Стовпчик: розрахунок і виготовлення своїми руками

Фундамент, будучи підставою і частиною штучної споруди, повинен оптимально взаємодіяти з природною освітою - грунтом. Що дає, зведений стовбчастий фундамент своїми руками, в цьому відношенні? Багато чого: скорочуються матеріальні, фінансові та часові витрати, а головне - забезпечується краща робота з ґрунтом, який глибоко промерзає, схильний до пучиністості, недостатньо стійкий (звичайно, при наявності ростверку).

Головним елементом стовпчика є опори, що встановлюються в точках зосередження навантажень. Це зазвичай кути будівлі, несучі стіни, різні колони. Він оптимальний для каркасних будівель, з піноблоків, СІП панелей та інших легких матеріалів.

Стовпчик: його призначення і різновиди

Перш за все, необхідно визначитися, в чому відмінність між стовпчиним і пальовим фундаментом для невеликих приватних будівель. Обидва типи конструкцій є точковими опорами для підтримки стін, розташованими у вузлових місцях. Також збігаються типи споруджуваних на них споруд:

• легкі каркасні або каркасно-щитові будинки в один-два поверхи;
• зруби з оциліндрованих або профілйованих колод;
• житлові та технічні будови з пено- газобетону, з питомою вагою не більше 1000 кг/м плечей;
• веранди, прибудови, альтанки, інші МАФи;
• підстави для капітальних огорож.

Однак пальовий і опорно-стовпчий фундамент використовуються на грунтах з абсолютно різними несучими характеристиками.

• Свайний - рекомендовано на пучинистих торф'яних, глинистих ґрунтах з високим рівнем ґрунтових вод;
• Стовпчик - на грунтах з хорошою несучою здатністю: тверда глина, великофракційні гравелисті піски, щебенисті, галечні, дрісвяні гравійні.

Існують такі умови, за яких застосування стовпчиних фундаментів не рекомендується:

• схильність грунту до сильного пучення і значних посадок;
• можливість появи бічних навантажень - горизонтальних зрушень ґрунту;
• рівень ґрунтових вод розташований вище півметра до підошви стовпа;
• глибина промерзання ґрунту перевищує 1,5 м;
• будівельна ділянка має рельєф з перепадом висоти понад 2 м.

Загальна схема конструкції

Як матеріал виготовлення для стовпчиного фундаменту використовується: цегла, деревина, бетонні блоки, металевий профілйований прокат. Окремо варто згадати монолітні залізобетонні (буронабивні) стовпи основи.

За глибиною залягання стовпчаті фундаменти діляться наступним чином:

• Заглиблені (палі-стовпи) - більше 1 м нижче рівня промерзання. Влажные глинистые почвы устраиваются с вероятностью пучения.
• Дрібнозаглублені - не більше 70 см нижче рівня промерзання на піщаних і великоуламкових породах.
• Незаглиблені - загальна глибина не більше 50 см (або без занурення в грунт). Влаштовуються на непучинистих скельних породах (гравійні, щебеневі).

Стовпове підґрунтя має два конструкційних різновиди - без ростверка і з ростверком. Підстава без ростверка вважається найбільш бюджетною, оскільки не потребує додаткових матеріалів для обв'язки. Використовується при зведенні каркасних, каркасно-щитових споруд або зрубів. Підстава з ростверком застосовується, якщо будинок зводиться з штучних будівельних матеріалів: пустотіла цегла, блоки з полегшеного бетону (газобетону), шлакоблоки. В якості ростверка найчастіше використовуються залізобетонні балки заводського виготовлення. Матеріалом для нижньої обв'язки каркасного будинку на стовпчатому фундаменті з металевих стовпчиків можуть служити дерев'яні балки з перетином не менше 150х150 мм.

Гідності та недоліки

Чим можуть відрізнятися підстави на стовпчиках

Цілі використання, це здешевлення будівництва за рахунок зменшення обсягів земляних робіт, а також економії на влаштуванні важких і матеріаломістких фундаментів. Крім цього, так можна значно знизити терміни зведення будови і прискорити його введення в експлуатацію. Фундаменти цього типу складають з вертикальної несучої (стовпчої) і горизонтальної ростверкової (балкової) частин.

