Плитный фундамент своими руками: расчет, строительство, области применения

Монолитный фундамент в виде цельной плиты относится к т. наз. плавающим фундаментам, не оказывающим существенного сопротивления подвижкам грунта под ним и не гасящим их. Данный тип основания дома весьма трудоемок, но мнение о его избыточной дороговизне сравнительно с возводимыми на нем зданиями вряд ли оправдано. Правильно рассчитанная и заложенная под домом железобетонная плита, наоборот, способна удешевить строительство в целом: не нужен цоколь, не требуется перекрытие над ним, пол можно настилать сразу по основанию здания. Разумеется, если дом бесподвальный, местные условия позволяют обходиться без подпола, а сама плита фундамента утеплена.

Это не единственное связанное с плитным фундаментом заблуждение. Данная статья и посвящена тому, чтобы прояснить, что здесь верно, что возможно, а что нет. А также – как правильно заложить плитный фундамент своими руками. Это обширная и тяжелая работа, но высокой строительной квалификации для нее не требуется; достаточно навыков добросовестного домашнего мастера-любителя.

Только ли легкие дома?

Первое из расхожих заблуждений относительно плитного фундамента – что на нем можно строить только легкие недолговечные (до 40 лет службы) постройки. В подходящих условиях правильно сконструированный фундамент-плита способен нести и постройки капитальные, с расчетным сроком эксплуатации в столетия, см. рис. Картинка справа не вкралась по ошибке; здание ЦУМА в Москве действительно выстроено на железобетонной плите.

Кой-какие понятия

Давайте вначале усвоим разницу между терминами, значение которых часто путают: усадкой, осадкой и просадкой. На самом деле:

• Усадка – величина уменьшения объема материала в процессе формирования его структуры. Напр., бетон при застывании несколько уменьшается в объеме. А у воды усадка отрицательная, она при замерзании довольно сильно распухает, потому лед и плавает. Степень усадки от внешних нагрузок, как правило, не зависит.
• Осадка – уменьшение объема материала под воздействием внешней нагрузки без изменения его внутренней структуры; попросту – его уплотнение. Под вновь построенным зданием грунт уплотняется, и дом немного оседает, пока уплотнившийся грунт не окажется способен нести его вес.
• Просадка – объем материала уменьшается от внешних воздействий не механического характера: увлажнения, усыхания. Внешняя нагрузка может спровоцировать просадку и усилить ее. Структура исходного материала при этом меняется на более связную. Величина просадки, как правило, значительна, а конечная структура оказывается стабильной. Это позволяет, искусственно вызвав просадку, улучшить механические свойства материала.

Вначале о земле

Также нередко пишут, что плитные фундаменты позволяют строиться на «проблемных», они же «сложные», грунтах: пучинистых, просадочных, топких. Во-первых, топкий грунт потому и топкий, что в нем все тонет практически при нулевой нагрузке от объекта. Топкие грунты могут быть и сухими, напр. зыбучий песок. Единственный тип фундамента, который позволяет более-менее надежно на них строиться, это свайный.

Во-вторых, к просадочным грунтам относятся пористые не переувлажненные со слабой связностью: лёссы, сухие рыхлые глины и др. покровные грунты. При сильном увлажнении они уменьшаются в объеме под незначительным, с несколько раз меньше несущей способности грунта в сухом или умеренно увлажненном виде, давлением или даже под собственным весом.

Просадочные грунты делятся на 2 категории. I-я проседает не более чем на 5 см на каждый метр мощности просадочного слоя. II-я – более, до 30 см/м и больше. На грунтах II категории без мер по их укреплению можно строить только опять же, на сваях, заглубленных много ниже просадочного слоя, т.к. самым сильным и резким будет проседание от увлажнения снизу грунтовыми водами. Представьте себе дом в 300 т весом, это небольшой. Какая у него инерция? Что будет, если довольно хрупкая конструкция враз ухнет на полметра, а то и более?

