Глубина заложения фундамента – определяющие факторы
На какую глубину следует закладывать фундамент
Определяя тип будущего фундамента, и принимая решение о заглублении опорной конструкции, учтите условия, в которых будет эксплуатироваться здание.
Важно обратить внимание на следующие моменты:
- геологические аспекты;
- воздействие климатических факторов на глубину фундамента;
- влияние конструктивных особенностей здания на уровень заложения фундамента.
До начала выполнения расчетов и выбора типа фундамента необходимо:
- выполнить мероприятия по анализу почвы на участке строительства;
- изучить ландшафт, а также тщательно расчистить строительную площадку;
- разработать план строения и рассчитать массу строительных конструкций.
На стадии сбора информации об особенностях строительной площадки следует проанализировать ряд факторов:
- характер грунта на различной глубине;
- среднестатистический объем осадков на протяжении года;
- уровень расположение водоносных слоев;
- глубину замерзания почвы;
- колебания высоты и особенности рельефа на стройплощадке.
Виды фундаментов по способу заглубления
Решение о виде фундамента и уровне его закладки принимают с учетом следующих моментов:
- особенностей здания, заложенных в проекте;
- массы строения;
- наличия цокольного помещения;
- уровня расположения подземных коммуникаций.
Средняя температура в этой местности на протяжении года и особенности климата также влияют на размер приямка под основание.
Определяя, от чего зависит глубина закладки опорных конструкций, следует обратить внимание на климатические факторы:
- для зданий, строительство которых планируется в южных широтах, необходимо обеспечить минимальное смещение подошвы траншеи от уровня почвы на 0,6 м;
- при выполнении строительных мероприятий в условиях холодного климата уровень заглубления фундаментной подошвы в почву может достигать 1,5 м.
Для каждого вида грунта уровень замерзания отличается:
- сильнопучинистые грунты, к которым относятся супесчаные, суглинистые и глинистые почвы, промерзают до уровня 0,5–1 м;
- среднепучинистые песчаные почвы, содержащие включения глинистых частиц и песчаной фракции замерзают на глубину 0,6–2 м;
- не склонные к пучению почвы, содержащие песчаные частицы, супесь, суглинки и глинистые включения имеют повышенный до 1–3 м уровень промерзания.
Фактор глубины промерзания земли при закладке фундамента
На склонность грунта к морозному пучению влияют следующие факторы:
- концентрация влаги в почве;
- уровень расположения подземных вод во время промерзания.
Ошибка в выполнении расчетов может привести к деформации основания.
В результате этого возможны отрицательные моменты:
- усадка строения;
- появление трещин на стенах;
- нарушение общей устойчивости здания.
Наряду с характером грунта и уровнем промерзания, немаловажным фактором является рельеф местности. В строительных нормах содержатся требования по выравниванию площадки до начала строительства. Однако для участков, расположенных на наклонной местности, а также на скалистой почве не всегда имеется возможность разровнять участок застройки. В данной ситуации минимальный уровень заложения основания определяется по нижней точке наклонной площадки. Для таких условий отдают предпочтение свайной основе, а также винтовой, которая также не боится перепадов высот.
Проанализировав природные факторы, особенности здания и определив характер грунта, необходимо определиться с конструкцией фундаментной основы для будущего дома.
Факторы воздействующие на фундамент здания
Возможны следующие варианты:
- мелкозаглубленный или глубокозаглубленный ленточный фундамент;
- столбчатое основание в виде свай или железобетонных колонн;
- плитная конструкция основы строения.
Подушка под фундамент
Песчано-гравийная подготовка выполняет дренажные и выравнивающие функции. Дно траншеи не имеет идеальной поверхности, поэтому слой засыпки позволяет получить горизонтальную и ровную опорную площадку для заливки ленты.
Вода, попадающая в слой, проходит в нижние слои и либо впитывается в грунт, либо выводится по дренажной системе за пределы траншеи.
Стандартный вариант засыпки — песчаная подготовка толщиной 10-15 см, слой мелкого щебня 10-15 см и поверхностный выравнивающий слой песка. Используется чистый речной песок, не содержащий органических включений.
