Устройство подвала
Подвальное помещение также можно отнести к разновидности заглубленного фундамента. Подвальным считается этаж, у которого уровень пола помещений ниже уровня планировочной отметки земли более чем на половину их высоты. Высоту подвала принимают равной 1,9…2,2 м. Этого достаточно для размещения складских помещений или для установки генераторов тепла. Если в подвале планируется устроить тренажерный или игровой зал, то его высоту назначают не менее чем в жилых комнатах.
В подвальных помещениях удобно хранить продукты, делать заготовки. Это обусловлено свойством грунта сохранять почти постоянную температуру. На глубине 1,5…2 м от поверхности земли она держится на уровне 5°С – зимой и 10°С – летом.
Цокольный (полуподвальный) этаж заглубляют в грунт не более чем на половину высоты этажа. Достаточно часто цокольный этаж устраивают при строительстве на сложном рельефе (Рисунок 70). Высоту цокольного этажа приравнивают к высоте жилых помещений.
Наличие подвала – желание любого застройщика. Это и понятно. Увеличиваются полезные площади без увеличения габаритов дома. Стоимостной уровень жилья, если предполагается его когда-нибудь продавать, также повышается.
Рисунок 70. Цокольный этаж часто устраивают при сложном рельефе местности
Надо учитывать, что стоимость создания подвального помещения почти в 1,5 – 2 раза выше, чем надземного этажа, если требуется надежная гидроизоляция от грунтовых вод.
Вместе с тем, при расположении дома на сухих грунтах наличие в нем подвала или цокольного этажа оправдано и желательно, так как затраты на него оказываются в 2 – 4 раза меньше тех, что потребуются для создания обычного этажа с такой же полезной площадью.
Если Вы предполагаете применять в качестве топлива для приготовления пищи или для обогрева не магистральный газ, а привозной сжиженный газ (пропан), то от подвала или цокольного этажа лучше отказаться. Этот газ тяжелее воздуха. При случайной протечке он может скопиться в нижних непроветриваемых полостях дома и привести к взрыву (Рисунок 71).
Рисунок 71. Если применяете пропан, то от подвала лучше отказаться
Конструктивное выполнение подвала и фундамента под него определяется уровнем грунтовых вод, степенью пучинистости грунта, типом перекрытия и схемой выполнения гидроизоляции подвала.
С позиции устройства фундамента под домом подвал выполняется по двум схемам: с опорой на плиту (Рисунок 72, а) и с опорой на ленту (Рисунок 72, б). Каждая из них имеет свою применимость и свою себестоимость.
Рисунок 72. Силовые схемы фундамента подвала:
А – на плите; Б – на ленте;
1 – стена подвала; 2 – плита; 3 – бетонная стяжка пола; 4 – лента; 5 – песчаная подушка; 6 – плита пола
Возводить дом с подвалом при высоком уровне грунтовых вод следует на плите. Армирование плиты и её бетонирование потребует немало средств, но так обеспечить герметичность соединения плиты со стенами подвала значительно проще. Толщина плиты (15…25 см) зависит от габаритов дома и расположения внутренних силовых стен подвала. Арматура плиты представляет собой жесткий пространственный каркас, уложенный по всей её площади. Диаметр арматуры – 12…15 мм.
При высоком уровне грунтовых вод для желающих строить дом с подвалом можно воспользоваться известным приемом. Глубину котлована под подвал делают небольшую, до уровня грунтовых вод (Рисунок 73 , а). После возведения подвала извлеченный грунт насыпается вокруг будущего дома, который окажется на некотором возвышении. Зрительный образ дома будет более выигрышным, и грунтовые воды не, будут сильно беспокоить (Рисунок 73, б).
Рисунок 73. Устройство подвала при высоком уровне грунтовых вод:
А – выемка грунта; Б – дом на «возвышении»
Если уровень грунтовых вод низкий и проблема обеспечения герметичности подвала перед застройщиком не стоит, то стены подвала можно опирать на ленту. При такой конструкции пол подвала – не силовой. С лентой фундамента и со стенами он не соединяется. Толщина ленты – 20…30 см, ширина – больше толщины стены на 4…5 см.
