ФУНДАМЕНТ ДЛЯ ДІЛЯНКИ ЗІ СХИЛОМ

Першим і найважливішим етапом при плануванні будівництва на схилі є проведення комплексних інженерно-геологічних вишукувань. Це не просто формальність, а критична необхідність, що визначає доцільність будівництва, тип фундаменту, його конструкцію та вартість. Згідно з ДБН В.1.1-1-94 ‘Захист від небезпечних геологічних процесів. Будівництво в сейсмічних районах України’, а також ДБН А.2.1-1-2008 ‘Інженерні вишукування для будівництва’, обсяг та склад вишукувань мають бути достатніми для отримання вичерпних даних про властивості ґрунтів, гідрогеологічні умови та потенційні геологічні ризики.

На ділянках зі схилами особливу увагу слід приділяти оцінці схилової стійкості, визначенню наявності та активності зсувних процесів, а також ерозійної небезпеки. Інженер-геолог має встановити: тип ґрунту (наприклад, глинисті ґрунти зі схильністю до зсувів при зволоженні, або піщані, схильні до ерозії), його фізико-механічні характеристики (кут внутрішнього тертя, питоме зчеплення, модуль деформації), рівень ґрунтових вод та їх коливання, наявність водоносних горизонтів. Необхідно провести шурфування або буріння свердловин до проектної глибини закладання фундаменту та нижче, відбір зразків ґрунту для лабораторних досліджень, а також оцінку можливих деформацій схилу. Коефіцієнт стійкості схилу (Fs) має бути розрахований з урахуванням різних сценаріїв навантажень та зволоження. Для житлових будівель мінімально допустимий Fs зазвичай становить 1.25, а для особливо відповідальних споруд може досягати 1.5. Тільки на підставі цих даних архітектор та конструктор можуть прийняти обґрунтоване рішення щодо типу фундаменту та необхідних інженерних захисних заходів.

Наприклад, у випадку виявлення водонасичених суглинків або глин з низьким кутом внутрішнього тертя, існує високий ризик зсувних процесів. Тоді можуть знадобитися додаткові заходи, такі як влаштування дренажних систем глибокого залягання, підпірних стінок, або використання пальових фундаментів, що проходять крізь зсувонебезпечні шари ґрунту та спираються на стійкіші основи. Детальніше про загальні вимоги до фундаментів можна дізнатися за посиланням Загальні вимоги до фундаментів.

Вибір оптимального типу фундаменту для ділянки зі схилом залежить від багатьох факторів, включаючи геологічні умови, крутизну схилу, тип ґрунтів, гідрогеологічний режим, вагу майбутньої споруди та архітектурні особливості проєкту. Для схилів найчастіше застосовують три основні типи фундаментів, адаптовані до нерівномірного рельєфу.

1. Стрічковий каскадний фундамент: Цей тип є модифікацією традиційного стрічкового фундаменту і застосовується на схилах з помірним ухилом. Його особливість полягає у ступінчастій конструкції, де окремі секції фундаментної стрічки розташовуються на різних рівнях, повторюючи рельєф схилу. Кожна секція є горизонтальною, але з’єднується з сусідньою за допомогою вертикальних або похилих перемичок. Глибина закладання кожної секції визначається окремо, з урахуванням рівня ґрунтових вод, глибини промерзання (для України згідно ДБН В.2.1-10:2009 ‘Основи та фундаменти будівель та споруд’ в середньому від 0.8 до 1.5 метра, залежно від регіону та типу ґрунту) та несучої здатності ґрунту. Важливо забезпечити надійне армування на переходах між рівнями, щоб уникнути концентрації напружень. Переваги: відносна простота виконання, хороша несуча здатність для невеликих і середніх будівель. Недоліки: вимагає значних обсягів земляних робіт, чутливий до неоднорідності ґрунтів.

