Столбчатый фундамент — расчет и изготовление своими руками

 

Сегодня мы постараемся подробно описать процесс расчета столбчатого фундамента. Воспользовавшись представленной информацией, вы сможете без труда своими руками учесть все нюансы и определиться с оптимальным выбором столбчатого основания, в том числе, прикинуть предстоящие расходы на строительство дома.

Преимущества и недостатки столбчатого фундамента

Рассчитанные самостоятельно и обустроенные своими руками столбчатые фундаменты для каркасных домов и построек без подвальных помещений, не оказывающих сильного давления на грунт, просты в исполнении и относительно дёшевы.

Полезный совет! Столбчатый фундамент – оптимальное решение для облегчённых построек, объёмный вес которых не превышает 1000 кг/м3 (каркасных домов, бань, хозблоков, садовых домиков, террас, навесов, гаражей, летних кухонь, беседок и т.п.).

Столбчатый фундамент — простой в монтаже и доступный по стоимости материалов

По отзывам опорно-столбчатые фундаменты обладают достаточно внушительным списком преимуществ:

1. Могут быть спроектированы, рассчитаны и построены самостоятельно, без привлечения специальной техники и специалистов.
2. Могут быть устроены практически на любых почвах (исключая те, где возможны процессы пучения или имеются высоко расположенные грунтовые воды).
3. Могут быть расположены на участках с заметными перепадами по высоте (и даже на склонах холмов).
4. Не требуют подготовительных работ по выравниванию ландшафта.
5. Могут быть возведены в кратчайшие сроки (максимальное время постройки столбчатого фундамента с нуля – 2 недели).
6. Не нуждаются в сложной и дорогостоящей гидроизоляции.
7. Прочность и долговечность конструкции (возведённый со тщательным соблюдением технологии работ столбчатый фундамент может прослужить более полувека).
8. Относительная низкая итоговая стоимость.

Армирование столбчатого фундамента осуществляют с помощью стальных прутков

При этом недостатков у столбчатых фундаментов всего два:

1. Не предназначены для тяжёлых строений из кирпича и многоэтажных зданий.
2. Исключено создание подвальных помещений.

Характеристика столбчатого основания

Частота установки столбов составляет 150-250 см, иногда бывает и реже, но тогда понадобится более мощный монолитный или сборный ростверк из различных материалов, включая бетон, железобетон, металл или дерево.

Столбчатый фундамент своими руками лучше подходит:

• для постройки не тяжелого строения без цоколя;
• к кирпичному дому, когда нужна основа с глубоким заложением, поскольку здесь сплошная основа неприемлема, как неэкономичная;
• когда нужна меньшая осадка, нежели допускает ленточный фундамент;
• при необходимости минимизировать негативное воздействие на основание, вызванное морозным пучением;

Минимальное сечение столбов определяется материалом, из которого они изготовлены:

• бетонные и бутобетонные – 0,4 м;
• каменные – 0,6 м;
• кирпичные над поверхностью земли – 0,38 м, при наличии забирки – 0,25 м;
• бутовые – 0,4 м.

Два варианта столбчатого фундамента.

Достоинства и недостатки столбчатых оснований

Столбчатый фундамент своими руками обладает следующими плюсами:

• экономичностью (доля в общей себестоимости строения составляет в среднем 18%, у других типов – 25%);
• материалоемкость и трудоемкость до двух раз ниже, нежели у ленточного;
• возводятся вдвойне быстрее;
• надежностью («ладят» с морозным пучением в отличии почти от всех других типов);
• простотой технологии возведения;
• не обязательно нивелирование участка;
• малым объемом гидроизоляционных мероприятий;
• если спроектированы правильно, им не страшны высокое расположение грунтовых вод и пучение грунта.

Они обладают следующими недостатками:

• затруднительно строительство дома с подвалом;
• конструкция неглубокого заложения боится горизонтального сдвига, а потому важен очень надежный ростверк;
• вариант неглубокого заложения применяется только на грунте без пучения и подвижек;
• применимы только под нетяжелые строения.

Разрушение столбчатого фундамента из-за боковых нагрузок.

