Назва «стовпчастий фундамент» говорить сама за себе. Це фундамент являє собою кілька стовпів заглиблених у ґрунт у певному порядку і пов'язаних в єдину раму за допомогою дерев'яної (іноді металевої) обв'язки або залізобетонного ростверку.
Стовпчасті фундаменти в основному застосовуються для зведення на них дерев'яних (брус, колода) або каркасних будинків (не більше 2 поверхів), лазень, веранд та інших господарських будівель, а також парканів та кам'яних огорож. Рідше на них зводять стіни одноповерхових будинків із полегшених кам'яних матеріалів (комірчастий бетон тощо), питома вага яких не перевищує 1000 кг/м³. Тяжкіші будинки на таких фундаментах будувати не доцільно, у зв'язку з відносно не високою міцністю стовпів і недостатньо великою сумарною площею підошви.
Найголовнішим протипоказанням для вибору стовпчастого фундаменту є високий рівень ґрунтових вод. Не можна допускати, щоб він підходив ближче ніж на 50 см до підошви стовпів. Крім того, стовпи обов'язково повинні бути закладені глибше шару родючих нестійких органічних грунтів.
Перевагами стовпчастого фундаменту є економія коштів і трудових витрат рахунок зменшення обсягу земляних і бетонних робіт, і навіть висока швидкість будівництва нульового циклу. Основним недоліком є непередбачувана поведінка окремих стовпів фундаменту за легковажного ставлення забудовника до дослідження властивостей ґрунту на ділянці. Особливо це стосується фундаментів без монолітного ростверку.
Найпоширенішою помилкою приватних забудовників при зведенні стовпчастого фундаменту є будь-якого, навіть наближеного розрахунку. Кількість стовпів, як і площа їх підстав, беруться «зі стелі». Практично на всіх будівельних сайтах написано одне й теж - ставте стовпи по кутах і на перетині стін, при необхідності на довгих стінах додавайте ще щоб відстань між ними була від 1,5 до 2,5 метрів. Нормальний такий розкид! До того ж про площу основи практично ніде жодного слова. Адже саме від цих показників залежить, чи стоятиме Ваш будинок на місці або згодом почне перекошуватися і сідати.
Розрахунок стовпчастого фундаменту
I)По-перше, необхідно дослідити місце під майбутнє будівництво. Докладно про це йдеться у статті На додаток до викладеного там необхідно відзначити наступне: прийнявши рішення будувати стовпчастий фундамент, в обов'язковому порядку необхідно робити пробне буріння на 0,5-0,6 метрів нижче за можливу глибину закладення стовпів. Якщо під несучим ґрунтом Ви натрапите на шар водонасичених слабких ґрунтів (пливун), то від стовпчастого фундаменту краще відмовитись, т.к. стовпи під навантаженням можуть просто прорізати несучий ґрунт і провалитися.
II)Другим кроком буде визначення навантаження, яке будинок з фундаментом будуть надавати на грунт, простіше кажучи, розрахунок ваги будинку. Наближені значення частки для окремих елементів конструкції наведені в наступній таблиці:
Примітки:
1)При вугіллі нахилу схилів даху більше 60º снігове навантаження приймається рівною нулю.
2) При розрахунку фундаменту до ваги будинку додається і орієнтовна вага самого фундаменту. Обчислюється його приблизний обсяг і множиться на питому вагу залізобетону, що дорівнює 2500 кг/м³.
III)Після визначення ваги будинку розраховуємо мінімально необхідну сумарну площу (S) основ усіх стовпів фундаменту:
S = 1,3×P/Rо,
де 1,3 - Коефіцієнт запасу надійності;
Р - загальна вага будинку разом із фундаментом, кг;
Rо - розрахунковий опір несучого ґрунту, кг/см².
Значення Rо, що називається ще несучою здатністю ґрунту, орієнтовно можна прийняти за таблицею нижче:
Примітка:
Значення розрахункових опорів дано для ґрунтів, розташованих на глибині близько 1,5 метрів. У поверхні несуча здатність майже в півтора рази нижча.
Розрахувавши значення сумарної площі основ всіх стовпів, ми тепер можемо визначити їх необхідне число залежно від діаметра чи розмірів перерізу. Для більшої наочності розглянемо найпростіший приклад.
Приклад спрощеного розрахунку стовпчастого фундаменту
Розрахуємо стовпчастий фундамент (на круглих стовпах) для невеликого каркасно-щитового будинку розміром 5х6 метрів. Висота 1-го поверху 2,7 м, висота фронтону - 2,5 м. Покрівля шиферна. Несучий ґрунт - суглинок (Rо = 3,5 кг/см²). Глибина промерзання 1,3 метри.
