисленных методиках содержится в статье «Экспресс-геология: геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов».
2. Виды фундаментов
Различают столбчатые, ленточные, плитные (сплошные) и свайные конструкции. В последней группе отдельно стоит выделить фундаменты из винтовых свай.
Большинство из перечисленных конструкций – бетонные или железобетонные. Их значительная распространенность связана с тем, что многие уверены в надежности бетона, а также в том, что он якобы хорошо сохраняет тепло и позволяет отказаться от проведения дорогих и трудоемких дополнительных мероприятий по утеплению пола, коммуникаций, отделке и утеплению цоколя.
Хотя мифы о свойствах бетона популярны, доверять им слепо все же не стоит, ведь бетон, как и любой строительный материал, имеет не только достоинства, но и недостатки. При работе с ним необходимо учитывать ряд особенностей, которые в дальнейшем окажут существенное влияние на качество готовой конструкции (подробнее «Что лучше: бетонный фундамент или винтовые сваи?»).
Бетонные или железобетонные фундаменты по способу сооружения:
- монолитные (сооружаются на площадке строительства);
- сборные (строятся из готовых железобетонных элементов);
- комбинированные (сооружаются из готовых элементов заводского изготовления и бетонного раствора).
В этой статье мы подробно расскажем о достоинствах и недостатках разных видов фундамента.
2.1 Столбчатый фундамент
Надежен и экономичен, так как не требует проведения дополнительных земляных и гидроизоляционных работ. Подходит для зданий, в которых нет подвала, а стены из легких материалов: дома из бруса, SIP-панелей, каркасно-щитовые дома, беседки.
Столбы устанавливают по периметру во всех точках пересечения наружных и внутренних стен здания и по углам наружных стен. Расстояние между столбцами может меняться от 1,2 до 2,5 метров, в зависимости от нагрузки на фундамент. Сверху на столбы устанавливаются обвязочные балки. Если расстояние между столбами составляет более 2,5 или 3 метров, то на них устанавливают балки, изготовленные из металла или железобетона. Необходимое сечение столбов зависит от того, из какого материала они изготовлены: бетонные столбы, столбы из кирпича или камня.
Столбчатые фундаменты бывают:
- монолитные;
- сборные.
Монолитные используют, когда глубина залегания грунтовых вод составляет более одного метра. Выкапывают шурфы или бурят скважины с помощью спецтехники. Столбы армируют каркасами для восприятия горизонтальных и моментных нагрузок. Для придания формы столбы формируют в опалубке.
Сборные столбчатые фундаменты используются в местности с высоким уровнем грунтовых вод, например, на заболоченных участках. Их производят заранее в заводских условиях. Это железобетонные столбы, которые соединены с опорной плитой или ростверком.
2.2. Ленточный фундамент
Ленточные фундаменты чаще всего применяют в индивидуальном жилищном строительстве. Эта технология проста, но для нее характерен большой объем земляных работ и расход материалов, а также значительная трудоемкость самого процесса. По сути, ленточный фундамент – это железобетонная или бетонная полоса, которая располагается по периметру всего сооружения. Она закладывается под все несущие наружные и внутренние стены здания. Ширина ленты зависит от нагрузок, которые передаются от наземной конструкции.
Этот вид фундамента используется для сооружений из тяжелых материалов: дома из камня, кирпича, бетона, керамзитобетона и шлакобетона. Он подходит и для зданий с подвалом, цокольным этажом или гаражом.
Ленты бывают двух типов:
- монолитные;
- сборные.
Монолитные способны выдерживать большие нагрузки (в зависимости от марки бетона и армирования) и пригодны для сооружений любой формы. Для их строительства выкапывают траншею, в которой устанавливают опалубку. Устанавливают арматурный каркас, а затем укладывают бетонную смесь, получая бетонные ленты, ширина которых обычно около 40-80 сантиметров.
При строительстве сборного ленточного фундамента используется другая технология. Бетонные или железобетонные блоки укладывают на раствор. Сборная конструкция возводится быстро, а перевязка швов обеспечивает надежность.
К недостаткам «ленты» можно отнести:
- при выполнении надежного фундамента, необходимо заглублять ленту за глубину промерзания грунта (более 2 м), что приводит к существенному повышению ее стоимости;
- сложность организации надлежащего контроля качества выполненных работ (использование бетона низкого качества, недостаток арматуры и пр.);
- много времени уходит на набор прочности бетоном;
- высокая стоимость.
2.3. Плитный фундамент
Плитный или сплошной фундамент – монолитная железобетонная плита без пустых полостей, заливаемая по всей площади строения.
