Утеплённый фундамент мелкого заложения для дома

Утеплённый фундамент мелкого заложения для дома

Любая постройка начинается с фундамента по аналогии с тем, как театр начинается с вешалки. При этом «закапываться» глубоко в землю совсем не обязательно - можно выбрать фундамент неглубокого заложения. Главное - правильно его утеплить.

Тепла основа

Основная задача фундамента заключается не просто в оптимальном распределении массы дома на грунтовое основание, сколько в создании жёсткой опоры, которая способна без деформаций воспринимать все возникающие в процессе эксплуатации нагрузки. Причём силовые воздействия, обусловленные весом стен и других строительных конструкций, в этом плане представляют далеко не основные сложности. Куда более значительно и непредсказуемо влияние на фундамент нагрузок, возникающих при неравномерном пучении грунта в результате его сезонного промерзания.

В современной практике малоэтажного домостроения используют три основных типа фундаментов: плитные, ленточные, свайные. Конкретное же воплощение зависит от множества факторов: от самой постройки и участка, от типа грунта и климатических условий до стоимости и доступности тех или иных решений и материалов. Однако принципиальное решение проектировщика и застройщика в конечном счёте заключается в следующем: заглубляться или нет.

Заглубляться или нет

Почему так принципиален вопрос глубины заложения фундамента? Дело в том, что сами по себе все грунты имеют ту или иную степень пучинистости. Она полностью отсутствует у легко проницаемых песчаных грунтов, в которых вода совсем не задерживается. Полной противоположностью им являются глинистые грунты, вода из которых уходит долго и с большим трудом. К тому же, за за счёт мелкопористой структуры, глина ещё и имеет способность капиллярного подсоса влаги. Конечно, это крайние состояния, однако большинство грунтов, с которыми приходится иметь дело частным застройщикам, в той или иной мере способны накапливать и удерживать в себе достаточно высокий объём воды.

Пучение грунтов происходит как раз по причине замерзания находящейся в них воды и, как следствие, последующего увеличения объёма, расширения обледенелой массы. Причём силы морозного пучения обладают неимоверной мощью - им ничего не стоит «приподнять» сооружение весом в сотни и тысячи тонн, не то что небольшой дом. В отечественной практике строительства и эксплуатации сооружений различного профиля случаи повреждения их конструкций силами морозного пучения встречаются достаточно часто. Подобные подвижки могут происходить регулярно, приводя порой к полному разрушению построек.

Радикально снизить влияние сил морозного пучения позволяет заглубление фундаментов. Если его заложить ниже уровня промерзания грунта (на Урале эта величина находится в диапазоне от 1,8-2 метра для Челябинской области до 2,2 метра для Свердловской области), морозное пучение уже не окажет критичного воздействия на строительные конструкции. Конечно, и тут есть свои особенности, ведь силы морозного пучения действуют не только в вертикальной, но и в горизонтальной плоскости. Но это уже технические моменты. Кроме того, актуальным вопросом становится цена глубокого заложения. Ведь затраты на заглубление могут достигать половины стоимости всего конструктива фундамента. И если этого не делать, возникает шанс серьёзно сэкономить. Такое техническое решение называется МЗЛФ (мелкозаглубленный ленточный фундамент) с глубиной заложения его подошвы выше расчётной отметки сезонного промерзания грунта.

Из особенностей проектирования мелкозаглублённых фундаментов необходимо отметить очень важный момент, который зачастую полностью игнорируется самодеятельными застройщиками. По аналогии с известным высказыванием императрицы, его можно сформулировать как: «не копать нельзя копать». То есть фундамент действительно не нужно «закапывать», его заглубляют лишь на глубину снимаемого растительного слоя, который не может быть использован в качестве надёжного грунтового основания для строительства здания. Иными словами, подошву «ленты» или «плиты» располагают на глубине около 300-400 мм ниже уровня земли. В противном случае фундамент следует закладывать ниже сезонной отметки глубины промерзания грунта.

Половинчатые решения, которые так распространены, с глубиной заложения фундамента порядка 500-1000 мм, ошибочны. Они не имеют смысла, поскольку избавиться от сил морозного пучения (как нормальных, так и касательных) при таком заглублении не представляется возможным. Более того, указанная глубина заложения даже опасна, ведь именно на эту область и приходится максимум воздействия сил морозного пучения. Все эти процессы описаны и разобраны в специальной литературе и регламентированы в СНиПах. А не доверять опыту советской строительной науки нет никаких оснований.

