Почему клонится Пизанская башня?
Как удалось на болоте и деревянном фундаменте построить колоссальный Исаакиевский собор в Санкт-Петербурге?
Можно ли использовать в качестве фундамента избушки куриные ножки?
Казалось бы, какое отношение имеют эти вопросы к нашей теме? Где та Пиза, а где наша деревня. Однако, в строительстве важно учитывать чужой опыт достижений и ошибок. Учиться на своих ошибках бывает дороговато и обидно: свидетелем тому трещины в стенах домов, перекошенные крыльца и ворота, наклонённые заборы. И это только в лучшем случае. Бывает, огромные торговые центры «складываются» как карточные домики. Львиная доля всех строительных катастроф случается из-за неправильно рассчитанных или некачественно возведённых фундаментов. Конечно, мы не собираемся рассказывать, как строить аэропорт. Однако, принципы возведения фундаментов для одинокого столба забора, деревенского туалета, деревянной избы, виллы в Барвихе и аква-парка едины. Различаются только масштабы и конструктивные решения. И смета, конечно.
Попробуем разобраться, как соорудить для дачи или загородного дома надёжный фундамент, с толком и бережливо вложив свою честно заработанную копейку. Чтобы сделать это, мы должны понимать, что происходит с нашим домом под землёй. Начнём с азов теории, с грунтов:
Что нужно знать о грунтах и климате?
Южная Европа, Северная Африка, Ближний Восток поражают нас обилием каменных памятников старинной архитектуры. Предки северных народов Европы, в том числе наши, не оставили в наследство нам, своим потомкам, подобных сооружений. Правда, друиды Британии построили довольно большой кромлех — Стоунхедж. Однако и его за многие столетия порядком перекосило, в отличие от храмов Древнего Египта.
Архитектура древних славян, кельтов и германцев была деревянной не только по причине отсутствия камня, обилия древесины и технологической отсталости. Дело ещё в климате и структуре почв тех мест, где обитали наши предки.
Строители Иерусалимского храма не особенно заморачивались с фундаментом. В жаркой каменистой местности можно начинать кладку прямо от земли. Очень удобно строиться было в Междуречье, Древней Греции, Риме и Египте. Под ногами, в основном, камень или хороший песок, +20 ºC — холодная погода. В наших краях возводить дома значительно сложнее и дороже. Грунт на всей территории России зимой промерзает. Расчётную глубину промерзания принимают в соответствии со СНиП 2.02.01-83. Для Сочи это полметра, в Москве — 1,35 метра, Новосибирске — 2,25 метра. В Якутии зарегистрировано промерзание грунта на глубину 1 370 метров. 65% территории РФ находится в зоне вечной мерзлоты, на которой строить на порядок сложнее.
И грунты у нас всё больше неважные: с низкой несущей способностью и высоким водопоглощением. Влага, находящаяся в почве, зимой замерзает, лёдяные кристаллы расширяются. Грунт увеличивается в объёме, его начинает «пучить». На строительные конструкции, находящиеся в зоне глубины промерзания, пучинистый грунт оказывает чрезвычайно сильные воздействия. Прочный фундамент устоит, а слабый выдавит вверх, перекосит, возникнут трещины. Высокую пучинистость имеют глины, меньшую суглинки, низкую пески. Большая часть Московской области расположена на глинистых и суглинистых почвах. Хуже могут быть только торфянистые, илистые, болотные почвы и очень мелкий (зыбучий) песок — плывун. Кроме «морозных» проблем, они ещё обладают очень слабой несущей способностью.
Ещё одна беда — нередко встречающийся высокий уровень грунтовых вод (УГВ). Сложно строить, прокладывать коммуникации. Если УГВ выше глубины промерзания, зимнее водонасыщение и давление грунта также повышается. А строить подвал и подземные сооружения (к примеру, септик), нерационально и очень дорого.
