ВИБІР ТИПУ ФУНДАМЕНТУ ЗА ТИПОМ ҐРУНТУ

Перед початком проєктування фундаменту необхідно провести комплексні інженерно-геологічні вишукування, які є фундаментом для всіх подальших розрахунків. Згідно з ДБН В.2.1-10:2018 ‘Основи та фундаменти будівель і споруд. Основні положення’, ці вишукування включають буріння свердловин, відбір зразків ґрунту, лабораторні дослідження та польові випробування. Метою є визначення фізико-механічних властивостей ґрунтів, таких як щільність, вологість, межі пластичності та текучості, кут внутрішнього тертя (φ), питоме зчеплення (c), модуль деформації (Е) та коефіцієнт відносної просадочності (εsl).

Особливу увагу слід приділити несучій здатності ґрунту, яка визначається як максимальне навантаження, яке ґрунт може витримати без значних деформацій або руйнування. Цей показник розраховується з урахуванням глибини закладання фундаменту, розмірів його підошви та властивостей ґрунту під нею. Важливим є також визначення рівня ґрунтових вод (РҐВ) та їхнього хімічного складу, оскільки високий РҐВ та агресивні води можуть вимагати додаткових заходів з гідроізоляції та дренажу. У разі виявлення просадкових ґрунтів з коефіцієнтом εsl ≥ 0.01, необхідно розробляти спеціальні заходи для їх ущільнення або застосовувати фундаменти, що прорізають просадкові шари. Точність та повнота даних інженерно-геологічних вишукувань є запорукою правильного вибору типу фундаменту та його економічної доцільності, знижуючи ризики непередбачених витрат на етапі експлуатації. Детальна інформація про вибір будівельної ділянки також є ключовою для успішного початку проєктування, про що можна дізнатись за посиланням вибір будівельної ділянки.

Ґрунти класифікуються за багатьма параметрами, але для вибору фундаменту ключовими є несуча здатність та схильність до морозного пучіння. Піщані ґрунти, особливо щільні та середньої щільності, характеризуються високою несучою здатністю (до 0.5 МПа і більше) та мінімальним пучінням, що робить їх ідеальними для більшості типів фундаментів. Вони мають гарний дренаж та високий кут внутрішнього тертя (φ до 35-40°).

Глинисті ґрунти (глини, суглинки, супіски) мають більш складні характеристики. Їхня несуча здатність залежить від консистенції (тверда, напівтверда, пластична, текуча) та індексу пластичності (Ip). Для глин Ip > 17%, суглинків 7% < Ip ≤ 17%, супісків Ip ≤ 7%. Вони схильні до морозного пучіння, особливо при високій вологості. Нормативна глибина промерзання ґрунту для більшості регіонів України коливається від 0.8 м до 1.4 м (наприклад, для Київської області це близько 1.0 м, для північних регіонів — до 1.4 м), відповідно до ДБН В.2.1-10:2018. При проєктуванні фундаментів на пучиністих ґрунтах необхідно враховувати ці значення та закладати підошву фундаменту нижче глибини промерзання або застосовувати спеціальні заходи захисту. Просадкові ґрунти, що зустрічаються на півдні України, вимагають особливого підходу через їхню здатність до різкого осідання при замочуванні. Для них критичним є коефіцієнт відносної просадочності εsl. Міцнісні характеристики ґрунту, такі як опір зсуву, є визначальними при розрахунку стійкості фундаментів на схилах або при бічному тиску.

Стрічкові фундаменти є одним з найпоширеніших типів, проте їх застосування на пучиністих ґрунтах потребує ретельного проєктування. Основною проблемою є циклічні сили морозного пучіння, які можуть призвести до нерівномірного підняття та осідання фундаменту. Для мінімізації цих ризиків, підошва стрічкового фундаменту повинна бути закладена нижче нормативної глибини промерзання ґрунту, визначеної для конкретного регіону України. Це може бути 1.0–1.2 м для більшості областей.

Одним з ефективних проєктних рішень є використання утеплення цоколя та відмостки, а також зворотньої засипки пазух фундаменту непучиністим матеріалом (крупнозернистий пісок, щебінь). Утеплення периметра фундаменту екструдованим пінополістиролом (XPS) товщиною 50-100 мм значно зменшує глибину промерзання ґрунту під підошвою, зводячи до мінімуму дію тангенціальних сил пучіння. Для забезпечення ефективного відведення поверхневих та ґрунтових вод, не менш важливим є влаштування кільцевого дренажу навколо фундаменту. Дренажна система, що складається з перфорованих труб, укладених на піщано-щебеневу подушку та обгорнутих геотекстилем, повинна мати ухил до оглядового колодязя або дренажного поля. Розрахунок стрічкового фундаменту на пучиністих ґрунтах враховує не тільки вертикальні навантаження від будівлі, а й можливі тангенціальні сили пучіння, що діють на бічні поверхні фундаменту. Це вимагає збільшення його ширини та армування для забезпечення достатньої жорсткості та міцності. Дотримання цих інженерних вимог дозволяє надійно експлуатувати споруди на проблемних ґрунтах, уникаючи деформацій.