Что касается толщины стен подвала, то она определяется самим строительным материалом, пучинистостью грунта, глубиной заложения подвала в грунт, длиной стен и типом перекрытий (Рисунок 74). Если стены заглублены в непучинистый грунт более чем на 1 м, то их толщину определяют с учетом бокового давления грунта (табл. 12).
| Материал стен подвала | Глубина подвала от пола до отмостки (м) | Толщина стен подвала при их длине в свету (см) | ||
|---|---|---|---|---|
| до 2 м | 2 – 3 м | 3 – 4 м | ||
| Железобетон | 1,0 – 1,5 | 10 | 15 | 20 |
| 1,5 – 2,0 | 15 | 20 | 25 | |
| Монолитный бетон | 1,0 – 2,0 | 20 | 25 | 30 |
| 2,0 – 2,5 | 25 | 30 | 40 | |
| Бетонные блоки | 1,0 – 1,5 | 25 | 30 | 40 |
| 1,5 – 2,0 | 30 | 40 | 50 | |
| Бутобетон | 1,0 – 1,5 | 30 | 35 | 40 |
| 1,5 – 2,0 | 35 | 40 | 50 | |
| Кирпичная кладка | 1,0 – 1,5 | 25 | 38 | 51 |
| 1,5 -2,0 | 38 | 51 | 64 | |
| Бутовая кладка | 1,0- 1,5 | 40 | 50 | 60 |
| 1,5 -2,0 | 50 | 60 | 70 | |
При таких толщинах стен на непучинистых грунтах перекрытия подвала не обязательно должны быть бетонными.
Основная задача застройщика, решившегося на устройство подвала, – исключить его увлажнение от грунтовых или паводковых вод. Капиллярная влага не должна вызвать увеличение влажности в помещении или увлажнение самой конструкции дома.
Рисунок 74. К выбору толщины стен подвала:
L – длина стены подвала в свету; В – толщина стены
Для герметизации подвала применяют три схемы расположения герметизирующего слоя:
– наружная противонапорная;
– внутренняя противонапорная;
– гидроизоляция для защиты от капиллярной влаги.
При выполнении наружной противонапорной гидроизоляции следует учитывать, что её верхний край должен быть выше предполагаемого уровня грунтовых вод нe менее чем на 0,5 м (Рисунок 75, а). Давление от слоя гидроизоляции передается на силовые ограждающие элементы пола и стен, что делает её более предпочтительной.
Горизонтальный участок гидроизоляции наносится по выровненной и гладкой бетонной подготовке до устройства днища подвала. Такая стяжка толщиной 4…5 см выполняется из смеси песка и цемента 6:1, которую желательно проармировать сеткой. На подготовленную поверхность плиты наносят слой грунтовки, а на него – битумную мастику. После этого настилают полотна рубероида с перехлестом не менее чем 10 см. За стены подвала рубероид должен выступать на 15 см. При влажных грунтах изоляцию выполняют из двух слоев толя или используют рубероид. Чтобы предохранить изоляцию от повреждений, снаружи ее закрывают слоем цементного раствора. Если в качестве рулонного материала применяют толь, то на бетон наносят дегтевую пропитку.
Вертикальные участки рулонной гидроизоляции наносятся на стены и защищаются снаружи кладкой в полкирпича, бетонными плитами или же слоем набрызга бетона. Перехлест горизонтального и вертикального участков гидроизоляции выполняют подгибом горизонтальной гидроизоляции не менее чем на 15 см. Вертикальную гидроизоляцию выводят не менее чем на 15 см над поверхностью грунта.
Если грунтовые воды залегают ниже отметки пола подвала и грунты там маловлажные, то достаточно ограничиться обмазочной гидроизоляцией с нанесением горячей битумной мастики в два слоя толщиной до 2 мм. Перед нанесением мастики стены следует покрыть грунтовкой.
