Как правильно определить форму и размеры подошвы фундамента

Определение формы и размеров подошвы фундамента является ключевым этапом в проектировании строительных объектов. Форма подошвы зависит от конструкции здания, его высоты, материалов и типов грунта, на котором оно будет возводиться. Правильное распределение нагрузки и устойчивость фундамента обеспечивают долговечность и безопасность строения.

Размеры подошвы фундамента рассчитываются с учетом нагрузки от здания, свойств грунта и климатических условий региона. Чрезмерные или недостаточные размеры могут привести к деформациям и разрушениям, поэтому важно проводить тщательные грунтовые изыскания и использовать соответствующие инженерные методы для оптимизации проектирования фундамента.

Определение размеров подошвы фундамента и его конструирование

Форма подошвы фундамента во многом определяется конфигурацией в плане возводимой наземной конструкции. Она может быть круглой, кольцевой, многоугольной (под дымовые трубы, водонапорные и силосные башни), квадратной, прямоугольной, ленточной (под колонны, столбы, стены), тавровой, крестообразной (под стены с пилястрами и отдельные опоры), а в стесненных условиях — и более сложного очертания.

Определение размеров центрально нагруженных фундаментов

1. Определение размеров подошвы фундамента по величине расчетного сопротивления грунта основания Ro. Центрально нагруженным считают фундамент, у которого равнодействующая внешних нагрузок проходит через центр тяжести площади его подошвы.

Обычно вертикальная нагрузка на фундамент Nn задается на уровне его обреза. Обрез фундамента для промышленных зданий и сооружений чаще всего практически совпадает с отметкой планировки. Кроме Nn на основание передаются расчетные значения веса фундамента Nf и грунта обратной засыпки Ng, расположенного над уступами. Сумма этих нагрузок уравновешивается реактивным давлением грунта.

Суммарное среднее давление на основание в уровне подошвы фундамента можно представить в виде Предварительные размеры фундаментов можно назначать по конструктивным соображениям или исходя из табличных значений расчетного сопротивления грунта основания Ro в соответствии с рекомендуемым СП 22.13330.2016 (для песчаных грунтов — табл. П.12; для глинистых грунтов — табл.

П.13 приложения). Значениями Ro допускается также пользоваться для окончательного назначения размеров фундаментов зданий и сооружений III класса [2], если при этом основание сложено горизонтальными (уклон не более 0,1), выдержанными по толщине слоями грунта, сжимаемость которых не увеличивается в пределах глубины, равной двойной ширине наибольшего фундамента, считая от его подошвы.

Значения Ro в табл. П.12 и П.13 приложения (см. также [2]) относятся к фундаментам, имеющим ширину b0 = 1 м и глубину заложения подошвы d0 = 2 м. При определении Ro по табл.

П.13 для непросадочных глинистых грунтов с промежуточными значениями IL и е двойную интерполяцию рекомендуется вести по формуле [20] где ej и е2 — соседние значения коэффициента пористости в табл. П.13, между которыми находится значение коэффициента пористости е для рассматриваемого грунта; Ro(1; 0) и _RO(1; 1) — значения Ro в табл. П.ІЗ при коэффициенте е15 соответствующие значениям IL = 0 и IL = 1; Ro(2; 0) и Ло(2; 1) — значения Ro в табл. П.ІЗ при коэффициенте е2, соответствующие значениям IL = 0 и IL — 1. При использовании значения Ro по табл. П.12 и П.ІЗ для окончательного назначения размеров фундаментов расчетное сопротивление грунта основания определяется по формулам:

— при d 2 м где уд — удельный вес грунта, расположенного выше подошвы фундамента, кН/м 3 ; кг — коэффициент, принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов (кроме пылеватых песков) кг = 0,125, а для пылеватых песков, супесей, суглинков и глин кг = 0,05; к2 — коэффициент, принимаемый для крупнообломочных и песчаных грунтов к2 — 0,25, для супесей и суглинков к2 — 0,2, а для глин к2 = = 0,15. После определения величины расчетного сопротивления грунта основания вычисляют необходимую площадь подошвы фундамента А по формуле (2.6). Размеры подошвы фундамента определяют по формулам [2, 19, 20]: — для квадратного и круглого фундамента

— для прямоугольного фундамента где Г| — отношение длины подошвы фундамента к ее ширине. Так как размеры подошвы фундамента еще не известны, то значение р рекомендуется принимать как отношение длины LK к ширине Ьк поперечного сечения колонны, т. е. р = LK/bK; — для ленточного фундамента

где 1,0 — один погонный метр длины ленточного фундамента. Принятые размеры Ъ и L для фундаментов под колонны должны быть кратными 300 мм.

