Земляные работы для фундамента

И вот исследованы все условия участка под строительство, получено разрешение, составлены проект и смета, а значит, самое время приступать к разработке основания, или к земляным работам.
Земляные работы не ограничиваются одним рытьем траншей под фундамент. Ниже представлен алгоритм их выполнения, который может корректироваться в зависимости от конкретных условий.
1. Расчистка участка от деревьев и кустарников (вырубка и выкорчевывание пней), снос строений. Этот этап включают в график работ по необходимости в зависимости от существующих условий, но он занимает довольно много времени.
Во время расчистки участка можно обнаружить некоторые неизвестные ранее условия, способные значительно повлиять на дальнейшее строительство. Поэтому данный этап подготовительных работ лучше начинать еще до утверждения планов участка в градостроительном комитете.
Существенным условием, которое надо учесть, является устройство канализации (с остальными коммуникациями проще). Расположение очистных сооружений относительно будущего здания следует продумать заранее. Вторым по сложности можно считать устройство водопровода. Здесь тоже много нюансов, которые способны повлиять на расположения здания и планировку участка (например, на какой высоте вы планируете его построить, насколько далеко находится водопровод, к которому можно подключить дом, по какой трассе будут уложены трубы и т. д.).

Порядок и сроки выполнения земляных работ следует подробно расписать в графике работ, поскольку порой этот подготовительный этап растягивается на весьма длительный период и рушит все планы по завершению строительства в определенный срок.

На этом этапе важно учесть также рельеф поверхности, расположение подъезда к будущему зданию, ориентацию дома по сторонам света (если он жилой, позаботьтесь об инсоляции: естественный свет в жилые помещения должен проникать хотя бы 4—6 ч в сутки), размещение окружающих построек, ценной растительности, водоемов и инженерных коммуникаций.
После расчистки участка возводят временные сооружения для складов и уборной (если на участке нет подходящих для этого построек).
Для отвода поверхностных вод и осадков со строительной площадки в ее верхней части устраивают водоотводную (или перехватную) канавку.
2. Снятие насыпного (почвенного) слоя грунта. Если в ходе геологических изысканий была установлена глубина залегания верхнего слоя грунта, непригодного под основание (чернозем, плодородный растительный слой), его следует снять (лопатой или с помощью специальной техники) и убрать с места заложения фундамента. Почвенный слой грунта обычно составляет около 20 см.
3. Нивелировка участка. Идеально ровного основания не бывает. Если участок имеет неровный рельеф, прежде всего он нуждается в выравнивании.
Определить, какой слой грунта следует снять на каждом участке строительной площадки, можно с помощью специального геодезического прибора — нивелира (рис. 1), предназначенного для геометрического нивелирования поверхности земли. Иначе говоря, с его помощью можно определить разность высот между несколькими точками поверхности.

Перед началом выравнивания участка со сложным рельефом следует подумать: может, вы захотите сэкономить время и средства на земляных работах и сделать на возвышенности альпийскую горку, а в яме - бассейн, перенеся дом в другое место? Вариантов подобных решений множество, но если для дома нет подходящего ровного места на участке строительства, то нивелирование - единственный выход.

Прибор устанавливают на штатив и приводят в рабочее состояние с помощью подъемных винтов на подставке. Затем производят отсчет путем горизонтирования визирной оси (при этом подкручивают элевационный винт).
Современные нивелиры оснащены компенсатором — устройством, которое автоматически устанавливает зрительную ось прибора в рабочее положение. Некоторые виды нивелиров используют со специальной штрих-кодовой рейкой, позволяющей автоматизировать получение отсчета.
При возможности нужно провести нивелирование площадки самостоятельно. Для этого следует выбрать вид нивелирования.