Оцениваем характер грунта

Если расчет столбчатого фундамента осуществляется своими силами, то проведение лабораторных исследований показателей грунта не предполагается. Поэтому пойдем по бюджетному пути – будем проводить оценку на глаз. Для этого на месте предполагаемого строительства дома выкапываем шурф (яму) глубиной ниже глубины промерзания грунта (ГПГ). ГПГ можно узнать в справочном пособии или в статье, о которой мы говорили в самом начале повествования. Предположим, что ГПГ составляет 1,5 м. Выкапываем шурф глубиной 1,8 м. и отбираем пробы грунта и пытаемся скатать из него небольшой шарик. Оцениваем характер грунта следующим образом:

• если шарик не скатывается, и вы визуально определили песчаный слой дна шурфа, то в зависимости от крупности песка, расчетное сопротивление грунта (далее – R) принимает значение от 2 (для очень мелкого, пылеватого) до 3 (для среднего) и 4,5 (для крупного песка)*;
• если шарик рассыпается при сдавливании, велика вероятность, что грунт – супесь (R=3)*;
• если шарик при сдавливании не рассыпается и по краям лепешки не образуются трещины, то перед нами глина (R=3-6)*;
• шарик из грунта не рассыпается при сдавливании, но по краям образуются трещины, грунт – суглинок (R=2-4)*

*Значение R зависит также от влажности грунта и коэффициента пористости. Ориентировочные значения расчетного сопротивления грунта представлены в таблице ниже. Следует учитывать, что представленные значения актуальны при заглублении фундамента на 1,5…2 метра. Если же вы планируете возводить мелкозаглубленный фундамент, то расчетное сопротивление грунта будет уже другим: R=0,005R0(100+h/3), где R0-табличная величина, h – глубина (см), на которую планируется закладывать фундамент.

Итак, получили значение R. Определяем параметры и количество опор-столбов.

Сбор нагрузок и расчет по формуле

Полный расчет любого фундамента проводится только специалистами. В частном строительстве достаточно обеспечить оценочные расчеты, позволяющие определить необходимые размеры и количество столбов, а также потребность в материалах.

Разработка проекта фундамента должна опираться на результаты геологических изысканий по определению структуры грунта и его состояния. Перед строительством обязательно бурятся разведочные скважины глубиной на 60-70 см, превышающей предполагаемое заглубление столбов. Определяется строение грунта, уровень подземных вод и наличие плывунов.

Следующий шаг – определение реальных и максимальных нагрузок на фундамент во время эксплуатации сооружения. Учитывается суммарный вес всех элементов – стены, напольное и потолочное перекрытие, крыша и т.д., а также полная эксплуатационная загрузка – мебель, оборудование, люди.

Кроме того, необходимо учитывать и снеговую нагрузку. При скате крыши более 60 градусов она стремится к нулю, но при меньших наклонах может достигать значительных величин. Например, для европейской части РФ нагрузка достигает 100 кг/м². Наконец, нельзя забывать о весе ростверка и самих столбов.

После получения нужных данных можно рассчитать требуемую суммарную площадь опоры (S) по формуле – S = К×P/R, где:

• К – коэффициент запаса прочности, принимаемый равным 1,3-1,4;
• Р – суммарная нагрузка от веса сооружения, кг;
• R – сопротивление грунта, кг/кв.см.

Значение R зависит от типа грунта:

• для песчаника оно составляет 4-6 кг/кв.см (для пылевого песка – 2 кг/см²);
• для суглинка и супеси – в среднем 3,5 кг/кв.см;
• для глинистой почвы – 6 кг/см².

Насыпной грунт с уплотнением имеет R порядка 1,5 кг/кв.см. Эти показатели соответствуют глубине залегания слоев 1,2-1,5 м. У поверхностного грунта сопротивление снижается в среднем в 1,4-1,5 раз.

