Виды и этапы строительства столбчатых фундаментов своими руками. Как рассчитать опорные столбы?

Для того, чтобы правильно выбрать основание для сооружения, в ряде случаев важно знать, как возводится столбчатый фундамент.

Этот вариант оптимально подходит для облегченных строений, т.к. обеспечивает достаточно высокую прочность при минимальном расходе материалов.

При его проектировании важно учесть нагрузки и геологические параметры грунта. Правильный выбор конструкции и материалов позволит обеспечить надежность и долговечность всего сооружения (смотрите другие типы фундаментов).

Что такое столбчатый фундамент?

Столбчатый фундамент представляет собой систему опорных, заглубленных в землю столбов, увязанных вместе в единую конструкцию рамой (ростверком). В результате нагрузка от веса сооружения равномерно распределяется по опорам.

Основное назначение данного фундамента – облегченные сооружения, неспособные оказывать чрезмерных нагрузок на грунт. К таким сооружениям относятся каркасные и небольшие жилые дома, хозяйственные постройки, бани, гаражи, беседки и другие относительно легкие строения, объемный вес которых не превышает 1 тонну на м³.

Важным условием возведения столбчатого фундамента является достаточно глубокое залегание грунтовых вод. Их уровень должен быть ниже опорной пятки минимум на 0,5 м. При этом неустойчивые слои (плодородная земля) почвы должны оставаться выше нижней точки столбов.

При выборе данного типа основания учитываются такие его преимущества:

• возможность обустройства на участках с неровным и наклонным рельефом;
• отсутствие необходимости в тщательном выравнивании стройплощадки;
• сокращение расхода материалов, что относит фундамент к эконом классу;
• быстрота возведения;
• возможность строительства на разных грунтах, за исключением высокопучинистых и заболоченных почв.

Ограничивает использование неспособность выдерживать тяжелые сооружения и сложности с обустройством подвала.

Виды и материалы изготовления

Существуют несколько типов столбчатых фундаментов, отличающиеся по основным параметрам и конструкции. Прежде всего, они подразделяются по заглублению, т.е. высоте подземной части:

1. Заглубленные столбы. Их нижняя точка (опорная пятка) располагается ниже глубины зимнего промерзания грунта, но выше расположения подземных вод. Такие фундаменты могут иметь заглубление до 2 м. Наиболее распространенный вариант – 1-1,2 м.
2. Мелкозаглубленные столбы. Высота подземной части их не превышает 70-80 см (чаще всего, 45-50 см).
3. Незаглубленные столбы. Этот тип опор применяется для легких строений. Яма для таких столбов не роется, а углубление связано только со снятием плодородного, рыхлого слоя почвы.

По технологии возведения выделяются такие типы:

1. Буронабивной тип. Столбы возводятся следующим образом – бурится скважина, в которую помещается цилиндр, сформированный из рулонной гидроизоляции (обычно, рубероид), служащий несъемной опалубкой для бетонной заливки.
2. Монолитные столбы. Они изготавливаются путем заливки бетона в опалубку с армировкой. Поперечное сечение чаще всего имеет квадратную или прямоугольную форму, но можно возвести и круглые опоры.
3. Сборные столбы. Они возводятся из кирпичей или блоков. Могут использоваться и другие материалы. Главное отличие заключается в возведении основания путем скрепления отдельных элементов.

При изготовлении столбчатого фундамента могут использоваться различные материалы:

1. Деревянные опоры – брус или бревно. Они имеют низкую долговечность. Используются в основном при строительстве небольших деревянных построек, террас, беседок. Древесину необходимо предварительно тщательно обработать противогнилосными составами, антисептиком. Минимальный диаметр деревянного столба составляет 20 см.
2. Кирпичная кладка. Используется только хорошо обожженный, прочный кирпич. Минимальная ширина кирпичного столба составляет 38-40 см. Основное назначение – мелкозаглубленный или незаглубленный фундамент.
3. Бетонные столбы. Наиболее часто выбирается монолитная заливка в опалубку. Минимальная ширина столба – 40 см. Можно возвести и сборный вариант – из готовых железобетонных блоков.
4. Асбестоцементные столбы. Данный материал прекрасно противостоит всем агрессивным воздействиям и негорюч. Применяется асбестоцементная труба. Внутрь нее вставляется стальная арматура и заливается бетон. Аналогична конструкция фундамента из металлических труб.

