Глубина заложения фундамента: вычисление, СНИП, как определить глубину заложения фундамента

Что это такое

Данный термин обозначает степень погружения подошвы основания в землю. Иными словами, глубина заложения фундамента – это расстояние от его нижней части до грунтовой поверхности.

Минимальное значение параметра – 50 см. При закладке невысоких зданий промышленного назначения без кранового оборудования и серьезного динамического воздействия, жилья не выше двух этажей, вместо нижней части заглубленного ниже 70-сантиметровой отметки фундамента допускается использование гравийной, щебневой или средне/крупнопесчаной подушки. Над ней должна возвышаться хотя бы 50-сантиметрровая часть.

При заложении фундамента на глинистом, суглинистом, песчаном или супесчаном грунте, особенно при глубоком промерзании, следует позаботиться о его защите от поверхностных вод. Делается это путем обустройства отмостки по периметру здания и установки водоотводных лотков.

Под внутренними стенами в домах, где планируется отопление, нет необходимости при устройстве основания ориентироваться на то, как сильно промерзает земля, и как близко проходит слой грунтовых вод. Но минимальный размер все равно тот же — 50 см. Если такие фундаменты возвышаются над основаниями внешних стен, то следует позаботиться об их защите от промерзания.

Нормативные требования

Как вы уже могли заметить из вышеописанного, установка фундамента – сложный процесс, нуждающийся в точных измерениях и учете большого количества внешних факторов на территории постройки.

Поскольку установка фундамента уже давно стала обязательным процессом в строительстве большинства зданий, закономерно были разработаны специальные положения и нормы для его безопасного использования.

Под этими нормами подразумеваются требования нормативной документации СП 22.13330.2011, а именно – СНиП под номером 2.02.01-83. Некоторые из данных норм уже были указаны в тексте, так как представляют собой распространенную и проверенную годами информацию. Итак, глубина заложения фундамента вычисляется, исходя из:

• фактического назначения и конструктивных особенностей возводимого здания или строения, нагрузок и воздействия на основу фундамента (1, 2-х этажный или более высокий дом);
• глубины установки фундаментов у строений, располагающихся в непосредственной близости от новой постройки, глубина заложения сторонних коммуникаций (труб, кабелей и других элементов);
• особенностей рельефа территории (наличия возвышений, низин);

• геологических параметров места застройки (разновидности породы и ее свойств, особенностей напластований, присутствия таких элементов как карманы выветривания или полости карстового типа);
• условий площадки гидрогеологического типа и предполагаемых модернизаций территории застройки в ходе возведения объекта;
• особенностей площадки с учетом таких явлений как: размыв грунта, оползни (такие явления часто встречаются на участках возведения мостов и подземной прокладки труб);
• промерзание почвы в различные периоды года и глубины этого промерзания.

Расчет последнего пункта стоит учитывать, исходя из расчета средних ежегодных максимальных глубин промерзания грунта в сезонное время. Период наблюдений в данном случае составляет не менее 10 лет. Площадка при этом должна быть открытой, без застоев влаги и снега, а уровень грунтовых вод должен располагаться ниже уровня промерзания почвы в определенный сезон.

Если данные наблюдения за указанный период отсутствуют, следует определить нормативную глубину, основываясь на теплотехнических исследованиях грунта, которые будут описаны далее.

Факторы, влияющие на глубину заложения

Существует целый комплекс факторов, на которые ориентируются при вычислении требуемой глубины заглубления фундамента. Определяющее значение имеют следующие из них: особенности грунта, на котором возводится здание, уровень грунтовых вод, величина промерзающего слоя земли.

Определяя глубину залегания фундамента, следует в первую очередь выяснить, какой тип грунта находится в районе будущего строения. Верхний слой практически в любом месте – это рыхлая плодородная почва, которая не может служить основой для фундамента и всегда удаляется. Ниже идут грунты с более значительной плотностью, выступающие в качестве опоры для основания здания. Следовательно, глубина фундамента на черноземе зависит от характеристик нижерасположенного слоя

Наиболее распространены следующие виды грунтов:

1. Глинистый и суглинистый. Характеризуются значительным, неравномерным вспучиванием и выталкиванием фундаментной конструкции при замерзании, что имеет критическое значение при высоко залегающих грунтовых водах. Основание должно располагаться ниже их уровня. Минимальное заглубление даже при благоприятных условиях (небольшое количество осадков в регионе и глубоко залегающие грунтовые воды) – 75 см.
2. Песок и супесь. Средне- и крупнофракционная песчаная почва – хорошая база для фундамента, поскольку не задерживает воду. Достаточно 50-сантиметрового заглубления. Мелкопесчаная почва задерживает влагу, при значительном количестве которой становится неустойчивой. Заглубленность на таком слое должна превышать глубину промерзания, которая может достигать 60-200 см.
   