В качестве примера можно привести такой вариант расчета:

1. Исходные данные: каркасный дом габаритами 5х6 м, высотой стен 2,7 м; грунт – суглинок с сопротивлением 3,5 кг/кв.см, глубина промерзания – 1,3 м.
2. Расчет веса. Щитовые стены имеют общую площадь 72 м², т.е. вес 3600 кг. Перекрытия (напольное и потолочное) – площадь 60 кв.м, вес 6000 кг. Крыша планируется из шифера и имеет площадь порядка 46 м², что соответствует массе в 2300 кг. Снеговую нагрузку не учитываем, т.к. уклон скатов превышает 60 градусов. Эксплуатационную нагрузку принимаем равной 12600 кг. Для расчета веса фундамента принимает примерное количество столбов, установленных с шагом 2 м – 11 штук. Заглубление и возвышение над землей дает общую высоту столба 2 м. Вес одного столба составит 600 кг, а всего фундамента 6600 кг. Окончательно, общая нагрузка составит 31100 кг.
3. Определение суммарной площади опоры по формуле. В результате S составит 11550 см².
4. Уточнение площади одного столба. Если исходить из запланированного количества опор, то она составит 11550:11, т.е. 1050 см².

Расчеты дают минимально допустимые значения. Естественно, что для увеличения прочности можно увеличить количество столбов и их площадь. При желании сделать к дому пристройку, опоры для нее рассчитываются отдельно.

Буронабивной фундамент

    Столбы создаются путём заливки бетона в предварительно пробуренные скважины. Работы по устройству буронабивного фундамента производятся в следующей последовательности:

  1) На основании расчёта производится разметка фундамента на участке.

  2) С помощью ручного (механизированного) бура или специальной буровой машины делаются скважины на 20-30 см ниже глубины промерзания.

     Примечание: в рамках данной статьи мы не рассматриваем мелкозаглубленные столбчатые фундаменты, которые используются практически только для небольших деревянных хозяйственных построек.

    3)   Из обычного рубероида сворачиваются цилиндры (по диаметру скважин) и обматываются скотчем. Они выполняют две роли: во-первых, это несъёмная опалубка для столбов, а во-вторых — их гидроизоляция.

Если у Вас рубероид с посыпкой, сворачивайте гладкой стороной наружу. Чем хуже грунт при замерзании будет прилипать к поверхности столбов, тем меньшие касательные силы, стремящиеся вытащить столбы зимой из грунта, будут на них действовать.

  4) Цилиндры из рубероида вставляются в скважины. На рисунке выше видно, что до самого основания рубероид не доходит, остаётся около 20 см. Делается это не просто так. Через незакрытую часть сваи при заливке бетона цементное молоко просачивается в грунт и дополнительно связывает его. При этом в зависимости от типа грунта несущая способность столба может увеличиться до 2-х раз. Это увеличение при расчёте не учитывается. Оно дополнительно повышает запас надёжности фундамента. Кроме того столбы лучше заякорятся в земле.

  5) В скважину заливается немного бетона (20-30 см), после небольшой паузы вставляется арматурный каркас, чтобы он под своим весом не опустился до соприкосновения с грунтом. Затем заливается весь столб до верха. Касание арматуры с грунтом не желательно, т.к. это приводит к её более быстрой коррозии.

Обычно каркас делается из трёх-четырёх прутков рабочей арматуры А-III ∅10-12 мм, обвязанных между собой вспомогательной арматурой Вр-I ∅4-5 мм. Желательно, чтобы арматура находилась от наружной поверхности столба не ближе чем на 5 см.

Если после заливки столбов на них будет сооружаться монолитный ростверк, рабочую арматуру выпускают из столбов на высоту этого ростверка. Если же на столбах будет делаться обвязка из деревянных балок, то для её крепления при заливке бетона в верхнюю часть вкладывается резьбовая шпилька (напр., М16).

    Примечание: столбчатые фундаменты с железобетонным монолитным ростверком описаны в статье «Столбчатый фундамент с ростверком (свайно-ростверковый)».

При температуре воздуха 15-20ºС нагружать столбчатый фундамент можно начинать уже через 4-5 дней. Связано это с тем, что по прошествии данного периода несущая способность фундамента определяется уже не прочностью столбов, а прочностью грунта под ними. К тому же дать полную расчётную нагрузку на фундамент (стены, перекрытия, крыша, эксплуатационные нагрузки) быстро Вы не сможете. Пока идёт строительство, бетон «дозреет».

ВАЖНО: Нельзя оставлять столбчатый фундамент не нагруженным на зиму. Касательные силы морозного пучения могут поднять и перекосить столбы, причём все по разному.

