ВИЗНАЧЕННЯ ГЛИБИНИ ЗАКЛАДАННЯ ФУНДАМЕНТУ

Глибина закладання фундаменту є комплексною величиною, що залежить від множини взаємопов’язаних факторів. В умовах України, де кліматичні та геологічні умови можуть суттєво варіюватися, особливо важливо враховувати такі аспекти. Насамперед, це геологічні характеристики ґрунту: його тип (пісок, суглинок, глина, торф), фізико-механічні властивості (несуча здатність, кут внутрішнього тертя, питоме зчеплення, модуль деформації) та схильність до морозного пучіння. Кожен тип ґрунту по-різному реагує на навантаження та вплив зовнішніх факторів, таких як волога та температура.

Другий ключовий фактор – кліматичні умови регіону, зокрема нормативна глибина промерзання ґрунту. Згідно з ДБН В.2.1-10:2018 ‘Основи та фундаменти споруд. Основні положення’, фундаменти повинні закладатися нижче цієї позначки, щоб уникнути деформацій від пучіння замерзлої води. Для більшості областей України нормативна глибина промерзання коливається від 0,8 м на півдні до 1,2–1,4 м на півночі та сході. Наприклад, для Київської області ця величина становить близько 1,0–1,1 м для суглинків та глин. Цей параметр не є константою і залежить від типу ґрунту, рівня ґрунтових вод та наявності снігового покриву.

Навантаження від будівлі є третім визначальним фактором. Маса будівлі, її поверховість, тип конструкцій (наприклад, важкий цегляний будинок чи легкий каркасний) диктують необхідну несучу здатність ґрунтової основи. До навантажень також відносяться тимчасові, снігові, вітрові та динамічні впливи. Наприклад, для будівель з легким каркасом або будівництва з CLT панелей може бути достатнім менш глибоке закладання, якщо ґрунти мають високу несучу здатність та низький ризик пучіння.

Рівень ґрунтових вод (РГВ) та його сезонні коливання відіграють надзвичайно важливу роль. Високий РГВ, особливо в пучиністих ґрунтах, значно посилює ефект морозного пучіння та знижує несучу здатність основи. У таких випадках, окрім глибокого закладання, можуть застосовуватися додаткові заходи, такі як дренажні системи або заміна пучиністого ґрунту на непучиністий. Також враховується наявність підземних комунікацій, підвалів чи інших заглублених частин будівлі, які також впливають на розрахунок.

Таким чином, комплексний аналіз усіх цих факторів є критично важливим для коректного та економічно обґрунтованого визначення глибини закладання фундаменту, забезпечуючи його структурну стійкість та довговічність на десятиліття.

Проведення інженерно-геологічних вишукувань є абсолютно обов’язковим етапом перед початком будь-якого проєктування фундаментів. Це не просто формальність, а науково-обґрунтована процедура, що дозволяє отримати вичерпну інформацію про геологічні умови будівельного майданчика. Без достовірних даних про ґрунти, їхні властивості та гідрогеологічний режим неможливо виконати коректний розрахунок глибини закладання фундаменту та обрати оптимальний його тип.

Процес геологічних вишукувань включає буріння розвідувальних свердловин, відбір зразків ґрунту та ґрунтових вод, а також проведення лабораторних аналізів. У лабораторії визначаються такі параметри, як гранулометричний склад, щільність, вологість, межі пластичності та текучості для глинистих ґрунтів, а також коефіцієнт фільтрації. Для розрахунку несучої здатності та деформаційних характеристик визначаються модуль деформації, питоме зчеплення та кут внутрішнього тертя. Ці дані є вихідними для інженера-геотехніка, який складає геологічний звіт.

Геологічний звіт містить профілі свердловин, опис шарів ґрунту, таблиці фізико-механічних властивостей, прогноз зміни рівня ґрунтових вод та рекомендації щодо типу фундаментів. Особлива увага приділяється наявності слабких або пучиністих ґрунтів, таких як лесові суглинки, торфи або водонасичені пилуваті піски. Наприклад, у Київській області часто зустрічаються лесові ґрунти, які мають здатність до просідання при замочуванні, що вимагає специфічних інженерних рішень та глибшого закладання фундаменту або заміни ґрунту.