Утеплена шведська плита (УШП) є сучасним та високоефективним рішенням для фундаментів на слабких, водонасичених або пучиністих ґрунтах. Ця технологія забезпечує рівномірний розподіл навантаження по великій площі, що дозволяє зменшити питомий тиск на ґрунт до значень, які витримують навіть ґрунти з низькою несучою здатністю, наприклад, 0.05-0.1 МПа. Ключовою особливістю УШП є інтегрована система утеплення та теплої підлоги.

Конструкція УШП передбачає шар дренажу, утрамбовану піщану подушку, на якій укладаються два шари високоміцного екструдованого пінополістиролу (XPS) загальною товщиною 200-300 мм. XPS має низький коефіцієнт теплопровідності (близько 0.032 Вт/(м·К)), що забезпечує відмінну теплоізоляцію фундаменту від ґрунту. Це дозволяє досягти U-фактора (коефіцієнта теплопередачі) фундаменту значно нижче нормативних вимог, наприклад, 0.15–0.20 Вт/(м²·К), що відповідає стандартам для пасивних будинків та вимогам ДБН В.2.6-31:2021 ‘Теплова ізоляція будівель’. Внутрішньо плити монтується система труб для теплої підлоги, що робить УШП єдиним тепловим контуром будівлі. Це забезпечує високу енергоефективність, знижуючи витрати на опалення до 30-40%. Важливою перевагою є також захист від капілярного підняття вологи завдяки водонепроникності XPS та застосуванню гідроізоляційної мембрани. Детальний розбір вузла УШП показує, як кожен шар функціонує для забезпечення міцності, стабільності та теплотехнічної ефективності фундаменту, навіть при розташуванні будівлі на ґрунтах з підвищеною вологістю або високим РҐВ.

Пальові фундаменти є незамінним рішенням при будівництві на ділянках зі складними геологічними умовами, де поверхневі шари ґрунту мають низьку несучу здатність або містять органічні включення (торф), а також при необхідності передачі значних навантажень від висотних будівель або споруд, що зазнають динамічних впливів. Використання паль дозволяє передати навантаження від будівлі на більш міцні, глибокі шари ґрунту.

Існує кілька основних типів паль: буронабивні, гвинтові та забивні. Буронабивні палі створюються шляхом буріння свердловини, встановлення арматурного каркаса та заливання бетоном. Вони гнучкі в розмірах і можуть адаптуватися до конкретних глибин та діаметрів. Гвинтові палі, що ‘закручуються’ в ґрунт, ідеально підходять для легких конструкцій та швидкого монтажу, особливо в умовах обмеженого доступу. Забивні палі, що вбиваються в ґрунт, забезпечують високу несучу здатність, але вимагають використання важкої спецтехніки та створюють значний шум і вібрації. Розрахунок несучої здатності палі ґрунтується на суму опору ґрунту під п’ятою палі та опору тертя ґрунту по бічній поверхні. Ці параметри визначаються за результатами статичного та динамічного зондування, що дозволяє врахувати кут внутрішнього тертя (φ) та питоме зчеплення (c) на різних глибинах. При проєктуванні пальових фундаментів для споруд, що зазнають динамічних навантажень (наприклад, вібрацій від обладнання, сейсмічних явищ), необхідно враховувати динамічні характеристики ґрунту, власні частоти коливань палі та коефіцієнти динамічного опору. Сучасні інженерні системи та комплексний підхід є ключовими для реалізації подібних проєктів, що вимагають особливої уваги до деталей, дізнатись більше можна за посиланням сучасні інженерні системи.

Вибір типу фундаменту не може бути відокремлений від загальної структурної цілісності будівлі та її конструктивної системи. Кожен тип конструкції – каркасна, стінова (з цегли, газобетону, CLT панелей або клеєного бруса) – створює унікальний розподіл навантажень на фундамент. Наприклад, будівлі з великою кількістю несучих стін (традиційні кам’яні або з CLT панелей) передають навантаження більш рівномірно по периметру, що часто дозволяє застосовувати стрічкові або плитні фундаменти. Натомість, каркасні будівлі з концентрованими навантаженнями від колон можуть вимагати стовпчастих або пальових фундаментів під кожну опору, або ж використання ростверків, що об’єднують окремі опори.

