Конструкции фундаментов
Традиционно для веранд выбирают те же конструктивные решения, что и для фундаментов основного дома. В основном это ленточные, столбчатые или свайные фундаменты, несущая способность которых проверена расчетом. Конструкции таких фундаментов наверняка читателю уже знакомы, поэтому мы напомним только самые основные их особенности.
Ленточные фундаменты
Ленточные фундаменты — самый распространенный вид фундаментов в виде непрерывной ленты из монолитных или сборных элементов. Их возводят при строительстве зданий с тяжелыми стенами и перекрытиями, а также в тех случаях, если под зданием устраивают подвал или теплое подполье. Ленточные фундаменты возводят по всему периметру несущих стен (внутренних и наружных) и на всю глубину разработки грунта. Для того чтобы увеличить площадь основания и нейтрализовать касательные силы морозного пучения (о которых мы говорили выше), часто основания фундаментов делают с уширением в нижней части, что препятствует вытаскиванию фундамента из земли (рис. 1). На пучинистых глубокопромерзающих грунтах устройство ленточных фундаментов для веранды экономически неоправданно, так как увеличивается объем земляных работ и расход материалов. Возможно и целесообразно возведение ленточных фундаментов при мелком их заложении на сухих непучинистых грунтах, даже для легких зданий и пристроек к ним. Ленточные фундаменты в этих условиях становятся как бы заглубленным цоколем и по расходу материалов и трудозатратам приближаются к столбчатым фундаментам.
Рис. 1. Расширение кижней части фундамтптв Л - кирпичный фундамент; Б — бетонный фуш1а.«ент В — бутовый фундамент;
Ширина ленточных фундаментов должна быть не меньше толщины стен. Так как трапеция является оптимальной формой сечения ленточного фундамента по восприятию нагрузки, то при сооружении фундаментов чаще всего принимают именно эту форму. При этом не возникает опасных растягивающих и скалывающих напряжений на боковых гранях фундаментов, если углы наклона боковой грани фундамента к вертикали при бутовой и кирпичной кладке не превышают 30‘, а для бетона — 45*.
Ленточные фундаменты из бутовой кладкиполучили широкое распространение в индивидуальном строительстве. Достоинством бутовых фундаментов является возможность использования местных материалов, получаемых при разработке горных пород. Недостатком таких фундаментов является трудоемкость каменной кладки, при которой возможность механизации процессов практически сведена к нулю. Несущая способность каменной бутовой кладки достигается правильным подбором камней и растворов, соблюдением технологии укладки камней, расчетной шириной и высотой кладки.
Для бутовой кладки используют рваные камни, получаемые при взрывных работах. Бутовую кладку ведут на цементном растворе, "под лопатку", с полным заполнением швов или "под залив'1. Кладка "под залив" допускается только для фундаментов зданий III класса высотой не более двух этажей. Для этого бутовый камень укладывают рядами высотой 15-25 см враспор со стенками траншей или опалубки без выкладки верстовых рядов, но с расщебенкой пустот и послойно заливают раствором. Подвижность раствора должна соответствовать погружению стандартного конуса на 20-30 см. Лучшая форма камней — постелистая, то есть когда камни имеют две приблизительно параллельные плоскости. До начала кладки камни очищают от пыли и грязи и смачивают водой. Дно траншеи под бутобетонный фундамент желательно уплотнить и первые слои кладки устанавливать не менее чем на пятисантиметровый слой цементного раствора, тщательно заполняя все пустоты между камнями. Толщина швов кладки должна быть минимальной (10-15 мм), так как от толстых швов камни оседают, и кладка разрушается со временем. Для того чтобы добиться минимальных швов и качественной их перевязки, камни должны иметь различные размеры. Однако, учитывая, что все работы выполняются вручную, вес отдельных камней не должен превышать 30-35 кг. Первый (нижний) ряд, углы и места пересечения стен выкладывают из камней больших размеров так, чтобы камни лежали как можно устойчивей. Для этого каждый камень приходится несколько раз переворачивать, пока не будет найден оптимальный вариант его расположения.