С учетом принятых размеров подошвы фундамента и конструктивных особенностей подземной части сооружения (наличия подвала и его размеров, технологических каналов или технических подполий) определяется окончательная величина расчетного сопротивления грунта основания и сравнивается со средним давлением под подошвой фундамента [2, 19]: Расчетное сопротивление определяется с использованием расчетных характеристик грунтов основания по формуле [2, 19] где db — глубина подвала (рис. 2.3) — расстояние от уровня планировки до пола подвала (для сооружений с подвалом шириной В > 20 м db = 0); dx — глубина заложения подошвы фундаментов без подвальных сооружений от уровня планировки, или приведенная глубина заложения наружных и внутренних фундаментов от пола подвала (рис.

2.3), определяемая по формуле [2, 19] hs — толщина слоя грунта выше подошвы фундамента со стороны подвала; hcf — толщина конструкции пола подвала; усу — расчетное значение удельного веса конструкции пола подвала. Примечания к формуле (2.15): ее допускается применять при любой форме фундаментов в плане. Если подошва имеет форму круга или правильного многоугольника площадью А, то в формуле (2.15) за ширину подошвы фундамента принимается Ъ = ; Если d1 > d (d — глубина заложения подошвы фундамента от уровня планировки), в формуле (2.15) принимается d1 = d и db = 0.

Рис. 23. Схема для определения расчетного сопротивления грунта

2. Определение размеров подошвы фундамента итерационным способом. Как очевидно из формулы (2.15), значение расчетного сопротивления грунта основания зависит не только от физико-механических характеристик грунтов, залегающих непосредственно под подошвой фундамента, но и от геометрических размеров самого проектируемого фундамента — ширины и глубины его заложения. Поэтому определение размеров фундаментов приходится вести итерационным способом, задавшись предварительно какими-то начальными размерами [7]. Последовательность определения размеров подошвы фундамента итерационным способом заключается в следующем.

• На предварительно определенную глубину заложения подошвы фундамента устанавливают условный фундамент шириной Ьусл = 1,0 м. Строят расчетную схему в соответствии с инженерногеологическими условиями данной строительной площадки.
• Определяют предварительное расчетное сопротивление грунта основания условного фундамента по формуле [2, 7, 19]

3. Определяют предварительную площадь подошвы фундамента по формуле

• Определяют предварительные размеры подошвы фундамента по формулам (2.11) — (2.13), где b — Ьпри А — Апр.
• Определяют уточненное расчетное сопротивление грунта основания по формуле

6. Определяют уточненную площадь подошвы фундамента по формуле

7. Определяют уточненные размеры подошвы фундамента по формулам (2.11) — (2.13), где b = ЪутиА =Аут.

Затем с учетом принятых размеров подошвы фундамента и конструктивных особенностей подземной части сооружения (наличия подвала и его размеров, технологических каналов или технических подполий) определяется окончательная величина расчетного сопротивления грунта основания по формуле (2.15) и сравнивается со средним давлением (2.14) под подошвой фундамента.

3. Определение размеров подошвы фундамента при неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания.

При неизвестном значении расчетного сопротивления грунта основания размеры подошвы фундамента можно определить по формулам [7, 10, 20]:

а) для ленточных фундаментов

б) для квадратных и прямоугольных фундаментов

3-й слой: песок мелкий средней плотности, залегающий до разведанной глубины 11,5 м, ys = 26,6 кН/м 3 ; = 19,8 кН/м 3 ; ysb = 10,1 кН/м 3 ; е = 0,651; yc2 определяем по табл. П.6 приложения при отношении — = — = 2,67: = 1,3; ус2 = 1,3 ~ 1,1 -(4- 2,67) + 1,1 = 1,206.

Н 18 с 4-1,5

Коэффициент к = 1,1, так как прочностные характеристики мелкого песка средней плотности приняты по таблице СП 22.13330.2016.

Коэффициенты Му, Mq и Мс принимаем по табл. П.7 приложения при угле внутреннего трения мелкого песка (рй = 32°: Му — 1,34; Mq = 6,34; Мс = 8,55.

Размеры подошвы фундамента должны приниматься кратными 300 мм. Рассмотрим два варианта:

• b = 2,1 м; L = 6,44/2,1 = 3,07 м, принимаем L = 3,3 м; А = 2,1 • 3,3 = = 6,93 м [1][2][3] ;
• b = 2,4 м; L = 6,44/2,4 = 2,72 м, принимаем L = 3,0 м; А = 2,4 • 3,0 = = 7,2 м 3 .

Первый вариант имеет меньшую площадь подошвы, поэтому на данном этапе его и принимаем.

Окончательное расчетное сопротивление мелкого песка определяем по формуле (2.19):

Ориентировочно среднее давление под подошвой фундамента можно определить по формуле (2.7):

и, следовательно, условие (2.14) на данном этапе соблюдается.

действует вертикальная нагрузка Nn = 670 кН. Расчетная схема представлена на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Схема для определения расчетного сопротивления грунта

В соответствии с выше приведенной последовательностью определяем размеры подошвы фундамента.

Определяем значения всех параметров, входящих в формулу (2.17), так же, как в примере 2.5.

Коэффициенты условий работы по табл. П.6 приложения при L/H = = 84/36 = 2,33:

Коэффициент к = 1,1.