Коректно виконані вишукування дозволяють не тільки уникнути помилок при проєктуванні, але й оптимізувати витрати на будівництво фундаменту. Знання точних характеристик ґрунту дозволяє уникнути надмірної міцності та зайвого заглиблення, що може суттєво знизити загальну вартість проєкту. Це є першим і найважливішим кроком до забезпечення структурної цілісності будівлі. Наприклад, для визначення типу та несучої здатності фундаменту на складних ґрунтах застосовуються випробування статичним зондуванням (CPT) або штампами.

Нехтування цим етапом або його неякісне виконання може призвести до непередбачених деформацій, тріщин у стінах, а в гіршому випадку – до руйнування будівлі, що набагато дорожче виправити, ніж провести своєчасні та якісні вишукування.

Визначення глибини закладання фундаменту в Україні регламентується низкою державних будівельних норм (ДБН), ключовим з яких є ДБН В.2.1-10:2018 ‘Основи та фундаменти споруд. Основні положення’. Цей нормативний документ встановлює основні вимоги до проєктування, розрахунку та влаштування фундаментів будівель і споруд, враховуючи різноманітні ґрунтові умови та види навантажень. Важливим є також ДБН В.1.1-12:2014 ‘Будівництво у сейсмічних районах України’ для відповідних регіонів, який диктує особливі вимоги до фундаментів, включаючи їхнє заглиблення.

Проєктування фундаментів базується на розрахунках за двома основними групами граничних станів: першою – за несучою здатністю (міцність, стійкість) та другою – за придатністю до нормальної експлуатації (деформації). Для визначення глибини, яка забезпечить несучу здатність, інженери враховують такі параметри, як розрахунковий опір ґрунту (R), який визначається за формулою:

R = 1/γc * (A * γ’ * b + B * q + D * c)

де γc — коефіцієнт умов роботи, A, B, D — безрозмірні коефіцієнти, що залежать від кута внутрішнього тертя ґрунту, γ’ — усереднене значення питомої ваги ґрунту вище підошви фундаменту, b — ширина фундаменту, q — умовне навантаження від ґрунту над підошвою, c — розрахункове значення питомого зчеплення ґрунту. Ці розрахунки враховують взаємодію ‘основа-фундамент-споруда’ та потребують кваліфікованого інженерного підходу від кваліфікованого архітектора або інженера-конструктора.

Для забезпечення відповідності другому граничному стану, деформації фундаменту (осідання, крен), необхідно, щоб осідання основи не перевищували гранично допустимих значень, встановлених нормами для різних типів будівель. Глибина закладання впливає на об’єм ґрунту, що залучається до деформації, і відповідно на загальне осідання. Також враховується можливе морозне пучіння, для запобігання якому глибина закладання має бути більшою за розрахункову глибину промерзання ґрунту.

Українські норми також вимагають врахування специфічних умов, таких як наявність просідаючих, набухаючих, лесових ґрунтів, а також зон з високою сейсмічною активністю. У цих випадках до розрахунків вводяться додаткові коефіцієнти та умови, що можуть призвести до збільшення мінімальної глибини закладання або вибору спеціальних конструктивних рішень, наприклад, плитних або пальових фундаментів. Виконання всіх цих розрахунків є основою для розробки проєкту, який буде безпечним, надійним та відповідатиме всім вимогам чинного законодавства.

Рівень ґрунтових вод (РГВ) є одним з найвагоміших факторів, що визначають глибину закладання фундаменту. Його динаміка, максимальні та мінімальні позначки, а також хімічний склад, можуть кардинально змінити умови експлуатації фундаментної основи. Наявність ґрунтових вод поблизу підошви фундаменту може призвести до зниження несучої здатності ґрунту, його розмокання та збільшення схильності до деформацій.

