Как рассчитать количество бетона на фундамент

Для зданий любого типа фундамент необходим.

Теоретически, здание можно было бы поставить прямо на поверхность грунта, но грунт всегда имеет прочность в несколько раз ниже, чем прочность любого строительного материала.

Грунты могут иметь различные физико-механические характеристики, которые, к тому же, могут меняться, например, грунт может набухать при намокании, давать усадку при высыхании, вспучиваться при промерзании, проседать при оттаивании, сползать и т.д.

Поэтому необходимо устройство заглубленной в грунт конструкции, которая будет опираться на более прочные глубокие слои грунта, называемые основанием, и распределять на них нагрузку от здания. Важно выбрать тип фундамента для каждого конкретного случая, чтобы здание было стабильным и не подвергалось деформациям.

От чего зависит выбор типа фундамента

Фундамент — это, практически, самая дорогостоящая часть строительной конструкции. Его стоимость может составлять от 25 до 40% всех затрат на строительство.

Чем тяжелее здание и чем ненадежнее грунт на строительном участке, тем массивнее должен быть фундамент, и тем он, соответственно, дороже, поскольку требует затрат большого количества строительных материалов и труда.

При выборе типа фундамента всегда стремятся к балансу: с одной стороны, он должен быть достаточно надежным для конкретных условий, с другой — слишком большой запас дополнительной прочности приводит к неоправданно высоким расходам на его обустройство.

Ответственные здания в гражданском и промышленном строительстве проектируют специалисты, обладающие всеми необходимыми знаниями и навыками.

На первом этапе проводятся инженерно-геологические изыскания, исследуются грунты на строительном участке, определяется уровень залегания грунтовых вод.

Для поиска оптимального решения специалисты используют методики расчета по предельным состояниям. Все напряжения, деформации и перемещения, которые возникают в основании и элементах конструкции фундамента, должны быть приведены близко к предельным значениям, но не доходить до них и, тем более, их не превышать.

В последнее время при проектировании зданий успешно применяется метод численного моделирования поведения грунтов оснований и фундаментов, который моделирует все экстремальные нагрузки и последствия для фундаментов и здания в целом.

Выбирается такое конструктивное решение, при котором в фундаменте и основании не возникают предельные состояния, благодаря чему оптимизируются расходы на строительство и обеспечивается достаточная надежность конструкции.

В частном строительстве обычно такие сложные расчеты не требуются, однако многое зависит от конкретных условий.

Важно!

Рекомендуется перед началом строительства обратиться в соответствующие службы, выяснить особенности грунта на строительной площадке, уровень залегания грунтовых вод, а затем обратиться проектное бюро для разработки проекта. Учитывая, насколько дорогостоящим проектом является постройка даже небольшого дома, имеет смысл поручить расчет фундамента специалистам.

В некоторых случаях, например, при постройке легкого деревянного дома на достаточно надежном грунте, можно обойтись и собственными силами, если знать некоторые важные моменты.

Надежность грунта: что это, и от чего она зависит

Грунтами называют горные и осадочные породы, которые составляют верхние слои поверхности земли. В их состав входят твердые минеральные частицы, жидкость и газ.

Основными характеристиками грунтов являются:

1. плотность твердых частиц;
2. плотность самого грунта;
3. природная влажность.

Дополнительными характеристиками являются гранулометрический состав, коэффициент пористости, плотность в сухом состоянии, степень влажности, число пластичности, показатель текучести.

Слои грунта, на которые опирается фундамент здания, называются основанием.

Согласно ГОСТ 25100–2020 «Грунты. Классификация», основания бывают скальные и нескальные:

1. К скальным основаниям относятся грунты, в которых частицы жестко связаны друг с другом, поэтому скальные основания залегают в виде сплошного массива довольно большой прочности. Скальные грунты подразделяют на типы по прочности от очень прочных до грунтов весьма низкой прочности (всего 7 категорий).
2. Нескальные основания также называют грунтовыми. В них связи между частицами гораздо меньше, чем прочность самих частиц, поэтому и сам грунт менее прочный. К нескальным основаниям относятся крупноблочные (гравийные, валунные, галечниковые), песчаные (гравелистые, крупные, мелкие, пылеватые), пылевато-глинистые.

Скальные основания считаются достаточно прочными, но при строительстве тяжелых зданий на скальных основаниях необходимо провести тщательные расчеты.

Также необходимо учитывать уровень грунтовых вод. Они могут располагаться в 1,5–2,5 м от поверхности (верховодка); глубже, на слое водонепроницаемых пород (безнапорные грунтовые воды), а также на большой глубине между двумя водонепроницаемыми пластами (артезианские воды).

