Материал стен здания существенно влияет на выбор типа и конструкции фундамента и на глубину его заложения. В соответствии с положениями СНиП 2.02.01-83 "Основания зданий и сооружений" проектирование фундаментов включает в себя выбор типа основания (естественное или искусственное), типа и конструкции фундамента (ленточный, столбчатый, плитный, свайный, сборный или монолитный), а также выбор мероприятий, необходимых для обеспечения эксплуатационной надёжности оснований и фундаментов.

В строительстве малоэтажных домов из фундаментов на естественном основании применяют: столбчатые, устраиваемые в отдельных котлованах или в пробуренных скважинах; ленточные, изготавливаемые в опалубке, и их разновидность - щелевые, которые выполняют бетонированием "в распор" грунта; а также плитные. Из фундаментов на искусственном основании пригодны: свайные - из коротких забивных призматических и пирамидальных свай, буронабивные сваи, забивные блоки, фундаменты в вытрамбованных и выштампованных котлованах и траншеях.

По способу изготовления фундаменты различают на сборные, монтируемые или забиваемые на площадке строительства из готовых элементов, и монолитные, которые отливают непосредственно на площадке в их проектном положении.

В 80-90-е годы прошлого века забивные конструкции фундаментов использовались при централизованном строительстве усадебных посёлков. Но так как устройство таких фундаментов требует применения специальных механизмов и оборудования, в индивидуальном строительстве они не получили широкого распространения. Их используют лишь в отдельных случаях на заболоченных участках.

В настоящее время в массовом строительстве индивидуальных малоэтажных домов в основном используют ленточные, плитные и столбчатые фундаменты. В непучинистых грунтах их устраивают на естественном основании, В пучинистых грунтах - с применением уплотнённой песчаной подушки. На слабых грунтах используют плитные фундаменты на песчаной подушке. В бесподвальных домах их устраивают незаглублёнными. В домах с техническим подпольем или цокольным этажом, в зависимости от гидрологической ситуации, делают ленточные или плитные фундаменты.

Нагрузки от малоэтажных домов - небольшие, поэтому фундаменты на естественном основании, требующие при сооружении минимальной механизации работ, вполне справляются с возложенными на них задачами. Каждый тип фундаментов имеет свои достоинства и недостатки, а также рациональную область применения в зависимости от конструктивных особенностей дома, величины нагрузок и грунтовых условий строительной площадки.

Столбчатые фундаменты экономичны по расходу бетона, но даже вместе с ростверком не обладают достаточной пространственной жесткостью, необходимой в пучинистых грунтах. Применение под деревянными домами цилиндрических буровых опор, заглублённых ниже уровня промерзания, в пучинистых грунтах ограничено их неустойчивостью при действии касательных сил пучения. Под кирпичными домами применение буровых опор ограничено недостаточной несущей способностью,

Наиболее надёжны столбчатые фундаменты под деревянными домами в практически непучинистых грунтах, а в слабопучинистых - при соответствующем расчётном обосновании. Сборные ленточные фундаменты пригодны для применения в непучинистых грунтах под деревянными и кирпичными домами, в слабопучинистых - под деревянными.

Монолитные железобетонные ленточные фундаменты могут использоваться в широком диапазоне грунтовых условий, в том числе, в сильнопучинистых грунтах. В слабых грунтах их применение ограничено. Заложение ленточных фундаментов ниже глубины промерзания ограничено плохими (по сравнению с мелкозаглублёнными} технико-экономическими показателями. На слабых грунтах успешно применяют фундаменты плитные или из перекрёстных лент. Однако, плитные фундаменты - самые дорогие.

Общий принцип выбора фундаментов, Если надфундаментная часть дома или вспомогательных построек представляет собой пространственно относительно жёсткую или малочувствительную к неравномерным деформациям конструкцию, то под ней можно применить фундаменты, обладающие пониженной жёсткостью. К таким строениям относят каркасные дома, бревенчатые и брусовые срубы небольших размеров, в том числе для хозяйственных блоков, бань, гаражей и жилых домов. (В последнем случае пространственная жёсткость во многом зависит от количества и расположения внутренних стен сруба,) Под такими строениями можно применять столбчатые фундаменты в отдельных котлованах или в пробуренных скважинах и сборные ленточные фундаменты из отдельных блоков.