Каждый слой тщательно трамбуется до степени максимальной плотности. Критерием определения качества трамбовки является отсутствие следов обуви при ходьбе по засыпке.
Что нужно знать при определении размеров фундамента
Чтобы выбрать необходимый оптимальный размер фундамента, обеспечивающий надежность всего строения, нужно знать:
- состав грунта на участке;
- высоту залегания грунтовых вод;
- глубину промерзания почвы в данном регионе;
- вес самого здания, т.е. нагрузки на фундамент от веса стен, перекрытий, и крыши.
Допускается свес стен над фундаментом на ширину 10-13 см, но не более. Это объясняется тем, что железобетон имеет высокую прочность, намного выше прочности стеновых материалов, поэтому может выдержать нагрузку от более широкой стены, а узкий фундамент, позволяет сократить расход бетона и арматуры.
Определяемся с подошвой фундамента
Расчет ширины фундамента определяется в зависимости от ширины его подошвы, которая рассчитывается исходя из нагрузок, давящих на фундамент. Фундамент, в свою очередь, оказывает давление на грунт.
В итоге получается, чтобы правильно рассчитать размер фундамента необходимо знать свойства грунта на месте строительства.
Если грунт на участке пучинистый, а дом предполагается строить из кирпича или бетонных блоков, то лучшим вариантом выбора фундамента будет – заглубленный. А поскольку фундаменты такого типа устраиваются ниже уровня промерзания почвы, то высота ленточного фундамента для дома будет в пределах 1–2,5 м до уровня земли.
Закладка фундамента на пучинистом грунте
Для небольших строений – бани, гаража или дачного домика, вполне подойдет мелкозаглубленный фундамент с высотой от основания до верха в пределах 60-80 см. При этом в земле будет находиться 40-50 см высоты фундамента, остальная часть будет выступать над уровнем почвы и являться цоколем строения. Несмотря на малую высоту, прочность фундамента будет гарантирована свойствами бетона и арматурного каркаса.
Перед тем, как рассчитать ширину ленточного фундамента, необходимо подсчитать нагрузки, которые можно легко определить, зная размеры всех конструкций стен, крыши и удельный вес используемых материалов. К этим нагрузкам добавляется вес людей и всего того, что будет находиться в доме – мебели, бытового оборудования и прочего.
Размеры подошвы ленточного фундамента рассчитываются таким образом, чтобы нагрузка на основание не была больше допустимых нагрузок на грунт в данном месте строительства.
Рассчитывая ленточный фундамент, мы узнаем высоту и ширину, после чего определяем:
- количество бетона, необходимого для заливки,
- количество арматуры,
- материала для опалубки.
Как видите, размеры фундамента позволяют узнать многое для устройства надежного основания.
Первым делом необходимо определить глубину заложения фундамента ленточного заглубленного. Для этого нужно знать глубину промерзания грунта в вашем регионе в зимний период. Все это можно найти в строительных справочниках.
Глубина промерзания грунта в разных регионах
Производя расчет, сначала задают предварительные размеры фундамента (ширину подошвы, высоту), ориентируясь на конструктивные особенности дома. Если несущая способность грунта больше, чем давление здания на грунт, то выбранные размеры оставляют без изменения, в противном случае, размеры подбирают, чтобы расчетное сопротивление грунта не было меньше, чем удельное давление веса здания.
А если, ко всему прочему, есть основание полагать, что на участке высокий уровень грунтовых вод, то расчет фундамента и оценку грунта лучше всего заказать у специалистов, чтобы не рисковать вложенными в строительство деньгами. Потому что пучинистые грунты со временем могут изменять свои свойства под действием некоторых факторов, таких, например, как изменение уровня грунтовых вод.
Самостоятельно узнать высоту ленточного фундамента над землей можно, воспользовавшись онлайн-калькулятором, где программа сама рассчитает и площадь подошвы фундамента, и его высоту, и толщину песчаной подушки на основании данных о вашем грунте.
