СОЗДАНИЕ ФУНДАМЕНТНЫХ ОПОР
Наиболее распространенный вид фундамента, который предлагает технология ТИСЭ, возводится с применением фундаментного бура ТИСЭ–Ф. (рис. 134). Такой фундамент можно считать вполне универсальным, причем в разных аспектах:
— по типу строений (он рассчитан на восприятие веса как легких щитовых строений и ограждений, так и домов с каменными стенами в 2…3 этажа);
— по видам грунтов (глина, суглинок, супесь, песок, грунты со слоистой структурой);
— по уровню грунтовых вод (высокий и низкий уровень грунтовых и паводковых вод);
— по климатическим условиям (с глубиной промерзания до 2,5 м и на вечной мерзлоте);
Рис. 134. Фундаментный бур ТИСЭ–Ф и фундамент, выполненный с его помощью
Универсальность такого фундамента дополняется тем, что его можно использовать в качестве сейсмоизоляции и виброизоляции. Повышенные энергосберегающие
свойства такого фундамента, низкая себестоимость и быстрые сроки его возведения в настоящее время также могут быть оценены в должной мере.
Разумеется, существуют условия, где подобный фундамент никак не применим, но это скорее исключение из правила.
Фундамент, имеющий заглубленные опоры с расширением внизу, был известен давно, но применялся в практике индивидуального строительства крайне редко, т. к. создание самих столбов с расширением внизу и их монтаж были достаточно трудоемкими операциями. С изобретением фундаментного бура ТИСЭ–Ф он стал быстро распространяться среди застройщиков. Почти десятилетний практический опыт позволяет считать такой фундамент достаточно надежным и универсальным. Его максимальная экономическая эффективность проявляется на сложных пучинистых грунтах, где требуется заглубление фундамента на глубину промерзания.
ФУНДАМЕНТНЫЙ БУР ТИСЭ–Ф
Фундаментный бур ТИСЭ–Ф выполнен в виде раздвижной штанги, с одной стороны которой расположена перекладина с двумя рукоятками на концах, а с другой — накопитель грунта с двумя режущими кромками, оснащенными резцами (рис. 135). Бур весит 7,5 кг.
Рис. 135. Фундаментный бур ТИСЭ–Ф: А — с откинутым и плугом; Б — с убранным плугом; 1 — развижная штанга; 2 — накопитель грунта; 3 — рукоятка; 4 — упор двухзвенный; 5 — плуг; 6 — шнур; 7 — стопор резьбовой; 8 — ось навески плуга
Над накопителем грунта расположен закрепленный на кронштейне откидной плуг. Он оснащен резцами и наклоняется в горизонтальное положение под собственным весом. Еще он снабжен стопорным механизмом, включающим серьгу, охватывающую штангу, и тягу, соединенную с плугом.
Поднимается плуг за шнур, соединенный с серьгой. Другой конец шнура закреплен на перекладине штанги. Штанга бура раздвигается на 2,2 м и закрепляется в крайних и промежуточных положениях резьбовым фиксатором.
Внимание
Резьбовой фиксатор позволяет задавать раздвижной штанге любую длину. Кроме того, через него передается весь крутящий момент. Именно поэтому резьбовой стопор следует затягивать плотно, хотя и не слишком сильно. При слабой затяжке фиксатора штанга может скрутиться.
Раздвижная штанга прослужит дольше, если при работе с буром её полностью не раздвигать, не доводить до максимальной длины на 5…10 см.
Диаметр цилиндрической части скважины — 0,25 м. Плуг бура — съемный переставной. Он позволяет выбирать в нижней части скважины полусферическую полость диаметром 0,4 м, 0,5 м или 0,6 м.
Для снижения рабочих усилий при бурении скважины в конструкции бура использованы интересные технические решения. Режущие кромки бура оснащены эффективными резцами, позволяющими облегчить бурение на жестких грунтах. Резцы сделаны из сырой стали. По мере срабатывания они от воздействия абразива в грунте заостряются. При попадании каменистых включений до 5 см резцы подцепляют их снизу, направляя в накопитель грунта.
Если обычные буры с прямолинейной режущей кромкой снимают с грунта стружку, то резцы бура ТИСЭ вспахивают грунт, на что требуется значительно меньших усилий.
Плуг не имеет подобных резцов, так как с ними он сильно зарывается в грунт и провернуть бур становится очень сложно. Кроме того, если при бурении цилиндрической скважины вращают бур по часовой стрелке, то при работе с плугом — в обе стороны.
Накопитель грунта не имеет внизу штыря, который традиционно существует на бурах по грунту. Средняя часть скважины не разрыхляется, а целиком поступает в накопитель грунта. Поэтому при бурении скважины не требуется сильно нажимать на бур: он сам достаточно свободно врезается в грунт. Его режущая часть напоминает головку бура, который используются любителями зимней рыбалки.
