Как рассчитать глубину заложения фундамента

Если воды проходят высоко и при оборудованной дренажной системе, грунт будет оседать. Это особенно актуально для песчаной земли.

Как определить глубину заложения фундамента

Фундаментное основание предназначено для равномерного распределения нагрузки от вышеустановленных конструкций по массиву грунтов, на которых ведется строительство. Необходимость закладки фундамента вызвана тем, что на основание каждого дома в процессе эксплуатации кроме движения грунтов действуют также вес самого строения и изменяющиеся климатические условия. Чтобы противостоять действию этих сил, зданию необходимо прочное и твердое основание, способное принять и равномерно распределить предполагаемые нагрузки. Одним из параметров, определяющих надежность и долговечность строений, является глубина заложения фундаментов, которые могут быть заглубленными, мелкозаглубленными и глубокого заглубления. Последние используются, как правило, при строительстве промышленных или высотных зданий и их расчет отличается высокой сложностью.

Чтобы правильно осуществить расчет глубины заложения фундамента, необходимо учесть:

• глубину залегания грунтовых вод;
• пластовые расслоения грунтов;
• глубину промерзания грунтов;
• содержание агрессивных составляющих в составе грунта;
• марку используемого материала.

Глубина фундамента зависит от места расположения нового дома: рядная застройка или отдельно стоящее здание.

Глубина промерзания грунта

При закладке любого фундаментного основания необходимо иметь в виду, что почва в разных районах имеет разную плотность и водонасыщенность. Узнать об этих особенностях грунта можно у владельцев соседних построек.

Можно воспользоваться специальными картами, где приведены нормативные данные:

Минимальная глубина закладки фундаментов

Фундаментное основание должно закладываться ниже уровня залегания грунтовых вод. В противном случае при вспучивании грунта из-за их замерзания, фундамент может разрушиться, ведь сила сезонных подвижек почвы может составлять от 10 до 15 т/кв.м. При этом неравномерность вспучивания грунта в разных местах участка способна вызвать перекос подушки, что приводит к появлению трещин и в конечном итоге к его разрушению.

Расчет глубины заложения фундамента осуществляется по формуле Hp = Mt*m*Hh, где:

• Hh — глубина промерзания грунта;
• Mt — коэффициент влияния тепла наружных стен здания (Mt = 0,7-1,0);
• m — коэффициент условий эксплуатации здания (m = 1,1).

Теоретически минимальная глубина залегания фундамента составляет:

• 0,5 м — если нет опасности промерзания почвы, а грунтовые воды не приближаются к основанию фундаментной подушки более, чем на 2 м;
• 0,8 м — для непромерзающих грунтов (песок, гравий и др.);
• 0,8 м — для промерзающих грунтов при условии, что грунтовые воды не приближаются к основанию фундамента более, чем на 2 м.;
• 1,0 м -для промерзающих грунтов.

Среднестатистические расчеты показывают, что величина заглубления фундаментов должна составлять не менее 0,9 м. Однако учитывая климатические условия большинства регионов России, специалисты советуют подошву фундаментного основания размещать на глубине 1,1 м, так как возможно пучение почвы во время сильных морозов, характерных для многих регионов России.

Перед тем как рассчитать глубину фундамента, нужно обратить внимание, будут ли отапливаться подвальные помещения. Если да, глубину траншеи для подошвы основания уменьшают на 20-30%; если нет, лучше ее на 10% увеличить. Кроме того, разрешается уменьшать глубину закладки фундамента под внутренними стенами возводимой конструкции.

Обустройство ступенчатого фундамента

Когда различные элементы фундамента должны иметь разную глубину, например, под наружными и внутренними стенами и т.д., переход от одной глубины заложения его подошвы к другой должен осуществляться плавно.

На примере фундамента для двухэтажного дома из кирпича рассмотрен расчет этого перехода на практике:

Если фундаментное основание выполнено из стандартных бетонных блоков, длина ступеней (Ly), при помощи которых осуществляется плавный переход от одной отметки к другой, должна удовлетворять условиям соотношения Ly/hy ≤ 0,5 м.

Что нужно учесть при вычислении глубины заложения фундамента

В строительной практике глубина заложения ЖБ оснований – ленточных, плитных и столбчатых, рассчитывается на основании трех определяющих факторов:

• Геологических условий на строительном участке;
• Конструктивных особенностей возводимой постройки; .