Коэффициенты Му, Mq, Мс принимаем по табл. П.7 приложения при угле внутреннего трения песка средней крупности (ря = 36°: Му = 1,81; Mq = 8,24; Мс = 9,97.

Имеем уд = 19,7 кН/м 3 , так как до глубины zR = 0,5Ь = 0,5 • 1,0 = 0,5 м залегает только песок средней крупности выше уровня подземных вод. Вычисляем:

Размеры подошвы фундамента принимаем по номенклатуре типовых фундаментных плит (табл. П.14 приложения): b = 1,2 м; А = 1,2 м 2 .

Окончательное расчетное сопротивление мелкого песка определяем по формуле (2.19):

Ориентировочно среднее давление под подошвой фундамента по формуле (2.7)

Условие (2.14) на данном этапе соблюдается.

Пример 2.7

Определить размеры подошвы фундамента (исходные данные по примеру 2.1) по величине расчетного сопротивления грунта основания Ro.

Свойства песка средней крупности средней плотности: уя = 19,8 кН/м 3 , (ря= 29°; сп= 1,15 кПа.

Значение расчетного сопротивления песка средней крупности средней плотности определяем по табл. П.12 приложения при Ъо = 2 м и d0 = 2 м: R = = 400 кПа.

Предварительную ширину подошвы фундамента определяем по формуле (2.5):

Так как глубина заложения подошвы фундамента d = 2,9 м больше 2 м, то по формуле (2.10) уточняем величину расчетного сопротивления:

где уя = 19,8 кН/м 3 , так как выше подошвы фундамента залегает только песок.

Уточняем ширину подошвы фундамента:

Размеры подошвы фундамента принимаем по номенклатуре типовых фундаментных плит (табл. П.14 приложения): Ъ = 1,6 м.

По формуле (2.10) при b = 1,6 м имеем

Окончательное значение расчетного сопротивления песка средней крупности следует определять по формуле (2.15):

где Yd = 1,4 и ус2 =——^—(4-2,05)+ 1,2 = 1,356 приняты по табл. П.6 приложения при L/H = 78/38 = 2,05; М = 1,06; М = 5,25; Мс = 7,67 приняты 24

Уровень подземных вод находится на глубине 6,2 м.

Проектируется фундамент жилого дома под несущую стену толщиной 510 мм. По назначению и конструктивным особенностям подземной части здания глубина заложения фундамента составляет d — 2,4 м. Длина и высота здания равны соответственно L — 80 м и Н — 32 м. Уровень планировки: УП = = -1,1 м. Уровень подошвы фундамента: УПФ = -3,5 м. Уровень пола подвала: УПП = -2,9 м. Пол подвала бетонный толщиной 10 см. Уровень низа перекрытия первого этажа: УНП = -0,3 м. На обрез фундамента действует вертикальная нагрузка Nn = 598 кН.

2.4. Требуется определить размеры подошвы фундамента итерационным методом.

Грунтовые условия (см. рис. 2.4):

• й слой: растительный мощностью 0,4 м, уп = 15,9 кН/м 3 ;
• й слой: супесь пластичная мощностью 2,0 м, уд = 19,4 кН/м 3 ;
• й слой: песок средней крупности, средней плотности, залегающий до разведанной глубины 10,0 м, = 19,8 кН/м 3 , ysb = 10,5 кН/м 3 , фя = 32°, сп= 1,9 кПа.

Уровень подземных вод находится на глубине 3,0 м.

Проектируется фундамент производственного корпуса под железобетонную колонну сечением 500 х 800 мм и шагом колонн 6,0 м без подвала. По инженерно-геологическим условиям площадки строительства глубина заложения подошвы фундамента составляет d = 2,6 м с учетом бетонной подготовки. Длина и высота цеха равны соответственно L = 68 м и Н = 38 м. На обрез фундамента действует нагрузка Nn = 3825 кН.

• [1] Пример 2.6 Определить размеры подошвы фундамента итерационным методом. Грунтовые условия:
• [2] й слой: почвенный толщиной 0,4 м, уя = 16,2 кН/м4;
• [3] й слой: песок средней крупности, средней плотности, залегающий до разведанной глубины 10,5 м, = 19,7 кН/м4; (ру/ = 36°; си = 1,1 кПа; Е = = 27 МПа. Уровень подземных вод находится на глубине 3,6 м.

Подошва для фундамента: что это, особенности устройства и расчетов конструкций

Важным и неотъемлемым конструктивным элементом любого объекта капитального строительства является фундамент. От его надежности напрямую зависит безопасность и продолжительность эксплуатационного срока сооружения. Чтобы нагрузочное воздействие конструкции равномерно распределялось на почву устраивается подошва под фундамент, особенно важно создание ее при возведении здания на слабом почвенном составе.

Что такое подошва фундамента

Основание или подошва фундамента – это горизонтальная плоскость, которой конструкция опирается на грунтовую основу. Подошва принимает на себя не только нагрузку от возведенного объекта, но также от бокового давления грунта, защищая при этом здание от разрушения. В зависимости от типа фундамента и особенностей грунтовой породы подошва обустраивается по-разному, но в любом случае ширина подошвы фундамента должна быть вдвое больше от самой фундаментальной конструкции, а высота как правило не превышает 30 сантиметров.