Выбор типа столбчатого фундамента зависит от конструкции сооружения и состояния грунта. На пучинистых почвах принимаются меры по обеспечению надежного амортизатора – подушки.

Базовая конструкция

Столбчатый фундамент – это столбы с подземной (заглубление) и надземной частью.

Если общая высота с учетом рельефа местности может быть разной, то верхний уровень должен иметь строго одинаковую высоту.

Столбы обязательно размещаются в углах сооружения и в местах примыкания внутренних стен к несущей, внешней стене. Кроме того, они равномерно устанавливаются по всему периметру с шагом 1,5-2,5 м, но не более 3 м.

Столб фундамента ставится на подушку из песка и гравия, которая служит амортизатором для нагрузки на почву со стороны сооружения и для смягчения влияния вспучивания грунта. Обязательный элемент конструкции – гидроизоляция. Конструкцию упрочняют металлические связи – стальная арматура, заложенная вертикально и увязанная поперечными элементами.

Все столбы сверху соединяются между собой сплошной рамой – ростверком. Она укладывается по всему периметру фундамента и служит для равномерного распределения сжимающих нагрузок на все опоры. Ростверк может выполняться из деревянной или металлической балки.

Наибольшее распространение находит монолитная железобетонная конструкция. Для этого монтируется опалубка, укладывается армирующий пояс и заливается бетон. Ростверк может располагаться над поверхностью земли (на высоте до 60-70 см) или лежать на поверхности. В последнем случае его функции не изменяются – он не является фундаментом, а только распределяет нагрузку на столбы.

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.

[stextbox id=’warning’]Более подробно: Онлайн расчет размеров, потребности арматуры и бетона[/stextbox]

Влияние свойств грунта

Пучение грунта – это увеличение его объема при промерзании. В результате такого воздействия он сжимает фундамент сбоку и, самое важное, выталкивает его снизу. Все грунты в зависимости от структуры имеют разную пучинистость.

Оценить ее степень можно по простой формуле — E = (H— h) / h, где:

• Е – степени пучинистости;
• h и H – высота контрольного слоя грунта до и после промерзания, соответственно.

Для оценки степени опасности грунта по пучинистости надо сделать замеры летом и зимой. Опасная степень считается, начиная со значения Е, равного 0,01, что определяет вспучивание в 1 см при промерзании слоя грунта толщиной 1 м. Чем больше увлажненность почвы, тем опаснее вспучивание. Наиболее пучинистыми признаются глинистые грунты, супеси и суглинки. Песчаник практически не вспучивается.

При возведении столбчатого фундамента именно вспучивание приводит к большому заглублению столбов. Если опорная пятка опускается ниже уровня промерзания, то вытеснения конструкции не будет, а сжимающие нагрузки сбоку менее опасны.

Кроме того, верное направление в борьбе с пучиностостью – песчаная подушка. Песок хорошо отводит воду, не накапливая внутри себя, что способствует снижению влияния вспучивания. Помимо нижней подушки его рекомендуется использовать и для повторной засыпки ямы после окончания строительства столба.

В ряде случаев, эффективным способом становится утепление фундамента, что не дает промерзать окружающим слоям почвы. Обязательное условие – поверхностный дренаж для уменьшения просачивания в почву осадочной влаги.

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.

Как сделать своими руками?

Поэтапное возведение наиболее распространенного столбчатого фундамента монолитного типа подразумевает проведение подготовительных, земляных и бетонных, а также мероприятий по его обустройству – армирование, гидроизоляция, утепление, устройство ростверка.

Разметка участка под опорные столбы

Строительные работы начинаются с расчистки выбранного участка. Для этого удаляется весь мусор и растительность. Корни деревьев необходимо выкорчевать.

После проведения геологических изысканий, расчета фундамента и разработки детального проекта сооружения можно приступить к возведению основания.