В местах, где камни не ложатся на основание, выполняют расщебенку, то есть подкладывают мелкие камушки в виде клиньев. При расщебенке мелкие камни подбивают молотком или кувалдой. После этого ряд кладки заливают жидким раствором до заполнения всех пустот. Пустоты заполняют мелкими камнями, выравнивая ряд кладки. Дальнейшую кладку ведут на густом пластичном растворе с осадкой стандартного конуса 40-60 мм. Кладку ведут горизонтальными рядами толщиной до 30 см, с подбором камней по высоте, их приколкой, расщебенкой пустот и соблюдением перевязки швов. Не допускается соприкосновение камней друг с другом без промежуточного шва. Второй и последующие ряды выкладывают из камней толщиной не более 300 мм. Каждый последующий камень кладут так, чтобы он как можно плотнее лег на предназначенное для него место с минимумом раствора. Вертикальные швы ранее уложенных камней обязательно перекрывают камнем, уложенным сверху Причем, перевязка осуществляется как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Для этого верхний камень сдвигается относительно нижнего на размер не менее чем на 1/4 его длины. Уширение бутовой кладки фундаментов производится уступами, в каждом уступе должно быть уложено не менее двух рядов кладки. Камни верхнего ряда каждого уступа перевязывают вышележащей кладкой. При этом кладка должна вестись таким образом, чтобы передача вертикальной нагрузки от одного камня другому происходила по всей плоскости, а не в отдельных ее точках. Несоблюдение этого правила может вызвать сдвиг камней и, как следствие, разрушение кладки.
При перерывах в бетонировании более чем на 6 часов верхний ряд камней заливают бетоном только на половину их высоты. Разница в высоте бутовой кладки между смежными участками, а также высота временных разрывов кладки не должна превышать 1,2 м. Если по условиям производства работ высота разрывов превышает 1,2 м, принимают меры, обеспечивающие монолитность кладки.
Бутовые фундаменты в траншеях с вертикальными стенками могут быть устроены без опалубки. Для предотвращения осыпания грунта боковые стенки траншеи закрывают кусками толя или рубероида. Особенно возрастает опасность осыпания стенок траншеи в песчаных грунтах. Если опасность осыпания грунта высока, то бутовую кладку ведут в деревянной или инвентарной опалубке, которую по мере заполнения передвигают по вертикали и горизонтали. Инвентарные опалубки — это конструкция многоразового использования, достоинство которой заключается в большом количестве вариантов установки. Это качество инвентарной опалубки особенно ценно при сооружении фундаментов с большим количеством углов. Кроме того, использование инвентарной опалубки повысит качество работ и снизит риск распирания щитов под тяжестью монолитного бетона. Точность установки опалубки проверяется с учетом допускаемых отклонений, оговоренных проектом, а ее раскрепление выполняют при помощи специальных приспособлений (натяжные крючки, болты, подкосы и т.п.). Для этого в каркасе опалубки могут предусматриваться специальные отверстия с шагом не более 100 мм, что позволяет соединить щиты любых типоразмеров между собой по любым граням.
Бутобетонная кладка напоминает кладку "под залив". Камни при этом можно выкладывать прямо по грунту, но практика показывает, что лучше всего. когда в качестве подстилающего слоя служит бетонная масса толщиной 150-200 мм. Втапливать камни нужно так, чтобы они находились не менее чем на 50-60 мм от опалубки, а расстояние между ними составляло не более 40-60 см Подготовка бетонной смеси и втапливание в нее камней должно происходить в промежутке времени, не превышающем 1,5 часа, пока бетонная масса не потеряла подвижности. Особенностью бутобетонной кладки является то, что подвижность раствора составляет всего 10-20 мм, а для лучшего заполнения пустот и уплотнения раствора его вибрируют площадочными вибраторами. Перерывы в работе допустимы только после окончания вибрирования раствора в последнем уложенном слое камней. При перерывах продолжительностью более одних суток в сухую и ветреную погоду бутобетонная кладка должна быть защищена от высыхания. Перед возобновлением работы после перерыва выложенная кладка должна быть очищена и увлажнена для обеспечения нормального сцепления раствора последующего ряда. Для лучшего сцепления застывший раствор желательно насечь острым предметом, удалив отколовшиеся частицы раствора.