Некоторые типы грунтов, например, пылевато-глинистые, показывают разную надежность в зависимости от их пористости и влажности. Твердые и полутвердые пылевато-глинистые грунты являются надежным основанием. Илистые грунты являются особой категорией пылевато-глинистых грунтов, которым свойственны набухание и усадка, поэтому в случае строительства на таком основании расчеты производятся по особой методике с применением специализированных конструктивных и эксплуатационных материалов.

К ненадежным относятся вечномерзлотные грунты на северных территориях.

Имеет значение способность грунта насыщаться водой. Песок легко пропускает воду, а глинистые грунты, суглинки, илы сильно насыщаются водой.

При насыщении влагой объем грунта может увеличиться, а затем при высыхании — уменьшиться. В конце осени и начале зимы, когда температура воздуха постепенно снижается, вода начинает замерзать, накапливается в грунте и увеличивает его объем (на 20–100%). Этот процесс называется пучением грунта. Он способен вызвать деформации фундамента и даже опрокидывание постройки, поэтому в таких случаях важно выбрать более массивный и заглубленный фундамент.

Важно!

Если уровень грунтовых вод на 2 и более метров ниже глубины промерзания, грунт становится непучиноопасным, потому что капиллярного подъема воды недостаточно, чтобы доставить ее к фронту промерзания.

Также на надежность основания влияет его плотность, например, надежным основанием не являются рыхлые пески.

Необходимо учитывать ползучесть, которая присуща в той или иной мере любым грунтам. Из-за этого деформации возрастают при постоянной нагрузке даже после того, как она прекращается.

В процессе выполнения земляных и строительных работ природная структура грунта может нарушаться, и происходит его разуплотнение (например, на дне котлована). Осадка грунта возможна и в процессе эксплуатации здания.

Неравномерная осадка может вызвать различные виды деформаций здания (изгиб подошвы плитного фундамента, вызывающий прогиб здания, перекосы, кручение, крен или поворот здания относительно его вертикальной оси, горизонтальное смещение и т.д.)

Какие типы фундаментов существуют на сегодняшний день

Фундаменты классифицируются по форме, материалу изготовления (монолитные или сборные из элементов) и условиям изготовления (на строительной площадке или заводского производства).

Классификация фундаментов по форме

Существует четыре основных типа фундаментов. Рассмотрим их основные отличительные черты.

Плитные фундаменты

Плитный фундамент называют также сплошным или фундаментной плитой.

По сути, это и есть плита толщиной от 40 см, которая частично заглублена в грунт.

Благодаря тому, что плитный фундамент — это сплошная плита, расположенная под всей площадью здания, распределение нагрузки от здания на основание происходит равномерно.

Плитный фундамент очень надежен; его можно применять на любых типах грунта, независимо от глубины промерзания, а также на пучинистых грунтах.

Плитые фундаменты обычно изготавливаются из железобетона в виде монолитной плиты.

Основное достоинство плитного фундамента — его надежность и пригодность для любого типа грунта. Но применяют их не так часто, потому что им присущи некоторые недостатки:

1. монолитный плитный фундамент — это дорогостоящая конструкция, которая требует затрат большого количества материалов;
2. монолитную плиту заливают за один раз, что осложняет строительные работы, поскольку нужно подвезти достаточное количество материалов и располагать достаточным количеством техники и рабочих рук;
3. нет возможности устроить в здании на плитном фундаменте подвальные и цокольные помещения.

Ленточные фундаменты

Ленточный тип фундамента в частном строительстве очень популярен. Ленточные фундаменты могут изготавливаться монолитными железобетонными либо быть сборными (из бетонных блоков или кирпича).

Интересно!

Наиболее надежным и долговечным является монолитный железобетонный вариант ленточного фундамента. Он служит до 200 лет, в отличие от, к примеру, кирпичного фундамента, срок службы которого составляет около 80 лет. Но иногда изготовление сборного ленточного фундамента оправданно из-за простоты и быстроты либо в связи с наличием под рукой подходящих материалов.

Ленточный фундамент представляет собой так называемую «ленту», которая располагается под всеми несущими стенами здания по всей их длине, а иногда также под перегородками.

Ширина ленты — до 60 см, соответственно, площадь подошвы такого фундамента намного меньше, чем у плитного, и нагрузка приходится только на нее. С другой стороны, благодаря такой конструкции экономятся строительные материалы, а также появляется возможность обустроить подвальное помещение или цокольный этаж в доме.

