Глубина и расчеты фундамента на глине

Причины деформаций фундамента здания и их предотвращение

Схема мелкозаглубленного ленточного фундамента на глине.

Глины, состоящие из очень мелких частиц, могут накапливать в своем составе влагу и размываться грунтовыми водами. Вследствие этого глинистые грунты являются просадочными, пластичными и сильнопучинистыми. Пучинистыми с более низкой несущей способностью, чем глины, являются и суглинки — пески с примесью глины.

Тем, кто собирается укладывать фундамент своими руками на таких грунтах, следует иметь представление о наиболее часто встречающихся причинах повреждений оснований построек:

• просадка основания — постепенное погружение в почву. При малоэтажной застройке встречается достаточно редко. К тому же опорная площадь ленточного фундамента, как правило, заметно превышает расчетную площадь;
• выпучивание в случае заложения основания выше линии промерзания почвы может проявить себя в пучинистых грунтах, содержащих суглинки или влагонасыщенные глины. При промерзании они увеличиваются в объеме. Воздействуя на основание снизу вверх, их давление может превышать вес самого здания. При промерзании почвы на глубину прядка одного метра это воздействие может вызывать смещение до 15 см;
• боковые воздействия, которые не исчезают, даже если подошва основания расположена ниже, чем глубина промерзания грунта. Они способны оторвать верх фундамента от его низа или даже вытащить его вместе с замерзшей почвой. Отсюда следует, что мнение о том, что чем глубже основание фундамента, тем лучше, является ошибочным;
• боковой сдвиг.

Предотвратить повреждения фундамента можно следующими способами:

Рисунок 1 — Варианты возведения ленточного основания: 1 — Монолитный, 2 — Сборно-монолитный, 3 — Сборный из железобетонных блоков, соединенных верхним и нижним арматурным поясом, 4 — Сборный из железобетонных блоков, соединенных верхним арматурным поясом.

• внутри тела фундамента по всему его объему следует закладывать арматурный металлокаркас, который жестко связывает его верхнюю и нижнюю части;
• подошва основания должна быть шире, чем его верхняя частью, а стенки тщательно выровнены. Боковые поверхности желательно покрыть скользящим слоем — пленкой из полиэтилена или машинным маслом. Это заметно уменьшит боковое воздействие грунта на фундамент;
• действие боковых сил пучения грунта можно ослабить, применяя фундамент мелкого заглубления, поскольку в этом случае уменьшается его боковая поверхность.
• боковой сдвиг может возникнуть при возведении здания на крутом склоне. В этих условиях надежнее жестко связанные арматурой в продольном и поперечном направлении ленточные основания;
• глубину, на которую способен промерзать грунт, можно уменьшить, утепляя слой почвы вокруг фундамента пенопластом, керамзитом или шлаком.

Это интересно: Каким бетоном заливать фундамент — выявляем все нюансы

Глубина заложения фундамента

Для правильного расчета фундамента следует сначала изучить структуру грунта на участке, глубину промерзания грунта и уровень грунтовых вод. Учитывая все факторы можно выбрать оптимальную глубину заложения фундамента.

Глубина заложения фундамента и тип грунта

Фундамент будет крепким, если основанием служит однородный грунт. Такой грунт равномерно осаживается и фундамент не перекосит и не треснет. Глубина заложения фундамента зависит также от типа грунта. Рассмотрим виды грунтов: скальный, хрящевый, песчаный и супесь, глинистый и суглинок.

Скальный грунт позволяет закладывать фундамент строения на поверхности, сняв тонкий плодородный слой почвы.

Хрящевый грунт состоит из гравия, хряща, крупных камней. Фундамент на таком грунте закладывают на глубине не менее 500 мм. Глубина заложения фундамента определяется нагрузкой строения и уровнем грунтовых вод, от глубины промерзания грунта она не зависит.

