Особенности фундаментов для веранды, крыльца, террасы

Конструктивную схему веранды обычно закладывают в процессе проектирования дома. В этом случае веранда имеет общий с основным домом фундамент, который принимает на себя перераспределенную нагрузку от всего строения в целом. Такое конструктивное решение исключает перекосы и другие неприятные явления, связанные с просадками грунтов и их морозным пучением. Но возможны варианты, когда веранду пристраивают к уже существующему зданию. И здесь, несмотря на кажущуюся простоту, скрывается очень много подводных камней, обойти которые можно, только зная азы строительных технологий. Дело в том. что веранда в большинстве случаев является неотапливаемым помещением, а поэтому силы, действующие на фундаменты основного здания и на фундаменты пристроенной веранды, могут существенно отличаться. Для пристроенной веранды вариант общих с домом фундаментов не является лучшей конструкцией, так как различные нагрузки на фундаменты дома и пристроенного помещении могут привести со временем к перекосам. Особенно ощутимой является разница в действиях сил морозного пучения грунта, недооценка которых часто приводит к плачевным последствиям.

Глубина заложения

Глубина заложения — расстояние от подошвы до спланированной отметки грунта зависит от ряда условий. К таким условиям относят:

• вид здания и его конструктивные особенности (наличие подвалов, количество этажей и т.д.);
• величины и характер нагрузок, действующих на фундамент;
• глубины заложения фундаментов примыкающих зданий;
• геологические и гидрогеологические условия площадки;
• возможности пучения грунта при промерзании и осадки при оттаивании.

При больших нагрузках на основание подошву фундаментов заглубляют в грунт до того слоя, несущая способность которого позволяет обеспечить допустимые осадки дома. Если эти слои расположены выше расчетной глубины промерзания пучинистого грунта, подошву фундаментов все равно закладывают ниже глубины промерзания, чтобы исключить действие сил морозного пучения. При этом должна обеспечиваться устойчивость (неподвижность) здания. В некоторых случаях допускаются исключения из этого правила, при условии, что силы морозного пучения на подошву фундамента, достигающие 20-60 тс/м2 и более, уравновешиваются весом здания. Касательные силы пучения, которые действуют по боковой поверхности фундаментов при смерзании с грунтом, в 5-10 раз меньше нормальных и могут уравновешиваться весом зданий (рис. 1).

Рис. 1. Воздействие на фундамент, сил пучения: А — подошва фундамента находится в пределах глубины промерзания. В — при размещении подошвы фундамента регулярно отапливаемого дама ниже глубины промерзания; В — при различении подошвы фундамента неотапливаемого дома ниже глубины промерзания:

1. фундамент;
2. цоколь;
3. обратная засыпка, σ — нормальные силы пучения; τ - касательные силы пучения; N — нагрузка от дама; d_f — глубина промерзания; d_f^` - глубина промерзания отапливаемого дама; d_f^" — глубина промерзания неотапливаемого дома; d_T — глубина траншеи; h_f — деформация пучения грунта; S_u — величина перемещения фундамента.

Строительные нормы предусматривают дополнительные меры, снижающие вредное влияние пучения грунта. К таким мерам относятся:

• замена пучинистого грунта на непучинистый (песок);
• покрытие поверхности фундаментов в пределах слоя замерзающего грунта консистентной смазкой или полимерной пленкой;
• засоление грунта веществами, не вызывающими коррозии бетона и арматуры.

Большинство этих мер противоречит экологическим требованиям, к которым, в недалеком прошлом, в нашей стране длительное время не прислушивались. В непучинистых грунтах при достаточно большом промерзании глубину заложения фундаментов выбирают не менее расчетной глубины промерзания грунта. Но в любом случае эта глубина не должна быть меньше 0,5 м.

Глубокой закладкой фундаментов снижают отрицательное влияние сил морозного пучения грунта. Но одним увеличением глубины закладки подошвы фундамента не удается полностью избежать отрицательного воздействия сил морозного пучения грунта. Дело в том, что силы морозного пучения действуют не только снизу, но и с боковой стороны фундамента (касательные силы). Касательные силы морозного пучения возникают за счет примерзания грунта к стенкам фундамента. Уменьшить это влияние можно несколькими способами:

• уменьшением боковой поверхности фундаментов;
• созданием на боковой поверхности скользящего слоя при помощи материала с низким коэффициентом трения;
• защитой грунта около фундамента от промерзания при помощи "экранов”, сочетающихся с защитой от переувлажнения (дренаж, отмостки, ливневая канализация);
• приданием фундаменту трапециевидной формы (сужение кверху);
• засыпкой пазух фундамента непучинистым грунтом;
• сооружением мелко заглубленных фундаментов.

