строительное оборудование, проекты домов, стеновые многослойные блоки На главнуюПоиск по нашему сайтуНаписать нам письмо
 
О компании
Строительное оборудование
Технология скоростного домостроения
Экономика
Проекты домов
Строительство объектов
Партнёры и филиалы
Карта сайта
Контакты
Вакансии
НИИ «Теплостен» О компании Наши публикации
 

«Народный дом: от слов — к делу»

ЭКОНОМИЧНЫЙ ФУНДАМЕНТ
Коттеджи. Каталог проектов. Лето. 2002. Издательский Дом «Альянс - профи МБ». (скачать в формате "Word" >>>)

В.Сажин
заведующий отделом оснований и фундаментов ГУП Мосгипрониисельстрой, доктор технических наук, профессор, Заслуженный строитель РФ.

В.Лещиков
кандидат технических наук, Заслуженный строитель РФ.

Фундамент – наиболее ответственная часть любого здания и сооружения. От его надежности зависит безопасная эксплуатация наземных конструкций.

Успешная работа фундамента обеспечивается правильным выбором его конструкции и размеров (ширина подошвы, глубина заложения), в назначении которых определяющими являются свойства основания, т.е. грунтов, залегающих под фундаментом.

По виду грунты классифицируются на песчаные и глинистые. В свою очередь, песчаные грунты по зерновому (гранулометрическому) составу подразделяются на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие и пылеватые. При этом, чем больше крупность песка, тем выше его прочность.

В большой мере прочность песка зависит от его плотности, увеличиваясь с ростом последней. По этому показателю выделяются три группы песка: рыхлые, средней плотности и плотные.

Среди глинистых грунтов существуют разновидности: собственно глины, суглинки и супеси. Указанные разновидности расположены в последовательности, соответствующей уменьшению содержания глинистых и пылеватых частиц.

Прочность таких грунтов зависит от консистенции и плотности. Консистенцию грунта обуславливает его влажностное состояние. При прочих равных условиях с ростом консистенции прочность грунтов убывает.

По консистенции глинистые грунты подразделяются на твердые, полутвердые, тугопластичные текучие и мягкопластичные. При определенной влажности грунты промерзая в зимний период, увеличиваются в объеме, что приводит к подъему слоев грунта в пределах его промерзания. Этот процесс называют морозным пучением грунта.

Находящиеся в пучинистых грунтах фундаменты подвергаются выпучиванию, т.е. перемещаются вверх, если действующие на них нагрузки не уравновешивают силы пучения. В общем случае на фундамент действуют касательные (по боковой поверхности) и нормальные (по подошве) силы пучения. Особенно подвержены деформациям пучения легкие здания и сооружения, к числу которых относятся малоэтажные, жилые дома и здания. Вредное влияние пучения грунта рассмотрим на некоторых примерах.

Как правило, фундаменты малоэтажных зданий устраивают из нескольких рядов сборных бетонных блоков с таким расчетом, чтобы их подошвы находились ниже границы промерзания грунта. При таком конструктивном решении фундамент освобождается от влияния нормальных сил пучения. Однако по развитой боковой поверхности фундамента, находящейся в контакте с пучинистым грунтом, действуют касательные силы пучения, которые во многих случаях превосходят по величине нагрузки на фундаменты малоэтажных зданий.

Таким образом, заложение фундаментов ниже глубины промерзания не является гарантией устойчивости его против касательных сил пучения. Во многих случаях верхний ряд блоков отрывается от нижележащего и между ними образуется полость, которая в весенний период заполняется оттаявшим грунтом. Наличие слоя грунта между блоками не позволяет верхним блокам, а вместе с ними и стене возвращаться в первоначальное положение. Поскольку процесс промерзания-оттаивания грунта повторяется ежегодно, деформация пучения грунта накапливается и со временем приводит к разрушению наземных конструкций. Еще в большей мере деформациям пучения подвержены фундаменты из кирпичной и бутовой кладки, которая под действием касательных сил пучения расслаивается с образованием большого количества зазоров по высоте фундамента.

Неравномерные подъемы столбчатых фундаментов более значительны, чем ленточные, поскольку последние за счет своей жесткости способны в некоторой мере снижать деформации пучения основания.

Устойчивость свай против касательных сил пучения обеспечивается при глубине погружения в грунт на 4-6 м (в зависимости от глубины промерзания и степени пучинистого грунта, а также передаваемой нагрузки). При неправильном армировании свай может произойти разрыв ее ствола, последствиями которого являются: нарастающие ежегодно остаточные деформации пучения, а также горизонтальные смещения поворот верхней части сваи под действием неуравновешенных боковых (горизонтальных) сил пучения.