Песчаный грунт хорошо пропускает воду, поэтому вода не застаивается вблизи поверхности даже при высоком залегании грунтовых вод. Незначительное промерзание песчаного грунта и упомянутый фактор позволяют закладывать фундамент на глубину 500-700 мм. Если песчаный грунт мелкозернистый или пылевидный и грунтовые воды располагаются высоко, то такой грунт может значительно промерзать и тогда глубина заложения фундамента увеличивается до глубины промерзания грунта.

Стоит учитывать, что песчаный грунт сильно уплотняется под нагрузкой и тяжелое строение может сильно осесть, поэтому советуем делать высокий цоколь. Аналогичные рекомендации подходят и для глиняно-песчаного грунта – супеси, содержащего 3-10% глины, но рекомендуемая глубина заложения фундамента опускается до 700-1000 мм.

Фундамент на глинистом грунте закладывают чуть ниже глубины промерзания грунта

Это особенно важно при высоком уровне грунтовых вод. Глинистый грунт имеет способность сжиматься под нагрузкой и вспучиваться при замерзании, как бы выталкивая фундамент на поверхность

Чтобы при этом фундамент не треснул, советуем делать высокопрочный фундамент и отдавать предпочтение столбчатому фундаменту

Фундамент на суглинке также закладывают ниже глубины промерзания грунта. Суглинок содержит песок и не менее 10-30% глины

Чтобы при этом фундамент не треснул, советуем делать высокопрочный фундамент и отдавать предпочтение столбчатому фундаменту. Фундамент на суглинке также закладывают ниже глубины промерзания грунта. Суглинок содержит песок и не менее 10-30% глины.

Уровень грунтовых вод и глубина заложения фундамента

Положение уровня грунтовых вод влияет на глубину заложения фундамента следующим образом:

Если грунтовые воды залегают глубоко, более чем на 2000 мм ниже глубины промерзания грунта, то фундамент можно закладывать на глубину 500 мм и ниже.

Если грунтовые воды залегают не так глубоко, но ниже глубины промерзания грунта, то либо фундамент закладывают на глубину промерзания грунта, либо от глубины промерзания грунта до дна фундамента кладут гравийно-песчаную подушку (хорошо ее утрамбовывают), а фундамент закладывают на глубину 500 мм и ниже.

Если же грунтовые воды доходят до уровня промерзания грунта, то глубина заложения фундамента должна быть ниже глубины промерзания грунта не менее, чем на 100 мм.

При высоком расположении грунтовых вод фундамент закладывают ниже глубины промерзания грунта, за исключением наличия песчаного грунта и круглогодичного отапливания строения.

Оптимальная глубина заложения фундамента

Оптимальная глубина заложения фундамента выбирается следующим образом. Если грунт под домом пучинистый, то фундамент нужно закладывать ниже точки промерзания грунта, в Средней полосе России на глубине 1500 мм (глубина промерзания грунта около 1200-1400 мм). К югу и западу страны глубина промерзания грунта уменьшается, а к северу и востоку увеличивается. В каждом районе путем многолетних наблюдений специалисты установили глубину промерзания грунта, которую можно узнать в местной строительной или проектной организации. Если в доме живут всю зиму, то можно не учитывать этот фактор и закладывать фундамент выше.

Основанием фундамента должен быть плотный, хорошо слежавшийся грунт, поэтому фундамент закладывают ниже 500 мм. Слой рыхлого грунта снимается, дно выравнивается горизонтально, делается песчаная подушка высотой 150 мм, которая хорошо трамбуется.

Фундамент под внутренние капитальные стены закладывают на глубине 500 мм.

Технические характеристики

По показателю текучести ГОСТ 25100-95 делит суглинки на:

• твёрдые IL < 0;
• полутвёрдые 0 ≤ IL ≤0,25;
• тугопластичные 0,25 < IL ≤ 0,5;
• мягкопластичные 0,5 < IL ≤ 0,75;
• текучепластичные 0,75 < IL ≤ 1;
• текучие 1 < IL..

