Мелкозаглубленные фундаменты

1Вы решили построить загородный дом и выбрали стеновые материалы с малым объемным весом?  Многие воспринимают как аксиому информацию о том, что традиционные фундаменты, построенные на глубине промерзания - единственно правильное решение. Это не только ошибочное, но и крайне вредное заблуждение.

Поговорим об этом подробнее и объясним доступным языком, без формул и выкладок, как такое возможно. В этой статье мы рассмотрим только ленточные фундаменты.

Большинству застройщиков известно, или они хотя бы слышали о пучинистых свойствах грунтов, а многие с этим неприятным явлением не раз сталкивались в той или иной степени. Эффект пучинения связан с расширением воды, находящейся в грунте, при замерзании. Как известно, вода при замерзании увеличивается в объеме до 9%, что может приводить к давлению на фундамент замерзшего грунта в десятки тонн. Грунты различаются своей способностью содержать в себе влагу и, соответственно, различаются по степени пученистости.

Классическое восприятие «правильного» фундамента – это расположение основания фундамента на глубине промерзания. То есть, если фундамент дома в Подмосковье заглублен, например, на глубину 1,5 м, то находящийся под основанием фундамента грунт никогда не замерзнет и, соответственно, не будет выталкивать фундамент. Вроде все настолько очевидно правильно, что непонятно, где может быть подвох.

Но все гораздо сложнее со стеновыми материалами с малым объемным весом, например, такими как газосиликатные блоки, блоки из пенобетона, из дерева (бруса, оцилиндрованного бревна).

Сначала поясним, что такое «легкие» стеновые материалы. Например, широко распространенные сегодня газосиликатные блоки, изготовленные по немецкой технологии «Хебель», имеют объемный вес около 500 кг/куб.м. Для сравнения: полнотелый кирпич – 1600-1900 кг/куб.м., пустотелый кирпич – 1000-1500 кг/куб.м., облицовочный кирпич - 1300-1500 кг/куб.м.

Разные стеновые материалы имеют разные тепловые характеристики. Это, естественно, отражается на толщине стены и ее весе. Так, вес квадратного метра стены из газосиликатных блоков при типичной толщине кладки 400 мм на погонном метре фундамента – 500*0.4=200 кг. Сравним вес квадратного метра стены из полнотелого керамического кирпича при толщине кладки, например, 640 мм на погонном метре фундамента составит от 1000 кг (1600*0.64) до 1200 кг (1900*0.64). Это без учета веса кладочной смеси. Как видим, разница в 5-6 раз.

Можно рассмотреть другие варианты кирпичной кладки, но в целом понятно, что стена из кирпича заметно тяжелее стены из газосиликатного блока. Такие же сравнения можно привести для деревянных домов и прочих известных «легких» материалов.

Теперь еще раз вернемся к воздействию сил пучинения на фундамент. При более внимательном рассмотрении действующих сил мы видим, что на фундамент воздействуют не только силы, находящиеся под основанием фундамента. Грунт давит на фундамент сбоку, а часто и примерзает к боковым стенкам фундамента, и, «прихватив» таким образом фундамент, как бы пытается его вытащить из земли. Очевидно, что чем глубже мы «закопали» фундамент, тем больше площадь соприкосновения мерзлого грунта и фундамента, и тем больше силы воздействия грунта на фундамент.

Вот тут-то и становится важен вес стен дома. Массивные кирпичные стены давят на фундамент в направлении, противоположном направлению действию сил пучинения. Масса кирпичного дома чаще всего оказывается достаточной для компенсации воздействия сил пучинения.

Другое дело - дома с «легкими» стенами. Их вес мал, и сил пучинения грунта достаточно для приподнятия дома. Как было сказано выше, чем больше мы заглубляем фундамент, тем больше воздействие сил пучинения, и, следовательно, усугубляется проблема выпучивания фундамента дома. Заметим, что воздействие сил пучинения на фундамент не является одинаковым, и приподнятие происходит неравномерно со всех сторон. Если принять во внимание, что северная сторона дома находится в большей зоне риска, то приподнятие этой стороны дома происходит раньше других, а это значит, что дом «скручивает».

Отсюда можно сделать вывод, что закопаться глубже – это не значит сделать фундаменту лучше. Наоборот, можно только усугубить ситуацию.

Вспомним, что грунты бывают разные по своим несущим способностям. Очевидно, что один и тот же дом, стоящий на слабом грунте (торф, мягкопластичный суглинок и прочее) и, скажем, на скальном грунте, должен иметь разный фундамент. Плохо подобранный фундамент продавливает грунт своим весом, деформируя грунт.

Теперь попробуем разобраться, что же такое расчет фундамента и как его выполняют профессионалы.

