Мелкие морозоустойчевые фундаменты.

Уже в течение десятилетий эти фундаментные системы используют для защиты от мороза размещенную особым образом изоляцию и бетонное покрытие вместо традиционных глубоких стен. Мелкие морозоустойчивые фундаменты были стандартной строительной практикой в Скандинавских странах со времен Второй Мировой войны.

Эта идея получила развитие как альтернатива обычным фундаментам глубокого заложения, применяемым при строительстве в холодных регионах, таких как Северная Европа, север Соединенных Штатов Америки и Канада. Морозоустойчивые фундаменты требуют меньших затрат времени и материалов, чем "глубокие" фундаменты, они меньше повреждают строительную площадку. В новом типе фундаментов используют для защиты от мороза пенополиуретановую изоляцию и армированное бетонное покрытие в виде плиты с утолщенными краями. Подъем и снижение линии промерзания.

Надо ли фундамент устанавливать ниже линии промерзания, где он не будет повреждаться при замерзании и расширении влаги в почве? Не окажется ли эта линия значительно ниже уровня почвы в самые холодные месяцы года? Чтобы ответить на эти вопросы, нужно понять, что глубина, на которую мороз проникает в почву, может значительно изменяться в зависимости от типа грунта. Например, линия про¬мерзания может проходить относительно неглубоко в почве, закрытой лесом, но дорога на основе песка или гравия позволяет холоду проникать на гораздо большую глубину. Линия промерзания обычно находится на меньшей глубине вокруг отапливаемого дома (рис.1). Тепло, уходящее из дома в почву через опоры и фундамент, плюс геотермическое тепло заставляют линию промерзания подниматься вверх по периметру фундамента (рис.2).

Морозоустойчивый фундамент за счет тепла от дома благодаря изменению направления тепла в почву и геотермального тепла извне обеспечивает больший подъем линии промерзания. При соответствующей изоляции большинство защищающих от мороза фундаментов должны быть глубиной не более 400 мм даже в самом холодном климате. Дома, фундаменты которых рассмотрены ниже, в дополнение к отапливаемым жилым помещениям имели примыкающие к домам гаражи и защитные крылечки , то есть мелкие морозоустойчивые фундаменты оказались достаточно универсальными. Конструкция фундамента этого типа зависит от того, какие помещения на нем будут стоять — обогреваемые или нет. Эти помещения и размещают поразному. Формирование фундамента под отапливаемой площадью.

Если фундамент ставят под отапливаемую площадь, то основную зону бетонного покрытия заглубляют на 200 мм от проектной высоты пола. Изоляция по периметру морозоустойчивого фундамента в этом случае направляет тепло от дома в почву, предохраняя промерзание фундамента. В холодном климате может потребоваться "крыло" изоляции, зарытое в грунт снаружи фундамента, что бы поглотить дополнительное количество геотермического тепла для его защиты (рис.3). На расстоянии около 0,6 м от наружного края фундамента, мы устраивали откос на высоту 500 мм под углом 45°. После того как грунт был уплотнен, по всей поверхности укладывали слой щебня толщиной 10 см, после чего мы были готовы к устройству гидроизоляции и установке опалубки (рис.4).

Формирование фундамента под неотапливаемой площадью. Изоляция, которая проходит под "холодной" частью дома, например, под крыльцом, направляет геотермическое тепло на защиту фундамента от возможного повреждения при промерзании. Опору крыльца устанавливают в выступе, образованном на краю отапливаемой площади. Под будущим крыльцом готовят углубление в 56 см под весь его фундамент (рис.1). После трамбовки грунта всю поверхность засыпают щебнем слоем 10 см и устанавливают поверх него плиты из 50-мм экструдированного полистирольного пенопласта. Щебень и пенопласт выходят за границы фундамента на 0,6 м за исключением того участка, где крыльцо примыкает к дому (рис.6).

Поверх пенопласта основную часть фундамента засыпают щебнем слоем толщиной 30 см. Заливают ее бетоном до уровня верхней кромки пенопластовых плит по периметру заподлицо с фундаментом отапливаемой части. Образование защищающих от мороза соединительных стенок гаража. В фундаменте гаража заливают соединительные стенки, которые служат опорой для постройки и определяют высоту пола. Затем между ними заливают заранее подготовленную гаражную площадку. Изоляция под бетоном обеспечивает геотермический прогрев по периметру фундамента (рис.7). Изоляцию выдвигают за соединительные стенки. Гаражные соединительные стенки ставят непосредственно поверх изоляции из пенопластовой плиты. Изоляция, выступающая за пределы периметра соединительной стенки, задерживает тепло от земли, чтобы предохранять промерзание грунта под площадью застройки (рис.8).

Мы выбрали соединительные стенки по нескольким причинам. Вопервых, от нас требовалось устроить пол в гараже на 10 см ниже уровня пола в жилом помещении. Залить монолитный бетон на этом уровне означало бы, что нельзя использовать предварительно нарезанную арматуру, которую мы использовали для остальной части дома. Вовторых, мы хотели наклонить гаражный пол в направлении въезда.Соединительная стенка с вершиной на том же уровне, что и бетонное основание дома, решила обе проблемы.

Опалубки пригодны для повторного использования. Как только грунт был подготовлен, мы приступили к установке опалубок. Наша основная опалубка образуется панелями из 12 мм фанеры шириной 300 мм, закрепленной вверху и внизу между шпунтованными досками сечением 50x100 мм. Мы покрыли щебень 6-миллиметровой гидроизоляцией, затем установили панели, образующие опалубку, на край, удерживая их вертикально стальными штырями диаметром 20 мм, длиной 760 мм (штыри имеют отверстия для гвоздей).

