Фундаменты. Строительство фундаментов под малоэтажные дома на пучинистых грунтах

Надёжным является фундамент, деформации которого (осадки, пучение) в течение всего срока эксплуатации не превосходят значений, допустимых для конструкций дома.
Важным условием надёжного устройства фундаментов в пучинистых грунтах является их устойчивость под действием касательных сил пучения. Деформации фундаментов должны быть равны нулю. Подошвы фундаментов не должны отрываться от основания, на которое они опираются. Это достижимо, когда нагрузки от дома равны либо больше касательных сил пучения, возникающих по боковым граням заглублённых в грунт фундаментов (рис. 1).

Фундаменты. Строительство фундаментов под низкоэтажные дома на пучинистых грунтах.

Рис. 1. Условие надёжного устройства фундаментов в пучинистых грунтах: а – накрепко устроенный фундамент; б – ненадёжно устроенный фундамент; gd – нагрузка от дома; τf – касательные силы пучения; df – расчётная глубина вымерзания; hfr -величина пучения грунта; hfф – величина деформации пучения фундамента; 1 – фундамент; 2 – зазор (полость).

В действующих Строй Нормах по проектированию оснований построек и сооружений принято правило, по которому глубина заложения фундаментов в непучинистых грунтах назначается конструктивно независимо от глубины вымерзания, в средне- и сильнопучинистых грунтах – должна быть более расчётной глубины вымерзания, а в слабопучинистых грунтах глубина заложения фундаментов должна составлять более половины расчётной глубины вымерзания (табл. 2, СНиП 2.02.01-83*).
При таком заглублении огромные обычные силы пучения, которые могли бы действовать на подошву фундаментов, в средне- и сильнопучинистых грунтах исключаются, а в слабопучинистых грунтах понижаются до малозначительных величин. Касательные же силы пучения, действующие по боковой поверхности заглубленных фундаментов, должны быть задавлены весом сооружения. Это условие, обычно, выполнимо для тяжёлых объектов в промышленном, штатском и высотном жилищном строительстве. В низкоэтажном же строительстве это условие не производится. Как указывает практика, нагрузки от низкоэтажного дома почти всегда существенно меньше касательных сил пучения.
Требование заложения фундаментов ниже расчётной глубины вымерзания было введено в практику строительства в период, когда объёмы низкоэтажного строительства с маленькими нагрузками на фундаменты были малозначительными и не входили в номенклатуру важных объектов пятилеток. Потому для таких сооружений (без конфигурации общепринятого правила заглубления) Нормами предусмотрен комплекс мероприятий, позволяющих обеспечить в пучинистых грунтах требования расчёта по стойкости малонагруженных фундаментов. «Не считая способности конфигурации глубины заложения фундаментов, следует разглядеть необходимость внедрения мероприятий, уменьшающих силы и деформации морозного пучения, также глубину вымерзания» (п. 14.8., СНиП 2.02.01-83*).
Сюда можно отнести:
введение дополнительных связей, ограничивающих перемещение фундаментов;
применение других типов фундаментов;
мероприятия, направленные на преобразование строй параметров грунтов: уплотнение, полная либо частичная подмена грунтов с неудовлетворительными качествами подушками из песка, гравия, щебня и т.п.;
устройство насыпей;
закрепление грунтов;
введение в грунт особых добавок (засоление, пропитка нефтепродуктами).

Все мероприятия по понижению либо исключению деформаций, сил морозного пучения и глубины вымерзания можно поделить на конструктивные, инженерно-мелиоративные, физико-химические и теплозащитные. Остановимся подробнее на важных из их. Конструктивные мероприятия

1. При устройстве заглублённых фундаментов под сооружения с большенными нагрузками, превосходящими суммарные касательные силы пучения, может быть применение как сборных, так и цельных конструкций.
При устройстве заглублённых фундаментов под низкоэтажные дома с нагрузками, наименьшими касательных сил пучения, при применении сборных фундаментов по мере вымерзания грунта вероятен поочередный отрыв верхних блоков от нижних. В место меж блоками может попадать грунт оборотной засыпки (рис. 2), что приводит к образованию и скоплению остаточных деформаций пучения. В данном случае нужен переход на вариант цельных железобетонных фундаментов.

Фундаменты. Строительство фундаментов под низкоэтажные дома на пучинистых грунтах.