   
3. Хрящеватый. Содержит гравийные, щебневые и различные каменные частицы, благодаря которым размытия и сжатия грунта не происходит. Минимальная величина заглубления – 50 см.
4. Скалистый. Отличается прочностью и высоконадежностью, не подверженностью проседанию и размыванию. Для закладки фундамента достаточно просто выровнять поверхность, без углубления.

Определяя, какой глубины фундамент целесообразно формировать на скальных, крупно- и среднепесчаных, хрящеватых грунтах, нет необходимости отталкиваться от того, где залегают воды.

Если в месте строительства мелкий песок, но водоносный слой на 200 см ниже глубины промерзания, то делать закладку можно по своему усмотрению. При более близком залегании водного горизонта следует опускаться ниже промерзающего слоя.

В тех случаях, когда приходится иметь дело с глиной, хрящеватыми почвами, суглинками, заглубляться, независимо от прочих условий, требуется ниже уровня, подвергающегося действию мороза.

Один из значимых факторов, от чего зависит показатель заглубления основания здания, — глубина грунтового слоя, подвергающегося воздействию морозов. Причем наибольшее значение это имеет при работе на почве, характеризующейся сильной пучинистостью.

Почему? Они удерживают в себе значительное количество влаги, которая при отрицательных температурах расширяет грунт и выталкивает фундамент.

К категории пучинистых относятся мелкопесчаные почвы, глина, супесь и суглинок, непучинистых – средне- и крупнопесчаные, скалистые, хрящеватые.

При наличии хотя бы 200-сантиметрового разделительного слоя между нижним пределом промерзания и горизонтом вод под фундамент достаточно обеспечить котлован глубиной в полметра. Иначе требуется углубление, превышающее уровень промерзания почвы.

Виды грунтов

Тип и структура грунта определяют его несущую способность и такое важное свойство, как предрасположенность к морозному пучению. При выборе глубины фундамента его необходимо учитывать в первую очередь.

Явления пучения обусловлено замерзанием и последующим расширением пропитывающей грунт влаги.

Различают следующие виды грунтов:

• скальные и полускальные породы. Такое основание считается непучинистым;
• крупный и средний гравелистый песок, крупнообломочная порода. Относятся к слабопучинистым;
• суглинки, мелкий песок или пылеватая супесь. Это уже сильнопучинистые виды грунта.

Чтобы определить, с каким типом основания приходится иметь дело, следует взять пробы грунта с помощью извлечения шурфа. Самую точную информацию могут дать только инженеры-геологи, но существует и любительский способ, который поможет будущему домовладельцу сориентироваться в общих чертах.

Порцию грунта разминают в руках и раскатывают в виде длинного стержня, который затем сгибают в кольцо. Стержень из глинистой почвы благодаря своей пластичности легко примет любую форму. Кольцо из суглинка распадется на несколько фрагментов. Супесь при попытке изготовления кольца просто рассыплется.

Таблица выбора глубины заложения фундамента

Несущая способность грунта в общем случае влияет прежде всего на ширину фундамента. Однако, при некоторых условиях верхний слой грунта может оказаться настолько слабым (в этом случае говорят о его высокой сжимаемости) и нестабильным, что строительство на нем вообще будет невозможным.

В такой ситуации глубину заложения фундамента придется увеличивать настолько, чтобы его подошва опиралась в более прочные нижележащие слои основания.

Промерзание грунта

Одним из важнейших воздействующих факторов считается глубина промерзания грунта. Дело в том, что при замерзании вода, находящаяся в почве, расширяется, увеличивая объем. В результате на фундамент начинает воздействовать дополнительная нагрузка со стороны грунта.

