Типы фундаментов и области их применения

Как выбрать тип фундамента?

1. Типы грунтовых оснований для фундаментов

Основание фундамента — слои грунта, залегающие ниже подошвы фундамента и воспринимающие нагрузку от него. Основания могут быть естественными и искусственными. Естественное основание – это грунты природного сложения, не подвергавшиеся никакому вмешательству со стороны человека и образовавшиеся естественным путем. Искусственные основания – это слои грунта, появившиеся в результате целенаправленных действий человека. Из искусственных оснований часто применяются – планомерно возведенные насыпи, песчаные и грунтовые подушки, слои грунта, уплотненные тяжелыми трамбовками, искусственно закрепленные грунты. Проектирование искусственных оснований необходимо в случае если никакие типы фундаментов в данных конкретных грунтовых условиях не могут обеспечить требуемую прочность, жесткость и устойчивость здания/сооружения, или это экономически невыгодно. Например — если на месте строительства Вашего дома оказался небольшой участок с залежами торфа толщиной около 1м, а вы планировали возведение малозаглубленного фундамента или полов по грунту, то целесообразно заменить этот слой слабого грунта на песок с послойным уплотнением – это и будет искусственным основанием. Такое решение позволит избежать неприятностей с фундаментом в будущем и сэкономить некоторую сумму денег.

2. Основные типы фундаментов

• 1. Столбчатые (отдельные) фундаменты – отдельные, не связанные между собой опоры под стены или колонны здания, имеющие сравнительно небольшую глубину заложения.
• 2. Ленточные фундаменты – сплошные линейные фундаменты под несущие стены здания.
• 3. Плитный фундамент – сплошная фундаментная плита, как правило из монолитного железобетона, сразу под все сооружение или под секцию сооружения.
• 4. Свайные фундаменты. Свая – стальной или железобетонный стержень, погруженный в грунт сквозь слабые слои для передачи нагрузки на более прочные грунты основания, как правило расположенные на глубине более 3 м. [В случае опирания на сваи, конструкция, объединяющая несколько свай, называется свайным ростверком]

3. Какие грунты под фундаментом?

Важнейшим этапом проектирования фундамента являются инженерно-геологические изыскания. Правильнее изыскания выполнять еще до начала проектирования.

[Инженерно-геологические изыскания – комплекс работ по изучению грунтов и грунтовых вод в основании будущего сооружения. Включают в себя как минимум бурение разведочных скважин с отбором образцов грунта и грунтовой воды и последующим испытанием их в грунтовой лаборатории]

Дело в том, что фундамент, как отмечалось выше – важнейшая часть любого сооружения, и правильность выбора параметров фундамента напрямую зависит от правильности и полноты сведений о грунтах в его основании.

Даже лучшие инженеры-проектировщики в области фундаментов не смогут правильно запроектировать конструкцию, если у них неверные или неполные сведения о грунтах в основании. Проект будет заведомо ошибочным, или фундамент окажется избыточно дорогим и трудоемким.

[Недостаток сведений о грунтах при проектировании фундамента можно перекрыть только большими запасами по прочности и, как следствие, перерасходом финансов, но и это не дает гарантии надежности]

4. Столбчатые (отдельные) фундаменты – все за и против

Отдельно стоящие столбчатые фундаменты применяются не только в малоэтажном строительстве, но и при строительстве производственных, торговых, административных и жилых зданий.

Отдельно стоящие столбчатые фундаменты применяются не только в малоэтажном строительстве, но и при строительстве

Глубина заложения таких фундаментов обычно сравнительно небольшая — от 0 до 3,0 метров, размеры в плане меняются в широких пределах от 0,3х0,3 для не больших построек до 4,5х4,5 м под колонны многоэтажных зданий. Располагаются отдельные столбчатые фундаменты с определенным шагом вдоль стен или под узловыми точками здания (углами, колоннами, пересечением балок и т.д.) и не связаны между собой ничем кроме надземной части зданий или сооружения.

[Когда говорят «столбчатый фундамент» имеют ввиду не фундамент в виде столба небольшого сечения, а фундамент, имеющий колонную часть — столб и плитную часть — подошву.]

Вообще в литературе времен СССР отдельный столбчатый фундамент на естественном  основании под колонны был основным решением для каркасных зданий по технико-экономическим показателям (самый дешевый вариант). То есть его применение рассматривалось ранее всех остальных вариантов. 

Когда столбчатые отдельные фундаменты следует применять?

