Ленточный фундамент. Часть 1: типы, грунты, проектирование, стоимость

В данной статье мы обсудим особенности основных типов ленточных фундаментов, рассмотрим их недостатки и преимущества. Сегодня будем учиться самостоятельно определять виды грунтов на участке, рассчитывать удельную нагрузку на естественное основание от здания — иными словами, проектировать простые фундаменты. Также мы поговорим о том, из чего формируется их стоимость.
Ленточный фундамент является самым универсальным и самым распространённым типом оснований для строительства частного дома. Именно ленточная конструкция первой приходит на ум большинству людей, когда речь заходит о фундаментах.
Ленточные фундаменты представляют собой сплошную полосу — «ленту», которая располагается под всеми несущими наружными и внутренними стенами, или под рядами опорных колон. На всём протяжении конструкция «стена в земле» имеет одинаковую форму и сечение. Чаще всего применяется прямоугольное сечение, но если необходимо снизить давление на слабонесущий и легкодеформируемый грунт, то есть варианты с трапециевидной формой (широкая подошва, наклонные стены) или перевёрнутая буква «Т».
Будучи единым целым, ленточный фундамент хорошо перераспределяет нагрузки от дома, поэтому может применяться при любой глубине промерзания, практически на любых грунтах, с любыми по массе и конфигурации зданиями. Ленточный фундамент нельзя назвать простым и дешёвым, он не всегда оправдан экономически, и в некоторых случаях вместо него можно применить недорогой и менее трудозатратный столбчатый. Однако в большинстве случаев альтернативы нет.
Ленточный фундамент незаменим в следующих случаях:
при возведении тяжёлых домов (камень, бетон, кирпич) с массивными плитными перекрытиями;
если строение будет иметь заглублённые помещения (цокольный этаж, гараж, подвал);
когда под зданием обнаружено неравномерное напластование грунтов;
на территории, где имеется высокий уровень грунтовых вод;
участок отличается существенным уклоном.
Типы ленточных фундаментов
По способу возведения ленточные, как и любые другие фундаменты, разделяются на сборные и монолитные. Монолитный фундамент изготавливается прямо на строительной площадке путём заливки бетона в специальную опалубку, в которую уложен пояс из арматуры. Сборные фундаменты изготавливают из штучных элементов. Это не обязательно бетонные блоки и подушки типа ФБС и ФЛ, собираться фундамент может из кирпича, бутового камня, небольших блоков 200x200x400 мм.
Железобетонный или бутобетонный монолитный фундамент предпочтительнее сборного, если необходимо защищать здание от высоких грунтовых вод, так как он не имеет уязвимых швов. У монолитной конструкции нет никаких пространственных ограничений, она может быть использована для дома любой конфигурации, тогда как, например, блоки ФДС сложно применить на закруглениях и непрямых углах, а также высота фундамента циклична размерам штучных элементов. Приготавливая бетон прямо на площадке, часто можно обойтись без применения техники, вполне можно ограничиться электрическими бетономешалками и другими средствами малой механизации. Более того, монолитный фундамент обходится дешевле сборного, хотя возводится дольше, он сложнее (арматурные работы, установка опалубки) и является более трудоёмким. Срок службы железобетонных лент составляет около 150 лет, тогда как основания из заводских блоков работают до 75 лет.
Сборные ленточные фундаменты применяются практически только на постсоветском пространстве, западные проектировщики отдают предпочтение монолитам, делая ставку на цельность конструкции и на преимущества в стоимости. У нас сборные фундаменты из ФБС не менее популярны, чем монолитные, а причиной тому низкий уровень культуры строительства — арматурщики, бетонщики, ИТР не обладают достаточной квалификацией, почти не применяются технические средства для перемещения и уплотнения бетона, далеко не все бригады укомплектованы качественной опалубкой. Все эти проблемы сдобрены большим количеством очень ответственных скрытых работ, вот почему наш застройщик готов переплачивать за индустриализацию. В следующей статье о монтаже ленточных фундаментов мы обязательно рассмотрим и сборные основания из блоков.
