В основании любого дома лежит фундамент. Для строительства жилых зданий в частном секторе в большинстве случаев используют ленточную технологию закладки фундамента. Однако в каждом конкретном случае следует производить индивидуальные расчеты основания, учитывающие массу факторов, начиная от характеристик грунта, заканчивая весом возводимого здания и климатическими условиями региона. И особого внимания требует нижняя часть основания, контактирующая с грунтом – подошва. В этой статье мы поговорим о расчете подошвы ленточного фундамента.

Зачем нужен расчет подошвы

Фундамент одного дома способен опираться на почву с разной несущей способностью. Эта способность представляет собой силу, с которой вес здания давит на грунт и подразумевает не только саму массу, но и период времени, который проходит, прежде чем грунт начинает деформироваться под давлением. В традиционном смысле подошва ленточного фундамента выглядит как железобетонная платформа, основная задача которой заключается в равномерном распределении нагрузки, поступающей в грунт от здания. Несущую способность грунта обозначают буквой R и измеряют в тоннах на 1 м³.

Ширина подошвы ленточного фундамента, как правило, минимум в два раза больше ширины самого фундамента, что объясняется самим назначением конструкции. Закладывать подошву необходимо по большинству строительных местных норм и требований по установке фундаментов на неустойчивых грунтах (илистые, рыхлые, песчаные).

Расчет подошвы необходим для того, чтобы ее ширины и толщины дренажного слоя под ней было достаточно для выдерживания нагрузки от дома. В результате удельная масса здания должна быть меньше расчетного сопротивления почвы.

Прежде чем приступать к проектированию и расчетам, необходимо собрать массу данных касательно геологии, геодезии и гидрогеологии участка. Вычисления напрямую зависят от уровня залегания грунтовых вод, химии и физики почвы, характеристик ландшафта. Также весомую роль играет экологическая обстановка и степень застройки территории. Так, если поблизости есть дома, можно воспользоваться опытом ранних застройщиков и сэкономить время.

Итак, размеры подошвы ленточного фундамента определяют или по степени усадки грунта, или по его несущей способности. Последний способ популярен больше, поскольку не требует профессиональных знаний и навыков.

Как самому определить тип почвы

Чтобы рассчитать подошву фундамента, нужно отталкиваться от нагрузок, которым будет подвергаться этот самый фундамент. Вместе с этим подошва будет равномерно распределять эти нагрузки по всей своей площади, сводя к возможному минимуму негативное воздействие на грунт. Следовательно, чтобы верно выполнить расчеты, нужно знать характеристики грунта. Поскольку услуги геологов стоят довольно дорого, и прибегать к ним при строительстве небольших частных домов не всегда целесообразно, предлагаем научиться самостоятельно определять свойства почвы на своем участке.

Для начала потребуется выкопать колодец глубиной 2,5 м и шириной примерно 80х80 см. Углубляясь на каждые 50 см, берите пробу грунта и обязательно ставьте маркировку на банке, куда ссыпали образец.

Когда взято 5 проб и достигнута глубина 2,5 м, можно приступать к тестам, которые определяют тип основания:

1. Образец почвы обильно смочите холодной водой, скатайте ладонями жгут 12-15 мм в диаметре длиной 10-15 см и загните его в кольцо. Если при этом жгут будет рассыпаться на мелкие кусочки, значит можно утверждать, что на этой глубине (смотрите маркировку на банке) находятся преимущественно супеси. Если жгут рассыплется на несколько крупных фрагментов, значит на обозначенной глубине находятся суглинки. И если у вас получится согнуть жгут в кольцо и не повредить его, значит вам предстоит строить дом на глинистом основании.
2. Второе тестирование позволяет определить пористость грунта. Вырежьте из земли куб со стороной 10 см и взвесьте его. Масса земляного куба обозначает объемную массу грунта в естественном состоянии. Уплотните куб, сжав его пальцами насколько это возможно, и снова взвесьте, чтобы определить вес земли без воздушных пор. Соотношение объема проб грунта к массе обозначает объемный вес в нормальном и плотном виде. Коэффициент пористости получается из отношения объемной массы двух кубов («до» и «после»). Глядя на этот коэффициент, можно определить предполагаемый тип основания. Если когда вы вырезали кубик или сжимали его, он распался на кусочки, то объем грунта с воздушными порами понятен по габаритам куба, а объем без пор можно вычислить при помощи мерного стаканчика или другой емкости.
3. Еще один тест – на текучесть почвы. Его можно определить так: если лопату трудно вогнать в почву, значит текучесть нулевая. Если же она сразу вошла, но земля к ней сильно пристает, значит текучесть равна одному.