Особенности устройства подошв фундамента

Строительство любого объекта всегда начинают с закладки фундамента. Чтобы повысить прочность и надежность фундаментальной основы выполняют устройство подошвы фундамента.

По классификации фундаментных конструкций выделяют разные виды подошв фундаментов, которые отличаются между собой конструктивными особенностями и обустраиваются по определенным технологиям.

Ленточные фундаменты

Подошва ленточного фундамента укладывается вдоль периметра стен здания в виде замкнутой железобетонной полосы. Такое основание равномерно распределяет нагрузку, предотвращает перекосы и просадку строения, отлично справляется с силами пучения.

Для ленточных фундаментов подошвы могут быть:

• естественными, когда непосредственно на грунтовую породу передается нагрузка;
• свайными – первоначально нагрузка оказывается на сваи, а потом на грунт.

Чтобы подошва не разрушалась от воздействия грунтовых вод, для защиты ее обустраивают гравийно-песчаную подушку.

Монолитные ленточные фундаменты отличаются расположенной максимально близко к поверхности широким основанием, образующим надежную опору. Как правило такие конструкции выполняют в условиях высоко залегающих подземных вод или при слабом грунте.

Столбчатые фундаменты

Подошва столбчатого фундамента являет собой плитную поверхность с небольшими размерами. Для более прочного и надежного соединения от фундамента в тело подошвы заводятся арматурные стержни.

При использовании естественной основы подошва устраивается на утрамбованной и залитой бетонной смесью площадке. Если основание свайное, то подошва монтируется в виде верхнего сегмента, который распределяет нагрузку на созданную из объединенных ростверком балок поверхность.

Свайные фундаменты

Подошва выполняемого на уходящих в землю сваях фундамента монтируется из бетона и может быть монолитной или кольцевой. Основание подошвы фундамента монолитного типа выступает разновидностью опирающейся на заглубленные сваи плитной фундаментной конструкции.

Кольцевая подошва по конструктивным особенностям напоминает ленточный фундамент, который может находиться на уровне почвы, быть заглубленным в землю на определенную глубину или приподнятым вверх. При этом высота подошвы фундамента составляет 20-30 сантиметров.

Плитные фундаменты

При устройстве плитного фундамента лента подошвы может заливаться одновременно с плитой или же для нее делается отдельная опалубка и заливка бетонной смеси осуществляется перед созданием фундаментной конструкции. В обеих случаях подошва должна создаваться только на материнском твердом грунте и ни в коем случае не на насыпном. Глубина и структура подошвенного основания определяется по характеристикам грунтовой породы.

Плюсы и минусы подошв под фундаменты

Устройство фундамента на опорной подошве сопровождается рядом преимуществ:

• усиление прочности и долговечности строительного объекта;
• нагрузка на подошву в разы повышает несущие возможности фундамента;
• минимум ограничений по типу возводимого здания;
• возможность проводить строительные работы в любое время года;
• возможность выполнять строительство в местах с разными видами грунтовых пород, учитывая и слабые грунты.

В числе минусов создания фундаментов на подошвах отмечают:

• для грунтов с сильным вспучиванием или с глубоким уровнем промерзания подошвы не подходят;
• в случае с бетонным монолитом устройство подошв требует значительных трудозатрат и сам процесс занимает много времени, что в свою очередь увеличивает сроки строительства объекта;
• создание подошвенного основания существенно повышает расход материалов, в частности арматурных прутьев, опалубных досок и бетонного раствора;
• при возведении фундаментов заглубленных разновидностей устройство подошв требует наличия специализированной строительной техники и оборудования;
• фундаменты с опорной подошвой обходятся дороже в сравнении с обычными.

Наряду с относительно большим перечнем недостатков выполненный на опорном основании фундамент гарантирует сооружению надежность и долговечность, и пользуется высокой популярностью среди большинства застройщиков.

Расчет подошвы фундамента

При проектировании фундамента с опорным основанием обязательным этапом является расчет подошвы фундамента. Основная цель такого расчета состоит в точном определении ширины, глубины и площади основания, при которых оказываемое весом здания удельное давление будет меньше нежели сопротивление грунта подошве фундамента.

Предварительно площадь подошвы фундамента можно установить по условию:

PII ≤ R, в котором

• РII – это среднее давление под подошвой фундамента в отношении к основному сочетанию нагрузок при вычислениях по деформациям;
• R – это расчетное сопротивление грунта основания. Показатель вычисляется по формуле СНиП.

На рисунке ниже подробно представлена расчетная схема центрально нагруженной фундаментальной подошвы.

