Как выполнить расчет глубины заложения фундамента с учетом различных факторов

Сам себе мастер

Любой вид фундамента можно выполнить самостоятельно. Главное, иметь желание и сводное время. После заливки не спешите приступать к строительству. Пару месяцев посмотрите на поведение фундамента. Если ничего не опустилось и не потрескалось – можно возводить стены. Но и долго затягивать с продолжением стройки тоже не стоит. Простояв зиму без крыши и стен, фундамент может искривиться и принять другую форму. Несколько раз подумайте, прежде чем сделать выбор способа!

Построить дом в одиночку – это настоящий подвиг. Почувствуйте себя героем и возведите себе уютное жилище. Дом станет предметом вашей гордости! Теперь обладая опытом и знаниями, сможете помочь и подсказать родным и друзьям при строительстве их домов.

Полезные советы и рекомендации профессионалов

Во время проведения работ по сооружению основания дома специалисты рекомендуют следующее:

при вычислении глубины промерзания грунта обратить внимание на рядом стоящие здания и выяснить, как они отапливаются;
для определения уровня грунтовых вод узнать, нет ли поблизости колодцев или скважин;
для создания фундамента не применять ячеисто-бетонные блоки — у них малая сопротивляемость нагрузкам;
при сооружении дома на илистых или пучинистых почвах использовать в качестве опор сваи, а не столбы;
армируя основание, не применять сварку — она ослабляет прочность каркаса.

Многие люди заливают фундамент дома самостоятельно, но лучше вызвать профессионалов, которые проведут все работы правильно.

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.

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.

Столбчатые фундаменты

Траншея под столбчатое основание

Столбчатые фундаменты делают в разных вариантах. Какой должна быть столбчатая опора, решает сам хозяин стройки. Подошва столба должна находиться ниже уровня промерзания почвы.

Столбы бывают следующих видов:

• Деревянные столбы;
• Кирпичные опоры;
• Каменные столбы;
• Бетонные опоры;
• Железобетонные столбы;
• Бутобетонные опоры.

Бетонные и железобетонные столбы

Опоры из бетона выполняют мелкозаглублёнными.  Бетонный столбчатый фундамент возводят для небольших строений из лёгких конструкций. Поэтому ямы под опоры копают небольшой глубины.

Опоры из железобетона обладают высокой несущей способностью. Вместе с железобетонным ростверком опоры образуют мощное фундаментное основание, которое выдерживает нагрузки от домов в несколько этажей. Глубина заложения может достигать нескольких метров. Подошву такой опоры делают уширенной из бетонной подготовки.

Кирпичные и деревянные столбы

Основание из кирпичных столбов

Деревянные столбы как фундаментные опоры используют при возведении лёгких хозяйственных построек, таких как сараи, склады и прочее. Деревянные опоры ставят по углам строения на небольшой глубине в пределах 0,7-1 метра.

Перед закладкой деревянные столбы обязательно обрабатывают антисептиками, препятствующими развитию процесса гниения древесины. Деревянные опоры погружают ниже уровня промерзания грунта.

Столбы из кирпичной кладки выполняют в виде столбов, квадратных в поперечном сечении. Кирпич очень чувствителен к разрушительному воздействию влаги. Поэтому столбы из кирпичной кладки делают невысокими с обязательным устройством гидроизоляции.

Каменные и бутобетонные столбчатые опоры

Каменные столбы делают из природного камня – плитняка, которые скрепляют между собой цементным раствором. Применяют для строительства нетяжёлых домостроений. Высота столбов обычно не превышает 1,2-1,5 метра. С учётом высоты наземной части столба и толщины подушки определают, на какой глубине будет помещаться подошва фундаментной опоры.

Бутобетонные опоры аналогичны столбчатым фундаментам из дикого камня, но имеют более высокую несущую способность. Глубина их заложения может быть 2 метра и более.

Общие положения для столбчатых фундаментов и пример определения глубины

Подготовка столбчатого основания

Копают ямы под столбы с шагом 2-3 метра с таким расчётом, чтобы центры их поперечных сечений приходились под углы строения, под его несущие стены и под те места, где будет действовать наиболее концентрированные нагрузки (под отопительный котёл и под другое тяжёлое оборудование).

