Тонкости подбора и установки арматуры для фундамента

Заложение фундамента давно стало традиционным в строительстве любого здания, он обеспечивает его устойчивость, надежность, охраняет здание от непредвиденных почвенных смещений. Выполнение этих функций касается, в первую очередь, правильной установки фундамента, с соблюдением всех возможных нюансов. Это касается в том числе и верного использования арматурных элементов в структуре железобетонного основания, поэтому сегодня мы постараемся раскрыть все тонкости подбора и установки арматуры для фундамента.

Каждый строитель понимает, что обычный бетон без специальных укрепляющих элементов по своей структуре недостаточно прочен – в особенности если речь идет о больших нагрузках от габаритных зданий. Фундаментная плита выполняет двойную роль сдерживания нагрузок: 1) сверху – от здания или строения и всех элементов внутри него; 2) снизу – от почвы и грунта, которые при определенных условиях могут менять свои объемы – пример тому пучинистость почвы из-за низкого уровня промерзания грунта.

Сам по себе бетон способен воспринимать огромные нагрузки на сжатие, но если речь идет о растяжении – он явно нуждается в дополнительных укрепляющих или фиксирующих конструкциях. Чтобы избежать серьезных повреждений строения и увеличить срок его эксплуатации, застройщиками уже достаточно давно был разработан тип укладки железобетонного фундамента, или укладка бетона совместно с арматурными элементами.

Отдельный минус использования арматурных частей в том, что фундаменты такого типа устанавливаются гораздо дольше, их монтаж сложнее, требуется больше техники, больше стадий подготовки территории и больше рабочих рук. Не говоря уже о том, что к выбору и установке арматурных элементов есть свои своды правил и норм. Однако говорить о минусах сложно, так как фундаментом без арматурных частей сейчас почти никто не пользуется.

Общими параметрами, на которых должен опираться техник при выборе арматуры являются:

• потенциальный вес здания со всеми надстройками, каркасными системами, мебелью, техникой, цокольными или мансардными этажами, даже с нагрузкой от снега;
• тип фундамента – арматурные элементы устанавливаются практически во всех видах фундамента (это монолитный, свайный, мелкозаглубленный), однако, под установкой железобетонного фундамента чаще всего понимается именно ленточная разновидность;
• специфика внешней среды: средние температурные значения, уровень промерзания грунта, пучинистость почвы, уровень грунтовых вод;
• вид грунтовых пород (тип арматуры, как и тип фундамента, сильно зависит от состава почвы, наиболее распространен суглинок, глина и супесь).

Как уже было сказано, установка арматуры в железобетонном фундаменте регулируется отдельным сводом правил. Техники пользуются правилами под редакцией СНиП 52-01-2003 или СП 63.13330.2012 под пунктами 6.2 и 11.2, СП 50-101-2004 некоторую информацию можно найти в ГОСТ 5781-82* (если речь идет об использовании стали как арматурного элемента). Данные своды правил могут быть сложны для восприятия начинающего строителя (учет свариваемости, пластичности, коррозийной устойчивости), однако, как бы там ни было, придерживаться им – залог успешного строительства любого здания. В любом случае даже при найме специализированных работников для работы на вашем объекте, последние должны руководствоваться этими нормами.

К сожалению, можно выделить лишь основные требования к армированию фундамента:

• рабочие стержни (о которых речь пойдет чуть ниже) должны быть диаметром не менее 12 миллиметров;
• что касается количества рабочих/продольных стержней в самом каркасе, рекомендуемая цифра – от 4 и более;
• относительно шага поперечной армировки – от 20 до 60 см, при этом поперечные стержни должны быть диаметром не менее 6-8 миллиметров;
• усиление потенциально опасных и уязвимых к нагрузкам мест в арматуре происходит путем использования вутов и лапок, хомутов, крюков (диаметр последних элементов вычисляется исходя из диаметра самих стержней).

Выбор необходимой арматуры именно для вашего строения – дело нелегкое. Самыми очевидными параметрами выбора арматуры для фундамента является вид, класс, а также марка стали (если речь идет именно о стальных конструкциях). На рынке представлены несколько разновидностей арматурных элементов для фундамента в зависимости от состава и назначения, формы профиля, технологии изготовки, особенностям нагрузки на фундамент.

Если говорить о видах арматуры для фундамента исходя из состава и физических свойств, то существуют металлические (или стальные) и стеклопластиковые арматурные элементы. Более всего распространен первый тип, он считается более надежным, недорогим и проверенным не одним поколением техников. Однако сейчас все чаще можно встретить и арматурные элементы из стеклопластика, они появились в массовом производстве не так давно и многие техники пока еще не рискуют использовать этот материал в установке крупногабаритных зданий.