Пространство между стенами подвала и грунтом забивают жирной глиной, устраивая глиняный замок.
Внутренняя противонапорная гидроизоляция устраивается, как правило, в уже существующих зданиях или при проведении ремонтных работ, связанных с устранением протечки ограждающих конструкций подвала (Рисунок 75, б). Так как давление на отдельные участки стен внутреннего кессона может быть значительным, то для его восприятия требуются конструктивные усиления.
Гидроизоляция подвала от капиллярной влаги не требует проведения работ высокого качества, как этого требовалось при создании противонапорной гидроизоляции. Разумеется, эта схема гидроизоляции не подходит для защиты от напорных вод (Рисунок 75, в).
Внутренняя противонапорная гидроизоляция на штукатурном растворе стала применяться относительно недавно, с появлением штукатурных растворов, обладающих высокой степенью адгезии и быстрым схватыванием. При напорах до 2 – 3 метров, что характерно для подвалов жилых домов, использование подобных гидроизоляционных штукатурных составов и мастик позволяет выполнять внутреннюю гидроизоляцию без создания кессона, с передачей водной нагрузки на штукатурный раствор (Рисунок 75, г). Как правило, такой вариант гидроизоляции используется при ремонтно-восстановительных работах в качестве дополнения к существующему варианту.
Рисунок 75. Варианты выполнения гидроизоляций подвала:
А – наружная противонапорная; Б – внутренняя противонапорная; В – гидроизоляция подвала от капиллярной влаги; Г – внутренняя противонапорная гидроизоляция на штукатурном растворе; Д – гидроизоляция при уровне грунтовых вод не больше 0,2 м от пола подвала
Если слой герметизации не выдержал и произошла протечка, то устранение этого недостатка, даже засыпкой подвала грунтом, ни к чему хорошему не приведет, т. к. влаге очень сложно уйти из герметичного подвала. Поэтому постоянная сырость в подполе неизбежна, даже когда грунтовые воды уйдут далеко вниз. Правда, можно надеяться на современные гидроизолирующие покрытия, шпаклевки. Но если в подвале уже настелены полы, выполнены отделочные работы, то устранить подобные протечки будет непросто.
Многими застройщиками, только начинающими свой строительный путь, не учитывается гидростатическое давление грунтовых вод. Это может привести к всплытию подвалов и погребов, смотровых ям гаражей и выгребных ям канализации, незаполненных бассейнов. Все перечисленное – достаточно частые явления, если уровень грунтовых или паводковых вод высок, а вес сооружения небольшой.
Из практики речного флота
Достаточно давно в качестве пристани на реках и озерах используются плавучие дебаркадеры – пристани, нижняя, она же главная часть которых представляет собой герметичный железобетонный корпус. Сверху на нем сооружается легкое двухэтажное деревянное строение самой пристани (Рисунок 76).
Рисунок 76. Плавучая пристань, включающая железобетонный кессон
Именно так следует представлять дом с подвалом или погреб тем, у кого возможно повышение уровня грунтовых или паводковых вод выше уровня их пола.
Герметичность подвала обеспечивается водонепроницаемостью стен и плиты дома, на которой он возведен.
Из практики индивидуального застройщика
При достаточно высоком уровне паводковых вод застройщик всё же решил делать подвал. Дом небольшой, 6×8 м, можно попробовать. Все было сделано почти по науке.
Отрыли котлован глубиной 1,8 м, сделали подсыпку из крупнозернистого песка, застелили гидроизоляцию, а на ней отлили бетонное основание толщиной 10 см с армированием его сеткой (плитой такое тонкое железобетонное создание не назовешь). После этого точно по периметру застройщик уложил три ряда фундаментных блоков ФБС и перекрыл подвал плитами.
Пришла весна. Караул. Пол подвала сильно подняло, через образовавшиеся трещины пошла вода (Рисунок 77).
