Принцип неподвижного глубокозаглубленного (или, как говорят, просто «заглубленного») фундамента состоит в том, что земляными работами добираются до «неподвижного» слоя грунта, расположенного ниже уровня зимнего промерзания, закрепляются на нем основанием фундамента, а затем воздвигают на нем жёсткую (непучинистую) вертикальную несущую конструкцию (стену, столб) выше уровня земли. Считается, что чем глубже слой грунта от поверхности земли, тем более он неподвижен, тем в меньшей степени он подвержен периодическим сезонным воздействиям (смещениям, увлажнениям и т. п. за счет смерзания, таяния снегов и т. п.). Тем не менее, и в глубине земли грунт может оказаться постоянно или эпизодически подвижным благодаря усадкам, плывунам, оползням и т. п. С такими особенностями земельного участка дачник знакомится с первых же лет его освоения по поведению столбов линий электропередач, заборов, колодцев, и все эти наблюдения следует учитывать при принятии решений по глубокозаземленным фундаментам. С особенностями грунта дачник знакомится также и в ходе сооружения глубокозаземленного фундамента, поскольку первым делом приходится вырывать либо котлован (под последующую засыпку песком или для создания подвала), либо траншею, шурфы, скважины. Столбы можно также забивать в грунт на заданную глубину. Такие глубоко забитые (вколоченные копром) столбы называются сваями. Это очень перспективное направление. Во всяком случае на болотистых и водянистых грунтах сваи (даже деревянные) очень хороши, надёжны и долговечны.

Основные проблемы с глубокозаглубленными тонкостолбчатыми фундаментами заключаются в двух явлениях: в осадке (проваливании) тонких столбов при малой площади опоры на грунт и в зимних подъемах толстых столбов (зимнее пучение) при большой площади контакта стенок фундамента с пучинистым грунтом.

Минимальная допустимая площадь опоры на грунт определяется весом строения и величиной несущей способности (расчетного сопротивления) грунта, обычно принимаемого на уровне не более 1 кг/см² (10 т/м²) для высокопластичных болотистых мест, 3-6 кг/см² для глинистых, 8-15 кг/см² для песчаных грунтов. Для ориентировки укажем, что давление человека на грунт составляет 0,1-1 кг/см². Таким образом, при весе строения 10 тонн площадь опоры должна быть не менее 1-2 м² для неблагоприятных грунтов (на берегу или на дне водоемов, на болотах, при высоких уровнях стоячих вод и т. п.) и не менее 0,2 м² для благоприятных грунтов. Вообще же, строго говоря, под ответственные объекты требуются инженерно-геологические изыскания грунтов по СП 11-105-97 с бурением скважин (выработок) глубиной до 8 м на 1-2 м ниже сжимаемой толщи грунта. Только тогда специалисты после лабораторных исследований грунта смогут сказать, какая необходима будет площадь опоры. Поскольку строгие изыскания проводятся далеко не всегда, в подавляющем большинстве случаев при постройке дачных строений стараются обеспечить нагрузку на грунт менее 1 кг/см² (10 тонн/м²). А это значит, что для крупных домов придётся изготавливать очень большое количество столбов.

Рис. 1. Поведение фундаментного столба глубокого заглубления: а — положение столба в невспученном пучинистом грунте (т. е. летом); б и в — положение столба во вспученном пучинистом грунте (т. е. зимой) при внешней нагрузке на столб G, меньшей силы морозного пучения Р; б — случай выталкивания столба без нарушения его целостности; в — случай выталкиванеия столба с разрушением; Р — выталкивающая сила морозного пучения; F — сила сжатия столба в мёрзлом грунте, G — нагрузка на столб (вес дома), h — глубина промерзания грунта, А — подъём грунта за счет морозного пучения. 1 — фундаментный столб, 2 — невспученный пучинистый грунт, 3 — вспученный пучинистый грунт, 4 — граница промерзания, 5 — полость (пустота) под вытолкнутым столбом, которая может заполниться водой и обрушениями несмёрзнувшегося грунта, 6 — полость (пустота), образовавшаяся в результате разрыва столба, которая может заполниться грунтом после его отмерзания.

