ТИПЫ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ МАЛОЭТАЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА

​TYPES OF FOUNDATIONS FOR LOW-RISE CONSTRUCTION

Kirill Tarabrin

student, The Department of Building Structures and Foundation Engineering named after Professor Yu.M.Borisov., Voronezh State Technical University,

Russia, Voronezh

Sergey Zolotukhin

scientific supervisor, candidate of Technical Sciences, associate Professor, Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются основные типы фундаментов, используемых в малоэтажном строительстве, их преимущества и недостатки. Обсуждаются такие типы фундаментов, как ленточные, плитные, столбчатые и свайные фундаменты, а также их влияние на долговечность и устойчивость зданий. Результаты исследования могут быть полезны как профессиональным строителям и архитекторам, так и владельцам загородных участков, заинтересованным в успешном и долговечном строительстве. Статья поможет читателям лучше понять, какие факторы следует учитывать при выборе фундамента для собственного жилья, и как правильно подходить к этому важному этапу строительства. Представлены результаты обзора наиболее распространенных типов фундаментов, применяемых в малоэтажном строительстве. Описаны их характеристики, преимущества и недостатки, а также факторы, влияющие на выбор конкретного типа. В статье подчеркивается, что выбор фундамента должен быть основан на анализе геологических и климатических условий, а также на особенностях проекта и материальных возможностях.

ABSTRACT

The article discusses the main types of foundations used in low-rise construction, their advantages and disadvantages. The types of foundations such as ribbon, slab, columnar and pile foundations are discussed, as well as their impact on the durability and stability of buildings. The results of the study can be useful both to professional builders and architects, as well as to owners of suburban plots interested in successful and durable construction. The article will help readers better understand what factors should be considered when choosing a foundation for their own homes, and how to approach this important stage of construction correctly. The results of the review of the most common types of foundations used in low-rise construction are presented. Their characteristics, advantages and disadvantages, as well as factors influencing the choice of a specific type are described. The article emphasizes that the choice of foundation should be based on an analysis of geological and climatic conditions, as well as on the project features and material capabilities.

Ключевые слова: конструкции фундаментов, малоэтажное строительство, ленточный фундамент, плиточный фундамент, столбчатый фундамент, фундаментные блоки, монолитный железобетон, технологии замкнутого цикла.

Keywords: foundation structures, low-rise construction, ribbon foundation, tile foundation, columnar foundation, foundation blocks, monolithic reinforced concrete, closed-loop technologies.

 В настоящее время наблюдается тенденция к увеличению покупки или строительству частного дома вместо квартиры. Это обусловлено такими преимуществами, как наличие собственного участка, отсутствие соседей и более низкая стоимость квадратного метра. Фундамент – это одна из важнейших несущих конструкций здания и его выбор напрямую влияет на общую стоимость строительства [2, с. 64].

При проектировании здания следует помнить, что правильно подобранный фундамент будет непосредственно влиять на прочность, стабильность и долговечность несущих конструкций всего объекта строительства.  Во время эксплуатации фундаменты подвергаются воздействию силовых и не силовых факторов. К силовым факторам относятся нагрузки от собственного веса вышележащих конструкций и действующих на них нагрузок, а к не силовым – температурные и влажностные воздействия, техногенные влияния, силы морозного пучения и другие. Для предотвращения ошибок при проектировании необходимо учитывать весь этот комплекс нагрузок, а также механическое взаимодействие фундамента с грунтовым основанием и надземными конструкциями здания [9, с. 250]. Рассмотрим классификацию различных типов фундаментов и проанализируем их преимущества и недостатки.

В настоящее время появились новые конструкции фундаментов, которые позволяют минимизировать их устройство за счет повторного использования железобетонных конструкций, образующихся поэлементном демонтаже зданий.

1. Классификация фундаментов. На сегодняшний день фундаменты классифицируется по таким признакам как: по заглублению в грунт, по конструктивному решению, по материалу и по технологии устройства.

В зависимости от глубины заложения фундаменты подразделяются на глубокие и мелкие. При проектировании фундаментов глубокого заложения подошву располагают ниже уровня расчетного промерзания грунта, тогда как в фундаментах мелкого заложения подошва находится выше данного уровня.

По конструктивному решению выделяют следующие типы фундаментов: ленточные, столбчатые, плитные, свайные, а также комбинированные фундаменты.

По материалу различают железобетонные, каменные (включая кирпичные), металлические и деревянные фундаменты.