1) Площа всіх стін, включаючи фронтони, в нашому випадку вийде рівною 72 м², а їх маса 72 × 50 = 3600 кг
2) У будинку є цокольне (підлога 1-го поверху) та міжповерхове (між 1-м та мансардним поверхами) перекриття. Їхня загальна площа 60 м², а маса 60 × 100 = 6000 кг
3) Експлуатаційне навантаження є також і на 1-му і на мансардному поверсі. Значення її дорівнюватиме 60 × 210 = 12600 кг
4) Площа даху становить у прикладі близько 46 м². Маса її при шиферній покрівлі 46×50 = 2300 кг
5) Снігове навантаження приймаємо рівною нулю, т.к. кут нахилу схилів даху більше 60 º.
6) Визначимо попередню масу фундаменту. Для цього потрібно умовно вибрати діаметр майбутніх стовпів та їх кількість. Припустимо, у нас є бур діаметром 400 мм, його і візьмемо. Число стовпів попередньо береться виходячи з умови один стовп на 2 метри периметра фундаменту. У нас вийде 22/2=11 штук.
Об'єм одного стовпа заввишки 2 метри (заглиблюємо на 0,2 м нижче за глибину промерзання + 0,5 метра піднімається над землею): π × 0,2² × 2 = 0,24 м³, а маса його 0,24 × 2500 = 600 кг .
Маса всього фундаменту 600×11 = 6600 кг.
7) Підсумовуємо всі отримані значення та визначаємо загальну вагу будинку: Р = 31100кг
8) Мінімальна необхідна сумарна площа основ всіх стовпів дорівнюватиме:
S = 1,3×31100/3,5 = 11550 см²
9) Площа основи одного стовпа діаметром 400 мм дорівнюватиме 1250 см². Отже, у нашому фундаменті має бути мінімум 11550/1250 = 10 стовпів.
При зменшенні діаметра стовпів їх кількість збільшуватиметься і навпаки. Наприклад, якщо ми візьмемо бур 300 мм, потрібно буде зробити мінімум 16 стовпів.
Визначивши мінімально допустиму кількість стовпів фундаменту, роблять їхню розбивку по периметру. По-перше їх встановлюють в найбільш навантажених місцях - це кути будинку і з'єднання зовнішніх і внутрішніх стін. Інші стовпи рівномірно розподіляють по периметру, при необхідності додаючи до отриманого мінімального числа ще кілька штук для симетрії. Головне правило тут більше можна, менше не можна.
Важливе зауваження:якщо будинок має якусь легшу прибудову, наприклад, веранду, мінімально допустима кількість стовпів для неї вважається окремо від будинку. Очевидно, що воно буде меншим.
Часто при будівництві більш важких будинків на ґрунтах з малою несучою здатністю кількість стовпів виходить дуже великою, і щоб її зменшити, потрібно суттєво збільшувати діаметр підошви. Прості земляні бури цього не підходять. Тут на допомогу приходить технологія ТІСЕ. Вона розглянута у статті.
Розглянемо тепер найпоширеніші конструктивні схеми стовпчастих фундаментів
Буронабивний фундамент
Стовпи створюються шляхом заливання бетону в попередньо пробурені свердловини. Роботи з улаштування буронабивного фундаменту виробляються в наступній послідовності:
1)
2) За допомогою ручного (механізованого) бура або спеціальної бурової машини робляться свердловини на 20-30 см нижче за глибину промерзання.
Примітка:у рамках цієї статті ми не розглядаємо дрібнозаглиблені стовпчасті фундаменти, які використовуються практично лише для невеликих дерев'яних господарських споруд.
3)
Зі звичайного руберойду згортаються циліндри (по діаметру свердловин) і обмотуються скотчем. Вони виконують дві ролі: по-перше, це незнімна опалубка для стовпів, а по-друге їх гідроізоляція.
Якщо у Вас руберойд із посипанням, повертайте гладкою стороною назовні. Чим гірше ґрунт при замерзанні прилипатиме до поверхні стовпів, тим менші дотичні сили, що прагнуть витягнути стовпи взимку з ґрунту, на них діятимуть.
4) Циліндри з руберойду вставляють у свердловини. На малюнку вище видно, що до самої основи руберойд не доходить, залишається близько 20 см. Робиться це не так. Через незакриту частину палі при заливанні бетону цементне молоко просочується в ґрунт і додатково зв'язує його. При цьому залежно від типу грунту здатність стовпа, що несе, може збільшитися до 2-х разів. Це збільшення при розрахунку не враховується. Воно додатково збільшує запас надійності фундаменту. Крім того, стовпи краще заякоряться в землі.
5) У свердловину заливається трохи бетону (20-30 см), після невеликої паузи вставляється арматурний каркас, щоб він під своєю вагою не опустився до зіткнення з ґрунтом. Потім заливається весь стовп до верху. Торкання арматури з ґрунтом не бажано, т.к. це призводить до її швидшої корозії.