Бутовые фундаменты применяется редко, так как они очень трудоёмкие, всё приходится делать вручную, кроме того, на глинистых и неоднородных грунтах такие конструкции не используют. Зато на скальных и песчаных основаниях, если в ваших краях ведутся разработки горных пород — бутовый фундамент позволяет существенно удешевить строительство. Бутовые фундаменты насухо (пластами) собираются из плоских бутовых камней шириной до 30 см, после чего все зазоры между штучными элементами заливаются цементным раствором. Другой способ — это утапливать камни в уложенный раствор. Большие зазоры заполняют мелкими камушками (расщебнёвка).
Кирпичные фундаменты также нечастые гости на наших стройплощадках, так как кирпич сильно впитывает влагу и при промерзании может разрушаться. Кирпич можно применять только глиняный, хорошо обожжённый. Подземную часть кирпичного фундамента обязательно покрывают слоем гидроизоляции, но нередко этот строительный материал применяют только для надземной части, в тандеме с другими, более практичными конструкциями, например, «кирпич по буту», «кирпич по бетону». Срок службы фундаментов из кирпича ограничивается 30–50 годами.
По характеру расположения относительно уровня грунта ленточный фундамент может быть заглублённым, либо мелкозаглублённым. Тот или иной вариант, в первую очередь, выбирается от характера нагрузок. Так большой каменный дом необходимо строить только на заглублённом фундаменте с большой несущей способностью, который может выдержать его массу, при этом общие силы морозного пучения, выталкивающие здание вверх, не превысят сил тяжести. Второе показание к выбору заглубленного основания — это подземные помещения, стены которых будут формироваться телом фундамента. Незаменим такой фундамент, если на участке есть большие перепады высот. Заглублённые фундаменты обязательно закладываются ниже, чем глубина промерзания, в среднем этот показатель составляет от 1,2 до 2 метров.
Мелкозаглублённый фундамент используется для строительства лёгких зданий, выполненных из массивной древесины, каркасных, каменных одноэтажных, на стабильных и слабопучинистых грунтах. При глубине залегания порядка 50–70 см от уровня участка такая конструкция намного дешевле заглублённой, так как необходимо меньше материалов, снижаются объёмы земляных работ. Однако такого рода основание не может быть применено на пучинистых грунтах, на склоне, или если есть подвальные помещения. Мелкозаглублённый ленточный фундамент имеет небольшую площадь боковых поверхностей, поэтому касательные силы морозного пучения не могут так выталкивать лёгкое здание (оно оказывает слишком малые нагрузки), как если бы оно было построено на заглублённом фундаменте с обширной площадью боковых поверхностей.
Иногда для борьбы с пучинистыми грунтами используются незаглублённые фундаменты, которые устанавливаются практически на поверхности участка, правда, под монолитной лентой устраивают упругие подушки (материал — песок, шлак, щебень, непучинистый грунт…), которые не промерзают и не деформируются.
По сути, это решётчатый вариант плитного фундамента, который позволяет существенно сократить расход бетона и арматуры. Обычно он применяется для лёгких домов с гибким каркасом, но на жёстких скальных и крупнообломочных грунтах незаглублённый фундамент используется для строительства каменных домов. Из-за большого объёма работ связанных с установкой опалубки известны варианты применения островков из плитных утеплителей как несъёмных элементов, между которыми формируется железобетонная лента.
Расчёт ленточного фундамента
В прошлой статье «Какой тип фундамента выбрать» мы уже касались темы профессионального проектирования фундаментов для крупных домов и акцентировали ваше внимание на необходимости привлечения специалистов в вопросах гидрогеологических изысканий и разработки строительных конструкций. В том числе мы выяснили, какую информацию необходимо предоставить инженеру для создания проекта. Давайте попробуем самостоятельно рассчитать ленточный фундамент для небольшого загородного дома.
