Столбчатая и свайная конструкции фундамента для малоэтажного дома на первый взгляд похожи настолько, что их почти невозможно отличить один от другого, особенно в надземной части: и у столбчатого, и у свайного фундаментов верхние концы опор выступают наружу на одинаковую высоту. Однако, разнятся как принцип работы этих опор, так и технологии их возведения. Столбчатый фундамент используется только на грунтах с нормальной несущей способностью и создавался он с целью уменьшения расхода материалов по сравнению с заглубленным ленточным фундаментом.

Свайный фундамент позволяет возводить дома на тех участках, где верхние слои непрочные, непригодные к строительству (например, текучие суглинки или илистые грунты) и задача их – пройти слабые грунты насквозь и опереться на сильные.

Столб потому так и называется, что способен нести только сосредоточенную вертикальную нагрузку, направленную сверху вниз. По идее, столб – это зарытая в землю на определенную глубину вертикальная опора.

Но столб сам по себе не может распределить нагрузку от стены на грунт, особенно если эта стена сложена из штучных материалов (кирпич, камень, ячеистые блоки). Для этого нужен опорный пояс — распределительные балки, уложенные на оголовки (по верху) столбов.

Сами столбы устанавливаются строго по расчету с определенным шагом, в пределах 1,5-2,5 метра. Меньше нельзя, так минимальное расстояние между столбами в свету должно быть не менее трех их диаметров, а иначе они будут мешать друг другу. Больше тоже нельзя, так как ростверк рискует не выдержать нагрузку от стен или неравномерное расположение столбов вызовет неравномерную осадку здания (опорные реакции на столбы от ростверка будут разные при разных пролетах).

 

Виды столбчатых фундаментов

Именно по тому, из чего устроены распределительные балки (ростверки) и от характера их работы столбчатые фундаменты делят на следующие виды:

  • столбчатый фундамент без ростверка;
  • столбчатый фундамент с ростверком, приподнятым над уровнем земли;
  • столбчатый фундамент с увеличенным заглубленным ростверком.

Столбчатый фундамент без ростверка

Столбчатый фундамент без ростверка еще называют опорно-столбчатым фундаментом, так как вершины столбов в таком фундаменте изначально между собой как-бы никак не связаны.

Однако, самостоятельно опоры не могут перераспределить нагрузку от стен дома и передать ее на грунт основания, так как они воспринимают только сосредоточенные нагрузки или опорные реакции от уложенных на них распределительных балок. Значит, стойки фундамента в любом случае нужно связать горизонтальным поясом, хотя и не соединенным жестко с опорами.

Рассмотрим следующие варианты опорно-столбчатых фундаментов без ростверков:

  • опорно-столбчатый фундамент с деревянным или металлическим опорным брусом;
  • опорно-столбчатый фундамент с рандбалками, приподнятыми над уровнем земли;
  • опорно-столбчатый фундамент с рандбалками, опущенными до уровня земли;

 

Опорно-столбчатый фундамент с деревянным или металлическим опорным брусом

Опорно-столбчатый фундамент с опорным брусом

Опорно-столбчатый фундамент с деревянным или металлическим опорным брусом

Идеальный вариант для устройства столбчатого фундамента с деревянным или металлическим опорным брусом:

  • легкие деревянные дома, построенные по каркасной, так называемой «канадской технологии» с каркасом из досок, в конструкциях которых предусмотрен нижний несущий брус;
  • все виды деревянных срубов с нижним опорным венцом, стены которых состоят из крупноразмерных горизонтальных элементов, но не слишком тяжелые, желательно одноэтажные;
  • легкие сооружения на металлическом каркасе.

Допустимые грунты для такого фундамента – до среднепучинистых включительно. Его нельзя применять в сильнопучинистых и чрезмерно пучинистых грунтах, вертикальная и касательные силы морозного пучения в которых настолько велики, что с легкостью вытолкнут фундамент с легким сооружением наверх из-за его недостаточного веса.

Фундамент с деревянным опорным брусом

Столбчатый фундамент с деревянным опорным брусом

Опорный брус, выполняющий роль ростверка, в столбчатых фундаментах не должен опираться на грунт или, тем более, быть заглубленным в землю.