Рис. 2. Вероятные деформации в пучинистых грунтах сборных фундаментов: gd – нагрузка от дома; τf – касательные силы пучения на границе «грунт – оборотная засыпка»; τfр – касательные силы пучения на границе «оборотная засыпка – фундамент»; df – расчётная глубина вымерзания; dfi – текущая глубина вымерзания; 1- фундаментный блок; 2 – зазор (полость); 3 – грунт оборотной засыпки.

2. Под тяжёлыми объектами засыпка пазух траншей и котлованов после производства фундаментов вероятна местным пучинистым грунтом. Под низкоэтажными домами засыпка пазух непучинистым большим либо средней крупности песком позволяет понизить величину касательных сил пучения (рис. За).

Фундаменты. Строительство фундаментов под низкоэтажные дома на пучинистых грунтах.

Рис. 3. Засыпка пазух траншей и котлованов песком: а – ширина пазух, принятая из технологических критерий производства работ; б – расчётная ширина пазух, принятая из условия стойкости фундаментов; gd – нагрузка от дома; τf – касательные силы пучения на границе «грунт – оборотная засыпка»; τfp – касательные силы пучения на границе «оборотная засыпка – фундамент»; df – расчётная глубина вымерзания; 1 – фундамент; 2 – пазуха, заполняемая песком.

Если ширина траншей либо размеры котлованов, принятые из технологических суждений, недостаточны при засыпке пазух песком для обеспечения стойкости фундаментов, можно прирастить их размеры в плане. Чем обширнее пазухи оборотной засыпки непучинистым грунтом, тем меньше касательные силы пучения, действующие на границе с фундаментами (рис. 3б).
При некой ширине траншей остающиеся меж фундаментами целики неразработанного грунта могут быть так малы, что становится целесообразной разработка котлована под всем домом с подменой пучинистого грунта на непучинистый.
3. При значимых объёмах земельных работ более оптимальным возможно окажется решение об изменении глубины заложения фундаментов. К примеру, заложение фундаментов на такую глубину, при которой силы трения непромерзающего грунта вместе с нагрузкой от дома превосходят касательные силы пучения (рис. 4а). Правда, при таком варианте значительно растет расход железобетона.

Фундаменты. Строительство фундаментов под низкоэтажные дома на пучинистых грунтах.

Рис. 4. Варианты заглубления фундаментов: а – существенно ниже глубины вымерзания; б – выше глубины вымерзания; gd -нагрузка от дома; τf~ касательные силы пучения на границе «грунт – оборотная засыпка»; τfр – касательные силы пучения на границе «оборотная засыпка – фундамент»; τr – касательные силы трения талого грунта; df – расчётная глубина вымерзания; 1 – фундамент; 2 – пазуха, заполняемая песком; 3 – пазуха, засыпаемая местным грунтом либо песком; 4 – противопучинная песочная подушка.

Существенно наименьший расход железобетона достигается при заложении подошвы фундаментов выше расчётной глубины вымерзания – при устройстве мелкозаглублённых фундаментов. В данном случае принимают такое заглубление, при котором касательные силы пучения не превосходят нагрузок от дома (рис. 4б).
4. Более экономное решение, чем заглубление фундаментов в талый грунт, может быть получено при увеличении поперечного сечения в нижней части фундамента (рис. 5а,б), размещаемого ниже глубины вымерзания. В данном случае уширенная часть работает как анкер, препятствующий перемещению фундамента под действием касательных сил пучения.

Фундаменты. Строительство фундаментов под низкоэтажные дома на пучинистых грунтах.

Рис. 5. Анкерное устройство фундаментов: а – ленточный либо столбчатый фундамент; б – буровая опора; df – расчётная глубина вымерзания; dfmax- наибольшая глубина вымерзания, зафиксированная за время наблюдений; τf – касательные силы пучения на границе «грунт – оборотная засыпка» либо «грунт – буровая опора»; τfp – касательные силы пучения на границе «оборотная засыпка – фундамент»; σ – реактивное давление промерзающего пучинистого грунта; 1 – столбчатый либо ленточный фундамент; 2 – буровая опора.