Если надфундаментная часть дома представляет собой пространственно гибкую деревянную или чувствительную к неравномерным деформациям кирпичную конструкцию, то под ней следует применить пространственно жёсткую конструкцию фундаментов, К таким домам следует отнести; щитовые, брусовые и бревенчатые с пролётом стен более 4,0 м, любые деревянные с облицовкой кирпичом или штукатуркой и кирпичные или из мелкоштучных блоков (в дальнейшем, для краткости, - дома деревянные и кирпичные). В этом случае под деревянными домами могут быть применены столбчатые фундаменты с ростверком, все элементы которого связаны в единую пространственно жёсткую раму.

Для всех домов (деревянных и кирпичных) подходят сборно-монолитные или монолитные ленточные фундаменты, которые отвечают требованиям поперечной и пространственной жёсткости. На слабых грунтах могут быть применены плитные фундаменты, которые по своей конструкции отвечают тем же требованиям.

Помимо общих соображений о влиянии пространственной жёсткости надфундаментной части дома на выбор конструкций фундаментов и оснований влияют следующие факторы:

• грунтовые условия строительной площадки
• конструктивные и эксплуатационные характеристики дома
• природно-климатические условия региона строительства

Влияние грунтовых условий на применимость фундаментов.

Перед началом строительства выполняют инженерно-геологические изыскания, задачей которых является получение данных для определения расчётного сопротивления грунтов, степени их пучинистости, а также выявление наличия или отсутствия слоев слабых грунтов (илов, торфов, водонасыщенных пылеватых песков, глинистых грунтов в текучепластичном или текучем состоянии),

При приобретении типового проекта дома, в котором фундаменты рассчитаны для условных грунтов (мелких песков средней плотности, непучинистых при отсутствии грунтовых вод), необходимо выполнить "привязку" фундаментов к конкретным условиям строительной площадки. При использовании индивидуального проекта дома для повторного применения задача по его "привязке" остается той же.

Запроектированные фундаменты и основания должны обеспечивать два условия: надёжность в течение всего срока эксплуатации дома и экономичность. В процессе "привязки" возможно придётся применить другую конструкцию фундамента, например, вместо сборного - монолитный, вместо столбчатого - ленточный или плитный. Расчётное сопротивление грунтов определяют по их физико-механическим характеристикам. Зная нагрузки от дома и расчётное сопротивление, можно определить необходимые размеры опорной части столбчатых и ленточных фундаментов. При низких значениях сопротивления грунтов следует применить плитный фундамент.

Влияние степени пучинистости грунтов.

Практически вся территория России находится в зоне сезонно-промерзающих грунтов. Большинство строительных площадок при промерзании проявляют пучинистые свойства. К таким грунтам относят мелкие и пылеватые пески, а также глинистые (супеси, суглинки и глины). Крупные и средней крупности пески считают практически непучинистыми.

При переходе грунтовых вод в лёд грунты увеличиваются в объёме. Так как по горизонтали происходят одинаковые процессы и силы пучения уравновешены, а перемещению грунта вниз препятствует до определённых пределов структурная прочность грунта, деформации пучения происходят вверх. Причём большая часть деформаций обусловлена водой, которая поступает из нижних слоён грунта к фронту промерзания в течение всего зимнего периода. При смерзании с грунтом фундаментные конструкции также могут перемещаться вверх. Деформации пучения зависят от величины нагрузок от дома и сил пучения, от конструкции фундаментов и глубины их заложения, а также от теплового режима дома. Без принятия конструктивных мер деформации пучения могут значительно превышать значения, допустимые для стен дома. Деформации пучения ненагруженной и регулярно очищаемой от снега поверхности грунта, например, в сильнопучинистых грунтах Подмосковья могут достигать 17... 20 см и более.

Практика строительства показывает, что чем больше заглублены фундаменты лёгких домов в пучинистые грунты при отсутствии конструктивных мер по обеспечению их устойчивости, тем больше наблюдаемые остаточные деформации пучения и тем сильнее раскрываются трещины в кирпичных домах.

Природные силы пучения очень велики и зависят от степени пучинистости грунтов, которые подразделяют на практически непучинистые, слабо-, средне- и сильнопучинистые. Иногда встречаются чрезмернопучинистые грунты.

Два вида воздействия сил пучения на фундаменты

• нормальные силы пучения, действующие на подошву
• касательные силы пучения, действующие по боковой поверхности

Нормальные силы пучения зависят от глубины заложения фундаментов и глубины промерзания под их подошвой. В сильнопучинистых грунтах, например, Подмосковья они могут достигать 60.,,80 тс/мг. Касательные силы пучения в этом же регионе могут достигать значений 7,0; 9,0 и 11,0 тс/мг соответственно слабо-, средне- и сильнопучинистых грунтах.