Стовпчик, який може бути в плані як в прямокутній (квадратній), так і в круглій, а іноді навіть у хрестоподібній або зірчастій конфігураціях влаштовується в спеціально відритому для нього котловані. Матеріал для виготовлення стовпів - це:

• монолітний або збірний залізобетон;
• червона глиняна обпалена цегла;
• кам'яні блоки (бут) з осадових або вулканічних порід - з однаковою (пилені) або довільною (колоті) формою.

Між собою вертикальні опори з'єднують горизонтальною (ростверковою) балковою конструкцією. Вона може складатися з набору індивідуальних балок, розташованих на двох сусідніх опорах, а в деяких випадках балки можуть бути зібрані в жорстку горизонтальну рамну конструкцію. Залежно від призначення і ваги вищезазначених конструкцій (стег, перекриттів, покрівлі) їх виготовляють з:

• металевого прокату (куточка, швелера, двотавра, товстостінних труб);
• деревини в основному хвойних порід (листяниці, сосни, ялини);
• збірного або монолітного залізобетону у вигляді балок, прогонів або ригелів.

Традиційно стовпчаті фундаменти використовують для безпідвальних приміщень. Оголовки стовпчиків і ростверкові балки, що відповідно спираються на них, мають у своєму розпорядженні відповідно до проекту і особливостей ділянки будівництва. Це, наприклад, може бути пов'язано з імовірністю підтоплення паводковими або ґрунтовими водами, вітровим бічним навантаженням, сніговими заметами та іншими впливами. Відповідно до чого вони можуть перебувати нижче нульової позначки ґрунту, на її рівні або розташовуватися на висоті до 60 сантиметрів від поверхні землі.

Різновиди підстав на опорах.

У сучасному будівництві крім стовпчиних використовують і інші типи полегшених фундаментів з окремо стоять опорами. Це можуть бути:

• пальові:
• забивні;
• свайно-ростверкові;
• буронабивні;
• гвинтові;
• комбіновані;
• інші типи фундаментів з аналогічними властивостями.

Раніше ми писали докладний статті про монолітний і пальовий фундамент, будь ласка ознайомтеся!

Моноліт

Зазвичай так називають монолітний залізобетон на портландцементі. Цей матеріал буває як товарного (покупного) типу, що доставляється до мрії будівництва в самоскидах або в міксерах на автомобільному ходу, так і самостійного приготування в електричних бетономішалках шнекового або роторного типу. Виходячи з того, що стовпчики є центрально навантаженими вони армуються відповідним просторовим каркасом з арматурних стрижнів і дроту з випуском назовні. При використанні для горизонтальних балок металопрокату, їх кінці для жорсткості можна пов'язати з арматурними випусками каркасів стовпчиків за допомогою дугового або газоацетиленового зварювання. Також можна вступити і з залізобетонними балками, зв'язавши робочу арматуру зі стовпчиками.

Цегла

Звичайна обпалена глиняна червона цегла в період до 1917 року часто використовувалася для виготовлення стовпчиків. Цегла того часу, що виготовляється шляхом видавлювання правильно перемішаної і збалансованої глиняної маси, а також грамотно організованого випалу в кільцевих печах Гофмана, мали високу щільність, пластичність і міцнісні характеристики (після розбирання старих будівель зустрічається цегла з міцністю, що перевищує поширені марки бетону, тобто вище 200 кг/см.), в той час як сучасна пресована погано обпалена цегла з неоднорідною внутрішньою структурою в своїй масі ледь дотягує до міцності в 75 кг/см.

З цього випливає, що не варто рекомендувати замінювати залізобетон на сучасну червону цеглу для стовпних фундаментів.

Блоки

До появи залізобетону (патент Моньє, 1867 рік, Франція, регулярне використання в будівництві - початок XX століття) стовбчасті фундаменти з кам'яних блоків були найпоширенішими. Зараз блоки розрізняють на:

• штучні, виготовлені з використанням того ж портландцементу із заповнювачами у вигляді золи, шлаків, інших відходів виробничих процесів;
• натуральні;
• осадові (вапняк, черепашник, доломіт, туф та інші);
• вулканічні (граніт, лабрадорит, габро).

