Фундамент и подвал энергоэффективного здания
Глава из книги Юрия Лапина “Автономные экологические дома“. Печатается с согласия автора.
Из всех ошибок, происходящих на стройке, наиболее пагубны те, которые касаются фундаментов, так как они влекут за собой гибель всего здания и исправляются только с величайшим трудом.
А.Палладио, итальянский архитектор, XVI век
Фундамент – основа дома, его самая ответственная часть, исправление допущенных в нем ошибок обходится дороже всего. Эта мысль повторяется рефреном во всех руководствах по строительству, с древнейших времен до наших дней. Иногда говорят, что на фундаменте экономить нельзя. Можно и нужно, поправляют строительные эксперты, но делать это должен только профессионал-проектировщик.
Спасшемуся после кораблекрушения земная твердь представляется чем-то абсолютно надежным и незыблемым. Для специалистов же по инженерной геологии и проектированию фундаментов, она представляется весьма зыбкой, ненадежной и изменчивой средой, имеющей, к тому же, мозаичную структуру: ее свойства могут существенно изменяться на расстоянии уже в несколько метров. Особенно это характерно для нашей страны, где сезонные замерзание и оттаивание почвы приводят, вследствие аномального поведения воды вблизи точки замерзания, к значительным и неравномерным ее колебаниям.
Грунты неодинаково пропускают поверхностные и подземные воды. Это отражается на поведении прилегающей к постройке почвы. Верхний ее слой в средней полосе России промерзает зимой на 1,4 – 1,8 м. замерзание влечет за собой пучение грунтов, насыщенных влагой. Как известно вода при замерзании, в отличие от других веществ, не уменьшается в объеме, а расширяется. Почему многие водосодержащие грунты, в частности глинистые, при замерзании вспучиваются, а при оттаивании оседают. Эти силы морозного пучения достигают величин в 10 – 15 тонн/м2 и могут поднять-опустить любое здание. Равномерные подъемы и опускания были бы незаметны и не создавали бы проблем, но в реальности эти силы на протяжении даже небольшого фундамента всегда неравномерны не только по вертикали, но и по горизонтали. В результате – сдвиги стен, разрыв кладки, что ослабляет фундамент, наполняет подвал сыростью и плесенью. Влажные грунты имеют свойство смерзаться с закопанными частями дома и, вспучиваясь, приподнимать их.
А неблагоприятные погодные условия могут спровоцировать повышение уровня подземных вод. Нередко это приводит к серьезным повреждениям постройки. Чтобы избежать этой напасти, строители издавна советуют заглублять фундамент ниже глубины сезонного промерзания грунтов в данной местности. Глубина сезонного промерзания грунта приводится в справочной строительной литературе, в Подмосковье она, в частности, равна приблизительно 1,5 – 1,7 м, но, в зависимости от конкретных условий она может изменяться в обе стороны. Но и это еще не все. Просачиваясь сквозь почву и перемещаясь в ней, осадки и грунтовые воды растворяют различные твердые вещества и газы, в том числе вредные для цементного раствора, каменной кладки и бетона. Процесс разрушения фундамента незаметен, но его последствия весьма ощутимо сказываются на здании: нарушается целостность несущих конструкций; плесень и грибок перекидываются через подвал на верхние этажи и затрагивают в конце концов весь дом. Дверные коробки и оконные рамы могут сильно деформироваться, что станет причиной появления щелей и зазоров, через которые дом начнет ускоренно терять тепло. Паркет или любое другое напольное покрытие под воздействием сырости коробится. Ремонт становится неотвратимым. А это новые затраты, причем без гарантии, что весь восстановительный процесс не придется повторять снова и снова.
Еще один «фундаментальный» вопрос связан с наличием или отсутствием подвала или цокольного этажа. Дискуссия о том, что лучше дом с подвалом или без него, имеет давнюю историю. Есть приверженцы обоих вариантов. Конечно, в ряде случаев конкретные грунтовые условия в месте строительства подсказывают тот или иной выбор. Однако в общем можно сказать, что для энергоэффективного дома подвал желателен, но не обязательно под всем домом. Достаточно иметь подвал под частью дома для размещения в нем теплового аккумулятора, контейнера компостирующего биотуалета и некоторых других инженерных устройств. Часто продлевают подвал в сторону входа, где удобно устроить погреб для хранения продуктов. Кроме того, подвал можно заранее оборудовать и как убежище на случай каких-либо чрезвычайных происшествий.
