Мелкозаглубленный фундамент на участке с уклоном

Величина заглубления столбчатых, ленточных и плитных фундаментов на естественном основании под тяжелыми сооружениями может доходить до 2,5 м. При большем заглублении эти фундаменты экономически невыгодны и тогда переходят на свайные.
При возведении загородных домов строители, «идя навстречу пожеланиям заказчиков», более чем на 1,9 м фундаменты не заглубляют. В «тяжелых» домах заглубленные фундаменты надежны и несмотря на высокую стоимость в принципе их можно применять.
Из множества малоэтажных загородных домов, построенных на пучинистых грунтах, 90...95% относятся к категории «легких», потому что вес их меньше, чем касательные силы пучения, действующие по заглубленной боковой поверхности фундаментов. Для обеспечения устойчивости и, следовательно, надежности подобных фундаментов в пучинистых грунтах необходимо «устройство защиты сезоннопромерзающего грунта вблизи фундамента от избыточного увлажнения, покрытие поверхности фундамента... консистентной смазкой, полимерной пленкой, засоление грунтов... и др.» (Пособие к СНиП 2.02.01-83, п.2.151).
Эти мероприятия достаточно трудоемкие и не всегда надежные. Возможна также замена пучинистого грунта на непучинистый, устройство дренажа вокруг дома с целью понижения уровня грунтовых вод и степени пучинистости грунтов, устройство утепления вокруг фундаментов для уменьшения глубины промерзания. Такие фундаменты получаются дорогими по расходу бетона и общей стоимости работ.
Надежность фундаментов можно также обеспечить, если сделать их мелкозаглубленными. Мелкозаглубленные фундаменты в 1,5-2,0 раза дешевле заглубленных и не требуют применения перечисленных выше мероприятий. Мелкозаглубленные фундаменты находят все большее применение в практике строительства. За последние 15 лет на них по всей России построены тысячи домов.
В непучинистых и слабопучинистых грунтах под деревянные дома можно устраивать столбчатые, ленточные, плитные, сборные и монолитные фундаменты. Под кирпичные дома рекомендуется применять столбчатые фундаменты только в непучинистых грунтах.
В средне- и сильнопучинистых грунтах под легкими домами можно устраивать монолитные железобетонные ленточные и плитные фундаменты. Последние рекомендуется применять на слабых грунтах (торфяных, заболоченных, неслежавшихся отсыпных и т. п.), а также при высоком уровне грунтовых вод для дома с цокольным этажом.
В пучинистых грунтах под малоэтажными домами наибольшее применение получили мелкозаглубленные ленточные фундаменты. Поэтому в дальнейшем заглубленные фундаменты под малоэтажными легкими домами мы рассматривать не будем из-за нецелесообразности их применения.
Рациональная глубина заложения мелкозаглубленных фундаментов зависит от величины нагрузок от дома и степени пучинистости грунтов. Как показывают расчеты, устойчивость таких фундаментов в пучинистых грунтах под легкими домами обеспечивается при заглублении их подошвы до 0,2...0,5 м от поверхности грунта с учетом соответствующей ширины траншей и котлованов. Под столбчатые фундаменты, камины, печки, крыльца отрывают отдельные котлованы. Там, где траншеи проходят рядом, нет смысла оставлять между ними небольшие участки грунта, поэтому в этих местах тоже отрывают котлованы.

Влияние уклона на параметры мелкозаглубленного фундамента

Чтобы показать, как влияет уклон строительной площадки на конструкцию фундамента и технологию работ, необходимо рассмотреть, из каких частей складывается высота фундамента — цоколя как единой конструкции. В общем случае эта высота включает(рис. 1):
— величину заглубления фундамента;
— высоту планировки;
— высоту отмостки у цоколя;
— расстояние от отмостки до верхнего обреза цоколя.