Зазвичай каркас виготовляється з трьох-чотирьох прутків робочої арматури А-III ∅10-12 мм, обв'язаних між собою допоміжною арматурою Вр-I ∅4-5 мм. Бажано, щоб арматура знаходилася від зовнішньої поверхні стовпа не ближче ніж на 5 см.
Якщо після заливання стовпів на них споруджуватиметься монолітний ростверк, робочу арматуру випускають із стовпів на висоту цього ростверку. Якщо ж на стовпах робитиметься обв'язка з дерев'яних балок, то для її кріплення при заливанні бетону у верхню частину вкладається різьбова шпилька (напр., М16).
Примітка:стовпчасті фундаменти із залізобетонним монолітним ростверком описані у статті.
При температурі повітря 15-20ºС навантажувати стовпчастий фундамент можна розпочинати вже через 4-5 днів. Пов'язано це з тим, що після цього періоду несуча здатність фундаменту визначається вже не міцністю стовпів, а міцністю грунту під ними. До того ж дати повне розрахункове навантаження на фундамент (стіни, перекриття, дах, експлуатаційні навантаження) швидко Ви не зможете. Поки йде будівництво, бетон «дозріє».
ВАЖЛИВО:Не можна залишати стовпчастий фундамент не навантаженим на зиму. Дотичні сили морозного пучення можуть підняти і перекосити стовпи, причому всі по-різному.
Стовпчасті фундаменти з азбестових, пластмасових чи металевих труб
Стовпи створюються шляхом заливання бетону попередньо встановлені в свердловини азбестові, пластмасові або металеві труби. Роботи виконуються в наступній послідовності:
1) З розрахунку проводиться розмітка фундаменту дільниці.
2) За допомогою ручного (механізованого) бура або спеціальної бурової машини робляться свердловини на 20-30 см нижче за глибину промерзання. Діаметр свердловин на 10 см більше діаметра вибраних труб. За відсутності бура можна викопати ями та лопатою.
3) У свердловину заливається близько 20 см бетону для збільшення несучої здатності стовпів, як уже говорилося вище. Після невеликої паузи в свердловину вставляється спочатку згорнутий рулон руберойдной сорочки, яка захистить піщане засипання від замулювання, потім азбестова, пластикова або металева труба та арматурний каркас.
4) Проводиться зворотне засипання проміжку між трубою та руберойдною сорочкою піском і в трубу заливається бетон. Пісок запобігає примірзанню ґрунту до труб взимку та їх підйом дотичними силами морозного пучення.
Примітка:Азбестові труби мають не дуже високу морозостійкість, тому досить часто в місці їхнього входу в ґрунт через насичення вологою вони руйнуються. Щоб цього уникнути, бажано небезпечне місце покрити обмазувальною гідроізоляцією.
Прямокутні (квадратні) стовпи з бетону, цегли, блоків
Прямокутні чи квадратні стовпи роблять, коли під рукою немає бура відповідного діаметра. Ями копають вручну лопатою. Робота ця більш трудомістка і обсяг ґрунту, що виробляється, в порівнянні з бурінням, теж більше.
Послідовність виконання робіт практично така сама, як і у випадку з трубами. Відмінність у тому, що замість труб у ями вставляється заздалегідь виготовлена дерев'яна опалубка або стовпи викладаються з цегли (блоків).
Зворотне засипання проводиться після знімання опалубки через 2-3 дні. Цегляні стовпи можна засипати наступного дня.
Примітка:Як уже говорилося вище, зворотне засипання піском (непучинистим матеріалом) робиться для запобігання підйому стовпів взимку. Але вона має один недолік. При попаданні в яму води (наприклад, дощової), пісок номокає і втрачає свої несучі властивості. Стовпи при цьому стають нестійкими у горизонтальному напрямку. Щоб цього уникнути, необхідно ретельно поставитися до відведення води від фундаменту: зробити потрібні ухили, вимощення та зливи.
Часто стовпи робляться комбіновані, тобто. в грунті вони бетонні, а вище за рівень землі викладаються з цегли або блоків. Цей варіант не підходить для подальшого спорудження ростверку. Втрачається його зміст, що полягає у виготовленні однієї жорсткої рами.
Існує ще один вид стовпів - дерев'яні, на загострювати на них своєї уваги ми не будемо, т.к. використовуються вони зараз дуже рідко. Зауважимо лише, що для таких стовпів потрібно використовувати вологостійкі породи деревини (дуб, модрина тощо) і перед встановленням їх необхідно захистити від вологи (обмазати гідроізоляцією або загорнути в руберойд, а краще зробити те й інше).
У коментарях до цієї статті Ви можете обговорити з читачами свій досвід у будівництві та експлуатації стовпчастих фундаментів або поставити питання, що Вас цікавлять.