Глубина промерзания грунтов в различных регионах

Обычно ленточные фундаменты заглубляются в грунт ниже точки его промерзания (эти данные уточняют для каждого региона).

Столбчатый фундамент

Столбчатый фундамент представляет собой набор опор (столбов) круглого или квадратного сечения, расположенных по углам здания, а также под всеми пересечениями стен и простенков. При длине стен более 6 м также располагают дополнительные опоры под стенами. Шаг расположения опор выбирают, исходя из данных о надежности грунта с учетом уровня заглубления опор, площади их сечения, а также массы здания.

Опоры выполняются из железобетона либо из штучных материалов (кирпич, блоки). Они могут подвозиться на строительную площадку в готовом виде либо заливаться на месте в опалубку.

Размер сечения опоры обычно составляет 30х30 см (в некоторых случаях — 20х20 см). Общая площадь подошвы фундамента в данном случае — сумма площадей сечения всех опор. Она еще меньше, чем у ленточного фундамента и, соответственно, строительных материалов нужно еще меньше, однако и надежность такого фундамента ниже.

Поэтому столбчатые фундаменты не используются на пучинистых грунтах при высоком залегании грунтовых вод.

Однако они подходят для строительства легких домов на надежных грунтах.

Также важна глубина заложения столбчатого фундамента. Ее, а также площадь подошвы фундамента рассчитывают по нормам СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений».

При строительстве не очень ответственных зданий параметры выбираются примерно, с учетом характеристик грунта, с небольшим запасом:

1. если грунт надежный, а уровень грунтовых вод ниже точки промерзания, можно ставить незаглубленный фундамент (под опорами устраивают в ямах песчано-гравийные подушки высотой 20–60 см) либо малозаглубленный (на 40–70 см);
2. если грунт слабый, то столбчатый фундамент должен быть заглублен до уровня на 10–20 см ниже точки промерзания грунта, но выше уровня грунтовых вод.

Важно!

Чем менее заглублен фундамент, тем меньше должен быть шаг расположения опор. Так, для заглубленного фундамента он может равняться 3–6 м, для мелкозаглубленного — 2–4 м, а для незаглубленного — 1,5–3 м. Для легких домов можно выбирать шаг расположения опор чуть больше.

Свайные фундаменты

Свайный фундамент представляет собой отдельные опоры, сильно заглубленные в грунт. Опоры могут быть независимыми либо соединенными вверху ростверком.

Сваи изготавливают на заводе и подвозят на строительную площадку либо заливают прямо в грунт (буронабивной метод).

Свайные фундаменты очень надежны; они применяются обычно на слабых основаниях и для тяжелых конструкций (например, для многоэтажных домов), поэтому расчеты для них производятся в проектных организациях.

Существует также строительство на винтовых сваях.

Винтовые сваи изготавливают из металла; их конструкция позволяет ввинчивать их в грунт.

Преимуществами таких фундаментов являются быстрый монтаж и пригодность для любых типов зданий и любых грунтов, а также стандартизированные элементы заводского изготовления, но для выполнения фундамента нужно специальное оборудование.

Винтовые свайные фундаменты используют в сложных инженерно-геологических условиях, включая участки с большим перепадом рельефа.

Что еще нужно учитывать при выборе типа фундамента:

1. плитные фундаменты подходят для участков без большого уклона;
2. при отсутствии перепадов рельефа на слабых грунтах с высоким залеганием грунтовых вод на плитных фундаментах строят легкие дома (каркасные и деревянные), для более тяжелых конструкций, например, дома из кирпича или из газобетона, рекомендуется выбрать свайный фундамент.
3. на слабых грунтах с высоким уровнем залегания грунтовых вод, с перепадами высот больше 50 см на 10 п. м, рекомендуется строить дома на ленточных или свайных фундаментах.

Как рассчитать необходимое количество бетона и других строительных материалов для фундамента

При изготовлении фундамента необходимо заранее рассчитать количество материалов, которые потребуются для строительства. Это нужно как для определения бюджета строительства, так и для того, чтобы внезапно не столкнуться в разгар стройки с нехваткой материалов.

Для сборных фундаментов рассчитывают количество элементов (блоков, кирпича).

Железобетонный фундамент изготавливают из бетона, заказанного на растворном узле либо смешанного самостоятельно из цемента и прочих компонентов.

Особенность монолитных конструкций состоит в том, что их заливают за один прием.

Важно!

В некоторых случаях, если залить за один прием не получится, в изделии устраивают швы, но метод имеет свою специфику.

Поэтому, чтобы обеспечить бесперебойную работу, нужно рассчитать, какой объем бетона нужен для фундамента (или сколько цемента, щебня, песка, химических добавок для бетонных смесей). Также необходим расчет арматуры и материалов для опалубки.