Матеріали

Незйомна опалубка:

• Сорочка з руберойду (найекономічніший варіант).
• Труби ПВХ (бажано помаранчеві для зовнішньої каналізації).
• Азбесто-цементні труби.
• Будь-які інші труби, які мають відповідний діаметр, хорошу геометрія, достатню міцність і жорсткість (труби димоходу тощо)

Матеріали для стовпа з уширенням. Незйомна опалубка: руберойд

• Арматура. Д10-Д12. Для арматурного каркасу в'язальний дріт.
• Бетон М150-М400. Цемент + пісок річковий великий + щебінь 5-20фр (чим менше фракція щебеню тим краще).
• Незйомна опалубка: руберойд.
• Сміттєвий мішок (щільний 120л). Для створення п'яти (уширення внизу стовпчика).
• Скотч. Для кріплення сміттєвого мішка і для скріплення руберойду. Стретч-плівка для скріплення руберойду.

Інструменти

• Бур. Можна використовувати садовий, ТІСЕ або саморобний. Замість бура можна використовувати автоматизовану техніку або аналог. Довжина бура повинна бути трохи більше глибини промерзання. Якщо ручка бура коротка, то необхідний буде подовжувач, який можна або купити разом з буром або зробити самостійно.
• Для створення уширення внизу будемо використовувати бур ТІСЕ або саморобний інструмент. Наприклад, штикова лопата з обрізаними краями. Багнет 10см + якщо потрібно подовження ручки лопати.
• Якщо бетон будемо виготовляти самостійно, то потрібен наступний інструмент:
  1. Бетономішалка
  2. Майстр
  3. Відро
  4. Лопата совкова

Технічні параметри матеріалів

При виготовленні стовпчиних фундаментів важливе значення мають властивості будівельних матеріалів і компонентів, а також правильність їх використання.

Найбільш затребувані марки цементу для виготовлення бетону це М400 і М500. Вони залежно від рецептури і ГОСТ 26633-2015 дають бетон міцністю від класу В15 (марка М200) до класу 22.5 (марка М300), який найбільш підходить для виготовлення стовпчиків і ростверкових балок. Для армування використовують гарячекатану стрижневу круглу сталь класу A-I, A-II, A-III (РТ 5781-82).

Щебінь (розмолоті і відсіяні до потрібної фракції відходи кар'єрного виробництва каменю) повинен бути з однорідною структурою, кольором і щільністю. Це стосується всіх видів. Дозволяється використання гравію - морської або річкової окатаної гальки.

Найкращий кварцевий пісок для бетону - це промитий морський або річковий.

Важливо: перед вживанням кар'єрного піску його потрібно перевірити на вміст мінеральних розчинних включень, що шкідливо впливають на бетон.

Металеві вироби - арматура, металопрокат, не повинні мати слідів корозії, викривлень геометричних розмірів та інших видів дефектів. Перед вживанням вони повинні пройти агтикорозійну обробку.

Хвойна деревина для горизонтальних несучих балок у вигляді каліброваних колод або брусів не повинна бути уражена грибком, гниллю, цвіллю бути зараженою деревоядними комахами. Також вона не повинна мати вад, таких, як косошарність або підвищена сучкуватість. Перед використанням повинна бути піддана біологічній обробці антисептиками, а також антипіренами, що перешкоджають швидкому загорянню і підтримці горіння при впливі відкритого полум'я.

Буріння свердловин

Буримо свердловини під палі. У цьому прикладі діаметр робитимемо 25 см. на глибину нижче глибини промерзання для цієї місцевості. Припустимо, глибина промерзання у нас 1,5м, отже, бурити будемо на глибину близько 1,7м.

Для буріння можна використовувати бур ТІСЕ з діаметром 25см, садовий бур діаметром 25см або автоматизовану техніку.

Ще важливий момент. Пробурити можна відразу всі свердловини. Але в деяких випадках доцільно бурити по одній свердловині і відразу заливати бетонну суміш (бетон). Це пов'язано з погодними умовами у вигляді дощу або високим заляганням ґрунтових вод. Вода буде підмивати грунт стінок свердловини, в результаті чого він буде обсипатися, а це нам зовсім не потрібно.

Робимо уширення внизу свердловин

Для чого це потрібно. За уширення в свердловині буде сформована п'ята стовпа, яка буде виконувати 2 завдання: збільшення несучої здатності стовпа і перешкода висмикуванню палі дотичними силами під час промерзання пучинистих грунтів.

План робіт. Для цього завдання можна використовувати бур ТІСЕ спеціально призначеної для цієї мети. Він дозволить зробити уширення діаметром 40-60 см. Але варто зауважити, що в щільному ґрунті даним пристосуванням дуже складно працювати. Тому бажано все перевірити при пробному бурінні під час проектування стовпчиного фундаменту.