Расчет глубины заложения производится по каждому из 3-ех вышеперечисленных факторов, и в качестве проектной глубины принимается наибольшая из полученных величин ГЗФ.

Геологические условия на строительном участке

Анализ геологический условий стройплощадки необходим для определения глубины размещения несущего слоя почвы, на который должна опираться подошва основания.

Совет эксперта! В качестве несущего слоя выступает прослойка грунта, величина расчетного сопротивления которой превышает 150 кПа.

• В несущий слой почвы подошва основания должна быть заглублена как минимум на 20 сантиметров;
• Общая глубина заложения основания, при любых условиях, не должна быть меньше 50-ти сантиметров;

Также выполняется определение уровня грунтовых вод . В идеале, основание должно закладываться выше этого уровня, однако нередко встречаются ситуации, когда глубина промерзания грунта и УГВ одинаковы, либо грунтовые воды вообще поднимаются выше уровня промерзания.

Рис. 1.2: Дренажная система для отвода грунтовых вод

Если заложение фундамента выше УГВ невозможно, вокруг основания обустраивается дренажная система из труб, опоясывающих периметр фундамента. Наличие дренажной системы позволяет отвести воду от расположенного рядом с фундаментом грунта, благодаря чему уменьшаются силы морозного пучения почвы, возникающие в холодное время года.

Глубина промерзания почвы

Ключевым фактором, влияющим на величину ГЗФ, является глубина промерзания почвы. Особенно важным данный фактор становится в условиях строительства на склонной к пучению почве, к которой относится:

• Влагонасыщенный песчаный грунт;
• Пылистая и мелкая песчаная почва;
• Высокопластичная глинистая почва;
• Глинистый суглинок.

Совет эксперта! Сила пучения – это выталкивающее воздействие, оказываемое грунтом на расположенное в нем основание здания.

Рис. 1.3: Воздействие сил пучения на фундаменты разной глубины заложения

В холодное время года, при промерзании почвы, влага, которой она пропитана, превращается в лед, увеличивая свой объем на 3-9%.

Из-за огромной плотности нижних пластов грунта, увеличившаяся в объеме почва не может расширятся вниз, и она начинает давить вверх, оказывая на основание выталкивающие нагрузки вертикального и касательного воздействия.

Следствием пучения являются деформации оснований – ленточные и плитные фундаменты перекашиваются, стены покрываются трещинами, выпирают оконные и дверные рамы.

Совет эксперта! Глубина заложения основания в пучинистой почве всегда должна быть большей глубины промерзания грунта – на фундамент, расположенный ниже ГПГ, не действуют силы вертикального пучения.

Конструктивные особенности возводимой постройки

Глубина заложения фундамента определяется с учетом следующих конструктивных особенностей возводимого строения:

• Наличие цокольного этажа либо подвального помещения;
• Наличие оснований под отдельно стоящее оборудование;
• Характер и сила нагрузок, которые здание будет оказывать на несущий фундамент (ветровые, снеговые и от массы сооружения);

Рис. 1.4: Ленточный фундамент подвального помещения и воздействие на него грунтовых вод

Совет эксперта! Ленточные фундаменты, если будет возводится подвальное помещение, заглубляются на 50 сантиметров ниже крайней точки его пола, столбчатые фундамента – ниже на 150 см.

Факторы, определяющие глубину заложения основания

При возведении бетонных и железобетонных оснований учитывается 3 основных фактора:

1. Геологические условия.
2. Глубина промерзания почвы.
3. Особенности возводимой конструкции.

Разберем каждый аспект более детально.

Геологические условия

Уровень промерзания грунта – это, пожалуй, самое важное, от чего зависит глубина заложения фундамента. Однако прежде всего на строительном участке определяются две не менее важные характеристики почвы:

• Отметка расположения несущего слоя грунта.
• Уровень залегания почвенных вод.

В качестве несущей прослойки признается грунт, стойкость которого равна или превышает 150 кПа. При этом, согласно строительным правилам, фундамент должен погружаться в него хотя бы на 20 см. Общая же высота конструкции должна быть не менее 0,5 м.

Грунтовые воды на участке могут подниматься достаточно высоко – намного выше глубины промерзания. При этом строительные нормы обязывают делать закладку фундамента ниже этого значения. Таким образом, получается, что основание дома окажется в воде.

Чтобы исключить негативные последствия переувлажнения, бетонная конструкция гидроизолируется, по периметру с наружной части обустраивается дренажная система. Так как если подошва основания, заглубленного ниже уровня промерзания, защищена от выталкивания при сезонном пучении почвы, то боковые поверхности все равно могут подвергаться разрушающему воздействию этих сил.