Непременным условием надёжного и экономичного возведения фундаментов является исследование площадки строительства на предмет установления степени морозоопасности грунтов как основного показателя, влияющего на выбор конструкции фундаментов, глубину их заложения и конструкцию оснований.

В практически непучинистых грунтах могут применяться сборные и монолитные фундаменты на естественном основании с глубиной заложения, не зависящей от глубины промерзания. Требования к жёсткости фундамента (пространственной и поперечного сечения) - минимальны. Достаточно уложить на цементном растворе сборные блоки с перевязкой.

В пучинистых грунтах требования к пространственной жёсткости фундаментов и жёсткости в поперечном сечении возрастают. Непременным условием, независимо от глубины заложения, является обеспечение их устойчивости при действии касательных сил пучения. Заглубленные фундаменты должны оставаться неподвижными при промерзании грунтов на расчётную глубину, мелкозаглубленные - при промерзании на глубину их заложения.

В слабопучинистых грунтах под деревянными домами могут быть применены комбинированные сборно-монолитные или монолитные ленточные и столбчатые фундаменты, В средне- и сильнопучинистых грунтах под любыми домами следует использовать монолитные железобетонные ленточные фундаменты с глубиной заложения, определяемой расчётом на устойчивость. Под малоэтажными домами в пучинистых грунтах экономически целесообразными являются мелкозаглубленные фундаменты. Их устойчивость и, следовательно, надёжность достигается меньшим расходом материалов и объёмом работ. На пучинистых же слабых грунтах следует применять плитные фундаменты.

Влияние уровня грунтовых вод

В некоторых публикациях утверждается, что если уровень грунтовых вод выше глубины промерзания, всё равно фундаменты следует заглублять ниже глубины промерзания. Ошибочное представление! При расположении грунтовых вод во время строительства близко к дневной поверхности изготовление заглублённых фундаментов в индивидуальном строительстве практически невозможно. Понижение уровня грунтовых вод откачкой дорого и не всегда даёт положительный результат, а главное, в этом нет необходимости. Следует применить в этом случае мелкозаглублённые ленточные фундаменты или незаглублённый плитный. При необходимости повышают общий уровень строительной площадки путем отсыпки грунта.

Влияние конструктивных особенностей дома на выбор фундаментов.

При выборе типа фундамента следует учитывать следующие характеристики дома:

этажность и материал стен

конструкцию цокольной части (дом - бесподвальный, с цокольным этажом, с техподпольем под всем домом или под его частью)

тепловой режим дома (дом постоянного или сезонного проживания, наличие неотапливаемых частей дома: веранды, террасы, гаража)

Жилые дома относятся к строениям II уровня ответственности, а вспомогательные постройки, такие как хозблоки, бани и гаражи - к уровню ответственности.

Строительные нормы позволяют для строений III уровня ответственности определять размеры опорной части фундаментов (для ленточных -ширину) как усреднённую величину, получаемую отделения веса всего строения на длину фундаментов и расчётное сопротивление грунта основания.

При определении размеров фундаментов строений II уровня ответственности требуется дифференцированный подход - при разных нагрузках в различных частях дома определяют соответствующие размеры фундаментов. Чем выше уровень ответственности сооружения, тем выше требования предъявляются к жёсткости фундаментов (пространственной и в поперечном сечении).

Влияние этажности дома.

На выбор конструкции фундаментов и основания, в том числе - на глубину заложения фундаментов существенное влияние оказывает этажность дома, которая в совокупности с материалом стен и перекрытий определяет величину нагрузок на основание. Если нагрузки - больше возможных касательных сил пучения, то фундаменты можно заглублять ниже глубины промерзания без ущерба для надёжности, По конструкции они могут быть сборные или монолитные. Если касательные силы пучения - больше, то надёжное заглубление фундаментов в пучинистых грунтах обходится дороже, а по конструкции они должны быть монолитными.

Чтобы удобнее было различать, когда в пучинистых грунтах можно заглублять фундаменты ниже глубины промерзания, а когда это - нецелесообразно, введены понятия "лёгкий" и "тяжёлый" дом. Если при заглублении фундаментов ниже расчётной глубины промерзания суммарные касательные силы пучения больше веса дома, то его относят к категории "лёгких". В этом случае фундаменты при простом заглублении не устойчивы и, следовательно, ненадёжны. Для обеспечения их надёжности необходимы дополнительные мероприятия, которые если и помогают, то удорожают строительство. Под "лёгкими" домами следует применять мелкозаглублённые фундаменты. Они несколько сложнее в расчётном обеспечении, но экономичнее заглублённых в 1,5-2,5 раза в зависимости от региона строительства. Если касательные силы пучения, действующие по боковой поверхности заглубленных фундаментов, меньше веса дома, то дом - "тяжёлый".