Прежде всего, снимается плодородный слой земли (если он имеется), а вместо него засыпается песчаная почва, не имеющая пучинистости и способная играть дренажную роль. Далее, производится разметка участка под опорные столбы. Для этого по углам будущей постройки устанавливаются рейки (колья).

Проекция дома (а значит и периметр фундамента) должна иметь форму прямоугольника, что подразумевает углы, равные точно 90 градусам. Обеспечить это можно простым, народным способом. Между установленными угловыми рейками по диагонали натягиваются 2 шнура, и рулеткой измеряются их длины.

При правильной установке кольев они равны между собой. Если этого не происходит, то колья переставляются до тех пор, пока не будет получен требуемый результат.

После уточнения расположения угловых отметок между рейками натягивается шнур, ограничивающий периметр фундамента. Разметка всех столбов производится строго по разработанной схеме. В местах их установки вбиваются колья. Они, прежде всего, размещаются в местах примыкания внутренних стен, а затем, равномерно вдоль основных стен с нужным шагом (1,5-2,5 м). Ориентиром для правильной установки случат натянутые шнуры по периметру.

Помимо габаритной разметки, необходимо выравнивание будущих опор по высоте. Независимо от рельефа участка, их верхние грани должны быть строго в одной горизонтальной плоскости. Обеспечивается такая разметка следующим образом.

В самом высоком углу ставится наиболее короткая рейка, на которой закрепляется шнур на высоте подъема будущего фундамента над землей. В других углах вбиваются рейки нужной высоты так, чтобы натянутый шнур располагался строго горизонтально.

[stextbox id=’warning’]Советуем почитать: Схема и методы вертикальной планировки строительного участка[/stextbox]

Подготовительные работы

Первый шаг в строительстве фундамента – это подготовительные работы. Они включают такие этапы:

1. Земляные работы. В размеченных местах роются ямы под столбы. Глубина их должна превышать заглубление фундамента на 30-50 см для засыпки подушки нужной толщины. Обычно ямы копаются вручную с помощью лопаты, а на твердых грунтах с использованием лома и кирки. Размеры ямы должны быть больше размеров столба на 20-30 см, что необходимо для установки опалубки и последующей противопучинистой засыпки.
2. Устройство подушки. Подушка под столбы делается путем засыпки песка и гравия (щебня) толщиной от 25 до 40 см в зависимости от пучинистости грунта. Слои тщательно утрамбовываются, а песчаный слой еще и проливается водой для уплотнения.
3. Гидроизоляция. Поверх подушки необходимо уложить водонепроницаемый материал. Он выполняет двойную роль – защищает бетон от почвенной влаги и предотвращает утечку раствора при заливке. В качестве материала можно использовать рубероид или толстую полиэтиленовую пленку.

Первый этап достаточно трудоемкий и провести его надо правильно. Особенно это касается подушки. Только при ее достаточной толщине будет исключено проседание опор и выдавливание их при вспучивании.

Устройство столбов

Монолитный, бетонный столб фундамента возводится в таком порядке:

1. Устройство пятки. Для исключения проседания столбов, как правило, в нижней их части делается более широкое основание – пятка. Она имеет толщину 10-15 см, а размеры превышают размеры самого столба на 5-10 см во все стороны. Ее можно сделать из готовой железобетонной плиты нужного размера или залить бетоном самостоятельно. В последнем случае на дне ямы устанавливается соответствующая опалубка высотой, равной высоте пятки. Для упрочнения внутри укладывается армирующая сетка.
2. Монтаж опалубки столбов. Она собирается из деревянных брусьев и досок на поверхности земли, а затем опускается в яму строго вертикально. Для сохранения вертикального расположения при заливке устанавливаются распорки. Опалубка упирается в застывшую пятку и возвышается над грунтом на высоту будущего фундамента.
3. Армирование. Механическое упрочнение столба обеспечивается каркасом из стальной арматуры. Основу его составляют вертикальные стержни на всю высоту столба из арматур диаметром 12-14 мм. В зависимости от размеров опоры их может быть 4-8 штук. Каркас собирается путем поперечной увязки стальными прутьями диаметром 8-10 мм. Соединение обеспечивается вязальной проволокой. В готовом виде армирующий каркас опускается внутрь опалубки так, чтобы основная арматура отстояла от стенок на 4-6 см. Сверху концы арматуры выводятся на 15-20 см выше опалубки.
4. Заливка бетоном. Для бетонирования используется бетон марки не ниже М300. При подготовке его своими руками обычно используется цемент (портландцемент М400 или М500), песок и гравий в соотношении 1:2:5. С учетом большого объема бетонных работ желательно использовать бетономешалку. Заливка производится слоями по 20-25 см с тщательным уплотнением с помощью глубинного вибратора.