1. Геометрическое нивелирование — превышение между точками получают как разность отсчетов по рейкам при горизонтальном положении оси нивелира. Это самый простой и точный метод, однако он не пригоден при резком перепаде рельефа (в горной местности), поскольку в таких условиях может не хватить высоты рейки для определения превышения.
2. Тригонометрическое нивелирование — превышение между точками определяют по измеренным вертикальным углам и горизонтальным расстояниям между точками. Этот способ удобен тем, что можно с одной станции определить почти любое превышение между точками, имеющими взаимную видимость. Однако это не самый лучший способ, поскольку недостаточно точно учитывается влияние вертикальных углов и уклонений отвесных линий.
3. Гидростатическое нивелирование проводят на основе правила сообщающихся сосудов: в них жидкость находится на одном уровне. Метод имеет высокую точность и достаточно прост в использовании, возможно даже определить превышение между точками без их взаимной видимости.

Прибор для гидростатического нивелирования можно сделать самостоятельно; единственное условие — определяемые превышения не должны быть больше размеров трубок, используемых в приборе.
Чтобы самостоятельно изготовить подобный «нивелир», необходимо взять 2 больших шприца с делениями (шприцы должны быть одинаковыми), вытащить поршни и соединить наконечники шприцев (без иголок) трубкой (можно использовать медицинскую трубку от капельницы или любую другую такого же диаметра). Затем шприцы поднимают в вертикальное положение и заполняют устройство водой.
Чтобы узнать разность между точками поверхности земли, достаточно поднести каждый шприц к своей точке, установив его на землю в вертикальном положение, и вычислить разность между делениями двух шприцев, на которых остановились уровни воды. Это и будет превышением между двумя точками.

Для упрощения работ по нивелированию площадки под строительство сначала можно выровнять участок с помощью бульдозера. Такое грубое выравнивание не обеспечит идеально ровную площадку, однако сгладит резкие перепады рельефа и облегчит дальнейшие работы.

