Пособие по строительству дома

В данном пособии рассматривается вариант устройства точечных монолитных фундаментов мелкого заложения. Такой тип фундамента был выбран из-за невозможности подъезда на стройплощадку крупной строительной техники для устройства забивного свайного или монолитного ленточного фундамента.

Преимуществами такого типа фундамента являются:

– простота изготовления конструкций и более низкая стоимость, по сравнению с ленточным и плитным фундаментами;

– процесс возведения такого фундамента безопасен для окружающей застройки и возможен без использования крупной строительной техники, по сравнению со свайным фундаментом на забивных железобетонных сваях;

– такой фундамент меньше подвержен коррозии по сравнению со свайным фундаментом на винтовых сваях;

Из минусов стоит отметить:

– зависимость работ от погоды: бетонирование конструкций такого фундамента должно осуществляться при температуре ≥ +5оС, кроме того в период набора прочности бетона (28 суток) температура не должна опускаться ниже 0оС;

– невозможность устройства такого фундамента в случае, когда грунты на площадке строительства представлены илами, торфами, глинистыми грунтами мягкопластичными, текучепластичными и текучими (с показателем текучести IL ≥ 0,6), а так же рыхлыми песками;

– необходимость заложения подошвы фундамента на глубине промерзания грунта (или ниже глубины промерзания), либо трудоёмкая грунтовая подготовка в случае, когда строительство осуществляется на пучинистых грунтах. К пучинистым грунтам относятся: пески мелкие и пылеватые; супеси; суглинки, глины и крупнообломочные грунты с глинистым заполнителем.

Примечания:

1) Продолжительность периода набора прочности бетона зависит от температуры окружающего воздуха (см. «Графики набора прочности бетона в зависимости от температуры»). Общепринятым является значение 28 суток при температуре окружающего воздуха t = +15оС.

2) Пучинистый грунт – грунт, подверженный морозному пучению.

3) Морозное пучение – увеличение в объёме водонасыщенного грунта при его промерзании. Если при возведении фундаментов на пучинистых грунтах не принять меры по предотвращению воздействия морозного пучения на фундамент, это может привести к неравномерному подъёму фундаментов при промерзании грунта; к неравномерным осадкам фундаментов при оттаивании грунта.

В данном пособии рассматривается случай строительства на пучинистом грунте, когда грунтовые воды залегают на глубине 0,3 – 0,5 м от поверхности земли.

При строительстве на пучинистых грунтах проводятся мероприятия по условиям недопущения морозного пучения грунта основания в соответствии с п. 5.5.5 СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».

Согласно п. 5.5.5 СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» глубина заложения наружных фундаментов отапливаемых зданий назначается по следующей таблице:

Таблица 3.1 – Глубина заложения наружных фундаментов отапливаемых зданий

Рассмотрим 3 варианта устройства фундаментов для данных грунтовых условий:

А) Фундамент на буронабивных сваях, когда конец сваи находится на расчётной глубине промерзания грунта;

Б) Фундамент мелкого заложения с выполнением грунтовой подготовки;

В) Фундамент мелкого заложения с утеплением грунта.

3.1.1 Вариант «А» – Фундамент на буронабивных сваях

Общий вид фундамента на буронабивных сваях приведён в таблице 3.5 настоящего пособия.

Технология устройства одного фундамента следующая:

– откапывается шурф (яма) или бурится скважина до глубины, превышающей расчётную глубину промерзания грунта на величину щебёночной подготовки;

– на дно скважины (шурфа) засыпается щебень до расчётной глубины промерзания грунта (как правило мощность щебёночная подготовка составляет 10 – 20 см);

– в скважину (шурф) помещается опалубка – конструкция, которая формирует тело будущей сваи;

– отверстие внизу опалубки предварительно закрывается геомембраной типа «Технониколь – Planter» для предотвращения ухода влаги из бетонной смеси в землю;

* при использовании дощатой или фанерной опалубки на стенки опалубки c внутренней стороны крепится полиэтиленовая плёнка для предотвращения ухода влаги из бетонной смеси в щели, а так же в материал опалубки;

– осуществляется выверка положения опалубки, после чего производится обратная засыпка с трамбовкой объёма скважины (шурфа) вокруг опалубки вынутым ранее грунтом;

– в опалубку вставляется арматурный каркас;

– в опалубку с арматурным каркасом заливается бетонная смесь;

* при заливке бетонную смесь необходимо вибрировать глубинным вибратором послойно через каждые 0,5 м;

– производится распалубка видимой части фундамента;

– выполняется гидроизоляция фундамента.