Реактивное давление пучинистого грунта на анкер содействует стойкости фундамента. При таком решении, также как и при заглублении в талый грунт, нужно усиленное армирование фундаментов на разрыв, потому что бетон имеет низкое сопротивление растягивающим усилиям.
Для обеспечения надёжного устройства таких фундаментов на весь срок эксплуатации дома заглубление анкерной части рекомендуется делать ниже очень зафиксированной глубины вымерзания в регионе строительства.
5. В процессе расчёта фундаментов на устойчивость может появиться необходимость перехода на другие типы фундаментов: заместо ленточных заглублённых использовать столбчатые заглублённые; заместо столбчатых заглублённых – мелкозаглублённые ленточные либо столбчатые; взамен буровых опор – столбчатые в котлованах; заместо буровых цилиндрических опор – буровые с уширением и др.
6. Для понижения неравномерных деформаций пучения при применении мелкозаглублённых столбчатых фундаментов могут быть предусмотрены мероприятия по увеличению прочности и пространственной жёсткости надфундаментных конструкций. Это может быть устройство железобетонных поясов жёсткости в уровне перекрытий, армирование кладки (кирпичной и из других штучных материалов) стенок, устройство цельных перекрытий. При применении ленточных мелкозаглублённых фундаментов может быть устройство цельных железобетонных цоколей в единой конструкции с фундаментами.

Инженерно-мелиоративные мероприятия

1. Увеличение общего уровня строительной площадки оковём устройства отсыпки из непучинистого грунта (большого либо средней крупности песка) позволяет уменьшить глубину вымерзания пучинистого основания. При всем этом степень пучинистости грунтов строительной площадки снижается. Схожее мероприятие в особенности целенаправлено при высочайшем уровне грунтовых вод.
2. С целью понижения степени пучинистости грунтов строительной площадки оковём снижения уровня грунтовых вод может быть устроен глубинный мелкие камешки. Но это довольно драгоценное мероприятие в бесподвальных домах может быть малоэффективным. К примеру, при понижении уровня грунтовых вод с глубины 1 м от поверхности до 2 м в суглинках и глинах степень их пучинистости меняется не достаточно.
В домах с цокольным этажом либо техническим подпольем устройство глубинного дренажа, обычно, нужно делать с несколько другой целью – устранения способности подтопления заглублённых помещений грунтовыми водами.
3. Можно добиться понижения пучинистости грунтов за счёт понижения их пористости уплотнением тяжёлыми трамбовками. Вытрамбовывание и выштамповывание траншей и котлованов под фундаменты низкоэтажных домов применялось в экспериментальном порядке в 90-е годы в централизованном сельском строительстве. Но в личном строительстве этот метод не получил распространения из-за высочайшей трудоёмкости и цены, также из-за необходимости иметь массивные механизмы и оборудование, которые довольно стремительно выходят из строя.

Физико-химические мероприятия

1. Нормы предлагают мероприятия по понижению пучинистости грунтов введением в грунт особых добавок. Засоление грунтов позволяет понижать температуру их замерзания. Пропитка слоя грунта нефтепродуктами значительно понижает его смерзание.
2. Для понижения смерзания пучинистых грунтов с фундаментами предлагается обмазка боковых поверхностей, находящихся в грунте, консистентными смазками либо покрытие их полимерной плёнкой.
3. Есть технологии связывания пучинистых грунтов разными методами: хим, химическим, буро-смесительным и др.

Теплозащитные мероприятия

Может быть полное либо частичное исключение вымерзания пучинистого грунта с боковой поверхностью заглублённых фундаментов при закладке вокруг их в грунт теплоизоляторов. В сезонно отапливаемых домах теплоизолятор закладывают с 2-ух сторон фундаментов, а в часто отапливаемых домах – только с наружной стороны (рис. 6).

Фундаменты. Строительство фундаментов под низкоэтажные дома на пучинистых грунтах.

Рис. 6. Применение теплоизоляторов для исключения вымерзания пучинистого грунта: а – в сезонно отапливаемом доме; б – в часто отапливаемом доме в зимний период; 1 – фундамент; 2 – теплоизолятор.

Следует использовать теплоизоляторы, которые не поглощают воду. Для этого годятся, сначала, теплоизоляторы, изготавливаемые на базе экструдированного пенополистирола, к примеру, «Пеноплэкс», Styrofoam, Styrodur, Primap1ех, Тер1ех, Теплоизоплит и др.