2. Пальово-ростверковий фундамент: Ідеальне рішення для крутих схилів, ділянок зі слабкими ґрунтами або високим ризиком зсувів. Палі (буронабивні, гвинтові, забивні) закладаються на значну глибину, проходячи через нестабільні шари ґрунту і спираючись на міцніші, несучі шари. Палі можуть бути розташовані вертикально або під кутом, щоб краще протистояти зсувним навантаженням. Зверху палі об’єднуються монолітним ростверком — залізобетонною балкою або плитою, яка рівномірно розподіляє навантаження від будівлі на всі палі. Переваги: мінімальний обсяг земляних робіт, висока стійкість до зсувів, можливість будівництва на дуже складних ґрунтах. Недоліки: вимагає спеціалізованої техніки, дорожчий порівняно зі стрічковим фундаментом.

3. Плитний фундамент з підрізкою (терасування): Монолітна залізобетонна плита, яка є основою всього будинку. На схилових ділянках цей варіант часто комбінується з терасуванням, коли частина схилу підрізається для створення горизонтальної площадки. Це може бути повноцінна цокольна плита, що виступає над рівнем ґрунту з одного боку і заглиблена з іншого. Переваги: висока жорсткість, рівномірний розподіл навантаження по всій площі, підходить для пучиністих ґрунтів. Недоліки: значний обсяг земляних робіт (планування схилу), велика витрата бетону та арматури, висока вартість. Часто комбінується з підпірними стінками.

Вибір конкретного типу має бути обґрунтований розрахунками, виконаними ліцензованим інженером-конструктором, на підставі даних геодезичних вишукувань. Не слід економити на проєктуванні фундаменту, адже це інвестиція у безпеку та довговічність вашого будинку. Професійну консультацію можна отримати, звернувшись до фахівців з архітектурного проєктування.

Проєктування фундаменту на схилі вимагає від інженера-конструктора глибокого розуміння механіки ґрунтів та структурної інженерії. Крім стандартних розрахунків на міцність та деформації, необхідно враховувати специфічні для схилів навантаження та ризики. Основні аспекти проєктування включають:

1. Розрахунок стійкості схилу: Це ключовий етап. Схил має бути стійким сам по собі, а також витримувати додаткове навантаження від будівлі. Використовуються методи граничної рівноваги (наприклад, метод круглоциліндричних поверхонь ковзання Бішопа або Фелленіуса) для визначення коефіцієнта стійкості схилу (Fs). Fs = M(утримуючий)/M(зсувний), де M – це моменти сил, що утримують або спричиняють зсув. Цей коефіцієнт повинен бути не менше нормативного значення (як зазначено, від 1.25 до 1.5 залежно від класу відповідальності споруди згідно ДБН В.1.2-14:2018 ‘Загальні принципи забезпечення надійності та конструктивної безпеки будівель і споруд’). Якщо Fs менший за норму, необхідно передбачити заходи щодо зміцнення схилу або змінити тип фундаменту.

2. Визначення навантажень: Крім вертикальних навантажень від власної ваги будівлі та експлуатаційних навантажень (сніг, вітер), необхідно враховувати горизонтальні навантаження, що виникають через тиск ґрунту на частини фундаменту, заглиблені у схил, а також потенційні зсувні сили. Важливим є врахування сейсмічної активності регіону, якщо ділянка знаходиться в сейсмічно небезпечній зоні (ДБН В.1.1-12:2014 ‘Будівництво в сейсмічних районах’).

3. Глибина закладання фундаменту: Вона визначається не тільки глибиною промерзання ґрунту, але й рівнем ґрунтових вод та розташуванням несучих шарів. На схилах часто потрібно закладати фундамент на різну глибину, щоб досягти стабільного ґрунту, що не піддається зсувам. Для каскадного фундаменту кожен рівень повинен мати достатню глибину закладання.

4. Розрахунок армування: На схилах фундаменти зазнають складніших напружень (вигинаючі моменти, зсувні сили), тому армування має бути посиленим, особливо в зонах перепадів висот стрічкового фундаменту або на стику паль з ростверком. Згідно ДСТУ Б В.2.6-182:2011 ‘Конструкції будинків і споруд. Армування залізобетонних конструкцій’, мінімальний відсоток армування має бути дотриманий, а діаметр та крок арматури розраховані з урахуванням всіх навантажень.