Поскольку проседание грунта неразрывно связано с увлажнением, то просадочный грунт обязательно будет и пучинистым. Грунты I-й категории, естественно, и пучиться будут меньше. Как правило, их несущая способность тоже выше, но поскольку фундамент – монолитная плита под индивидуальным жилым домом создает давление на грунт того же порядка, что и лыжник, здесь более важна степень пучинистости.

Никакой грунт не вспучивается/проседает точно вверх-вниз. Дом на любом плавающем фундаменте при сезонных подвижках грунта неизбежно будет крениться. Это, разумеется, не пойдет на пользу как конструкции здания, так и подведенным к нему коммуникациям. Поэтому строить капитальный дом на сильно- и чрезмернопучинистых грунтах можно только на фундаменте большого заглубления, «цепляющемся» за не пучащийся грунт в глубине.

Исходя из всех этих обстоятельств, можно сделать вывод, что плитный фундамент будет достаточно надежен только на просадочных грунтах I-й категории до среднепучинистых включительно. Показания к его применению – грунты слабые, с несущей способностью менее 2,5 кг/кв. см (или 25 т/кв. м) в сухом состоянии. На них фундамент-плита действительно окажется надежнее, дешевле и менее трудоемким, чем прочие.

Примечание: все вышесказанное относится только к монолитным плитам. Плита быстросборная, их блоков дорожного покрытия или ВПП аэродромов, будет надежна только на грунтах скальных и крупнообломочных без большой примеси мелких фракций, т.е. не пучащихся и не проседающих.

На каких грунтах можно закладывать под фундамент для дома плавающую плиту, показано в табл. на рис.:

Графы, не залитые цветом – о плите не думаем, лента или столбы будут дешевле и надежнее. Красные графы – грунты «под плиту». Желтые – нужен профессиональный сравнительный расчет и технико-экономический анализ. Напр., у супесей несущая способность довольно высока, плита понадобится толстая (см. далее, о расчете). Тогда заглубленная лента может оказаться дешевле и проще, и она сопротивляется пучению, а плита – нет. У размокших глин несущая способность падает до 1 кг/кв. см и менее, но глины твердые как правило пористы, проседают по ?? категории, и чрезмернопучинисты. Тут может оказаться, что надежность обеспечат только сваи.

Примечание: синие цифры – оптимальная для данного типа грунта нагрузка на него от плиты. Она нам понадобится для расчета.

Плита по-шведски

Фундамент типа утепленная шведская плита (УШП) активно рекламируется едва ли не как универсальный под частную застройку. Немалая доля вины в этом – производителей специальных материалов и аффилированных с ними строительных фирм. УШП – действительно очень хороший, но вовсе не универсальный фундамент. Кроме того, как УШП часто подают «пирог» слева на рис., с оригинальной конструкцией имеющий мало общего. Подробный разбор УШП «по косточками дают 2 части видео:

Видео: утепленная шведская плита

Часть 1: мифы и реальность

Часть 2: плюсы и минусы

Мы же дадим только некоторые дополнения.

Как устроена оригинальная шведская плита, показано справа на рис.:

В сущности, это плитно-ленточный фундамент с дополнительными частыми мелкими ребрами жесткости. Все достоинства плиты с лентой (см. далее) и все ограничения для нее действительны и в данном случае. Изюминка конструкции в том, что весь короб заливается на пластиковую форму, вдавленную в мощную песчано-гравийную подушку; она же является гидро- и теплоизоляцией. Точность выполнения нижней поверхности плиты по форме обеспечивает полное соблюдение расчетных параметров. Дополнительные ребра жесткости и тоннели для коммуникаций формируются несъемной опалубкой из стекломагнезитовых плит, слева внизу на рис. Это позволяет почти вдвое снизить материалоемкость плиты. Однако расчет и постройка такого фундамента требуют профессиональной работы достаточно высокого уровня или точного повторения типовых образцов.

Еще о ребрах жесткости

Фундамент-плиту с ребрами жесткости (см. след. рис.) выполняют, вообще-то, когда расчетная толщина плиты-параллелепипеда оказывается слишком большой, скажем, здание будет тяжелое многоэтажное, а местные условия не позволяют применить основание иного типа. Напр., для постройки ЦУМА на другом фундаменте понадобилось бы снести ряд близлежащих исторических зданий. Фундаментная плита с ребрами жесткости требует сложных расчетов и точного следования проекту, т.к. ребро не на месте или неправильно выполненное может на прочность и надежность основания оказать обратное действие. В общем, это не для самостроя.