По способу устройства железобетонные фундаменты подразделяются на монолитные, сборные и сборно-монолитные. Свайные фундаменты, в свою очередь, могут быть забивными, буровыми, буронабивными, завинчивающимися и т.д. [3, с. 60].

Рассмотрим конструктивные решения каждого типа фундамента и сделаем вывод, какой фундамент больше предпочтителен для строительства малоэтажного дома.

2. Конструктивные решения различных типов фундаментов. Монолитные ленточные фундаменты представляют собой железобетонную плоскую или ступенчатую ленту. Вертикальная часть такого фундамента выполняется в виде неармированной или слабо армированной стенки (рис. 1).

Рисунок 1. Монолитные ленточные фундаменты:

а – фрагмент плана; б – разрезы для здания с подвалом; в – разрезы для бесподвального здания

Данный тип фундамента устраивают под зданиями стенового или каркасного типа, когда необходимо устройство перекрестных фундаментных лент (например, в случае карстового основания). Ленточные фундаменты рационально устанавливать в тех ситуациях, когда их ширина позволяет осуществить отрывки отдельных траншей для параллельных стен. При близком расстоянии между параллельными стенами и большей глубине откосы соседних траншей начинают смыкаться друг с другом и тогда проще отрыть весь котлован до обреза фундаментов с применением экскаваторов. В противном случае требуется устройство креплений вертикальных стен траншей, что естественно увеличивает стоимость работ [5, с. 374].

Возведение монолитного ленточного железобетонного фундамента представлено на рисунке 2. На рисунке 3 представлено устройство ленточного фундамента для здания с подвалом.  Пример выполненного ленточного фундамента для здания без подвала представлен на рисунке 4.

 Преимуществами монолитного железобетонного ленточного фундамента является: простота устройства, возможность обустройства подвала при необходимости, универсальное основание пригодное под различные типы стен.

Недостатками такого типа фундамента являются невозможность внутренней перепланировки, невозможность возведения на некоторых грунтах и высокая стоимость устройства.

Рисунок 2. Устройство опалубки и арматурных каркасов ленточного фундамента

Рисунок 3.  Ленточный фундамент и стены подвала в процессе возведения

Рисунок 4. Ленточный фундамент бесподвального здания

Сборно-монолитный ленточный фундамент. При возведении малоэтажных жилых зданий большое распространение получил вариант сборно-монолитного ленточного фундамента. Его конструкция представляет собой монолитную железобетонную ленту, на которую устраивается стенка из сборных бетонных блоков (рис. 5).

Преимуществами такого фундамента является скорость возведения, снижение трудозатрат, надежность и экономичность.

Недостатками такого фундамента является сложность устройства при неровном рельефе, дополнительные затраты на сборные элементы. Пример выполнения такой конструкции приведен на рисунке 6 [1, с. 224].

Рисунок 5. Сборно-монолитные ленточные фундаменты:

а – со сборными блоками и монолитными участками между ними; б – с монолитной обвязкой и плитой-подушкой; 1 – бетонный блок ФБС; 2 –монолитная вставка; 3 – обвязочная балка; 4 – монолитная подушка

Рисунок 6. Фундамент малоэтажного здания сборно-монолитного типа

В настоящее время в ВГТУ на кафедре СКОиФ им. Борисова разработаны и внедряются различные конструкции сборно-монолитных железобетонных фундаментов, где стоимость резко снижается за счет повторного применения железобетонных конструкций. Об этом свидетельствует патент RU 185731 «Сборный ленточный фундамент». Данное изобретение относится к строительству и предлагает новый способ возведения ленточного фундамента. Суть метода заключается в использовании тонкостенных железобетонных ребристых плит перекрытий или покрытий, которые устанавливаются вертикально по периметру будущего фундамента, опираясь на свои продольные рёбра. После установки плиты скрепляются путем приварки закладных деталей, связанных с арматурой, а металлические элементы защищаются штукатуркой и гидроизоляцией. Полые пространства внутри конструкции заполняются грунтом или грунтобетоном. Конструкция данного сборного ленточного фундамента представлена на рисунках 7-11.

Рисунок 7. Способ изготовления фундамента из тонкостенных железобетонных плит с заполнением пазух уплотненным грунтом или грунтобетоном

Рисунок 8. Разрез 1-1

Рисунок 9. Разрез 2-2

Рисунок 10. Разрез 3-3

Рисунок 11. Узлы А, Б

Достоинствами данного патента является то, что он позволяет снизить стоимость строительства за счет применения готовых железобетонных плит, включая вторично используемые, и увеличить площадь опоры фундамента. Кроме того, он снижает вес конструкций, расход материалов, повышает качество работ и сокращает объемы перевозок строительных материалов.