Определение размеров подошвы фундамента мелкого заложения под колонну промышленного здания
Определение оптимальных размеров подошвы отдельных внецентренно нагруженных фундаментов под колонны производится методом последовательных приближений в следующем порядке:
а) Определение требуемой площади подошвы фундамента как центрально нагруженного:
Где: – ориентировочное значение расчетного сопротивления грунта основания в уровне подошвы фундамента ;
– глубина заложения подошвы фундамента
– осредненное значение удельного веса фундамента и грунта на его ступенях
– расчетное значение вертикального усилия на обрез фундамента, которое определяется при коэффициенте надежности по нагрузке и определяемое по формуле 12:
б) Определяются размеры подошвы фундамента в плане, как имеющего квадратную форму Принимаем b=1,5 м
в) Вычисляется эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента:
Где: – расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемое фундаментом на основание в уровне подошвы, определяемое по формуле 14
Где: – соответственно расчетные значения изгибающего момента и поперечного усилия в основном сочетании при
– расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес конструкций фундамента, грунта на его ступенях, определяемое по формуле 15
– расчетное значение вертикального усилия от веса конструкций фундамента и грунта на его ступенях, ориентировочно при , определяемое по формуле 16
Поскольку , принимается прямоугольная в плане подошва фундамента, для чего увеличивается ее размер в плоскости действия изгибающего момента. Для этого вычисляется коэффициент увеличения
С учетом вычисленного значения длина подошвы внецентренно нагруженного фундамента под колонну определяется как
Принимаем монолитные столбчатый фундамент с размерами подошвы: ;
г) Вычисляем напряжения под подошвой фундамента:
Где: – площадь подошвы фундамента, м 2 ;
– расчетное значение суммарного изгибающего момента, передаваемое фундаментом на основание в уровне подошвы, определяемое по формуле 14
– расчетное значение вертикальной нагрузки на основание, включая вес фундамента и грунта на его ступенях, кН
– эксцентриситет равнодействующей вертикальной нагрузки относительно центра подошвы фундамента, определяемый по формуле 13, м
Среднее давление под подошвой фундамента определяется по формуле 21:
При правильном экономическом подборе размеров подошвы фундамента должны выполняться условия:
1. , т.е. максимальное давление под краями подошвы внецентренно нагруженного фундамента , согласно , должно быть меньше или равно : – условие выполняется;
2. , для минимального давления ограничение не введено, но оно должно быть больше 0, т.е. не должно быть отрыва части подошвы фундамента от грунта в результате появления растягивающих напряжений, когда со знаком «минус», условие выполняется;
3. т.е. среднее давление под подошвой фундамента должно быть меньше расчетного сопротивления грунта основания.
4. – условие выполняется.
Недонапряжение по максимальному краевому давлению составляет:
Следовательно, фундамент запроектирован экономично
Расчет конструкции фундамента
Расчет тела фундамента на продавливание проводится от дна стакана.
Производится расчет фундамента на продавливание, исходя из условия:
Где: – расчетное сопротивление бетона осевому растяжению для предельного состояния I группы, кПа, принимаемое с учетом коэффициента условий работы,
– среднее арифметическое значение периметров верхнего и нижнего оснований пирамиды, определяется по формуле 22:
– меньший размер дна стакана определяется по формуле 23
– расстояние от нижней части стакана до середины рабочей арматуры подошвы фундамента, определяется по формуле 24
– расчетное значение продавливающей силы, определяется по формуле 25
– часть площади основания фундамента, ограниченная нижним основанием в рассматриваемой грани пирамиды продавливания и продолжением соответствующих ребер, по формуле 26
– ширина и длина прямоугольной в плане подошвы фундамента
– меньший и больший размер дна стакана
Условие выполняется. Продавливания тела фундамента не произойдет.
Проектирование и чертежи
При выборе типа ленточного основания специалисты учитывают множество факторов, в том числе следующие нюансы:
- Степень промерзания грунта.
- Уровень нагрузки от будущего строения.
- Высота расположения грунтовых вод.
- Конструкция «ленты».
- Сейсмоактивность в выбранном для строительства месте.
- Особенности рельефа.
- Состав грунта, свойства отдельных слоев.
