Глубину промерзания грунта можно определить с помощью устройства шурфа на участке будущего строительства. В данном случае шурф следует рыть в зимнее время, в период наиболее низких температур, но не раньше января, т. е. в середине зимы. Определение глубины промерзания полезно совместить с исследованием типа грунтового основания, однако при этом необходимо дать вынутым образцам грунта сперва оттаять.
Есть и более простой способ определения глубины промерзания грунта, хотя и менее точный: с помощью нормативной схемы промерзания грунта по климатическим районам. По принципам климатического районирования вся Россия разделена на отдельные территории, каждая из которых обладает общими параметрами. Так, для Краснодара и Калининграда минимальная и максимальная глубины промерзания составляют соответственно 60 и 80 см, для Ростова-наДону и Астрахани – 80 и 100 см, для Пскова, Новгорода, Великих Лук, Смоленска, Курска, Волгограда, Владивостока – 100 и 120 см, для Петрозаводска, Санкт-Петербурга, Москвы, Воронежа – 120 и 140 см, для Вологды, Костромы, Нижнего Новгорода, Пензы, Саратова – 140 и 160 см, для Архангельска, Котласа, Кирова, Ижевска, Казани, Уфы, Екатеринбурга, Уральска, Оренбурга – 160 и 180 см, для Сыктывкара, Перми, Челябинска, Красноярска, Иркутска, Хабаровска, Тюмени – 180 и 200 см, для Кургана, Омска, Барнаула, Новосибирска, Тобольска – 200 и 220 см, для Нарьян-Мара и Усть-Цильмы – 220 и 240 см, для Салехарда – 240 и 260 см. Разумеется, эти значения приблизительны и чаще преувеличены, поскольку максимальная глубина промерзания в реальности встречается крайне редко.
Есть еще один теоретический метод определения глубины промерзания на участке строительства – расчет по формуле. Глубина промерзания равна произведению двух коэффициентов. Один коэффициент зависит от типа грунта и составляет 0,23 для суглинистых и глинистых грунтов, 0,28 – для супесей, мелких и пылеватых песков, 0,3 – для крупных, гравелистых и средних песков и 0,34 – для крупнообломочных грунтов. Второй коэффициент можно вычислить, зная средние значения температуры воздуха за каждый месяц с отрицательными значениями температуры для района строительства. Этот коэффициент будет равен сумме отрицательных среднемесячных температур, возведенных в квадрат. Среднемесячные значения зимних температур можно определить самостоятельно, ежедневно измеряя температуру.
С помощью расчета возможно более точно определить глубину промерзания на конкретном участке. Но поскольку эта характеристика зависит не только от типа грунта и температуры воздуха, а, например, также от высоты снежного покрова и силы ветра, то оптимальный способ – вырыть шурф.
Для чего лучше сначала выполнить колодец с помощью бура, что облегчит последующую выемку грунта лопатой. Колодец должен быть глубиной от 2 до 2,5 м. Устраивать шурф нужно в соответствии с нормативными значениями глубины промерзания для вашего района в январе, при самых низких температурах в году, непосредственно перед изучением свойств грунта с помощью выемки лопатой и ломом. Верхний слой представляет собой снежный покров, высота которого не учитывается, – его нужно просто снять. Так же следует поступить с ледяной коркой, отбив ее ломом. А вот глубину всех последующих слоев надо измерить. Верхний слой грунта, как правило, очень твердый и с трудом отбивается ломом. Ниже его сменяет тоже довольно твердый мерзлый грунт, который не удастся вынуть лопатой, но довольно легко сбить ломом. Еще ниже идет слой условно мерзлого грунта, который, хотя и с трудом, можно вынуть лопатой. Границу между этим слоем и увлажненным грунтом, который легко вынимается лопатой, нужно отметить особо: расстояние между поверхностью грунта и этой границей как раз и будет глубиной промерзания (рис. 11).
Рисунок 11. Определение глубины промерзания по сечению шурфа
Для получения более точных значений глубины промерзания можно провести исследования грунта 2–3 раза с небольшим интервалом.
Полученное значение повлияет на глубину заложения фундамента: она должна быть больше глубины промерзания грунта.