При строительстве садовых домов фундаменты часто устраивают из асбестоцементных труб, установленных в пройденных ямобурами скважины или открытые котлованы. Таким фундаментам присущи недостатки, свойственные столбчатым и свайным фундаментам. Кроме того, при промерзании грунтов нередко происходит разрушение асбестоцементных труб. О большом влиянии нагрузок на выпучивание фундаментов свидетельствует часто наблюдаемая картина, когда пристроенная к дому легкая веранда подвергается большему подъему, чем сам дом. Перемещение веранды сопровождается ее поворотом, как правило, в сторону дома.

Малонагруженные опоры заборов не в состоянии противостоять силам пучения. Они перемещаются вверх, отклоняясь от вертикали. Со временем указанные деформации накапливаются, а заканчивается это разрушением конструкций ограждения.

Большой ущерб пучение грунта наносит отмосткам, которые за непродолжительное время эксплуатации подвергаются разрушению, наиболее интенсивному в углах зданий. Несвоевременное восстановление отмосток приводит к попаданию атмосферных вод в грунт, что способствует его пучению. Наиболее распространенным недостатком отмосток является недостаточная их ширина, не перекрывающая грунт обратной засыпки пазух границей. Грунт обратной засыпки, уложенный без уплотнения, является аккумулятором влаги.

Практика показывает, что во многих случаях последствия морозного пучения грунта усугубляется неправильной планировкой окружающей здание территории, не предотвращающей сток атмосферных вод к нему.

Отметим наиболее распространенные последствия влияния деформаций пучения грунтов:

В стенах здания образуются трещины, изменяются геометрические формы здания и отдельных конструкций (отклонение углов от вертикали, приобретение зданием формы пропеллера, из-за разных по знаку крену торцевых стен, перекос оконных и дверных проемов), раскрываются швы между панелями стен и перекрытий, повреждаются стыковые соединения, уменьшается длина участков опирания на стены конструкций перекрытия и др.

Наибольшее количество трещин образуется в местах ослабления стен оконными и дверными проемами.

Сказанное выше подчеркивает необходимость учета морозного пучения при устройстве фундаментов. Тем более, что пучинистые грунты, широко распространены на территории РФ. Так, территория Московской области более чем на 80% сложена пучинистыми грунтами.

По степени пучинистости грунты подразделяются на:

  • практически не пучинистые: глинистые грунты твердой консистенции, пески гравелистые, крупные и средней крупности;
  • слабопучинистые: глинистые грунты полутвердой консистенции, пески мелкие;
  • среднепучинистые: глинистые грунты тугопластичной консистенции, пески пылеватые;
  • сильнопучинистые: глинистые грунты мягкопластичной консистенции;
  • чрезмернопучинистые: глинистые грунты текучепластичной и текучей консистенции, заторфованные грунты и торфяники.

При залегании уровня подземных вод на глубине, меньшей 2-х м, степень пучинистости грунта увеличивается. Например, глинистые грунты тугопластичной консистенции в этих условиях следует относить к сильнопучинистым.

Наиболее эффективным путем решения проблемы строительства на пучинистых грунтах малоэтажных зданий является применение мелкозаглубленных фундаментов, закладываемых в сезоннопромерзающем слое грунта приспособленным к неравномерным деформациям основания.

В соответствии с главой СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» глубину заложения фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если «специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения».

Основной принцип конструирования мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. При мелкозаглубленных столбчатых фундаментах рама формируется из фундаментных балок, которые жестко соединяются между собой и с фундаментами.

Применение мелкозаглубленных фундаментов базируется на принципиально новом подходе к их проектированию, в основу которого заложен расчет оснований по деформациям пучения. При этом допускаются деформации основания (подъем, в том числе неравномерный), однако они должны быть меньше предельных, которые зависят от конструктивных особенностей здания.

При расчете оснований по деформациям пучения учитываются пучинистые свойства грунта, передаваемое на него давление, жесткость фундамента и надфундаментных конструкций на изгиб. Надфундаментные конструкции рассматриваются не только как источник нагрузок на фундаменты, но и как активный элемент. Участвующий в совместной работе фундамента с основанием. Чем больше жесткость конструкций на изгиб, тем меньше относительной деформации основания.

При строительстве на практически непучинистых грунтах мелкозаглубленные фундаменты устраиваются на выравнивающей подсыпке из песка, на пучинистых грунтах – на подушке из непучинистого материала (песок гравинистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень). В необходимых случаях для увеличения несущей способности подушки целесообразно устраивать ее из песчано-щебеночной (песчано-гравийной) смеси, состоящей из песка крупной или средней крупности (40%), щебня или гравия (60%).