При расчете фундаментов с повышенной жесткостью реактивная эпюра грунта принимается прямоугольной. Уравнение равновесия в этом случае выглядит так:

В данном уравнении есть определенная сложность. Дело в том, что в обеих его частях содержатся искомые геометрические размеры фундамента. Но при выполнении предварительных вычислений вес грунта и самого фундамента в АВСD заменяют на:

• Ɣm – средний показатель удельного веса фундаментальной конструкции и грунтовой породы на ее уступах. Как правило Ɣm составляет 20кН/м³;
• d – это глубина заложения подошвы фундамента, вычисляется в метрах.

По указанной ниже формуле определяется необходимая площадь фундаментальной подошвы:

При этом расчет ширины подошвы фундамента (b) выполняется:

• для ленточного фундамента: А = b х 1п.м.:
• для квадратного столбчатого фундамента: А = b²
• для прямоугольного столбчатого фундамента: По этой формуле определение размеров подошвы фундамента выполняется исходя из соотношения длины (l) к ширине (b) проектируемого фундамента, поскольку он полностью повторяет конфигурацию конструкции, которая на него опирается. Из этого следует, что
• для круглого столбчатого фундамента – b = D, где D – это диаметр конструкции

Когда завершено предварительное определение ширины подошвы b = f(Ro) нужно уточнить расчетную сопротивляемость грунтового основания: R = f (b, φ, c, d, γ).

Рассчитав точную сопротивляемость опять нужно вычислить ширину. Повторять действия необходимо до тех пор, пока оба показателя не будут одинаковыми.

Когда с учетом унификации и модульности конструкций размер фундамента подобран, то необходимо проверить фактическое давление на грунт и напряжение под подошвой фундамента.

Чем меньшая разница будет между величинами РII и R, тем экономичнее получится проектное решение.

Данным способом поверяется достоверность расчета по линейной теории деформации грунта. Когда же условие не соблюдается, то для вычислений применять следует нелинейную теорию, а это существенно осложняет расчетные мероприятия.

В зависимости от жесткости и схемы нагружения фундаментов, типа сопряжения их со зданиями возможны пространственные перемещения из-за перераспределения усилий в бетоне и арматуре. Поэтому при выполнении расчетов следует учитывать допустимый отрыв подошвы фундамента, который не окажет негативного воздействия на строительный объект.

Используемые при устройстве подошвы материалы

При обустройстве фундаментальной подошвы потребуются следующие материалы и инструменты:

• совковые и штыковые лопаты, необходимы для выполнения земляных работ ручным методом;
• вязальная проволока и арматурные стержни, с помощью которых осуществляется армирование подошвы фундамента дома;
• гвозди и молоток;
• крючок, которым выполняется вязка металлического каркаса;
• шнур для разметки;
• доски для монтажа опалубки;
• скобы монтажные;
• материалы для подошвы: песок, гравий, бетонный раствор.

Для проведения съемки местности потребуется также нивелир, который поможет с точностью установить уровень подошвы фундамента.

Технология устройства фундаментальной подошвы

Вне зависимости от того, устраиваются подошвы фундаментов мелкого заложения, ленточных, столбчатых или других типов конструкций, работы по их монтажу проводятся поэтапно:

• подготовительный этап состоит в рытье котлована. На его дне выполняется разметка, с точностью определяющая расположение будущей конструкции;
• устройство опалубки. Здесь обязательно учитывается толщина подошвы фундамента. Выставляется опалубка таким образом, чтобы по центру подошвы распределялись фундаментальные стенки. для формирования наружных углов пара досок соединяется между собой под прямым углом и выносится на расстояние 17,5 см от разметочного шнура. При наличии слабых участков опалубки их нужно подсыпать снаружи грунтовой смесью для предотвращения протечки бетона. Если строительство предстоит на участке в повышенным уровнем грунтовых вод, то в целях безопасности выполняется гидроизоляция подошвы фундамента;
• следующий этап – армирование. Металлические прутья обеспечивают усиление подошвы фундамента и соответственно повышают прочностные свойства всей строительной конструкции;
• заливка бетона. После расположения арматуры выполняется бетонирование подошвы. При этом должна контролироваться расчетная отметка основания. Для более прочного сцепления фундамента с подошвой на ней прорезается шпоночная канавка по центральной оси кромки. После застывания бетона выполняется затирка поверхности.

Если несущая способность грунтов в месте строительства недостаточная, то для достижения нужных эксплуатационных показателей выполняется уширение подошвы фундамента путем устройства двусторонних или односторонних банкет.

Подошва фундамента

Подошва фундамента – конструктивный элемент основания. Строится независимо от технологии (ленточная, плитная, свайная, столбчатая). Она выполняет функции распределения весовой нагрузки бетонного массива на грунт. Чем «слабее» почвы на объекте, тем важнее провести расчеты, учесть особенности эксплуатации фундаментой подошвы. Например, если участок систематически подтапливается или, наоборот, владелец сделал хороший дренаж.

Плюсы такой опорной конструкции:

1. Заметно увеличивает долговечность здания, сооружения.
2. Повышается нагрузочная способность фундаментного основания.
3. Снижаются требования к грунту, его характеристикам.