1. В том месте, где планируется постройка дома, делается исследование грунтов (делается минимум три скважины хотя бы до 5 м глубиной, и забираются образцы грунта с разных глубин). Лабораторное заключение скажет нам о том, насколько нам повезло с грунтом, как легли грунты по слоям друг относительно друга, как грунт ведет себя в сухом и влажном состоянии. Анализ этой информации позволяет уточнить, на какой глубине лучше расположить основание фундамента.

2. Анализ фундаментных лент, предложенный в проекте дома, оценивается с точки зрения того, какой вес приходится на каждую из лент, как эта лента деформируется при нагрузке (изгибается, скручивается).

3. Расчет фундамента приводит в соответствие вес дома и возможности несущей способности грунта. Результатом такого расчета является такая площадь основания, при которой давление основания фундамента на грунт находится в пределах допустимых значений.

4. В расчетах ленточные фундаменты всех стен дома рассматриваются как единая система, которая должна иметь достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. Подбираются такие параметры фундаментов, как марка бетона, продольное и поперечное армирование. При этом допускаются деформации основания (подъем, в том числе неравномерный), однако они должны быть меньше предельных.

5. Надфундаментные конструкции дома рассматриваются не только как источник нагрузок на фундаменты, но и как активный элемент, участвующий в совместной работе фундамента с основанием. Чем больше жесткость конструкций на изгиб, тем меньше относительные деформации основания.

Так как же должны выглядеть мелкозаглубленные фундаменты?

Итак, в наличии - пучинистый грунт, который создает проблему. На этом пучинистом грунте строится малоэтажное здание на мелкозаглубленном фундаменте, закладываемом в сезоннопромерзающем слое грунта. Почему мелкозаглубленном? Во-первых, фундамент на глубину промерзания не обеспечивает устойчивость легкого здания, так как такой фундамент имеет развитую боковую поверхность, по которой действуют большие по значению касательные силы пучинения. Во-вторых, затраты на такой фундамент существенно меньше. Наша задача - провести эффективные мероприятия по уменьшению или полной ликвидации пучинистых свойств грунта для мелкозаглубленных фундаментов.

На практике это означает следующее:

1. Заглубление фундамента, как правило, выполняется на глубину около половины глубины промерзания – 0.7-0.9 м.

2. Создается противопучинистая подушка. «Плохой» пучинистый грунт частично замещается непучинистым (песок, гравий, смесь). Высота подсыпки может составлять 30-40 см. Это позволяет не только улучшить характеристики грунта, на который опирается основание фундамента, но и уменьшить воздействие воды, находящейся в грунте.

3. Поскольку мы заглубили основание фундамента на глубину, меньшую чем глубина промерзания, необходимо защитить фундамент от промерзания. Для этого предпринимаются следующие меры:

- Уменьшение глубины промерзания с применением утеплителей (экструдированных пенополистиролов), т.е. утепления фундамента (например, горизонтальное утепление - утепление отмостки и вертикальное утепление – утепление цоколя). Это позволяет исключить замерзание воды у фундамента. Утепление цоколя и отмостки также крайне полезно для уменьшения теплопотерь полов на первом этаже дома.

- Исключение возможности примерзания грунта к фундаменту – это может быть достигнуто, например, с помощью битумной обмазки бетона. Это также позволит защитить бетон от воздействия воды.

4. Водозащитные мероприятия, обеспечивающие уменьшение влажности грунта, понижение уровня подземных вод, отвод поверхностных вод от здания (отмостка, водосливная система дома).

Еще раз обращаем внимание, что мелкозаглубленные фундаменты не только соответствуют малому весу домов из легких стеновых материалов и позволяют решить проблему с пучинением, но и дают возможность заметно сократить расходы на изготовление фундамента.

Все сказанное выше не является чем-то новым. Наши близкие северные соседи – финны - давно взяли на вооружение идею уменьшения промерзания грунтов за счет утепления. Также имеется много отечественных разработок, полностью посвященных мелкозаглубленным фундаментам. Но, как вы понимаете, важно не только знать, но и грамотно применить.

Для тех, кто хочет изучить тему мелкозаглубленных фундаментов детально, приведем ссылки на три специализированные книги, рекомендации и один стандарт:

Симагин В.Г. Эффективные фундаменты легких зданий на пучинистых грунтах. Петрозаводск: ПГУ. 1997.

Сажин В.С. Не зарывайте фундаменты вглубь. М.: 2003.

Невзоров А.Л. Фундаменты на сезоннопромерзающих грунтах. М.: 2000.

Бек-Булатов А.И. Морозозащищенные фундаменты мелкого заложения, Строит. материалы. 2006.

Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах.  М., 1985. -31с.

ТСН МФ-97 МО. Проектирование, расчет и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области.

Поделиться