Таким образом, проведя натурное исследование грунтового основания, можно хорошо сэкономить на материалах: реальная глубина промерзания чаще намного меньше нормативной, поэтому фундамент будет меньшим по объему.РАСЧЕТ ГЛУБИНЫ ЗАЛОЖЕНИЯ ФУНДАМЕНТА
Бытующее мнение о том, что прочность фундамента прямо пропорциональна глубине заложения независимо от условий его устройства, совершенно неверно. До определенной степени действительно можно судить о прочности фундамента по его высоте. Но только до определенной степени. В некоторых случаях фундамент, заложенный слишком глубоко, окажется весьма уязвимым.
Как правило, глубина заложения фундамента зависит от глубины промерзания грунта и глубины залегания грунтовых вод. Однако есть несколько исключений.
1. Если здание будет отапливаться весь зимний период, то фундамент под его внутренние стены следует закладывать на 50 см (или более) от уровня земли или пола подвала при его наличии в соответствии с расчетом.
2. Минимальную глубину заложения в 50 см применяют независимо от глубины промерзания на средне– и крупнообломочных грунтах.
3. Учитывать глубину промерзания не обязательно при возведении здания из легких конструкций на ленточном фундаменте.
В остальных случаях практически незыблемым постулатом является следующая рекомендация: глубина заложения фундамента должна быть больше глубины промерзания грунта. В этом случае подошва фундамента окажется расположенной ниже уровня промерзания и силы морозного пучения на нее не подействуют.
На сколько же необходимо увеличить глубину заложения фундамента по сравнению с глубиной промерзания? Разница должна быть не менее 20 см. При устройстве песчаной подготовки глубина заложения самого фундамента (без учета подготовки) может быть уменьшена. Но для этого необходим расчет.
Глубину заложения фундамента в зданиях с неотапливаемым подвалом отмеряют от пола подвала. Расчетную глубину заложения при этом уменьшают в 2 раза по сравнению с той, которую получили в соответствии с глубиной промерзания грунта.
Если фундамент будет возведен на пучинистом основании, правильной глубины заложения для приобретения конструкцией нормальной морозостойкости недостаточно, поскольку силы морозного пучения могут воздействовать и на боковые поверхности фундамента, расположенные в промерзающем слое грунта. Для нейтрализации бокового пучения грунта необходимо:
• заложить в ленточный железобетонный фундамент прочный арматурный каркас;
• объединить столбчатый фундамент рандбалками или обвязочными балками по всему периметру;
• устроить свайный фундамент с уширенным наконечником;
• сделать основание любого фундамента (кроме плитного) расширенным, выполняющим роль анкера в грунте;
• устроить каменный фундамент, поперечное сечение которого сужается снизу вверх;
• покрыть боковые плоскости фундамента полиэтиленовой пленкой, смазанной машинным маслом, для уменьшения сцепления фундамента с грунтом;
• утеплить верхний слой основания вокруг фундамента (пенопластом или керамзитом).
Все эти методы призваны ослабить воздействие сил морозного пучения и уменьшить глубину промерзания грунта вокруг фундамента.РАЗБИВКА ФУНДАМЕНТА
Разбивка фундамента представляет собой перенос габаритных осей здания и конструктивных размеров фундамента на грунтовое основание. Разбивку осуществляют до рытья котлована или траншеи.
Габаритная ось здания – это условная линия, проходящая по границе или центру расположения каких-либо конструктивных элементов (чаще – перекрытий). К таким линиям привязывают размеры всех несущих элементов здания, в том числе фундамента.
Для выполнения работ по разбивке осей потребуются некоторое количество деревянных колышков или металлических штырей длиной не менее 1 м, дощечек, тонкая проволока или шнур (причалка), красная масляная краска, куски красной ткани, гвозди и молоток, инструменты для геометрического измерения (например, рулетка).
...Разбивку фундамента осуществляют в несколько этапов.
1. Находят на площадке 2 точки, фиксирующие самую длинную ось на плане здания. Устанавливают в этих точках колышки и протягивают между ними причалку (рис. 12). Точки следует выбрать таким образом, чтобы между ними уместилась вся переносимая на участок ось. Причалку закрепляют за гвозди, вбитые в дощечки, которые укрепляют на колышки (прибивают или приклеивают). Чем больше линий необходимо перенести на основание, тем больше гвоздей нужно вбить в дощечку. Например, если внешняя грань фундамента не совпадает с координационной осью, ее следует выносить отдельно.