Строим фундамент-плиту

Устройство плитного фундамента обычного типа показано на рис. Конструкция простая, к нему требуются лишь отдельные пояснения. Во-первых, песчаную подушку весьма желательно также уложить на геотекстиль с крыльями, завернутыми вверх на всю высоту опалубки. Во-вторых, назначение бетонной подготовки (подбетонки) – создать ровную горизонтальную поверхность под монтаж арматуры, т.к. качество армирования во многом определяет надежность плиты. Поэтому на подбетонку можно брать бетон не очень высокой марки, М200 с избытком хватит, но вот текучесть (подвижность) его должна быть не ниже П3, а лучше – П4; подробнее о свойствах бетона для плиты см. далее. В-третьих, плитный фундамент в зависимости от местных условий может выполняться незаглубленным, см. рис.

Тогда необходима прочная опалубка из щитов (см. далее) и, помимо поддерживающих ее подкосов, щебневая подсыпка снаружи еще до заливки. Для подсыпки снаружи по периметру роют дополнительную траншею; в нее сначала насыпают песчаную подушку и, если требуется, делают глиняный замок. После демонтажа опалубки подсыпку оставляют, а по окончании осадки строения по ней формируют отмостку.

Какой толщины нужна плита?

Расчет толщины плиты – первое, с чего начинается закладка плитного фундамента. Он сводится к подгонке толщины плиты и связанного с ней ее веса к оптимальному удельному давлению на данный тип грунта. Взять нагрузку на грунт больше – дом может начать «тонуть»; меньше – слабая подвижка грунта способна «наподдать» плиту, и дом перекосится. Идея данного упрощенного метода в том, что грунты слабопучинистые и практически не пучащиеся, как правило, обладают и достаточной несущей способностью. Закладывать на них под дом цельную плиту нерационально. Отсюда следует довольно-таки нетривиальный, но в пределах своей применимости дающий верные результаты с запасом «на самострой» порядок расчета плиты фундамента под обычный небольшой жилой дом:

1. Берем сводный вес здания: вес конструкций, отделки, климатические и эксплуатационные нагрузки (мебель, оборудование, люди).
2. По сводному весу и площади плиты фундамента в плане рассчитываем давление от дома на грунт без учета веса фундамента.
3. По данным из табл. выше (синие цифры) вычисляем, сколько веса плиты не хватает для получения оптимального давления на грунт.
4. Исходя из плотности армированного железобетона 2,7 г/куб. см, рассчитываем толщину плиты.
5. Приводим толщину плиты к ближайшему кратному 5 см значению; отклонение давления от оптимума при этом допустимо в пределах (+/-)25%
6. Если вышло менее 15 см, дом для этого грунта слишком тяжел и самострой нежелателен.
7. Вдруг получилось более 35 см – скорее всего, выбор типа фундамента ошибочен, и такой дом на данном грунте вполне выстоит на ленте или столбах.
8. Проверяем величину удельного давления на плиту от здания по прочности ее бетона на сжатие; возможно, берем для нее бетон марки выше, не М200, а М300.

Примечание: строительные правила рекомендуют толщину плиты выдерживать в пределах 10-40 см. Однако самодеятельным застройщикам настоятельно рекомендуется не выходить за пределы 15-35 см.

 

Пример расчета

Сводный вес дома – 270 тонн. Размеры в плане – 10х10 м или 100 кв. м. Грунт – суглинок, снесет под плитой влажным 0,35 кг/кв. см или 3,5 т/кв. м, а под 100 квадратами – 350 т. Веса плиты недостает 80 т, это 29 кубов бетона. На 100 квадратах ее толщина получается 29 см, берем 30. Конечный вес плиты 2,7х30=81 т; общий вес дома с фундаментом 351 т, почти точно оптимум. Попробуем плиту в 25 см: ее вес 67,5 т, итого 270+67,5=337,5 т или давление на грунт 3,375 т/кв. м. Разница от оптимума в 3,5 т – 0,125 т, а в процентах 0,125/3,5=0,035 или 3,5%.