Подбор габаритов сваи и расчёт сваи по прочности осуществлялся вручную согласно СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции» и в данном пособии не приводится.

Проверка основания по несущей способности при выбранных габаритах фундамента проводилась вручную в соответствии с СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» и в данном пособии не приводится.

Стоит отметить, что двенадцати свай сечением 40×40 см, армированных продольно четырьмя стержнями диаметром 6 мм; армированных поперечно хомутами (или стержнями) диаметром 6 мм с шагом 15 см, достаточно для восприятия нагрузок, передающихся на фундамент от всех конструкций данного дома, людей и мебели, находящихся в нём, а так же снега, который лежит на крыше в зимнее время; и для передачи этой нагрузки на грунт основания при данных грунтовых условиях.

Рассмотрим определение глубины заложения конца сваи. Определение глубины заложения конца сваи производится в соответствии с СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».

1) Определим нормативную глубину сезонного промерзания грунта dfn:

dfn = d0 · (Mt)1/2                                                       (3.1)

где Mt – сумма абсолютных значений среднемесячных температур за год в районе строительства. Mt определяется по таблице 5.1 СП 131.13330.2011 «Строительная климатология»;

d0 – величина, принимаемая равной: для суглинков и глин 0,23 м; супесей, песков мелких и пылеватых – 0,28 м; песков гравелистых, крупных и средней крупности – 0,30 м; крупнообломочных грунтов – 0,34 м.

Для нашего случая:

Mt = 13,6 + 12,1 + 5,7 + 4,8 + 9,9 = 46,1

d0 = 0,23 м

dfn = 0,23 · (46,1)1/2 = 1,56 м

2) Определим расчётную глубину сезонного промерзания грунта df:

df = dfn · kh                                                             (3.2)

где kh – коэффициент, учитывающий влияние теплового режима помещения. Коэффициент kh можно определить по таблице 3.2 настоящего пособия.

Таблица 3.2 – Определение коэффициента kh

В нашем случае коэффициент kh можно принять равным 1,0.

Тогда:

df = 1,56 · 1,0 = 1,56 м

Глубина заложения подошвы фундамента составляет 1,56 м.

3) Определим глубину, на которую следует производить отрывку шурфа (бурение скважины):

Dшурф = df + hщ,                                                             (3.3)

где Dшурф – глубина, на которую следует производить отрывку шурфа (бурение скважины);

hщ – высота щебёночной подготовки, принимаемая равной 10…20 см.

Dшурф = 1,56 + 0,20 = 1,76 м

3.1.2 Вариант «Б» – Фундамент мелкого заложения с выполнением грунтовой подготовки

В данном случае для исключения влияния морозного пучения на фундамент рассматривается способ замены пучинистого грунта на непучинистый. Общий вид фундамента мелкого заложения с выполнением грунтовой подготовки приведён в таблице 3.5 настоящего пособия.

Технология устройства одного фундамента следующая:

– откапывается шурф (яма) до глубины, определяемой расчётом;

– по дну и стенкам шурфа укладывается геотекстиль в один слой;

– в шурф засыпается песок до уровня, установленного расчётом, с послойной трамбовкой и проливкой водой через каждые 30…50 см;

– по верху песчаной засыпки укладывается геотекстиль в один слой;

– по геотекстилю производится щебёночная подготовка толщиной 10…20 см;

– по верху щебня укладывается геомембрана типа «Технониколь – Planter» для предотвращения ухода влаги из бетонной смеси в щебень;

– на геомембрану устанавливается опалубка;

* при использовании дощатой или фанерной опалубки на стенки опалубки с внутренней стороны крепится полиэтиленовая плёнка для предотвращения ухода влаги из бетонной смеси в щели и в материал опалубки;

– в опалубку вставляется арматурный каркас;

– в опалубку с арматурным каркасом заливается бетонная смесь;

* при заливке бетонную смесь необходимо вибрировать глубинным вибратором послойно через каждые 0,5 м;

– по истечении 3-х суток с момента бетонирования производится распалубка фундамента;

– производится гидроизоляция фундамента.