Фундаменты из сборного железобетона могут быть сплошными и прерывистыми. Их сооружают из сборных железобетонных фундаментных блоков. Блоки выпускают шириной 300, 400. 500 и 600 мм соответственно под толщину кирпичных стен. При необходимости расширить площадь основания под блоки устанавливают железобетонные блоки-подушки (рис. 2). В фундаментной стене блоки укладывают вплотную друг к другу, а подушки — или вплотную, или с разрывами. В бесподвальных зданиях в целях экономии железобетона и снижения стоимости подвала блоки можно устанавливать с разрывами, но количество этажей при этом не должно быть больше двух, а конструкция стен — выполнена в облегченном варианте.
Рис. 2. Фундамент из сборного железобетона с блоками - подушками;
Технология прерывистых фундаментов позволит сэкономить до 20-25% блоков, что скажется на их себестоимости (рис. 3). При устройстве прерывистых фундаментов нужно выполнить специальный инженерный расчет, но в любом случае расстояние между блоками или подушками не должно превышать 0,7 м. Промежутки между подушками заполняют грунтом с послойным трамбованием. При этом вертикальные швы между блоками обязательно должны находиться над блоками-подушками. Сооружение прерывистых фундаментов не допускается на торфяных, илистых и других грунтах со слабой несущей способностью.
Рис. 3. Прерывистый ж/б фундамент: 1 — блоки-подушки, установленные с интервалам; 2 — фундаментные блоки.
Подушки устанавливают на песчаное основание, уплотненное трамбовками. Блоки устанавливают на растворе с хорошим заполнением швов. В домах с подвалами выполняют гидроизоляцию, о которой мы расскажем ниже.
К достоинствам этого типа фундаментов относят простоту монтажа и сокращение времени на сооружение нулевого цикла, что очень важно при сжатых сроках строительства. Такие фундаменты можно нагружать практически сразу же после их монтажа, то есть монтировать подвальное перекрытие, приступать к кирпичной кладке и т.д. К недостаткам фундаментов из сборных железобетонных блоков можно отнести необходимость применения грузоподъемной техники, что существенно сказывается на себестоимости работ.
Монолитные фундаменты
Монолитные фундаменты могут быть простыми и армированными. Армированный бетон называют железобетоном. Строительство монолитного фундамента предполагает сооружение деревянной опалубки из отдельных досок или инвентарных щитов. Если при укладке бетона в него добавляют камни (общей массой 30-40% от массы бетона), то такой бетон называют бутобетоном. Прочность бутобетона такая же, как и бетона, но его применение значительно сокращает расход цемента, что сказывается на стоимости строительства. Простые монолитные фундаменты сооружают из бетона марки 50 и выше.
Монолитные ленточные фундаменты, усиленные арматурным каркасом, являются самой надежной конструкцией и поэтому применяются очень часто. В домах бесподвальной конструкции бетон можно заливать, используя вместо опалубки вертикальные стенки траншеи. Но такая технология приводит к повышенному расходу бетона и экономически неоправданна. Опалубка снизит потери бетона, позволит выполнить строго фиксированную толщину фундамента. Доски от разобранной опалубки в дальнейшем можно использовать для изготовления подмостей, черновых полов, обрешетки кровли и для других строительных нужд. Опалубку устанавливают на песчаную подушку. Пиломатериалы, применяемые для изготовления опалубки, подбирают из хвойных пород. Допускается использование лиственных пород древесины (осина, ольха и т.д.) для изготовления креплений и распорок.
Арматурные каркасы собирают из заранее заготовленных стержней и хомутов. Смещение арматурных стержней при их установке в опалубку не должно превышать 1/5 наибольшего диаметра стержня, а отклонение от проектной толщины защитного слоя бетона не должно превышать 3 мм для толщины защитного слоя бетона 15 мм и менее 5 мм для толщины защитного слоя более 15 мм.
При установке арматуры необходимо произвести проверку опалубки и устранить выявленные дефекты. Арматуру устанавливают на относе от опалубки, обеспечивая нужную толщину защитного слоя бетона.
Непосредственно перед бетонированием фундамента опалубка должна быть очищена от мусора и грязи, арматура — от отслаивающейся ржавчины. Щели в деревянной опалубке должны быть заделаны. Подготовленные к укладке бетона поверхности затвердевших рабочих швов непосредственно перед бетонированием рекомендуется покрывать цементным раствором толщиной 20-25 мм или слоем пластичной бетонной смеси. При бетонировании защитный слой бетона должен составлять не менее 50 мм.