Дополнительно поставили диагональные дубовые распорки (под 45°) на каждый штырь, чтобы удержать опалубку от "раздувания" под тяжестью бетона. Для формирования фундамента под отапливаемой площадью внутри опалубки установили 50 мм слой полистирольного пенопласта, который оставили в бетоне (см. рис. 3). Здесь, в Пенсильвании, размещение изоляции внутри опалубки обеспечивает адекватную защиту от мороза. В областях ближе к северу по периметру фундамента должна быть помещена дополнительная изоляция, которая называется "крыльевой" и необходима для защиты строений от мороза. Ширина и толщина изоляции варьируется в зависимости от суровости местного климата — существуют детальные рекомендации для специфических регионов.

Все наши сельские дома имеют облицованные кирпичом передние стены, что создает одну проблему при изготовлении мелких фундаментов — как поддержать кирпичную облицовку стены дома. Наша идея заключалась в том, чтобы опереть кирпичную облицовку на слой пенопластовой изоляции, который составлял часть монолитной бетонной плиты. Препятствием для этого решения было то, что в Институте кирпича США полагали, что изоляция из пенополиуретана не сможет быть опорой для кирпича. Но используя их данные мы рассчитали, что нагрузка, вызываемая колонной высотой 2,4 м из стандартного кирпича, будет не более 0,6 кг/см2.

Допустимые нагрузки на сжатие для пенопластовой изоляции из полиуретана под данным составляют 1,75 кг/см2, так что мы рискнули ставить кирпичную стенку на основание из пенопласта. В течение двух лет с того момента, как мы построили нашу первую облицованную кирпичом стену по этому способу, мы не испытывали никаких проблем с осадкой или дефектами стен, скрепленных строительным раствором. Мы сделали опалубку для ступеньки под кирпич из досок 50x400 мм, свинченных вместе (см. рис. 3). Эта ступенчатая опалубка равнялась по ширине пенопластовой и удерживалась на месте с помощью стержней и диагональных распорок. Аналогично изготовленные формы использовались там, где неотапливаемое помещение стыкуется с отапливаемым. В этом случае ступенчатые формы создают единый бетонный уступ скорее для опоры бетонного основания под неотапливаемую площадь, чем для поддержки кирпичной облицовки (см. рис. 5).Мы использовали для изготовле¬ния фундамента под отапливаемую площадь такие же опалубки из досок 50x100 мм, только опалубку устанав¬ливали поверх изоляции (см. рис. 6). Опалубку для уступа под кирпич снаружи мы использовали и в качестве внутренней опалубки для гаражных соединительных стенок (см. рис. 7). Перевернутая опалубка оставляет нам достаточно вертикальной поверхности на соединительной стенке, чтобы создать высоту в 150 мм для фундамента гаража в направлении двери и получить бетон на уровне основания соединительной стенки.

Вибратор помогает заполнить опалубку бетоном. Как и с любым бетонным основанием, размещение водопроводной системы и любых других подпольных систем контролировалось дважды в соответствии с планировкой этажа перед заливкой бетоном. Когда все было установлено, мы начали заливку всего пространства, кроме верхних 100 мм в каждой секции. Использовали смесь с прочностью на сжатие 245 кг/см2 с растеканием от 10 до 125 мм — довольно жесткую смесь. Заливка ступенчатой опалубки, в которой создавались уступы для кирпичной облицовки и объединяющего бетонного покрытия, представляла большую проблему. Нужно было полностью залить бетоном пространство ниже горизонтальной секции опалубки. Вибратор гарантировал нам попадание смеси в эти зоны. Наконечник вибратора находится на конце длинной трубки, вставленной в сырой бетон под опалубкой для уступа. Бетон вначале заливают по периметру.

Опорные края морозоустойчивого фундамента заливают и дают застыть до того, как готовить верхний слой для основного бетонного покрытия. Затем заливают окончательный слой бетона. Когда бетон был уло-жен по краям и застыл, мы залили остальную часть покрытия. Для армирования бетона обычно используют проволочные сетки, мы же использовали бетон, армированный полипропиленовыми волокнами. В то время пока бетон еще не окончательно затвердел, мы использовали пилу с алмазными дисками, чтобы вырезать температурно-усадочные швы в покрытии. Они сводят к минимуму беспорядочное растрескивание, которое имеет место при застывании цемента. При планировке большинство из этих разрезов может быть замаскировано.

Защищает гибкий хлорвиниловый пластик.

Когда строились испытательные дома с использованием морозостойких фундаментов, одна из проблем,с которой столкнулись строители, состояла в том, что полипропилен разлагается под действием ультрафиолетового облучения и имеет недостаточную ударную стойкость. Хлорвиниловый пластикат в виде рулона шириной 610 мм, длиной 15 м превосходно подошел для наших задач. Мы оборачивали пленкой верхний наружный край фундамента, начиная с внутреннего края плиты. Пластикат легко приклеивается к краю бетона и к полипропиленовому пенопласту мастикой, совместимой с пенопластом.Гибкий хлорвиниловый пластикат, приклеиваемый на месте, обеспечивает защиту и от проникновения насекомых, так как известно, что некоторые из них способны проделывать тоннели через пенопластовые плиты. Благодаря пластикату и мастике они лишаются такой возможности

Экономия.

Очень важным я считаю экономию затрат при строительстве фундаментов, защищающих от мороза, в сравнении с традиционными методами. Она составляет более 3% от общих обязательных затрат на строительство дома. Хотя мы строили на северо-западе, такие строительные технологии могут быть применены в областях с высокой ветровой нагрузкой или с повышенной сейсмической активностью.