Какой глубины должен быть фундамент. От чего зависит глубина заложения фундамента

Глубина закладки фундамента представляет собой прогнозируемую величину, которая зависит от целого ряда факторов, таких как тип конструкции здания или сооружения, климатическая зона, свойства местного грунта и уровень грунтовых вод. На глубину фундамента также могут влиять конструктивные особенности здания — наличие подвала или его отсутствие, назначение здания (с отоплением или без), этажность, а также общий вес конструкции.

Инженерно-геологические условия играют важную роль при выборе несущего слоя грунта, который будет служить естественным основанием для фундамента. Этот выбор основывается на тщательной оценке уплотнения и прочности различных слоев почвы. Существуют три основные геометрические модели суперструктур, которые могут быть учтены при проектировании (см. рис. 11).

Рис. 11. Иерархическая система.

Модель I. Территория состоит из одного или нескольких слоев надежной почвы, где структурные характеристики каждого последующего слоя не ниже, чем у предыдущего. В таком случае глубина заложения фундамента должна быть максимально возможной, принимая во внимание уровень сезонного промерзания почвы.

Модель II. Один или несколько слоев слабого грунта располагаются над более твердым слоем. В этой модели глубина заложения фундамента зависит от толщины слабого слоя почвы.

• Если слабый слой не слишком толстый, его можно удалить в целях создания прочного основания для фундамента (см. рис. 12, а).
• Возможно использование слабого слоя в качестве опоры, чтобы снизить вероятность неравномерной осадки конструкции (см. рис. 12, б и в) — это может быть сделано либо путем расширения слоя фундамента, либо строительством основ на плитах.
• Также возможен вариант применения свайных фундаментов (см. рис. 12, г).
• Вариант улучшенных фундаментов предполагает замену ненадежного грунта на уплотненную подушку, что может восстановить свойства слабых почв (см. рис. 12, e и f).

Модель III. Верхняя часть фундамента располагается на прочном грунте, под которым находятся один или несколько слоев слабого грунта.

При принятии решений о глубине заложения и конструкции фундамента следует учитывать разные аспекты.

• Необходимо тщательно определить толщину как надежного, так и ненадежного грунта (см. рис. 13, a, b).
• Используйте прочный грунт в качестве распределительной подложки, что поможет контролировать слабые слои грунта согласно расчетам (см. рис. 13, c).
• Фиксация слабых слоев подложки также может быть частью решения (см. рис. 13, г, д).

Климатические и гидрогеологические факторы

Ключевыми климатическими и гидрогеологическими факторами, влияющими на глубину закладки фундамента, являются уровень промерзания и оттаивания почвы. Известно, что замерзание некоторых грунтов вызывает морозное пучение, то есть увеличение объема почвы. Поэтому фундаменты не следует закладывать ниже уровня, определяющего глубину морозного пучения.

Глубина закладки фундаментов для отапливаемых зданий должна определяться с учетом того, чтобы морозные силы не действовали ниже подошвы фундамента, что особенно важно для следующих случаев:

• Для поверхностных оснований (от уровня выравнивания) согласно таблице 9.
• Для внутренних фундаментов, вне зависимости от проектной глубины промерзания.

Глубина закладки наружных фундаментов может быть определена без учета проектной глубины промерзания в некоторых ситуациях:

• Если фундаменты строятся на грунтах, которые, по результатам специализированных исследований, были признаны свободными от морозных пучений.
• Когда деформация грунта, вызванная сезонным промерзанием и оттаиванием, не влияет на эксплуатационные характеристики здания.
• При наличии специальных теплотехнических мероприятий, предотвращающих замерзание почвы.

Расчетная глубина промерзания вычисляется по формуле:

d_f = k × d_fn

где k — это коэффициент, учитывающий влияние теплового режима здания; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений и для наружных фундаментов отапливаемых зданий (согласно таблице 10), k = 1,1, за исключением регионов с отрицательными среднегодовыми температурами; d_fn — нормальная глубина промерзания, которую можно взять из таблицы или графика.