Недостатками указанного способа возведения ленточного фундамента являются: высокая трудоемкость и стоимость. Получаемые конструкции отличаются массивностью из-за невозможности формирования тонкостенных конструкций на строительной площадке и расходом стальной арматуры и бетона [8, с. 505].

Сборные ленточные фундаменты выполняют из плит-подушек и бетонных стеновых блоков. Согласно ГОСТу 13580-2021 «Плиты железобетонные ленточных фундаментов» сборные плиты-подушки выпускаются размерами: толщиной 300 и 500 мм, шириной от 600 до 3200 мм, длиной 1200, 2400 и 3000 мм.  Согласно ГОСТу 13579-2018 «Блоки бетонные для стен подвалов» стеновые фундаментные блоки бывают сплошные – ФБС, с вырезом – ФБВ и пустотные – ФБП. Длина блоков составляет 900: 1200 и 2400 мм. Высота блоков 300 и 600 мм. Ширина этих блоков изменяется от 300 до 600 мм с шагом 100 мм.

Преимуществами такого фундамента является высокая скорость монтажа и гарантия качества сборных блоков.

Недостатками такого фундамента является меньшая прочность по сравнению с монолитным фундаментом, необходимость применения строительной техники для монтажа, затраты на доставку сборных элементов. Элементы сборного ленточного фундамента представлены на рисунке 12. Даже небольшие осадки грунтов оснований приводят к неравномерным осадкам этих фундаментов и появлению трещин в здании. Применение данного типа фундаментов возможно только на однородных песчаных грунтах [7, с. 380].

Рисунок 12. Элементы сборных ленточных фундаментов:

а – фрагмент плана; б – сечение; в÷д – фундаментные стеновые блоки; е÷з – фундаментные плиты

Плитные фундаменты применяются при слабых грунтах в основании сооружений, при ограниченной допустимой величине осадок здания, при различной высоте отдельных частей здания, при необходимости изоляции сооружения от грунтовых вод, при устройстве фундаментов мелкого заложения и в других случаях. Такие фундаменты всегда выполняются в монолитном железобетоне. Плита фундамента выполняется плоской, но может быть ребристой или коробчатой, в зависимости от нагрузок и конструктивных требований к сооружению. Плитные фундаменты могут быть как глубокого, так и мелкого заложения. Плоские фундаментные плиты армируют сварными сетками. Стержни рабочей арматуры соединяют внахлестку без сварки, а в нерабочем направлении стержни распределительной арматуры располагают встык, в разбежку. Устройство армирования монолитной железобетонной плиты представлено на рисунке 13. Перед бетонированием фундаментной плиты необходимо предусмотреть вводы для всех инженерных коммуникаций. Толщина плиты, в зависимости от нагрузки варьируется в пределах от 300 до 500 мм. По готовой плите, устраиваются стены различной конструкции, что является особенностью данного типа фундамента [6, с. 10].

Рисунок 13. Устройство арматуры фундаментной железобетонной плиты

Преимуществами такого фундамента является жесткость конструкции, равномерность распределение нагрузки, совместимость с любым материалом стен, возможность внутренней перепланировки, устойчивость к грунтовым водам и слабым грунтам.

Недостатками такого фундамента является высокая стоимость строительства, значительный расход материалов, большая длительность возведения фундамента. Готовый плитный фундамент представлен на рисунке 14.

Рисунок 14. Готовый плитный фундамент малоэтажного дома

Столбчатые фундаменты устраивают под отдельные столбы, колонны каркаса или под стены бесподвальных легких зданий. Для малоэтажных зданий применяют монолитные железобетонные столбчатые фундаменты. Столбчатый фундамент состоит из подколонника и плоской или ступенчатой плиты. Высота фундаментов принимается от 1,5 м до 4,2 м. Высота фундамента, а также, размеры уступов в плане и по высоте принимаются с шагом 0,3 или 0,4 м. Количество ступеней принимается: при высоте фундамента Н ≤ 400 мм - одну ступень, при 400 ≤ Н ≤ 700 мм две ступени, при Н > 900 мм – три. Под подошвы фундаментов устраивают подготовку: при плотных и сухих грунтах песчаную или щебеночную толщиной 100-150 мм, при слабых или влажных грунтах бетонную такой же толщины. Фундаменты выполняют из тяжелого бетона классов В15 и выше. Подошвы фундаментов армируют сварными сетками из арматуры класса A240 или класса A400 диаметром не менее 10 мм. Защитный слой бетона принимают: при бетонной подготовке 35 мм, а при песчаной или щебеночной подготовке 70 мм. Армирование стакана выполняют в виде арматурной обоймы. При высоком столбчатом фундаменте его армирование выполняют аналогично армированию колонны. Армирование столбчатый фундаментов представлено на рисунке 15. При устройстве столбчатых фундаментов возможно повторное использование фундаментов блоков повторного применения.

