При постройке автомобильных и железных дорог даже в крайне заболоченных местностях никто никакие глубокозаглубленные фундаменты не воздвигает. Если грунт держит человека (при давлении на грунт 0,1 кг/см²), то грунт выдержит и десятитонный автомобиль (или, к примеру, баню), если только автомобиль стоит на прочной бетонной плите площадью 10 м², равномерно распределяющей вес автомобиля на грунт так, чтобы давление на грунт составляло те же 0,1 кг/см². Если бы плиты не было, то шины автомобиля действовали бы на грунт с давлением 10-20 кг/см². Высоковлажная глина, к примеру, такое давление не выдержит (потечет с просадкой автомобиля в грунт). Сухая же глина выдержит.

Зимний глинистый грунт, насыщенный водой, под плитой пучится (расширяется). Плита приподнимается вверх (плавает) и, что более неприятно, приподнимается неравномерно, вследствие чего может разломиться под собственным весом и весом автомобиля (рис. 4). Поэтому бетонную плиту следует усиливать (увеличением толщины, армированием, повышением прочности бетона), а саму плиту помещать на подсыпку из непучинистого материала, выполняющего роль как утеплителя грунтов, так и распределителя веса дороги и автомобилей на как можно большую площадь.

Рис. 4. Коробление (с возможным разломом) бетонной фундаментной плиты (1), уложенной на пучинистый грунт (2), за счёт неравномерного промерзания и неоднородного пучения смёрзнувшегося грунта (3).

Рис. 5. Принцип устройства плавающего фундамента. 1 — материковый грунт, 2 — дренаж, 3 — песчаная подушка (песчаный фундамент), 4 — слой экструзионного пенополистирола (или пенобетона, пеностекла, керамзита и т. п.), 5 — фундаментная плита (или лента, кольцо), 6 — цоколь, 7 — гидроизоляция утеплителя.

Основными причинами разрушения плавающих фундаментов зимой — это неоднородный грунт и неоднородное промерзание. Силы морозного пучения действуют на плавающие плиты иначе, чем на глубокозаглублённые столбы. Силы N (рис. 4), приподнимающие плиту, достигают 10 кг/см² и обусловлены комплексом причин, каждая из которых не до конца изучена и имеет неясности. Во-первых, это уже упомянутое увеличение объёма грунта при его замерзании. Во-вторых, при циклических замерзаниях и оттаиваниях грунта, особенно местных (например, под домами), характерных для раннего весеннего периода, происходят циклические местные размораживания нижней границы мёрзлого грунта с обрушением оттаявшей земли и образованием водных линз за счёт заполнения пустот водой. При последующих замерзаниях водные линзы расширяются с образованием ледяных линз, которые цикл за циклом растут до значительных толщин (по крайней мере, до нескольких сантиметров) и как домкрат приподнимают над собой грунт. Такие ледяные линзы являются причиной образования известных глинистых линз (слоёв) в промерзаемых водонасыщенных песчаных грунтах, поскольку вода, заполняющая циклически образуемые пустоты, увлекает за собой мелкие глинистые частицы, содержащиеся в песчаном грунте (Р.Н. Яковлев). В-третьих, мёрзлый грунт способен «всасывать» в себя влагу из нижележащих немёрзлых слоёв грунта и вследствие этого расширяться. Природа «всасывания» (термокристаллизационного течения тонких незамерзающих прослоек воды) заключается в следующем. Между твёрдой поверхностью (например, частицы глины) и льдом располагается тонкая прослойка жидкой воды, которая не может кристаллизоваться (превратиться в лёд), поскольку находится не только под влиянием поверхностных сил кристаллической решётки льда, но и кристаллической решётки твёрдой поверхности частицы глины. А если жидкая вода находится между двумя плотно прилегающими поверхностями, то разорвать (раздвинуть) поверхности трудно, а значит давление воды между поверхностями в прослойке меньше, чем в открытой плёнке. Поэтому вода стремится затечь в прослойку (хотя в случае водоотталкивающих покрытий вода, наоборот, вытесняется из прослойки). Скорость затекания воды мала, так как толщина прослойки мала и обуславливает большое вязкостное сопротивление течению. При температурах минус 15-20°С толщина прослойки уже не превышает толщины монослоя молекул воды, и вода уже течь не может. Поэтому процессы затекания (всасывания) характерны именно для температур, близких к температуре замерзания воды 0°С, то есть на фронте промерзания грунта. Так что вода не вытекает из замерзающего глинистого грунта, а, наоборот, всасывается, что и объясняет явление морозного пучения (Б.В. Дерягин, Н.В. Чураев, В.М. Муллер. Поверхностные силы, М.: Наука, 1987). В-четвёртых, грунт промерзает зимой вначале под краями плиты (например, в случае гаражей), причём промерзает с расширением во все стороны (сжимая пластичный грунт под плитой). Затем промерзает грунт под серединой плиты, но с расширением только в одну сторону (вверх). Поэтому грунт под плитой поднимается выше, чем по краям, и плита может разломиться. Весной же вначале оттаивает грунт под краями плиты, и плита разламывается ещё сильней. Летом весь грунт под плитой оттаивает, и разломившаяся плита вновь приобретает более-менее ровную форму за счёт опускания грунта в середине плиты.