Рассмотрим, какой должна быть глубина заложения столбчатого фундамента для небольшого дома из деревянных конструкций. Слой грунта, подверженного промерзанию, составляет 40 см, уровень грунтовых вод находится на глубине 170 см. Из расчёта нагрузки от деревянного дома определают поперечное сечение столба размером 40х40 см.

Ямы делают шире сечения столбов так, как подстилающая подушка должна быть больше площади основания опоры на треть. Размеры ямы должны позволить свободно монтировать опалубку и устраивать гидроизоляцию. Копают ямы под столбы глубиной 1,2 метра, что делает подошву опоры ниже промерзающего слоя почвы и выше уровня грунтовых вод.

Посмотрите видео, как правильно произвести монтаж столбчатого основания на выбранную величину.

Ручная копка

Часто траншею для фундамента копают вручную

Здесь важно соблюдать необходимую глубину на всех участках. Основание должно быть ровным, плотным, поэтому обрушившуюся землю сразу удаляйте

Если возникли ямы и перепады глубины, устранить их можно только щебнем. Рыхлый грунт в этом случае применять запрещено.

Необходимо следить за тем, чтобы дно не имело уклонов. Сделать это удастся за счет уровня. Стенки должны получиться вертикальными и ровными. При сильном осыпании земли устанавливают временные подпорки.

Делая траншею, главная задача — соблюсти все запланированные ее параметры на всех участках.

Основные этапы расчета

Карта глубины промерзания грунта

При проектировании подразумевается, что нагрузка от веса строения распределяется равномерно по площади опоры. Во влажных суглинистых и глинистых почвах жидкость замерзает быстро, грунт вспучивается. Такая особенность этих типов негативно сказывается на несущей способности.

Аналогично действует высокая отметка почвенных вод, если глубина замерзания находится значительно ниже. Неравномерность такого процесса ведет к перекосу фундамента и появлению трещин, в результате дом требует ремонта уже через 2 – 3 года.

Расчет ленточного фундамента предполагает проведение этапов:

• нахождение массы строения путем сбора полезных и вредных нагрузок на конструктивные элементы дома;
• выбор размеров опоры;
• корректировка габаритов после окончательного расчета и проверки параметров.

Ошибки проектирования заключаются в том, что глубина примыкающего основания делается больше, чем подошва существующей опоры строения. Прочность фундамента страдает, если он делается на мелкой глубине (50 см) от уровня пола из газобетона, что часто встречается в гараже или подобных строениях. Нельзя допускать, чтобы на основание дома перераспределялись усилия, которые больше, чем несущая характеристика опорной части.

Определение веса конструкций дома

Нагрузка стен и перекрытий на фундамент

Для начала определяется вид грунта и высота стояния почвенных вод для региона строительства. Учитываются материалы, которые применяются для конструкции каркаса здания, кровли, наружной и внутренней отделки. Планировка строения, его этажность и вид крыши берется из архитектурных и строительных чертежей.

Приблизительная масса дома складывается из постоянной и временной нагрузки. К постоянной относится собственный вес стен, кровли, перекрытий. Учитывается давление земли и почвенных вод на боковые стенки основания.

Временная нагрузка бывает:

• длительная;
• кратковременная;
• особый вид.

К длительному давлению относится усилие, передаваемое от оборудования, воздействие веса материалов, хранящихся на складе, мебели. Кратковременное усилие возникает при нахождении людей, нагрузка включает вес подъемных механизмов в производственных цехах, действие снега и ветра на крышу.

Определение размеров фундамента

Площадь основания определяется так, чтобы в процессе эксплуатации не наблюдалась осадка грунта. Нагрузка на почву уменьшается, если квадратура и периметр подошвы увеличивается. Для ленточного типа делают больше ширину по всей протяженности, а для столбчатого повышают число опор, увеличивая их габариты (до 500 мм по ширине и длине).