Особливо небезпечним є поєднання високого РГВ з пучиністими ґрунтами (глини, суглинки, пилуваті піски). Вода, що замерзає в порах такого ґрунту, розширюється, створюючи сили морозного пучіння, які можуть підняти або викривити фундамент, призводячи до серйозних деформацій надземної частини будівлі. Для запобігання цьому, згідно з ДБН В.2.1-10:2018, підошва фундаменту повинна бути закладена нижче розрахункової глибини промерзання ґрунту. Якщо це неможливо або економічно недоцільно, застосовуються інші методи: заміна пучиністого ґрунту на непучиністий (пісок, щебінь), влаштування дренажної системи для зниження РГВ, або теплоізоляція фундаменту.

Дренажна система – це комплекс заходів, спрямованих на відведення ґрунтових вод від фундаменту. Вона може бути пристінною, кільцевою або пластовою, залежно від геологічних умов та конструктивних особливостей будівлі. Наприклад, для ділянок з постійно високим РГВ, що часто зустрічаються в низинних районах Київської області, ефективним є комбінований дренаж разом з гідроізоляцією. Детальну інформацію про такі системи можна знайти на сторінці інженерні системи.

Термоізоляція фундаменту, особливо актуальна для УШП, дозволяє змістити ізотерму 0°C за межі підошви фундаменту, тим самим запобігаючи замерзанню ґрунту під ним. Це дозволяє закладати фундамент на меншу глибину, навіть у пучиністих ґрунтах, оскільки ефект пучіння буде мінімізований. Екструдований пінополістирол (XPS) є одним з найпоширеніших матеріалів для такої ізоляції завдяки своїм низьким показникам водопоглинання та високій міцності на стиск.

Отже, правильний аналіз РГВ та прогноз його змін є критично важливим для вибору стратегії закладання фундаменту, яка забезпечить його стабільність та захист від негативних впливів води та морозу.

Глибина закладання фундаменту значно варіюється залежно від його типу, що обумовлено різними принципами передачі навантаження на ґрунт та конструктивними особливостями. Розглянемо специфіку для найпоширеніших видів:

Стрічковий фундамент: Це класичний тип, що закладається під усі несучі стіни будівлі. Глибина його закладання, як правило, визначається з урахуванням нормативної глибини промерзання ґрунту (з запасом 10-20 см) та необхідної несучої здатності ґрунту. Якщо ґрунт має високий ризик морозного пучіння, стрічковий фундамент повинен закладатися нижче цієї позначки, щоб підошва знаходилася в непромерзаючому шарі. Для непучиністих ґрунтів (крупні та середні піски) та малопучиністих ґрунтів (глинисті, при низькому РГВ) допускається мілкозаглублене закладання, але завжди з урахуванням несучої здатності. Підошва стрічкового фундаменту має бути не менше 0,5 м від поверхні землі, навіть у теплих регіонах, для захисту від сезонних коливань вологості ґрунту.

Утеплена шведська плита (УШП): Це сучасний тип монолітного плитного фундаменту, який одночасно є готовою основою підлоги першого поверху з вбудованою системою опалення. Особливістю УШП є її мілкозаглублене закладання (до 0,5-0,6 м від поверхні), яке стає можливим завдяки комплексному утепленню фундаменту по периметру та під всією площею. Ізоляція з екструдованого пінополістиролу (XPS) перешкоджає промерзанню ґрунту під плитою, що нівелює сили морозного пучіння. УШП ефективна навіть на пучиністих ґрунтах з високим РГВ, оскільки теплоізоляція підтримує температуру ґрунту вище 0°C. Проте, потребує ретельної підготовки основи, включаючи гравійно-піщану подушку з пошаровим ущільненням.

Пальовий фундамент: Застосовується на ділянках зі слабкими, стисливими ґрунтами, де несучі шари залягають на значній глибині (від 3-4 м і більше). Палі передають навантаження від будівлі на міцніші, глибинні шари ґрунту або за рахунок тертя по бічній поверхні палі. Глибина закладання паль визначається на підставі геологічних вишукувань та розрахунків несучої здатності палі, і може сягати десятків метрів. Типи паль (буронабивні, забивні, гвинтові) також впливають на технологію та допустиму глибину. Наприклад, для буронабивних паль із розширенням, що часто використовуються на просідаючих ґрунтах, глибина визначається рівнем залягання непросідаючих шарів.

