Fundament domu jednorodzinnego

Co to jest posadowienie?

Zgodnie z definicją [1] budynek jest obiektem budowlanym trwale związanym z gruntem, wydzielonym z przestrzeni za pomocą przegród budowlanych oraz posiadającym fundamenty i dach. Fundament jest też elementem charakteryzującym większość budowli oraz obiektów małej architektury. Stanowi o ich trwałym związaniu z podłożem gruntowym będącym wierzchnią warstwą skorupy ziemskiej. Zespół wszystkich fundamentów obiektu budowlanego określa się mianem posadowienia.

Fot. Deskowanie oraz zbrojenie ław fundamentowych przygotowane do betonowania

Z konstrukcyjnego punktu widzenia fundament ma za zadanie przekazać wszystkie obciążenia z obiektu budowlanego na grunt nośny i zapewnić jego odpowiednią nośność. Zgodnie z zapisami EN 1990:2002 w uzasadnionych przypadkach należy sprawdzić, czy nie zostaną przekroczone następujące stany graniczne nośności (stateczności):

– utrata równowagi konstrukcji lub podłoża, rozpatrywanych jako ciała sztywne – zapewniają nośność (stan graniczny EQU);

– wewnętrzne zniszczenie albo nadmierne odkształcenie konstrukcji lub elementów konstrukcji (stan graniczny STR);

– zniszczenie albo nadmierne odkształcenie podłoża (stan graniczny GEO);

– utrata stateczności konstrukcji albo podłoża spowodowana ciśnieniem wody (wyporem) lub innymi oddziaływaniami pionowymi (stan graniczny UPL);

– wypiętrzenie hydrauliczne, erozja wewnętrzna lub przebicie hydrauliczne w podłożu spowodowane spadkiem hydraulicznym (stan graniczny HYD).

W odniesieniu do stanu granicznego użytkowalności należy sprawdzać następujące składniki przemieszczenia fundamentu i posadowienia: osiadanie, różnice osiadań, obrót, przechylenie, względne ugięcie, względny obrót, przemieszczenie poziome, a w przypadku obciążeń dynamicznych – również amplitudę drgań.

Rys. 1 Stopy fundamentowe

Rys. 2 Ławy fundamentowe: a) kamienna, b) betonowa, c) żelbetowa

Jakie są rodzaje posadowienia?

Sposób posadowienia budynku jest zależny od układu konstrukcyjnego budynku oraz warunków gruntowych w miejscu realizacji. Główny podział posadowień dotyczy sposobu przenoszenia obciążeń na podłoże gruntowe i wyróżnia posadowienie bezpośrednie i pośrednie.

Rys. 3 Płyta fundamentowa

Posadowienie bezpośrednie ma miejsce wtedy, gdy reakcje z budynku przekazywane są przez fundamenty bezpośrednio na warstwy nośne podłoża. Możliwe jest to tylko w sytuacji, kiedy warstwy takie zalegają stosunkowo płytko poniżej poziomu terenu. Jeśli grunt nośny zalega głęboko bądź występują inne czynniki eliminujące możliwość posadowienia bezpośredniego (np. wysoki poziom wód gruntowych, bliskość skarpy), należy zaprojektować i wykonać posadowienie pośrednie za pomocą pali, słupów lub studni. Fundamentowanie w trudnych warunkach gruntowych jest bardzo obszernym zagadnieniem, które wykracza poza ramy niniejszego opracowania, dlatego skupimy się na posadowieniu bezpośrednim.

Rys. 4 Mapa stref przemarzania gruntu wg PN-81/B-03020

Fundamenty bezpośrednie ze względu na konstrukcję dzielimy na:

– stopy fundamentowe (rys. 1),

– ławy fundamentowe (rys. 2),

– fundamenty płytowe (rys. 3),

– fundamenty skrzyniowe.

Głębokość posadowienia

Głębokość posadowienia fundamentów budynku zależy od kilku czynników, z których najważniejsze to:

1. Wymagania użytkowe: sposób zagospodarowania przestrzeni położnej poniżej poziomu gruntu przez pomieszczenia piwniczne, garażowe itp. będzie miał decydujący wpływ na różnicę poziomów między terenem a spodem fundamentu.