Опора на тепло

Оказывается, условную границу глубины промерзания грунта при необходимости можно «приподнять». Для этого достаточно лишь присыпать фундамент дополнительным слоем грунта - и он промёрзнет на меньшую глубину. А если уложить современный эффективный теплоизоляционный материал… Таким образом - можно вывести глубину промерзания грунта за пределы подошвы фундамента. То есть без особой оглядки на холода разместить фундамент на сравнительно небольшой глубине. В плане проектирования и устройства мелкозаглубленных монолитных ленточных и плитных фундаментов особенно примечателен опыт Скандинавских стран. Там по подобной схеме за последние полвека было построено более миллиона утеплённых фундаментов мелкого заложения.

Есть готовые рабочие технические решения и для нашей страны. Конструкция поверхностного теплоизолированного фундамента (ПТФ), соответствующая климатическим условиям Уральского региона и защищённая патентом РФ, разработана институтом УралНИИАС в сотрудничестве с группой компаний «Экстрол». Предлагаемая конструкция не имеет привычной массивной части, заложенной в грунт на глубину промерзания. Такой фундамент представляет собой горизонтальные железобетонные балки, почти не заглублённые в землю, на которые в свою очередь и опираются надземные конструкции здания. Основное отличие от обычных фундаментов состоит в том, что под его подошвой и вокруг фундамента укладывается слой эффективной теплоизоляции, который может воспринимать нагрузку от строения и одновременно предотвращать промерзание грунта в глубину. Система ПТФ полностью сохраняет накопленное тепло и, как следствие, грунт не промерзает и его пучение исключается.

Основным неотъемлемым элементом технологии теплоизолированного поверхностного фундамента является современный утеплитель. Однако для этого подходит далеко не всякий теплоизоляционный материал, а только тот, который способен эффективно работать в условиях весьма агрессивной внешней среды и высоких нагрузок. Такая, по сути, неизвлекаемая теплоизоляция (ведь она закладывается под саму подошву фундамента) должна иметь максимально возможный срок службы, на протяжении которого гарантированно сохранит свою прочность и теплоизолирующие свойства. Подобными свойствами на данный момент обладает лишь экструзионный пенополистирол (ЭППС). При относительно невысокой стоимости этот материал обладает выдающимися строительными характеристиками.

Экструзионный полистирол Экстрол Малахит, используемый в частном домостроении, сочетает в себе все преимущества профессиональных марок. Он обладает достаточной прочностью (не менее 15 т/м2) для применения в фундаментах и кровлях, легко монтируется на фасад. Выпускается в формате теплоизоляционных плит толщиной 20, 30, 40, 50 и 100 мм. Все изделия (за исключением 20 мм плит) имеют кромку с уступом (L-кромку) по периметру листа, что минимизирует риск образования мостиков холода и облегчает укладку и подгонку плит на теплоизолируемой поверхности.

Экстрол Малахит имеет низкие коэффициент теплопроводности 0,029 Вт/(м*К) и коэффициент водопоглощения 0,3% по объёму. Утеплитель практически не впитывает воду, химически стоек и не подвержен гниению. Прочность на сжатие составляет 0,15-0,2 МПа. Срок службы в грунтах - не менее 50 лет.

Важно отметить, что Экстрол Малахит остается экологически чистым на протяжении всего срока эксплуатации и абсолютно безопасен для здоровья человека как в процессе монтажа, так и после завершения мероприятий по утеплению дома.

Особенности устройства ПТФ

Устройство поверхностного теплоизолированного фундамента в большей части напоминает устройство ленточного фундамента обычного типа, за исключением глубины расположения и наличия теплоизоляции. При этом стоимость его устройства, благодаря существенному сокращению объёмов бетонных работ, соответственно, ниже. Такие фундаменты имеют вертикальную теплоизоляцию с внешней стороны на всю глубину от подошвы до уровня выше отметки земли. Однако, не всё так просто. Монолитный бетон обладает большой теплопроводностью, так что и проникновение отрицательных температур может произойти непосредственно через тело фундамента. Иными словами, неглубокий фундамент способен сам заморозить грунт под собой. Чтобы полностью исключить эту вероятность, выполняют дополнительное утепление в том числе и цокольной части фундамента.