Если для боковых, упрочненных стенок она не столь опасна, т.к. гасится за счет высокой прочности конструкции, то снизу появляется сила, направленная на выталкивание опоры.

Величина такой нагрузки зависит от пучинистости грунта, т.е. степени его расширения при замерзании. Соответственно весной при оттаивании происходит обратный процесс. В результате ежегодных колебаний материал фундамента постепенно разрушается, снижая долговечность здания.

Указанные процессы, происходящие в зоне промерзания, требуют, чтобы фундаментная подошва на пучинистых почвах располагалась ниже уровня промерзания. В малопучинистых грунтах (песчаники, скалистые выходы и т.д.) воздействие менее значительны и можно использовать мелкозаглубленный фундамент.

Глубина промерзания грунта устанавливается по результатам многолетних наблюдений и различна для разных регионов страны. Она зависит от среднесуточной температуры и типа почвы.

Так в Московском регионе при среднесуточной температуре минус 10⁰C глубина промерзания составляет:

• глины и суглинки – 78 см;
• супесь и пылевой песок – 95 см;
• песок средней и крупной зернистости, гравелистый грунт – 1 м;
• грунты крупнообломочного типа – 1,16 м.

Усредненные данные по уровню промерзания грунта в разных регионах РФ приведены в СНиП 23-01-99 и СП 131.13330.2011. По ним составляется карта всей территории.

В процессе эксплуатации зданий может происходить изменение процесса промерзания за счет тепловых потоков.

Корректировка глубины промерзания производится по формуле: Н = m x Но, где:

• Но – нормативная (табличная) глубина промерзания,
• m – коэффициент влияния теплового режима сооружения, в т.ч. отопительных приборов.

Коэффициент колеблется в пределах 0,4-1,1.

Если табличные данные отсутствуют, то глубину промерзания можно рассчитать по формуле: Н = Hi√Mt, где:

• Hi – нормативная глубина промерзания определенного типа грунта,
• Mt – среднемесячная минусовая температура в зимний период.

Определение величины заглубления

При строительстве дома возникает вопрос: как определить глубину заложения? Для заглубленного фундамента существует следующее правило: она должна быть на 20-30 см больше глубины промерзания и на 50-60 см меньше глубины расположения подземных вод. На выбор величины параметра мало влияют конструкционные и эксплуатационные нагрузки.

По экономическим соображениям считается, что ленточный фундамент целесообразно возводить с глубиной заложения до 2,5 м. При больших значениях лучше использовать столбчатый или свайный тип.

Мелкозаглубленный фундамент имеет заглубление порядка 35-50% от глубины промерзания. Этот вариант характерен для монолитной плиты в любом грунте, а также ленточного или столбчатого фундамента при строительстве на малопучинистых грунтах.

Расчет глубины фундамента проводится с учетом нагрузок от сооружения и несущей способности грунта. Глубина промерзания также вносит свои коррективы, но путем практических рекомендаций.

Формула для расчета

Разбираясь в том, что такое глубина заложения фундамента, важно научиться определять показатель глубины промерзания почвенного основания. Делается это так:

Dfm = D0 x √Mt, где

Dfm – промораживающийся почвенный слой,

D0 – коррелирующийся с типом грунта коэффициент промерзания;

√Mt – квадратный корень суммы температур тех месяцев, в которых среднемесячный температурный показатель – отрицательный.

Значение D0 для глинистых и суглинистых почв равно 0,23, для мелкопесчаных – 0,28, для средне- и крупнопесчаных – 0,3, для хрящеватых – 0,34.

К примеру, для дома, возводимого на глине в местности, где четыре месяца имеют средние отрицательные температуры (-3°C, — 11°C, — 13°C, -5°C), расчет выглядит следующим образом:

√Mt = √(3+11+13+5) = 5,66,

Dfm = 0,23 х 5,66 = 1,3 м.

Таким образом, в данной местности земля промерзает примерно на 130 см.

Для большей точности учитывать, планируется ли оборудование помещения отопительной системой, и насколько тепло в нем будет.

При расчете того, сколь глубоко стоит погружать фундамент зданий без отопления (дачный домик, баня), прибегают к включению повышающего коэффициента, равного 1,1. Он выступает в качестве страховки от промерзания. Тогда данный параметр будет равен: 130 х 1,1 = 143 см.