Из минусов отмечают более дорогое строительство за счет роста объема расходуемых материалов, необходимости привлечения к работе спецтехники. Плюс несколько увеличиваются сроки, которые требуются на завершение проекта, особенно, если здание планируется строить на рыхлых песчаных и илистых грунтах. Зато при строительстве в соответствии с расчетами прочность основания будет в разы выше, чем при заливке фундамента без подушки.

Устройство подошвы фундамента

В строительстве принято отталкиваться от определенных сводов правил как при проектировании, так и во время проведения работ. Так, применительно к основаниям специалисты ссылаются на СП 50-101-2004, СП 45.13330.2017. В частных случаях, например, при строительстве индивидуальных жилых домов при планировании учитывается ТТК (типовая технологическая карта) «Устройство бетонной подошвы фундамента индивидуального жилого строения».

Расчеты ведутся с учетом:

1. Тип возводимой конструкции.
2. Подземные воды, их уровень.
3. Характеристики грунта.
4. Риски деформаций.

Важно учитывать расположение здания – на ровной поверхности, недалеко от откоса, на скальном или пучинистом грунте. В зависимости от этого возможны различные виды деформаций. Например, просадка, оседание, осадка, провалы, горизонтальное смещение. На инциденты влияет нагрузочная способность фундамента, реальный вес здания или сооружения. Например, при замене материалов для строительства стен нужно проверять расчеты, чтобы не превысить заданные проектом лимиты.

К чему приводит несоблюдение технологии при изготовлении подошвы фундамента

Хорошо просчитанный проект и правильно закупленные материалы иногда не помогают создать прочное основание. Все дело в том, что подошва той же фундаментной плиты должна строиться по технологии. Любые «нововведения» в ней приводят к непредсказуемому изменению характеристик конструкции. Например, если попытаться сэкономить и вместо песчано-гравийной смеси на слабом грунте засыпать только песок. Или плохо утрамбовать «подушку».

Типовые проблемы:

1. Трещины на фундаменте, стенах здания.
2. Перекос оконных, дверных проемов, иных элементов.
3. Проседание конструкции, разрушение фасадов.
4. Отказ в выдаче разрешения на ввод в эксплуатацию.

Последнее считается наиболее критичным. Технические недочеты можно исправить усилением или частичной перестройкой здания, а отказные документы иногда приводят к невозможности продажи объекта. Если устранить недочеты не получится, придется полностью демонтировать сооружение, выгоднее изначально чуть больше вложиться в строительство. И предусмотреть под фундаментное основание качественную подушку.

Как подобрать и рассчитать подошву фундамента для строительства

Цель расчета – подобрать ширину подошвы фундамента и толщину песчаной подушки между ним и грунтом. Габариты конструкции должны обеспечивать равномерное распределение давления от веса здания во избежание любых типов деформаций (перечислены выше). Рассчитывать значения лучше специальным калькулятором, чтобы исключить ошибки. Плюс понадобится проект, откуда специалист берет цифры по весовой нагрузке и пр.

Общая методика:

1. Выбрать размеры фундамента исходя из проектной документации.
2. Определить вес здания, приходящийся на каждый погонный метр стены.
3. Выяснить расчетное сопротивление грунта по специальным таблицам.
4. Рассчитать ширину подошвы фундамента на один погонный метр.

Остается скорректировать объем стройматериала, необходимый для закупки вместе с «подушкой» из песка и/или гравия, щебня. Средним значением по толщине считается 60 см, но в зависимости от особенностей грунта оно меняется в обе стороны. Например, на сильно пучинистых оно возрастает до 80 см и более. По ширине подушка обычно выступает на 15-20 см в обе стороны. Если под домом планируется строительство подвала, ее организуют по всей площади будущего помещения.

Подошва столбчатого фундамента

Глубина заложения столбчатого фундамента обычно не превышает уровня промерзания грунта, поэтому он оказывает сдавливающее воздействие на него (плюс обратное при замерзании зимой). При расчете конструкции, включая подошву, нужно учитывать особенности распределения весовой нагрузки от здания. Вариант основания лучше подходит для каркасных, брусовых, бревенчатых домов или сооружений другого типа.

Особенности:

1. Рекомендуется избегать установки столбчатого фундамента на склонах, водонасыщенных и пучинистых грунтах.
2. Конструктивно он не предполагает устройства заглубленных помещений вроде подвала или цокольных этажей.
3. Минимальная глубина каждого столба должна составлять 40-50 см, чтобы оно качественно цеплялось за грунт.

Плюсом к высоте столбов обычно добавляют минимум 30-50 см, чтобы перекрытие поднималось над поверхностью для монтажа гидро-, теплоизоляции. Это в итоге сказывается на общем давлении под подошвой фундамента. Частично оно компенсируется тем, что нижняя платформа выполняется на 20-25 см шире самой стойки. Точный расчет ведется исходя из весовой нагрузки, характеристики грунта и количества столбов.