Полноценная схема теплоизоляции фундамента мелкого заложения должна состоять как минимум из двух участков - вертикального и горизонтального. Вертикальный участок располагается на внешней стенке фундаментной ленты от подошвы и до верхнего среза цокольной части. Горизонтальный может располагаться как на уровне подошвы, так и выше. Зачастую он становится ещё и своеобразным основанием для укладки бетонной отмостки. Вместе вертикальный и горизонтальный участки должны образовать сплошной пояс по периметру здания.

Чтобы утепление фундамента было действительно качественным, его необходимо предварительно рассчитать под конкретную постройку и регион. В зависимости от климатических условий выбираются все параметры теплоизоляционного слоя: толщина для вертикального участка, ширина вдоль периметра и величина расширенной части на углах фундамента для горизонтального участка.

Полная методика вычислений теплотехнических параметров, которой оперируют проектировщики, достаточно сложна для частного застройщика, однако есть и менее трудоёмкий метод, который позволяет вычислить искомые значения с приемлемой точностью.

Для вертикального участка можно воспользоваться формулой суммарного сопротивления теплопередаче R = Rб + Rт. Где R=d/λ высчитывается как отношение толщины материала к коэффициенту теплопроводности. То есть требуемая толщина теплоизоляционного слоя будет равна:

dт=(R-dб/λб)*λт, где dт - искомая толщина теплоизоляции, dб - ширина бетонной ленты ПТФ фундамента, λб - коэффициент теплопроводности бетона, λт - коэффициент теплопроводности ЭППС. Поскольку коэффициент теплопроводности λ для любого строительного материала величина табличная, а ширина ленты фундамента тоже известна, остаётся только узнать значение сопротивления теплопередаче R. Этот параметр нормируется для типа построек и различных климатических регионов. Для Уральского региона он будет равен от 3,42 до 3,64.

С имеющимися данными расчёт требуемой толщины слоя теплоизоляции труда уже не составит. Например, при утеплении бетонного ПТФ фундамента шириной 500 мм экструзионной плитой Экстрол Малахит dт=(3,5-0,5/1,7)х0,029=0,093 или ~100 мм. Результат стоит округлить в большую сторону применительно к имеющимся типоразмерам плит. В данном случае можно использовать как один 100 мм слой, так и уложенные с перехлёстом два слоя по 50 мм.

Ширина горизонтальной части по внешнему периметру постройки для нашей климатической зоны 1,5-1,8 м. Толщина порядка 80 мм. На угловых участках стен ширину и толщину «юбки» необходимо увеличить в 1,5 раза.

*Можно воспользоваться калькулятором толщины теплоизоляции на сайте производителя.

Самостоятельная закладка фундамента

По периметру будущей постройки, под планируемыми наружными и несущими внутренними стенами копают траншею. Сразу после съёма верхнего грунта делается песчаная подушка толщиной порядка 10 см. Её основная задача заключается в устранении неровностей в плоскости контакта подошвы фундамента с грунтом основания. Другими словами, неровности котлована присыпают песком и выводят «в горизонт». Такая подсыпка устраивается в большинстве случаев. В песчаных грунтах при устройстве монолитных железобетонных фундаментов роль такой подготовки выполняет 100-150 мм слой тощего бетона, называемый подбетонкой.

Искусственная песчаная засыпка в принципе не должна быть излишне высокой. Материал отсыпается слоями и тщательно уплотняется. Самодеятельные строители совершают большую ошибку, заменяя механическое уплотнение песка простой проливкой водой, или совсем её не делая. В результате такой «экономии» получается фундамент с непредсказуемыми характеристиками. Песчаную подсыпку без тщательного механического уплотнения необходимо как минимум проливать цементным «молоком».

При утеплении подошвы ленточного фундамента, теплоизоляция свободно укладывается на подготовленное основание (уплотнённую песчаную подушку). В этом случае соседние плиты при необходимости можно скрепить между собой гвоздевыми пластинами. Экструзионный пенополистирол легко пилится обычной ножовкой или режется ножом.

Бетонные работы выполняют с применением опалубки из стенок опорных брусков и обшивкой из плотно подогнанных друг к другу досок. Ширина основания зависит от толщины стен и передаваемой на фундамент нагрузки. Обычно его ширина равна толщине стен или немного тоньше. Высота принимается равной двойной ширине. Можно сделать фундамент высотой равной ширине фундамента, но в этом случае потребуется более мощное армирование.