Размер фундамента принимается стандартный (500 мм) для двухэтажных или одноэтажных дачных строений, т.к. нагрузка от здания небольшая и грунт не осаживается со временем. Специалисты рекомендуют столбчатые опоры без существенного увеличения горизонтальных размеров. Если требуется увеличить несущую способность, расширяется нижняя часть опоры и столб приобретает вид перевернутого стакана.

В остальных случаях габариты основания зависят от толщины стен дома и глубины замерзания почвы в зимний период. Под тяжелое здание из кирпичных стен (500 мм) и железобетонного перекрытия делают ленточный монолитный фундамент с армированием или применяют сборные блоки. В строении с подвалом также делается ленточный тип, но основание заглубляется ниже подполья. Толщина ленты делается аналогично размеру стены.

Корректировка размеров фундамента

Исправление и подгонка размеров делается для выбора наиболее выгодного варианта, чтобы правильно рассчитать бетон на фундамент по выбранным габаритам основания. Если полученная несущая способность превышает расчетную нагрузку от строения на 15 – 20%, в целях экономии габариты опоры можно уменьшить.

Откорректированные размеры по ширине и длине проверяются новым расчетом. Учитывается обстоятельство, что при сборе нагрузок следует брать изменившуюся кубатуру фундамента и его уменьшенный вес.

Окончательный подсчет ведется по формуле Н > к · Р / (d · R), где:

• Н — несущая способность, зависит от размеров основания;
• к — коэффициент расчета надежности, постоянно равен 1,2;
• Р — нагрузка дома, посчитанная сбором усилий;
• d — табличный коэффициент, зависит от вида почвы и типа строения;
• R — сопротивление грунта, принимается по таблице.

Необходимые материалы и инструменты

Для самостоятельного возведения фундамента из материалов потребуются:

1. Для опалубки – щиты из древесины, бруски, струганые доски.
2. Для каркаса – арматура и проволока для вязки прутьев.
3. Для фундаментной подушки – песок и щебень.
4. Вспененный полистирол (с целью обеспечить гидроизоляцию деревянных конструкций).
5. Материалы для защиты основания – цементно-полимерные, битумные или рулонные смеси.
6. Бетон (для замешивания – щебень, цемент и песок).

Список инструментов включает болгарку для резки арматуры.

Список инструментов включает в себя:

1. Рулетку.
2. Болгарку (для резки арматуры), бензопилу или ручную пилу.
3. Кувалду.
4. Бетономешалку.
5. Штыковую и совковую лопаты.
6. Топор.
7. Виброплиту.
8. Молоток.
9. Мастерок.
10. Трамбовку.
11. Шуруповерт, шурупы, гвозди.
12. Металлические емкости для приготовления бетонной смеси.

Расчет глубины промерзания

В России для каждой географической местности определены нормативы промерзания, где в зимний сезон температура составляет от 0 до -1 °C. Точкой расчета является среднее значение данных по наблюдениям за несколько лет:

• Москва и Подмосковье, Санкт-Петербург, Новгород, Тверь, Воронеж – норматив находится в пределах 140-160 см,
• Кострома, Нижний Новгород, Чебоксары, Саратов, Пенза – 150 см;
• Минск, Киев, Ростов-на-Дону, Астрахань – 100 см,
• Великие Луки, Курск, Волгоград, Смоленск, Псков, Харьков – 120 см;
• Ульяновск, Самаре, Вятка, Казань, Ижевск – 170 см;
• Восточные и северные области Украины – до 100 см, южные – 60 см, остальные – 80 см.

Для отапливаемых зданий расчетная величина на 10-30% меньше нормативной в зависимости от расположения полов (на грунте, на лагах или балках). Помимо географического положения местности, промерзание определяется уровнем грунтовых вод. Причиной промерзания является повышенная влажность и минусовая температура. Нормативную глубину промерзания определяют по формуле:

H = k*M,

• K – коэффициент грунта,
• М – сумма значений среднемесячных температур ниже нуля.

Для глины k равен 0,23, супеси – 0,28, песка – 0,3, крупнообломочных – 0,34. Абсолютные значения отрицательных зимних температур указаны в СНиПе на основания.