- Когда недалеко от поверхности (на глубине 1,5-3 м) залегают достаточно прочные грунты, которые могут воспринимать расчетные нагрузки от здания при сравнительно небольших размерах подошвы фундамента;

- При малоэтажном строительстве под не ответственные деревянные постройки  (баня, сарай) при сухих прочных грунтах — применяют малозаглубленные или поверхностные столбчатые фундаменты как максимально простой и дешевый вариант.

Например, при разработке проекта для двухэтажного торгового центра в его основании в верхней части геологического разреза оказались достаточно прочные грунты, а нижние слои становились тем слабее, чем глубже они залегают вплоть до глубины 10-12 м. Применение свай в таких условиях только ухудшает положение, а ленточные и плитные фундаменты не выгодны из-за большого шага колонн (9х9 м).

Бывают случаи, когда столбчатые фундаменты – единственное рациональное решение даже при строительстве крупного объекта. Как правило эта ситуация происходит, когда характеристики грунтов ухудшаются по мере увеличения глубины их залегания.

Прежде всего когда проектируется каркасное здание, то есть нагрузка на основание предается точечно, от каждой колонны каркаса отдельно.

Преимущества столбчатого фундамента:

Самая невысокая стоимость из всех типов;

Простота возведения. 

Недостатки:

Требуют дополнительных конструкций для опирания стен здания (монолитный цоколь, фундаментные балки), а для зданий с подвалам требуется отдельное возведение стен подвала;

Фундаменты не связаны между собой и, как следствие, не перераспределяют нагрузки. Для исключения неравномерных осадок, фундаменты должны иметь точно подобранные размеры подошвы в зависимости от действующей нагрузки на них — если нагрузки разные, то и размеры фундаментов разные;

Применимы только на относительно прочных и однородных грунтах. При малоэтажном строительстве столбчатые фундаменты можно порекомендовать только для деревянных дачных построек, или если в основании действительно прочные грунты (гравий, средний или крупный песок, скала).

Для домов из жестких каменных материалов (кирпич, газобетон) такие фундаменты не подходят из-за большого риска неравномерных осадок, что для тяжелых хрупких стен недопустимо.

Кроме того, применение столбчатых фундаментов вызывает необходимость в создании какого-либо жесткого цоколя здания (фундаментные балки, нижняя деревянная обвязка или др.) на который будут опираться стены здания, а если здание с подвалом необходимо отдельно возводить стены подвала.

5. Ленточные фундаменты – когда они нужны?

Ленточный фундамент выполняется в виде непрерывного замкнутого в плане контура (ленты) под всеми наружными и внутренними несущими стенами здания. А если есть несущие стены, значит здание не каркасное. Иногда ленточный фундамент применяют и для каркасных зданий, но как правило при небольшом шаге колонн – до 6х6 м и относительно слабых грунтах.

Ленты могут быть малозаглубленные или заглубленные.

Ленточный фундамент в общем случае состоит из стеновой и плитной (подошвы) частей . Стены и подошва ленточного фундамента могут выполняться сборными – из блоков ФБС, или монолитными – из армированного железобетона, залитого на прямо на месте.

[Для сборного ленточного фундамента из блоков ФБС и др. штучных материалов очень желательно выполнять сплошные армированные монолитные пояса по верху блоков, и монолитную ленту в основании стен из блоков. Тогда такой фундамент будет намного лучше сопротивляться неравномерным деформациям и перераспределять нагрузки на основание]

Преимущества ленточного фундамента перед столбчатым:

Большая суммарная площадь подошвы. Это позволяет передавать распределенную нагрузку на более слабые грунтовые основания;

Неравномерные нагрузки от здания перераспределяются за счет большой жесткости и прочности конструкции фундамента. Это снижает среднюю осадку фундамента и неравномерные деформации;

Сразу образуются стены подвала и опоры для вышерасположенных стен.

Недостатки:

Более высокая стоимость и трудоемкость чем у столбчатого варианта;

При неравномерных нагрузках в лентах возникают большие усилия, для восприятия которых требуются серьезное армирование;

Нет возможности передавать большие точечные нагрузки на основание, т.к. ширина подошвы ленты ограничена.

Если Вы сэкономили на армировании и монолитном поясе и ленточный фундамент не выдержал нагрузок, в нем появились трещины, то он по своей сути превращается в столбчатый – отдельные фрагменты работаю независимо друг от друга, перераспределения усилий между фрагментами не происходит, увеличиваются неравномерные деформации.

В целом для малоэтажного строительства это наиболее оптимальный вариант если грунты недалеко от поверхности достаточно прочные (на глубине 1,5-3 м).