Рис.1. Основные параметры мелкозаглубленного фундамента: а - ширина цоколя; в - ширина подошвы фундамента; d - ширина траншеи (котлована); hт - глубина траншеи; hф - глубина заложения фундамента; hп - толщина противопучинистой подушки; hр - толщина плодородного слоя грунта

Вертикальную планировку и отмостку устраивают для отведения ливневых и паводковых вод от дома. Их общая высота у цоколя должна быть не менее 20 см (10см — толщина отмостки и 10 см — высота вертикальной планировки под отмосткой). Отмостка шириной 0,8...1,0 м должна иметь уклон 5%. Далее грунт планируют с уклоном 2...3% от отмостки. Чем больше высота планировки вокруг дома, тем более благоприятный гидрологический режим создается вокруг дома.
Изготовление планировки и отмостки для загородного дома по важности и очередности стоит на втором месте после устройства крыши. Но даже когда крыша еще не готова, планировка и отмостка должны быть сделаны (пусть временно) до периода дождей второй половины осени.
Оценим необходимую высоту цоколя на примере природно-климатических условий Московской области. Среднестатистическая высота снегового покрова в Подмосковье составляет 0,5 м. При цоколе, меньшем по высоте, в деревянных домах нижние венцы сруба окажутся в неблагоприятных условиях, отсыреют и начнут подгнивать. Весной, в марте при положительных температурах воздуха мокрый снег будет интенсивно увлажнять дерево, а ночью мороз превратит эту воду в лед. В таком же положении окажется кирпичная кладка и штукатурка стен.
Можно считать, что материал стен при минимальной высоте цоколя от отмостки в 0,6 м, а от поверхности грунта — 0,8 м, не будет подвергаться подобному воздействию. Следовательно, общая высота мелкозаглубленного фундамента с учетом заглубленной части 0,2...0,5 м составит 1,0...1,3 м. По желанию застройщика высоту цоколя можно увеличить.
В средне- и сильнопучинистых грунтах мелкозаглубленный фундамент в виде монолитной железобетонной ленты обеспечит необходимую жесткость поперечного сечения для воспринятия изгибающих моментов при неравномерных деформациях пучения. Высота цокольного пространства в 0,8 м позволит выполнить необходимые сантехнические работы.
Сначала фундаменты и основания рассчитывают исходя из получения оптимальных размеров при условии обеспечения их устойчивости и экономичности. На втором этапе проектирования учитываются перепады высот на строительной площадке, полученные при геодезической съемке. При необходимости отдельные параметры запроектированных фундаментов и основания уточняют.
Ширину цоколя определяют из условия размещения на нем надфундаментных конструкций. Ширину подошвы фундаментов при известных нагрузках от дома определяют по условию допустимого давления на противопучинную подушку и на грунт в ее основании.
При определении глубины выработок учитывают толщину плодородного слоя грунта, которая может достигать в Подмосковье 40 см. Плодородный слой при устройстве фундаментов полностью удаляют (за исключением районов Черноземья, поскольку там мощность плодородного слоя может достигать 1,0 м и более).
Обычно глубину заложения всех фундаментов дома и дно выработок выполняют на одном уровне, а планировку — горизонтально. Чтобы наглядно показать влияние уклона строительной площадки на параметры фундамента, примем его заглубление равным 0,3 м. Можно было бы принять иное заглубление (0,4; 0,5 м или любое другое), логика принятия последующих решений от этого не меняется. Толщину плодородного слоя зададим равной 0,4 м.

Фундаменты на площадках с малым уклоном

Если перепад высот поверхности грунта между крайними фундаментами постройки меньше принятого проектного их заглубления, то общий уклон строительной площадки можно назвать малым.
Иногда застройщики, чтобы сократить расходы на геодезические работы, и строители низкой квалификации, чтобы не утруждать себя замерами, считают участок горизонтальным в пределах строительной площадки. В действительности же травяной покров и неровности могут скрывать небольшой уклон в 10...20 см.
При разработке траншей и котлованов эта несущественная вроде разница может выявиться. Если на нее и далее не обращают внимания, то после закладки фундамента окажется, что в нижней части площадки высота цоколя от грунта, например, будет 80 см, а в возвышенной части — только 60 см. После вертикальной планировки и устройства отмостки вокруг дома высота цоколя от отмостки с одной из сторон может быть всего в 40 см, чего явно недостаточно для Московской области. Даже продухи, устроенные в цоколе по проекту, могут оказаться ниже отмостки. В этом случае приходится увеличивать высоту цоколя.
В результате объемы выкопанного грунта, засыпанного песка и уложенного бетона могут получиться больше, чем предусматривалось. Только после подсчета затрат станет ясно, что на лишних работах потеряли больше, чем сэкономили на геодезической съемке.
Поэтому перед разработкой грунта необходима геодезическая съемка строительной площадки в пределах габаритов дома, если она не была выполнена раньше во время инженерно-геологических изысканий. Начинать копать траншеи и котлованы следует в наиболее высокой части строительной площадки и все выемки делать на одном уровне (рис. 2а).