5. Захист від підмиву та ерозії: Проєктування має включати системи поверхневого та глибинного дренажу, які відводитимуть воду від фундаменту, запобігаючи її проникненню в ґрунт основи та зниженню його несучої здатності. Це може включати бетонні лотки, водовідвідні траншеї, пластовий дренаж або дренажні колодязі.

Точне та обґрунтоване проєктування дозволяє мінімізувати ризики та забезпечити довговічність конструкції. Перед початком робіт обов’язково перегляньте доступні проєкти для натхнення та розуміння комплексних рішень.

Вода є одним з найнебезпечніших ворогів фундаменту, особливо на схилах. Неконтрольовані потоки поверхневих та ґрунтових вод можуть спричинити ерозію ґрунту, його розмокання, зниження несучої здатності, збільшення тиску на фундаментні конструкції та, як наслідок, активацію зсувних процесів. Тому ефективна система дренажу та водовідведення є невід’ємною частиною будь-якого проєкту на схиловій ділянці.

Розрізняють два основні типи дренажних систем:

1. Поверхневий дренаж: Його завдання — збір та відведення атмосферних опадів та талих вод від будівлі. Це може бути реалізовано за допомогою системи дощових лотків, розташованих навколо периметру будинку та вздовж схилу, з ухилом, що забезпечує стік води до нижньої частини ділянки або до дренажного колодязя. Важливо передбачити водостічні труби з даху, які направляють воду безпосередньо в систему поверхневого дренажу, а не на ґрунт біля фундаменту. Можливе також терасування схилу з влаштуванням невеликих каналів та відкосів, що перешкоджають швидкому стіканню води та ерозії. Поверхневий дренаж має бути спроєктований таким чином, щоб забезпечити мінімальне замокання ґрунту біля основи фундаменту.

2. Глибинний дренаж: Ця система призначена для зниження рівня ґрунтових вод та відведення води, що просочується в ґрунт. Глибинний дренаж особливо важливий на ділянках з високим рівнем ґрунтових вод або при наявності водоносних горизонтів. Він зазвичай складається з перфорованих труб (дрен), укладених у траншеї, засипані фільтруючим матеріалом (щебенем, гравієм) та обгорнуті геотекстилем. Дрени прокладаються по периметру фундаменту або у вигляді лінійних дрен вище по схилу, щоб перехопити воду до того, як вона досягне фундаменту. Зібрана вода відводиться до колекторного колодязя або в природний водостік. Глибина закладання дрен залежить від рівня ґрунтових вод, але зазвичай розташовується нижче рівня підошви фундаменту. Ефективність глибинного дренажу критично важлива для запобігання морозному пучінню ґрунтів та зсувним процесам, спричиненим підвищенням вологості ґрунту.

Проєктування дренажних систем має бути виконано фахівцем, з урахуванням гідрогеологічних умов ділянки та загального рельєфу. Неправильно спроєктований дренаж може бути неефективним або навіть погіршити ситуацію. Більше про важливість та типи дренажу можна знайти за посиланням системи дренажу.

Каскадний стрічковий фундамент є ефективним рішенням для ділянок з помірним схилом, де необхідно мінімізувати земляні роботи, але забезпечити стійкість конструкції. Процес будівництва вимагає строгої послідовності та контролю:

1. Підготовчі роботи: Включають очищення ділянки, розмітку відповідно до проєкту, а також початкове терасування схилу для створення рівних горизонтальних площадок під кожен ‘каскад’ фундаменту. Важливо дотримуватися проектних позначок висот та ухилів. Розмітка повинна бути виконана з високою точністю, використовуючи нівелір.

2. Земляні роботи: Викопування траншей під стрічку фундаменту. Глибина траншеї на кожному рівні каскаду має бути однаковою та відповідати проектній глибині закладання, враховуючи глибину промерзання ґрунту та несучі шари. Ширина траншеї повинна бути достатньою для зручності монтажу арматури та встановлення опалубки, як правило, на 20-30 см ширше проектної ширини фундаменту. Дно траншеї ретельно вирівнюється та трамбується.