Рисунок 77. Разрушение тонкой плиты гидростатическим давлением:
1 – уровень грунтовых вод; 2 – давление воды
Гидростатическое давление, действующее на пол снизу, оказалось закритическим. При уровне воды в грунте выше пола подвала на 1 м на единицу площади пола действует давление в 1 тонну То есть на всю площадь этого подвала в 48 м² действует снизу сила в 48 тонн. Это вес очень тяжелого танка или целого вагона. Тонкий иол этого не смог выдержать.
Как надо было сделать. Плита пола должна быть толщиной не менее 20 см, и её армирование должно быть грамотно выполнено. Существенное усиление пола подвала можно было бы обеспечить возведением одной поперечной стены.
Если приглядеться к такому фундаменту, то бросается в глаза слишком близкое расположение стены к краю плиты, на которую она опирается. Наш застройщик уложил фундаментные блоки вплотную к периметру бетонного пола. Видимо, решил сэкономить на объеме земляных работ и бетонировании. При таком исполнении этого узла иол подвала от давления грунта сразу от края интенсивно начинает загружаться изгибающим моментом (Рисунок 78, а).
Большие изгибающие нагрузки – это и значительные деформации, и разрушающие напряжения в плите подвала. При слабом уплотнении грунта под плитой это проявляется в большей степени.
В варианте, когда плита пола выходит за контур стены на 30 – 40 см (Рисунок 78, б), максимальная величина изгибающего момента становится значительно ниже. Плиту можно было бы делать тоньше, не боясь деформаций и разрушений.
Рисунок 78. Загрузка плиты подвала изгибающим моментом: А – неправильно; Б – правильно
Похожее разрушение плиты пола может произойти и с незаглублеиной плитой. Тяжелый гараж может сильно деформировать плиту, особенно если нарушена её целостность удлиненным проемом под смотровую яму (Рисунок 79).
Рисунок 79. Разрушение плиты подвала от веса дома (гаража)
При устройстве подвала на его стены укладывают бетонные перекрытия. Это связано с тем, что боковое давление грунта на стены необходимо на что-то передать. Особенно большое боковое нагружение стен возникает от пучения грунта, так как он стремится расшириться при своем замерзании во все стороны. Жесткие перекрытия позволяют замкнуть на себя нагрузки, приходящиеся на стены подвала со всех сторон. Эта расчетная схема рассматривает стену подвала как набор вертикально расположенных балок, передающих нагрузку от грунта на бетонный пол и на бетонное перекрытие (Рисунок 80).
Рисунок 80. Воспринятие давления на стены через пол и перекрытие подвала:
А – общая схема, Б – узел схемы
Именно поэтому стены подвала при строительстве загружают бетонным перекрытием в этот же сезон, не дожидаясь, пока пучинистый грунт своим расширением наклонит стены внутрь подвала.
Эта схема принята при возведении подвала по технологии ТИСЭ. Такие вертикальные балки создаются в каждом четвертом вертикальном канале стены после их заполнения арматурой и бетоном. Схема эта хорошо работает вне зависимости от габаритов подвала и разбивки внутренних его стен.
При силовой схеме, представляющей стену в виде набора вертикальных балок, стены подвала можно выполнять тем тоньше, чем тяжелее дом сверху (из условий напряженного состояния стены, загруженной весом и боковым давлением). В этих условиях в массиве бетона отсутствуют растягивающие напряжения, от которых он мог бы разрушиться.
При возведении стен подвала из готовых бетонных блоков выполняют горизонтальное армирование. В этом случае стена работает по другой расчетной схеме, при которой она рассматривается как набор горизонтально расположенных балок, передающих боковую нагрузку от грунта на внешние и внутренние стены подвала. Из-за большого пролета такой горизонтальной балки стена подвала должна иметь большую толщину или эффективное горизонтальное армирование (Рисунок 81).
В реальности стену подвала следует рассматривать как набор одновременно работающих вертикальных и горизонтальных балок. Причем чем тяжелее сам дом, чем большим весом загружены стены подвала, тем ближе расчетная схема к стене с вертикально расположенными балками.