Перед тем, как начинать строительство, необходимо узнать каков состав грунта на участке. Если нет возможности воспользоваться буровой установкой, можно сделать шурфы в углах будущего дома с помощью обычного садового бура. Песок — повезло, суглинок — так себе, глина — придётся уделить особое внимание прочности фундамента. Торф, плывун, высокая вода — готовьтесь к дополнительным расходам.
Знаменитая своим наклоном башня в Пизе стоит криво именно потому, что средневековые строители пренебрегли предварительным исследованием грунтов, не учли их разную несущую способность и уровень грунтовых вод. Башня клонится на юг, где прочное песчаное основание сменяется менее плотной и насыщенной влагой глиной с прослойками болотного ила.
Конструкции фундаментов
Выбор конструкции зависит от типа грунтов и нагрузки на фундамент. То есть от веса здания: каменные дома — тяжёлые; деревянные, каркасные, СИП-панели и подобные им — лёгкие.
Ленточный заглублённый фундамент
Сплошной бетонный либо железобетонный фундамент. Подходит для песков и глин, не пригоден для торфяников и плывунов. Обладает высокой несущей способностью, выдерживает тяжёлые дома. В идеальном случае ленточный фундамент должен быть заглублён ниже глубины промерзания грунта. В этом случае силы морозного пучения не смогут его вытолкнуть наверх. Ширина ленты зависит от нагрузки, но должна быть не менее 2/3 ширины стены дома и не уже 20 см. Возводить слишком широкий фундамент для одно-двухэтажного дома нерационально. Под стены из ячеистого бетона или керамзитовых блоков толщиной 40 см вполне хватит ленты 30 см. Опирание на грунт осуществляется через бетонную подушку. Она должна быть шире ленты на 15-20 см с каждой стороны и иметь высоту около 20 см.
При большом заглублении и высоком цоколе логично устроить под домом подвал, фундамент послужит стенами. В этом случае необходимо учесть давление грунта снаружи внутрь подвала, фундамент нужно проармировать. Не стоит сооружать участки стен между несущими стенами протяжённостью более 4,5 метров. Если больше — придётся усилить армирование.
Ленточный фундамент можно соорудить сборным или монолитным. Сборным — из блоков ФБС. Блочный строить быстро и удобно. Но недёшево: готовые изделия дороже бетонной смеси, немало стоит кран, достаточно сложен монтаж. Монолит по затратам на материалы обойдётся дешевле, однако выставить опалубку достаточно трудоёмко, к тому же придётся изготавливать самостоятельно или брать в прокат щиты. При одинаковых условиях правильнее всё же предпочесть монолит: при надлежащем исполнении он прочнее и ровнее. К тому же, при строительстве подвала швы между блоками — потенциальное место протечки, а хорошо уплотнённый монолитный бетон лишён этого недостатка. Ещё один вариант — бутобетонная лента. Её нужно делать пошире, не менее 40 см и полной толщины опирающейся на неё сверху стены дома.
Армировать ли заглублённый ленточный фундамент? Не обязательно. А вот стены подвала нужно. ФБС можно проармировать, проложив в швах каждого ряда блоков строительную арматуру диаметром 10-12 мм.
Ленточный мелкозаглублённый фундамент
Севернее Краснодара строить основание ниже глубины промерзания дороговато, уходит много бетона. Можно сэкономить, соорудив мелкозаглублённый ленточный фундамент. Высоту в земле принимают примерно в 0,4-0,5 от нормируемого промерзания (60 см для Подмосковья), также делают опорную подушку. Если грунт прочный и непучинистый (крупный песок), траншею откапывают на планируемую глубину ленты. При пучинистых грунтах траншею отрывают немного ниже глубины промерзания, а нижнюю её часть засыпают непучинистой песчано-гравийной смесью и слоем щебня. Засыпку хорошо проливают водой и тщательно трамбуют. Мелкозаглублённую ленту обязательно армируют вне зависимости от типа и веса здания.