В зависимости от степени пучинистости грунта основания ленточные мелкозаглубленные фундаменты устраиваются:

  • на практически непучинистых и слабопучинистых грунтах – из бетонных (керамзитобетонных) блоков, укладываемых без соединения между собой, или из монолитного бетона;
  • на средне и сильнопучинистых грунтах – из монолитного железобетона или сборных железобетонных блоков, жестко соединенных между собой (посредством сварки содержащихся в них выпусков арматуры, устройством монолитного железобетонного пояса или обоймы, состоящей из двух поясов – под и над блокам);
  • на чрезмерно пучинистых грунтах – из монолитного железобетона.

При значительной толще в верхней части основания слабых черезмернопучинистых грунтов рекомендуется применять мелкозаглубленные или незаглубленные монолитные железобетонные плиты. Последние устраиваются на подушке, уложенной непосредственно на спланированной поверхности грунта.

Мелкозаглубленные столбчатые фундаменты на средне и сильно пучинистых грунтах должны быть жестко соединены с фундаментными балками, которые объединяются между собой в единую систему подобно ленточным фундаментам. Между нижними гранями балок и поверхности грунта необходимо предусматривать зазор не менее 10 см.

На чрезмерно пучинистых грунтах столбчатые фундаменты применять не рекомендуется.

При недостаточной жесткости стен зданий, строящихся на сильнопучинистых и чрезмернопучинистых грунтах, следует производить их усиление путем устройства армированных или железобетонных поясов.

Секции зданий, имеющих разную высоту, следует устраивать на раздельных фундаментах. Примыкающие к зданиям веранды на сильнопучинистых и черезмернопучинистых грунтах следует возводить на фундаментах, не связанных с фундаментом зданий.

Мелкозаглубленные фундаменты на сильнопучинистых и черезмернопучинистых грунтах следует изготавливать из тяжелого бетона класса не ниже В15.

Рабочую продольную арматуру необходимо принимать из стали класса А-III или А-II. Армирование фундамента производится сетками, устанавливаемыми в верхней и нижней частях его сечения или каркасами. При этом площадь арматуры в обоих уровнях должна быть одинаковой. Для уменьшения расхода арматуры рекомендуется применять высокий монолитный железобетонный цоколь, выполненный воедино с фундаментом. Такое конструктивное решение позволяет также увеличить изгибную жесткость фундамента, оказывающую большое влияние на выравнивание деформацией пучения грунта основания.

Устраиваемые под фундаментами песчаные подушки выполняют три функции:

  1. повышают несущую способность основания, что позволяет уменьшить ширину фундамента и, как следствие расход бетона на его устройство;
  2. заменяют часть пучинистого грунта на непучинистый, что приводит к уменьшению деформаций пучения основания;
  3. уменьшают переувлажнение грунта при его оттаивании в весенний период, которое оказывает большое влияние на осадки фундаментов.

Толщина подушки должна обеспечивать необходимую несущую способность подстилающего ее слабого грунта, а также ограничить абсолютные и относительные деформации пучения до допустимых пределов, регламентированных нормами.

Устройство песчаной подушки является ответственной операцией при возведении мелкозаглубленных фундаментов. Известны случаи, когда некачественно выполненная или недостаточная толщина ее являлись причиной недопустимых деформаций основания.

В частности, иногда при устройстве подушки используют мелкий или даже пылеватый песок. Эти пески, как было сказано выше, проявляют пучинистые свойства. Нередко песок подушки укладывают без уплотнения, в результате чего уже при строительстве здания происходят неравномерные осадки, влекущие за собой появление трещин в стенах, которые зачастую относят к деформациям пучения грунта.

Таким образом, неправильное назначение толщины подушки и некачественное выполнение ее дискредитируют саму идею применения мелкозаглубленных фундаментов.

Вместе с тем, за последние 25 лет накоплен огромный опыт строительства малоэтажных зданий на мелкозаглубленных фундаментах.

Начиная с 1978 года во многих субъектах РФ, в том числе и в Московской области, построены тысячи малоэтажных зданий различного назначения, в том числе жилых домов со стенами из кирпича, блоков, панелей, древесины (щиты, брусья, бревна). Применение их позволило сократить расход бетона на 50-80%, трудозатраты на 40-70%.

Длительный срок эксплуатации зданий на мелкозаглубленных фундаментах свидетельствует об их надежности.

При строительстве на мелкозаглубленных фундаментах следует руководствоваться территориальными строительными нормами «Проектирование, расчет и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных, жилых зданий в Московской области» (ТСН МФ-97 МО).

Москва. 2002 г. Июнь. 

Назад