Общий расчет столбчатого фундамента

Выполнение расчета фундаментной конструкции основано на определении суммарной площади сечения всех опорных столбов фундамента (S). Она определяется как отношение общей массы здания (Р) к расчетному сопротивлению грунта (Ro) по формуле:

S = 1.4 x P/Ro, где 1,4 — это коэффициент запаса прочности.

При составлении предварительной схемы расположения фундаментных столбов была определена их расстановка и минимально возможное количество. Поэтому, разделив общую площадь сечения на число опор, можно получить размеры сечения каждого отдельного столбчатого фундамента под колонну.

Если размер колонн получился менее 400 мм, то следует принять этот минимальный размер. При необходимом сечении столбов более 600 мм, требуется увеличить их количество на схеме, изменяя расстояния между опорами на прямых участках таким образом, чтобы весовая нагрузка распределялась более равномерно.

Минимальная площадь опорной подушки должна превышать сечение столба в полтора раза при толщине 400 мм.

Подошва столба изготавливается из железобетона в опалубке с обязательным двухрядным армированием и подстилающим слоем из щебня толщиной не менее 100 мм.

Опирающаяся плоскость нижней части опоры должна находиться на 30-40 см глубже уровня промерзания грунта.

Карта глубин промерзания грунта в России.

Как устроен столбчатый фундамент

Столбчатое основание состоит из:

• песчано-щебенчатой подушки;
• железобетонной опорной плиты;
• столба кирпича, блоков или бетона;
• металлического, деревянного или бетонного ростверка.

Как устроен свайный фундамент на твердой и прочной почве

Подушка и железобетонная плита

Подушка из песка и щебня, а также железобетонная опорная плита обеспечивают равномерное распределение веса здания по грунту. Чем меньше площадь плиты, тем больше давление на почву. При создании подушки обязательно применяют расклинцовку – особый порядок укладки щебня, при котором каждый верхний слой укладывают материал меньшей фракции, чем шел на нижний. Если же не сделать расклинцовку или использовать только песчаную подушку, то давление на грунт станет неравномерным и в некоторых местах возможно проседание почвы. На твердых грунтах можно ставить трубу для заливки столба прямо на щебенчатую подушку.

Фракции щебня

Столб

Столбы делают из различных материалов. Наиболее популярны кирпич, шлакоблок и железобетон. По своим характеристикам они одинаковы, однако заливка железобетонного столба потребует несколько меньше времени, чем кладка блока и тем более кирпича. В качестве опалубки для бетона используют деревянные или пластиковые короба, конструкции из пенопласта, асбестовые трубы большого диаметра. Если вы решили делать столбчатый фундамент из асбестовых труб своими руками, видео поможет понять основные принципы этой работы.

Асбестовые трубы

Видео: армирование и бетонирование асбестоцементных труб

Ростверк

Большое расстояние между столбами (1,5–4,5 метра) снижает стоимость и трудоемкость работ, но негативно воздействует на стену, приводя к проседанию отдельных участков. Чтобы избежать этого, на столбы монтируют ростверк – несущую балку повышенной жесткости, которая обеспечивает поддержку стены на всем расстоянии между отдельными элементами фундамента. Ростверк изготавливают из железобетона, дерева или стали. Характеристики ростверка и максимально допустимое расстояние зависят от применяемого материала. Для деревянных домов эти расстояния равны:

Как устроен бетонный ростверк

Выбор глубины заложения столбов

Наиболее надежный столбчатый фундамент имеет полное заглубление, т.е. на 40-50 см ниже уровня промерзания. Таким образом удается избежать указанных проблем. Однако при строительстве облегченных построек возводить мощный фундамент – это лишние затраты.

Именно поэтому мелкозаглубленный его тип достаточно распространен в частном строительстве, особенно для каркасно-щитовых домов. Такой фундамент имеет глубину 40-70 см и находится весь в зоне промерзания, а потому его нельзя использовать на пучинистом грунте. Наиболее подходит он для песчаной почвы.

На пучинистом грунте (суглинок, глина) нередко применяется упрочненная конструкция. В землю на глубину 40-50 см устанавливается металлическая труба диаметром 15-30 см. Внутри нее монтируется армировка, а затем она заполняется бетоном.

Внизу устраивается утолщенный слой песка в качестве подушки, компенсирующей вспучивание. Толщина такого слоя достигает 40 см. Еще один вариант – монтаж столбов из железобетонных блоков размером 20х20х40 см.