Рисунок 81. Восприятие давления на стены через внутренние и внешние стены подвала: А – общая схема; Б – узел схемы
Из строительной практики
Возведение стен подвала часто выполняют с использованием крупногабаритных готовых фундаментных блоков ФБС (Рисунок 82). Как правило, при выполнении угловой перевязки с этими блоками, перехлёст блоков по всей длине стены – самый минимальный.
При слабом горизонтальном армировании узкая зона вертикальных стыков ФБС превращается в шарнирное соединение. При отсутствии подвального перекрытия и достаточно большом давлении грунта, подверженного пучинистым явлениям, часть стены может уйти вовнутрь.
Рисунок 82. Разрушение стен подвала, возведенного из фундаментных блоков
Исправить ситуацию и остановить процесс разрушения стен подвала возможно только с возведением в подвале подкрепляющих стенок. Это достаточно дорогое удовольствие, да и подвал потеряет всю свою привлекательность.
Разрушиться стена подвала от давления грунта может и без пучинистых явлений, при монтаже плит перекрытия. Опоры автокрана, установленные в непосредственной близости от стен подвала, создают в грунте достаточно высокий уровень напряжений. Нагрузка на выдвижную опору и боковое давление грунта на стены подвала особенно высоки, когда идет монтаж дальних плит, наиболее удаленных от автокрана (Рисунок 83).
Рисунок 83. Разрушение стен подвала при монтаже плиты перекрытия
Чтобы не случилось подобного разрушения, расстояние от стены до края опорной площадки автокрана должно быть не меньше 0,8 м.
Начинать монтаж перекрытия следует с укладки ближних плит, которые смогут усилить устойчивость стен подвала.
Устройство подвала начинается с рытья котлована. При планировании этого этапа работ застройщик не должен забывать о том, что в зимнее время граница промерзания в зоне котлована опустится. Грунт с плотной структурой при насыщении водой и замерзании может снизить свою плотность и подняться на 10…15 см (Рисунок 84, а). Если же застройщик успел возвести подвал, но не предусмотрел его утепления, то пучинистые явления могут поднять подвал на 10…15 см, вызвав разрушения пли недопустимые смещения. Чтобы этого не случилось, следует утеплить подвал по одной из двух схем, предусматривающих утепление по полу или по подвальному перекрытию (Рисунок 84, б, в). Последний вариант более удачен, так как при отсутствии перекрытия стены подвала от давления пучинистого грунта могут наклониться внутрь. Снеговой покров здесь можно считать утеплением подвала.
Рисунок 84. Положение границы промерзания при устройстве подвала:
А – открытый котлован; Б – утеплен пол подвала; В – утеплено перекрытие подвала;
1 – котлован; 2 – граница промерзания; 3 – стены подвала; 4 – утеплитель; 5 – отклоненное положение стены; 6 – фунт до промерзания
Планируя утепление и гидроизоляцию стен подвала снаружи, обращаем внимание на качественное выполнение их монтажа. Поверхности, контактирующие с мерзлым грунтом, должны быть ровными, а соединение их со стеной – надежные. Дело в том, что пучинистый грунт при своем расширении может захватить часть покрытия и разорвать его (Рисунок 85, а). Попадание влаги в стену будет неизбежным.
Рисунок 85. Утепление стен подвала снаружи:
А – разрушение утеплителя мерзлым фунтом; Б – защита утеплителя песчаной прослойкой;
1 – отмостка; 2 – утеплитель; 3 – гидроизоляция; 4 – граница промерзания; 5 – песок; 6 – дренаж
Силы сцепления грунта с утеплителем можно существенно понизить, введя слой песка между грунтом и утеплителем и устроив эффективный дренаж. Песок не должен быть мелким, а грунт и песок лучше разделить толью или полиэтиленом. Гидроизоляцию располагают под утеплителем, нанося её на саму стену. Песчаная засыпка должна быть соединена с дренажной системой (Рисунок 85, б). Верхние две трети песчаной засыпки можно заменить грунтом. Снаружи утеплитель может быть защищен кирпичной кладкой или жесткими панелями (цементо-стружечная плита или асбоцементный лист).
Источник