Основные свойства:

Плотность суглинка может отличаться от приведённой. В основном параметр определяется условиями местности:

• наличие грунтовых вод;
• климатические особенности;
• различные примеси в общем объёме пробы.

В сырых болотистых местностях происходит значительное уплотнение грунта, в сухих почва более рыхлая и плодородная, пригодная для сельского хозяйства.

Удельный вес суглинка зависит от плотности, его среднее значение – 2,71 т/м³. Данную величину учитывают при расчете несущей способности основания.

Ещё одно важное свойство, которое определяют при проведении геологических исследований – фильтрующая способность почв. Этот параметр показывает, насколько быстро дождевая вода будет уходить из пласта или наоборот задерживаться в нём

Коэффициент фильтрации суглинка находится в диапазоне 0,005…0,4 м/сутки.

Типы фундаментов, используемых для каркасных домов

С ошибками мы разобрались, осталось выяснить какой фундамент для каркасного дома лучше подходит (различные виды фундамента для частного дома).

Свайный или столбчатый фундамент, заглубленный ниже линии промерзания грунта

Каркасные дома прекрасно стоят на заглубленных сваях и столбах, но только в том случае, если застройщик не пренебрег расчетами (опорно столбчатый фундамент своими руками).
На сваю в осенне — зимний период действуют две противоположные силы:

• часть нагрузки от надземной части строения – 500-700 кг;
• выталкивающая сила при пучении – 1,5-2 т.

В результате «неравной битвы» одна свая (или столб) может подняться выше прочих, освобождая тем самым от нагрузки близлежащие опоры. Их выдавит из грунта, грунт в скважине осыплется и не даст весной вернуться сваям на место.

Чтобы избежать выхода опорных элементов из грунта, им можно придать пирамидальную форму или устроить внизу подошву, по диаметру превосходящую основное тело сваи. Такие шаги повлекут за собой удорожание строительства и увеличение срока возведения дома. Но это единственно правильно решение при строительстве фундамента своими руками для каркасного дома на площадке с большим уклоном.

Еще один нюанс, который придется учитывать застройщику: свайный фундамент для каркасного дома нельзя оставлять ненагруженным.
Построить его за полгода до сборки надземной конструкции не получится – сваи за это время благополучно поднимутся под воздействием сил выталкивания.

Расчет столбчатого фундамента для каркасного дома, равно как и свайного, заключается в следующем:

• производится сбор нагрузок на все основание;
• полученный результат распределяется поровну между всеми опорами.

При этом необходимо соблюдать следующее правило: сваи и столбы устанавливаются под каждым углом строения и в точках пересечения стен. Шаг между опорными конструкциями не должен превышать двух метров. Исходя из этих требований, рассчитывается количество свай.

Глубину столбчатого фундамента для каркасного дома (или свайного) определяет расположение прочных слоев грунта, обладающих высокой несущей способностью.

Свайно – винтовой фундамент

В последнее время наблюдается популяризация фундаментов под каркасные дома из винтовых свай (как сделать свайно — винтовой фундамент своими руками). Данная технология позволяет создать надежное основание за несколько дней. Земляные работы в том случае практически отсутствуют.
Винтовая свая состоит из двух основных составляющих (как сделать винтовые сваи своими руками):

• трубы, заостренной на конце;
• лопастей, выполняющих роль резьбы.

Последний элемент обеспечивает легкое вкручивание сваи в грунт, раздвигая и уплотняя при этом грунт. Он же противостоит выталкивающим силам, которые пытаются выдавить сваю наверх.

При сооружении свайно – винтового фундамента для каркасного дома своими руками не забудьте установить в каждую трубу арматурный каркас, а затем заполнить ее бетоном.