Стоимость работ по устройству столбчатого фундамента

Общая стоимость столбчатого фундамента складывается из суммы стоимости материалов и затрат на собственно работы. В большинстве случаев она значительно ниже, чем стоимость фундаментов других видов, поскольку могут быть построены практически все типы столбчатых фундаментов своими руками. Видео и фото, инструкции и руководства, найденные в интернете, тоже, как правило, дёшевы или бесплатны.

Расчет стоимости большинства видов столбчатого фундамента возможно сделать самостоятельно с помощью специальных онлайн-калькуляторов или программ. Многие из них достаточно легко находятся в интернете, бесплатны и обладают интуитивно понятным интерфейсом.

Столбчатый фундамент своими руками: пошаговая инструкция

Определив глубину и расстояние между столбами, приступайте к земельным работам. Размер каждой ямы должен быть в 2 раза больше размера опорной плиты. Глубина равна заглублению основания.

Разметка и копка ям под столбчатый фундамент

Выкопав яму, уплотните ее дно с помощью ручной, электрической или бензиновой трамбовки.

Бензиновая трамбовка

Насыпьте песок (толщина слоя 7 см) и уплотните его трамбовкой.

Песчаная подушка

Насыпьте один на один три слоя щебня. Снизу фракция 40–50 мм, затем 25–35 мм и самая верхняя 5–15 мм. Каждый слой уплотняйте отдельно. Уложите армирующую сетку и привяжите к ней вертикальную арматуру, которая будет расположена внутри столба. Высота арматуры должна быть достаточной для того, чтобы привязать к ней армирование ростверка.

Армирование столба и ростверка

Залейте бетоном марки не ниже М300.

Заливка асбестовых труб бетоном

Через 3 дня наденьте на арматуру асбестовую трубу внутренним диаметром свыше 15 см. Обязательно проверяйте трубы с помощью уровня. Необходимо не только установить каждую вертикально, но и обеспечить одинаковую высоту, иначе будет очень трудно сделать ростверк. Залейте трубы бетоном и засыпьте снаружи землей. Накройте торцы труб рубероидом или обмажьте битумом для гидроизоляции.

Гидроизоляция столбов

Через 10 дней установите опалубку и залейте ростверк.

Заливка ростверка

Заключение

Сутью столбчатых фундаментов, являющихся разновидностью опор большинства строений, являются уходящие вертикально вниз стойки, связанные друг с другом надземным ростверком. Материалом изготовления данного основания выступают: древесина (чаще дуб), камни (природные и искусственные), кирпичная кладка и отрезки труб (асбоцементные и из металла).

Столбчатый фундамент обходится дешевле других. Его цена преимущественно определяется материалом изготовления, применяемой технологией и габаритами. Рассчитывать и строить столбчатые фундаменты необходимо на основе соответствующих ГОСТов и СНиПов.

Отличие столбов от свай

Порой неопытный владелец участка путает свайный и столбчатый фундамент при выборе нужного варианта (смотрите: виды фундаментов для частного дома). Они действительно имеют много общего, но и различаются принципиально. Столбчатые опоры, даже при использовании труб, имеют заглубление не более 2 м, а для их изготовления роются ямы.

Для установки свай не нужны земляные работы. Используются специальные элементы, которые вкручиваются или вбиваются непосредственно в грунт с поверхности земли. Основной принцип их установки – достижение нижним концом прочного, стабильного слоя грунта.

Заглубление может составлять несколько метров. Такая конструкция позволяет возводить свайный фундамент на нестабильных, пучинистых и заболоченных почвах. Главный недостаток – необходимость специальной техники.

Стоимость создания фундамента

При расчете стоимости необходимо учитывать не только цену материала и его доставку, но и оплату труда строителей, которые будут выполнять какие-то работы. Если вы решили все работы сделать самостоятельно, тогда необходимо учитывать только стоимость материалов, включая доставку. Чтобы построить столбчатый фундамент своими руками, пошаговая инструкция которого изложена в этой статье (дом 10х10 метров, асбестовые трубы диаметром 200, глубина промерзания 1,5 метра) вам придется потратить  20–25 тысяч рублей без оплаты доставки.