6. Плитные фундаменты – область применения, преимущества, недостатки

Плитные фундаменты применяют при специальном технико-экономическом обосновании. Они распределяют нагрузки от надземной части здания на очень большую площадь, но при этом в самой плите возникают огромные напряжения. Для того чтобы воспринять эти нагрузки без разрушения и излишних деформаций, необходимо выполнять плиту очень мощной с надежным армированием (толщина плиты многоэтажных домов достигает 1,5 м и более). Да и вообще перекрыть всю площадь под зданием плитой толщиной 0,5 м – очень накладно.

Преимущества плитного фундамента:

Применим на слабых основаниях, самый надежный вариант на естественном основании при правильном проектировании;

Снижает осадки и неравномерные деформации основания даже при слабых грунтах;

Для зданий с подвалом сразу служит несущей плитой пола.

Недостатки:

В конструкции возникают очень большие усилия, особенно от точечных нагрузок, восприятие которых требует больших затрат на бетон и арматуру;

Еще более высокая стоимость и трудоемкость;

Применяют плитный фундамент, когда в основании сооружения слабые грунты (площади подошвы столбчатых и ленточных фундаментов недостаточно), а применение свай не дает ожидаемого увеличения несущей способности.

Фундамента плитного типа в малоэтажном строительстве применяют при небольших размерах дома и простой форме здания. Основные преимущества данного основания — простота сооружения, возможность применения в сложных грунтовых условиях: пучинистых, слабых и просадочных грунтах, а также высокая надежность при мелкой заглубленности . Однако такие фундаменты сравнительно дороги из-за большого расхода бетона и металла на арматуру.

7. Свайные фундаменты – когда без них никак?

Свайные фундаменты выполняются в виде:

отдельных столбчатых свайных ростверков под колонны каркаса;

линейных ростверков, в том числе и непрерывных замкнутых ленточных фундаментов на свайном основании;

плитных ростверков – монолитные (редко сборные) фундаментные плиты, опертые на сваи;

иногда применяют одиночные сваи под колонны.

Нагрузка от ростверка передается на сваи, а те в свою очередь передают ее на грунтовое основание своими боковыми поверхностями и нижними концами (лопастями, если сваи винтовые). Обычно на нижний конец сваи приходится основная нагрузка, а боковые поверхности передают меньшую часть усилия.

Сваи по типу погружения в основном применяют: забивные, буронабивные и винтовые. На типах свай останавливаться подробно не будем, на этот счет см. соответствующие статьи. По материалу сваи бывают железобетонные, стальные, иногда деревянные.

Преимущества свайного фундамента:

Позволяет пройти слабые грунты и передать нагрузки на заглубленные плотные геологические слои;

Позволяет воспринимать не только сжимающие нагрузки, но и выдергивающие и горизонтальные усилия, хорошо сопротивляется морозному пучению;

При правильном проектировании очень высокая надежность фундамента.

Недостатки:

Самая высокая стоимость и трудоемкость;

Необходимость возведения свайного ростверка;

Необходимость применения спец. техники для погружения свай или бурения скважин;

Стальные сваи подвержены коррозии в агрессивных грунтовых условиях, а антикоррозионные покрытия часто повреждаются при погружении свай.

[Сваи, вопреки бытовому мнению, не дают никакой гарантии от осадок и перекосов фундаментов, а в некоторых грунтовых условиях могут быть вообще неприменимы (например, при текучих суглинках и глинах под нижними концами свай)]

В целом сваи применяют, когда необходимо передать нагрузки на заглубленные плотные грунты минуя верхние слабые слои, или, когда при сравнении вариантов, фундаменты на естественном основании оказываются дороже чем свайные.

Исключением являются свайные фундаменты из винтовых свай под деревянные малоэтажные дома и постройки – они выполняются без ростверка, под обкладной брус. Имеют сравнительно небольшую стоимость и высокую надежность, поэтому могут быть выгоднее других вариантов и рекомендованы к применению при определенных грунтовых условиях.

Минимальная глубина погружения сваи, применяемой в строительстве как правило 4,0 м. Если глубина будет меньше – по сути получится столбчатый фундамент, погруженный в грунт без откопки котлована.

8. Заключение

Выбор типа фундамента — сложная задача, требующая учета множества факторов и точных сведений о грунтах основания.

Краткое описание фундаментов в этой статье может помочь Вам определиться с выбором и, если он сделан, то следует переходить к более глубокому изучению выбранного типа фундамента.