Затрат выйдет существенно меньше, но выдержит ли дом сама такая плита? Тут нужно смотреть по прочности бетона на сжатие, см. ниже. Допустим, она 22,5 кг/кв. см (бетон В22,5) или 22,5 т/кв. м. Чтобы выдержать полные 270 т дома, нужна опорная площадь 270/22,5=12 кв. м. Тогда площадь в плане несущих стен не должна быть меньше этой величины, или, в данном случае, 12% от общей площади здания в плане. Теперь нужно смотреть проект дома – какой там толщины стены? Какова их общая длина? – вычислять их площадь и считать давление на бетон. В данном конкретном случае (подчеркиваем – в данном конкретном), если дом газобетонный, то плиты из В22,5 наверняка хватит. Если бетонный со стенами в 35 см – точно не хватит, придется использовать дорогой бетон высокой марки. Что до кирпичного дома с несущими стенами в 1,5-2 кирпича, то без плана и проекта перед глазами заранее ничего не скажешь.

Примечание: точный учет неравномерности нагрузки от дома и ее «растекания» в плите скорее всего покажет, что в данном случае и бетон В22,5 снесет все. Но такого рода расчеты – удел профессиональных проектировщиков достаточно высокого уровня.

Как выбрать бетон?

Монолитный железобетонный фундамент строится только из готового бетона с ЖБИ. Заливать самодельным из мешалки слоями или тем более пятнами совершенно недопустимо! Подбетонку, а затем и самую плиту, заливают за один подъезд миксера! Бетон для плиты нужно заказывать со следующими параметрами:

• Марка – от М200, или прочность на сжатие от В22,5.
• Морозостойкость – не ниже F200, т.е. 200 циклов заморозки/разморозки.
• Водонепроницаемость – от W6, а в местах с преимущественно плюсовой мокрой зимой и/или на обводненных грунтах – от W8.
• Подвижность – П3 для плит до примерно до 6х8 м и П4 для больших.

Примечание: марка бетона и его прочность на сжатие – не одно и то же. Марка характеризует общую прочность, а прочность на сжатие – способность нести сосредоточенную нагрузку.

Ход работы

Строительство монолитного фундамента в целом осуществляется в последовательности согласно рис. справа:

1. 

   Порядок постройки плитного фундамента

   Делают разметку, проверяя ее диагоналями и промерами сторон;

2. Роют котлован;
3. Засыпают и трамбуют песчано-щебневую подушку;
4. Заливают подбетонку и делают технологический перерыв до набора ею прочности;
5. Делают гидроизоляцию бетонной подготовки;
6. Устанавливают опалубку и монтируют арматурный каркас;
7. Заливают плиту;
8. После набора ею прочности снимают опалубку и производят обратную засыпку бортов, плотно утрамбовывая грунт;
9. Укладывают верхнюю гидроизоляцию и продолжают строительство.

Дадим некоторые пояснения относительно отдельных стадий.

Котлован

Котлован должен заглублен под гумусовый слой и не менее чем на 35 см под ним – в материковый грунт. Если необходим выступ плиты над поверхностью земли, то можно увеличивать толщину песчаной подушки до 35-45 см. Скажем, слой гумуса у нас 15 см, тогда котлован должен быть не мельче 50 см. Пусть толщина плиты 25 см, а подбетонки – 5 см. Подушка с подбетонкой должны быть ниже гумуса, итак, у нас допустим выступ плиты над грунтом до 10 см. Нормальным же в данном случае будет заложение плиты вровень с поверхностью почвы.

Подушка

Минимальная мощность подушки – 25 см; обычно берут 30. Если нужно больше, до 45 см, то засыпают и трамбуют послойно, равными слоями. Трамбовать нужно обязательно, и поплотнее! Перед трамбовкой засыпку смачивают из шланга с распылителем; смачивание с трамбовкой это и есть принудительная просадка грунта, о которой говорилось в начале. Мелкого щебня (отсева) в песок добавляют до 1/3 при закладке плиты на обводненных грунтах.