Монолитность бетонной конструкции фундамента обеспечивается непрерывным бетонированием. Если это сделать не удается, — устраивают рабочие швы. под которыми понимают плоскость стыка между затвердевшим старым и свежеуложенным бетоном. Рабочие швы могут быть горизонтальными или вертикальными, но никогда их не делают наклонными. Возобновлять прерванное бетонирование можно только в том случае, если бетонная смесь приобрела прочность не менее 1 МПа, а также если ранее уложенная бетонная смесь при вибрации разжижается, то есть процесс ее кристаллизации находится еще в начальной стадии. Перед началом укладки бетона поверхность рабочего шва промывают, а цементную пленку очищают стальной щеткой.
Свежеуложенный бетон нужно прикрыть рогожей, мешковиной или другой плотной тканью, которую поддерживают во влажном состоянии, периодически смачивая водой. Снимать опалубку можно не ранее чем через 10 дней после окончания бетонирования. Нагружать монолитные фундаменты перекрытием и кирпичной кладкой можно только после полного схватывания бетона. Монолитный фундамент, выполненный по указанной технологии, обеспечит равномерную усадку стен без трещин и перекосов.
Столбчатые фундаменты
Столбчатые фундаменты обычно возводят для легких строений — деревянных и каркасных конструкций. Но при определенных условиях столбчатые фундаменты можно сооружать и для кирпичных стен. Столбчатые фундаменты дают высокий экономический эффект, когда по геологическим условиям требуется глубокое заложение подошвы фундамента (рис. 4). В этом случае сооружение ленточных фундаментов влечет за собой повышенные нерациональные расходы материальных и трудовых ресурсов, за исключением варианта, когда фундаменты служат стенами встроенного подвала. Несмотря на кажущуюся простоту, столбчатые фундаменты конструктивно могут существенно отличаться друг от друга. Столбы могут быть каменные, кирпичные, бетонные, бутобетонные, железобетонные и даже деревянные. Их обязательно устанавливать под все углы здания, в местах пересечения стен, под стойками каркаса, тяжелыми несущими простенками и другими местами, где сосредотачиваются максимальные нагрузки.
Рис. 4. Столбчатый фундамент (размеры » мм):
Столбчатые фундаметы
Деревянные столбчатые фундаменты — стулья часто устанавливают под легкие дворовые постройки брусчатой, бревенчатой или каркасно-щитовой конструкции (рис. 5). Деревянные столбы из дуба или лиственницы (в редких случаях из сосны) устанавливают в отрытые котлованы строго вертикально, обращая их комлями вниз. Чтобы увеличить несущую опорную площадь столба и придать ему устойчивость, нижние концы стульев опирают на деревянную крестовину с подкосами.
Рис. 5. Деревянные фундаменты А — лежни; Б — свайки.
Деревянную крестовину изготавливают из двух пластин длиной до 70 см, соединенных между собой крест-накрест. В верхнем бруске крестовины делают гнездо, а в нижнем конце стула — шип, обеспечивающий устойчивость соединения. Вместо деревянной крестовины можно устанавливать бетонную подушку, что повышает надежность опорной части столба.
Перед установкой деревянный столб следует антисептировать, что продлит срок его службы. Суть антисептирования заключается в обработке древесины специальными растворами, препятствующими биологическим разрушениям и образованию плесени. Для этого древесину обрабатывают токсичными для грибков химическими веществами — антисептиками Эффективный антисептик должен обладать высокой токсичностью по отношению к грибкам, быть стойким, хорошо проникать в древесину, не иметь неприятного запаха. Кроме того, антисептик должен быть безвредным для человека и животных, не снижать физико-механических свойств древесины и не должен вызывать коррозийных процессов в металлических крепежных деталях. Для защиты древесину столбов часто обрабатывают горячим битумом, закрывают рубероидом или обжигают. Способы обработки можно объединить воедино — древесину антисептировать, обуглить, пропитать битумом или отработанным машинным маслом и обмотать рубероидом. Чем лучше будет обработан деревянный столб, тем большим будет срок его службы. Высота защитной обработки должна быть на 30 см больше глубины заложения столба в грунте. Верх установленных столбов выравнивают по шнуру и гидравлическому уровню или нивелиру.