Монолитный мелкозаглубленный фундамент

Ленточный фундамент под каркасный дом, заложенный на 500-700 мм, хорошо зарекомендовал себя на ровных участках (устройство мелкозаглубленного ленточного фундамента). Если стройплощадка имеет значительный уклон, строение будет постепенно сползать вниз.

Монолитная конструкция воспринимает действие сил выталкивания равномерно по всему периметру. Коробка дома поднимается и опускается вместе с ней без угрозы отрыва от основания.

Ленточный фундамент глубокого заложения

Ленточный фундамент для каркасного дома, заложенный ниже границы промерзания грунта оправдан лишь в тех случаях, когда под зданием планируется соорудить подвал.
Данный вариант требует проведения земляных работ в больших объемах:

• выравнивания участка застройки;
• рытье траншеи глубиной около двух метров и пр.

Ширина ленточного фундамента для каркасного дома выбирается в соответствии со следующими факторами:

• уровня подземных вод;
• наличия или отсутствия тяжелой облицовки фасадов;
• этажности здания.

Для дома в один этаж под наружные стены обычно сооружают ленту шириной 250 мм, а под внутренние – 200 мм. Но если впоследствии планируется обложить здание кирпичом, ширина монолита возрастет до 315 мм.

А какой фундамент нужен для каркасного дома, если грунтовые воды подступают близко к поверхности земли? В таких условиях толщина ленты увеличивается двукратно: наружные стены должны опираться на 500-миллиметровый монолит, внутренние – на 400-миллиметровый.

Основные виды глинистых почв

Глинистые грунты (супеси, суглинки и глины) – это вид грунта, который при увлажнении переходит от твердого состояния в пластическое или текучие. В сухом состоянии глинистая почва имеет довольно хорошую несущую способность. Однако эта почва вспучивается при промерзании, из-за этого фундаменты следует опускать ниже глубины промерзания.

Аллювиальная – этот вид почвы образуется при постоянном стоке вод и расположен возле рек, озер т.д. На этом виде не рекомендуется строительство сооружений, так как этот грунт не имеет устойчивости. Но можно сделать искусственное укрепление грунта. Существует несколько способов укрепить основание: поверхностное уплотнение (с помощью вибрирования укатки или трамбовки) и глубинное (забивка в грунт конусных сердечников, после их извлечения из почвы получившиеся углубления заполняют плотным грунтом).

Закрепление грунтов выполняют также силикатизацией, цементацией, битумизацией. Эти способы основаны на нагнетании в грунт по трубам соответствующих растворов, которые скрепляют частицы грунта. Просадочную почву закрепляют термическим способом: в грунт по специальным трубам подается воздух, нагретый до 8000° C, который спекает глинистые частицы.  

Ледниковая почва – этот вид известен своей несущей способностью. Он достаточно сложно подвергается деформациям, независимо от того, влажная или сухая глина. Вы можете сами в этом убедиться, достаточно насыпать ее на ладошку и попробовать сжать. Если глина сжимается легко, то это говорит о плохой несущей способности, а если тяжело – у нее хорошая несущая способность. Этот вид глины хорошо подходит для крупногабаритного строительства.  

Столбчатый Фундамент на Глине

Все вышесказанное – это были общие характеристики глины. Каждый участок земной поверхности имеет свои особенности, глина бывает голубой и красной. Голубая глина мало пропускает воду и этим создает предпосылки к заболачиванию. А красная более пропускает жидкость, поэтому выбор и установка фундаментов упрощаются и облегчаются.

Лишь после геологического изыскания можно точно решить, какой вид фундамента наиболее подходит для определенного участка.

Основание в виде ленты

Наиболее часто используемый на глинистой почве вид основания. Требует дополнительных финансовых затрат. Но его высокая стоимость оправдывается повышенным уровнем прочности.

Строительство основания занимает большое количество времени, рабочей силы и определенных знаний.