Примечание: весьма желательно котлован перед засыпкой подушки застелить геотекстилем с заходом на борта котлована или опалубки.

Подбетонка

Для подбетонки берут, как сказано, раствор хорошо текучий. Толщина – 70-100 мм, марка бетона от М100. Геотекстиль под ней нужен, чтобы раствор не протекал в песок, а сформировал ровную поверхность. По схватывании подбетонку увлажняют, как и любую заливку бетоном. В данном случае главная цель этого – обеспечить равномерную усадку и гладкое «зеркало». Весьма желательно заранее сделать опалубку повыше и заливать подбетонку в нее. Гидроизоляция – пропитка составом из 60% дизтоплива и 40% битума.

Опалубка

Опалубка нужна прочная, поэтому ее набирают из щитов, собранных из качественного строевого леса. Две конструкции щитов опалубки показаны на рис. Толщина обрезных досок для них – от 30 мм. Для облегчения разборки опалубки гвозди забивают изнутри, не загибая их концов. Высота в 600 мм выбрана для установки сразу в котлован и засыпки подушки в опалубку, или для заливки незаглубленной плиты. Ее при необходимости можно уменьшить на доску. Опалубку подпирают подкосами снаружи, выравнивают края в горизонт и дополнительно подкрепляют обратной засыпкой грунта и его утрамбовкой, после чего края еще раз проверяют на горизонт шланговым уровнем.

Арматура

Схема армирования простой фундаментной плиты – клеть из 2-х слоев арматурной сетки, см. рис. Диаметр арматурных прутьев – примерно 1/20 толщины плиты, т.е. для плиты в 200 мм – 10 мм, 250 мм – 12 мм, 300 мм – 16 мм, 350 мм – 18 мм. Шаг сетки – 200-300 мм. Арматура – только стальная! Отступ концов прутьев от края монолита – как обычно, около 50 мм и не менее 25 мм.

Технология армирования имеет ряд особенностей, т.к. выдержать параметры клети и расстояние концов прутьев от краев монолита нужно точно. Первая – никаких случайных подпорок для прутьев! Используются специальные проставки-«грибки», короткие в 50 мм (слева на рис.) под нижний слой, и длинные (в центре там же), 100-200 мм, для поддержки верхнего слоя.

Низкие грибки заранее расставляются согласно схеме армирования так, чтобы они пришлись на перекрестья прутьев. Сначала укладываются прутья поперечные, затем продольные. В грибках вязать прутья без навыка неудобно, поэтому начинающим арматурщикам можно расставлять грибки посередине будущих ячеек сетки, как слева на рис. Но приподнимать не увязанную сетку и сдвигать грибок нельзя, вся укладка может посыпаться! Высокие грибки ставят и верхний слой вяжут после полной увязки нижнего.

Теперь нужно создать вертикальные связи между слоями. Они располагаются равномерно по площади с шагом вдвое больше шага сетки, т.е. перекрестья связываются по вертикали через одно в ряд, не в шахматном порядке. В промышленном строительстве концы прутьев связывают П-образными скобами, уложенными набок, а перекрестья ими же с развернутыми на 90 градусов в горизонтальной плоскости концами; дополнительные ветви по краям, если предусмотрены проектом – узкими вертикальными П-образными петлями, см. рис. выше.

Дома сделать эти детали сложно, а дом на плите будет не очень тяжелый, поэтому лучше соединять слои сетки отрезками прутьев меньшего диаметра, 8-12 мм. Тогда нужно выдержать расстояние их концов от верха и низа монолита минимально допустимое, 25 мм. Вяжут 2-мм проволокой, узел – крестовый одинарный, см. рис.

 

 

 

Примечание: не надо связывать слои вертикалями слишком часто. От перегрузки железом плита только ослабеет.

