На чём стоим
Фундамент - конструктивный элемент, предназначенный для передачи нагрузок от дома на грунт, основание, на которое он опирается. Это самый важный элемент дома. От его состояния зависит состояние всех остальных конструкций. Если фундамент работает не так, как надо, это значит, что дом больной, регулярное лечение (ремонт) ему обеспечено, а срок его жизни короче, чем мог бы быть.
КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ
Фундаменты принято подразделять на устраиваемые на естественном основании и свайные.
К первым относятся: столбчатые, ленточные, плитные. К свайным: забивные призматические и пирамидальные сваи, буровые и буронабивные сваи, забивные блоки, фундаменты в вытрамбованном и в выштампованном грунте. Большинство свайных фундаментов применяется в промышленном и многоэтажном жилищном строительстве при больших нагрузках.
Так как устройство свайных фундаментов требует применения специальных механизмов и оборудования, они не получили распространения в индивидуальном строительстве. В отдельных случаях могут применяться короткие буровые опоры.
Нагрузки от загородных малоэтажных домов небольшие, поэтому фундаменты на естественном основании, при минимуме необходимой механизации работ, в большинстве случаев вполне справляются с возложенными на них задачами.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ ФУНДАМЕНТОВ
Фундаменты рассчитываются по двум предельным состояниям: по осадкам и по несущей способности грунтов. Расчет по осадкам делается в обязательном порядке. Расчет по несущей способности грунтов производится в отдельных случаях, оговоренных в СНиПе, например, когда дом стоит на косогоре.
Под действием нагрузки от дома грунты сжимаются, и происходит осадка дома. Строительные нормы допускают осадки в определенных пределах. Если нагрузка от дома не превышает расчетного сопротивления грунта, то осадки через определенный период времени стабилизируются и не превысят допустимых значений.
Расчетное сопротивление грунтов рассчитывается по их физико-механическим характеристикам, полученным по результатам инженерно-геологических изысканий.
Зная нагрузки от дома и расчетное сопротивление грунта, не составляет труда определить необходимые размеры столбчатых или ширину ленточных фундаментов. Когда сопротивление грунтов совсем низкое (заторфованные, илистые грунты, глинистые грунты мягко-, текучепластичной консистенции), следует улучшать их строительные свойства или переходить на плитный вариант фундамента.
До последнего времени инженерно-геологическим изысканиям при строительстве загородных домов не уделялось должного внимания. Так может быть можно обойтись без изысканий? Можно, но это чревато последствиями, которые могут обойтись во много раз дороже, чем стоимость строительства вместе с затратами на проведение изысканий. Многие застройщики, которые строили раньше «на глазок», сейчас ежегодно имеют проблемы с ремонтом фундаментов, дома или махнули рукой, считая выявляющиеся дефекты неизбежным результатом природно-климатических условий.
ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
«Какова должна быть глубина заложения фундаментов?» - вот главный вопрос, на который должен быть дан ответ при решении проблемы надежности и экономичности фундаментов. Ответ на этот вопрос напрямую связан с природно-климатическими условиями строительных площадок.
Большая часть России, где строятся загородные дома, находится в зоне сезоннопромерзающих грунтов. Нормативная глубина промерзания колеблется от 0,8 м на юге (Ростов-на-Дону) до 2,5 м на востоке (Чита). Как известно, нормативная глубина промерзания по Московской области составляет 1,4 м.
Мелкие, пылеватые пески и глинистые грунты (супеси, суглинки, глины) при промерзании проявляют пучинистые свойства. При переходе воды в лед грунты увеличиваются в объеме. Так как по горизонтали происходят одинаковые процессы и силы пучения уравновешены, а перемещению грунта вниз препятствует структурная прочность грунта, деформации пучения происходят вверх, в сторону свободной поверхности грунта.
По пучинистости грунты делятся на 5 степеней: практически непучинистые, слабо-, средне- и сильнопучинистые, иногда встречаются чрезмерно пучинистые грунты.