Делается это потому, что зимой, вследствие морозного пучения, поднимающийся грунт может приподнять ростверк и так как он не связан жестко со стойками, даже оторвать его от опор и деформировать. То есть грунт должен иметь возможность перемещаться свободно.

Расстояние от грунта до нижней части опорного бруса закладывается в зависимости от степени пучинистости и глубины промерзания грунта. В самом худшем случае, для сильнопучинистых (текучих и пластичных) глинистых и насыщенных водой песчано-пылеватых грунтов такое расстояние должно быть не менее 15 см.

Что такое морозное пучение грунта можно прочитать в статье «Морозное пучение грунта: влияние на фундаменты».

Как самостоятельно определить степень пучинистости грунта можно прочитать в статье «Пучинистость грунта: определение степени пучинистости различных грунтов«

Для утепления всего дома и пола в частности, а также для изоляции дома от атмосферных осадков, пролеты между столбами от земли до опорного бруса заполняют забиркой, чаще всего из кирпича с вентиляционными отдушинами.

Кирпичная забирка

Кирпичная забирка

Ради снижения теплопотерь дома кирпичную забирку заглубляют в грунт не менее, чем на 200 мм. Перед устройством кирпичной кладки на дно предварительно вырытой траншеи укладывают песчано-щебневую подушку (песок должен быть крупных фракций), смачивают водой и тщательно утрамбовывают.

Сверху по подушке раскатывают полосу рубероида или битумно-полимерного аналога. Между забиркой и опорным брусом оставляют зазор в 5-7 см и конопатят его.

Кроме кирпичной кладки забирку можно еще выполнить из следующих материалов:

  • из доски (обрезная, блок-хаус, вагонка, имитация бруса);
  • из листовых материалов (плоский шифер, влагостойкая фанера, ОСП);
  • из профнастила;
  • из сайдинга классического;
  • из сайдинга цокольного (композитные, фиброцементные, алюминиевые фасадные панели).

 

Опорно-столбчатый фундамент с рандбалками, приподнятыми над уровнем земли

Опорно-столбчатый фундамент с рандбалками

Опорно-столбчатый фундамент с рандбалками, приподнятыми над уровнем земли

Применяют такой фундамент при строительстве более тяжелых быстровозводимых домов:

  • с каркасом из бруса по рамно-каркасной или каркасно-рамочной технологии в два –три этажа. Разновидностью домов, построенных по такой технологии, являются так называемые фахверковые дома, пришедшие к нам из средневековой Германии и сейчас переживающие расцвет своей популярности;
  • построенных по панельно – каркасной технологии, также в два-три этажа. Это щитовые дома заводского изготовления, у нас их называют «каркасно-щитовыми».

Такие дома  весят  больше, чем легкие каркасники из досок, да и служат они подольше, и потому деревянный опорный брус уже не проходит. Он не выдерживает ни по весу, ни по долговечности.

Фундамент с рандбалками

Столбчатый фундамент с рандбалками

В этом случае на столбы фундамента укладывают рандбалки. Они могут быть как  цельными монолитными железобетонными, так и состоять из отдельных железобетонных балок.

С помощью рандбалок можно максимально использовать несущую способность именно столбов на данном грунте, так как несущая способность всей конструкции фундамента уже не зависит от низких прочностных характеристик опорной деревянной балки.

Внешне рандбалки похожи на железобетонный ростверк, однако, не имея с опорами жесткого сопряжения, передают на них только вес от дома, но не создают с ними жесткой конструктивной схемы и не объединяют их в одну общую систему.

Допустимые грунты для такого фундамента:

  • при нагрузке свыше 7 тонн на столб – до сильнопучинистых включительно. Довольно большая нагрузка на опору не позволит силам морозного пучения грунта вытолкать его наверх;
  •  при нагрузке менее 7 тонн на столб – до среднепучинистых включительно.