При отсутствии желания или возможности выполнить нивелирование участка самостоятельно нужно пригласить геодезиста, который составит его план с нанесением горизонталей — линий, имеющих одинаковую высоту, — и определением рабочих отметок (высот грунта, который необходимо убрать с конкретной точки участка или, наоборот, подсыпать).
После того как все превышения между точками земной поверхности определены, можно приступать непосредственно к выравниванию площадки, удалению лишнего грунта и подсыпке недостающего;
Выравнивание участка не является обязательной стадией земельных работ, поскольку ровное основание под фундамент доступно обеспечить нивелированием при рытье котлована. Но с помощью выравнивания участка можно снизить высоту фундамента за счет устранения резких перепадов высот.
Если участок имеет резкий уклон в одну сторону, вместо выравнивания всей его поверхности под горизонтальную плоскость надо провести террасирование участка. Террасы укрепляют подпорными стенками из бута, кирпича или дерева (вертикальных кольев), но не следует думать, что этот способ обойдется дороже, чем полное выравнивание участка. Дело в том, что при террасировании будут сэкономлены время и средства на проведении земляных работ, а при полном выравнивании участка подпорные стенки и другие укрепляющие сооружения все равно придется возводить, но по границам участка. Причем устойчивость подпорных стенок по границам участка обеспечить гораздо труднее. Небольшие по высоте террасы можно возводить без подпорных стенок, укрепляя их дерном (в дальнейшем потребуется уход за одернованными участками — их выкашивание и полив).
Ширина и высота террас должны быть около 70— 150 см. Перед началом террасирования следует определить уклон участка и выбрать нужную ширину и высоту террас. Затем склон по вертикали (по направлению уклона) разбивают колышками на отрезки, равные 1,5 ширины террасы. От каждого заделанного колышка выставляются в поперечном к склону направлении вспомогательные колышки. Они должны быть строго на одной высоте (это проверяют с помощью водяного или плотницкого уровня). Колышки, расположенные на одной высоте, составят горизонталь рельефа и будут служить границей террасы (для каждого ряда колышков — своя терраса). После установки всех колышков ручным методом (с помощью лопаты) возводят террасы, делая их уступы не точно горизонтальными, а с небольшим уклоном, противоположным уклону участка.
Устройство котлована или траншеи на террасированном участке немного сложнее, чем на плоском, но часто является наиболее логичным решением.
4. Предварительная планировка участка строительства и устройство подъездов к нему, его ограждение и прокладка необходимых инженерных коммуникаций, сооружение временных зданий, складских площадок, создание водоотвода.
Предварительную планировку участка проводят на глазок, чтобы определить примерное место расположения объектов строительства и вспомогательных. Важно, чтобы подъезд к месту сооружения был удобным, а участки под складские нужды смогли вместить все требуемые материалы.
Прокладка коммуникаций необходима, например, для работы с электрическими инструментами, освещения участка при строительстве в темное время суток, обеспечения функционирования сигнальных светильников, предупреждающих о месте вырытой траншеи или котлована (техника безопасности требует обязательного освещения таких мест в темное время суток, если рядом происходит перемещение пешеходов и техники).
Если здание надо привязать к красной линии улицы (этого могут потребовать в архитектурном комитете в зависимости от градостроительного регламента), лучше пригласить профессионального землемера (геодезиста), чтобы он провел разбивку углов постройки. Иначе вы рискуете нарушить местный закон, что повлечет за собой наложение штрафа и даже запрет на строительство (зависит опять же от градостроительного регламента). Красной называют условную линию, на которой располагаются все главные фасады домов данной улицы. Если вы хотите построить дом вдали от красной линии, следует уточнить, не является ли обязательным выведение фасада на красную линию. В дачных поселках, как правило, таких регламентов нет.