При проєктуванні важливо враховувати взаємодію системи ‘фундамент-ґрунт-споруда’. Фундамент не просто передає навантаження, він є активним елементом, що адаптується до деформацій ґрунту. Граничні значення деформацій, такі як абсолютне осідання (згідно з ДБН В.2.1-10:2018, для житлових будівель не більше 8-10 см) та відносне осідання (перекіс фундаменту, не більше 0.002-0.003), повинні бути ретельно розраховані. Нерівномірні осідання можуть призвести до перекосів конструкцій, появи тріщин та порушення експлуатаційних характеристик. Особливу увагу слід приділяти будівлям з технологіями CLT панелей або конструкціям з клеєного бруса, які мають високу жорсткість. Для таких будинків фундамент повинен бути максимально жорстким, щоб мінімізувати диференційні осідання. Використання технологій CLT панелей дозволяє створювати міцні та стабільні конструкції, що вимагають надійного фундаменту, про що можна дізнатись за посиланням технології CLT панелей. З іншого боку, будівництво з клеєного бруса також вимагає відповідального підходу до вибору основи, дізнатись більше можна за посиланням конструкції з клеєного бруса.

Утеплення стрічкового фундаменту на пучиністих ґрунтах є критично важливим для запобігання пошкодженням, спричиненим морозом. Детальний розбір типового вузла демонструє комплексність підходу. Вузол починається з фундаментної стіни, закладеної на глибину, що перевищує нормативну глибину промерзання (наприклад, 1.2 м для регіонів з помірним кліматом). Ззовні, до бічних поверхонь фундаменту та цоколя, кріпиться екструдований пінополістирол (XPS) товщиною 50-100 мм. XPS має низьке водопоглинання та високу механічну міцність, що робить його ідеальним для контакту з ґрунтом.

Поверх XPS, укладається геотекстиль, а потім – дренажна труба, загорнута у щебеневу обсипку фракції 20-40 мм. Дренажна система з ухилом 1-2% забезпечує ефективний збір та відведення ґрунтових вод від фундаменту. Зовнішні пазухи засипаються непучиністим ґрунтом (великозернистий пісок), який пошарово ущільнюється. Важливим елементом є також утеплена відмостка, яка влаштовується по периметру будівлі з ухилом від стіни не менше 2%. Під відмосткою укладається шар XPS товщиною 50 мм на піщану підготовку, що додатково захищає ґрунт під фундаментом від промерзання. Ширина відмостки зазвичай становить 0.8-1.2 м. Зверху відмостка може бути покрита бетоном, тротуарною плиткою або іншим твердим покриттям. Правильно виконаний вузол утеплення та дренажу значно підвищує надійність фундаменту, мінімізує деформації, пов’язані з морозним пучінням, та сприяє загальній енергоефективності будівлі, знижуючи тепловтрати через ґрунт. Дотримання цих технологічних вимог є запорукою довговічності та стабільності конструкції.

Оцінка вартості фундаментних робіт – це не лише початкові інвестиції, а й Total Cost of Ownership (TCO), тобто сукупна вартість володіння, яка включає експлуатаційні витрати протягом усього життєвого циклу будівлі. Для України, де ціни на енергоносії зростають, енергоефективність фундаменту стає ключовим фактором TCO.

**Стрічковий фундамент:** Початкові витрати можуть бути відносно низькими на простих ґрунтах. Однак, на пучиністих або вологих ділянках, вартість зростає за рахунок глибокого закладання, утеплення, дренажу та зворотньої засипки. Експлуатаційні витрати можуть збільшитися через потенційні тепловтрати, якщо не передбачено належної теплоізоляції. Середня вартість 1 м.п. стрічкового фундаменту (з урахуванням робіт, матеріалів та утеплення) може становити від 2500 до 4000 грн.

**Утеплена шведська плита (УШП):** Початкові витрати на УШП можуть бути вищими порівняно з простим стрічковим фундаментом (від 4000 до 7000 грн за м² плити), оскільки вона включає утеплення, систему теплої підлоги та всі комунікації. Проте, TCO УШП значно нижче завдяки високій енергоефективності (зниження витрат на опалення на 30-50%), відсутності необхідності в утепленні підлоги та цоколя окремо, а також довговічності. В умовах нестабільності ґрунтів, УШП дозволяє уникнути дорогих ремонтних робіт, пов’язаних з осіданнями.

**Пальові фундаменти:** Це найдорожчий тип фундаменту для приватного будівництва (від 5000 грн за м² загальної площі фундаменту), але часто безальтернативний на ділянках зі складними геологічними умовами. Вартість значно залежить від типу паль, їх кількості, глибини закладання та технології монтажу. TCO пальових фундаментів, як правило, високий через значні початкові інвестиції, але низькі експлуатаційні витрати, якщо вони коректно спроєктовані та виконані. Вони гарантують стабільність споруди на десятиліття, уникаючи капітальних ремонтів через деформації ґрунту.

При виборі фундаменту необхідно проводити детальний економічний аналіз, враховуючи не лише прямі витрати на будівництво, а й потенційну економію на опаленні, ризики ремонту та збільшення терміну служби будівлі.