Данные тесты помогают определить возможные характеристики грунтового основания. Чтобы застраховать себя от фатальных погрешностей, сопротивление грунта можно чуть завысить по отношению к полученному значению для вашего участка. В том случае, если результаты не дали каких-либо четких ответов, или земля оказалась слишком пучинистой, значит лучше воспользоваться услугами профессиональных геодезистов.

Производим расчет

Расчет подошвы фундамента происходит в несколько основных этапов. Сперва надо найти вес будущего сооружения, включая массу стен, крыши, покрытий и т.д. Сюда же входит снеговая и полезная нагрузка, удельное давление. Рассмотрим этот процесс во всех подробностях.

Расчет веса

Чтобы выяснить максимально точный вес, нужно выяснить массу всех элементов будущего здания. Любой дом состоит из фундамента, цокольного этажа, перекрытий пола и потолка, стен, включая внутренние перегородки, окон, дверей, кровли (стропильная система, пирог) и т.д. Понятно, что для расчета массы каждого элемента необходимо представлять, каких он будет размеров и из каких материалов будет состоять. Стены, например, включают не только кирпич, дерево или бетон, но также теплоизоляционный слой, внутреннюю и внешнюю отделку. Именно поэтому так важно делать подробные эскизы и планы.

Если один из элементов здания имеет прямоугольную форму, его объем можно высчитать очень просто, перемножив длину на высоту и ширину. С более причудливыми формами дело обстоит не так легко, но тоже вполне понятно – их нужно «разобрать» на более простые формы (треугольники и прямоугольники), узнать объем каждой части, после чего суммировать результаты.

Удельная масса каждого элемента определяется материалом, из которого он сделан. Показатели традиционных стройматериалов указаны в СНиП II-3-79, но обращаясь к любому СНиП, следует брать во внимание, что эти нормативы были прописаны довольно давно. С тех пор строительная отрасль сделала несколько больших шагов вперед, поэтому данные руководств могут служить лишь дополнительными источниками информации. Сегодня на рынке присутствует много современных материалов, которые при высокой прочности обладают небольшим удельным весом. Они не указаны в СНиП, поэтому всю информацию следует узнавать у производителя.

Если вы будете строить дом из элементов стандартной формы, например, пеноблоков, брусьев и т.д., следует обратиться к нормативным документам, где указан вес каждого элемента. Зная количество блоков или брусьев и массу каждого из них, можно легко высчитать вес дома.

Поскольку при расчетах также следует учитывать вес фундамента, следует знать его первоначальные параметры. В дальнейшем они могут быть подкорректированы в соответствии с результатами расчетов. При этом следует установить примерные размеры и выбрать материал для изготовления будущего основания. Выбор материала зависит от характеристик грунта, глубины залегания вод, глубины точки промерзания.

Объем и массу фундамента можно высчитать по аналогии с объемом и массой других элементов здания. При этом следует помнить, что определяющим моментом расчета является ширина подошвы, ведь от нее зависит степень воздействия коробки дома на грунт.

Расчет нагрузки

Давление на грунт каждый год усиливается снеговой нагрузкой, которая особенно ощутима в северных регионах, где каждую зиму выпадает много снега. Чтобы определить снеговую нагрузку, необходимо умножить площадь кровли на характеристики массы снежного покрова (эти параметры прописаны в СНиП 2.01.07-85).