5. Разбивка осей здания или сооружения — это перенос с чертежа на земельный участок всех осей и размеров будущего фундамента. Габаритные оси — это линии, которые указывают в плане общие размеры и форму здания. Для нахождения габаритных осей на участке определяют сначала 2 крайние точки, фиксирующие положение главной (самой длинной) оси здания. Их отмечают установкой кольев и штырей, между которыми протягивают проволоку или шнур (причалку), привязанную за вбитый в торец колышка гвоздь.
Для разметки понадобятся горизонтальный уровень, ватерпас, рейка длиной 6 м, несколько десятков колышков (количество зависит от того, какой периметр у фундамента), веревка.
Ватерпас можно изготовить самостоятельно, скрепив под прямым углом 2 небольших деревянных бруска сечением 5 х 5 см и длиной 50 см. На один брусок надо нанести линию перпендикулярно основанию другого бруска, в верхней части этой линии вбить гвоздик и подвесить к нему груз. На ватерпас можно нанести разметку углов и определять им угол наклона.
При разбивке осей необходимо соблюдать 2 основных требования:
— стены будущего дома обязаны прилегать друг к другу под прямым углом, если это предусмотрено проектом, или под другим определенным углом;
— если перекрытие здания планируется выполнить из стандартных крупнопустотных панелей, то габаритные оси фундамента должны строго совпадать с размерами этих панелей (учтите, что в соответствии с нормами заделка плит в стены не должна быть менее 120 мм);
Разметку производят, привязывая план фундамента к одной из сторон участка или к существующему строению. В процессе привязки проводят перпендикуляр от границы участка или стены здания в сторону предполагаемого фундамента и на этом перпендикуляре отмечают нужное расстояние.
Все замеры выполняют дважды, с разных концов измеряемой линии, после чего находят среднее арифметическое полученных значений. Если погрешность слишком большая, замеры проводят еще раз. Правильность разбивки прямоугольников проверяют с помощью измерения диагоналей.
6. Устройство обноски — в грунт заделывают столбики (колышки), к которым горизонтально прибивают деревянные рейки и доски. Обноску необходимо устанавливать с учетом того, что котлован будет иметь естественный откос на значительном расстоянии от возводимых стен (т. е. от линии габаритных осей следует отступить на достаточное расстояние).
Столбики обноски должны быть удалены от наружных граней будущих стен дома не менее чем на 1,5 м (иначе при рытье котлована обноска может быть разрушена).
На доски после этого следует нанести данные о размерах котлована, расположении стен, их толщине и т.д. Для чего в соответствующие точки в верхних гранях досок обноски забивают гвозди, между которыми натягивают шнуры, определяющие границы стен, габаритные оси и т.п.
При разметке данных на обноске можно ограничиться фиксацией осей. Но лучше сразу обозначить расположение граней стен 1-го этажа и стен фундамента. Это избавит от лишних хлопот в дальнейшем. Отмечая на обноске границы стен здания, протягивают шнур таким образом, чтобы он прошел точно над гвоздями в центре колышков разметки.
Устройство обноски начинают после проверки того, правильно ли произведена разметка осей и граней. Столбики обноски забивают в землю, заглубляя на 40—50 см. Причем высота колышка над уровнем земли должна быть от 60 до 80 см. То есть для обноски нужно брать колышки длиной от 1 до 1,3 м. С внешней стороны к столбикам строго параллельно контуру здания прибивают дощечки. Верх всех досок должен быть на одном уровне. После установки к колышкам обноски желательно привязать кусочки красной ткани (ленты, флажки), чтобы водители специальной техники или рабочие не сбили ориентиры.
Для перенесения габаритных осей на обноску можно использовать следующее:
— теодолит — специальный геодезический прибор, позволяющий измерять горизонтальные углы;
— египетский треугольник — треугольник со сторонами по 3,4 и 5 м, позволяющий разбить прямые углы фундамента (угол между сторонами по 3 и 4 м будет прямым). Этот «прибор» можно соорудить из веревок (шнуров) с отметками их длины;
— метод пересечения двух кривых: с обеих сторон от точки 1 с помощью шнура откладывают на одной (исходной) прямой одинаковые расстояния, например по 3 м. В полученные точки вбивают колышки, к которым привязывают веревку заданной длины и очерчивают дуги, точку пересечения которых соединяют с точкой 1. Полученная прямая будет перпендикуляром к исходной линии. Чтобы повысить точность метода, отдельные прямые нужно отмерить 2 раза с разных концов;