Накопитель грунта, обладая развитой боковой поверхностью, позволяет обеспечить прямолинейность и вертикальность стенок скважины. Его не уводит в сторону при попадании под резцы корней или камней.
Фундаментный бур оснащен одним плугом, расположенным сбоку (два плуга вручную и не стронешь), что создает при бурении несимметричную нагрузку, которая уравновешивается боковыми стенками накопителя грунта. Только при таком выполнении бура стало возможным сделать вручную расширение диаметром 60 см.
Перестановка плуга под различные диаметры расширения (60 и 50 см) осуществляется его переносом по одну или другую сторону от кронштейна навески. У плуга имеется дополнительная пара отверстий под расширение диаметром 40 см (рис. 136).
Рис. 136. Варианты навески плуга: А — при диаметре расширения 40 см; Б — при диаметре расширения 50 см; В — при диаметре расширения 60 см; Г — закрепление шнура на упоре
Рабочая головка бура достаточно эффективно работает на различных грунтах. На её базе в помощь застройщику разработаны дополнительные буры серии ТИСЭ.
Фундаментный бур ТИСЭ-2Ф
Для возведения легких ограждений или легких построек разработан фундаментный бур ТИСЭ-2Ф, позволяющий бурить скважину диаметром 20 см и делать расширение диаметром 40 или 50 см. Вес бура — 6,8 кг.
Бур на воду ТИСЭ–В. Диаметр скважины 20 см, раздвигается на 2,2 м, рабочая головка закреплена на штанге бура резьбовым соединением 3/4". Набирая вставку из 2 — 3 водопроводных труб, соединенных между собой резьбовыми муфтами, можно удлинить штангу бура до 10 м (рис. 137, А).
Бур садовый ТИСЭ–С. Диаметр скважины 20 см, раздвигается на длину 1,1…1,9 м, вес 4,5 кг (рис. 137, Б).
Бур–развертка ТИСЭ–Р. На бур ТИСЭ–Ф (без плуга) навариваются резцы для расширения скважины до требуемого диаметра (не более 40 см). Создание скважин увеличенного диаметра выполняется в два этапа. Сначала бурится скважина диаметром 25 см с применением бура ТИСЭ–Ф, затем она используется как направляющее отверстие и расширяется буром ТИСЭ–Р (рис. 137, В).
Рис. 137. Буры ТИСЭ (размеры в мм): А — бур на воду ТИСЭ–В; Б — бур садовый ТИСЭ–С; В — бур–развертка ТИСЭ–Р
БУРЕНИЕ СКВАЖИНЫ
После устройства обноски приступают к наметке центров будущих опор фундамента. Для этого надо натянуть нити по линии центров опор (рис. 133,138). В соответствии с рассчитайным шагом опор с применением отвеса намечают центры опор фундамента, куда забивают заметные небольшие колышки из дерева или металлического прутка. Точность указания центра опоры в боковом направлении — 1 см, а вдоль ленты–ростверка — 10 см.
Рис. 138. Разметка опор с использованием обноски
Из личного опыта
Пригласил на устройство фундамента двух работяг. Под моим контролем сделали обноску, наметили столбы. Своих забот у меня было много, поэтому оставшуюся часть работы я контролировал частично (проверял расширение опор внизу). Отлили опоры, приступили к разметке опалубки под ростверк. Оказалось, что линию опор по одной стороне дома они закосили на 20 см! В плане разбивка опор напоминала прямоугольную трапецию. Почему? "А там были корни деревьев", — объяснили невозмутимые жители Средней Азии.
Вышел из положения. Откорректировал положение дома, сохранив его размеры; допустил нецентральное расположение опор относительно ростверка, считая, что его жесткая рама с этим справится. Ширину ростверка пришлось увеличить с учетом расположения "косых" опор.
Бурение цилиндрической части скважины выполняется фундаментным буром ТИСЭ–Ф со снятым плугом (рис. 139, а).
Перед началом бурения точно вокруг намеченного центра опоры лопатой "на штык" делают углубление под размещение накопителя грунта. Для контроля глубины бурения на полностью раздвинутой штанге бура можно краской сделать отметку, соответствующую намеченной глубине бурения.
Глубина бурения на строительной площадке с уклоном задается от поверхности грунта у намеченной скважины, а не от какой‑то общей для всего строения горизонтальной плоскости.
Бурение осуществляют вращением бура по часовой стрелке. По мере заполнения накопителя грунта бур поднимают и опорожняют. Если грунт сухой и жесткий, то одновременно разбуривают несколько скважин, каждую из которых периодически штыкуют прутком арматуры или остро заточенной лопатой. После заполнения скважин водой твердый грунт размягчается и легче разбуривается.