Коэффициент k влияния теплового режима сооружения на промерзание грунтов около фундаментов наружных стен

Характеристика здания	Коэффициент k для среднесуточной расчетной температуры воздуха в помещении рядом с фундаментом наружных стен, °C
	0	5	10	15	20 и старше
Без подвала, с полами на земле	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5
Без подвала, с перекрытиями из балок перекрытия	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6
Без подвала, с полами на утепленном подвальном перекрытии	1,0	1,0	0,9	0,8	0,7
С подвалом или техническим погребом	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4

Примечания:

1 Значения коэффициента k в приведенной таблице применимы к фундаментам, где расстояние от внешнего края стены до края фундамента (a_f) не превышает 0,5 м; если это расстояние равно 1,5 м, то коэффициент k следует увеличить на 0,1, но не более чем k = 1. Если расстояние a_f интерполируется, коэффициент k необходимо увеличить по мере интерполяции.

2 К квартирам, расположенным рядом с наружными фундаментами, относятся подвалы и технические подвалы, а при отсутствии подвалов — помещения на первом этаже.

3 При наличии промежуточных значений температуры воздуха, коэффициент k округляется до ближайшего меньшего значения в соответствии с таблицей.

4. При определении значения k для зданий с нерегулярным отоплением, в качестве расчетной температуры воздуха принимается среднесуточная температура, учитывающая продолжительность отапливаемого и неотапливаемого периодов суток.

Пример расчета глубины закладки фундамента

Рассмотрим задачу по определению минимально необходимой глубины закладывания фундаментов наружных стен жилого дома без подвала, расположенного в Нижнем Новгороде, с полами на утепленной плите: отмечается песчано-глинистый грунт с текучестью I _L < 0 , подземные воды в период промерзания находятся на глубине d_w = 2,5 м от выравнивающей поверхности, расстояние фундамента от внешней плоскости стены составляет 1 м, температура воздуха в помещении — 20°C.

Согласно таблице, необходимо найти нормативную глубину промерзания для супесчаного суглинка в Нижнем Новгороде, которая составляет 1,8 м.

Следовательно, расчетная глубина проникновения инея составит:

d_f = k×d_fn. = 0,7×1,8 = 1,26 м, где k = 0,7 (согласно таблице 10)

Определяя расстояние от проектной глубины промерзания до зимнего уровня грунтовых вод d_w — d_f = 2,5 — 1,26 = 1,24 метра, следует отметить, что это значение меньше 2 м. Это означает, что грунт может подвергаться морозному пучению, и, следовательно, глубина заложения фундамента не должна быть ниже проектной глубины 1,26 м (см. табл. 9).

Чтобы снизить необходимую глубину закладки, следует предусмотреть специальные теплотехнические меры, которые позволят избежать замерзания грунта или реализовать конструкцию фундамента, не чувствительную к сезонным колебаниям грунта.

Уровень промерзания почвы остается одним из наиболее значимых факторов, определяющих глубину закладки фундамента. Однако также необходимо учитывать две не менее важные характеристики почвы, которые должны быть определены непосредственно на месте:

Предварительные изыскания

Перед началом планирования строительства дома необходимо решить, на каком конкретном участке вы хотите разместить здание. Если вами уже проведены геологические исследования, обязательно примите во внимание их результаты: для снижения риска осложнений с фундаментом желательно выбрать наиболее «сухое» место, где уровень грунтовых вод будет находиться на минимально возможной глубине.

Первым шагом является выбор местоположения вашего дома на участке.

Далее на выбранной территории необходимо провести геологические исследования почвы. Обычно для этого бурят скважины на глубину от 10 до 40 метров, в зависимости от структуры почвы и предполагаемой массы конструкции. Рекомендуется пробурить не менее пяти скважин в местах, где запланированы углы здания, а также в его середине.

Средняя стоимость таких исследований составляет около 1000 долларов США. Если возводится крупное сооружение, эта сумма не окажет значительного влияния на общий бюджет (средняя стоимость дома составляет от 80 до 100 000 долларов США), но может предотвратить возникновение множества проблем. В таком случае разумнее заказать профессиональное исследование. Если ваше намерение заключается в строительстве небольшого здания, крошечного дома, коттеджа, садовой беседки или места для барбекю, вы, скорее всего, будете заниматься самостоятельными изысканиями.