Если план здании представляет собой прямоугольник или квадрат, можно проконтролировать правильность разбивки осей с помощью замера диагоналей прямоугольника (они должны быть равны). При разной длине диагоналей необходимо откорректировать обноску.

После устройства обноски периметр предполагаемого котлована отмечают линией, «нарисованной» сухим цементом, краской или известью. Эта операция нужна для улучшения ориентации рабочих (натянутые веревки точно отмечают линии фундамента, а не котлована, и притом только в плане, т. е. на виде сверху, а не с высоты человеческого роста).
Для фундамента с подвалом разрабатывают котлован, линейные размеры которого (длина и ширина) на 1,5 м больше внешних сторон фундамента.
При разработке грунта экскаватором или бульдозером практически невозможно сохранить неприкосновенными всю обноску и разметку. Ее нужно будет восстановить. Для чего снаружи обноски еще до разработки котлована вбивают дополнительные колышки на продолжении линий обноски. Эти колышки используют в случае нарушения целостности обноски, а также для определения глубины котлована. Поэтому столбики обноски нельзя вынимать из грунта сразу после разработки котлована: они станут служить в качестве репера (специального опорного столбика при геодезических измерениях) для определения перепада высот и вычисления высоты пола подвала.
Вспомогательные колышки вбивают на расстоянии 2—3 м от обноски.
7. Рытье котлована, траншей или ям под фундамент. Эти работы выполняют в соответствии с определенной глубиной заложения фундамента и разбивкой осей.
Рытье котлована или траншеи вручную целесообразно для экономии на технике и материалах, кроме того, стенки котлована могут быть использованы в качестве опалубки. Однако, если в здании должен быть подвал или цокольный этаж, следует воспользоваться специальной техникой.
Технология земляных работ зависит от типа фундамента. Также на нее влияют уровень грунтовых вод и тип грунта. Под столбчатые фундаменты устраивают круглые ямы с вертикальными стенками. При этом можно использовать садовый бур. Им выполняют центральную часть ямы, затем расширяют ее с помощью лопаты.
Под ленточные фундаменты роют траншеи или котлован (если нужен подвал).
Плитный фундамент предполагает разработку неглубокого котлована.
Для измерения глубины траншеи или котлована применяют рейку с нанесенными на нее отметками глубины. Важно не переборщить с глубиной, ведь последующая подсыпка не компенсирует вынутый естественный грунт и снизит несущую способность основания, поскольку оно станет неоднородным. Погрешность в глубине котлована не должна быть более 5—7 см.
Для определения глубины котлована нужно выбрать в качестве эталонной точки любой вспомогательный колышек и проводить все измерения от него.
Сначала в любом подходящем месте устанавливают нивелир (на расстоянии 5—10 м от эталонной точки). Рядом с колышком укрепляют рейку и отмечают на ней нужную высоту цоколя (части фундамента над грунтом). Затем с помощью нивелира измеряют отметки верхней точки фундамента («простреливая» прибором на отложенную на рейке высоту) и эталонной точки (основания колышка). Вычитая из первого значения второе, получают перепад высот между эталонной точкой и верхом фундамента. Это значение записывают в журнал нивелирования (журналом может служить распечатанная таблица).
Для дальнейших вычислений необходимо знать высоту будущего подвала (если он предусмотрен) или глубину заложения фундамента. В любом случае сверять глубину котлована в ходе его разработки вы станете с высотой эталонной точки.
Для зданий с подвалом после определения высоты от пола подвала до низа перекрытия (или верха фундамента) вычисляют, какой глубины должен быть котлован. К значению высоты подвала прибавляют толщину его пола. Из полученного значения вычитают перепад между верхом подвала и эталонной точкой. В результате получают глубину котлована от земной поверхности до его основания.
Все значения в ходе вычислений заносят в журнал с пометками.
При рытье котлована или траншеи важно сохранять вертикальность стенок и предохранять их от осыпания. Для чего к стенкам вырытого котлована приставляют подпорные стенки из фанеры, металлической сетки или др. При устройстве траншей их подкрепляют поперечными дощечками, удерживающими распор грунта. При устройстве котлована для этих целей можно использовать планки, приставляемые к подпорным стенкам под углом 45°. При сооружении фундамента в несъемной опалубке подпорными стенками способны служить сами листы опалубки.
Если в траншее или котловане появляется вода, ее надо удалить с помощью дренажа — отвода грунтовых вод по трубам, уложенным под небольшим углом.
Непосредственно перед закладкой фундамента следует зачистить траншеи: они должны быть сухими и не содержать никаких лишних элементов.
В ходе выемки грунта периодически проверяют глубину котлована с помощью нивелира, сверяясь с эталонной точкой. Начинают проверки, когда котлован вырыт уже на 70 %. Затем по мере необходимости процедуру повторяют. Причем нивелир устанавливают за пределами обноски и измеряют высоту эталонной точки относительно его положения.
Потом расчетную глубину котлована прибавляют к полученному значению высоты и по рейке, установленной на дно вырытого на данный момент котлована, узнают, достигнута ли необходимая глубина. Разница отметки на рейке и полученного только что расчетного значения глубины покажет, на сколько еще требуется углубиться в грунт.

Рытье траншей и котлованов следует производить непосредственно перед началом закладки фундамента, а не заблаговременно, поскольку стенки вырытого углубления будут высыхать и осыпаться, терять вертикальность.