Є альтернативний і бюджетний спосіб зробити уширення за допомогою модернізованої штикової лопати. Для цього необхідно обрізати краї полотна лопати, щоб робоча область була в межах 10см. Ну і подовжити ручку лопати, якщо це потрібно. Для того щоб підняти ґрунт від такого уширіння можна скористатися якимось пристосуванням, або просто пробуритися глибше і весь грунт від нашого уширіння згребти в це поглиблення. Головне не забудьте потім утрамбувати наше «поховання».

Створення незйомної опалубки з руберойду

1. Як опалубку для буронабивного фундаменту в даному прикладі будемо використовувати найекономічніший варіант, а саме руберойд.

Готуємо шматок руберойду потрібної нам довжини. У нашому прикладі нам потрібен шматок довжиною 2м (1,7 м під землею - 0,3м уширення без руберойду + 0,3м над землею + 0,3м запас для обрізки за рівнем). Скручуємо руберойд потрібного нам діаметра (25см) у вигляді труби. Для цього завдання краще використовувати якийсь шаблон, на який будемо накручувати руберойд. На прикладі у нас металева труба. Шаблон можна зробити самостійно, виявивши кмітливість. Варіантів багато.

Після того як руберойд накрутили (товщина в 2 шари) необхідно зафіксувати отриману сорочку з руберойду від розкручування. Тут нам допоможе широкий пакувальний скотч. Скріпимо в 4 місцях (можна і більше, головне щоб надійно). Якщо у вас руберойд з пилоподібним посипанням, то скотч до нього не пристане. Є варіант обмотати гільзу з руберойду спочатку стретч-плівкою а потім вже скотчем. Це також додасть велику жорсткість вашій опалубці.

2. Кріпимо сміттєвий пакет до низу опалубки з руберойду. Для чого це потрібно. Якщо у вас високі ґрунтові води або просто коштує вода від дощів, то лити бетон у воду не рекомендується. Також пакет буде таким собі бар'єром між ґрунтовим середовищем і бетоном. За технологією ТІСЕ пакет не використовується. Цементне молочко потрапляє безпосередньо в грунт утворюючи грунтобетон, що є додатковим посиленням для опори (зі слів Яковлєва - автора технології ТІСЕ).

3. Ту частину пакета, яка у нас буде використовуватися під уширення можна акуратно сховати в трубу опалубки. Важливо! Продумайте розміщення пакета, щоб під час заповнення бетону не утворилося складок, які можуть зробити наше уширення не цільною конструкцією.

Створюємо арматурні каркаси для наших паль

Для даного завдання будемо використовувати арматуру з діаметром 10мм. Арматурний каркас можна виготовляти в 2 варіантах: з армуванням уширення стовпа і без армування уширення. Наскільки потрібно армування уширення стовпа питання спірне і може бути вирішене тільки в результаті точних проектних розрахунків з урахуванням всіх технічних характеристик матеріалів, навантажень і з урахуванням всіх можливих факторів. Тому в цій статті підемо складним шляхом і розглянемо більш надійний варіант армування п'яти стовпа.

План робіт. Заготовляємо 4 прутки довжиною десь 2,4 м (1,65м в землі + 0,3м над землею + 0,3 для зв'язку з ростверком + 0,1м для п'яти стовпа). Для армування уширення стовпа будемо загибати кінці арматури, щоб вона мала вид букви L. Довжина загибу буде залежати від діаметра п'яти в тому місці, де буде відбуватися її армування (3-5 см від низу уширення). У нашому випадку довжина загиба десь близько 10-13см. Після того як прутки у нас готові зшиваємо їх в арматурний каркас. Зварювання тут, зрозуміло, не підходить, тому пов'язувати будемо за допомогою в'язального дроту. При цьому зв'язок робимо не дуже міцним, щоб була можливість прокрутити арматури по своїй осі. Бажано зробити засічки на кінцях верху арматури, щоб був орієнтир, на скільки крутити арматуру, щоб вона розмістилася в нашому уширенні під потрібним кутом.

Якщо ви вирішили робити арматурний каркас без армування уширення, то в цьому випадку робимо все те ж саме, що і вище, тільки зв'язок арматур робимо жорстким (зварюванням або в'язальним дротом).

Буронабивний фундамент

1) На підставі розрахунку проводиться розмітка фундаменту на ділянці.

2) За допомогою ручного (механізованого) бура або спеціальної бурової машини робляться свердловини на 20-30 см нижче глибини промерзання.