Степень пучинистости грунтов зависит от вида грунтов, их плотности, природной влажности и, главное, от глубины залегания грунтовых вод в период отрицательных температур.
Различают 2 вида воздействия сил пучения на фундаменты:
нормальные, действующие на подошву фундаментов;
касательные, действующие по боковым граням фундаментов.
Нормальные силы пучения зависят от глубины промерзания грунта под подошвой фундамента и в сильнопучинистых грунтах Подмосковья могут достигать значений 60 - 80 тс/м2.
Касательные силы пучения в грунтах Московской области могут достигать значений 7, 9 и 11 тс/м2 - в слабо-, средне- и сильнопучинистых грунтах соответственно. Как видим, касательные силы пучения почти на порядок меньше нормальных.
При воздействии сил пучения на фундаменты, последние могут подниматься вместе с грунтом. Деформации пучения фундаментов зависят от соотношения нагрузок от дома и сил пучения, от конструкции фундаментов и основания, от теплового режима дома и могут значительно превышать допустимые деформации, которые для деревянных коттеджей приняты равными 5,0 см, для кирпичных - 2,5 см.
Деформации пучения ненагруженной и регулярно очищаемой от снега поверхности грунта, например в сильнопучинистых грунтах Подмосковья, могут достигать значений 15 - 20 см и выше.
На строительных площадках Московской области средне- и сильнопучинистые грунты составляют 70 - 80%. Поэтому непременным условием надежного и экономичного возведения фундаментов является исследование площадки строительства на предмет установления степени морозоопасности грунтов как основного показателя, влияющего на выбор конструкции фундаментов и технологию их устройства.
Дома и коттеджи могут быть регулярно отапливаемые в зимний период и неотапливаемые (эпизодически отапливаемые или с отложенным периодом регулярного отопления дома относим к неотапливаемым). В случае неотапливаемых домов расчетная глубина промерзания грунтов увеличивается по сравнению с нормативной в 1,1 раза и составляет, например, по Подмосковью 1,54 м. Поэтому в этом случае заглубление фундаментов обычно принимается равным 1,6 м.
Если дома отапливаемые, то расчетная глубина промерзания меньше или равна нормативной, в зависимости от особенностей конструкции цокольной части и температуры в доме. Например, при температуре в бесподвальном доме не ниже + 150oС и устройстве утепленных полов по цокольному перекрытию расчетная глубина промерзания грунтов у наружных фундаментов составляет 1,1 м, при температуре не ниже +100°С - 1,26 м, при температуре 0 - +50oС - 1,4 м.
В отапливаемом доме с теплым подвалом или техническим подпольем при температуре в нем не ниже +150oС расчетная глубина промерзания грунтов у наружных стен подвала или фундаментов составит 0,7 м, а при температуре не ниже +50oС - 1,0 м.
Чтобы легче разобраться в многообразии исходных данных, введем понятие «легкий - тяжелый» дом. Тяжелый - это дом, на строительной площадке которого касательные силы пучения, способные действовать по боковой поверхности заглубленных ниже расчетной глубины промерзания фундаментов, меньше веса дома.
Легкий - это дом, на площадке которого касательные силы пучения больше веса дома.
Из данных определений следует, что один и тот же дом может быть легким или тяжелым в зависимости: от климатической зоны, где он строится; от степени пучинистости грунтов; от теплового режима дома; от конструктивных особенностей цокольной части дома. Например, неотапливаемый дом в Московской области может относиться к категории тяжелых, а на строительных площадках Новосибирска при тех же характеристиках грунтов, но где нормативная глубина промерзания равна 2,2 м и суммарные силы пучения больше, - к категории легких домов.
Для получения показателей по другим регионам России надо приведенный параметр по Московской области разделить на 1,4 и помножить на нормативную глубину промерзания рассматриваемого региона. Например, расчетная глубина промерзания основания неотапливаемого дома для Новосибирской области составит 1,54х2,2/1,4= 2,42 м.
МЕЛКОЗАГЛУБЛЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ
При строительстве легких загородных домов надежными и экономичными являются мелкозаглубленные фундаменты, устраиваемые на противопучинных подушках. Подошвы в этих случаях закладываются выше расчетной глубины промерзания.
Обратимся к основному нормативному документу СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» (п. 2.29), где сказано, что глубину заложения фундаментов можно назначать независимо от расчетной глубины промерзания в случае, если грунты непучинистые или в пучинистых грунтах, когда соответствующими расчетами конструкций фундаментов и основания может быть обеспечена их эксплуатационная надежность.
В п.14.6 сказано: «При заложении фундаментов выше расчетной глубины промерзания (малозаглубленные фундаменты) необходимо производить расчет деформаций морозного пучения грунтов основания с учетом касательных и нормальных сил морозного пучения».
Мы вынуждены так подробно остановиться на этих пунктах СНиПа в связи с тем, что для применения мелкозаглубленных фундаментов все же имеется одно препятствие - психологический барьер. Дело в том, что учебная программа строительных вузов всегда была направлена на обучение устройству фундаментов сложных и тяжелых промышленных объектов (стройки «пятилеток») и многоэтажных жилых домов. Для этих сооружений необходимое основание, на которое можно опереть фундаменты, находится на глубине, иногда значительной. При заложении подошвы фундаментов таких объектов ниже расчетной глубины промерзания проблемы с пучинистыми грунтами на этом заканчивались. Именно поэтому выглубление фундаментов выше расчетной глубины промерзания специалистами в области промышленного и многоэтажного фундаментостроения поначалу воспринимается с трудом. Переходя к проектированию фундаментов легких домов, они чаще всего применяют сборные фундаменты с заложением их подошвы ниже расчетной глубины промерзания, а часто, не принимая во внимание тепловой режим дома и степень пучинистости грунтов, закладывают фундаменты на максимально возможную глубину промерзания, например по Московской области - на 1,6 м.
Но, как известно, путь познания включает три этапа: «этого не может быть», «в этом что-то есть», «так надо делать».
Исследования показали, что при превышении сил пучения над действующими нагрузками от веса домов меняется характер совместной работы системы «основание - фундамент - надфундаментная конструкция». Приоритетным становится расчет по деформациям пучения. Меняются требования к конструкциям фундаментов и оснований, меняется технология устройства оснований. Имеет место проявление закона перехода количества в качество.
При применении мелкозаглубленных фундаментов суть строительного приема схематично заключается в следующем. При выглублении фундаментов боковая поверхность, смерзаемая с грунтом, уменьшается. Уменьшаются также суммарные касательные силы пучения. Фундамент выглубляется до тех пор, пока касательные силы пучения не уравновесятся нагрузкой от дома. В этом случае отрыва фундамента от основания происходить не будет - фундамент устойчив и нет условий для образования и накопления остаточных деформаций пучения. Фундамент надежный, но не в полной мере, так как при выглублении на подошву фундаментов начинают действовать значительные нормальные силы пучения.
Так как у мелкозаглубленных фундаментов отрыва подошвы фундаментов от основания не происходит, становится возможным допущение ограниченных деформаций пучения под действием нормальных сил. Допустимые деформации были указаны в статье, напечатанной в предыдущем номере.
Если по расчетам деформации пучения превышают допустимые значения, часть пучинистого грунта заменяется на непучинистый настолько, чтобы оставшийся слой пучинистого грунта давал деформации, не превышающие допустимые значения. Под фундаментами устраивается так называемая противопучинная подушка.
Таким образом, фундамент, взаимодействуя с пучинистым основанием, зимой поднимается на регулируемую высоту, а весной всегда приходит в исходное положение. Нет условий для образования остаточных деформаций. И с этой стороны обеспечивается надежность мелкозаглубленных фундаментов.