Так, следует знать основные технологии строительства фундамента на глинистых грунтах в виде ленты. Так, строительство проводится по 3 основным методам:

Если почва имеет высокий уровень влажности и плотности, то применяется следующая методика работы:

1. Сооружение траншеи
2. Из шифера производится опалубка и опускается в траншею
3. Пустое пространство между стенками опалубки и траншеи надо засыпать песком. Уровень работы – до середины. Верхнюю половину засыпают мелким щебнем.
4. Заливание бетона. Процесс необходимо проводить в несколько заходов. Слои должны быть не менее 15 сантиметров.

Другая методика строительства.

1. Разметка места работ
2. Строительство траншеи
3. Дно траншеи засыпается песком и щебнем на высоту 20 сантиметров в несколько слоев. Слои обязательно смачивать водой
4. После заполнения траншеи произвести постройку основания из специализированных материалов
5. В целях гидроизоляции основание накрывается рубероидом

Третий вариант.

1. Устройство траншеи
2. Засыпание траншеи слоями песка и щебня до половины.
3. Заполнение кладкой из кирпича
4. Установка опалубки
5. Гидроизоляция цоколя

Ленточный фундамент на глинистой почве

Ленточный фундамент часто сооружают на глинистых грунтах. Он отличается повышенной прочностью, однако достаточно дорогой и трудоемкий. Фундаментная основа, выполненная в виде сплошной железобетонной ленты, обеспечивает устойчивость массивных строений и легких каркасных зданий.

Сооружение ленточного фундамента выполняйте по следующему алгоритму:

1. Разметьте строительную площадку согласно проектной документации.
2. Сформируйте траншею с помощью экскаватора или вручную.
3. Соберите каркас опалубки из деревянных щитов или другого материала.
4. Сформируйте подушку из песка и щебня, тщательно утрамбуйте ее.
5. Гидроизолируйте внутреннее пространство траншеи с помощью рубероида.
6. Соберите и разместите внутри опалубки арматурный каркас.
7. Залейте в опалубку с арматурным каркасом раствор бетона.
8. Утрамбуйте бетонный массив с помощью поверхностного или глубинного вибратора.
9. Разровняйте верхнюю плоскость фундаментной ленты.
10. После застывания бетона, уложите гидроизоляционный материал.

С помощью экскаватора или вручную сформируйте траншею

При расположении нижней плоскости ленты ниже уровня водоносных слоев фундамент компенсирует реакцию почвы. Это позволяет создать надежную основу для будущего здания. Для предотвращения деформации и недопущения усадки строения следует выполнять нижнюю подошву ленты на 20% шире верхней части.

Глина как природный материал и ее особенности

На глинистых грунтах можно делать фундаменты дома любым способом. Использование того или иного основания зависит от индивидуальных характеристик участка и финансовых возможностей хозяина. Анализ почвы поможет безошибочно определить тип основания

При выборе оптимального типа основания необходимо учитывать следующие особенности:

• количество глины в грунте;
• границу промерзания;
• уровень грунтовых вод.

Определение всех перечисленных параметров реализуется за счет проведения качественного анализа почвы. В случае перехлеста горизонта грунтовых вод с уровнем промерзания почвы целесообразно до проведения работ по закладке основания дома оборудовать примитивную дренажную систему для отвода воды.

Реализуется дренаж путем копки траншей по периметру будущего размещения фундаментных элементов. На глинистых грунтах, как правило, обустраивают следующие виды оснований:

• ленточный;
• свайный;
• мелкозаглубленный плитный;
• глубокого размещения (в регионах с чрезмерно низким температурным режимом).

Основная особенность глины – способность быстро размываться под действием воды, не пропуская при этом ее вглубь. Пласты глины могут залегать на достаточной глубине, а проникшая к ним вода при низких температурах промерзает и вспучивает грунт. Поэтому глинистые почвы называют пучинистыми, а перед началом строительства настоятельно рекомендуют провести исследования состава и однородности грунтов на участке. В противном случае глина может повести себя неожиданно, довольно быстро превратив заглубленный фундамент в наземный.