В верандах с подвалом глубина заложения подошвы фундаментов относительно пола подвала должна быть не менее 0,5 м. При плотных или укрепленных грунтах фундамент можно не заглублять в грунт, т.е. принимать глубину его заложения, равную толщине подготовки под полы подвала.

Во всех остальных случаях глубокая закладка фундаментов веранды является экономически нецелесообразной. Для малонагруженных фундаментов веранды глубокое заложение подошвы приводит к удорожанию нулевого цикла на 25-50%, но, как было сказано выше, не спасает от действия сил морозного пучения. В легких верандах эти силы обычно превосходят нагрузку, действующую на фундамент, вследствие чего последние поднимаются вместе с грунтом и деформируются. В конечном итоге это приводит к перекосам стен веранды и она приходит в аварийное состояние. В индивидуальном малоэтажном строительстве часто в качестве фундаментов на естественном основании используются ленточные фундаменты из блоков типа ФБС или плит типа ФЛ, которые укладывают рядами с заглублением подошвы ниже глубины промерзания В зданиях, построенных на таких фундаментах, при промерзании сильнопучинистых грунтов всего на 0,6 м (высоту верхнего ряда блоков) происходят деформации пучения. Обратная засыпка попадает между фундаментными блоками (рис. 2), в результате чего весной блоки не могут вернуться в исходное положение. Причиной этого может быть недостаточность веса строения для преодоления трения талого грунта по боковой поверхности фундамента, попадание обратной засыпки между перемещавшимися в разное время фундаментными блоками, попадание грунта в образовавшуюся полость между фундаментными блоками и т.п. Деформации с годами накапливаются и в наружных ограждающих конструкциях появляются трещины. Особенно большим деформациям подвержены легкие и холодные веранды.

Рис. 2. Деформации фундаментов сборного типа при промерзании пучинистого грунта: N — нагрузка от дома; d_f — глубина промерзания; S_u — величина перемещения фундамента; h_f — деформация пучения грунта;

1. перемещение грунта обратной засыпки в зазоры между блоками;
2. перемещение грунта обратной засыпки в зазоры между блоками.

Из всего вышесказанного следует, что в средне и сильнопучинистых грунтах вместо ненадежных 2-4 рядов фундаментных блоков, уложенных на цементном растворе ниже глубины промерзания, лучше применять железобетонный фундамент высотой в один ряд блоков, соединенный с внутренними фундаментами в единую пространственную раму. Такой фундамент устраивают на песчаногравийной подушке, высота которой значительно меньше расчетной глубины промерзания. То есть для легких веранд целесообразно применение ма-лозаглубленных фундаментов, которые обеспечивают:

• снижение стоимости за счет сокращения трудоемкости, расхода материалов и сроков производства работ нулевого цикла;
• достаточно полное использование несущей способности грунтов и материалов фундаментов;
• сокращение объемов опалубочных, арматурных и земляных работ;
• возможность устройства фундаментов с практически одинаковой эффективностью в различных погодных и грунтовых условиях.

При устройстве фундаментов немаловажное значение имеет не только правильный выбор глубины заложения фундаментов, но и выбор самой конструкции фундамента применительно к местным условиям, грамотная разбивка и качественное выполнение работ в процессе устройства фундаментов. Простейшие расчеты и вариантное конструирование фундаментов с учетом применения различных материалов и способов их укладки позволяют найти оптимальные решения. При этом фундамент становится не только надежным, но и более экономичным.

Нагрузки

Нагрузка, передаваемая фундаментом, вызывает в основном напряженное состояние основания и деформирует его. Примерная форма напряженной зоны грунта основания изображена на рис.3.

Рис. 3. Формирование напряженной зоны грунта под подошвой фундамента: N — нагрузка от здания; N1 — глубина напряженной зоны (зависит от веса здания); N2 - ширина напряженной зоны (в 4-6 раз шире подошвы фундамента); 1 — подошва фундамента.

Как видно из рисунка, глубина и ширина напряженной зоны значительно превосходит ширину подошвы фундамента. По мере углубления ниже подошвы фундамента область распространения напряжений расширяется, но до известного предела, а ее абсолютное значение уменьшается. Например, если напряжение под подошвой фундамента принять за единицу, то на глубине, равной ширине фундамента, оно уменьшается до 0,34 единицы для фундамента квадратного в плане и до 0,55 единицы — для ленточного фундамента.