Глубина промерзания почвы

Глубина заложения фундамента зависит от уровня промерзания грунта. Объясняется это прежде всего тем, что поверхностные слои почвы, в которых возводится основание дома, зачастую насыщенные влагой, при наступлении холодов расширяются в объеме. Причем величина увеличения может достигать 10 %. В результате поверхностный слой грунта начинает расширяться и при этом далеко не равномерно.

Если фундамент при этом будет находиться в таком слое, на него начнет воздействовать выталкивающая нагрузка. В большинстве случаев это приводит к образованию трещин, разрывов и деформации как самого основания, так и стен дома. Единственный способ избежать этого – заложить фундамент ниже уровня промерзания.

Справка! Глубина промерзания грунта, от которой зависит уровень заложения фундамента, во много зависит от климатических особенностей региона и свойств самого грунта. Чем более морозный климат и более влагонасыщенная почва, тем сильнее этот фактор и тем ниже должно осуществляться заглубление подошвы основания.

Особенности возводимой конструкции

Минимальная глубина заложения фундамента находится в прямой зависимости от следующих особенностей конструкции возводимого сооружения:

1. Подвала или цоколя.
2. Водо- или газопровода, электрокабелей и других подземных коммуникаций.
3. Отдельное основание под котел, бойлер и иное оборудование.
4. Тип и сила нагрузок, оказываемых на фундамент – масса стен, ветер, снеговые залежи и т. д.

На сухих стабильных грунтах в большинстве случаев достаточно мелко или средне заглубленного ленточного фундамента Источник betonzone.com

Обратите внимание! Если грунт не обладает свойствами пучения или проявляет незначительную активность и уровень грунтовых вод находится достаточно глубоко, допускается возводить фундамент выше уровня промерзания. Например, если почва промерзает на 2 м, но не достигает водоносного слоя, то подошва основания может располагаться вдвое выше этой отметки – то есть на 1 м глубиной.

Нормы глубины установки МЗЛФ

Для правильного обустройства фундамента нужно выбрать оптимальную глубину заложения основания. Мелкозаглубленный фундамент для дома не закладывают глубоко. Обычно основание не достает уровня промерзания грунта.

Глубокая установка может стать причиной морозного пучения. Влага в грунте замерзает и начинает давить на конструкцию, деформируя ее. В основании появляются трещины. Именно поэтому фундамент мелкозаглубленный актуально использовать для непучинистой земли. Показатель глубины установки зависит от уровня промерзания.

Глубина заложения основания:

1. Если уровень промерзания находится на глубине 2 м, то фундамент закладывается на глубине 50 см;
2. Когда промерзание составляет 3 м, то глубина заложения составляет 75 см;
3. Если уровень промерзания превышает 3 м, то фундамент закладывается на глубине 1 м.

При строительстве требуется учитывать уровень грунтовых вод. При их близком расположении к почве лучше отдать предпочтение глубокой закладке фундамента.

Факторы, влияющие на вычисления

По мнению большинства людей далёких от строительства величина фундамента в глубину напрямую зависит от веса от здания. Но это не единственный показатель. Глубину заложения фундамента (ГЗФ) рассчитывают, опираясь на месте строительства на такие факторы, как:

• гидрогеологические условия;
• промерзание почвы;
• конструктивные особенности объекта строительства;
• рельеф местности.

Гидрогеологические условия

Практически все строительные участки покрыты растительным слоем почвы. Эту землю, пронизанную корнями растений и биологическими включениями, обязательно удаляют. Под ней уходят вниз пласты грунта, которые обладают разными характеристиками. Знать их необходимо застройщику.

Каждый вид обладает своим удельным сопротивлением и влажностью. Для устойчивого положения дома важно, чтобы подошва фундамента опиралась на несущий пласт грунта.

Также в почве на определённой отметке протекают грунтовые воды. Определение уровня вод имеет решающее значение при определении ГЗФ.

Под фундаментом может вымываться грунт, это может привести к его неравномерной осадке со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями.

Повышенный уровень влажности создаёт условия для развития плесневых и грибковых колоний, которые могут разрушить массив основания здания из любого материала.

Важно! Основание ни в коем случае не должно оказаться в зоне грунтовых вод. Если обойти это явление не удаётся с минимальными затратами, то воду отводят от фундамента. Для этого устраивают дренажную систему вокруг дома.