Монолитный ленточный фундамент мелкого заложения должен быть армирован как в нижнем, так и в верхнем поясе. Его конструкция подвержена знакопеременным нагрузкам, растянутые и сжатые зоны периодически меняются местами. В тёплый сезон вес здания и сила давления грунта чаще всего уравновешивают друг друга и изгибающего напряжения не возникает. В зимний период ситуация кардинально меняется - снизу давят морозные силы пучения, сверху вес здания и снег. Эти силы распределены неравномерно и где именно произойдет вспучивание, а где прогиб, предугадать сложно. Поэтому разумнее армировать и сверху, и снизу, уделяя особое внимание углам и примыканиям.

С армированием прямой части фундамента вопросов, как правило, не возникает. Стержни арматуры заданного диаметра связывают между собой хомутами, формируя пространственную структуру металлического каркаса. А вот состыковка двух или трёх прямых горизонтальных участков в углах не так проста, как кажется на первый взгляд. Стыковать арматуру простым наложением в перекрестьях недопустимо. Максимальный изгибающий момент может быть где угодно. Поэтому углы ленты должны быть дополнительно проармированы Г-образными или П-образными стержнями и особым способом заведены в боковые стенки. Только так можно получить прочную пространственную конструкцию, способную держать изгибающие моменты в любых направлениях. Другими словами, получится действительно монолитный пояс.

Укладку бетона, чтобы не расходовать влагу жидкого бетона, ведут в обильно смоченной водой опалубке. Опытные строители рекомендуют опалубку выкладывать полиэтиленом, чтобы бетонное молоко не вытекало наружу. От качества раствора напрямую зависит прочность будущего основания. Поэтому при заказе готового бетона стоит убедиться в его качестве, запросив у производителя сертификат соответствия бетона строительным нормативам. В любом случае не лишним будет из каждого миксера забрать пробы - залить бетон в предварительно подготовленные из досок формы 10х10х10 см. В случае сомнений в качестве материала их можно будет отдать на экспертизу.

Бетон крайне желательно залить за один приём. Если раствор подается прямо из миксера, заполняют сначала самый дальний край опалубки, постепенно передвигаясь ближе. В структуре монолита не должно быть пустот, иначе прочность основания сильно снизится. Поэтому бетон сразу разравнивают лопатой и трамбуют штыкованием до тех пор, пока поверхность не заблестит от выступившей влаги (цементного молока).

Спустя 20-24 часа ленту можно смочить водой. Летом опалубку с бетоном лучше всего ещё и укрывать плёнкой. Приступать к дальнейшим работам можно лишь после набора не менее 70-75% прочности. В летние месяцы (средняя днём +20ºС, ночью +10ºС) период ожидания составит от 20 до 28 дней. Выполнять распалубку можно через 4-7 дней, в зависимости от используемых производителем бетона добавок.

Дальнейшие работы по утеплению фундамента экструзионными плитами производится после набора бетоном полной прочности. Стенки должны быть ровными и очищенными от грязи и наслоений бетона. Все неровности, раковины и сколы выравниваются и заполняются цементно-песчаным раствором. После высыхания выполняют весь комплекс мер по гидроизоляции.

При утеплении вертикальной части фундамента с нанесённым гидроизоляционным слоем фиксировать плиты на дюбеля категорически запрещается. В месте установки неизбежно возникнут течи, поэтому рекомендуется использовать специальный клей или клей-пену для пенополистирола. В дальнейшем теплоизоляция будет держаться на месте за счёт давления грунта при обратной засыпке. Пена наносится 3-см полосой по всему периметру, плюс одной полосой по центру плиты с отступом от края не менее 2 см. На цокольную часть фундамента выше уровня земли утеплитель дополнительно фиксируют механически пятью дюбелями на плиту. На угловых участках их количество доводят до 6-8 шт. Зазоры между плитами теплоизоляции, если они превышают 2 мм, запенивают монтажной или всё той же клеевой пеной.

Усиление теплоизоляционных свойств фундамента в разы увеличивает теплосберегающие характеристики здания в целом и, соответственно, приводит к общему снижению расходов на отопление. Помимо повышения энергоэффективности, такой способ утепления ещё и увеличивает срок службы фундамента, ведь гидроизоляция надёжно защищена от различных механических воздействий.

Следует заметить, что сама по себе глубина заложения фундамента напрямую не связана с высотой цокольной части. То есть загородный дом совсем не обязательно должен иметь выход на том же уровне, что и окружающий участок. В определённых условиях отсутствие лестницы на входе в дом удобно. Однако при высоком уровне снежного покрова и в весеннее половодье подобное решение не назовёшь практичным.