Свайный и столбчатый фундаменты
Эти два типа фундаментов очень схожи: и там и тут опора приходится на отдельные точки, а не на сплошную ленту. Относительно лёгкие деревянные и каркасные дома можно ставить непосредственно на столбики и сваи, конструкция стен не требует устройства сплошного основания. Шаг опор может быть велик — 1,5-3 метра, а то и больше. Промежутки между столбами можно зашить плоскими асбетоцементными листами и утеплить. Для тяжёлого дома с каменными стенами придётся соорудить ростверк — сплошную железобетонную ленту, опирающуюся на столбы и расположенную выше уровня грунта.
Классический пример эффективного свайно-столбчатого фундамента — избушка на курьих ножках или «Избакурног» в интерпретации братьев Стругацких. Это сооружение из русских сказок имеет абсолютно реальный прототип в традиционной финно-угорской архитектуре — поднятый над землёй амбар-тшамья на высоких деревянных столбах. Это могли быть забитые в грунт или заклиненные в камнях стволы, а ещё лучше — высокие пни. Нет ничего более устойчивого, чем корневая система, простирающаяся на много метров в стороны.
Сваи и столбы могут нести нагрузку не только от дома. Их используют при строительстве опор крылечек, террас, заборов.
В чём различия между сваями и столбами.
Свайный фундамент применяют при слабых грунтах. Свая «прокалывает» верхний слабонесущий слой и упирается в прочный нижележащий. Если толщина слабого грунта слишком велика, устраивать сваи нерационально либо вообще невозможно. Наиболее распространены три технологии устройства свай. Забивные железобетонные и буронабивные требуют применения спецтехники (сваебойных и буровых машин), обойдутся недёшево и выполнить эти работы самостоятельно не получится. Металлическую винтовую сваю, если не попадутся камни, два человека с посильной помощью третьего могут вкрутить в грунт, как шуруп, вручную. На конце трубы находится насадка-бур, а по высоте просверлены отверстия для того, что вставлять ломики-рычаги для закручивания. Ростверк по металлическим сваям можно соорудить из стального швеллера.
Свайные фундаменты очень надёжны и позволяют строить не только на проблемных грунтах, но и на весьма крутых склонах: сваи не дадут сооружению «съехать» с горки вниз.
На свайном фундаменте покоится громада Исаакиевского собора в Санкт-Петербурге. Ранее на этом месте уже были построены три храма, сменявших друг друга. Но их фундаменты проседали со временем, конструкции деформировались. Зная о слабости верхнего слоя илистого грунта и довольно высоком уровне подземных вод, Август Августович Монферран принял решение соорудить каменный фундамент на деревянных сваях. В 1818 году начали копать траншеи. Болотную воду из них откачивали, затем забивали хорошо просмоленные сосновые стволы диаметром 26-28 сантиметров. Длины 6,5 метров хватало, чтобы дойти до более прочного песчаного грунта. Всего было забито 10 762 деревянные сваи.
Подобным же образом построена Венеция. Сначала в грунт забивали сваи из горной лиственницы, привезенной с Альп. Затем сооружали дубовый настил. А уже по нему сооружали верхний, каменный уровень фундамента и насыпали основание полов.
Столбчатый фундамент сооружают на грунтах с нормальной несущей способностью. Самый рациональный и экономный вариант для лёгких каркасных, панельных и деревянных домов. Столбики бетонируют (армировать обязательно), глубина заложения может быть ниже высоты промерзания либо выше, как в мелкозаглублённых ленточных. Пучинистый грунт заменяют тщательно утрамбованным песком и слоем гравия на всю глубину промерзания. Форма столбов не имеет значения. Если откапывать широкую яму вручную, удобнее бетонировать в прямоугольной опалубке. Ямы можно бурить, прокат бензобура обойдётся в 400-700 рублей в сутки. Хороший результат даёт ручной бур ТИСЭ. Как и для ленточного фундамента, столб должен опираться на подушку, площадь опоры которой на грунт больше, чем сечение столба.
