Проектирование и устройство фундаментов отопительных печей

1. Общие требования к основаниям отопительных печей. Все печи и очаги независимо от их конструкции и назначения должны возводиться на прочном и стабильном основании. Обустройство ненадежного основания является одной из ключевых причин непредвиденной деформации конструктивных элементов, образования сквозных трещин в швах кладки и преждевременного выхода отопительного прибора из строя.

Отопительные устройства, расположенные на нижних этажах зданий, устанавливают на специальные отдельно стоящие фундаменты. Исключение составляют малогабаритные печи и очаги массой до 750 кг: допускается их монтаж непосредственно на подготовленный пол, предварительно проверенный на несущую способность. Если несущая способность пола оказывается недостаточной, выполняют его конструктивное усиление путем подведения дополнительных балок, стульев или городков под существующие несущие элементы перекрытия.

2. Инженерно-геологические характеристики и классификация грунтов основания. Строительство фундаментов под тяжеловесные печи осуществляется исключительно на плотных грунтах, обладающих минимальной сжимаемостью и не дающих осадку под рабочей нагрузкой. Верхний растительный слой грунта (почва) содержит значительный процент органических примесей и характеризуется пористой структурой, ввиду чего он непригоден в качестве несущего основания. Перед началом строительно-монтажных работ почвенно-растительный слой толщиной от 10 до 50 см подлежит обязательной полной срезке и выемке.

По своим физико-механическим свойствам и строительным характеристикам грунтовую толщу под растительным слоем подразделяют на четыре основные группы:
1. Материковые грунты: Представлены сплошными и разборными скальными породами, а также гравийно-песчаными отложениями, образовавшимися в результате естественного выветривания горных пород без последующего переноса. Материковые грунты отличаются высокой несущей способностью и служат наиболее надежным основанием для печных фундаментов.

2. Наносные и осадочные грунты: Сформированы в зонах древних водоемов (рек, озер, морей). Обладают достаточной плотностью, однако требуют учета специфических свойств отдельных фракций. Исключение составляют лёссовые грунты и пористая глина. При водонасыщении лёссовые грунты теряют прочность и переходят в текучее состояние, а пористая глина при впитывании влаги разбухает и существенно увеличивается в объеме при замерзании (процесс морозного пучения).

3. Насыпные грунты: Образуются в результате перемещения масс земли при строительных работах или на месте сноса ранее существовавших сооружений. Слежавшиеся грунты (пески с примесью щебня или гравия возрастом от 3 лет и более) при отсутствии древесных остатков могут использоваться в качестве основания без дополнительной подготовки. Свеженасыпные грунты (с возрастом отсыпания менее 3 лет) подлежат обязательному послойному уплотнению трамбованием с втапливанием в подошву слоя щебня.

4. Грунты в зонах вечной мерзлоты: Характерны для северных регионов. Основания печей в условиях вечной мерзлоты должны не только передавать нагрузки на грунт, но и обеспечивать надежную теплоизоляцию между массивом печи и мерзлой толщей, предотвращая её оттаивание.

Ниже представлена сравнительная классификация типов грунтов и требований к устройству фундамента (Таблица 1).

Таблица 1. Сравнительные характеристики категорий грунтов и рекомендации по устройству фундаментов.

3. Особенности фундирования в специфических грунтовых и климатических условиях
3.1. Возведение фундаментов на пористых и пучинистых глинистых грунтах. При устройстве фундамента на пористой глине или лёссовых грунтах котлован отрывают на полную глубину залегания глинистого слоя либо ниже нормативной глубины промерзания грунта для данной местности. В дно котлована утрамбовывают каменный щебень, после чего устраивают песчаную подушку высотой 40–100 см (в зависимости от проектной глубины котлована). Засыпку песчаной подушки осуществляют слоями толщиной 10 см с обязательным послойным трамбованием. Выше песчаной подушки возводят фундамент из бутовой кладки или бутобетона.

3.2. Конструктивные решения для зон вечной мерзлоты. В условиях вечной мерзлоты бытовые отопительные печи размещают на усиленных перекрытиях (полах). Для хлебопекарных и других тяжеловесных печей основанием служат деревянные настилы из бруса или бревен, опирающиеся на сваи. При этом сваи не забивают, а опускают в заранее пробуренные скважины. В результате вмерзания в вечномерзлый грунт сваи обретают высокую несущую способность.