2. Głębokość przemarzania gruntu: w warunkach zimowych może dochodzić do spadku temperatury gruntu poniżej 0^oC. W konsekwencji znajdująca się tam woda, zamarzając, będzie zwiększać swoją objętość, powodując wysadziny. Z tego powodu spód fundamentu musi się znajdować niżej niż największa głębokość przemarzania, która zależy od strefy klimatycznej. Dla Polski podział na strefy został zdefiniowany w normie (rys. 4).

3. Układ warstw nośnych gruntu: podstawa fundamentu musi wspierać się na warstwie gruntu zapewniającej odpowiednią nośność. Układ warstw ustala się na podstawie badań geotechnicznych. Ich wynik stanowi też podstawę wyboru sposobu fundamentowania.

4. Poziom zwierciadła wody gruntowej i jego możliwe wahania: jeśli poziom wody gruntowej znajduje się powyżej poziomu posadowienia, konieczne będzie zastosowanie rozwiązań, które pozwolą na obniżenie zwierciadła wody na czas robót budowlanych, oraz zapewnienie szczelnej izolacji przeciwwodnej na czas eksploatacji budynku.

Rys. 5 Przekrój przez ławę fundamentową betonową: a) prostokątną, b) schodkową, c) trapezową

Rys. 6 Przekrój przez ławę fundamentową żelbetową: a) prostokątną, b) schodkową, c) trapezową

Stopy fundamentowe

Stopy fundamentowe stosuje się wszędzie tam, gdzie reakcja z budynku przekazywana jest na grunt punktowo, czyli zwykle pod słupami lub kominami. W zależności od materiału, z jakiego są wykonane, dzielimy je na murowane, betonowe i żelbetowe. Stopy murowane (ceglane lub kamienne) ze względu na dużą pracochłonność wykonania oraz ograniczenie tylko do obciążeń osiowych obecnie stosowane są bardzo rzadko.

Uprawniony projektant w projekcie budowlanym określa wymiary stóp fundamentowych dla konkretnego obiektu. On też decyduje, czy stopa fundamentowa powinna być wykonana jako betonowa lub żelbetowa.

Rys. 7 Prawidłowo wytyczone i utrwalone w terenie osie ścian pozwalają na bieżąco kontrolować poprawność wykonania fundamentów

Ławy fundamentowe

Jeśli obciążenia z budynku przekazywane są na grunt w sposób liniowy, np. ze ściany nośnej lub rzędu słupów, to projektowana jest i wykonywana ława fundamentowa. Podobnie jak stopy ława może być betonowa, żelbetowa  lub murowana. Ławy murowane, podobnie jak stopy, stosowane są bardzo rzadko.

Monolityczne ławy fundamentowe to najczęściej konstrukcje z betonu towarowego C12/15 lub C16/20 zbrojone zwykle podłużnie czterema stalowymi prętami (gatunku St0, St3, 34GS) średnicy 12 mm, powiązanymi strzemionami średnicy 6 mm, w odstępach co 30 cm. Na ogół ławy mają przekrój prostokąta o wysokości 30–50 cm i szerokości 40–100 cm. Dość rozpowszechnione są też ławy o przekroju schodkowym lub trapezowym (rys. 5).

Jeśli warunki nośności wymagają zwiększenia szerokości ław tak, że ich wystające poza obrys ściany wsporniki będą miały wysięg większy lub równy wysokości ławy, należy zastosować ławy żelbetowe, tzn. wyposażyć je w niezbędne zbrojenie poprzeczne (rys. 6).

W domach jednorodzinnych ławy są usytuowane głównie pod ścianami noś-nymi budynku,czyli zewnętrznymi i niektórymi wewnętrznymi, np. wydzielającymi klatkę schodową lub stanowiącymi oparcie dla belek stropowych. Bardzo ważne jest, aby wymiary ław, głębokość posadowienia, klasę betonu i stali dobrał uprawniony projektant w zależności od nośności gruntu, strefy klimatycznej, poziomu wody gruntowej, liczby kondygnacji itd.