Анализ рекомендуемых мероприятий

1. Сначала обратим внимание, что необходимость внедрения многих мероприятий по обеспечению стойкости заглублённых малонагруженных фундаментов в пучинистых грунтах появляется из-за отсутствия основного условия, на котором основано правило заглубления, – касательные силы пучения не задавливаются нагрузками от низкоэтажного дома. Нагрузки от дома в средне- и сильнопучинистых грунтах в подавляющем большинстве случаев существенно меньше касательных сил пучения. Потому предлагаемые мероприятия представляются как спасательные меры при устройстве заглублённых малонагруженных фундаментов.
Можно согласиться с применением предложенных мер в виде исключения при маленьких объёмах низкоэтажного строительства. Но при массовом строительстве низкоэтажных домов проектирование фундаментов с применением спасательных мер противоречит логике строительного искусства.
2. Такие мероприятия, как заглубление фундаментов существенно ниже расчётной глубины вымерзания, устройство анкерного уширения ниже глубины вымерзания, подмена всего пучинистого грунта на непучинистый, закладка теплоизоляторов в грунт и др., ведут к существенному удорожанию строительства.
3. Мероприятия, связанные с засолением грунтов, пропиткой их нефтепродуктами, с покрытием поверхности фундаментов консистентными смазками, были предложены во времена, когда вопросы экологии не стояли так остро, как в текущее время, и потому не принимались во внимание. Следует признать такие мероприятия вредными для среды и неприменимыми для внедрения в низкоэтажном строительстве.
4. Ряд мероприятий: вытрамбовывание и выштамповывание траншей и котлованов, укрепление грунтов введением связывающих добавок, устройство глубинного дренажа под бесподвальными домами не отыскали внедрения в практике строительства низкоэтажных домов из-за их малой эффективности, нетехнологичности либо отсутствия соответственных устройств и оборудования.
5. Всё же внедрение ряда мероприятий позволяет обеспечить устойчивость и, как следует, надёжность фундаментов под низкоэтажными домами, но это достигается значимым удорожанием строительства.
6. Применение в пучинистых грунтах заглублённых фундаментов при превышении касательных сил пучения над нагрузками от дома только усложняет и удорожает решение задачки по устройству надёжных фундаментов.
Более многообещающими по надёжности и экономичности возведения под бесподвальными низкоэтажными домами в пучинистых грунтах являются цельные железобетонные мелкозаглублённые фундаменты, устраиваемые на противопучинной песочной подушке. Маленькие нагрузки от низкоэтажного дома позволяют опирать фундаменты на грунты, находящиеся близко к поверхности. Можно использовать незаглублённые и мелкозаглублённые фундаменты. В данном случае потребность в почти всех мероприятиях просто отпадает, а нужные – проводят в еще наименьших объёмах.
7. При заглублении фундаментов ниже расчётной глубины вымерзания допустимы только деформации осадок. Деформации пучения не допускаются. При применении же мелкозаглублённых фундаментов допускаются как деформации осадок, так и в ограниченных размерах деформации пучения. Абсолютные значения деформаций для древесных домов составляют 5,0 см, для деформации равны 0,002 и 0,0005 соответственно.
8. Надёжность мелкозаглубленных фундаментов при избранной глубине заложения обеспечивают:
расчётом нужной площади опорной части с учётом нагрузок от дома и расчётного сопротивления грунтов;
расчётом из условия стойкости нужной ширины траншей и котлованов, пазухи которых засыпают непучинистым грунтом – зависимо от нагрузок от дома, избранной глубины заложения и степени пучинистости грунтов;
расчётом по допустимым деформациям пучения толщины противопучинной нагрузки.

В домах с цокольным этажом стойкости заглублённых конструкций в пучинистых грунтах добиваются устройством расчётной ширины пазух, засыпаемых непучинистым грунтом, при изготовлении цельных железобетонных стенок.
9. В 2005 году в развитие СНиП вышел Свод Правил (СП 50-101-2004), в каком изложены главные положения по проектированию мелкозаглублённых фундаментов на пучинистых грунтах в низкоэтажном строительстве. Данные табл. 2 СНиП 2.02.01-83* не применимы для внедрения при выборе глубины заложения фундаментов под низкоэтажные дома в пучинистых грунтах.

© Л. Гинзбург, кандидат технических наук (тел.: (495) 353-55-75.) Журнальчик Советы экспертов №2/2010 г.

Аналогичное: Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

Вы должны быть авторизованы, чтобы разместить комментарий.