Щелевые фундаменты. Малоэтажные дома. Строительство

Щелевым именуют цельный ленточный железобетонный фундамент прямоугольного сечения, особенностью которого является укладка бетона конкретно в выкопанную траншею – «в распор» грунта. Изготавливают их обычно в связанных глинистых грунтах, в песочных грунтах их не используют, потому что стены траншеи в их будут осыпаться. Цоколь можно делать как единую конструкцию с фундаментом либо раздельно – из кирпичной либо блочной кладки (рис. 1 а, б). В первом случае опалубку выставляют от поверхности грунта на высоту цоколя. Щелевые фундаменты. Низкоэтажные дома. Строительство.

Щелевые фундаменты более экономны по сопоставлению с классическими, устроенными в траншеях с применением опалубки (рис. 1в). Потому они более презентабельны при строительстве низкоэтажных построек. До ближайшего времени применяли только конструкции, заложенные ниже расчетной глубины вымерзания.
В обычных ленточных фундаментах нагрузка от дома на основание передается через подошву. Сопротивление грунта оборотной засыпки в расчетах не учитывают. При устройстве щелевых фундаментов за счет выпуклости бортов траншей и плотной (с виброуплотнением либо штыкованием) укладки бетона выходит не плохое сцепление боковой поверхности конструкции с грунтом, который может принимать значительную часть нагрузки от дома. Потому для получения эконом конструкций в расчетах учитывают сопротивление грунта как по их подошве, так и по боковой поверхности. Как будет показано ниже, это достижимо не во всех грунтовых критериях.
Щелевые фундаменты, заложенные ниже глубины вымерзания, рассчитывают по деформациям осадок и на устойчивость против воздействия касательных сил пучения.
При применении мелкозаглубленных щелевых фундаментов в пучинистых грунтах кроме обозначенных расчетов следует делать расчет по допустимым деформациям пучения. Если размеры подошвы щелевых конструкций определяют по допустимому сопротивлению грунта, рассчитанному на базе физико-механических черт, то осадки будут в допустимых границах и отдельного расчета не требуют.
Потому что подавляющее большая часть строй площадок представлено пучинистыми грунтами, для заглубленных щелевых фундаментов под низкоэтажными домами главным является расчет на устойчивость, а для мелкозаглубленных – расчет на устойчивость и по деформациям пучения.
Для заглубленных конструкций устойчивость обеспечивается превышением расчетной нагрузки от дома над наивысшими суммарными касательными силами пучения (рис. 2, кривая 2). В данном случае деформации пучения равны нулю.

Щелевые фундаменты. Низкоэтажные дома. Строительство.

Рис. 2. Свойственное изменение величины касательных сил пучения по боковой поверхности заглубленных щелевых фундаментов в сильнопучинистых грунтах в течение зимнего периода при нормативной глубине вымерзания 1,4 м: 1 – удельные касательные силы пучения; 2 – суммарные касательные силы пучения; 3 – среднемесячная температура воздуха в зимний период

Для мелкозаглубленных фундаментов деформации пучения должны быть равны нулю при вымерзании грунта на глубину заложения их подошвы. Устойчивость в данном случае обеспечивается при еще наименьших, чем у заглубленных фундаментов, суммарных силах пучения.