Исследуем геологию своими руками

Вооружитесь лопатой и начните исследовать геологическую структуру почвы самостоятельно. В каждом из пяти углов и в центре будущего здания следует выкопать глубокую яму. Ориентировочные размеры: 1 м на 1 м и глубина не менее 2,5 м. Убедитесь, что стены ямы относительно ровные. После завершения копки возьмите рулетку и записывайте результаты измерений, фиксируя толщину слоев почвы.

Чтобы осуществить исследование грунта под фундаментом, необходимо раскопать аналогичную яму глубиной примерно 2,5 метра.

На поперечном сечении можно увидеть следующие слои:

• Топ слой представляет собой более темный матрас, который соответствует поверхности почвы. Толщина этого слоя может варьироваться от 10 см до 1,5 м и даже больше. Этот слой обычно подлежит удалению, поскольку он может содержать различные животные, насекомые, бактерии и грибы, что может негативно сказаться на качестве фундамента. Следовательно, следует сразу после разметки фундамента устранять этот слой.
• Ниже него располагается естественная почва, которая сохраняет свои свойства до вмешательства различных живых организмов. Ниже могут быть выделены несколько типов почв:
  • Темный песок (плотный и средний, с галькой) — это отличный материал для закладки фундамента, поскольку вода быстро уходит, и основание остается стабильным. На таких территориях фундаменты можно закладывать на мелкие глубины (около 50 см).
  • Рыхлый песок (тонкий и пылеватый) — при наличии у подземных вод большого уровня, его использование также возможно, однако, такие грунты опасны тем, что при насыщении водой могут «всплывать».
  • Глиняные и песчаные глины — их поведение может напоминать поведение пылевого песка. Они могут терять прочность, когда находятся в состоянии влажности, но в то же время имеют неплохую несущую способность, что делает их применение возможным. Следует обратить внимание на уровень осадков, характерный для данной местности.
  • Слой плывуна. Это самый ненадежный тип основания. Строительство на таком грунте может быть успешно реализацией только с использованием свай. Однако это возможно только в тех случаях, если под ним имеется глубокий слой почвы с хорошими несущими характеристиками.

Определить глиняные почвы может быть непросто. Регулярно исследуйте их: если в структуре преобладает песок, но есть вкрапления глины, тогда речь идет о песке с добавлением глины. Если же преобладает глина, а песка мало, значит это просто глина. В случае отсутствия вкраплений сложно выполнить раскопку — такая глина бывает тяжелой для механического воздействия.

Еще одна методика подтверждения вашего анализа — это разрыхление влажной почвы руками (например, между ладонями, как в детском саду) и формирование из нее комка. Если она разминается — это свидетельствует о низкой пластичности глины, если комок распадается — это пластичная глина, а если комок сохраняется – это глина.

Вы также можете перейти к отбору образцов, обозначив основание, с которого он будет осуществлен.

Глубина заложения фундамента в зависимости от уровня грунтовых вод

Все конструктивные характеристики, связанные с данным вопросом, описаны в СниП 2.02.01-83*. В общем, рекомендации можно свести к следующим выводам:

• При проектировании фундаментов, основанных на крупнозернистых, гравелистых и крупных песчаных грунтах, глубина заложения фундамента не зависит от расположения грунтовых вод.
• Если под подвалом располагается мелкий или пылеватый песок, то глубина фундамента может составлять 2 метра ниже уровня промерзания. В случае если уровень воды на этом уровне выше, рекомендуется изменять проект, и закладывать фундамент ниже уровня промерзания.
• Если подземля насыщена глиной с примесями пыли или глинистого наполнителя, то фундамент обязательно располагается ниже уровня промерзания (независимо от уровня грунтовых вод).

Таким образом, уровень закладки фундамента в первую очередь определяется наличием грунтовых вод и степенью промерзания почвы в конкретной местности. Область замерзания может вызвать проблемы с фундаментацией или изменения уровня грунтовых вод.