При строительстве столбов важно обеспечить их вертикальность, что гарантируется правильной установкой опалубки, и соответствие высоты. Ориентиром для верхнего выравнивания служит натянутый шнур, ограничивающий высоту.

[stextbox id=’warning’]Советуем почитать: Марка бетона и пропорции для фундамента частного дома[/stextbox]

Обвязка ростверком

Ростверк в виде рамы, связывающей все опоры между собой, является обязательным элементом столбчатого фундамента. Он может иметь разную конструкцию в зависимости от размеров строения и материалов стен. Возможны такие варианты:

1. Для деревянных и облегченных строений можно использовать деревянную балку размером не менее 20х20 см. Она соединяется по углам в единую конструкцию. Обязательное условие – пропитка противогнилостными составами.
2. Металлический профиль (швеллер, двутавр, прямоугольная балка). Такая рама надежно сваривается по углам. Выводы арматуры столбов привариваются к ростверку.
3. Бетонный ростверк. Он изготавливается в виде бетонной ленты на поверхности земли. Высота такого ростверка должна быть не менее 20 см, а ширина соответствует толщине стены сооружения. Заливка производится в опалубку, в которой предварительно размещается армирующий пояс. Он собирается из продольной стальной арматуры диаметром 10-14 мм, увязанной поперечными и вертикальными стержнями.

Ростверк играет важную роль в эксплуатации столбчатого фундамента. Рама должна быть прочной и надежно связывать столбы между собой.

[stextbox id=’warning’]Более подробно: Что такое ростверк и для чего нужен?[/stextbox]

Завершающий этап

Демонтировать опалубку можно только после полного застывания бетона и набора им прочности. Минимальный срок составляет 3-4 суток, но лучше подождать 12-14 дней. Завершают строительство фундамента такие работы:

1. Гидроизоляция. Фундамент должен быть надежно защищен от проникновения влаги. Для этого боковые стенки столбов покрываются слоем битума. Сверху крепится гидроизоляция из рубероида.
2. Утепление. Оно не считается обязательным элементом фундамента, но иногда применяется при наличии повышенного вспучивания грунта. Чаще всего, утепление обеспечивается пенопластом или пенополистиролом.
3. Засыпка грунта. Зазор между столбом и землей засыпается грунтом с уплотнением. Для пучинистых почв целесообразно засыпку производить песочным грунтом. Сверху от столбов формируются откосы.

Приемка работы включает проверку ее качества. Прежде всего, с помощью строительного уровня контролируется ровность и горизонтальность поверхности ростверка. От этого зависит правильность строительства стен.

Кроме этого, обязательно проверяется качество заливки. В бетоне не должно быть видимых дефектов. Высота подъема фундамента над землей должна соответствовать проекту. Вокруг опор должны быть откосы и дренажная система.

[stextbox id=’warning’]Советуем почитать: Устройство фундамента под частный дом своими руками[/stextbox]

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.

Полезные видео

Опорно столбчатый фундамент своими руками подробно от снятия плодородного слоя до заливки столба и обратной засыпки, смотрим:
[yvideo number=»BqG5-54gGNE»]
[yvideo number=»9Cb3gm1zI4s»]
[yvideo number=»zl9g9Uc5da4″]
[yvideo number=»R1PzwL4Ec18″]
[yvideo number=»l3UpKt1mS6U»]
Столбчатый фундамент при строительстве небольших, легких сооружений дает возможность значительной экономии средств. Он достаточно распространен в строительстве каркасных домов и нежилых построек. Возвести его можно своими руками, но с учетом особенностей конструкции и рекомендаций специалистов.