Каменные и кирпичные столбы выполняют из бутового камня, камня — плитняка, хорошо обожженного красного кирпича (плохо обожженный кирпич быстро разрушается в земле, втягивая в себя большое количество влаги) (рис. 6). Для устройства столбов подбирают постелистые камни твердых горных пород (рис. 7). Лучше всего для этого подходит гранит как наиболее стойкая горная порода. Гранитные камни не боятся агрессивного воздействия грунтовой влаги и могут веками находиться в земле, не разрушаясь. Такие фундаменты прекрасно воспринимают вертикальные нагрузки, но боятся боковых сдвигов. Минимальные размеры каменных столбов из бутового камня — 60 х 60 см, из кирпича 51 х 51 см. Столбы можно армировать по высоте через каждые 25-30 см арматурной сеткой или проволокой. Под одноэтажные здания допустимо возведение угловых столбов из кирпича размером 38 х 38 см, а промежуточные — 38 х 25 см.
Рис. 6. Фундаментный столб из обожженного кроемого кирпича:
Рис. 7. Каменный фундаментный столб из твердых горных пород:
Не следует возводить каменные столбы под легкие строения на пучинистых грунтах, так как существует реальная угроза расслоения столба, при котором верхняя его часть поднимется вместе с грунтом, а нижняя — останется на месте. При этом место расслоения может полностью или частично заполниться грунтом, поэтому при прекращении действия сил морозного пучения фундамент не станет на свое место. В результате получится перекос здания и в ограждающих конструкциях здания появятся трещины.
Фундаменты из железобетонных столбовмогут быть монолитными и сборными. Сборные столбы собирают из железобетонных конструкций промышленного производства или изготавливают непосредственно на строительной площадке. Часто для этого используют отходы железобетонных конструкций (обрубки свай, пасынки линий электропередач и т.п.). В сборных конструкциях подушки и столбы изготавливают отдельно и монтируют во время установки. Столбы устанавливают под углами зданий, в местах пересечения стен и под несущими простенками. Расстояние между столбами определяется расчетом. Но в любом случае это расстояние не должно превышать 2,5-3 м. Сверху между столбами устанавливают сборный железобетонный ростверк или монолитный армированный пояс. В современной практике широко распространено использование в качестве ростверка типовых железобетонных перемычек, которые применяют для перекрытия проемов. В этом случае расстояние между столбами должно соответствовать длине типовых перемычек.
Свайные фундаменты
Свайные фундаменты применяют для передачи больших нагрузок при строительстве на слабых грунтах. Для веранды фундаменты чаще всего выполняют в виде буронабивных свай (рис. 8), так как забивные сваи для малоэтажных строений применяются крайне редко. Буронабивные сваи представляют собой разновидность столбчатых фундаментов, которые изготавливают по месту в пробуренных скважинах. Такая технология возведения фундаментов используется на слабонесущих грунтах с высоким уровнем грунтовых вод и даже на плывунах, когда требуется сохранить рельеф местности.
Рис. 8. Свайный фундамент: А — общий вид с расширенной верхней частью из-за выработки грунта бурам (выделено пунктирам); В — вид в разрезе;
Буронабивные фундаменты обычно делают методом бетонирования, заливая бетон в предварительно пробуренные скважины. Прочность бетона усиливают арматурным каркасом. Опалубкой для буронабивного фундамента служит сам грунт, если его пробурить диаметром 200-250 мм на глубину 90-150 мм в зависимости от состояния грунтов Для бурения скважины подходят ручные, бензиновые или электрические буры, которыми современная промышленность обеспечивает садоводов и застройщиков. Менее трудоемкий процесс бурения скважин состоит в использовании специальной бурильной техники, имеющейся на вооружении в энергетических предприятиях.
Определяют глубину заложения столбчатого фундамента уровнем промерзания грунта в данном регионе. Если же под буронабивной фундамент приходится грунт раскапывать, то можно в качестве опалубки использовать металлические или асбоцементные трубы соответствующего диаметра.
Для того чтобы исключить выталкивание буронабивного фундамента вспучивающимся при морозах грунтом, его оголовник (на 500-600 мм ниже уровня земли) изолируют от грунта чехлом из оцинкованной кровельной стали или несколькими слоями поливинлхлоридной пленки. В этом случае вспучивающийся грунт скользит по чехлу или поднимает его, а фундамент остается неподвижным. Это самый надежный метод строительства фундаментов на вспучивающихся грунтах, гарантирующий целостность фундамента, а следовательно, и стен строения.