Чтобы произвести расчеты, нужно знать объем конструкций фундамента или, как его еще иногда называют, кубический объем конструкций фундамента.

Для произведения необходимых расчетов существуют специальные онлайн-калькуляторы. В них вносят все необходимые параметры, и калькулятор рассчитывает количество бетона, арматуры и материалов для опалубки в зависимости от типа фундамента.

Также можно произвести расчеты самостоятельно.

Как рассчитать кубические объемы фундамента

Фундамент, по сути, представляет собой параллелепипед, если это фундамент плитный, либо несколько параллелепипедов, если это ленточный или столбчатый фундамент на опорах прямоугольного сечения.

Как известно из школьного курса математики, объем параллелепипеда равен произведению его длины, ширины и высоты или произведению высоты и площади сечения (у фундамента это площадь подошвы).

Важно!

Если опоры столбчатого фундамента имеют круглое сечение, объем каждой опоры рассчитывают по формуле 3,14 × r² × h, где r — это радиус сечения опоры, а h — ее высота.

Расчет площади подошвы фундамента

На первом этапе необходимо рассчитать минимальную площадь подошвы фундамента, которая будет равномерно распределять нагрузку от здания на основание и обеспечивать его устойчивость. После этого уже выбирают размеры подошвы плитного фундамента, ширину ленточного фундамента или размеры сечения и количество опор столбчатого фундамента таким образом, чтобы найденное минимальное значение было превышено.

Чем легче здание и надежнее грунт основания, тем меньшая площадь подошвы фундамента требуется для обеспечения надежности конструкции, поэтому площадь подошвы фундамента рассчитывается с учетом характеристик грунта и веса здания.

Используется следующая формула:

S = a × F/(b × R),

в которой:

S — это наименьшая площадь подошвы фундамента (м²);

а — значение коэффициента запаса (принимается 1,2);

F — нагрузка на основание (включает массу здания, массу фундамента, дополнительные источники давления);

b — коэффициент рабочих условий (зависит от типа грунта и особенностей строительной конструкции);

R — расчетное сопротивление почвы МПа (МПа =10,197 кг/см²).

Расчетное сопротивление разных типов грунта представлено в ГОСТ 25100–2020 «Грунты. Классификация» (таб. А).

Значения коэффициента рабочих условий в зависимости от типа конструкции и состава грунта представлены в таблице ниже.

Жесткими зданиями считаются каменные, кирпичные, бетонные; пластичными — деревянные.

Важно!

Полученное значение — это минимальная площадь подошвы фундамента. В реальных условиях площадь подошвы должна быть больше.

Зная общую площадь подошвы фундамента, можно выбирать линейные размеры плитного или ленточного фундамента либо разделить это значение на количество опор столбчатого фундамента, чтобы узнать площадь каждой опоры. Все значения округляют в большую сторону.

Расчет бетона на фундамент

Расчет кубической площади или, говоря другими словами, необходимого объема раствора, производится путем умножения площади подошвы фундамента на его высоту.

Важно!

Производя все расчеты в метрах, получаем объем в кубических метрах. Это и есть количество кубов бетона для фундамента. Рекомендуется добавить 15% на потери.

Какой бетон выбрать для фундамента

Класс бетона для фундамента выбирают в зависимости от типа здания. Для легких зданий, например, бань, летних домов достаточно бетона класса В15, для больших нагрузок — В22,5–В25.

Для получения бетона класса В22,5 на цементе ЦЕМ I 42,5Н ГОСТ 31108-2016 (старое обозначение — М500), применяют следующие пропорции компонентов:

1. цемент — 1 часть;
2. песок — 2,4 части;
3. щебень 4,3 части;
4. вода из расчета 50–55% от массы цемента.

Пропорции бетонной смеси по массе и характеристики смеси можно посмотреть в таблице.

Важно!

Заранее надо рассчитать не только количество материалов, но и физические возможности строителей. Если фундамент заливают своими руками без применения специальной техники, нужно ориентироваться на то, что два человека за рабочую смену могут уложить обычно три куба бетона.

Добавки для бетонных растворов

Важный компонент бетонных смесей — современные химические добавки, которые позволяют получать бетоны с заданными характеристиками.

Согласно СП 28.13330.2012 «Защита строительных конструкций от коррозии», бетонные конструкции, которые имеют контакт с агрессивными средами, нуждаются в защите и иметь характеристики, обеспечивающие неизменяемость характеристик  конструкции на все время эксплуатации сооружения. Характеристики обеспечиваются двумя методами:

Метод  первичной защиты — внесение в состав бетонной смеси специальных добавок;
Метод вторичной защиты — нанесение на бетонную поверхность материалов на основе полимеров, цемента или нефтепродуктов.