Полезно знать: При вычислении снеговой нагрузки надо брать во внимание угол наклона кровли. Так, если крыша будет плоская, снег на ней будет задерживаться и накапливаться, давая большую нагрузку. Если же угол наклона будет большим, снег не сможет задерживаться на поверхности, соответственно и снеговая нагрузка будет минимальной.

Сперва высчитывают снеговую нагрузку, а затем вносят поправочный коэффициент в зависимости от угла наклона кровли и числа скатов. Если угол наклона меньше 25°, поправочный коэффициент будет равен единице, если же угол больше 60°, коэффициент будет нулевым. В диапазоне от 25° до 60° он будет экстраполироваться между 1 и 0.

Существует также полезная нагрузка, включающая массу мебели, всех предметов быта и самих жильцов. Высчитать такую величину точно просто нереально, поэтому было предусмотрено усредненное значение в 180 кг/м².

Когда вы нашли вес всех составляющих будущего здания, можно определить общий вес дома и нагрузку на фундамент. В процессе распределения этой массы на площадь подошвы получится удельное давление на почву (рассчитывается в т/м²).

Расчет размера

Залог качества и долговечности любого фундамента – состояние, при котором удельное давление дома было ниже расчетного сопротивления почвы. Мы уже говорили, что расчетное сопротивление – это величина, при которой грунт не деформируется под нагрузкой. Соответствующие значения для всех регионов России можно найти в ДБН В.2.1-10-2009 “Основания и фундаменты сооружений”. Поскольку вы уже провели тесты и знаете характеристики грунта, можно определить расчетное сопротивление по нормативам.

Сопротивление для разных почв:

• крупнозернистый песок – 60-50 т/м²;
• среднезернистый песок – 50-40 т/м²;
• супеси – 30-20 т/м²;
• суглинки – 30-10 т/м²;
• глина – 60-10 т/м²;
• щебенка – 60-40 т/м²;
• гравий – 50-35 т/м².

Если в вашем случае расчеты показывают, что сопротивление больше нагрузки дома, значит все правильно. Рекомендуется задать некий запас прочности основания. Для этого нужно сделать так, чтобы сопротивление было больше нагрузки на 15-20%. Если итоги показали, что оно меньше либо равно нагрузке, значит подошву надо расширить, после чего заново все просчитать. И наоборот – если сопротивление больше нагрузки, подошву надо уменьшить. Это позволит сэкономить на стройматериалах и трудозатратах. Пересчитывая все по новому, помните, что из-за сокращения размеров подошвы, снизится ее объем и вес.

Усиление подошвы

В процессе эксплуатации дома зачастую требуется усиление его фундамента. Это может случиться из-за роста нагрузок, повреждений или недостаточной несущей способности грунта. Со временем характеристики почвы могут изменяться, соответственно меняется и их несущая способность. Одной из самых эффективных мер по усилению является уширение подошвы ленточного фундамента, то есть увеличение ее размеров. В результате часть нагрузки с имеющегося фундамента будет передаваться элементам усиления – железобетонным плитам, монолитно связанным с существующим фундаментом посредством арматурного каркаса.

Чтобы нарастить подошву фундамента, сначала в его теле проделывают отверстия в шахматном порядке, куда устанавливают металлические трубы. К этим трубам сваркой прикрепляют арматурный каркас, ставят опалубку и заливают бетон. Армирование подошвы ленточного фундамента должно производиться в любом случае вне зависимости от нагрузок и степени сопротивляемости грунта.

Рассчитать подошву и остальные параметры ленточного фундамента совершенно необходимо, однако работа эта требует обширных знаний строительства, включая разные сферы. Поэтому если вы не уверены в своих силах, можно самостоятельно выполнить подготовительные работы (определить тип почвы и снеговую нагрузку, например), а остальное поручить специалистам.