При использовании отопления в здании на фундамент также будет передаваться доля тепла, что минимизирует промерзание. При этом в расчеты подставляют понижающий коэффициент, варьирующийся от 0,9 до 0,4.

Пример

Рассмотрим строительство сооружения на глиняных почвах и в Московском регионе. Для Москвы характерны средние температуры: декабрь – минус 10, январь – минус 16, февраль – минус 18⁰C.
Тогда рассчитываем глубину промерзания:   Н= 0,23√(10+16+18)= 1,1 м.

Корректировка производится с учетом коэффициента влияния теплового режима сооружения m. Его значение устанавливает СНиП 2.02.01-83 и СП 25.13330 с учетом среднесуточных температур, поддерживаемых в помещении.

В указанных документах можно по таблице уточнить m для зданий с различным режимом проживания, разной конструкцией напольного перекрытия, с учетом наличия утеплений и подвала.

Для дома с утепленным цоколем в Московском регионе при среднесуточной температуре в помещении 10-12⁰C можно принять m=0,9.

Окончательно, расчетное промерзание составит: Н х m = 1,1 х 0,9 = 0,99 м.

Глубина заложения фундаментов в соответствии с требованиями таблицы 2 СНиП 2.02.01-83*

Далее необходимо учесть расположение подземных вод. Если они располагаются на глубине более 3 м, то глубина заложения фундамента должна быть не менее глубины промерзания.

С учетом рекомендаций принимает, заглубление равным Н+0,3 м, т.е. 1,3м. Эта глубина должна обеспечить надежность и долговечность ленточного или столбчатого фундамента.

Рекомендации при расчете

При массовой застройке расчет глубины заложения производят специалисты в проектных институтах. Чаще при индивидуальной самостоятельной застройке возникает вопрос: как рассчитать фундамент под гараж, баню или одноэтажный коттедж?

После получения всех необходимых данных о грунте и весе здания выполняется итоговый расчет и определение глубины заложения фундамента.

Глубина, находясь в одних пределах, тем не менее всегда будет разной. На одном и том же участке фундамент под одноэтажный или двухэтажный кирпичный дом будет значительно отличаться.

Каждый расчет сугубо индивидуален. Если нет возможности обратиться к специалистам, можно ввести данные в онлайн-калькулятор и узнать рекомендуемые размеры с поправкой на глубину промерзания. Подробнее о расчетах смотрите в этом полезном видео:

Но есть несколько общих рекомендаций, которые следует соблюдать:

1. Любой фундамент закладывается ниже уровня промерзания грунта на 10 %. Если установлена величина промерзания в 70 см, значит глубина ямы под основание должна быть 77 см.
2. Для сыпучих грунтов в условиях умеренного климата лучше использовать ленточное основание с глубиной заложения от 0,5 до 1 м.
3. В северных областях со слабопучинистыми почвами делается заглубленное до 2 м основание.
4. В болотистой местности или на глине идеальным вариантом будет плита, причем глубина заглубления может достигать 2,5 м, что позволяет сделать подвал.

Основное правило при расчете фундамента: грамотное и надежное основание- залог долгого срока службы здания. Стоит заметить, что перебор в постройке также чреват последствиями, как и экономия. Вырытый ниже необходимого котлован не придаст дому большей надежности, но увеличит расход материалов и площадь, на которую будет оказываться негативное воздействие почвы и грунтовых вод.

Грунтовые воды

Уровень положения грунтовых вод напрямую влияет на заложение проектируемого фундамента и состояние грунта. Определить уровень грунтовых вод возможно такими способами:

• получить данные по гидрогеологическим изысканиям в районе участка у отдела архитектуры;
• пробурить шурф самостоятельно;
• узнать у соседей, построившихся ранее на прилегающем участке.

Уровень грунтовых вод носит сезонный характер, поэтому расчёт ведётся по максимальному значению в пиковый, весенний период (СНиП 22.13330.2016). В зависимости от положения грунтовых и паводковых вод, глубины естественного промерзания изменяется нормируемое заложение подошвы основания.

Когда пиковый подъём грунтовых вод превышает глубину промерзания, рекомендуется возводить мелко заглублённый ленточный фундамент с применением технологий по укреплению основания, дренажа.