Заглубление и высота фундаментов не меняется, но если граница плодородного слоя грунта в какой-либо части строительной площадки находится глубже, то потребуется увеличить глубину траншеи (котлована) до полного его удаления. Для определения глубины в самой высокой точке застройки используют простое выражение:
h_т = h_пв + h_р,
где: h_т — глубина траншеи, h_пв — величина перепада высот площадки, h_р — толщина растительного слоя.

Например, нам известен перепад высот площадки h_пв — 15 см и толщина растительного слоя h_р — 40 см. Тогда h_т = h_пв + h_р = 15+40 = 55 см. Учитывая, что заглубление подошвы фундамента мы приняли в 30 см, то в этой траншее противопучинная подушка будет толщиной 25 см.
Если строительная площадка находится на склоне ниже, чем примыкающая к ней территория, то во время разработки траншей площадку с нагорной стороны надо защищать временным лотком, водосборной канавкой или земляным валом, чтобы ливневые воды не попали в траншеи.
После изготовления фундаментов и снятия опалубки производят обратную засыпку и выравнивание поверхности грунта площадки так, чтобы вертикальная планировка и отмостка вокруг дома находились в горизонтальной плоскости. После изготовления отмостки с нагорной стороны и по боковым фасадам дома устраивают капитальные ливнестоковые лотки.

Фундаменты на площадках со средним уклоном

Если перепад высот поверхности грунта между крайними частями фундамента равен их расчетному заглублению или несколько превышает его (не более чем на 0,2 м), то уклон можно назвать средним. В этом случае принимать самую высокую поверхность площадки при разработке грунта за базовую было бы не верно, так как подошвы фундаментов в пониженной части площадки оказываются на поверхности или выше поверхности грунта.
При разработке грунта на площадке со средним уклоном базовой является самая низкая поверхность в пределах застройки. Часто на площадках уклон идет по диагонали и тогда базовой является самая низкая поверхность на пересечении осей дома.
В принципе фундаменты «легкого» дома можно было бы установить на подсыпке. Однако сыпучая противопучинная подушка при уплотнении может расползаться. Потребуется дополнительный расход песка прb пониженном качестве уплотнения. Надежным решением является устройство фундамента в пониженном месте в уровне поверхности грунта (рис. 2б).
В этом случае уплотняемая подушка ограничивается стенками траншей (котлованов) и этим обеспечивается качество ее уплотнения.
Траншеи в низкой части площадки откапывают на глубину заложения запроектированной противопучинистой подушки, но не меньше глубины залегания плодородного слоя грунта (рис. 3).

Рис.3. К определению глубины траншей (котлованов) с учетом толщины плодородного слоя грунта: 1 - плодородный слой грунта; 2 - вертикальная отсыпка; 3 - расчетная глубина выемки; 4 - практическая глубина выемки

Все остальные выработки делают на одном уровне. Если разность высот площадки равна принятому заглублению фундаментов, то высоту их не меняют, а необходимое заглубление в нижней части площадки обеспечивают последующей отсыпкой грунта.
Если перепад высот больше заглубления фундаментов, то заглубление следует принять равным величине этого перепада. При этом размеры подошвы фундаментов, учитывая большее заглубление, могут быть уменьшены.
В нашем примере, при фактической разности высот 0,5 м вместо достаточного заглубления в 0,3 м вынужденно увеличиваем его до 0,5 м. В этом случае высота фундамента окажется — 1,3 м и толщина подушки под ним — 0,4 м. Ширину траншей следует уточнить расчетом исходя из условия обеспечения устойчивости фундаментов.
Вертикальную отсыпку грунта производят сразу же после изготовления фундаментов. В пределах траншей для этого используют непучинистый грунт, который хорошо уплотняют. За пределами траншей это делают любым грунтом, в том числе и ранее извлеченным из выработок.
При рассмотренном варианте устройства основания и фундаментов обеспечиваются минимальные объемы земляных работ и расхода бетона, а фундаменты получаются надежными и экономичными.
Если вокруг дома планировку и отмостку выполнить с уклоном в сторону естественного понижения участка, то несколько сократятся объемы земляных работ, но по ряду причин устойчивость фундаментов понизится, а стоимость их возрастет.