3. Влаштування піщаної подушки: На дно траншеї укладається шар піску товщиною 10-20 см, який зволожується та ущільнюється віброплитою. Це забезпечує рівномірне розподіл навантаження та запобігає нерівномірним осіданням. Поверх піску може бути укладений шар щебеню.

4. Монтаж опалубки: Встановлюється опалубка з дерев’яних щитів або іншого матеріалу, що забезпечує чіткі геометричні розміри фундаменту. Особлива увага приділяється місцям переходу між рівнями каскаду. Опалубка має бути надійно закріплена, щоб витримувати тиск бетонної суміші. Внутрішні поверхні опалубки можна обробити мастилом для полегшення її зняття.

5. Армування: Це критичний етап. Для стрічкового фундаменту зазвичай використовують просторовий каркас з робочої арматури (діаметром 10-16 мм) та розподільчої арматури (діаметром 6-8 мм). Робочу арматуру розміщують у верхній та нижній частині стрічки, а також у кутах та місцях переходу між рівнями каскаду. З’єднання арматури виконується в’язальним дротом, згідно ДСТУ Б В.2.6-182:2011, а на перепадах арматура має мати значний запас довжини для анкерування в сусідніх секціях (як правило, не менше 40 діаметрів робочої арматури). Важливо забезпечити захисний шар бетону для арматури (мінімум 40-50 мм) за допомогою спеціальних фіксаторів.

6. Бетонування: Бетон подається в опалубку пошарово, кожен шар ретельно вібрується глибинним вібратором для видалення повітряних порожнин та ущільнення суміші. Клас бетону має відповідати проєктному (зазвичай не нижче В20-В25). Важливо виконати бетонування в один етап, щоб уникнути ‘холодних швів’, які знижують міцність фундаменту. При великих обсягах можливе влаштування деформаційних швів.

7. Догляд за бетоном: Протягом перших 7-10 днів після заливки бетон потребує догляду: його необхідно зволожувати (особливо в спекотну погоду) та захищати від прямих сонячних променів і швидкого висихання, щоб забезпечити правильне набирання міцності.

8. Зняття опалубки: Опалубку можна знімати після того, як бетон набере достатню міцність (зазвичай через 3-7 днів, залежно від температури та класу бетону). Повне набирання міцності відбувається протягом 28 днів.

Виконання цих етапів з дотриманням технології та проектних рішень забезпечить міцність та довговічність каскадного стрічкового фундаменту на схилі.

Пальово-ростверковий фундамент є однією з найефективніших і найнадійніших конструкцій для будівництва на крутих схилах, а також на ділянках зі слабкими, пучиністими або зсувонебезпечними ґрунтами. Його головна перевага полягає в тому, що навантаження від будівлі передаються не на поверхневі, а на глибинні, стійкі шари ґрунту.

Вибір типу паль:

• Буронабивні палі: Найпоширеніший тип для схилів. Буряться свердловини проектної глибини, в них встановлюється арматурний каркас, а потім заливається бетон. Можуть бути як поодинокими, так і в складі пальового поля. Переваги: можливість регулювання довжини палі залежно від глибини залягання несучого шару, відсутність динамічних навантажень на сусідні ділянки під час монтажу, висока несуча здатність. Згідно ДБН В.2.1-10:2009, розрахункова несуча здатність палі визначається з урахуванням опору ґрунту під підошвою та по бічній поверхні.
• Гвинтові палі: Металеві палі з лопатями, які вгвинчуються в ґрунт. Швидкий монтаж, можливість використання на складних ґрунтах. Переваги: відсутність земляних робіт (крім розмітки), можливість демонтажу, ідеальні для легких будівель або тимчасових споруд. Недоліки: менша несуча здатність порівняно з буронабивними, обмеженість діаметрів.
• Забивні палі: Застосовуються рідше на крутих схилах через необхідність використання потужної техніки та значні вібраційні навантаження, які можуть дестабілізувати схил. Переваги: висока несуча здатність, надійність. Недоліки: шум, вібрація, складність транспортування обладнання на схил.