Рациональная конструкция фундаментов – тема большая и интересная, но мы не можем здесь на ней останавливаться, ограничимся только рассмотрением основных особенностей фундаментов энергоэффективных домов.
Из почв и грунтов, где больше, где меньше, выделяется в результате распада естественных радионуклидов радиоактивный газ радон. Попадая в атмосферу, он быстро рассеивается, не представляет угрозы для здоровья людей, попадая же в ограниченный объем подвала или жилого помещения, он может накапливаться до опасных концентраций. Фундамент, вне зависимости от того, есть подвал или нет, должен предотвращать попадание в здание радона из грунта в опасных количествах. Влага и радон проникают в жилища через трещины, поры и неплотности соединений строительных материалов и конструкций, в первую очередь фундамента. Отсюда все меры по гидроизоляции, сводящиеся к ликвидации или закупорке трещин, будут способствовать также повышению степени его газоизопроницаемости. Для гидроизоляции фундамента применяют три вида мероприятий, которые можно применять совместно:
Легче всего сделать газо- и водонепроницаемыми монолитные фундаменты, которые являются, в том числе и поэтому, предпочтительными для эффективных домов. Выполнение фундамента сборным из отдельных блоков или кирпича нежелательно по причине проблематичности в этом случае обеспечения хорошей гидро- и газоизоляции. Кроме того, такой фундамент оказывается избыточным по массе и прочности для малоэтажных зданий.
Одна из проблем устройства фундаментов связана с промерзанием грунта зимой. Это приводит к двоякого рода негативным последствиям. С одной стороны, здание через фундамент теряет тепловую энергию, уходящую в холодный грунт. С другой стороны, многие водосодержащие грунты при замерзании-оттаивании меняют свой объем, то поднимаясь, то опускаясь. Эти подвижки могут быть неравномерными на протяжении нескольких дециметров, а сила их измеряется тоннами или десятками тонн на м2, чего вполне достаточно чтобы перекосить или повредить строительное сооружение. В связи с этим специалисты рекомендуют заглублять фундамент ниже глубины промерзания грунта, что приводит к большим затратам средств и материалов.
Последнее время появились, так называемые МФМЗ – морозоустойчивые фундаменты мелкого заложения. Они доказали свою высокую эффективность, в частности при строительстве на Севере. Идея их проста и элегантна. Встретить врага (холод) на дальних подступах, а не у границ фундамента. Иными словами, теплоизолировать не сам фундамент, а массив грунта, окружающий его. Поскольку площадь поверхности грунта по периметру здания, через которую основная масса холода зимой проникает к фундаменту, сравнительно невелика, то и утеплителя требуется немного. Дополнительно устраняется морозное пучение вокруг фундамента, грунт не замерзает. Поэтому и фундамент можно делать более дешевым – мелкого заложения, поскольку устранено промерзание.
Наклонное утепление (термоотмостка) укладывается по всему периметру фундамента в виде юбки. Утеплять таким образом фундамент целесообразно в любом случае, даже когда он заложен глубоко из желания иметь подвальное помещение. Эта конструкция стала возможной после появления экструзивного (неэкструзивный не годится!) пенополистирола и пеностекла с почти нулевым влагопоглощением, долговечных и устойчивых к почвенным растворам. Здания с МФМЗ хорошо зарекомендовали себя на Аляске. Устройство так утепленного фундамента делает более эффективной и летнюю закачку избыточного тепла от солнечных установок в грунт вокруг фундамента, что является одной из форм сезонного аккумулирования энергии. Однако здание с таким фундаментом должно обязательно эксплуатироваться зимой, иначе фундамент может промерзнуть через пол первого этажа.
Таким образом, фундамент энергоэффективного дома должен обладать повышенным гидро- и газоизоляционными свойствами и быть утепленным для снижения теплопотерь дома в грунте.