Подбор габаритов фундамента и расчёт по прочности выполнялся вручную согласно СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции» и в данном пособии не приводится.

Проверка основания по несущей способности при выбранных габаритах фундамента проводилась вручную в соответствии с СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» и в данном пособии не приводится.

Стоит отметить, что двенадцати фундаментов мелкого заложения с габаритами плитной части (Д×Ш×Т) 1×1×0,15 м, и габаритами стойки (Д×Ш×В) 0,4×0,4×0,6 м, армированных стержнями диаметром 6 мм (схема армирования приведена в части КР, Лист 1), достаточно для восприятия нагрузок, передающихся на фундамент от всех конструкций данного дома, людей и мебели, находящихся в нём, а так же снега, который лежит на крыше в зимнее время; и для передачи этой нагрузки на грунт основания при данной грунтовой подготовке и данных грунтовых условиях.

Рассмотрим определение глубины отрывки шурфа. Определение глубины отрывки шурфа производится в соответствии с СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».

1) Глубина отрывки шурфа складывается из высоты песчаной засыпки, высоты щебёночной подготовки и высоты плитной части фундамента:

Dшурф = hп + hщ + hпл                                                 (3.4)

где hп – высота песчаной подготовки;

hщ – высота щебёночной подготовки, принимается равной 10…20 см;

hпл – высота плитной части фундамента, равна 15 см.

2) Высота песчаной засыпки, необходимой для исключения влияния сил морозного пучения на фундамент равняется нормативной глубине промерзания песка в условиях региона строительства и определяется оп формулам 3.1 – 3.2 настоящего пособия.

Mt = 13,6 + 12,1 + 5,7 + 4,8 + 9,9 = 46,1

d0 = 0,30 м

dfn = 0,30 · (46,1)1/2 = 2,04 м

hп = df = 2,04 · 1,0 = 2,04 м

Dшурф = 2,04 + 0,2 + 0,15 = 2,39 м

Примечания:

1) Глубину отрывки шурфа Dшурф необходимо сравнивать с нормативной глубиной промерзания грунта основания dfn. Если Dшурф < dfn, то глубину отрывки шурфа увеличивают до нормативной глубины промерзания грунта основания. В данном случае dfn = 1,56 м (см. Вариант «А»).

2) Одно из основных условий при проектировании фундамента мелкого заложения – величина заглубления фундамента в грунт основания должна составлять не менее 0,5 м. В данном случае заглубление фундамента производится на толщину его плитной части, равную 0,15 м. Опыт строительства по данному проекту показал, что в данных грунтовых условиях, при отсутствии угрозы затопления участка поверхностными водами, заглубление фундамента лишь на толщину его плитной части не оказывает негативного влияния на работу конструкций фундамента.

3.1.3 Вариант «В» – Фундамент мелкого заложения с утеплением грунта

В данном случае для исключения влияния морозного пучения на фундамент рассматривается способ утепления грунта основания. Общий вид фундамента мелкого заложения с утеплением грунта основания приведён в таблице 3.5 настоящего пособия.

Технология устройства одного фундамента следующая:

– откапывается небольшой котлован до заданной глубины, габаритами определёнными расчётом;

– производится трамбовка грунта на дне котлована (возможно устройство песчаной подушки на дне котлована с последующей трамбовкой);

– по дну и стенкам котлована укладывается геотекстиль в один слой;

– на дно котлована укладывается утеплитель (экструдированный пенополистирол) толщиной, определённой расчётом;

– по верху утеплителя устанавливается опалубка;

* при использовании дощатой или фанерной опалубки на стенки опалубки с внутренней стороны крепится полиэтиленовая плёнка для предотвращения ухода влаги из бетонной смеси в щели и в материал опалубки;

– в опалубку вставляется арматурный каркас;

– в опалубку с арматурным каркасом заливается бетонная смесь;

* при заливке бетонную смесь необходимо вибрировать глубинным вибратором послойно через каждые 0,5 м;

– по истечении 3-х суток с момента бетонирования производится распалубка фундамента;

– производится гидроизоляция фундамента;

– производится обратная засыпка котлована вынутым ранее грунтом до уровня земли.

Подбор габаритов фундамента и расчёт по прочности выполнялся вручную согласно СП 63.13330.2018 «Бетонные и железобетонные конструкции» и в данном пособии не приводится.