Преимуществом данного типа фундамента является малый объем и низкая стоимость.

Недостатком является невозможность применения при строительстве на неоднородных грунтах [4, с. 10].

Рисунок 15. Армирование столбчатых фундаментов:

а, б – монолитные с монолитными колоннами; в, г – монолитные под сборные колонны; д, е - сборные под сборные колон

3. Использование технологии замкнутого цикла при устройстве фундаментов. Если получение типовых фундаментов из новых материалов общеизвестно, то повторное использование железобетонных конструкций фундамента является новым направлением фундаментостроения. Технология замкнутого цикла в строительстве – это повторное использование материалов и конструкций, которые, например, были получены при демонтаже старого здания или сооружения.  Перед сносом здания необходимо проверить несущую способность и полностью обследовать строительные конструкции. Сам демонтаж здания необходимо проводить технически грамотно, то есть следует аккуратно и поэлементно демонтировать строительные конструкции. Повторная проверка вновь используемых конструкций проходит перед использованием непосредственно на объекте. Поэтому на каждом этапе технологии замкнутого цикла необходим контроль специалиста [2, с. 66]. В ситуации, когда показатели строительной конструкции в норме, их несущая способность не утрачена при демонтаже и транспортировке, тогда их уверенно можно использовать для устройства фундаментов здания. Данная технология позволяет значительно снизить количество выбрасываемого на свалки ТБО строительного мусора.

Условия строительства на территории РФ очень разнятся, поэтому невозможно выбрать лучший тип фундамента на все случаи. Поэтому при выборе фундамента для малоэтажного строительство необходимо отдавать предпочтение тому или иному типу фундамента в зависимости от условий окружающей среды и поставленных задач.

Повторное использование сборных железобетонных конструкций позволяет предотвратить образование строительного мусора, уменьшить количество выбросов парниковых газов и значительно уменьшить стоимость строительства нового малоэтажного дома [3, с. 59].

Список литературы:

1. Абрамян С. Г., Бурлаченко О. В. Малоэтажное строительство: особенности и проблемы развития // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура, 2014. № 38. С. 217-227.
2. Золотухин, С. Н. Повторное использование строительных материалов и отходов производства в малоэтажном строительстве / С. Н. Золотухин, А. С. Лобосок // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Сер.: Высокие технологии. Экология. – 2011. – № 1. – С. 63-66.
3. Золотухин, С. Н. Разработка и внедрение строительных технологий замкнутого цикла / С. Н. Золотухин, А. А. Стукалин, А. О. Харина // Химия, физика и механика материалов. – 2022. – № 3 (34). – С. 58-74.
4. Золотухин, С. Н. Рациональное использование строительных отходов / С. Н. Золотухин, К. В. Макарычев, Е. О. Поваляев // Современные научные исследования и инновации. – 2020. – № 1 (105). – С. 12.
5. Золотухин, С. Н. Факторы, сдерживающие внедрение строительных технологий замкнутого цикла /С. Н. Золотухин, О. Б. Кукина // Инновационные, информационные и коммуникационные технологии: сб. тр. XIX Междунар. науч.-практ. конф., Сочи, 01—10 октября 2022 года. – М., 2022. – С. 372-375.
6. Пономарев А. Б. Свайные фундаменты как элементы устойчивого строительства // Вестник Пермского Национально-Исследовательского Политехнического Университета. Строительство и архитектура, 2015. 17 с.
7. Проектируем и строим дом, коттедж, дачу // Нулевой цикл, возведение стен, перекрытия и полы, крыши, ненесущие элементы, лестницы и крыльцо, элементы стенных проемов, инженерное оборудование / сост. Подольский Юрий Федорович. Белгород, 2011.
8. Стефанович М. Ю. Малоэтажное жилищное строительство особенности и проблемы развития в России // Молодой ученый, 2015. № 12 (92). С. 505-507.
9. Субботин О. С. Характерные особенности строительства малоэтажных жилых зданий // Труды Кубанского государственного аграрного университета, 2015. № 53. С. 248-252.