Из всех ошибок, происходящих на стройке, наиболее пагубны те, которые касаются фундаментов, так как они влекут за собой гибель всего здания и исправляются только с величайшим трудом.
А.Палладио, итальянский архитектор, XVI век
Фундамент – основа дома, его самая ответственная часть, исправление допущенных в нем ошибок обходится дороже всего. Эта мысль повторяется рефреном во всех руководствах по строительству, с древнейших времен до наших дней. Иногда говорят, что на фундаменте экономить нельзя. Можно и нужно, поправляют строительные эксперты, но делать это должен только профессионал-проектировщик.
Спасшемуся после кораблекрушения земная твердь представляется чем-то абсолютно надежным и незыблемым. Для специалистов же по инженерной геологии и проектированию фундаментов, она представляется весьма зыбкой, ненадежной и изменчивой средой, имеющей, к тому же, мозаичную структуру: ее свойства могут существенно изменяться на расстоянии уже в несколько метров. Особенно это характерно для нашей страны, где сезонные замерзание и оттаивание почвы приводят, вследствие аномального поведения воды вблизи точки замерзания, к значительным и неравномерным ее колебаниям.
Грунты неодинаково пропускают поверхностные и подземные воды. Это отражается на поведении прилегающей к постройке почвы. Верхний ее слой в средней полосе России промерзает зимой на 1,4 – 1,8 м. замерзание влечет за собой пучение грунтов, насыщенных влагой. Как известно вода при замерзании, в отличие от других веществ, не уменьшается в объеме, а расширяется. Почему многие водосодержащие грунты, в частности глинистые, при замерзании вспучиваются, а при оттаивании оседают. Эти силы морозного пучения достигают величин в 10 – 15 тонн/м2 и могут поднять-опустить любое здание. Равномерные подъемы и опускания были бы незаметны и не создавали бы проблем, но в реальности эти силы на протяжении даже небольшого фундамента всегда неравномерны не только по вертикали, но и по горизонтали. В результате – сдвиги стен, разрыв кладки, что ослабляет фундамент, наполняет подвал сыростью и плесенью. Влажные грунты имеют свойство смерзаться с закопанными частями дома и, вспучиваясь, приподнимать их.
А неблагоприятные погодные условия могут спровоцировать повышение уровня подземных вод. Нередко это приводит к серьезным повреждениям постройки. Чтобы избежать этой напасти, строители издавна советуют заглублять фундамент ниже глубины сезонного промерзания грунтов в данной местности. Глубина сезонного промерзания грунта приводится в справочной строительной литературе, в Подмосковье она, в частности, равна приблизительно 1,5 – 1,7 м, но, в зависимости от конкретных условий она может изменяться в обе стороны. Но и это еще не все. Просачиваясь сквозь почву и перемещаясь в ней, осадки и грунтовые воды растворяют различные твердые вещества и газы, в том числе вредные для цементного раствора, каменной кладки и бетона. Процесс разрушения фундамента незаметен, но его последствия весьма ощутимо сказываются на здании: нарушается целостность несущих конструкций; плесень и грибок перекидываются через подвал на верхние этажи и затрагивают в конце концов весь дом. Дверные коробки и оконные рамы могут сильно деформироваться, что станет причиной появления щелей и зазоров, через которые дом начнет ускоренно терять тепло. Паркет или любое другое напольное покрытие под воздействием сырости коробится. Ремонт становится неотвратимым. А это новые затраты, причем без гарантии, что весь восстановительный процесс не придется повторять снова и снова.
Еще один «фундаментальный» вопрос связан с наличием или отсутствием подвала или цокольного этажа. Дискуссия о том, что лучше дом с подвалом или без него, имеет давнюю историю. Есть приверженцы обоих вариантов. Конечно, в ряде случаев конкретные грунтовые условия в месте строительства подсказывают тот или иной выбор. Однако в общем можно сказать, что для энергоэффективного дома подвал желателен, но не обязательно под всем домом. Достаточно иметь подвал под частью дома для размещения в нем теплового аккумулятора, контейнера компостирующего биотуалета и некоторых других инженерных устройств. Часто продлевают подвал в сторону входа, где удобно устроить погреб для хранения продуктов. Кроме того, подвал можно заранее оборудовать и как убежище на случай каких-либо чрезвычайных происшествий.