Малейшие ошибки в расчетах чреваты серьезными последствиями, от перекосов в ходе усадки здания до преждевременного разрушения целостности фундамента и самого строения.
Чертеж на конструкцию входит в состав документации на все здание. Посмотреть, как выглядят различные схемы установки фундаментных блоков, можно на иллюстрациях ниже.
Как снизить расходы за счет уменьшения глубины стройки?
После проведения геологического изыскания и всех расчетов может оказаться, что фундамент нужно закладывать очень глубоко. Существуют проверенные методики, которые помогают застройщику сократить расходы на стройматериале. Все методы основаны на уменьшении разрушающего влияния природных факторов на участке.
Утепление подошвы
Когда линия промерзания почвы находится неглубоко под поверхностью земли, строитель, конечно же, не может изменить климатические условия в регионе. Остается снизить значимость этого фактора за счет утепления фундамента и самой почвы, примыкающей к нему. Затраты на утепление окупятся за счет экономии строительных материалов.
Глубинный дренаж
Иногда устраивают дренажные канавки, заполненные крупнозернистыми породами, и оформляют их в виде дорожек. Таким образом, вода будет беспрепятственно омывать монолитное основание, не разрушая его при любой температуре окружающей среды.
В местах с высоким уровнем снежного покрова и обильными осадками в течение года избыточную воду отводят от основания с помощью системы глубинного дренажа. Этот метод предполагает закладывание в землю труб с перфорацией, засыпанных мелкообломочными породами.
Вода посредством труб отводится по уклону рельефа, а грунт не перенасыщается водой и не пучится при отрицательной температуре.
Укрепление фундамента частного дома
Очень часто собственники загородных домов интересуются укреплением фундамента – немудрено, ведь каждый хочет быть уверенным в надежности и долговечности своего жилища.
Проведение работ по усилению оснований – целая история, исход которой зависит от теоретических знаний и практического опыта.
Вывод, который напрашивается сам собой: сначала устранить причины, которые вызывают изменения в фундаменте (его разрушение) и закономерные нарушения целостности построенного на нем дома. Рассмотрим самые распространенные причины:
основание изначально было возведено с нарушением технологии. В этом случае определенно необходимо его укрепить;
изменения в основании дома связаны с повышенной влажностью грунта
В данной ситуации уделяют большое внимание отмостке фундамента, при необходимости устраивают дренаж основания. О последнем решении мы поговорим в одной из следующих статей;
участок, выбранный для строительства, отличается разнородным грунтовым составом, что приводит к локальным деформациям основания дома
В качестве эффективного решения используют комплекс мер, включающих укрепление и утепление фундамента, дренаж, а также при возможности замену части нестабильного грунта щебнем и песком.
Как рассчитать кубатуру фундамента
Учитывать массу фундамента лучше рассчитывая его объем: эта цифра вам пригодится при заливке фундамента: будете знать, сколько заказывать бетона или сколько материалов потребуется закупить.
Все исходные данные уже известны: высота, ширина и длина ленты. Их перемножаете, получаете кубатуру фундамента.
Например, посчитаем объем фундамента для рассчитанной ранее ленты: длинна 44 м, ширина 30 см (0,3 м), высота 1,75 м. Перемножаем: 44 м * 0,3 м * 1,75 м = 23,1 м3. Фактически расход, скорее всего, будет немного больше: порядка 25 кубов. На эту цифру и ориентируйтесь при заказе бетона.
Кубатура фундамента рассчитывается исходя из найденных (предполагаемых) размеров ленты: длины, высоты и ширины путем их перемножения
Расчетная высота фундамента
Высота такого основания должна быть достаточно большой, чтобы выдерживать горизонтальные грунтовые подвижки и воздействие грунтовых вод. Высоту ленточного фундамента, зная глубину промерзания грунта, также не составит труда посчитать. Но при начале строительства фундамента, высота будет совсем иной, и вот почему. Она состоит из следующих слоев:
- Сначала нужно делать на дне траншеи песчано-гравийную подушку, на которой будет лежать сам фундамент. Толщина слоя варьируется в пределах 25 − 40 см (в зависимости от типа грунта), а это уже дополнительная высота конструкции.