Различают всего три вида стальных арматур для фундамента:

• горячекатаная (или А);
• холоднодеформированная (Вр);
• канатная (К).

При установке фундамента используется именно первый тип, он прочен, упруг, устойчив к деформации. Второй тип, который некоторые застройщики любят называть проволочным, стоит дешевле и применяется только в индивидуальных случаях (обычно – арматура класса прочности 500 Мпа). Третий тип обладает слишком высокими характеристиками прочности, его использование в основе фундамента нецелесообразно: и экономически, и технически затратно.

В чем преимущества стальных конструкций:

• высокая надежность (иногда в качестве арматуры используется низколегированная сталь с исключительно высокими показателями жесткости и прочности);
• устойчивость к огромным нагрузкам, способность сдерживания колоссального давления;
• электропроводимость – эта функция используется редко, однако, с помощью нее опытный техник сможет надолго обеспечить бетонную конструкцию качественным теплом;
• если в соединении стального каркаса используется сварка, то прочность и целостность всей конструкции не изменяется.

Отдельные минусы стали, как материала для армирования:

• высокая теплопроводность и, как итог, железобетонные основания больше пропускают тепло в зданиях, что не очень хорошо в жилых помещениях при низких внешних температурах;
• подверженность материала к коррозии (этот пункт – самый большой «бич» больших построек, застройщик может дополнительно обработать сталь от ржавчины, но такие методы очень экономически невыгодны, а результат не всегда оправдан из-за различий в нагрузках и влиянии влаги);
• большой общий и удельный вес, что затрудняет установку стального проката без специализированной техники.

Постараемся разобраться в чем преимущества и недостатки стеклопластиковой арматуры. Итак, преимущества:

• стеклопластик намного легче стальных аналогов, следовательно, он проще в транспортировке и легче в установке (иногда не требует специальной техники для укладки);
• абсолютные пределы прочности стеклопластика не так велики, как у стальных конструкций, однако, высокие показатели удельной прочности делают этот материал пригодным для установки в фундаментах сравнительно небольших зданий;
• не подверженность коррозии (образованию ржавчины) делает стеклопластик в какой-то степени уникальным материалом при строительстве зданий (самые прочные стальные элементы нередко нуждаются в дополнительной обработке для увеличения сроков службы, стеклопластик не требует проведения этих мероприятий);

• если стальные (металлические) конструкции по своей природе являются отличными электропроводниками и не могут быть использованы на производствах энергетических предприятий, то стеклопластик является отличным диэлектриком (то есть плохо проводит электрические заряды);
• стеклопластик (или связка стекловолокна и связующего вещества) был разработан в качестве более дешевого аналога стальным моделям, даже вне зависимости от сечения цена на стеклопластиковую арматуру гораздо ниже стальных элементов;
• низкая теплопроводность делает стекловолокно незаменимым материалом в изготовке фундамента и перекрытий для сохранения устойчивой температуры внутри объекта;
• конструкция некоторых альтернативных видов арматуры позволяет устанавливать их даже под водой, это объясняется большой химической устойчивостью материалов.

Конечно, в использовании этого материала есть и свои недостатки:

• хрупкость является в некотором роде визитной карточкой стеклопластика, как уже было сказано, в сравнении со сталью показатели прочности и жесткости здесь не так велики, это и отталкивает многих застройщиков от использования данного материала;
• без дополнительной обработки защитным покрытием стеклопластиковая арматура крайне неустойчива к истиранию, износу (а, поскольку арматура помещается в бетон, избежать этих процессов при нагрузках и высоком давлении невозможно);
• высокая термическая устойчивость считается одним из плюсов стекловолокна, однако, связующее вещество в данном случае крайне нестабильно и даже опасно (при возникновении пожара стеклопластиковые стержни могут просто расплавиться, поэтому использовать этот материал в фундаменте с потенциально высокими температурными значениями нельзя), но это делает стеклопластик вполне безопасным к применению в строительстве обычных жилых помещений, небольших зданий;

• низкие значения упругости (или способность к изгибанию) делают стеклопластик незаменимым материалом в установке некоторых индивидуальных видов фундамента с низким давлением, однако, опять же – этот параметр является скорее минусом для фундаментов зданий с большой нагрузкой;
• плохая устойчивость к некоторым видам щелочей, что может привести к разрушению стержней;
• если для соединения стали может быть использована сварка, то стеклопластик из-за своих химических свойств не может быть связан таким образом (проблема это или нет – решить однозначно сложно, так как даже металлические каркасы на сегодняшний день скорее вяжут, чем сваривают.