Наличие в грунте камней может создать для застройщика определенные проблемы. Камни до 5 см бур свободно "проглатывает". Камни большего размера приходится извлекать иным путем — расшатывать их прутком арматуры, доставать мотыгой или тяпкой. Если не доходя до глубины промерзания 0,5 м попался большой валун, то расширение скважины можно выполнять непосредственно над ним. Если же валун оказался выше, то эту скважину следует заполнить грунтом, уплотнить и пролить водой, а затем приступить к бурению новой. В этом случае общую разбивку опор менять не следует. Допустимо местное уменьшение–увеличение шага до 0,5 м (рис. 129, в).
Рис. 139. Создание опоры с применением фундаментного бура ТИСЭ–Ф: А — бурение скважины; Б — расширение скважины; В — установка арматуры опоры; Г — заполнение скважины бетоном и закладка толевой рубашки; Д — разбивка опор; 1 — фундаментный бур; 2 — скважина; 3 — откидной плуг; 4 — арматура; 5 — толевая рубашка; 6 — фундаментная опора
Сложности в работе возникнут и при высоком уровне грунтовых вод. Но они будут сказываться только при заполнении скважины бетоном. Следует учитывать, что в скважине с расширенной нижней частью вода может вызвать обрушение свода над расширением (рис. 140). Поэтому заполнять скважину бетоном в этом случае лучше всего сразу после бурения.
Рис. 140. Обрушение скважины при высоком уровне грунтовых вод
При высоком уровне грунтовых или паводковых вод закладку фундамента лучше осуществлять летом или осенью, когда верховодка уйдет.
Для уменьшения усилий, прикладываемых к рукояткам бура, некоторые застройщики удлиняют их. Как правило, это приводит к скручиванию штанги бура, что исправить невозможно.
Для повышения эффективности бурения иногда приходится отгибать переднюю режущую кромку вниз, увеличивая тем самым "задний угол" резанья.
Образование в скважине полусферической полости выполняется плугом, который закрепляется на буре в одном из трех положений (рис. 139, б). Расширение диаметром 60 см — основная позиция плуга, предназначенная для создания опоры высокой несущей способности (рис. 136, в). Если строение легкое (щитовой дом, веранда, гараж), то расширение диаметром 50 см будет достаточным (рис. 136, б). Если опора создается под крыльцо или ограждение, то возможен диаметр 40 см (рис. 136, а). Расширение скважины осуществляется при вращении бура по часовой стрелке, без вертикального нажима на рукоятки. Бур можно вращать и против часовой стрелки, но от попадания грунта под накопитель он начинает подниматься вверх, "всплывать", затрудняя работу с плугом, упирающимся в свод сферической полости.
В процессе работы расширение скважины похоже на воронку. Снятый грунт по стенкам воронки скатывается в накопитель грунта, который опорожняется с каждым подъемом бура.
Когда расширение скважины выполнить сложно, то стоит вспомнить приемы, облегчающие этот процесс.
— Если штангой бура описывать коническую траекторию, то расширение скважины выполняется в более мягком режиме (рис. 141).
Рис. 141. Расширение скважины. Бур вращают по конической траектории
— На отдельных этапах разбуривания серьгу стопорного механизма можно снять со штанги. В этом случае двухзвенник будет как бы продолжением шнура, который управляет плугом о.
Рис. 142. Расширение скважины. Серьга снята со штанги
— Если грунт слишком жесткий, то расширение необходимо выполнять в два перехода. Сначала работают с меньшим расширением (диаметр 40 или 50 см), а затем выполняют окончательное расширение, перед которым лучше сначала углубить скважину на 10 см (рис. 143).
Рис. 143. Расширение скважины в два приема: А — расширение малым диаметром; Б — окончательное расширение
— Если грунт слишком жесткий, то расширение можно выполнять, чередуя работу с плугом и работу с самодельным долбежным инструментом (пруток арматуры 12 — 14 мм с приваренной отогнутой лапкой из листа толщиной 3 — 5 мм) (рис. 144). На таком грунте выполнять расширение максимального диаметра нецелесообразно, т. к. несущая способность столба со средним диаметром и так достаточно высока. Лучше уменьшить шаг фундаментных столбов и, соответственно, увеличить их количество.
Продолжительность бурения одной скважины с расширением сильно зависит от грунта. На песке это займет не более 30 минут, на глине — около 1,2 часа, а на жесткой глине — не менее 1,5…2 часов.