Подавляющее большинство жилых малоэтажных домов относится к категории "лёгких" домов. Поэтому в дальнейшем фундаменты под бесподвальными малоэтажными домами, заглублённые ниже глубины промерзания, мы рассматриваем как неконкурентоспособные по отношению к мелкозаглублённым фундаментам по технико-экономическим показателям.

Влияние материала стен дома.

Тип и конструкция выбираемых фундаментов и оснований во многом зависит от материала стен. Для деревянных домов допустимые абсолютные и относительные деформации равны 5,0 см и 0,002 соответственно, для деревянных домов с кирпичной облицовкой и для кирпичных домов - 2,5 см и 0,0005 соответственно. В деревянных домах в ряде случаев могут быть применены сборные или сборно-монолитные ленточные и столбчатые фундаменты на естественном или уплотнённом песчаном основании. В кирпичных домах наиболее надежными являются монолитные железобетонные ленточные и плитные фундаменты.

Влияние конструкции цокольной части дома.

В бесподвальных домах могут использоваться мелкозаглублённые ленточные, столбчатые и плитные фундаменты. В пучинистых грунтах они применимы на противопучинной песчаной подушке. В домах с цокольным этажом или с техническим подпольем в зависимости от гидрологической ситуации применяют ленточные или плитные фундаменты, закладываемые ниже глубины промерзания.

В пучинистых грунтах должна быть обеспечена устойчивость цокольных стен. Этого достигают засыпкой непучинистым грунтом пазух, образующихся между бортами котлована и изготовленных цокольных стен. Пазухи должны быть шириной не менее 0,6 м - из условия выполнения монтажных работ и могут быть шире - из условия устойчивости.

Влияние теплового режима дома

Если дом предназначен для постоянного проживания и в зимний период отапливается регулярно, то в процессе эксплуатации внутри дома пучинистое основание не промерзает, а по наружному периметру дома промерзает на глубину, меньшую нормативного значения. При использовании заглублённых фундаментов под отапливаемыми "тяжёлыми" домами суммарные силы пучения, глубина их заложения и ширина выемок уменьшаются. При применении мелкозаглублённых фундаментов под "лёгкими" отапливаемыми домами ширина и глубина выемок также уменьшаются. Однако если за первый строительный сезон выполнен только нулевой цикл или возведена коробка дома, зимой необходимо защищать пучинистое основание от промерзания или отложить устройство обратной засыпки {если это возможно) до начала следующего строительного сезона.

Дома, отапливаемые зимой эпизодически или с отложенным периодом регулярного отопления, относятся к сезонно отапливаемым, В таких домах расчётная глубина промерзания грунтов превышает нормативную в 1,1 раза. Этому промерзанию должны соответствовать размеры устраиваемого основания. В отапливаемых домах с примыкающими холодными помещениями (веранда, терраса, гараж) часть основания следует рассчитывать как для отапливаемого дома, а другую часть - как для неотапливаемого. Для удобства производства работ глубина выемок может быть одинаковой, а устойчивость фундаментов регулируется шириной выемок.

Заключение

• Влияние грунтовых условий строительной площадки, материала стен и других факторов на возможность применения различных конструкций фундаментов под малоэтажными домами можно оценить по таблице.
• Под "тяжёлыми" домами (при заглублении фундаментов ниже расчётной глубины промерзания) в пучинистых грунтах возможно применение любых из описанных конструкций фундаментов. Под "лёгкими" домами применение заглублённых фундаментов нецелесообразно по технико-экономическим показателям. Под такими домами следует при менять мелкозаглублённые фундаменты.
• С возрастанием степени пучинистости грунтов возрастают и требования к жёсткости фундаментов (пространственной и в поперечном сечении).

Конструкции фундаментов, не обладающие пространственной жёсткостью (столбчатые, в том числе и буровые опоры, ленточные из сборных блоков), можно применять под больш и нством деревянных строений небольших размеров в плане в практически непучинистых и слабопучинистых грунтах.

Обладающие пространственной жёсткостью мелкозаглублённые монолитные железобетонные ленточные фундаменты можно применять в любых грунтовых условиях под любыми строениями. Применение же щелевых ленточных фундаментов, технологически жёстко связанных с пучинистыми грунтами, ограничено. На слабых грунтах рекомендуется применять плитные фундаменты.