Если подходить к разновидностям арматуры подробнее, то в сечении ее можно разделить на круглый и квадратный типы. Если речь идет о квадратном типе, то он используется в строительстве значительно реже, применим при установке угловых опор и создании сложных заборных конструкций. Углы арматуры квадратного типа могут быть как острыми, так и смягченными, а сторона квадрата варьируется от 5 до 200 миллиметров в зависимости от нагрузок, вида фундамента и назначения здания.

Круглый тип арматуры бывает гладкого и гофрированного типа. Первый тип более универсален и используется в абсолютно разных сферах строительного производства, а вот второй тип распространен при установке именно фундаментов и это вполне объяснимо – арматура с последовательным рифлением более приспособлена к большим нагрузкам и фиксирует фундамент в начальном положении даже в случае избыточного давления.

Можно разделить гофрированный тип на четыре разновидности:

• рабочий тип выполняет функцию фиксации фундамента при внешних нагрузках, а также заботиться о недопущении образования сколов и трещин в фундаменте;
• распределительный тип тоже выполняет функцию фиксации, но уже именно рабочих арматурных элементов;
• монтажный тип более специфичен и необходим лишь на этапе соединения и крепления металлического каркаса, он нужен для распределения арматурных прутьев в правильном положении;
• хомуты, по сути, не выполняют никакой функции, кроме связки арматурных частей в одно целое, для последующего помещения в траншеи и заливки бетоном.

Главным параметром выбора арматуры для фундамента является ее диаметр или сечение. Такая величина, как длина или высота арматуры редко применяется в строительстве, эти значения индивидуальны для каждого строения и каждый техник обладает своими ресурсами при строительстве здания. Не говоря уже о том, что некоторые производители игнорируют общепризнанные стандарты длины арматуры и склонны к производству своих моделей. Армировка фундамента бывает двух типов: продольное и поперечное. В зависимости от вида фундамента и нагрузки сечения могут сильно меняться.

Продольное армирование обычно предполагает использование ребристых арматурных элементов, для армирования поперечного типа – гладких (сечение в данном случае составляет 6–14 мм) классов А-I – A-III.

Если руководствоваться нормативными сводами правил, можно определить минимальные значения диаметра отдельных элементов:

• продольные стержни до 3 метров – 10 миллиметров;
• продольные от 3 и более метров – 12 миллиметров;
• поперечные стержни высотой до 80 сантиметров – 6 миллиметров;
• поперечные стержни от 80 и более сантиметров – 8 миллиметров.

Как уже было замечено – это лишь минимально допустимые значения для арматуры фундамента и значения эти допустимы скорее к традиционному типу арматуры – к конструкциям стального типа. К тому же – не забывайте, что любой вопрос в строительстве зданий, а в особенности при строительстве объектов нестандартного типа с заранее неизвестной потенциальной нагрузкой, должен решаться индивидуально исходя из правил СНиП и ГОСТа. Рассчитать следующую величину самостоятельно достаточно сложно, но это тоже признанный стандарт – диаметр железного каркаса не должен быть менее 0,1% от сечения всего фундамента (это лишь самый минимальный процент).

Если идет речь о строительстве на территориях с нестабильным грунтом (где небезопасна установка кирпичных, железобетонных или каменных строений из-за их большого общего веса), то используются стержни с сечением 14 мм и более. Для более мелких строений используется обычный армокаркас, однако, не стоит относиться к процессу заложения фундамента попустительски даже в этом случае – запомните, даже самый большой диаметр/сечение не спасет целостность фундамента при неправильной схеме армирования.

Еще раз стоит оговориться – не существует универсальной схемы установки арматурных элементов фундамента. Самые точные данные и вычисления, которые вы можете найти – лишь индивидуальные наброски для отдельных и чаще всего типовых зданий. Опираясь на эти схемы, вы рискуете надежностью всего фундамента. Даже нормы и правила СНиП не всегда могут быть применимы к строительству того или иного здания. Поэтому можно выделить лишь отдельные, общие рекомендации и тонкости по армированию.

Возвращаемся к продольным стержням в арматуре (чаще всего это арматура класса AIII). Их следует размещать в верхней и нижней части фундамента (вне зависимости от его вида). Такое расположение понятно – большую часть нагрузок фундамент будет воспринимать именно сверху и снизу – от грунтовых пород и от самого здания. Застройщик в полном праве установить дополнительные ярусы для большего укрепления всей конструкции, но учитывайте, что такой способ применим для объемных фундаментов большой толщины и не должен нарушать целостности других элементов арматуры и монолитности самого бетона. Без учета данных рекомендаций, будут постепенно появляться трещины и сколы в местах крепления/соединения фундамента.