 

Опорно-столбчатый фундамент с рандбалками, опущенными до уровня земли

Фундамент с рандбалками

Опорно-столбчатый фундамент с рандбалками, опущенными до уровня земли

Рандбалки можно делать на уровне земли, но не заглубляя их в грунт. А иначе в работу вступят как вертикальные, так и горизонтальные (касательные) силы морозного пучения, которые могут вместе с ростверком повредить все здание.

Рандбалки в таком фундаменте одновременно выполняет роль цоколя здания, к тому же здесь не требуется  забирка. Если необходимо утеплить фундамент и отмостку, то сделать это не составит никаких сложностей.

Так как применять такой фундамент можно и на сильнопучинистых грунтах, то с целью уменьшения действия сил морозного пучения на рандбалки, под ними устраивают противопучинную подушку.

Для устройства такой подушки используют песок крупной или средней фракции, мелкий щебень или гравий, котельный шлак, а также другие непучинистые грунты с показателем дисперсности меньше 1,0.

На практике, как правило, используют песчаную, песчано-гравийную и песчано-щебеночную подушки, которые имеют менее пучинистый характер, чем родной грунт на строительной площадке.

Толщина подушки должна быть как минимум 200 — 300 мм из расчета защиты рандбалки от капиллярного поднятия влаги в песке. Максимальное отношение высоты подсыпки к ширине балки должно быть 1:3.

Для того, чтобы песчаный материал подушки можно было уберечь от заиливания окружающим грунтом, она формируется в рукаве из геотекстиля или полимерных материалов, препятствующих смешиванию грунта с песком.

Все части фундамента, контактирующие с противопучинной подушкой, укутывают гидроизоляцией из двух слоев рубероида на битумной мастике.

Сверху на рандбалках можно возвести цоколь из кирпичной кладки. Доказано, что срок эксплуатации быстровозводимых деревянных каркасных и брусовых домов практически удваивается именно на кирпичном цоколе. В то же время значительно снижаются теплопотери через подпол.

Кроме того, именно на кирпичный цоколь можно будет впоследствии опереть элементы чернового пола и лаговую обрешетку.

  

Столбчатый фундамент с ростверком, приподнятым над уровнем земли

Фундамент с ростверком, приподнятым над уровнем земли

Столбчатый фундамент с ростверком, приподнятым над уровнем земли

В таком фундаменте и столбы и ростверк выполняют из одинакового материала: железобетона или металла (применяется редко). В данном случае создается жесткая конструктивная схема, объединяющая столбы с ростверком, и в итоге конструкция фундамента начинает работать как многопролетная рама с жестким защемлением горизонтальных ригелей.

Жесткое сопряжение столбов с ростверком  нужно для того, чтобы ростверк мог работать как многопролетная балка, на месте опор у которой – столбы.  В многопролетной балке изгибающие моменты не собираются все посредине пролета, как у однопролетной балки (в случае с рандбалками), а перераспределяются на пролетные и опорные. Это позволяет включить в работу и верхнюю и нижнюю продольную арматуру каркаса ростверка, одновременно не делая его высоту слишком  большой.

Такая жесткая, хорошо армированная система, способна нести любые нагрузки, включая тяжелые каменные или кирпичные 2-3 этажные дома, лишь бы хватило несущей способности самого грунта. А так как минимальное расстояние между столбами не должно превышать 1,5 метра, да и площадь сечения опор нельзя развивать бесконечно, то получается, что фундамент огромную нагрузку выдержит, а грунт – нет.

Фундамент с ростверком

Столбчатый фундамент с ростверком

Для того, чтобы создать такую систему, опоры и ростверк не только армируют общим арматурным каркасом, но и заливают монолитом как единое целое, одновременно. Поэтому арматурные каркасы столбов должны на 10-15 см «выглядывать» над их оголовками, что даст возможность связать их с горизонтальным каркасом ростверка.

В случае, если столбы и ростверк – металлические, то они между собой соединяются сваркой.

Ширина монолитного ростверка должна быть не менее диаметра круглых и длины стороны квадратных столбов и не менее двух третей толщины вышележащей стены, причем необходимо, чтобы ось симметрии стены и ростверка совпадали.