В общем случае различают речную (аллювиальную) и ледниковую глины. Первая залегает вблизи водоемов, в низинах и обладает высокой пластичностью. Строительство на таких участках противопоказано, а в исключительных случаях дома имеют свайный фундамент. На ледниковых пластах можно уверенно возводить бетонные основания, но лишь при условии их глубокого залегания.

Борьба с пучением при помощи инженерно-мелиоративных методов

• Приподнятие уровня строительной площадки благодаря способу отсыпки среднего или крупного песка из непучинистых грунтов. Данный способ поможет сократить глубину возможного промерзания склонной к вспучиванию земли.
• Глубинный дренаж. Данный метод малоэффективен, если подвальное помещение отсутствует. Его нельзя назвать крайне доступным, но именно этот способ позволит избежать подтопления или деформационных вмешательств при наличии цокольного этажа или погреба, которым нужно утепление.
• Уплотнение тяжелой трамбовкой, снижающей пористость грунта. Для индивидуального строительства этот способ является довольно трудоемким и достаточно дорогим, поскольку требует применения мощных механизмов и оборудования.

Какой лучше фундамент для глинистой почвы

Фундамент на глинистой почве должен обладать высоким показателем устойчивости к трансформации почвы. Наиболее подходящими для строительства в условиях нестабильности грунта с повышенной влажностью являются ленточный фундамент или фундамент на сваях.

Ленточный фундамент

Такой тип фундамента отлично подходит как для легких деревянных стен, так и для более тяжелой кладки из кирпича. Устанавливать ленточный фундамент можно практически в любом грунте при условии глубокого залегания грунтовых вод. Главным недостатком такой технологии считается трудоемкость процесса.

Для строительства мелкозаглубленного ленточного основания нужно вдоль всего периметра здания вырыть траншею от 50 до 70 см ниже грунтового уровня. Траншею необходимо залить бетоном, создавая монолитную полосу высотой от 50 см и шириной 30-50 см. Ее укладывают на песчаную подушку, сверху которой возводиться кирпичная надстройка.

Для усиления прочности и надежности такой фундамент следует строить на специальных шуфтах — это опорные сваи, которые располагаются ниже уровня промерзания и устанавливаются через каждые 2 м по периметру основания. Грани фундамента следует сделать расширенными к нижней части и наполнить пазухи утрамбованным песком, чтобы снизить степень воздействия вспучивания почв.

Монолитная лента на 90-160 см ниже уровня грунтовых вод (фундамент глубокого заложения) являет собой прочное основание для любого дома. Она способна устоять против движения слоев почвы. Данный тип фундамента совместим практически со всеми видами почв, а при создании глубокой траншеи будет пространство для обустройства подвального помещения.

Фундамент на сваях

Содержание в грунтах большого количества воды или их слабость в месте предполагаемого строительства дома становится поводом для строительства фундамента на сваях. Различают сваи нескольких видов: висячие сваи, устанавливаемые на подвижных почвах и сваи-стойки (на несжимаемых грунтах).

Под дома со значительными вертикальными нагрузками возводят свайные поля, сваи кустами — под колонны, ряды — под стены, а под опоры ставят по одной свае. Железобетонную плиту или балку, которую называют ростверком, укладывают поверх свай. Это делают для того, чтобы объединить сваи в одно целое, на чем потом будет строиться дом.

При возведении фундамента сваи необходимо вбивать в землю до тех пор, пока они не достигнут уровня несжимаемого грунта. В основном используют буронабивные (их закручивают в грунт благодаря специфической винтообразной форме) или набивные сваи (их забивают при помощи специальной сваебойной машины).

Фундамент, выполненный по такой технологии, характеризуется максимальной надежностью. К тому же исключается возможность повреждения здания в результате движения нестабильной почвы.