Как минимизировать эффект пучения грунта

В случае возведения постройки на пучинистом грунте глубину заложения фундамента (и расходы на его сооружение) можно несколько уменьшить.

Для этого следует выполнить одно из мероприятий, предотвращающих развитие значительных сил морозного пучения в холодный период года:

• замена имеющегося грунта непучинистым или слабопучинистым: в зоне возведения здания на глубину промерзания грунта выкапывают котлован, который засыпают хорошо утрамбованным крупнозернистым песком. При сооружении ленточного фундамента глубина заложения в песке, как говорилось выше, может быть снижена до полуметра;
• сооружение дренажных систем, способствующих снижению уровня грунтовых вод;
• укладка вдоль фундамента (можно под отмостку) теплоизоляции из пенополистирола шириной до 1 м, которая будет способствовать уменьшению глубины промерзания грунта в данной зоне.

Глубина заложения в зависимости от типа фундамента

Если глубина заложения фундамента – это расстояние от его подошвы до горизонтальной отметки уровня земли, то нужно понимать, что считать подошвой. И какую отметку считать нулевой, если участок расположен на склоне. Чтобы ответить на эти вопросы, необходимо разобраться в типах фундаментных конструкций и целесообразности их применения для разных грунтов.

Конструкции фундаментов

Жилые дома возводят на ленточном, плитном или свайном фундаменте, выбирая оптимальный вариант с учётом нагрузки на основание, типа грунта, уклона участка застройки и других данных.

• Монолитный или сборный железобетонный ленточный фундамент – самый распространённый тип основания для ненасыщенных влагой и слабопучинистых грунтов. Обладает хорошей несущей способностью, подходит для зданий из кирпича и блоков.
• Монолитная железобетонная плита – самый надёжный фундамент для тяжёлых зданий, возводимых на участках с пучинистыми грунтами. Плита равномерно распределяет нагрузку на слабое грунтовое основание, а при его подвижках «плавает» вместе с домом.
• Свайный фундамент годится для любых грунтов, кроме скальных: длинные стальные или железобетонные опоры можно опустить на любую глубину, пронзив насквозь и водоносный слой, и промерзающий грунт, чтобы добраться до твёрдого и неподвижного пласта. Но ставить на него можно только сравнительно лёгкие дома – деревянные, каркасные, из ячеистых блоков.

В некоторых случаях для усиления конструкции используют комбинирование ленточного или плитного фундамента со свайным.

Форма подошвы у всех этих оснований разная, соответственно отличается и её площадь, и её взаимодействие с грунтом.

Хуже всего противостоит морозному пучению ленточный фундамент, имеющий большую длину и небольшую суммарную площадь. Давление грунта действует на него неравномерно, вызывая разрушения. Именно поэтому нужно знать, как посчитать глубину заложения фундамента в виде ленты, чтобы её подошва оказалась ниже уровня промерзания.

Плита имеет большую площадь и воспринимает давление грунта на себя более равномерно, к тому же оно уравновешивается такой же равномерно распределённой нагрузкой от здания. Поэтому её не заглубляют до уровня промерзания даже на пучинистых грунтах.

Опоры свайного фундамента объединены друг с другом монолитной железобетонной лентой или стальным ростверком. Его подошва точечная – это «пятки» свай, которые всегда находятся в плотных слоях грунта ниже уровня его промерзания. Такая конструкция позволяет строить дома на участках с большим уклоном без планировки грунта, что необходимо при устройстве плитного или ленточного основания.

Если выравнивание площадки не проводится, нулевой считается самая низко расположенная точка, и глубина заложения фундамента считается от неё

Фундамент мелкого и глубокого заложения

При строительстве частных домов малой этажности на расчётную глубину ниже уровня промерзания грунта фундаменты закладывают только в тех случаях, когда:

• в проекте предусмотрен подвал или цокольный этаж;
• дом имеет большие размеры и внушительный вес;
• рядом находятся крупные здания, мощные фундаменты которых могут изменить свойства грунта;
• участок строительства находится в сейсмоопасной зоне.

Если вы строите дом, имея в исходных данных хотя бы один из перечисленных факторов, не стоит самостоятельно решать, как найти глубину заложения фундамента – этим должны заниматься специалисты.

Заглубление ленточного и тем более плитного фундамента на большую глубину нецелесообразно, так как связано с огромными финансовыми затратами. В частном домостроении правильнее использовать свайные или мелкозаглубленные основания.