Промерзание почвы

Практически вся территория РФ подвержена воздействию зимних отрицательных температур, за исключением южных регионов. В основе пагубного воздействия данного фактора на фундамент лежит такое физическое явление, как превращения воды в лёд.

Влага в грунте, кристаллизуясь при температуре ниже 0 0 С, резко расширяется в объёме, превращаясь в льдинки. Возникают силы пучения, мощность которых огромна. Под их воздействием могут деформироваться массивные железобетонные конструкции, не говоря об основаниях из других материалов. Необходимо рассчитывать ГЗФ таким образом, чтобы основание проходило сквозь промёрзшую почву.

Строители проблему промерзшего грунта решают двумя путями:

• Первый — это размещение подошвы основания здания ниже зоны промерзания грунта.
• Во втором случае фундамент утепляют. В основном к такому дорогостоящему способу прибегают в районах с особо низкими температурами в зимний период года или в регионах, расположенных в зоне Крайнего Севера.

Конструктивные особенности объекта строительства

К конструктивным особенностям строительных объектов относят наличие у зданий подвальных, полуподвальных помещений. Цокольный этаж тоже может стать причиной дополнительного углубления подошвы фундамента. В этих случаях стены подвалов и полуподвалов являются одновременно фундаментом.

Несмотря на небольшую расчётную подземную высоту опор, её увеличивают до такой величины, которая обеспечивает комфортное пребывание людей в этих помещениях с высотой потолков от 2,7 до 3 метров.

Рельеф местности

Строительный участок с уклоном в нескольких или одном направлении порождает такую ситуацию, когда в разных местах плана здания приходится возводить основание различной высоты. Это связано с тем, что ростверк сохраняет горизонтальность за счёт изменения ГЗФ вдоль уклона местности. Это во многом зависит от структуры грунтового основания, которое может обладать высокой несущей способностью или наоборот быть оползневым.

В этих условиях возводят основания в виде нескольких замкнутых контуров монолитных лент или монолитных плит на разных высотах. Популярны на косогорах столбчатые опоры, свайные основания и винтовые сваи. Они легко преодолевают глубину промерзания почвы, не достигая уровня грунтовых вод.

Фундамент столбчатой конструкции

Схема устройства столбчатого фундамента из кирпичной кладки по деревянной балке

Столбчатая основа используется для одноэтажных строений, имеющих небольшой вес. Ей отдают предпочтение в ситуациях, когда необходимо при небольшом уровне затрат соорудить легкий фундамент. Конструкция представляет собой группу опорных колонн, которые изготовлены из железобетона. Они устанавливаются на угловых участках здания, а также в зонах пересечения капитальных стен и внутренних перегородок. Для повышения нагрузочной способности оголовки опор объединяются железобетонным ростверком.

Достоинства конструкции:

• дешевизна;
• простота обустройства;
• возможность сооружения на проблемных почвах.

Столбчатые опоры формируются из кирпича или путем бетонирования. В нижней части опорных колонн формируется песчано-гравийная подушка.

Имеются определенные ограничения:

• не рекомендуется сооружать столбчатую основу на почвах, склонных к сдвигам;
• запрещается использовать железобетонные столбы для опор тяжелых строений;
• нельзя строить здания на слабонесущих торфяных и глинистых почвах.

Глубина заложения столбчатых опор – 0,2–0,3 м ниже уровня промерзания. Средняя глубина столбчатой основой для одноэтажного строения из кирпича, сооружаемого на стабильном грунте, составляет 80 см.

Глубина заложения для столбчатого фундамента

Такое основание актуально для малоэтажных построек небольшой массы. Основа выглядит как ряд опорных железобетонных столбов. Лёгкая конструкция имеет ряд преимуществ: экономичность, простота установки и возможность монтажа на сложных грунтах.

Однако стоит отметить ограничения, с которыми придётся столкнуться при выборе данного вида фундамента:

• сложность работы на подвижных грунтах, а также на почвах, содержащих торф или глину;
• невозможность превратить такой фундамент в надёжную опору для массивных сооружений.

Глубина заложения фундамента на сваях должна быть на двадцать-тридцать см глубже отметки, до которой доходит промерзание почвы. Обычная глубина свай при строительстве одноэтажного кирпичного дома, возведение которого проходит на стабильных почвах, составляет восемьдесят см.

Глубина фундамента под пеноблок практически не меняется, а порой в зависимости от конструкции может оказаться даже меньше.