Рациональная конструкция фундаментов – тема большая и интересная, но мы не можем здесь на ней останавливаться, ограничимся только рассмотрением основных особенностей фундаментов энергоэффективных домов.
Из почв и грунтов, где больше, где меньше, выделяется в результате распада естественных радионуклидов радиоактивный газ радон. Попадая в атмосферу, он быстро рассеивается, не представляет угрозы для здоровья людей, попадая же в ограниченный объем подвала или жилого помещения, он может накапливаться до опасных концентраций. Фундамент, вне зависимости от того, есть подвал или нет, должен предотвращать попадание в здание радона из грунта в опасных количествах. Влага и радон проникают в жилища через трещины, поры и неплотности соединений строительных материалов и конструкций, в первую очередь фундамента. Отсюда все меры по гидроизоляции, сводящиеся к ликвидации или закупорке трещин, будут способствовать также повышению степени его газоизопроницаемости. Для гидроизоляции фундамента применяют три вида мероприятий, которые можно применять совместно:
- поверхностную защиту – обмазку различными мастиками, склейку водонепроницаемыми пленками;
- введение в бетон, на этапе его приготовления, специальных гидроизоляционных добавок или пропитку гидрофобными составами уже готового бетона;
- отливку монолитного фундамента за один прием с тщательной обработкой его вибраторами.
Легче всего сделать газо- и водонепроницаемыми монолитные фундаменты, которые являются, в том числе и поэтому, предпочтительными для эффективных домов. Выполнение фундамента сборным из отдельных блоков или кирпича нежелательно по причине проблематичности в этом случае обеспечения хорошей гидро- и газоизоляции. Кроме того, такой фундамент оказывается избыточным по массе и прочности для малоэтажных зданий.
Одна из проблем устройства фундаментов связана с промерзанием грунта зимой. Это приводит к двоякого рода негативным последствиям. С одной стороны, здание через фундамент теряет тепловую энергию, уходящую в холодный грунт. С другой стороны, многие водосодержащие грунты при замерзании-оттаивании меняют свой объем, то поднимаясь, то опускаясь. Эти подвижки могут быть неравномерными на протяжении нескольких дециметров, а сила их измеряется тоннами или десятками тонн на м2, чего вполне достаточно чтобы перекосить или повредить строительное сооружение. В связи с этим специалисты рекомендуют заглублять фундамент ниже глубины промерзания грунта, что приводит к большим затратам средств и материалов.
Последнее время появились, так называемые МФМЗ – морозоустойчивые фундаменты мелкого заложения. Они доказали свою высокую эффективность, в частности при строительстве на Севере. Идея их проста и элегантна. Встретить врага (холод) на дальних подступах, а не у границ фундамента. Иными словами, теплоизолировать не сам фундамент, а массив грунта, окружающий его. Поскольку площадь поверхности грунта по периметру здания, через которую основная масса холода зимой проникает к фундаменту, сравнительно невелика, то и утеплителя требуется немного. Дополнительно устраняется морозное пучение вокруг фундамента, грунт не замерзает. Поэтому и фундамент можно делать более дешевым – мелкого заложения, поскольку устранено промерзание.
Наклонное утепление (термоотмостка) укладывается по всему периметру фундамента в виде юбки. Утеплять таким образом фундамент целесообразно в любом случае, даже когда он заложен глубоко из желания иметь подвальное помещение. Эта конструкция стала возможной после появления экструзивного (неэкструзивный не годится!) пенополистирола и пеностекла с почти нулевым влагопоглощением, долговечных и устойчивых к почвенным растворам. Здания с МФМЗ хорошо зарекомендовали себя на Аляске. Устройство так утепленного фундамента делает более эффективной и летнюю закачку избыточного тепла от солнечных установок в грунт вокруг фундамента, что является одной из форм сезонного аккумулирования энергии. Однако здание с таким фундаментом должно обязательно эксплуатироваться зимой, иначе фундамент может промерзнуть через пол первого этажа.
Таким образом, фундамент энергоэффективного дома должен обладать повышенным гидро- и газоизоляционными свойствами и быть утепленным для снижения теплопотерь дома в грунте.