Для предотвращения деформации такого фундамента предпринимают специальные меры, устраняющие пучение грунта под домом.

• Утепление стен фундамента во избежание проникновения холода под дом, для чего бетон заливают в несъёмную опалубку из экструдированного пенополистирола.
• Утепление грунта под отмосткой, защищающее его от промерзания по всему периметру.
• Устройство дренажных систем для отвода грунтовой воды и осадков от фундамента.

Глубину заложения фундамента нельзя назначить произвольно. Величина его заглубления в грунт зависит от множества факторов в совокупности. В первую очередь это тип грунта и его способность нести расчётную нагрузку. Эта способность может меняться в зависимости от насыщения грунтовыми водами и промерзания в зимний период. Также на глубину заложения влияют вес, конструктивные и эксплуатационные особенности дома. Но закладывать фундамент на расчётную глубину не всегда целесообразно. Часто более надёжным и экономически выгодным решением становится мелкозаглублённое основание. Однако решать это должны специалисты.

Когда изменяется ступенчато?

При строительстве дома на участке с уклоном, необходимо ступенчатое изменение глубины заложения фундамента. В таких случаях используются конструкции ленточного и столбчатого типа.

Наибольшей надежностью обладает бетонная лента. Этот тип фундамента можно сооружать на склонах с наклоном до 28-35 градусов.

Суть ступенчатого фундамента заключается в том, что нижняя стена является подпорной стеной и имеет повышенную глубину заложения.

Схема его выглядит следующим образом: вначале, готовится траншея для верхней стене с глубиной, равной расчетной глубине.

Под нижнюю, подпорную стену роется траншея такой же глубины, но опалубка поднимается на такую высоту, чтобы ее верхняя граница находилась строго в одной горизонтальной плоскости с верхним срезом опалубки верхней стенки.

Боковая стена рассматриваемого ленточного фундамента имеет ступенчатую конструкцию. Вся ее длина условно делится на участки примерно по 2 м. На каждом участке формируется горизонтальное дно траншеи. Отправная точка – заглубление верхней стены.

Строение боковой стены фундамента на склоне можно пояснить на примере. Например, строится дом шириной 6 м на склоне с уклоном 15 градусов. Условно выделяем 3 ступени боковой стены длиной по 2 м.

Ступеньки должны компенсировать уклон, причем подошва на каждой из них должна быть строго горизонтальна. Начальная точка расположена на верхней, а конечная – на нижней стене, где глубина заложения фундамента составляет 0,8 м.

Однако за счет уклона конечная точка располагается ниже верхней на 6хsin15=1,55 м. Высота каждой ступени составит 1,55:3=0,53 см.

Верхняя ступень в начальной точке будет иметь заглубление 0,8 м, а в конечной – 0,8-2sin15=0,28 м. Нижняя ступень: в конечной точке – 0,8 м, а в начальной – 0,8+sin15=1,32 м. Аналогичную величину имеет и средняя ступень.

Рекомендации для различных фундаментов

Отдельные виды фундаментных конструкций имеют определенные отличительные характеристики и конструктивные особенности. При этом существуют общие для всех типов рекомендации, позволяющие правильно рассчитать глубину заложения фундамента для одноэтажного или двухэтажного дома, различного рода построек подсобного и хозяйственного назначения. Они сводятся к следующему:

• величина заглубления фундамента не может быть менее 50 см, за исключением тех случаев, когда основанием выступает скалистый грунт;
• при расположении нескольких зданий друг возле друга глубина заложения их фундаментов должна быть одинакова. Это необходимо для обеспечения устойчивости строений;
• заглублять фундамент в несущий слой грунта необходимо минимум на 10-20 см, чтобы нагрузка от конструкции полноценно передавалась твердой почве;
• если позволяют условия, то фундамент целесообразно закладывать над водоносным слоем. Благодаря этому можно обойтись без устройства дренажной системы;
• нижнюю часть фундамента целесообразно опускать примерно на 1/5 ниже слоя промерзания, что позволяет предотвратить разрушительное действие пучения и избежать неравномерной усадки строения.

Не стоит углубляться слишком сильно, поскольку особого преимущества в плане надежности это не даст, зато расходы существенно увеличатся.