Важнейшим условием является сохранение верхнего растительного слоя почвы под основанием печи, поскольку он выполняет роль естественного теплоизолятора, предохраняющего мерзлоту от летнего таяния. В современном строительстве в зданиях с вечной мерзлотой широко применяется устройство вентилируемых подполий. Для предотвращения передачи тепла в грунт через массив фундамента печи в нем предусматривают сквозные охлаждающие каналы, в которых свободно циркулирует холодный воздух подполья (паразитарный/охлаждающий воздух).

4. Технология заложения и возведения фундаментов печей
4.1. Определение глубины заложения и габаритов котлована. Поскольку фундамент печи сооружается внутри отапливаемого здания, глубина его заложения обычно меньше глубины заложения фундамента внешних стен. Заглубление подошвы фундамента определяется типом печной конструкции:

- Комнатные одноэтажные печи без насадных труб: глубина заложения составляет 0,5–0,6 м;
- Одноэтажные печи с насадными трубами и двухэтажные печи: глубина заложения составляет 1,0 м;
- Печи с коренными трубами: глубина заложения составляет 0,75 м;
- Скальные грунты: заглубление фундамента не требуется.

Размеры котлована под бутовую или кирпичную кладку принимают больше размеров самого фундамента на 5–10 см во все стороны. При устройстве бутобетонного фундамента котлован роют строго по габаритам фундамента. Подошву котлована тщательно выравнивают по строительному уровню. Размеры фундамента в плане должны превышать габариты печи на 5 см со всех сторон.

4.2. Бутовая кладка и гидроизоляция. В увлажненных грунтах бутовую кладку выполняют на цементном растворе, в сухих — на известковом или смешанном растворе. На дно котлована заливают слой жидкого раствора, после чего выкладывают наружные верстовые ряды из постелистых камней, а внутреннюю часть (забутку) заполняют камнями на жидком растворе с перевязкой вертикальных швов и при необходимости с приколкой камней.

Верхний ряд кладки выкладывают из хорошо обожженного кирпича (или пережженного кирпича-железняка), выравнивают цементным раствором под рейку и укладывают гидроизоляцию из двух слоев толя или рубероида, после чего ведут печную кладку.

4.3. Бутобетонный фундамент. В плотных грунтах бутобетонный фундамент бетонируют враспор (без опалубки). Для этого дно заливают бетоном и утапливают в него бутовые камни так, чтобы они не соприкасались друг с другом и с со стенками котлована. Операцию повторяют до заполнения котлована, после чего устанавливают прямоугольную деревянную опалубку и продолжают бетонирование до проектной отметки. После затвердевания бетона опалубку демонтируют.

5. Устройство оснований и консольных опор под печи вторых этажей. Печи вторых этажей располагают либо на печах первого этажа, либо на отдельных основаниях.

При ярусном расположении печей (одна над другой) кладку стен нижней печи доводят до потолка. На уровне междуэтажного перекрытия укладывают железобетонную плиту с отверстием для прохода дымовой трубы печи первого этажа. По плите выкладывают 2–3 ряда кирпичной кладки с таким расчетом, чтобы общая толщина плиты и кладки равнялась толщине междуэтажного перекрытия. Размеры плиты и кладки на 12 см (1/2 кирпича) больше во все стороны размеров печи в плане.

Для устройства отдельных оснований под печи второго этажа в каменных зданиях в стены закладывают консоли из двухтавровых стальных балок или рельсов. Концы консолей, выходящие в помещение, скрепляют болтовыми стяжками. По консолям настилают доски толщиной 50–60 мм, покрытые двумя слоями войлока, смоченного в глиняном растворе, после чего ведут шанцевую кладку нижних рядов печи. Дощатый настил допускается заменять кирпичной кладкой в виде арки.

В деревянных зданиях концы консолей заделывают в стенки коренной трубы, если их толщина не менее 25 см (1 кирпич). Во всех случаях концы консолей укладывают на бетонные подушки. Длина заделываемых концов должна составлять не менее 38 см (1 1/2 кирпича).

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: П. И. Воропай

Источник: Как сложить печь

Данные публикации будут полезны начинающим и практикующим печникам, индивидуальным застройщикам и жителям сельской местности, а также широкому кругу читателей, интересующихся проектированием, кладкой, ремонтом и эксплуатацией бытовых печей.