Для его установки нужно разработать котлован (его глубина определяется особенностями грунтов на участке строительства и запроектированных конструктивных решений), в который затем засыпается песок и гравий, образуя песчано-гравийную подушку для выравнивания основания. Устанавливается опалубка, выполняется армирование, по всей площади заливается бетон.
Плитные фундаменты используются в тех случаях, когда грунт в основании слабый. Их проектируют в виде плоской или ребристой плиты с расположением ребер под несущими стенами или колоннами. Сплошные фундаменты обеспечивают более равномерную осадку здания и защищают подвальные помещения от подпора грунтовых вод.
Преимущества плиты – высокая несущая способность, которая достигается благодаря большой площади, снижающей давление на основание и позволяющей проводить работы в сложных грунтовых условиях, а также возможность более свободной перепланировки за счет более равномерного распределения нагрузок.
В то же время сплошному фундаменту присущи следующие недостатки:
- высокая стоимость;
- необходимость устройства качественной гидроизоляции;
- сложность организации надлежащего контроля качества выполненных работ;
- много времени уходит на набор прочности бетоном.
2.4. Свайный фундамент
Свайный фундамент – комплекс свай, объединенных в единую конструкцию, передающую нагрузки на основание.
По способу заглубления в грунт сваи бывают:
- Забивные или вдавливаемые – железобетонные, деревянные и стальные, погружаемые в грунт без его разбуривания или в лидерные скважины с помощью молотов, вибропогружателей, вибровдавливающих, виброударных и вдавливающих устройств, а также железобетонные сваи-оболочки диаметром до 0,8 м, заглубляемые вибропогружателями без выемки или с частичной выемкой грунта и не заполняемые бетонной смесью.
- Сваи-оболочки – железобетонные, погружаемые вибропогружателями с выемкой грунта из их полости и заполняемые частично или полностью бетонной смесью.
- Набивные – бетонные и железобетонные, устраиваемые в грунте путем укладки бетонной смеси в скважины, образованные в результате принудительного вытеснения — отжатия грунта.
- Буровые – железобетонные, устраиваемые в грунте путем заполнения пробуренных скважин бетонной смесью или установки в них железобетонных элементов.
- Винтовые сваи – состоящие из металлической винтовой лопасти и трубчатого металлического ствола со значительно меньшей по сравнению с лопастью площадью поперечного сечения, погружаемые в грунт путем ее завинчивания в сочетании с вдавливанием.
По условиям взаимодействия с грунтом выделяют:
- сваи-стойки – сваи всех видов, которые опираются на малосжимаемые грунты в основании;
- висячие сваи – сваи всех видов, опирающиеся на сжимаемые грунты и передающие нагрузку на грунты основания боковой поверхностью и нижним концом.
Свайный фундамент подходит для оснований сложенных большой мощностью слабых грунтов в верхней зоне, или в местности, где наблюдается высокий уровень подземных вод. Использование свай дает возможность перенести эту нагрузку с верхних слоев грунта, на более глубокие, которые отличаются большей несущей способностью.
К преимуществам свайных фундаментов можно отнести значительно меньший уровень осадок и сравнительно невысокую цену. Но строительство такого фундамента – это сложный процесс, который требует выполнения целого комплекса работ, проконтролировать качество которых трудно.
Главный же недостаток – необходимость использования спецтехники и оборудования, которые применяются при устройстве самих свай. Этот фактор можно исключить, если использовать фундамент из винтовых свай.
2.5. Фундамент из винтовых свай
Фундамент из винтовых свай – один из типов свайного фундамента. Конечно, как и у любой строительной технологии, у этой также есть свои достоинства и недостатки. Но если учесть сильные/слабые стороны конструкции, можно не только избежать проблем, но добиться максимальных показателей эффективности, увеличения срока службы и пр.
2.5.1. Минусы свайно-винтового фундамента
1. Возможно несоответствие срока службы конструкции требованиям ГОСТ 27751-2014 «Межгосударственный стандарт. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения».
Подобное неизбежно случится, если при разработке проекта не будут учтены степень коррозионной агрессивности грунтов на участке строительства (подробнее «Экспресс-геология: геотехнические и геолого-литологические исследования и измерения коррозионной агрессивности грунтов»), а также наличие блуждающих токов.
Только подобрав толщину стенки ствола и лопасти (подробнее «Расчет толщины стенки ствола»), марку стали (подробнее «На что влияет марка стали?») в соответствии с указанными данными, определив порядок действий для снижения коррозии (водоотведение, использование цинковых анодов – подробнее «Коррозия: причины, способы защиты») можно обеспечить нормативный срок службы фундаментный конструкции и всего сооружения.
2. Возможен «уход в срыв» однолопастных дезаксиальных винтовых свай при нормируемых осадках, если диаметр их ствола менее 159 мм.