Последовательность расчета подошвы фундамента:

1. Высчитать опорную площадь столба >
2. квадратная стойка – перемножение сторон сечения;
3. круглая конструкция – применение формулы 3,14 * радиус в квадрате.
4. Выяснить несущую способность грунта по таблице. Например, суглинки средней твердости (пластичности) выдерживают нагрузку в 2,5 кг/кв. см.

Получается, что один столб квадратного сечения 40 см в суглинках можно нагружать не более 4 000 кг. Зная общий вес строительных конструкций здания, легко рассчитать общее количество стержней и их расположение (этот расчет обычно проводится на этапе проектирования). Плюс стоит учесть, например, вес снежного покрова, эксплуатационные нагрузки вроде предметов интерьера, людей, промышленного оборудования, ветровую нагрузку.

Диаметр самого столба допускается меньше подошвы. Это экономит стройматериалы и позволяет добиться расчетной нагрузочной способности фундамента. Отчасти на габариты подошвы влияют правила расстановки столбов – под всеми углами, в местах примыкания и пересечения перегородок между собой и с несущей стеной, на прямых участках ростверка не далее двух метров друг от друга. Поэтому расчет ведется обязательно с учетом проекта будущего здания.

Ленточный фундамент с подошвой

Подошва фундамента мелкого заложения ленточного типа рассчитывается аналогичным образом. Работа условно разбивается на несколько этапов – определить общую весовую нагрузку здания, выбрать характеристики основания (глубину залегания, ширину ленты), скорректировать цифры с учетом параметров грунта на участке. Выгоднее отталкиваться от проекта и типового назначения здания, чтобы точно определить совокупный вес стройматериалов.

Суммируется масса стен, перекрытий, стропильной системы, кровли, отделочных материалов на фасаде, внутри помещения. Существуют таблицы усредненных нагрузок от различных типов узлов, например, деревянные перекрытия по балкам из древесины плотностью 300 кг/куб. м давит на грунт с силой 150 кгс/кв. м. Плюс желательно закладывать запас на вес людей, предметов интерьера или промышленное оборудование (зависит от назначения здания).

Пример расчета подушки фундамента:

1. Определить глубину заложения с учетом высоты цоколя и ширину ленты. Общая длина уже известна, она составляет сумму длин стен, под которыми будет закладываться основание).
2. Глубина зависит от вида грунта и геологии. Например, на супеси не менее 3/4 от расчетного уровня промерзания, но не менее 0,7 м.
3. Ширину лучше выбирать исходя из вида стенового материала, расстояния между стенами. Например, бутобетон обычно заливается шириной 40-60 см, монолитный бетон – 20-50 см. При наличии линз слабого грунта желательно увеличивать этот показатель.
4. Отметку подошвы под фундамент выбрать ниже на 20-30 см уровня подвала или цокольного этажа, если таковые предполагается строить. Рассчитать ширину по формуле:

При отсутствии проектной документации рекомендуется ориентироваться на свод правил СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Там указаны средние значения уровня промерзания грунта по регионам. По другим характеристикам отталкиваются от СП 22.13330.2016. Рассчитывать же вес придется самостоятельно исходя из типа стройматериалов, объема, весовых характеристик, переменной составляющей вроде средней толщины снежного покрова зимой.

Плитный фундамент

Заметно отличается от других типов оснований – монолитный железобетонный, армированный как ЖБ-плита, но залитый по месту. Такие фундаменты имеют самый низкий показатель давления на грунт из-за большой площади. Обычно она соответствует размерам здания, которое будет строиться поверх основания. Единственный недостаток монолита заключается в сложности строительства подвала (цоколя), отчасти проблема решается подъемом первого этажа над поверхностью.

Особенности:

1. Расположение внутренних стен, перегородок размечается уже по готовой плите, изначально достаточно установить внешние границы фундамента.
2. Крыльцо, террасу, другие помещения, вынесенные за пределы периметра также желательно размещать на едином основании.
3. Глубина котлована по монолитный фундамент зависит от типа грунта, так, в плотных слоях достаточно убрать почву на 50 см.

Если на участке доминируют слабые грунты вроде супеси, рекомендуется делать котлован метр или даже глубже, вплоть до прочного слоя. Перед армированием подошвы фундамента дно обязательно выравнивается по горизонтали. Это исключает в дальнейшем перекос по давлению, риски смещения основания под собственным весом. Все ямы и неровности желательно засыпать песком, который не дает усадку, послужит дополнительным дренажом.

Песок же используется в качестве «подушки», необходимой для компенсации пучения грунта при замерзании-оттаивании во время смены времен года. Если котлован получился глубоким, засыпать его следует послойно и качественно трамбовать каждый слой. Водопроводные и канализационные трубы обычно укладываются в песок заранее, чтобы впоследствии не рыть траншеи. Последним из слоев перед заливкой фундаментного бетона становится геотекстиль.