- Глубина промерзания почвы (справочные данные).
- Также нужно делать цоколь в пределах до 30 см, иногда больше, что зависит от типа грунта и дизайнерских решений.
Теперь, когда есть все необходимые параметры будущего ленточного фундамента, посчитать необходимое количество арматуры и бетонного раствора для его обустройства несложно. Если провести заливку строго по технологии, тогда основание прослужит максимально возможный срок.
Определение нагрузки на будущее основание
Для того чтобы правильно рассчитать ленточный фундамент, необходимо начать со сбора нагрузок. Для этого необходимо вычислить массу всех материалов, которые в той или иной мере в будущем будут воздействовать на него:
- материал для стен;
- все виды перекрытий;
- вес стропил и кровельных материалов;
- внутренние конструкции: лестница, камин, печь и прочее;
- предполагаемая мебель и количество проживающих людей.
Для точных вычислений начинать следует с плана будущего строения с указанными на нем габаритами. После это приступаем к сбору нагрузки. Вначале вычисляем площадь, а затем умножаем её на удельный вес. Кстати, все данные можно взять из таблиц, которые представлены в ГОСТ.
Все вычисления производить необходимо в одинаковых единицах. Только в этом случае можно получить точные размеры.
В суровых климатических условиях, где часто идут снега, необходимо дополнительно учитывать снеговую нагрузку, но при обустройстве кровли под углом 60 она считается нулевой.
Технологии сборки арматуры для ленточного фундамента
Армирование ленточного фундамента своими руками начинается после установки опалубки. Есть два варианта:
Весь каркас собирают прямо в котловане или траншее. Если лента узкая и высокая, работать так неудобно.
- Вблизи от котлована готовят отрезки каркаса. Их переносят по частям и устанавливают на предназначенное им место, связывая в единое целое. Так работать удобнее, за исключением того, что связанные конструкции из арматуры переносить очень неудобно и тяжело.
Оба вариант неидеальны и каждый решает, как ему будет легче. При работе непосредственно в траншее, нужно знать порядок действий:
- Первыми укладывают продольные прутки нижнего армопояса. Их нужно приподнять на 5 см от края бетона. Лучше использовать для этого специальные ножки, но у застройщиков популярны куски кирпичей. От стенок опалубки арматура также отстоит на 5 см.
- Используя поперечные куски конструкционной арматуры или сформованные контура, их фиксируют на необходимом расстоянии при помощи вязальной проволоки и крючка или вязального пистолета.
- Далее есть два варианта:
- Если использовались сформованные в виде прямоугольников контура, сразу к ним вверху привязывают верхний пояс.
- Если при монтаже используют нарезанные куски для поперечных перемычек и вертикальных стоек, то следующий шаг — подвязывание вертикальных стоек. После того как все они привязаны, привязывают второй пояс продольной арматуры.
Есть еще одна технология армирования ленточного фундамента. Каркас получается жесткий, но идет большой расход прутка на вертикальные стойки: их забивают в грунт.
Вторая технология армирования ленточного фундамента — сначала вбивают вертикальные стойки, к ним привязывают продольные нитки, а потом все соединяют поперечными
- Сначала вбивают вертикальные стойки в углах ленты и местах соединения горизонтальных прутков. Стойки должны иметь большой диаметр 16-20 мм. Их выставляют на расстоянии не менее 5 см от края опалубки, выверяя горизонтальность и вертикальность, забивают в грунт на 2 метра.
- Затем забивают вертикальные прутки расчетного диаметра. Шаг установки мы определили: 300 мм, в углах и в местах примыкания простенков в два раза меньше — 150 мм.
- К стойкам привязывают продольные нитки нижнего пояса армирования.
- В местах пересечения стоек и продольных арматурин привязываются горизонтальные перемычки.
- Подвязывается верхний пояс армирования, который располагается на 5-7 см ниже верхней поверхности бетона.
- Привязываются горизонтальные перемычки.