Силы морозного пучения обусловлены тем, что при 0°С плотность воды 0,9998 г/см³ больше плотности льда 0,917 г/см³. Иными словами, объем воды при замерзании увеличивается на 9%, линейные размеры увеличиваются на 3% при трехстороннем расширении и на 9% при одностороннем расширении (как это имеет место при промерзании грунта сверху). В мелкодисперсных глинистых грунтах вода не может свободно перетекать из замерзаемых зон в незамерзаемые, поэтому такие грунты в процессе замерзания также расширяются на 9%. Мерзлый грунт, прихватив фундамент в верхней части силами бокового сцепления F (см. рис. 1), постепенно с течением времени (в ходе расширения промерзающего грунта) поднимает столб вверх с силой выталкивания Р, величина которой достигает 10 тонн на один квадратный метр боковой поверхности фундамента (площади контакта фундамента с грунтом). Таким образом, при условном весе строения G, равном 10 тонн, площадь боковой поверхности фундамента в грунте (то есть всех столбов в сумме) не должна превышать одного квадратного метра. В противном случае зимой возможно «выдергивание» фундамента из грунта на высоту А порядка нескольких сантиметров. Образующаяся под фундаментом полость 5 может заполниться обрушающимся грунтом, в результате чего фундамент потеряет возможность весной опуститься на прежний уровень. В случае малой механической прочности фундамента на разрыв, он может потерять связность с образованием каверны 6, также заполняемой грунтом. Еще более серьезные последствия могут наступить, если граница промерзания пучинистого грунта опустится ниже основания фундамента: во время весенних оттепелей фундамент может быть вообще вытолкнут из многократно оттаивающей и промерзающей снизу земли, если не будет достаточно нагружен сверху силой G, поскольку силы выталкивания достигают сотен тонн на один квадратный метр подошвы опоры.

Рис. 2. Некоторые типы фундаментных столбов глубокого заложения, монтируемых в заранее пробурённую скважину (вырытую яму, траншею, котлован). 1 — бетонный столб с арматурой, заливаемый непосредственно в скважине в опалубку-гильзу из свёрнутого в трубку рубероида (пергамина), обёрнутого проволокой (бечевкой), 2 — бетонный столб с арматурой, залитый непосредственно в скважине в асбоцементную или пластиковую трубу диаметром 100-250 мм, 3 — то же, что и в типе 2, но сразу же после заливки бетона трубу приподнимают на 10-15 см для формирования расширения внизу столба (якоря), 4 — заранее изготовленный железобетонный столб с расширением внизу, опускаемый в скважину, 5 — металлический столб, заранее изготовленный из трубы диаметром 50-120 мм с приваренным подпятником (например, ободом автомобильного колеса), 6 — бетонный столб с арматурой, заливаемый непосредственно в скважину с расширением, пробуренную буром конструкции Яковлева (технология ТИСЭ), в гильзу-опалубку из свёрнутого в трубку рубероида. Зазоры между столбом и грунтом засыпаются песком и проливаются водой.

Итак, глубокозаглубленный фундамент бани должен иметь большую площадь опоры и малую площадь контакта боковых поверхностей с грунтом. Это обеспечивается конструкциями типа перевёрнутого гвоздя с очень прочными на разрыв столбами малого поперечного сечения (лучше с диаметром 100 мм и менее) с опорой-платформой большого диаметра в виде расширения столба в нижней его части, находящейся ниже уровня промерзания грунта (варианты 4, 5 и 6 на рис. 2). Нижнее расширение столбов обеспечивает низкое давление на грунт и не позволяет силам морозного пучения выдернуть столб. Конструкций и способов изготовления таких столбов множество, но наиболее удобно бетонирование на месте (Р.Н. Яковлев. Новые методы строительства, М.: Аделант, 2003). Предложена также конструкция бура для изготовления расширяющихся внизу скважин (см. вариант 6 на рис. 2).