Проверка основания по несущей способности при выбранных габаритах фундамента проводилась вручную в соответствии с СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» и в данном пособии не приводится.

Стоит отметить, что двенадцати фундаментов мелкого заложения с габаритами плитной части (Д×Ш×Т) 1×1×0,15 м, и габаритами стойки (Д×Ш×В) 0,4×0,4×0,85 м, армированных стержнями диаметром 6 мм (схема армирования приведена в части КР, Лист 1), достаточно для восприятия нагрузок, передающихся на фундамент от всех конструкций данного дома, людей и мебели, находящихся в нём, а так же снега, который лежит на крыше в зимнее время; и для передачи этой нагрузки на утеплитель и в последующем на грунт основания при данной грунтовой подготовке и данных грунтовых условиях.

Рассмотрим определение габаритных размеров утеплителя, а так же определение габаритов шурфа. Определение габаритных размеров утеплителя производится в соответствии с ГОСТ Р 57361-2016 «Фундаменты зданий. Теплотехнический расчет».

1) Определение габаритных размеров утеплителя производится по таблицам ГОСТ Р 57361-2016 «Фундаменты зданий. Теплотехнический расчет», зная проектный индекс промерзания грунта Fп. Для того, чтобы определить проектный индекс промерзания грунта Fп, сначала определим индекс промерзания грунта для одной зимы F1:

F1 = 24∑(0 – ),                                                 (3.5)

где  – средняя за сутки температура уличного воздуха в зимний период для данного региона строительства.

Примечание:

В данной формуле производится суммирование абсолютных значений средних суточных температур всех дней одной зимы. Зимой в данном случае считается период, когда температура уличного воздуха устойчиво держится ниже отметки 0оС.

Воспользуемся приближённой формулой для определения индекса промерзания грунта для одной зимы F1:

F1 = 24∑(n<0 · ),                                                 (3.6)

где  – абсолютное значение среднемесячной температуры уличного воздуха в зимний период для данного региона строительства;

n<0 – число дней в месяце, средняя температура за который ниже отметки 0оС для данного региона строительства.

Примечание:

Абсолютное значение среднемесячной температуры уличного воздуха в зимний период t<0мес определяется по таблице 5.1, СП 131.13330.2012 «Строительная климатология».

Для данного региона строительства (г. Архангельск) согласно таблице 5.1, СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» зимним периодом являются месяцы I, II, III, XI, XII. Тогда индекс промерзания грунта для одной зимы F1 по приближённой формуле будет определяться следующим образом:

F1 = 24 · (31 · 13,6 + 28 · 12,1 + 31 · 5,7 + 30 · 4,8 + 31 · 9,9) = 33312 оК · ч

2) Деревянный дом является податливой конструкцией, которая может претерпевать некоторые перемещения фундаментов, поэтому согласно ГОСТ Р 57361-2016 «Фундаменты зданий. Теплотехнический расчет» проектный индекс промерзания грунта Fп определяется на основании индексов промерзания грунта минимум за 10 зим. При расчёте по приближённой формуле не возможно определить индексы промерзания грунта для десяти зим, поэтому в качестве Fп принимается ранее определённый индекс F1, равный 33312 оК · ч.

3) Определяем ширину теплоизоляции грунта bg (см. рисунок в таблице 3.5 настоящего пособия), руководствуясь таблицей 3.3:

Таблица 3.3 – Ширина теплоизоляции грунта в зависимости от проектного индекса промерзания грунта

Поскольку в нашем случае Fп занимает промежуточное значение в таблице, то для определения ширины теплоизоляции грунта bg воспользуемся методом линейной интерполяции:

bg = 2,00 – [(40000 – 33312) · (2,00 – 1,60)]/(40000 – 30000) = 1,73 м

Принимаем ширину теплоизоляции bg, равную 1,75 м.

4) Определяем минимальное сопротивление теплопередаче для утепляющего слоя Rg, руководствуясь таблицей 3.4. Минимальное сопротивление теплопередаче Rg необходимо знать для определения толщины утеплителя.

Таблица 3.4 – Минимальное сопротивление теплопередаче для утепляющего слоя в зависимости от проектного индекса промерзания грунта и среднегодовой температуры наружного воздуха