При постройке фундамента сначала проводят мелиоративные работы по отводу воды, затем делают песчаную насыпку (с тщательной трамбовкой и проливкой), желательно утепленную, потом закладывают слой щебня толщиной 10-20 см и/или заливают железобетонную плиту толщиной 10-20 см, после чего выкладывают цоколь (рис. 5). Вместо плиты можно заливать ленточный (кольцевой) фундамент (плиту с внутренними выборками, в том числе и более прочные вытянутые вверх фундаменты с высотой стен больше толщины стен). При надежной песчаной подсыпке (выполняющей роль песчаного фундамента) можно использовать сборный железобетон различного ассортимента. Наиболее популярным является «кнопочный» фундамент, состоящий из отдельных бетонных плит небольшого размера (обычно 1x1 м), на которых выкладываются кирпичные цокольные столбики. «Кнопочный» фундамент фактически имитирует разломившуюся на несколько частей фундаментную плиту, и может оказаться очень надёжным.

Простейший плавающий фундамент — лежащий на земле камень (валун). Так что плавающие фундаменты — наиболее древние виды фундаментов, в том числе и для бань. Летом валун вдавливается («врастает») в мягкую землю, зимой мерзлый грунт выдавливает его наружу Вместо валуна можно использовать бревно (чурак), в том числе в вертикальном положении (столб, свая). При этом необходимо предусматривать периодическую смену деревянного бревна на новое (из-за возможного сгнивания). Тем не менее, если бревно (даже бросовое осиновое, но ошкуренное) постоянно находится в сильно переувлажнённом состоянии в глинистом грунте, то оно может служить многие годы.

Простейший и наиболее часто встречающийся до сих пор фундамент для садовой бани — это бетонные или кирпичные столбики, деревянные или бетонные железнодорожные шпалы, размещаемые прямо на грунте. Если есть песок, можно выкопать выемки под столбиками и засыпать их песком. Если есть много песка, то можно выкопать котлован (вплоть до уровня промерзания) и целиком засыпать его песком. Крайне желательно организовать надежный отвод (дренаж) воды из котлована через систему канав, так как сырой песок хоть и вроде бы не пучит (поскольку вода при замерзании, расширяясь, имеет возможность просачиваться из мест замерзания), но тем не менее вода из засыпанного песком замкнутого котлована уйти не может. Еще лучше песок насыпать поверх грунта так, чтобы песок всегда был свободным от воды и играл роль утеплителя пучинистых слоев. На слой песка лучше положить плиты пошире, и столбики поставить на них (кнопочный вариант). Еще лучше все плиты соединить (как шпалы рельсами) в одну большую прочную (армированную) конструкцию. Если есть возможность завести большие количества заводского бетона и арматуры, то проще сделать единую плиту попрочней, а подсыпку песка можно уменьшить или вообще исключить. Все же плитный фундамент наименее трудоемок (при наличии готового заводского бетона), и таких простейших оснований в последние годы построено в городах множество для торговых павильонов и производственных ангаров, не говоря уже об автомобильных площадках. Но если есть возможность сделать толстую песчаную подушку, то бетонную плиту можно заменить трамбованным слоем щебня.

Рис. 6. Принцип устройства амортизирующего плавающего фундамента. 1 — материнский грунт, 2 — деформация грунта за счёт пучения с силой F, 3 — засыпанные песком амортизирующие шины, 4 — песчаная или щебневая засыпка, 5 — фундаментная бетонная плита, залитая по рубероиду, уложенному на утрамбованный песчаный слой между покрышками (или отдельные плиты или балки, например, железнодорожные бетонные или деревянные шпалы, двутавры и т. п.).