Поскольку фундамент у средних и больших зданий обычно превышает толщиной 15 сантиметров, нужно устанавливать и вертикальную/поперечную арматуру (здесь уже используются чаще гладкие стержни АI класса, об их допустимом диаметре было сказано ранее). Основное назначение именно поперечных элементов арматуры – препятствие образованию повреждений фундамента и фиксация рабочих/продольных стержней в нужном положении. Очень часто арматура поперечного типа используется для производства рамок/форм, в которые и помещаются продольные элементы.

Если говорить о заложении ленточного фундамента (а нами уже было замечено, что именно для такого типа чаще всего применимы арматурные элементы), то расстояние между продольными и поперечными элементами армирования можно высчитать исходя из СНиП 52-01-2003.

Если следовать данным рекомендациям, то минимальное расстояние между стержнями определяется такими параметрами, как:

• сечение арматуры или ее диаметр;
• размер заполнителя бетона;
• тип железобетонного элемента;
• размещение армированных частей к направлению бетонирования;
• метод заливки бетона и его компрессии.

Продольный тип: расстояние определяется с учетом разновидности самого железобетонного элемента (то есть в основе какого именно объекта используется продольное армирование – колонна, стена, балка), типовых значений элемента. Расстояние должно быть не больше двукратной высоты сечения объекта и составлять до 400 мм (если объекты линейного приземленного типа – не более 500). Ограниченность величин объяснима: чем больше расстояние между поперечными элементами, тем больше нагрузок оказывается на отдельные элементы и бетон между ними.

Шаг поперечной арматуры не должен быть меньше половины высоты бетонного элемента, но и не быть больше 30 см. Это тоже объяснимо: величина меньше при установке на проблемных грунтах или при высоком уровне промерзания, не будет оказывать существенное влияние на прочность фундамента, величина больше возможна, однако, применима к крупным зданиям и строениям.

Некоторые рекомендации по расчету арматуры уже были представлены выше. В этом пункте мы постараемся вникнуть в тонкости подбора арматуры и будем опираться уже на более-менее точные данные для установки. Ниже будет описываться способ самостоятельного расчета арматурных элементов для фундамента ленточного вида.

Самостоятельный расчет арматуры при соблюдении некоторых рекомендаций, выполнить довольно просто. Как уже было сказано, для горизонтальных элементов фундамента выбираются гофрированные стержни, для вертикальных – гладкие. Самым первым вопросом, помимо измерений нужного диаметра арматуры, является расчет количества стрежней для вашей территории. Это важный пункт – он необходим при закупке или заказе материалов и позволит составить точную схему размещения арматурных элементов на бумаге – вплоть до сантиметров и миллиметров. Запомните еще одну простую вещь – чем больше габариты здания или оказываемая на фундамент нагрузка, тем больше арматурных элементов и толще металлические стержни.

Расход количества арматурных элементов на отдельный кубический метр железобетонной конструкции рассчитывается исходя из тех же параметров, которые используются для выбора вида фундамента. Стоит заметить, что мало кто ориентируется именно на ГОСТ при строительстве зданий, для этого есть специально разработанные и узконаправленные документы – ГЭСН (Государственные элементарные сметные нормы) и ФЕР (Федеральные единичные расценки). По ГЭСН на 5 кубических метров конструкции фундамента следует использовать не менее одной тонны металлокаркаса, при этом последний должен быть равномерно распределен по фундаменту. ФЕР – сборник более точных данных, где высчитывается количество не только исходя из площади конструкции, но и из наличия пазов, отверстий и других доп. элементов в конструкции.

Требуемое количество арматурных стержней для каркасов высчитывается исходя из следования следующим этапам:

• замерьте периметр вашего строения/объекта (в метрах), для функционирования которого и планируется заложить фундамент;
• к полученным данным добавьте параметры стен, под которыми будет располагаться основание;
• вычисленные параметры умножаются на количество продольных элементов в здании;
• полученное число (общая величина основания) умножается на 0,5, результатом и будет являться требуемое количество арматуры на ваш участок.

Как уже было сказано, диаметр железного каркаса не должен быть менее 0,1% от сечения всего железобетонного основания. Площадь сечения основания вычисляется исходя из умножения его ширины на высоту. Ширина основания в 50 сантиметров и высота в 150 сантиметров образуют площадь сечения в 7500 квадратных сантиметров, что равняется 7,5 см сечения арматуры.