Фундамент — это конструкция, которая имеет постоянный контакт с грунтом. Грунт всегда содержит воду, которая для бетона является слабоагрессивной средой, поэтому требуется применять меры его защиты. Прежде всего, необходимо получить плотный бетон с повышенными характеристиками по водостойкости и морозостойкости.

Для обеспечения необходимых характеристик бетона фундаментов в качестве первичной защиты рекомендуется применять добавку CemBase CEMMIX.

Это многофункциональная суперпластифицирующая и суперводоредуцирующая добавка, которая позволяет увеличить плотность, прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и долговечность бетонных изделий.

Формула добавки CemBase адаптирована к отечественным цементам и заполнителям, в том числе, к шлакощелочным цементам с содержанием шлаков до 80%.

Добавление CemBase в состав бетонной смеси увеличивает ее подвижность без добавления лишней воды. Это особенно важно при бетонировании густоармированных конструкций. Бетонная смесь укладывается плотно, вытесняются пузырьки воздуха, уменьшается количество пор в бетоне и их диаметр. Также повышение подвижности смеси благоприятно сказывается на удобоукладываемости, позволяя снизить трудоемкость бетонных работ.

При использовании добавки CemBase повышается ранняя прочность бетона, что позволяет повысить оборачиваемость опалубки и раньше начать нагружать фундамент, а значит, сократить сроки строительства.

CemBase позволяет экономить до 15% цемента в замесе без потери прочности. При изготовлении крупных изделий экономия может быть значительной.

При этом сама добавка низкодозированная; нужно всего 0,5–1 л на 100 кг цемента.

Для получения бетона с водо- и грязеотталкивающими характеристиками необходима добавка CemAqua. Она может применяться совместно с другими добавками CEMMIX.

Добавление CemAqua обеспечивает объемную гидрофобизацию бетона.

Для предотвращения усадки и образования трещин, повышения прочности и долговечности фундамента, рекомендуется также применение базальтовой или полипропиленовой фибры CEMMIX. Она добавляется непосредственно при замесе или в воду затворения.

Расчет опалубки

Опалубку также можно рассчитать самостоятельно. Для этого необходимо рассчитать сумму площадей поверхностей, которые будут закрыты опалубкой.

Для плитного фундамента нужно посчитать площадь каждой стороны плиты.

Например, для плитного фундамента 5х10 м, высотой 0,5 м общая площадь поверхности опалубки будет равна

(5 × 0,5 + 10 × 0,5) × 2 = 15 (м²).

(На самом деле, немного больше, потому что опалубку делают больше высоты фундамента).

Для ленточного фундамента нужно посчитать площадь наружных поверхностей так же, как для плитного фундамента. Затем аналогичным образом считают сумму площадей внутренних поверхностей «ленты». Например, для тех же размеров фундамента с шириной ленты 0,5 м, сумма площадей внутренних поверхностей фундамента составит (4 × 0,5 + 9 × 0,5) × 2 = 13 (м²). 

Для столбчатого фундамента с опорами прямоугольного сечения высчитывается площадь поверхности каждой опоры, затем ее нужно умножить на количество опор.

Для опор круглого сечения обычно в качестве опалубки применяют трубы. В данном случае достаточно посчитать общую длину всех опор, умножив высоту одной опоры на количество опор.

Важно!

Ко всем полученным на бумаге величинам необходимо добавить 10–15% на случай ошибок или потерь.

Расчет арматуры

Для армирования фундамента обычно применяют стержневую металлическую арматуру или сетки.

Арматуру связывают или сваривают, чтобы получить каркас.

Длина стержней обычно составляет 6–12 м.

Чтобы правильно посчитать необходимое количество арматуры, нужно определить, на каком расстоянии будут располагаться элементы, и какую длину они будут иметь. Таким образом, можно подсчитать общую длину стержней и разделить ее на длину одного стержня, чтобы получить нужное количество стержней.

Расчет количества необходимых для изготовления фундамента материалов требуется провести на ранних этапах проектирования. Обязательно включите в список добавки для бетонных смесей и фибру CEMMIX. Произведя необходимые расчеты, вы увидите, что их приобретение положительно скажется на общей смете, не говоря уже о снижении трудоемкости бетонных работ и качестве готового бетонного изделия. Купить добавки и фибру CEMMIX можно оптом, в розницу и онлайн.