Для домов, особенно с кирпичной кладкой стен, наибольшую опасность представляют неравномерные деформации пучения в различных частях дома. За зимний период с одной стороны дома может намести снега больше, чем с другой. Там, где снега больше, промерзание и пучение меньше. У крыльца, у гаража и между ними, если в доме проживают, снег по дорожкам убирается регулярно, а если не проживают - периодически. В этих местах промерзание грунта может быть наибольшее. В отапливаемых домах с цокольным этажом внизу могут находиться топочная, сауна. В местах их расположения примыкающий грунт вообще может не промерзать. Грунт, примыкающий к помещениям, например для хранения сельхозпродукции, с температурой +30С будет промерзать на значительную глубину. Под внутренними фундаментами¸+1 неотапливаемых домов грунт может промерзать на большую глубину, чем под наружными фундаментами при наличии снега. Под внутренними фундаментами в отапливаемых домах грунт может совсем не промерзать. Если в отапливаемых домах имеются примыкающие веранда, терраса и гараж, то промерзание под ними значительно больше, чем под наружными фундаментами отапливаемой части дома.
В дополнение следует отметить, что нагрузки на основание в разных частях дома могут существенно различаться. Поэтому в легких домах повышаются требования к пространственной жесткости фундаментов. Чем выше степень пучинистости грунтов, тем большие требования предъявляются к пространственной жесткости и прочности фундаментов. Здесь фундаменты из сборных блоков, имеющие низкие жесткостные характеристики, непригодны для применения.
В средне- и сильнопучинистых грунтах необходимо устройство сборно-монолитных или монолитных железобетонных ленточных фундаментов в виде единой пространственной, жесткой рамы с включением в нее всех фундаментов, в том числе внутренних. Такая рама совместно с противопучинной подушкой нивелирует неравномерность деформаций пучения.
При расчетах относительных деформаций пучения мелкозаглубленных фундаментов учитывается жесткость системы «фундамент - цоколь - стена». Если при принятых размерах фундаментов и цоколя жесткость системы недостаточна для обеспечения допустимых относительных деформаций, то дополнительно могут вводиться пояс жесткости в уровне цокольного или межэтажных перекрытий, армированная кладка стен над перемычками или по верху стен, вместо кирпичной кладки цоколя - монолитный железобетонный цоколь. Могут быть изменены размеры фундаментов и противопучинной подушки.
Таким образом, мелкозаглубленный фундамент полностью приспособлен для восприятия сил пучения и отвечает требованиям надежности.
Противопучинные подушки могут устраиваться врезными и комбинированными. Последние рекомендуется применять при высоком уровне грунтовых вод, на пониженных участках и участках, имеющих значительный уклон там, где отсыпкой грунта целесообразно повышение уровня планировочной поверхности площадки дома. Вокруг фундаментов отсыпка производится непучинистым грунтом.
Поднятие уровня планировочной поверхности в ряде случаев имеет существенное значение для обеспечения надежности и экономичности фундаментов. На пониженных участках отсыпкой, последующей планировкой и устройством ливнестоковой системы обеспечивается отвод ливневых и паводковых вод от дома на периферию участка. На участках с уклоном обеспечивается одинаковая глубина промерзания пучинистых грунтов под фундаментами в разных частях дома. Уменьшается глубина промерзания пучинистого грунта и, следовательно, понижается степень пучинистости промерзающего основания. При высоком уровне грунтовых вод отсыпкой достигается понижение их уровня от планировочной поверхности. Становятся более благоприятными условия для устройства цокольного этажа, технического подполья, погреба. Уменьшается объем вынимаемого грунта, в бесподвальном варианте он может сводиться к снятию плодородного слоя грунта в местах расположения фундаментов и дернового слоя под отмосткой.
© ООО «ГОСТпол»
тел. +7 (495) 210-32-51, 210-62-09
info@gostpol.ru http://gostpol.ru
дизайн и разработка printstudio.ru