Армирование опоры — та подготовительная работа, которая может выполняться до начала строительства. Наиболее распространенный вариант арматуры для столбов — две скобы диаметром 10 — 12 мм (рис. 139, в). Их удобно гнуть трубой, заложив свободную часть прутка в узкую щель (рис. 145). Армирование опоры может выполняться с использованием отдельных прутков, связанных наверху друг с другом проволокой или веревкой. Верхняя часть арматуры может выступать за верхний обрез опоры, хотя в дальнейшем это может несколько затруднить устройство ленты–ростверка.
Рис. 144. Долбежный инструмент для разделки скважины в зоне расширения
Рис. 145. Изготовление арматуры опоры
Внимание
Если участок имеет уклон больше 10%, то арматуру следует выпустить в тело ростверка и не менее чем на 20 см. Жесткое соединение опоры с ростверком исключит возможность их отклонения при подвижках почвы.
Арматурой может служить и свернутая арматурная сетка (проволока 5 — 6 мм с ячейкой 100 — 150 мм).
В качестве арматуры можно применить практически любой длинномерный материал (угольники/железные полосы или прутки…).
Трубы использовать не рекомендуется. При высоком уровне грунтовых вод вода попадёт в полость трубы и, расширяясь при замерзании, создаст в массиве бетона растягивающие напряжения, способные разрушить его структуру. Если трубы находятся близко к краю опоры, то отслаивание бетона неизбежно (рис. 146). В дальнейшем образованные трещины будут насыщаться водой, разрушение бетона продолжится, а сама арматура, потеряв сцепление с бетоном, выключится из работы.
Рис. 146. Разрушение бетона около арматуры: 1 — бетон; 2 — труба; 3 — лед
Если у застройщика кроме труб ничего нет, то располагать их следует ближе к середине поперечного сечения опоры. Для нормальной работы в бетоне на концах труб должны быть какие‑нибудь выступающие элементы (резьбовые муфты, приваренные пластины или прутки…).
Главное — арматура должна быть очищена от грязи, толстого слоя ржавчины, смазки и краски. Обычный тонкий налет ржавчины не помешает. Для проведения очистки подойдет стальная щетка или эквивалентная насадка на дрель. Очистка выполняется для обеспечения хорошего сцепления металла с бетоном.
Какой длины должна быть арматура?
Основное ее назначение — не дать пучинистым грунтам оторвать расширенную часть опоры. Исходя из этого, верхняя законцовка арматуры должна быть выше расширенной части не менее чем на 0, 7 м, т. е. высота петли — около 1,2 м.
Хотя армирование столбов необходимо, не следует излишне беспокоиться по этому поводу. После загрузки фундамента домом арматура столбов практически выключается из работы, так как растяжение, на которое она рассчитана, исчезает.
Но полностью её игнорировать не следует. Арматура нужна и для того, чтобы фундаментный столб от сжатия не срезался (рис. 147).
Рис. 147. Срез опоры без арматуры от действия вертикальной нагрузки
Между прочим, такой срез может возникнуть и в том случае, если при заполнении скважины бетоном кусочек гидроизоляции из полиэтиленовой пленки случайно оторвется или подвернется, оказавшись где‑то в середине бетонного массива.
Основное правило при любом армировании: арматура должна быть в теле бетона не ближе 3 — 4 см от боковой поверхности (столба). Это необходимо и для защиты стали от влаги, и для полноценного включения арматуры и бетонного массива в совместную работу.
БЕТОНИРОВАНИЕ ОПОРЫ
Приготовление бетона — наиболее трудоемкая и ответственная часть работы. В качестве рабочей смеси можно использовать пескобетон и бетон со щебнем (подробнее о бетоне и бетонировании — в разделе "Бетонирование"). Для снижения расхода цемента в бетон вводят щебень, который заполняет объем бетонной смеси. Среди застройщиков бытует ошибочное мнение, что щебень позволяет повысить прочность бетона. Нет, он вводится только для экономии цемента. Более того, использование известкового щебня или кирпичного боя в качестве заполнителя существенно снижает морозостойкость бетона. Использование мелкого пылеватого песка в качестве заполнителя бетонной смеси недопустимо. Не следует делать бетонную смесь излишне подвижной: на лопате она должна лежать лепешкой толщиной около 10 см. Повышенная влажность смеси — это увеличение расхода цемента, снижение морозостойкости, причина расслоения бетонной смеси.
Для приготовления бетона следует знать объем скважины и расход материалов. Объем скважины диаметром 0,25 м, глубиной 1,5 м и с расширением 0,6 м — около 0,12 м3. Если используется бетон без щебня (пескобетон), то на одну скважину потребуется 1 мешок цемента, 12 ведер песка (2 тачки) и 2,5 ведра воды (если песок — с умеренной влажностью).