Вибір типу фундаменту та його глибини є комплексним рішенням, яке має базуватися на даних геологічних вишукувань, аналізі навантажень, кліматичних умов та економічній доцільності. Своєчасна та якісна робота на етапі проєктування дозволяє уникнути багатьох проблем в експлуатації будівлі.

При виявленні складних ґрунтових умов, таких як низька несуча здатність, високий рівень ґрунтових вод (РГВ), або значна схильність до морозного пучіння, інженери застосовують різноманітні конструктивні рішення та технології адаптації для забезпечення довговічності та стабільності фундаменту. Ці підходи дозволяють мінімізувати ризики та оптимізувати витрати, не йдучи на компроміси з безпекою.

Одним з найпоширеніших рішень є ґрунтова подушка. Це шар непучиністого, добре ущільненого ґрунту (піску, гравію, щебеню), який влаштовується під підошвою фундаменту. Вона виконує функцію розподілу навантаження на більшу площу, зменшує тиск на слабкий ґрунт, а також слугує дренажним шаром, запобігаючи капілярному підйому води до підошви. Для особливо складних умов товщина подушки може сягати 1-2 метрів, з пошаровим трамбуванням та вібраційним ущільненням до коефіцієнта ущільнення не менше 0,95.

У разі високого РГВ та/або значної глибини промерзання в пучиністих ґрунтах, застосовуються дренажні системи. Кільцевий дренаж, що прокладається по периметру будівлі на рівні підошви фундаменту або трохи нижче, ефективно перехоплює ґрунтові води, відводячи їх у колектор або збірний колодязь. Це дозволяє стабілізувати РГВ та запобігти його негативному впливу на фундамент. Додатково, виконується якісна гідроізоляція стін фундаменту, щоб захистити бетон від руйнівного впливу води та агресивних хімічних сполук.

Для зниження морозного пучіння, окрім заглиблення фундаменту нижче глибини промерзання, використовується теплоізоляція фундаменту. Це особливо актуально для мілкозаглиблених плитних фундаментів, таких як УШП. Утеплення виконується екструдованим пінополістиролом (XPS) по периметру та під підошвою, що дозволяє підтримувати позитивну температуру ґрунту під фундаментом і, таким чином, уникати його промерзання та пучіння. Товщина утеплювача, згідно з ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’, може становити від 100 до 200 мм залежно від кліматичної зони.

У випадках, коли поверхневі ґрунти дуже слабкі, а несучі шари залягають глибоко, ефективним рішенням є пальовий фундамент. Він може бути доповнений ростверком – монолітною або збірною балкова конструкція, що об’єднує верхні частини паль і розподіляє навантаження від будівлі. Ростверк може бути високорозташованим (над поверхнею ґрунту, що усуває вплив пучіння) або низькорозташованим (заглибленим, але при цьому потрібно враховувати морозне пучіння ґрунту між палями).

Ці конструктивні заходи та технології дозволяють створювати надійні та довговічні фундаменти навіть на складних ділянках, забезпечуючи стабільність будівлі протягом всього терміну експлуатації.

Забезпечення відповідності фактичного закладання фундаменту проєктним рішенням є критично важливим етапом будівництва, який часто недооцінюють. Навіть найточніші геологічні вишукування та скрупульозні розрахунки втрачають сенс, якщо під час будівельних робіт допущені відхилення. Тому моніторинг та аудит на кожному етапі є запорукою успіху та довговічності споруди.

Процес моніторингу починається ще до початку земляних робіт. Це включає перевірку винесення осей будівлі на ділянку, контролю глибини котловану або траншей, а також оцінку відповідності ґрунту в підошві фундаменту тим даним, які були отримані під час геологічних вишукувань. Несподівані зміни у структурі ґрунту (наприклад, виявлення лінз слабкого ґрунту, старих комунікацій або підвищеного РГВ) вимагають негайної зупинки робіт та корекції проєкту або прийняття інженерних рішень на місці.