Закономерности взаимодействия щелевых фундаментов с пучинистыми грунтами

Вымерзание грунта начинается с поверхности. По мере продвижения фронта вымерзания в толщу грунта в пучинистых грунтах по боковой поверхности фундаментов появляются касательные силы пучения, удельные значения которых растут с снижением температуры воздуха и грунта (рис. 2, кривая 1).
Цементирующим составляющим в грунте является лед, величина смерзания которого с бетонной поверхностью находится в зависимости от температуры грунта. К примеру, в Столичной области отрицательные среднемесячные температуры добиваются максимума в январе (рис. 2, кривая 3). В тот же период добиваются собственного наибольшего значения удельные касательные силы. В предстоящем, при понижении среднемесячной температуры в феврале, удельные касательные силы уменьшаются, но суммарные силы еще некое время продолжают возрастать за счет роста глубины вымерзания, а потом тоже понижаются (рис.2, кривая 2).
Если расчетные нагрузки от дома равны либо превосходят расчетные суммарные касательные силы пучения, то фундамент будет устойчив, а деформации пучения равны нулю. Если нагрузки от дома меньше суммарных касательных сил пучения, то фундамент будет передвигаться совместно с грунтом. При всем этом подошва отрывается от основания, и под ней появляется полость, которая становится предпосылкой скопления остаточных деформаций пучения, потому что в нее может попасть грунт со стенок траншеи при вешнем оседании дома. Фундамент весной может не придти в начальное положение и в этом случае, если нагрузка от дома окажется меньше сил трения грунта. Это явление нередко наблюдается при применении заглубленных щелевых фундаментов для низкоэтажных домов, строящихся на пучинистых грунтах. Во всех случаях подвижка строения ввысь свидетельствует о неустойчивости и, как следует, о ненадежности фундамента.
Если щелевой фундамент выполнен в виде пространственной жесткой рамы и сопротивление на извив поперечного сечения довольно для сохранения надфундаментных конструкций, то при деформациях пучения повреждения кладки стенок в кирпичных домах либо в домах, построенных из других кладочных материалов, не происходит. Но появляется наклон всего дома, который с возрастом может нарастать.
При применении мелкозаглубленных щелевых фундаментов устойчивость строения обеспечивают, выбрав подобающую глубину заложения (рис. 3 б), а допустимые деформации пучения – устроив в траншее под фундаментом противопучинную подушку. В итоге получают значительную экономию бетона.
Но следует подразумевать, что по мере выглубления фундаментов может потребоваться повышение ширины их опорной части. При всем этом цоколь можно бросить прежней ширины (см. рис. 3 б).
Если грунтовые воды во время производства работ размещены выше глубины вымерзания, то устроить надежное основание трамбованием противопучинной подушки не получится. Потому траншею следует разрабатывать глубиной на 10…20 см выше уровня воды, а допустимые деформации пучения обеспечить за счет уширения траншеи. Другими словами в данном случае перебегают к устройству обыденных мелкозаглубленных фундаментов.

Особенности проектирования щелевых фундаментов

Нагрузка от дома воспринимается грунтом по боковой поверхности фундамента и под его подошвой. Если грунты основания – непучинистые, то допустимую нагрузку на фундаменты можно рассчитывать как сумму расчетных сопротивлений грунтов. Если грунты – слабопучинистые, то допустимую нагрузку на фундаменты следует принимать только по расчетному сопротивлению грунта под подошвой. Если же грунты – средне- либо сильнопучинистые, то допустимую нагрузку следует принимать по расчетному сопротивлению грунта под подошвой с учетом роста нагрузки на фундаменты за счет негативного трения грунта, возникающего весной на их боковой поверхности.
Это – 1-ая особенность проектирования щелевых фундаментов, которая просит пояснений. Весной при оттаивании распученного грунта начинается процесс его консолидации (уплотнения) и оседания. За счет увеличенной шероховатости боковой поверхности происходит зависание части грунта на фундаментах. Возникает так называемое отрицательное (негативное) трение, общая методика определения которого изложена в СНиП 2.02003-85 «Свайные фундаменты», п.п. 4.11-4.13. Общая нагрузка на фундаменты растет.
Такое взаимодействие фундаментов с грунтом длится только куцее время в вешний период, но происходит оно из года в год и может стать предпосылкой завышенных осадок фундаментов.
2-ая особенность, которую следует учесть при проектировании щелевых фундаментов, заключается в том, что за счет той же шероховатости боковой поверхности растут касательные силы пучения, которые следует учесть при расчете фундаментов на устойчивость.
Методика расчета ленточных фундаментов тщательно изложена в статье «Устойчивость фундаментов низкоэтажных домов в пучинистых грунтах» в журнальчике «Советы экспертов», №6, 2005 г., с. 21. Потому отметим только отличие расчетов для щелевых фундаментов.

Щелевые фундаменты. Низкоэтажные дома. Строительство.