Ключевые вопросы, ответы на которые мы должны получить — это размер фундамента (сечение) и глубина его заложения. Чтобы решить поставленные задачи, необходимо будет:
определить тип грунта
рассчитать нагрузку от здания
Как самостоятельно определить тип грунта
От характеристик естественного основания (в первую очередь, его несущей способности) будет зависеть глубина заложения фундамента и площадь подошвы — нижней части, которая опирается на грунт. Лучше всего заказать геологическую разведку участка профильной организации, но если здание будет сравнительно небольшим, то практически все грунты способны выдержать его вес и могут быть исследованы самостоятельно. Исключение составляют, пожалуй, только слабые органические грунты — илистые, торфяники; а также грунты с особыми свойствами — засоленные, набухающие.
Для определения типа грунта на строительной площадке, следует вырыть несколько колодцев глубиной до двух метров (как минимум в районе углов дома и по центру). Проходя каждые полметра вглубь, необходимо брать пробы грунта, которые мы будем исследовать.
Самое главное для застройщика — не упустить из виду концентрацию глины в грунтах, так как именно она становится причиной сильного морозного пучения. Также стоит обратить особое внимание на слабые песчано-пылеватые грунты (плывуны). Осмотр и тактильное исследование грунта является самым быстрым и довольно действенный способом определения типа грунта. Пробники очищаем от мусора и измельчаем. Изучать грунты будем в сухом виде и увлажнёнными — скатывая шнур диаметром от 1 см и до возможного минимума. Пробуем сдавливать шар в лепёшку:
Песчаный грунт — под лупой чётко видны песчаные частицы, в сухом виде образец сыпучий, увлажнённый комок не скатывается в колбаску и не пластичен.
Супесь — преобладают крупные песчинки, но есть вкрапления глинистых частиц. Ком легко распадается, в колбаску не скатывается (или распадается на куски размером до 5 мм), не пластичен при увлажнении.
Супесь пылеватая — рассыпчатый с преобладанием пыли, есть ощущение мучнистой массы, при увлажнении появляется «грязь», шар легко превращается в лепёшку, в шнур не скатывается.
Суглинок лёгкий — в пылеватых частицах видны вкрапления глины и песка, комки легко раздавливаются. При увлажнении есть небольшая липкость, пластичность умеренная — длинного шнура не получается.
Суглинок пылеватый — виден порошок на фоне песка и частиц глины. Образец пластичный и липкий, но колбаска при изгибах рвётся на мелкие кусочки.
Суглинок тяжёлый — среди частиц песка есть твёрдые комочки, которые рукой не раздавливаются, липкость и пластичность хорошая, можно раскатать длинный шнур диаметром до 2 мм. Шар при сжимании трескается по краям.
Глинистый грунт — песок не чувствуется и не виден, комочки руками практически не раздавливаются. Структура однородная с частицами диаметром до 0,25 мм. При увлажнении масса очень липкая, скатывается в шнур диаметром до 1 мм. Сдавленный шар не трескается.
Другой вариант исследования — более длительный. Образец грунта помещается в стеклянную банку (на ? объёма) и заливается водой до ? объёма. В сосуд добавляется чайная ложка средства для мытья посуды. Банка закрывается и тщательно перемешивается в течение 8–12 минут, после чего ставится на некоторое время для расслоения массы. Песок осаживается примерно через минуту, за два-три часа осядет слой ила (это пыль), несколько дней потребуется для образования глинистого осадка (основной признак — вода станет прозрачной). Замеряем толщину слоёв песка, пыли и глины, и высчитываем их процентное соотношение. Далее, пользуясь Треугольником Ферре, мы сможем определить тип грунта на участке.
Если нам удалось своими силами разобраться с грунтами на участке, то без проблем можно получить данные о сопротивлении естественного основания нагрузкам, передаваемым от здания. Здесь мы берём во внимание вес (массу), действующий на один квадратный сантиметр грунта.