Качество материалов также имеет большое значение. Так, если у вас нет бетоносмесителя, то о самодельном бетоне для изготовления плитного фундамента следует забыть ввиду низкого качества замесов лопатой. Кстати, для изготовления фундамента вовсе нет необходимости использовать бетон самой высокой марки: при заливке плиты более важно качественно и равномерно уложить бетонную массу, а чем выше марка, тем быстрее схватывается бетон и тем меньше времени на его виброукладку и выравнивание. Что касается конкретных данных по расходу материалов, то можно сказать, что завоз одного стандартного автомиксера с 4 м³ заводского бетона марки 100 обеспечивает изготовление надежной фундаментной плиты площадью 20 м² и толщиной 0,2 м даже с минимальным армированием (арматурный прут диаметром 10 мм по периметру и диагоналям плиты). Плиту можно залить непосредственно на любой грунт, что имеется на участке (после снятия плодородного слоя), и она безусловно выдержит рядовую баню весом до 10 тонн ( вместе с печью). Из того же количества бетона можно сделать сверхнадежный ленточный фундамент прямо на грунте сечением ленты 0,4x0,6 м также с минимальным армированием. Подушка песка толщиной 0,5 м или усиленное армирование позволят снизить расход бетона вдвое. Впрочем, песок бывает дороже железобетонных блоков, арматура в бетоне дороже самого бетона, а земляные работы дороже всего перечисленного.

Схема 1: Условная классификация фундаментов

Монолитные незаглубленные плавающие фундаменты (плитные, ленточные) на песчаной обезвоженной подушке являются, пожалуй, наиболее перспективным решением для дачных бань в тех местностях, где есть возможность завоза песка и готового бетона заводского изготовления. Они наименее трудоемки, надежны, долговечны. Такая фундаментная плита будет служить «всю жизнь», а при аварийных ситуациях легко ремонтируется и усиливается. Плитные фундаменты хорошо вписываются в современную концепцию «нулевого цикла», включающего одновременное изготовление фундамента, подъездных путей, разгрузочных площадок для стройматериалов и оборудования, дренажных и канализационных сетей, что обеспечивает высокую культуру строительного производства европейского уровня. Долгое время Советский Союз являлся единственной в мире страной, где были приняты наиболее дорогостоящие, требующие больших затрат ручного труда и наименее надежные фундаменты из сборного железобетона. Поэтому определенное ложное предубеждение к монолитным железобетонным фундаментам сохраняется порой в народе и поныне. В настоящее время все преграды для изготовления монолитных фундаментов сняты, заводы беспрепятственно отпускают населению жидкий бетон, причем не только автосамосвалами, но и автомиксерами. Анализ монолитного фундаментостроения для индивидуальных домов выполнен в книге А.И. Перича «Экономичные фундаменты малоэтажных зданий и усадебных домов», М.: ГУП ЦПП, 2002.

Отметим новые направления совершенствования плитных фундаментов — использование утепляющих и амортизирующих слоев, позволяющих повысить надежность фундаментов и снизить толщину фундаментных плит. Прогресс утепления фундаментов был достигнут в первую очередь за счет применения листового экструзионного (экструдированного) пенополистирола, обладающего нулевой капиллярностью, малым водопоглощением (менее 0,3% об.), низкой теплопроводностью 0,04 Вт/(м град), высокой прочностью на сжатие 2-5 кг/см², что позволяет закладывать его под бетонные плиты и стяжки и даже использовать в качестве опалубки для бетонирования. Впервые экструзионный пенополистирол был использован в США для утепления крыш военных объектов в годы Второй мировой войны. Эти объекты работоспособны и поныне. Сейчас листы экструзионного пенополистирола используются для утепления взлетно-посадочных полос аэродромов, проезжей части автострад, фундаментов зданий. Лист экструзионного пенополистирола толщиной 10 см эквивалентен по утепляющей способности слою грунта толщиной 2 м, то есть способен гарантированно предохранить грунт от промерзания и пучения практически во всех климатических зонах России.

Амортизирующие слои изготавливаются из отработавших свой ресурс (лысых) покрышек автомобильных колес (автошин). Шины издавна использовались в США для укрепления земельных откосов (для предотвращения оползней) путем укладки шин плашмя рядами одна на другую и засыпкой песком, а лучше щебнем (рис.6). Если же шины уложить слоем на слой и сверху забетонировать бетонную плиту, то шины будут играть роль упругих элементов, сжимающихся под действием местных нагрузок, что предотвращает разломы и перекосы плиты при движениях грунта из-за морозного пучения (М.Е.Семыкин, «Техника молодежи», периодический журнал, № 3, 2002, стр. 26). В заключение, на схеме 1 подытожены основные принципиальные решения по фундаментам дачных строений, которые могут комбинироваться и дополняться.

Источник: Дачные бани и печи. Принципы конструирования. Хошев Ю.М. 2008