Удобнее и быстрее всего делать армирующий пояс с использованием сформованных заранее контуров. Прут сгибают, формируя прямоугольник с заданными параметрами. Вся проблема в том, что их необходимо делать одинаковыми, с минимальными отклонениями. И требуется их большое количество. Но потом работа в траншее движется быстрее.
Армирующий пояс можно вязать отдельно, а потом установить в опалубку и связать в единое целое уже на месте
Как видите, армирование ленточного фундамента — длительный и не самый простой процесс. Но справиться можно даже одному, без помощников. Потребуется, правда, много времени. Вдвоем или втроем работать сподручнее: и прутки переносить, и выставлять их.
Какие данные потребуются для расчета?
Для получения этого значения нужно предварительно рассчитать многие показатели основания. Для этого сразу определяют:
- высоту,
- материал цоколя,
- наличие или отсутствие подвала,
- его площадь.
Также составляют список материалов для гидроизоляции, теплоизоляции, внутренней и наружной отделки и так далее. По всем материалам нужно найти их удельный вес. Эти данные потребуются для определения нагрузки на фундамент.
Нагрузки на основание
Этот показатель состоит из массы материалов, полезной и снеговой нагрузки.
Для расчетов суммируют массу всех используемых материалов для строительства:
несущих и внутренних стен,
- перекрытий,
- материалов пола,
- потолков,
- стропил,
- кровли,
- внутренних элементов здания,
- изоляции,
- отделки,
- фундамента и цоколя (на этом этапе цифры ориентировочные),
- крепежа.
Данные по массе тех или иных материалов легко найти в соответствующих таблицах. В среднем, показатели такие:
- деревянные перекрытия – 100-150 кг/см2;
- плиты ПК – 500 кг/см2;
- каркасные стены – 300 кг/см2;
- стены из бруса, бревна – 600 кг/см2;
- стены из газобетона – 600 кг/см2;
- из пустотелого красного кирпича – 1400 кг/см2;
- из полнотелого кирпича – 1800 кг/см2.
Расчет общей массы производится путем умножения удельного веса на занимаемую материалом площадь, или объем, что используется чаще.
После этого рассчитывается полезная нагрузка, то есть, общий вес мебели, техники, людей. Но чтобы избежать долгих поисков пользуются средним значением – 180 кг/м2. Это значение умножают на площадь дома – так получают нужное значение.
Чтобы найти снеговую нагрузку, пользуются готовыми данными по регионам, которые несложно найти в сети. Но так как угол наклона кровель в домах разный, нужно использовать коэффициенты 1 или 0.
Первый берется для крыш с углом наклона до 25 градусов, в этом случае данные из таблицы снеговой нагрузки берутся без изменений. Второй коэффициент используется при угле наклона кровли более 60 градусов, снеговую нагрузку можно не учитывать. При угле от 25 до 60 выбирают значение от 0 до 1.
Для полного расчета общая площадь кровли умножается на показатели средней снеговой нагрузки и выбранный коэффициент.
Несущая способность или сопротивление грунта
Это еще один параметр, определяющий ширину ленты. Он зависит от типа грунта и уровня грунтовых вод. Дорогостоящее геодезическое исследование проводить не обязательно, достаточно взять пробы грунта с помощью бурения или отрывка шурфов.
Для исследования берут несколько точек участка, отведенного под застройку. Первый шурф делают в самой нижней точке. Чем больше шурфов, тем точнее будет анализ. Он же позволяет выявить высоту грунтовых вод.
Определив типы имеющегося грунта, можно найти его несущую способность.Данные находятся в таблице ниже:
| Грунт | НС, кг/см2 |
| Глина | 6,0 |
| Галька+глина | 4,5 |
| Гравий | 4,0 |
| Песчаный крупнозернистый | 6,0 |
| Песчаный среднезернистый | 5,0 |
| Песчаный мелкозернистый | 4,0 |
| Суглинок, супесь | 3,5 |
Грунты с несущей способностью менее 3,5 не подходят для строительства ЛФ. К таким почвам относят песчаный пылеватый, просадочный насыпной уплотненный и неуплотненный грунт. Если на участке – такие почвы, обустройство ленточного фундамента не рекомендуется, строят плитный, свайный или свайно-ленточный.