Уровень грунтовых вод

Уровень грунтовых вод (УГВ) зависит от типа местности. Так, на ровных участках они распространены по всей площади практически на одинаковой глубине, а в пониженной части местности располагаются ближе к поверхности грунта. Данные об уровне их залегания требуют точной оценки поскольку ими будет определяться глубина котлована под фундамент. Существует два способа определения грунтовых вод:

1. Анализ уровня воды в колодцах.
2. Бурение скважин.

Первый метод считается более точным, поскольку в колодцах, вырытых от 5 до 15 м вглубь, статичный уровень воды равен УГВ в этой местности. Второй метод подразумевает бурение скважины 2-2,5 м. Его выполняют при помощи садового бура, а далее наблюдают скопление воды. Если дно остаётся сухим, то воды залегают на большой глубине и не представляют опасности. Самое удачное время для определения УГВ – весна, когда его значение самое высокое. На заболоченных территориях УГВ составляет менее 1 м. Если мелкие впадины залиты водой, то уровень находится выше поверхности грунта. В засушливые периоды он понижается, а в дождливые повышается. Колебания составляют от 0,5-2 м. Если от 3 до 5 м от поверхности грунтовые воды не обнаружены, то определять их залегание не обязательно, поскольку они никак не влияют на строительство фундаментов или погребов.

Минимальная глубина

Минимальная величина заложения зависит от вида фундамента и типа грунта. Так для мелкозаглубленного ленточного она определяется степенью промерзания почвы, пучинистостью и УГВ. Чем ближе к поверхности грунтовые воды и больше промерзает грунт, тем сильнее силы пучения, которые воздействуют на конструкцию снизу, сбоку и по касательной. Они выталкивают и сдавливают мелгозаглубленный фундамент. Поэтому существуют различные стандарты заглубления. Минимальная глубина заложения фундамента для двухэтажного дома без подвала не должна быть меньше полуметра от поверхности при условии, если здание расположено не на скальном грунте. В сооружениях с подвалами это значение принимается за 0,5 м относительно пола. На плотных (утрамбованных) грунтах допускается приравнивать глубину заложения к высоте подготовке под полы. В зависимости от степени промерзания грунтов СНиП 2-Б.1-62 проводит следующую градацию рекомендуемых минимумов:

Промерзание условно непучинистых грунтов (расчетная)	Промерзание твердых и полутвердых слабопучинстых грунтов (расчетная)	Глубина
Более 3 м	от 1,5 до 2,5 м	1 м
от 2,5 до 3,5 м	1,5 м
до 3 метров	до 1,5 метров	0,75 м
До 2 м	до 1 метра	0,5 м

Буронабивные

Для деревянных построек очень выгодно использовать буронабивные сваи, который представляет собой конструкцию, состоящую из асбестоцементных труб, внутри которых вставлен арматурный каркас и залита бетонная смесь.

Труба в этом случае служит и формой, и конструктивным элементом, забирая на себя часть нагрузки от дома. Технологическое исполнение предполагает бурение скважин глубже максимальной глубины промерзания, монтаж асбестоцементных труб, вязку арматурного каркаса и последующее соединение всех элементов сваи воедино бетоном. Такой тип отличается экономичностью и простотой, может использоваться для слабых грунтов и при условии возведения двухэтажных деревянных коттеджей.

Основа ленточного типа

Основание ленточного типа пользуется популярностью в частном строительстве. По сравнению с цельными железобетонными плитами, ленточная конструкция требует меньших денежных расходов и трудовых затрат. Основа ленточного типа выполнена в виде бетонного контура, усиленного стальной арматурой. Он повторяет конфигурацию стен и внутренних перегородок здания. Железобетонная лента воспринимает нагрузки от массы здания и равномерно распределяет их на почву через поверхность фундаментной подошвы.

Пример заложения ленточного основания

Область применения данной конструкции:

• однородные почвы;
• слабопучинистые грунты.

На влагонасыщенных и неоднородных грунтах, а также глинистых почвах не рекомендуется сооружать основу ленточного типа.