Разбивку фундамента осуществляют в несколько этапов.
1. Находят на площадке 2 точки, фиксирующие самую длинную ось на плане здания. Устанавливают в этих точках колышки и протягивают между ними причалку (рис. 12). Точки следует выбрать таким образом, чтобы между ними уместилась вся переносимая на участок ось. Причалку закрепляют за гвозди, вбитые в дощечки, которые укрепляют на колышки (прибивают или приклеивают). Чем больше линий необходимо перенести на основание, тем больше гвоздей нужно вбить в дощечку. Например, если внешняя грань фундамента не совпадает с координационной осью, ее следует выносить отдельно.
Рисунок 12. Устройство колышков с натянутой причалкой: 1 – столбик для закрепления причалки, 2 – дощечка для закрепления причалки, 3 – гвозди, 4 – колышек, обозначающий угол фундамента, 5 – причалка, 6 – линия внешней грани фундамента, 7 – грузик на отвесе
2. Проделывают то же самое с остальными осями, а затем с помощью грузика на отвесе сносят точки пересечения причалок на грунт для обозначения габаритных размеров фундамента. Получившуюся конструкцию называют обноской.
Колышки обноски с дощечками устанавливают на расстоянии не менее 150 см от края фундамента, поскольку будущий котлован будет иметь слегка наклонные стенки (для предотвращения осыпания грунта) и обноска может быть нарушена. При выполнении земляных работ причалки снимают, а затем вновь натягивают. Заглублять столбики обноски следует не менее чем на 40 см, иначе их легко будет при случайном задевании вынуть из грунта. Дощечка с гвоздями для крепления причалок обязана возвышаться над уровнем земли на 60–80 см. Дощечки должны быть расположены параллельно фундаментным стенам или координационным осям и на одном вертикальном уровне друг с другом.
Разметку осей и граней можно произвести на ровном основании до устройства обноски. Для чего сперва вбивают в землю столбики, обозначающие углы и пересечения граней фундамента и габаритных осей, а затем уже по этим столбикам ориентируются при устройстве обноски.
Для удобства использования обноски можно на дощечках обозначить краской основные параметры фундамента или номер элемента обноски. Если разработку котлована предполагается вести с помощью специальной техники, на каждую дощечку следует привязать кусок красной ткани, чтобы водитель техники не снес элементы обноски.
Переносить на основание габаритные оси с пересечениями под определенным углом удобно с помощью теодолита (специального геодезического прибора для измерения горизонтальных углов) или подручных средств: египетского треугольника из любых материалов, шнура и ватерпаса для определения вертикального угла.
Если здание или его часть образует в плане прямоугольник, правильность его переноса на основание проверяют измерением диагоналей: они должны быть равны.
3. С помощью сухого цемента, извести или краски обозначают границы будущего котлована или траншеи. После чего причалки на время снимают для удобства проведения земляных работ. Линия границы котлована может располагаться на разном отдалении от обозначенных обноской внешних граней фундамента. Максимальное отдаление границ котлована составляет 150 см и применяется для зданий с подвалом. В таком случае обноску нужно устраивать на еще большем отдалении от пересечения осей.
4. После проведения земляных работ обноску восстанавливают по дополнительным колышкам, вбитым в грунт за пределами обноски (на расстоянии 2–3 м) на продолжениях ее линий.ЗЕМЛЯНЫЕ РАБОТЫ
В целом земляные работы включают в себя не только разработку котлована или траншеи, но также и нивелирование участка, которое уже было рассмотрено ранее, и обратную засыпку грунта. Для этого вида работ пригодятся лопата, лом, кирка, тачка для перемещения вынутого грунта.
Несколько советов по устройству котлованов и траншей под фундамент.
1. Глубина фундаментной ямы должна строго соответствовать глубине заложения фундамента. Если будет вынут лишний грунт, обратная его засыпка плохо скажется на качестве основания. Допустимая погрешность составляет 7 см (эту разницу все равно нужно убрать).
2. Если здание будет построено с подвалом или цокольным этажом, лучше воспользоваться специальной техникой для устройства котлована.