Незаглубленный ленточный фундамент

Незаглубленный ленточный фундамент применяется в строительстве частных домов крайне редко, потому что он является очень слабой опорой для будущего строения. Как правило, он весь располагается поверх грунта, а внутри находится только лишь песчаная, либо песчано-гравийная подушка.

Много писать о незаглубленном ленточном фундаменте я не буду, тем более ему уже была посвящена целая статья ранее. Да и вообще, само понятие глубины заложения у такого фундамента отсутствует.

Свод правил

Правила определения на какую глубину делать фундамент, установлены СП 50-101.2004. Они включают следующие основные требования:

1. Должна выбираться с учетом основных влияющих факторов (назначение сооружения, конструктивные особенности, геологические и гидрологические факторы, сезонное промерзание).
2. Глубина промерзания грунта принимается с учетом результатов наблюдения в период не менее 10 лет, как среднегодовое значение.
3. При отсутствии табличных данных по конкретному расчету проводится расчет с учетом нормативного промерзания определенного типа грунта.
4. Определяется отдельно для внешних и внутренних стен.
5. Корректируется с учетом коэффициента влияния эксплуатационных особенностей помещения.
6. Подошва заглубленного фундамента должна располагаться ниже глубины промерзания грунта, но выше уровня грунтовых вод. Минимальная глубина мелкозаглубленного фундамента устанавливается с учетом свойств грунта и учитывает глубину промерзания.
7. При проектировании фундамента должны предусматриваться водопонижающие (дренажные) мероприятия.
8. При возведении фундамента на склоне применяется ступенчатое заглубление, обеспечивающее формирование горизонтального основания пола.
9. Не стоит копать по принципу: чем глубже, тем прочнее и надежнее. Так можно просто бесполезно зарыть большие деньги в землю. Фундамент должен быть оптимальным для данного типа здания.

Правила проектирования уточняются и иными нормативными документами, указанными выше. Обязательно учитываются особенности разных типов основания.

Чтобы рассчитать нагрузку на грунт от веса всего здания, определяют вес всех строительных конструкций, принимая во внимание всё то, что будет находиться внутри дома — от мебели, отопительных, водопроводных, канализационных и электротехнических коммуникаций и оборудования, снеговой нагрузки до максимального количества людей. Также ориентировочно определяют вес будущих фундаментных конструкций.

Когда изменяется ступенчато?

При строительстве дома на участке с уклоном, необходимо ступенчатое изменение глубины заложения фундамента. В таких случаях используются конструкции ленточного и столбчатого типа.

Наибольшей надежностью обладает бетонная лента. Этот тип фундамента можно сооружать на склонах с наклоном до 28-35 градусов.

Суть ступенчатого фундамента заключается в том, что нижняя стена является подпорной стеной и имеет повышенную глубину заложения.

Схема его выглядит следующим образом: вначале, готовится траншея для верхней стене с глубиной, равной расчетной глубине.

Под нижнюю, подпорную стену роется траншея такой же глубины, но опалубка поднимается на такую высоту, чтобы ее верхняя граница находилась строго в одной горизонтальной плоскости с верхним срезом опалубки верхней стенки.

После заливки с внешней стороны нижней стены насыпается опорный откос, а потому фактическое заглубление нижней стены будет равно глубине заложения верхней стены плюс высота, компенсирующая уклон.

Боковая стена рассматриваемого ленточного фундамента имеет ступенчатую конструкцию. Вся ее длина условно делится на участки примерно по 2 м. На каждом участке формируется горизонтальное дно траншеи. Отправная точка – заглубление верхней стены.

Строение боковой стены фундамента на склоне можно пояснить на примере. Например, строится дом шириной 6 м на склоне с уклоном 15 градусов. Условно выделяем 3 ступени боковой стены длиной по 2 м.

Ступеньки должны компенсировать уклон, причем подошва на каждой из них должна быть строго горизонтальна. Начальная точка расположена на верхней, а конечная – на нижней стене, где глубина заложения фундамента составляет 0,8 м.

Однако за счет уклона конечная точка располагается ниже верхней на 6хsin15=1,55 м. Высота каждой ступени составит 1,55:3=0,53 см.

Верхняя ступень в начальной точке будет иметь заглубление 0,8 м, а в конечной – 0,8-2sin15=0,28 м. Нижняя ступень: в конечной точке – 0,8 м, а в начальной – 0,8+sin15=1,32 м. Аналогичную величину имеет и средняя ступень.