При следовании ранее описанных рекомендаций, вы смело можете приступать к следующему этапу установки арматурных элементов – монтаж или скрепление, а также сопутствующие действия. Для начинающего техника создание каркаса может показаться бесполезной и энергозатратной задачей. Основное предназначение сооружаемого каркаса – распределение нагрузок на отдельные арматурные части и фиксация арматурных элементов в первичном положении (если нагрузка на один стержень может привести к его смещению, то нагрузка на каркас, который включает в себя от 4 стержней рифленого типа, будет значительно меньше).

В последнее время можно встретить скрепление арматурных металлических прутьев через электросварку. Это быстрый и естественный процесс, не нарушающий целостности каркаса. Сварка применима при больших глубинах укладки фундамента. Но у этого вида крепления есть и свой минус – не все арматурные элементы пригодны для того, чтобы их варить. Если стержни пригодны, в их маркировке присутствует буква «С». Это проблема и для каркаса из стеклопластика и других арматурных материалов (менее известных вроде некоторых видов полимеров). К тому же, если в фундаменте используется каркас силового вида, то последний на местах крепления должен иметь относительную свободу смещений. Сварка ограничивает эти необходимые процессы.

Еще одним способом крепления прутьев (как металлических, так и композитных) является проволочная вязка или обвязка. Она используется техниками при высоте бетонной плиты не более 60 сантиметров. В ней задействованы лишь некоторые виды технической проволоки. Проволока более пластична, она обеспечивает свободу естественного смещения, чего нет у сварки. Но проволока более подвержена коррозийным процессам и не забывайте, что покупка нужно качественной проволоки – это дополнительные расходы.

Последний и наименее распространенный способ крепления – использование пластиковых хомутов, однако, они применим лишь в индивидуальных проектах не особенно крупных зданий. Если вы собираетесь вязать каркас руками, то в данном случае рекомендуется использовать специальный (вязальный или винтовой) крюк или обычные плоскогубцы (в редких случаях используется вязальный пистолет). Стержни стоит связывать на месте их перекрещивания, диаметр проволоки в данном случае должен быть не менее 0,8 мм. При этом проходит вязание сразу двумя слоями проволоки. Общая толщина проволоки уже на перекрещивании может варьироваться в зависимости от типа фундамента и нагрузок. Концы проволоки нужно связывать друг с другом на конечном этапе крепления.

В зависимости от вида фундамента могут изменяться и характеристики арматуры. Если говорить о фундаменте на буронабивных сваях, то здесь используется арматура ребристого типа с диаметром около 10 мм. Количество прутьев в данном случае зависит от диаметра самой сваи (если сечение до 20 сантиметров достаточно использовать металлокаркас с 4 стержнями). Если же речь идет о монолитном плиточном фундаменте (один из самых ресурсозатратных видов), то здесь диаметр арматуры составляет от 10 до 16 мм, а верхние армирующие пояса должны размещаться так, чтобы образовались так называемые сетки 20/20 см.

Стоит сказать пару слов и о защитном слое бетона – это то расстояние, которое защищает арматурные стержни от воздействий внешней среды и снабжает всю конструкцию дополнительной прочностью. Защитный слой является чем-то вроде крышки, защищающей общую конструкцию от повреждений.

Если следовать рекомендациям СНиП, то защитный слой необходим для:

• создания благоприятных условий совместного функционирования бетона и арматурного скелета;
• правильного укрепления и фиксации каркаса;
• дополнительного предохранения стали от негативных воздействий внешней среды (температурные, деформационные, коррозийные влияния).

Не пугайтесь при виде наших рекомендаций. Не забывайте, что правильная установка фундамента без посторонней помощи – результат не одного года практики. Лучше один раз ошибиться, даже следуя указанным нормам, и знать, как что-то делать в следующий раз, чем постоянно ошибаться, опираясь лишь на советы ваших знакомых и друзей.

Не забывайте о помощи нормативных документов СНиП и ГОСТ, первичное их изучение может показаться вам сложным и непонятным, однако, когда вы хоть немного освоитесь в установке арматуры для фундамента, вы найдете эти пособия полезными и сможете их использовать дома за чашечкой чая или кофе. Если какой-то из пунктов окажется для вас слишком сложным – не стесняйтесь обращаться в специализированные сервисы поддержки, специалисты помогут вам с точными подсчетами и составлением всех необходимых схем.

О том, как быстро вязать арматуру для фундамента, смотрите в следующем видео.