Глубину заложения железобетонной ленты определяют по следующим параметрам:

• степени промерзания грунта;
• уровню подземных вод;
• концентрации влаги в почве.

С повышением глубины промерзания и близости расположения водоносных слоев повышается вероятность морозного пучения грунта, оказывающего отрицательное влияние на прочность основы.

С целью уменьшения влияния этих факторов производится заложение фундамента на различную глубину:

• низ мелкозаглубленной основы, расположенной на малопучинистых почвах, располагается на расстоянии 50–60 см от нулевой отметки;
• подошвы среднезаглубленного и глубокозаглубленного оснований располагаются на уровне от 75 см до 150 см в зависимости от типа почвы.

В условиях холодного климата и северных районов предельный уровень заглубления не превышает 1,8–2 м.

Расчет заглубления ленты

На следующем этапе нужно разобраться, как все вышеприведенные факторы влияют на выбор типа фундамента. Их, как вы помните, всего три.

Ленточный фундамент. Виды по глубине заложения.

Этот тип фундаментной ленты не способен выдерживать большие весовые нагрузки и поэтому применяется очень редко. Он полностью находится на поверхности грунта, а заглублена только песчано-гравийная подушка. Поэтому понятие глубины заложения к этому типу фундаментов можно применять только условно. Главное достоинство такой конструкции заключается в том, что на боковые бетонные стенки не действует сила пучения.

Незаглубленное фундаментное основание может монтироваться только на плотных устойчивых грунтах. Для его устройства снимается верхний слой грунта на глубину 30-40 см. После этого в траншею насыпается смесь песка с гравием и хорошо утрамбовывается с проливанием водой. Устанавливается опалубка, собирается арматурный каркас и заливается бетонная смесь. Высота фундамента, а точнее цоколя – 50-60 см, ширина 30-40 см. Следовательно, ширина подушки должна быть 40-50 см.

Фундамент мелкого заложения воспринимает нагрузки от пучения и при этом не так надежен, как заглубленный. Он делается выше точки промерзания грунта. Поэтому величина его заглубления зависит от таких факторов как тип грунта, глубина промерзания и уровень грунтовых вод. Где взять эти данные, было указано выше. Таблицы зависимостей глубины заложения мелкозаглубленного ленточного фундамента приведены в СНИП 2.02.01-83 и выше по тексту статьи.

Если уровень грунтовых вод ниже ГП, от процесса пучения обычно не бывает. Исключением является наличие слоя глины, которая может задерживать и накапливать дождевые и талые воды. В любом случае, даже для одноэтажного дома здесь действует правило – глубина заложения ленты должна быть не менее половины положения точки промерзания. И если в вашем населенном пункте ГП находится на отметке 1,8 м, то фундамент следует заглубить на 0,9 м.

Можно ли уменьшить глубину заложения

Часто бывает так, что выполненные расчеты показывают необходимость больших размеров и расходы на возведение ленты становятся слишком значительными. Особенно, если рассчитывается глубина ленточного фундамента для двухэтажного дома. Тогда сразу возникает вопрос, как уменьшить габаритные размеры фундаментной конструкции.

Существует три варианта:

• уменьшить ГП;
• понижение УГВ;
• устройство буферной подушки.

Изменить климат невозможно, но, используя утеплитель, можно уменьшить глубину промерзания грунта. Для этого внешняя стена ленты покрывается пенополистирольными плитами. Также утеплитель нужно уложить под отмостку на всю ее ширину. В результате ГП уменьшится и фундамент можно сделать мельче.

Отвод грунтовых вод ниже ГП осуществляется путем укладки эффективной дренажной системы. Она должна быть смонтирована ниже глубины промерзания грунта. Это большие объемы земляных работ, много материалов и устройство колодцев, но эффект будет отличным.

При большом слое пучинистых или заболоченных грунтов, фундамент придется закладывать глубоко. Чтобы избежать этого, неустойчивый грунт нужно просто заменить насыпными материалами. Для этого с наружной стороны ленты выкапывают траншею шириной около метра и засыпают ее песком с гравием. Подушка под фундаментом так же остается обязательной.

Подушка под ленточный фундамент.