При расчете свайно-винтовых фундаментов используются формулы, заложенные в СП 24.13330.2011 «Свайные фундаменты». Эти формулы разработаны еще в 60-х годах 20 века и базируются на упрощенных моделях взаимодействия (например, модель Мариупольского для анкеров), а потому не учитывают многие особенности совместной работы свай и грунтов.
Поэтому при расчете несущей способности винтового основания необходимо учитывать результаты полевых испытаний грунтов, выполненных в соответствии с ГОСТ 5686-2012.
3. Может потребоваться бетонирование основания колонны или проведение работ по созданию жесткого сопряжения для однолопастных свай малых диаметров (57-76 мм).
Из-за недостаточности диаметра ствола эти разновидности не обеспечивают должное сопротивление горизонтальным нагрузкам без проведения дополнительных мероприятий.
Чтобы отказаться от бетонирования основания колонны или создания жесткого сопряжения, достаточно использовать элемент сопротивления боковым нагрузкам (ЭСБН).
4. Возможно нарушение структуры грунта при погружении винтовых свай и последующее снижение его несущей способности.
Такие ситуации возникают, когда в расчетах учитывается только диаметр лопасти, но не ее конфигурация.
Конфигурация лопасти винтовой сваи, подобранная под конкретные грунтовые условия, позволяет свести к минимуму нарушения структуры грунта при погружении, что обеспечивает надлежащее восприятие проектных нагрузок (подробнее «Принципы подбора параметров лопастей»).
5. Сваи с двумя и более лопастями могут уступать в восприятии, к примеру, горизонтальных нагрузок даже однолопастным дезаксиальным конструкциям.
Причина подобного явления – в неправильном (часто просто бездумном) расположении второй и последующих лопастей на стволе.
Чтобы многолопастные сваи надлежащим образом воспринимали проектные нагрузки, расстояние между лопастями, шаг, угол наклона должны быть рассчитаны с учетом данных о грунтовых условиях площадки строительства и данных о нагрузках от строения (подробнее «Особенности расчета многолопастных винтовых свай»).
6. Неравномерное распределение запаса прочности по фундаментам объектов ИЖС, из-за которого снижается уровень их надежности и сокращается срок службы.
Причина – неучет различных величин нагрузок, воздействующих на фундаменты даже простых сооружений (под ответственными несущими узлами и конструкциями сооружения, под несущими и самонесущими стенами, под ненесущими перегородками и лагами пола).
Чтобы этого избежать, под каждый тип нагрузки нужно использовать определенную модификацию свай (подробнее «Расчет свайного фундамента»).
Таким образом, все минусы свайно-винтового фундамента по большому счету связаны с игнорированием его особенностей и сильных сторон.
2.5.2. Плюсы свайно-винтового фундамента
Фундамент из винтовых свай:
- В большинстве случаев не подвержен воздействию сил морозного пучения, что отличает его от иных типов фундаментных конструкций, особенно с применением забивных свай (подробнее «Воздействие сил морозного пучения на разные типы винтовых свай»).
- Может использоваться на заболоченных участках, на территориях с высоким уровнем грунтовых вод без потерь в сроке службы. Чтобы это стало возможным, нужно провести в пятне застройки измерения степени коррозионной агрессивности грунтов и использовать полученные данные при расчете толщины стенки ствола и лопасти, диаметра ствола, выборе марки стали.
- Можно возвести быстро (сокращение времени строительства на 15-30% относительно бетонного фундамента).
- Обходится не менее чем на 30% дешевле бетонного основания, выполненного в соответствии с требованиями СП 63.13330.2012 «Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения» (подробнее «7 мифов о бетонном фундаменте»).
- Позволяет полностью отказаться от любых земляных работ, в том числе по выравниванию участка в случае наличия перепада высот.
- Позволяет выполнять работы по погружению даже в условиях стесненной застройки или близости подземных коммуникаций, так как при погружении не возникают вибрации.
- Не требует времени на «набор прочности». Сразу готов к восприятию нагрузок, предусмотренных проектом.
- Можно построить в любое время года.
- Можно использовать повторно, что имеет принципиальное значение при строительстве временных сооружений.
- Ремонтопригоден, чего не скажешь о забивных сваях и некоторых других типах оснований.
- Можно устанавливать без привлечения специальной техники, конечно, если речь идет о модификациях малых длин и диаметров.
- Позволяет монтировать инженерные коммуникации одновременно с работами по установке. Трубы проходят между сваями (на определенном расстоянии) и не связаны с ростверком, поэтому не перемещаются вместе со зданием вниз, как это происходит в случае устройства бетонного фундамента. В результате удается избежать уменьшения уклона или возникновения контруклонов, а также нарушения герметичности в стыках.