Конструкція ростверка:

Ростверк — це залізобетонна балка або плита, що об’єднує верхні частини паль в єдину конструкцію. Його основне призначення — рівномірний розподіл навантажень від будівлі на всі палі. На схилах ростверк може бути як високим (коли він розташований вище рівня ґрунту, що дозволяє уникнути впливу морозного пучіння та забезпечити доступ для комунікацій), так і низьким (на рівні ґрунту). Ухил ростверка має бути мінімальним або відсутнім, а його геометричні параметри визначаються розрахунками. Важливо забезпечити жорстке з’єднання паль з ростверком через випуски арматури з паль у тіло ростверка. Це з’єднання повинно протистояти не тільки вертикальним, але й значним горизонтальним навантаженням (зсувні сили). Мінімальне армування ростверка та його переріз визначаються відповідно до ДСТУ Б В.2.6-182:2011.

Особливості проєктування ростверка на схилі:

• Жорсткість: Ростверк має бути максимально жорстким, щоб протистояти нерівномірним осіданням паль та горизонтальним навантаженням.
• Висота над ґрунтом: Для уникнення впливу морозного пучіння та забезпечення дренажу, ростверк часто піднімають над ґрунтом на 10-15 см, створюючи технологічний зазор.
• Сейсмостійкість: У сейсмічних районах з’єднання палі з ростверком та сам ростверк мають бути спроєктовані з урахуванням підвищених вимог до сейсмостійкості згідно ДБН В.1.1-12:2014.

Пальово-ростверковий фундамент, грамотно спроєктований та збудований, забезпечує високу надійність та безпеку будівлі навіть на найскладніших схилових ділянках.

На ділянках зі схилом, де ризик проникнення вологи та впливу низьких температур особливо високий, якісна гідроізоляція та утеплення фундаменту є не менш важливими, ніж його конструктивна міцність. Ці заходи забезпечують довговічність несучих конструкцій, створюють комфортний мікроклімат у приміщеннях цокольного поверху та запобігають надмірним тепловтратам.

Гідроізоляція фундаменту:

Захист від вологи є двошаровим: горизонтальна та вертикальна гідроізоляція. Горизонтальна гідроізоляція запобігає капілярному підняттю вологи від ґрунту до стін будівлі. Її укладають на рівні підошви фундаменту та/або між фундаментом і стінами. Найчастіше використовуються рулонні бітумно-полімерні матеріали, товсті ПВХ-мембрани або мастикові покриття. Вертикальна гідроізоляція захищає зовнішні поверхні фундаменту від прямого контакту з ґрунтовою вологою. Для цього застосовують обмазувальну (бітумні мастики, полімерні композиції) або рулонну гідроізоляцію. На схилах особливо ефективна комбінація з дренажною мембраною з профільованого поліетилену, яка забезпечує додатковий захист та відведення води по своїй поверхні до дренажної системи. Перед нанесенням гідроізоляційних матеріалів поверхня фундаменту має бути ретельно очищена, вирівняна та загрунтована. Згідно з ДБН В.2.1-10:2009, тип гідроізоляції вибирається залежно від рівня агресивності ґрунтових вод.

Утеплення фундаменту:

Утеплення фундаменту на схилі має кілька важливих функцій:

• Запобігання тепловтратам: Фундамент, особливо цокольний поверх, може бути значним джерелом втрат тепла. Ефективне утеплення зменшує витрати на опалення та підвищує енергоефективність будівлі в цілому. Згідно з ДБН В.2.6-31:2016 ‘Теплова ізоляція будівель’, опір теплопередачі (R-value) зовнішніх стін цоколя має відповідати нормативним значенням.
• Захист від морозного пучіння: Утеплювач створює тепловий бар’єр, який перешкоджає промерзанню ґрунту під фундаментом та біля нього. Це особливо важливо для пучиністих ґрунтів, де замерзання води призводить до збільшення об’єму ґрунту і виникнення нерівномірних навантажень на фундамент.
• Запобігання утворенню конденсату: Утеплення запобігає охолодженню стін цоколя зсередини, що виключає утворення конденсату та появи плісняви.