Высота ростверка должна быть не меньше его ширины, а для тяжелого дома с кирпичными или каменными стенами и железобетонными плитами перекрытия – в полтора раза больше.

Допустимые грунты для такого фундамента:

  • при нагрузке свыше 7 тонн на столб – до сильнопучинистых включительно. Довольно большая нагрузка на опору не позволит силам морозного пучения грунта вытолкать его наверх;
  • при нагрузке менее 7 тонн на столб – до среднепучинистых включительно. Слишком большие вертикальные и касательные силы морозного пучения будут толкать столбы вверх, создавая ненужное напряжение в местах жесткого соединения столба и ростверка. Ростверк начнет работать на излом. А противодействовать этому нечему — малый вес дома плюс собственный вес фундамента — не в счет.

Ростверк в таких фундаментах, как и рандбалку, можно опускать до грунта, применяя такую-же противопучинную подушку, как и для опорно-столбчатого фундамента с рандбалкой, опущенной до уровня земли.

Противопучинная подушка перераспределяет пучинистые нагрузки по всей ленте ростверка. Благодаря этому ростверк  опускается и поднимается равномерно, а не работает на излом. В период весеннего оттаивания грунта подушка также уменьшает осадки основания.

 

Столбчатый фундамент с увеличенным заглубленным ростверком

Столбчатый фундамент с увеличенным заглубленным ростверком

Столбчатый фундамент с увеличенным заглубленным ростверком

Это так называемый столбчато-ленточный фундамент, в котором довольно высокий железобетонный ростверк заглублен в грунт. Под дном ростверка и с его боков устраивается противопучинная подушка мощностью 30-50 см. Делается это для того, чтобы нейтрализовать вертикальные и горизонтальные (касательные) силы морозного пучения, действующие на ленту ростверка.

Ростверк одновременно выполняет роль цоколя здания, к тому же не нужно делать забирку. Если необходимо утеплить фундамент и отмостку, то сделать это не составит никаких сложностей.

Допустимые грунты для такого фундамента – до сильнопучинистых включительно. На таком фундаменте можно строить даже легкие каркасные дома, не боясь, что силы морозного пучения поднимут ростверк, так как он настолько тяжелый, что одним своим весом стабилизирует грунт основания.

Вроде бы все хорошо с таким фундаментом. Однако! У проектировщиков вызывает сомнение целесообразность такого фундамента вообще, его конструкция.

Дело в том, что такого понятия, как «столбчато-ленточный» фундамент в строительной механике нет.

Свайно-ленточный есть, это обыкновенный свайный фундамент, широко применяемый в многоэтажном домостроении. Однако, даже при строительстве очень тяжелых многоэтажных домов, ростверк не делается слишком высоким, а выполняется строго по расчету.

Мало того, как уже говорилось выше, жесткое сопряжение свай и ростверка для того и выполняется, чтобы ростверк начал вести себя как многопролетная балка и в работу включились и верхняя и нижняя арматуры каркаса. То есть в пролетах работает нижняя продольная арматура, на опорах — верхняя. Это позволяет также не делать ростверк слишком высоким.

Но теперь возникает вопрос: зачем к обыкновенному ленточному мелкозаглубленному железобетонному фундаменту, к тому же достаточно высокому, лепить столбы? С нагрузкой от любого дома, включая тяжелого кирпичного, армированная лента справляется прекрасно и без столбов, так как представляет собой все ту же жесткую конструктивную схему, способную перераспределять неравномерную деформацию основания.

Мало того, именно мелкозаглубленные ленточные  фундаменты лучше всего приспособлены к неравномерным деформациям основания во время сезонного промерзания и оттаивания грунта.

Столбы ленте не только ничем не помогают, а, наоборот, могут доставить неприятности, если при быстром промерзании насыщенного влагой пучинистого грунта стойки будут мешать ленте ростверка перераспределять эти самые неравномерные деформации грунта основания.

Может следует бетон и арматуру, используемые на устройство столбов пустить на уширение ленты или на заглубление мелкозаглубленного ленточного фундамента, если этого требуют грунты? А если грунты не требуют, то попросту не тратить впустую ресурс? Вопрос риторический.