Важливим аспектом є контроль за влаштуванням ґрунтової подушки, якщо вона передбачена проєктом. Це включає перевірку товщини шарів, їхнього складу, а також ступеня ущільнення. Вимірювання щільності ґрунту зазвичай виконується за допомогою динамічного зондування або експрес-методів. Недостатньо ущільнений ґрунт може призвести до нерівномірного осідання фундаменту, що є причиною тріщин у несучих конструкціях.

Під час армування та бетонування також проводиться жорсткий контроль. Перевіряється відповідність діаметра та кроку арматури, захисного шару бетону, а також марка бетону та його фактична міцність. Для великомасштабних проєктів практикується встановлення датчиків для моніторингу осідань фундаменту під час будівництва та в перші роки експлуатації. Це дозволяє вчасно виявити будь-які аномалії та вжити заходів.

Аудит відповідності проєктним рішенням, згідно з вимогами ДБН, може виконуватися незалежними експертами. Такий аудит не лише підтверджує якість виконання робіт, але й надає додаткові гарантії замовнику щодо надійності та безпеки об’єкта. Він включає аналіз виконавчої документації, результатів лабораторних випробувань та візуальний огляд виконаних робіт. Якісний моніторинг та аудит є невід’ємною частиною будь-якого відповідального будівельного проєкту, що гарантує структурну цілісність споруди.

Недоліки у визначенні глибини закладання фундаменту можуть мати катастрофічні наслідки для всієї будівлі. Розуміння типових помилок та механізмів їх запобігання є ключовим для кожного забудовника та інженера. Розглянемо найпоширеніші з них:

1. Ігнорування інженерно-геологічних вишукувань: Одна з найсерйозніших помилок. Багато забудовників, особливо приватних, намагаються заощадити на геологічній розвідці, спираючись на досвід сусідів або візуальну оцінку ґрунту. Це призводить до невірного розуміння типу ґрунту, його несучої здатності, РГВ та схильності до пучіння. Як наслідок – невірно обраний тип фундаменту або його глибина. Як уникнути: Завжди замовляйте повноцінні інженерно-геологічні вишукування у сертифікованих компаній. Це невелика інвестиція, яка окупиться уникненням значно більших проблем у майбутньому.

2. Неправильне визначення глибини промерзання ґрунту: Часто використовуються усереднені значення або дані, що не відповідають конкретній ділянці або типу ґрунту. Як уникнути: Покладайтеся на дані геологічних вишукувань, які враховують фактичний тип ґрунту на ділянці, а також на ДБН В.2.1-10:2018 для розрахункової глибини промерзання для вашого регіону, вносячи корективи за потреби.

3. Недооцінка рівня ґрунтових вод та його сезонних коливань: РГВ може значно змінюватися протягом року. Якщо вимірювання проводилися у сухий період, можна отримати хибну картину. Як уникнути: Просіть геологів надати прогноз коливань РГВ, а також враховуйте максимальний історичний рівень. За необхідності, передбачайте дренажні системи або вибирайте фундаменти, менш чутливі до води (наприклад, пальові або УШП з посиленою гідроізоляцією).

4. Відсутність урахування структурної цілісності та навантажень: Надмірне спрощення розрахунків навантажень від будівлі та несучої здатності ґрунту може призвести до критичних деформацій. Як уникнути: Залучайте досвідченого інженера-конструктора для точного розрахунку навантажень та взаємодії фундаменту з ґрунтовою основою. Усі елементи, від каркасу стін до дерев’яних балок перекриття, повинні бути враховані у загальній статичній схемі.

5. Неякісне виконання робіт: Навіть ідеальний проєкт може бути зіпсований поганим виконанням – недостатнє ущільнення ґрунтової подушки, відхилення від проєктних розмірів фундаменту, використання бетону нижчої марки. Як уникнути: Забезпечте суворий технічний нагляд на всіх етапах фундаментних робіт. Проводьте проміжну приймання робіт з фіксацією результатів. Якість виконання є такою ж важливою, як і якість проєктування.

Уникнення цих типових помилок дозволить побудувати надійний та довговічний фундамент, який стане міцною основою для вашого будинку.