Заливка и далее

Бетоновоз подгоняют к одному из углов площадки. Заливка производится с один прием из штатного шланга машины начиная от дальнего угла, постепенно продвигаясь к миксеру. Работать нужно в резиновых сапогах, каске, пластиковой накидке, рукавицах и защитных очках или с опущенным щитком каски: из шланга хлещет будь здоров, а держать его не легче, чем пойманного удава. Среди бетонщиков-профессионалов слабаков не бывает.

Немедленно после заливки бетон нужно уплотнить глубинным вибратором. Штыкованием, как для ленты, здесь не обойдешься. Старайтесь не задеть наконечником за арматуру, здесь это не так страшно, как для ленты или свай, но все же никак не желательно.

По схватывании монолита его нужно накрыть влажной ветошью (бетону, как известно, для набора прочности нужна вода), а поверх нее – прозрачной пленкой. Пленку каждый день осматривают: нет конденсата – приподнимают и ветошь увлажняют. Набор прочности монолитом занимает от 20 до 40 суток, смотря по погоде. Строительство можно продолжать никак не ранее.

Разновидности плиты

Иногда в малом малоэтажном строительстве применяется монолитно-ленточный фундамент, он бывает 2-х видов: с верхней (слева на рис.) и нижней, т.е. заглубленной, лентой, там же справа. Первый делают в местах, где необходим проветриваемый подпол, скажем, с «гнилой», средиземноморского типа зимой, или в других с постоянно избыточной влажностью воздуха, или с опасностью подтопления.

Жилье в таких нездоровых углах, как правило, не строят, поэтому ограничимся упоминанием о данной конструкции. Еще можно указать, что верхняя лента на плите по строймеханике несколько похожа на ростверк, поэтому весь монолит должен иметь единый каркас и заливаться в один прием. Что намного усложняет и удорожает работу.

Плита с нижней лентой куда привлекательнее: при условии утепления фундамента и с утепленной отмосткой она позволяет создать мощную потивопучинную подушку и строиться на пучинистых грунтах. Толщины же собственно плиты под дом в 200 тонн оказывается достаточно 10 см. Расчет плиты с нижней лентой сложен, так что просто для примера даем чертежи фундаментов такого типа под дома на обводненных грунтах из газобетона (вверху на рис.) и под каркасный деревянный, внизу там же. Тут необходима и утепленная отмостка, такая же, как и в первом случае; она условно не показана.

Наконец, существует еще такое явление, как свайно-монолитный фундамент. Его, крайне редко, закладывают, когда несущей способности грунта мало, а местная геология не позволяет забить или забурить и набить сваи нужной длины. Строители такое решение принимают крайне неохотно: пучащийся грунт может порвать сваи или поломать покоящуюся на них плиту. В подобных случаях чаще всего дешевле и проще оказывается предпринять меры по укреплению грунта.

В конце – о домах

Так что же все-таки можно строить на плите? На шведской – жилые дома этажностью до 2-х на грунтах до сильнопучинистых. На обычной самодельной – постоянное капитальное жилье на грунтах до среднепучинистых, не включительно! Легкие быстровозводимые деревянные здания – и на грунтах среднепучинистых, но тут нужно подумать, стоит ли тратиться: расчетный срок эксплуатации таких домов лет до 40-50, а плиты хватит не менее чем на 100.

Однозначно плитный монолитный фундамент выгоден в местах, где морозы зимой в редкость, для достаточно комфортабельных построек сезонного назначения: загородных летних резиденций, коттеджей и вилл под аренду; на средиземноморских курортах большая часть сдаваемых внаем домов построена на плите. А на сборных плитах, особенно б/у от покрытий, достаточно надежными на слабых устойчивых грунтах будут небольшие дачные дома и хозпостройки.

В целом, монолитная плита под домом не панацея, но на слабых грунтах часто позволяет добиться должной надежности здания ценой относительно небольших затрат: цена плиты под ключ толщиной 40 см 12х12 м размером составляет около 1 млн. руб., что намного меньше стоимости укрепления просадочного сильнопучинистого грунта на той же площади. Длительность производственного цикла до готовности основания к возведению стен также сокращается вдвое и более.