Толщина плиты под основание:

1. Двухэтажные дома из кирпича и бетона с тяжелыми перекрытиями – 30 см с обязательным двухрядным армированием, формированием объемного каркаса.
2. Двухэтажные легкие дома, каркасные, из пено-, газобетона – 25 см, армирование в два ряда в виде объемной конструкции.
3. Легкие постройки вроде веранды, гаража – 15 см, допускается армирование сеткой всего в один ряд, по центру плиты.

При расчете давления на грунт, помимо веса конструкций зданий, важно учитывать увеличенную массу самого основания. Это большой объем бетонной массы, арматурная сетка из металлических стержней. Нагрузка на почву от такого фундамента значительно превышает любые другие варианты оснований. Зато монолитная плита равномерно распределяет общий вес на площадь, занимаемую зданием и позволяет строиться рядом с прудом, на речном берегу и т.д.

Подошва свайного фундамента

При выборе в качестве фундаментного основания свай придется разбираться в массе особенностей. Например, подошва здесь будет располагаться поверх стержней, наподобие ленточного фундамента вокруг каждой точки заглубления. Бетонная масса армирующим каркасом соединяется с металлом сваи и представляет собой монолитный узел, который удерживается за счет нижней части стержня, ввинченного в плотные слои грунта.

Особенности:

1. Свайный фундамент подходит для строительных участков со сложными геологическими условиями. Например, когда на нем просадочные, насыпные или пучинистые грунты.
2. Такой тип основания практически не дает осадки, крена даже при неравномерных нагрузках со стороны здания, главное, заранее правильно рассчитать диаметр и количество свай.
3. Строители часто комбинируют ленточный и свайный фундаменты, это позволяет снизить затраты на бетон по сравнению с плитным и заодно обеспечить прочность, долговечность.

Компоновка основания из свай зависит от строящегося объекта. Так, под многоэтажные здания или тяжелые сооружения принято ставить «свайные поля», когда стержни монтируются по сплошной линии с повторением контура постройки. Если речь идет об индивидуальном строительстве, будет достаточно организовать «свайные ленты», расположенные под несущими стенами. В любом случае они объединяются в единую конструкцию ростверками из швеллеров.

При небольшом заглублении такого основания появляется возможность заливки поверх «обычной» ленты. Осадка такого фундамента будет незначительной даже при небольшом превышении весовой нагрузки, рассчитанной для ленточной конструкции. То же относится к заливке ростверка бетоном над поверхностью грунта, при помощи заранее установленной опалубки. Такие приемы позволяют организовать мелко заглубленный цокольный этаж, подвал даже на подтапливаемых участках.

Высота подошвы свайного фундамента независимо от выбора конструкции обычно составляет 20-30 см. Этого достаточно, чтобы равномерно распределить вес от несущих стен, столбов, строящихся поверх установленных свай. По диаметру отталкиваются от размера стержней. Так, 76 мм свая легко выдержит массу до 1000 кг, 89 мм – до 2000 кг, 108 мм – до 2500 кг. Выбор зависит от расположения свай под периметром будущего здания, расчетной весовой нагрузки.

В каких случаях производятся работы с подошвой фундамента

Подушка под фундамент – это искусственное основание. Оно требует затрат на закупку материала, аренду спецтехники, оплату дополнительной работы по изъятию части грунта. Поэтому «просто так» ее никто не строит, проект всегда содержит обоснование, которое объясняет необходимость организации подошвы. Например, предусматривается утепление, гидроизоляция или утепление за счет конкретных материалов.

Усиление

Заливка подошвы фундамента увеличивает площадь соприкосновения основания с грунтом на 30-60 см в ширину. Это повышает его нагрузочную способность, снижает риски осадки, уменьшает вероятность потери несущей способности, если произошло подтопление участка, промывание «русла» под зданием из-за талой, дождевой воды. Также уменьшается склонность фундаментного основания к крену по причине ветровых нагрузок, оползней и других горизонтальных нагрузок.

Утепление

Если в доме будет сделано теплое подвальное помещение основание закладывается значительно выше глубины промерзания, по всей площади подошвы фундаменты закладывается теплоизолятор. Например, керамзит или иные стройматериалы с подобными свойствами. Это обеспечивает более качественную энергоэффективность здания, исключает промерзание фундаментных блоков в мороз (также будет полезным утепление по внешней стороне основания).

Гидроизоляция

Подушка из песка или песчано-гравийной смеси отчасти выполняет функции дренажа – отводит грунтовые, дождевые воды немного в сторону от основания. В результате при промерзании земля будет меньше выдавливать конструкцию из-за расширения при образовании льда. Глинистый грунт иногда увеличивается в объеме до 9%, поэтому засыпка песком и/или щебнем, гравием спасает от деформации фундамента, остальных элементов здания.

Независимо от типа основания, свайного, столбчатого, ленточного или плитного, подошва заметно увеличивает прочность конструкции. Если не экономить и сделать достаточно толстую песчаную или песчано-гравийную подушку, она будет хорошо отводить воду, выполнять роль амортизатора при пучении. Главное, придерживаться расчетов, приведенных в проектной документации, чтобы подушка «работала» в соответствии с заданными функциями.