Рис. 3. Варианты устройства щелевых фундаментов: а – при заглублении ниже расчетной глубины вымерзания; б – мелкозаглубленный; 1 - фундамент; 2 – противопучинная подушка; dw – глубина залегания уровня грунтовых вод; df – глубина вымерзания УГВ – уровень грунтовых вод

В общем случае условие стойкости определяется из выражения:
γ1Qf = γ2Qд, (1)

где γ1, γ2 – коэффициенты надежности, равные 1.1 и 0.9 соответственно;
– нормативная нагрузка от дома;
Qf – суммарные касательные силы пучения, действующие по боковой поверхности фундаментов, определяются по формуле:

Qf = τн · k · m · ω · Sф, (2)

где τн – удельные касательные силы пучения, определяются по таблице 6.10 СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов построек и сооружений», 2005 г.;
к – коэффициент, учитывающий отношение среднемесячной температуры воздуха при вымерзании грунта на глубину заложения мелкозаглубленных фундаментов либо на расчетную глубину вымерзания для заглубленных фундаментов к отрицательной среднемесячной наибольшей температуре за зимний период, для заглубленных фундаментов к = 1;
m – коэффициент, учитывающий ширину пазухи и вид грунта, применяемого при оборотной засыпке; для щелевых фундаментов m = 1;
ω – коэффициент, учитывающий термический режим дома; для неотапливаемых домов ω = 2, для внешних фундаментов отапливаемых домов ω = 1, для внутренних фундаментов отапливаемых домов ω = 0;
– площадь одной стороны боковой поверхности фундамента, находящейся в грунте.

При неровной боковой поверхности железобетонных фундаментов с выступами до 20 мм значение удельной касательной силы пучения (τн) для щелевых фундаментов следует наращивать до 1,5 раз (СП, табл. 6.10).
Решая выражение (1) относительно величины , можно получить значения нагрузок от дома, при которых обеспечивается устойчивость заглубленных щелевых фундаментов в пучинистых грунтах и, как следует, возможность их внедрения. В табл. приведены значения таких нагрузок при нормативной глубине вымерзания 1,4 м.

Таблица: Значения нагрузок от дома, при которых обеспечивается устойчивость заглубленных щелевых фундаментов в пучинистых грунтах

Термический режим дома Степень пучинистости грунтов

Неотапливаемый

Отапливаемый* Слабо-
пучинистый
Средне-
пучинистый
Сильно-
пучинистый
39.0 51.0 62.0 14.0 18.0 22.0

* При условии, что во время строительства пучинистый грунт вокруг фундаментов будет предохранен от вымерзания.

Опыт долголетних расчетов низкоэтажных домов указывает, что спектр соответствующих нагрузок для всех домов составляет 2,0…14,0 тс/м. В кирпичных двухэтажных домах нагрузки на отдельные фундаменты способны достигать значений 18,0 тс/м. Как лицезреем, область надежного внедрения заглубленных щелевых фундаментов в пучинистых грунтах под низкоэтажными домами значительно ограничена.

Условия надежного внедрения щелевых фундаментов

1. Вертикальные стены траншей не должны обрушиваться прямо до окончания укладки бетона.
2. Уровень грунтовых вод во время производства работ должен быть ниже дна траншей. Если в итоге прошедших дождиков на деньке траншей образовались лужи, их нужно вычерпать. Если грунт в этих местах пришел в текучее либо текучепластичное состояние, его нужно срезать до уровня начального состояния.
3. Заглубленные щелевые фундаменты применимы по стойкости под всеми домами независимо от термического режима дома в непучинистых грунтах, также под кирпичными отапливаемыми домами в 2 (и выше) этажа в слабопучинистых грунтах. Во всех других случаях по условию надежности под низкоэтажными домами в пучинистых грунтах заглубленные щелевые фундаменты не применимы. Контактный телефон 353-55-75

© Л. Гинзбург, кандидат технических наук, журнальчик «Дом» №10/2006 г.

Рекомендуем прочесть;
Фундамент дома. Виды фундаментов. >>>

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

Оставить комментарий

Вы должны быть авторизованы, чтобы разместить комментарий.