Для песчаных грунтов важно учесть степень его плотности и увлажнения:
песок крупный — 4,5 кг/см2 (плотный) и 3,5 кг/см2 (средней плотности)
песок средний — 3,5 и 2,5
песок мелкий маловлажный — 3,0 и 2,0
песок мелкий насыщенный водой — 2,0 и 2,5
песок пылеватый маловлажный — 3,0 и 2,5
песок пылеватый насыщенный водой — 1,0 и 1,0
На сопротивляемость пылевато-глинистых грунтов оказывает влияние их пористость (упрощённо — плотность/рыхлость) и текучесть (упрощённо — пластичность и липкость):
Супеси плотные — 3 кг/см2 (непластичные) и 3 кг/см2 (пластичные)
супеси пористые — 2,5 и 2,0
суглинки плотные — 3 и 2,5
суглинки пористые — 2,0 и 1,0
глина плотная — 6,0 и 4,0
глина средней плотности — 3,0 и 2,5
глина пористая — 2,5 и 1,0
Показатели сопротивляемости для щебня, гальки, гравия, крупнообломочных грунтов практически неизменяемые от посторонних факторов, они составляют порядка 5–6 кг/см2.
Считаем нагрузки от здания
Основное условие, которому должен отвечать фундамент (точнее площадь его подошвы): давление подошвы не должно превышать номинальное сопротивление грунта основы. Итак, нам остаётся определить нагрузку, которую здание оказывает на грунт. Во внимание необходимо взять:
Массу всех строительных конструкций (стены, перекрытия, элементы кровли, столярные изделия, отделочные материалы, утеплители, коммуникации…). Не забываем и о самом фундаменте — пока берём усреднённый вариант, так как его характеристики мы только ищем. Заметим, что ширина ленточного фундамента не бывает меньше 300 мм, а его высота напрямую зависит от глубины заглубления (для непучинистых грунтов при глубине промерзания до 1 метра — не менее чем 50 см; 1,5 м — 75 см; до 2,5 м — 100 см и более).
Эксплуатационные нагрузки (массу мебели, оборудования, людей).
Вес снежного покрова.
Чтобы определить вес дома, придётся отдельно высчитать площадь всех его конструктивных элементов. Для этого необходимо получить объём каждого объёкта, перемножая его длину, ширину и высоту. Удельный вес основных строительных материалов можно найти в общедоступных таблицах для сметчиков.
Для расчета снеговой нагрузки необходимо умножить площадь кровли на массу снегового покрова для определённой местности. Так для России средней полосы она составляет порядка 100 кг/м2, для севера — 190 кг/м2, для юга — 50 кг/м2.
Эксплуатационная, полезная нагрузка (мебель, люди, оборудование) принимается с некоторым запасом, из расчёта 150–180 кг/м2.
Теперь следует суммировать все нагрузки (снег, все конструкции дома, полезная нагрузка) и применить их к общей площади опорной подошвы фундамента. Полученная цифра (кг/см2) должна быть меньше, чем сопротивляемость грунта, и лучше, если имеется запас прочности до 15%. Если удельное давление слишком велико, то необходимо увеличивать площадь подошвы (не забывайте пересчитать и массу фундамента, она будет возрастать).
Расчёт арматурного пояса
Для малоэтажных частных зданий, возводимых на ленточных фундаментах, чаще всего применяется арматура сечением от 10 до 14 мм. Что касается количества прутов, то тут следует учесть, что для монолитной ленты шириной до 40 см применяют минимум четыре «нитки» — это горизонтально расположенные пруты, по два в верхнем и нижнем ярусе. Они позиционируются по углам, в пяти сантиметрах от наружных стенок фундамента. Для высоких заглублённых фундаментов добавляют ещё один — средний ярус, тогда общее количество прутов на срезе будет равно шести. Рассчитывая необходимый погонаж прутов, имейте в виду, что продольное соединение арматуры производится с нахлёстом в 250–300 мм.
Вертикальные и короткие поперечные элементы арматурного каркаса служат для стабилизации пространственного положения металла в бетоне. Они в борьбе с поперечными деформациями прямого участия не принимают, поэтому могут быть значительно меньшего сечения, в том числе гладкими. Располагаются «коротыши» и «стойки» примерно на расстоянии 30–50 см друг от друга. Иногда их заготавливают по шаблону в виде прямоугольника, внут