Свайные и столбчатые фундаменты весьма экономичны по расходу материалов.
Плитный фундамент
Чрезвычайно надёжная конструкция. Подходит для любых типов грунтов, но особенно эффективна для слабых грунтов и сейсмоопасных районов. Под всей площадью здания выполняется сплошная, реже решётчатая монолитная железобетонная плита высотой около 25-30 см с двойным частым армированием. Плита распределяет нагрузку от здания на всю площадь основания, компенсирует движения грунта, в том числе сезонные. Если происходят какие-то смещения и просадки, плита смещается целиком, деформации в самом здании не возникает. Плитный фундамент даёт возможность возводить тяжёлые здания даже на проблемных просадочных грунтах, на которых применение свайной конструкции неприменимо из-за невозможности достигнуть более прочного основания. Всем хороша плита, однако расход металла и бетона велик, что делает её весьма недешёвой.
Свайные и плитные конструкции можно применять и при наличии подвала. В этом случае над сваями выполняется не ростверк, а возводится стена.
Обобщим сказанное выше. Для наглядности представим рекомендации по выбору фундамента в табличном виде. Обозначения, как в светофоре: зелёный — рациональный выбор, жёлтый — допустимый, красный — неприемлемый.
Цена вопроса
Попробуем ориентировочно определить ценовые соотношения между разными конструкциями фундаментов. Будем считать только стоимость материалов (бетон, металл, песок, гравий) и спецтехники (кран 2 смены, транспорт). Землеройную технику не считаем. Строимся не в глуши, бетон везём миксером-бетоновозом на расстояние 40 км, цены на материалы средние, центральный регион. Бетонная смесь класса В15 (марка 200), заполнитель гравий. Арматуру применим диаметром 12 мм. Цену опалубки тоже не учитываем, её возможно взять в прокат либо изготовить самому, если удастся за разумные деньги купить дерево. Работы можно выполнять своими руками, нанимать помощников или бригаду, тут уж как договоришься. Предположим, что мы строим дом из ячеистых блоков, стены толщиной 40 см, без подвала. Соответственно, ширина фундамента — 30 см. Цоколь поднимем на 40 см выше уровня грунта, участок ровный. Для столбчатого фундамента шаг столбов — 1,25 метра. Ростверк — 30х30 см. Свайную конструкцию не считаем из-за необходимости использовать спецтехнику или невозможности обеспечить опору нужной площади. Размер дома в плане — 9х12 метров, длина фундаментов 50 погонных метров, площадь 108 м2. Есть одна центральная несущая стена. Расчёты проведём для глубины промерзания 1,3 метра. Заглублённый фундамент или столбы опускаем на 10 см ниже, их высота с цоколем — 1,9 м. Мелкозаглублённый — 50% промерзания, итого 115 см. Под все конструкции сделаем бетонную подушку 15 см и подсыпку из слоя щебня 20 см, под мелкозаглублённый дополнительная песчаная подсыпка на глубину промерзания. Данные вносим в таблицу:
Теперь лёгкий дом: сруб, каркасный или панельный. Те же габариты, ширина фундамента 25 см. Не учитываем заглублённую конструкцию, её применение нерационально. Свайный вариант — металлические сваи диаметром 13,3 см, глубина 2,5 метра. Шаг свай или столбов — 2 метра. Ростверк не считаем, конструктивно он не нужен. Столбы мелкого заглубления. Плита высотой 20 см.
Как мы видим, для каменных домов наиболее экономичны мелкозаглублённые фундаменты, для лёгких — столбчатые. Если приобретать не готовую бетонную смесь, а купить бетономешалку и готовить раствор на стройплощадке, можно ещё уменьшить расходы на материалы на треть или даже больше. Повторимся, что считали мы только затраты на материалы.
Конечно, окончательные цифры зависят от множества факторов: характера грунтов, рельефа участка, доступности материалов и техники, расстояний перевозки, региональных цен.
Выбор рациональной конструкции фундамента