Fundamenty płytowe i skrzyniowe

W sytuacji gdy istnieje ryzyko nierównomiernego osiadania podłoża gruntowego pod naciskiem budynku, a także na słabych gruntach, gdzie obliczone wymiary stóp i ław fundamentowych są duże, bardzo często ekonomicznie uzasadnione jest ich połączenie w jeden wspólny element posadowienia. Zwykle jest nim płyta fundamentowa. Jeśli jednak budynek ma posiadać kondygnacje podziemne, projektuje się fundament skrzyniowy, którego ścianami są ściany szczelinowe zabezpieczające wykop w trakcie realizacji.

Płyty i skrzynie fundamentowe są konstrukcjami monolitycznymi żelbetowymi, które każdorazowo wymagają obliczeń projektowych. Najczęściej warunkiem decydującym przy projektowaniu płyt fundamentowych jest ich nośność na przebicie punktowymi elementami konstrukcji (słupami), dlatego zwykle ich grubość wynosi ok. 80–150 cm.

Zasady wykonywania fundamentów

Fundament jest podstawą budynku, jest więc realizowany jako pierwszy jego element. Oprócz zaprojektowania nośności bardzo ważną sprawą jest jego poprawne wytyczenie w terenie przez geodetę. Wyznaczenie osi ścian budynku i ich utrwalenie na placu budowy jest potwierdzane wpisem do dziennika budowy (rys. 7).

Przed rozpoczęciem prac budowlanych należy usunąć wierzchnią, organiczną warstwę gruntu zwaną humusem. Nie ma ona właściwości nośnych, ale przyda się przy zagospodarowaniu działki po zakończeniu budowy.

Kolejnym etapem jest wykonanie wykopów. Jeśli posadowienie zaprojektowano na ławach i budynek nie będzie podpiwniczony, wystarczą wykopy nieco szersze od projektowanego fundamentu. Jeśli wykonujemy je mechanicznie (np. za pomocą koparki), ostatnie warstwy gruntu do poziomu posadowienia należy usuwać ręcznie, tak żeby nie naruszyć struktury gruntu poniżej poziomu posadowienia. W przypadku konieczności częściowej wymiany gruntu nienośnego trzeba pamiętać o zagęszczaniu nasypu warstwami co ok. 20–30 cm.

Przez cały czas trwania robót ziemnych należy pilnować, żeby nie doszło do zalania wykopu wodami opadowymi. Penetracja wody zarówno w ścianach wykopu, jak i w poziomie posadowienia może w zależności od rodzaju gruntu znacząco zmienić jego parametry fizyczne.

Na dnie wykopu do poziomu posadowienia wykonuje się podlewkęz tzw. chudego betonu (betonu niskiej wytrzymałości) o grubości ok. 15 cm. Ma ona wzmocnić grunt w poziomie posadowienia oraz uszczelnić styk ławy z warstwą gruntu przed przenikaniem wody z zaczynu cementowego.

Kolejnym etapem jest wykonanie deskowania ław i stóp fundamentowych oraz przygotowanie i ułożenie zbrojenia podłużnego i poprzecznego (jeśli jest wymagane). Ten etap prac powinien być odebrany i potwierdzony wpisem do dziennika budowy. Następnym etapem będzie betonowanie fundamentów (fot.).

Po związaniu betonu w ławach i stopach wykonuje się poziomą izolację przeciwwilgociową, najczęściej z pasm papy ułożonych na ich górnej powierzchni. W ten sposób uzyskamy podstawę do wznoszenia ścian fundamentowych.

Od sposobu zaprojektowania i wykonania fundamentów w dużej mierze zależy bezpieczeństwo całej budowli. Z tego względu ławy, ściany fundamentowe oraz płyty fundamentowe należą do najważniejszych konstrukcji, muszą więc być starannie i solidnie wykonane.

dr inż. Andrzej Dzięgielewski  

Politechnika Warszawska

Bibliografia

1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. – Prawo budowlane.

2. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

3. A. Kuchler, A. Siemińska-Lewandowska, M. Mitew-Czajewska, Fundamenty i posadowienia budynków. Budownictwo ogólne, t. 3, praca zbiorowa pod red. dr. hab. inż. L. Lichołai, Arkady, Warszawa 2008.