3. Если глубина заложения фундамента невелика, желательно выполнить земляные работы вручную. Это и экономия, и возможность использовать стенки траншеи в качестве опалубки (при щелевом типе фундамента), и меньший объем обратной боковой засыпки, снижающей качество основания.
4. Под столбчатый фундамент лучше вырыть круглые ямы с вертикальными или чуть наклонными откосами, а не целую траншею. Можно механизировать работу с помощью ручного бура, расширив затем яму вручную.
5. Если площадка была тщательно выровнена, глубину ямы несложно проверять в ходе земляных работ обычной рейкой с отметками высот и протянутым по поверхности котлована шнуром. В ином случае может потребоваться нивелир. Проверку глубины котлована следует проводить тем чаще, чем глубже вырыта яма.
...6. Чтобы вычислить глубину котлована под здание с подвалом, нужно прибавить к его высоте толщину пола.
7. При рытье котлована или траншеи под фундамент желательно сохранить их стенки вертикальными. Для чего надо беречь их от осыпания: подпирать фанерными листами, закрепленными с помощью поперечных дощечек (в траншеях и небольших ямах) или подпорных планок под углом 45° (в котловане).
Траншеи и котлованы с вертикальными стенками можно устраивать только до определенной глубины – если она превышает максимально допустимую, лучше вырыть фундаментную яму с небольшим откосом (наклоном стенок). Для плотного грунтового основания (скального, крупнообломочного) эта величина составляет 2 м, для глины – 1,55 м, для супесей и суглинков – 1,25 м, для песка и других типов основания – 1 м. Чем глубже яма, тем больше требуется откос.
8. Перед тем как укладывать в траншею фундамент, нужно привести ее в конечную готовность: очистить от мусора, грязи, дать высохнуть.
9. Появление в яме воды, просачивающейся из грунта или попадающей туда в виде атмосферных осадков, следует предотвратить с помощью дренажных работ.
10. Вынутый грунт не надо торопиться вывозить со стройплощадки: его можно использовать для обратной засыпки или в качестве удобрения (почва, торф).
К земляным работам относят также подготовку противопучинистой подушки.
Для чего нужно сначала вынуть слабый грунт, если это необходимо. Затем уложить слоями песок, щебень или их смесь. Каждый слой после укладки трамбуют и поливают водой для уплотнения. Минимальная толщина противопучинистой подушки составляет 10 см. Слой гравия можно залить сверху слоем битумной мастики, чтобы обеспечить хорошую гидроизоляцию подошвы фундамента.
Трамбовку песчаных, гравийных и щебеночных подушек осуществляют с помощью пневматических трамбовочных машин, стальных трамбовочных плит, катка, поверхностных вибраторов или вручную с применением тяжелых трамбовок из дерева и металла.
Укрепить слабый грунт можно одним из двух инъекционных методов: цементации или силикатизации. Эти методы позволяют укрепить грунт на большой глубине без его трамбовки и замены.
Цементацию проводят, забивая или вкручивая в грунт полые сваи (трубы), по которым заливают в грунт жидкий цемент (цементное молоко), после чего вынимают трубы из грунта, а отверстия от них еще раз заливают раствором.
Силикатизацию применяют для уплотнения лесса, мелких и пылеватых песков. Вместо цемента по трубам нагнетают раствор жидкого стекла или хлористый кальций с раствором фосфорной кислоты (либо все эти растворы вместе). Для лесса подходит только жидкое стекло (силикат натрия).
Последняя из земляных работ – обратная засыпка грунта. Если грунт основания слабый, вместо него можно засыпать песок или мелкий щебень с последующим их уплотнением.
Возведение фундамента
АРМАТУРНЫЙ КАРКАС
Устройство арматурного каркаса проводят в два этапа: вязка и установка на место. Вязку осуществляют на поверхности земли путем крестообразного перевязывания стержней проволокой, сварки или соединения с помощью специальных элементов из прочной пластмассы. Предпочтительнее при этом сварка, поскольку перевязка стержней требует больших трудозатрат и менее прочна при эксплуатации.
Тип сборки арматурного каркаса выбирают в зависимости от диаметра стержней. Стержни диаметром менее 25 см соединяют контактной точечной сваркой, пластмассовыми крепежами или вязальной проволокой. Для стержней диаметром более 25 мм используют дуговую сварку, но в индивидуальном строительстве такая арматура встречается крайне редко.