Прежде чем определиться в выборе типа фундаментов для веранды, нужно узнать общее давление на грунт, которое при определенной опорной площади фундамента не должно превышать расчетное сопротивление грунта. Нагрузки, действующие на основание фундаментов, состоят из нескольких составляющих: веса строительных материалов, конструктивных особенностей межэтажного и чердачного перекрытий, вида кровельного материала, конструкции кровли, влияющей на снеговую нагрузку, эксплуатационных нагрузок и т.д. Величина этих нагрузок определяется удельным весом материалов, которые используются при строительстве здания. Общая нагрузка, действующая на 1м² подошвы фундамента, будет равна сумме нагрузок от снега, крыши, чердачного перекрытия, наружных ограждающих конструкций, пола с установленной на нем мебелью и самого фундамента. Чтобы избежать ошибки при расчете несущей способности фундамента, ее принимают с определенным запасом. На практике, учитывая возможные ошибки при определении свойств основания, несущую способность фундаментов принимают с 25-30 %-ным запасом. Уменьшение этого запаса приводит к риску просадок фундамента (особенно в первые годы эксплуатации здания), а излишняя страховка влечет за собой удорожание строительства.

Ориентировочную общую нагрузку можно вычислить при помощи приведенных таблиц 1, 2, 3, 4.

Таблица 1. Удельный вес 1 м³ фундамента

Таблица 2. Удельный вес цокольных и междуэтажных перекрытий 1 м³ стен (Р_у.пер)

Таблица 3. Удельный вес 1 м³ стен (Р_ус)

Таблица 4. Удельный вес 1 м³ покрытия прологом до 4,5м(Р_уп)

Просуммировав все предполагаемые нагрузки и сопоставив их с несущей способностью грунта, нетрудно определить площадь подошвы фундамента для конкретного здания.

При устройстве фундаментов на пучинистых грунтах необходимо иметь четкое представление о том, что строительство легких зданий (которыми являются веранды) и ввод их в эксплуатацию должны осуществляться за один строительный сезон. Фундаменты, возведенные в пучинистых грунтах и оставленные на зимнее время без нагрузки (без стен, перекрытий и крыши), могут деформироваться. Непредвиденные деформации могут возникнуть и в том случае, когда построенная веранда в зимнее время не отапливается, а глубина заложения фундамента была рассчитана на тепловой режим отапливаемой веранды.

Влияние теплового режима здания на промерзание грунтов (т,) можно определить по таблице 5.

Таблица 5. Влияние теплового режима здания на промерзание грунтов

Деформационные швы

Если принимается решение о возведении независимого от основного здания фундамента для веранды, террасы, крыльца, то без деформационного шва не обойтись. Назначение такого шва — компенсировать колебания фундаментов относительно друг друга. Колебания могут возникать по различным причинам. Это и разница в нагрузках на эти фундаменты, в температурных режимах почвы под подошвами фундаментов, в исходных материалах для самих конструкций фундаментов и т.д. Разность в осадках основного фундамента здания и фундамента веранды, террасы, крыльца должна быть в любом случае минимальной. На рис. 4 показаны три варианта расчетных глубин заложения пристраиваемых фундаментов. Глубина обоих фундаментов может быть как одинаковой, так и отличаться по глубине заложения в ту или другую сторону. В случае, если необходимо помимо компенсации вертикальных смещений фундаментов, обеспечить и их горизонтальную стабильность, в конструкции пристраиваемого фундамента предусматривают шпунтовые "зацепы", варианты которых показаны на рис. 5. При фактическом наличии разных глубин заложения и необходимости переходов подошвы фундамента от высоких к низким отметкам, и наоборот, делать это надо уступами. Высота таких уступов должна быть в пределах 0,5-0,7 м, при длине 1-1,2 м каждый. Увеличивать высоту уступов можно только в очень плотных грунтах, но не более 1 м.

Рис. 4. Устройство фундамента рядом с существующим зданием: А — фундаменты на одной отметке; Б — новый пристраиваемый фундамент на более ниткой отметке; В - пристраиваемый фундамент на более высокой отметке; Г — оба одноуровневые фундамента имеют шпунтовую стенку (зацеп);

1. деформационный шов;
2. отметка основного фундамента;
3. отметка пристраиваемого фундамента;
4. шпунтовая стенка (зацеп).

Рис. 5. Устройство шпунтового ограждения (зацепа): А — разрез; Б — план стены; В - план фундамента;

1. фундамент;
2. стенка;
3. шов фундамента;
4. шов стены;
5. зазор для осадки;
6. шпуктовый "зацеп"