Для утеплення фундаменту на схилах найчастіше використовують екструдований пінополістирол (XPS) — матеріал з високою щільністю, низьким водопоглинанням та відмінними теплоізоляційними властивостями. Плити XPS кріпляться до зовнішньої поверхні фундаменту за допомогою спеціальних клеїв та механічних дюбелів. Товщина утеплювача визначається теплотехнічним розрахунком, але зазвичай становить 50-100 мм. Зверху утеплювач може бути захищений декоративним оздобленням або засипаний ґрунтом, якщо це передбачено проєктом. Комбінована система гідроізоляції та утеплення є обов’язковою для досягнення оптимальних експлуатаційних характеристик фундаменту на схилі.

Будівництво фундаменту на ділянці зі схилом є одним з найбільш відповідальних етапів, і помилки на цьому етапі можуть мати катастрофічні наслідки для всієї споруди. Знання типових промахів та способів їх уникнення дозволить зберегти значні кошти, час та нерви.

1. Ігнорування інженерно-геологічних вишукувань: Це, мабуть, найфатальніша помилка. Без точних даних про склад ґрунту, його несучу здатність, рівень ґрунтових вод та наявність зсувних процесів, проєктування фундаменту перетворюється на ‘вгадування’. Наслідки можуть бути від нерівномірних осідань та тріщин у стінах до повного руйнування будівлі. Як уникнути: Завжди замовляйте комплексні геологічні вишукування у ліцензованих фахівців перед початком проєктування.

2. Неправильний вибір типу фундаменту: Використання стандартного стрічкового або плитного фундаменту на крутому схилі або на нестабільних ґрунтах без належної адаптації. Як уникнути: Тип фундаменту має бути обраний виключно на основі даних геологічних вишукувань та розрахунків кваліфікованого інженера-конструктора. Для схилів найчастіше застосовують каскадні, пальово-ростверкові або комбіновані рішення.

3. Недостатній або відсутній дренаж: Вода, що просочується в ґрунт, знижує його несучу здатність, активує зсуви та спричиняє морозне пучіння. Як уникнути: Проєктування та монтаж ефективної системи поверхневого та глибинного дренажу є обов’язковими. Водовідведення з даху має бути інтегроване в загальну дренажну систему.

4. Помилки при проєктуванні армування: Недостатній діаметр або крок арматури, неправильне анкерування в місцях перепадів висот, відсутність просторового армування. Ці недоліки знижують міцність фундаменту і роблять його вразливим до навантажень. Як уникнути: Дотримуватися проектних рішень щодо армування, використовуючи арматуру необхідного діаметру та класу. Звертати особливу увагу на вузли з’єднання та переходи.

5. Низька якість бетону або порушення технології бетонування: Використання бетону нижчого класу, недостатнє вібрування, ‘холодні шви’ між заливками, відсутність догляду за бетоном. Все це призводить до зниження міцності та довговічності фундаменту. Як уникнути: Замовляти бетон відповідного класу у перевірених постачальників, дотримуватися технології бетонування (вібрування, догляд за бетоном), уникати перерв у заливці великих обсягів.

6. Ігнорування підпірних стінок: На дуже крутих схилах або при значній підрізці ґрунту для створення горизонтальної площадки, підпірні стінки є необхідністю для утримання ґрунту та запобігання його обсипанню. Як уникнути: Завжди включати в проєкт підпірні стінки, якщо це рекомендовано інженерами. Розрахунок підпірних стінок має бути виконаний з урахуванням тиску ґрунту.

Уникнути цих та багатьох інших проблем допоможе професійний підхід до проєктування та виконання робіт. Більше про те, як уникнути помилок, можна знайти за посиланням типові помилки у будівництві.