Рис.4. Схема промерзания основания под фундаментами при наличии уклона: df- расчетная глубина промерзания; d'f; d"f - глубина промерзания под подошвами фундаментов

Как видно из схемы (рис. 4), при одинаковой глубине промерзания грунта в верхней и нижней частях строительной площадки промерзание под фундаментами окажется разным. В пучинистых грунтах это создаст условия для возникновения неодинаковых деформаций пучения под различными частями дома, чего следует избегать.
Расход бетона увеличивается за счет заглубления фундаментов в нижней части площадки. В нашем примере высота фундаментов возрастает до 1,6 м. Для обеспечения их устойчивости при действии касательных сил пучения приходится увеличивать ширину траншей, что в свою очередь, вызовет необходимость вывоза разработанного грунта. Так что и здесь экономии не получается — уложить грунт дешевле, чем вывезти.
Сохранение уклона целесообразно лишь при строительстве домов с цокольным этажом, особенно при устройстве под домом гаража.

Строительные площадки с большим уклоном

Уклон площадки условно считают большим, если перепад высот между крайними частями мелкозаглубленного фундамента намного больше его рациональной глубины заложения (до 1,0 м и более). В этом случае наиболее экономичным решением будет ступенчатое заложение фундаментов (см. рис. 2в). Такое решение имеет свои преимущества и недостатки, усложняет и удорожает производство работ и поэтому целесообразно только при больших уклонах.
В нижней части строительной площадки фундаменты устраивают в уровне поверхности грунта, в верхней части — с заглублением по расчету. Переход с одного уровня на другой осуществляют одним или несколькими уступами. Длина каждого из уступов должна быть не менее чем в два раза больше его высоты (рис. 5), а высота — не более 60 см (см. Справочник проектировщика — «Основания, фундаменты и подземные сооружения», п. 5.4.).

Рис.5. Схема обеспечения устойчивости уступа: L - расстояние между выемками; Δh - высота уступа

В нашем примере при разнице в высотах 1,0 м и глубине заложения фундаментов 0,3 м высота уступа получится равной 0,7 м, что больше рекомендуемой. Чтобы выполнить требования норм, примем заглубление всех фундаментов равным 0,4 м.
Высоту фундаментов верхнего уровня в нашем примере увеличиваем до 1,2 м. На нижнем уровне высоту увеличиваем на разницу между перепадом высот и заглублением: 1,2 + (1,0-0,4) = 1,8 м.
Место перехода фундамента с одного уровня на другой для каждого дома зависит от расположения внутренних его частей в плане и величины уклона участка. Так как на фундаменты нижнего уровня расход бетона значительно увеличивается, следует проектировать дом так, чтобы максимально использовать фундаменты верхнего уровня, вплоть до их устройства на поверхности с последующей отсыпкой грунта.
Уклон отсыпаемого грунта, образующего призму перехода уровней, должен соответствовать углу внутреннего трения в материале отсыпки. С внешней стороны дома переход удобно выполнить ступеньками.
Вокруг фундаментов обратную засыпку производят непучинистым грунтом, за пределами траншей — любым грунтом, в том числе вынутым ранее. Мероприятия по отведению от дома ливневых и паводковых вод (планировка, отмостка, лотки) необходимы те же, о которых мы рассказали раньше.
В зависимости от геологических условий площадки строительства и примыкающей нагорной территории иногда требуется устройство дренажа. Устроенные фундаменты могут стать препятствием естественному перемещению грунтовых вод вниз по склону, что приведет к накоплению влаги и отрицательным последствиям для дома. В зависимости от характера напластования грунтов и величины уклона может потребоваться устройство дренажной завесы с нагорной стороны или дренажной системы вокруг дома на глубину нижнего уровня выработок под фундаменты. Дренажную систему при разработке траншей и котлованов делают до отсыпки противопучинной подушки. Контактный тел: 353-55-75

©Л. Гинзбург, кандидат технических наук. Журнал "Дом" №5/2005 г.