Такие проверки проводят в нескольких точках котлована, чтобы его дно было горизонтальным.
По мере ведения работ глубину надо проверять все чаще и чаще, потому что растет риск допустить ошибку.
Вертикальность стен котлована или траншеи зависит от типа грунта и их глубины. Максимальная глубина траншей с вертикальными стенками для разных типов грунта приведена.
Если условия не удовлетворяют данным таблицы, необходимо устраивать траншею с откосами. Насколько крутым должен быть откос, также зависит от типа грунта. Крутизну определяет отношение заложения откоса к высоте траншеи (котлована).
Если грунт слабый, то при большой глубине выемки откос может «сползти». Если такие явления замечены на начальном этапе земляных работ, следует укреплять стенки выемки стойками и досками. Если глубина выемки не более 3 м, то в глинистых грунтах (глина, суглинок, супесь) укрепления делают из досок толщиной 2,5 см, расположенных через каждые 1,5 м. Если глубина выемки не более 3 м, но грунт песчаный или гравелистый, берут доски толщиной 5 см. Для укрепления вертикальных стенок траншей (рис. 4) в них устанавливают доски толщиной 5—6 см, между которыми делают распорки по всей высоте траншеи с шагом 1 м или менее. Для разработки грунта вам понадобятся кирка, мотыга, лопата, лом (если глинистый грунт очень плотный), тачка для отвоза грунта. Вынутый грунт в зависимости от типа можно применить в строительстве (песок) или в качестве удобрения (торф);
8. Устройство противопучинистой искусственной подушки основания необходимо, если естественное основание состоит из слабых пучинистых грунтов. Часто процесс подготовки ограничивается уплотнением существующего грунта, но если оно невозможно или недостаточно, слой слабого грунта заменяют более прочным. Новый грунт, используемый в качестве основания, называют подушкой.
Существующий слабый пучинистый грунт вынимают и заменяют крупным или средней крупности песком, укладывая его слоями. После укладки каждого слоя подушку трамбуют и поливают водой. Процесс трамбовки подробно рассмотрен в следующем пункте.

Рытье траншеи или котлована начинают с мест максимальной их глубины, поскольку превышение проектной глубины недопустимо. Если все же произошла ошибка и выемка получилась глубже необходимой, производят засыпку песком, щебнем или гравием с последующим уплотнением. Можно заполнить превышение бетоном или камнем.

Общую толщину песчаной подушки рассчитывают в зависимости от предполагаемого давления здания и несущей способности оставшегося слабого грунта. При естественном глинистом основании требуется устройство бетонной подушки толщиной не менее 10 см или создание двухслойной гидроизоляции из гидростеклоизола.
Если естественное основание состоит из песка или супеси, желательно качественное уплотнение и добавление слоя гравия, который затем заливают слоем битумной мастики.
Если естественное основание содержит небольшое количество слабых (пучинистых) грунтов (20 % от общего объема или при глубине менее 50 см), необходимо заменить весь пучинистый слой песком средней крупности или гравием.
9. Уплотнение искусственного основания требуется и при строительстве на слабых грунтах. Выполнить его возможно несколькими способами:
— на поверхности специальными пневматическими трамбовочными машинами, причем можно добавить в грунт гравий или щебень;
— с помощью стальных или чугунных трамбовочных плит (весом 2—4 т);
— с помощью катка весом 10—15 т;
— поверхностными вибраторами (при трамбовке песчаных и пылеватых грунтов, но нерационально для глинистых грунтов). При этом уплотнение идет быстрее, а потому данный метод оказывается более эффективным;
— с помощью песчаных или грунтовых свай (при глубинном уплотнении слабых грунтов);
— с помощью цементации (при глубинном уплотнении слабых крупных и средних песков). Для чего в грунт забивают полые сваи, по которым нагнетают жидкий цементный раствор или цементное молоко. Затем сваи вынимают, а оставшиеся отверстия в грунте (при наличии таковых) также цементируют;
— с помощью силикатизации (при глубинном уплотнении лессовых, мелких песчаных, пылеватых песков, плывунов), которую проводят аналогично цементации, но по трубам (сваям) нагнетают раствор жидкого стекла (силиката натрия) и хлористого кальция, смешанный с раствором фосфорной кислоты. Для лессовых грунтов используют только раствор жидкого стекла, после чего грунт каменеет. Силикатизация может быть проведена одно- или двухрастворным составом: однорастворный состав включает в себя жидкое стекло и алюминат натрия, а двухрастворный — жидкое стекло и хлорид кальция.
Цементацию и силикатизацию называют также инъекционными методами укрепления грунта.