Рис. 3. Монтаж фундамента на глубокозаглубленных столбах (внизу — вид сверху). 1— материковый грунт, 2 — дренажные канавы (могут быть засыпаны крупным песком), 3 — бетонный или металлический ростверк (рандбалка), с жёстким креплением на столбах, 4 — зазор 15-20 см между летним уровнем грунта и ростверком, 5 — бетонные или металлические стол бы с нижними расширителями (подпятниками), 6 — слой утепляющего материала, 7 — цоколь, устанавливаемый на ростверк.

Столбы с нижним расширением невозможно выдернуть (с сохранением целостности), но наклоняться под действием перемещающихся грунтов (в том числе, за счет неоднородного промерзания) могут, что приводит порой к необходимости выполнения технически сложных работ по ремонту (выравниванию) столбов. Для предотвращения наклонов верхние торцы столбов жестко скрепляются с помощью балки (ленты) из бетона или металла, называемой ростверком или рандбалкой (поз. 3 на рис. 3). Поскольку столбы 5 неподвижны относительно материкового грунта, расположенного ниже глубины промерзания, то грунт под ростверком зимой может подняться до 15 см в сильные морозы. Поэтому между летним уровнем грунта и ростверком должен быть зазор 4 указанной величины. Он изготавливается методом заливки бетона в дощатую опалубку с арматурой по слою специально подсыпанного песка высотой 20 см, который впоследствии удаляется. Иногда два-три рядом расположенных столба связываются локальной балкой-ростверком, а потом ростверки связываются единой рандбалкой, расположенной над ростверком (А. Андреев).

Для повышения надежности фундамента на поверхность земли между столбов и под всей баней (в том числе и под ростверк) можно заложить утепляющий слой из торфа, керамзита, пенополистирола, защищенный от действия влаги (сверху и снизу), но вентилируемый (поз. 6 на рис. 3). Этот утепляющий слой уменьшает глубину промерзания грунта и облегчает условия работы фундамента. Так, нормативная глубина промерзания бесснежного грунта в Московской области составляет 1,4 м, но под неотапливаемыми домами с утепленными полами она может составлять 0,6 м и менее. Под постоянно отапливаемыми домами грунт может промёрзнуть, как правило, лишь под внешними фундаментными столбами. Считается, что утепляющий слой снега толщиной 40 см, хвои 45 см, торфа 50 см, сухого песка 80 см, грунта насыпного 110 см, глины 120 см предотвращает промерзание грунта вообще. Так что на практике можно установить фундаментные столбы опорными расширителями прямо на пучинистый грунт (если он «держит»), в том числе и на дне карьера, а потом столбы прикопать утепляющим слоем непучинистого сухого материала. Для обеспечения сухости утепляющего слоя необходим надежный дренаж, причем не просто отвод воды в тупиковые стоячие канавы на участке, но и из канав за пределы участка (в низину, в овраг и т. п.).

Столбчатые фундаменты очень удобны в болотистых местах (при достаточно прочном грунте в глубине), когда у застройщика нет возможности завозить большое количество материалов (песка, цемента, бетона, щебня, кирпича и т. п.) для изготовления плавающего фундамента. Загрузив в легковую машину бур и четыре заготовленных столба (например, металлических с подпятниками), застройщик может быстро соорудить фундамент в любом месте, хоть на топком берегу озера.

Вместе с тем, к таким глубокозаземленным фундаментам дачники все же относятся с опаской, поскольку трудно предугадать поведение довольно длинных (до 2 метров) столбов в грунте: если хотя бы один столб выпрет или повалит, то исправлять будет трудно. Поэтому явное предпочтение отдается плавающим фундаментам (если только не сооружается пристройка к существующему неподвижному строению).

Источник: Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008. health.totalarch.com