Устройство мелкозаглублённого фундамента на пучинистых грунтах позволяет значительно снизить его материалоёмкость и, соответственно, себестоимость.
Содержание
- Введение
- Глубина заложения фундаментов
- Обоснование использования мелкозаглублённых фундаментов
- Конструкции мелкозаглубленных фундаментов
- Применение мелкозаглублённых фундаментов
- Защита грунта от водонасыщения
- Ошибки при устройстве мелкозаглублённого фундамента
Введение
На территории России широко распространены пучинистые грунты. К ним относятся глины, суглинки, супеси , пески пылеватые и мелкие.
При определённой влажности эти грунты, замерзая в зимний период, увеличиваются в объёме, что приводит к подъёму слоёв грунта в пределах глубины его промерзания. Находящиеся в таких грунтах фундаменты также подвергаются подъёму, если действующие на них нагрузки не уравновешивают силы пучения.
Поскольку деформации пучения грунта, как правило, неравномерны, происходит неравномерный подъём фундаментов, который со временем накапливается. В результате этого надфундаментные конструкции зданий и сооружений претерпевают недопустимые деформации и разрушаются.
Деформациям, от пучения грунта особенно подвержены лёгкие сооружения, к числу которых относится большинство малоэтажных сельских зданий.
Глубина заложения фундаментов
В соответствии с нормами по проектированию оснований зданий и сооружений глубина заложения фундаментов в пучинистых грунтах должна приниматься не менее расчётной глубины промерзания. В этом случае подошва фундамента освобождается от воздействия нормальных сил пучения.
Однако глубоко заложенные фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по которой действуют касательные силы пучения. Эти силы превосходят нагрузки, передаваемые лёгкими зданиями на фундаменты, в результате чего фундаменты выпучиваются.
Таким образом, материалоемкие и дорогостоящие фундаменты, заложенные ниже глубины промерзания грунта, не обеспечивают надёжную эксплуатацию малоэтажных зданий, построенных на пучинистых грунтах.
Обоснование использования мелкозаглублённых фундаментов
Одним из путей решения проблемы строительства на пучинистых грунтах малоэтажных зданий является использование мелкозаглублённых фундаментов.
Мелкозаглублённые фундаменты закладываются на глубине 0,2–0,5 м от поверхности грунта или непосредственно на поверхности (незаглублённые фундаменты). Таким образом, на мелкозаглублённые фундаменты действуют незначительные касательные силы пучения, а при незаглублённых фундаментах они равны нулю.
Конструкции мелкозаглубленных фундаментов
Для зданий с малонагруженными фундаментами следует применять такие конструктивные решения, которые направлены на снижение сил морозного пучения и деформации конструкций зданий, а также на приспособление зданий к неравномерным деформациям оснований.
При высоком уровне подземных вод и верховодке необходимо предусматривать меры к предохранению материала подушки от заиливания окружающим пучинистым грунтом. С этой целью следует обрабатывать грунт по контуру подушки различного вида вяжущими смазочными веществами или использовать полимерные материалы.
В зависимости от степени пучинистости грунта основания ленточные мелкозаглублённые фундаменты зданий со стенами из кирпича, блоков, панелей следует устраивать:
- на практически непучинистых, слабопучинистых и среднепучинистых при (при f ≤ 0,05) грунтах — из бетонных (керамзитобетонных) блоков, укладываемых свободно, без соединения между собой;
- на среднепучинистых (при f > 0,05) и сильнопучинистых грунтах — из сборных железобетонных (керамзитобетонных) блоков, жёстко соединённых между собой, или из монолитного железобетона.
- на среднепучинистых грунтах могут применяться ленточные фундаменты из сборных блоков с устройством над ними и под ними армированных поясов;
- на сильно- и чрезмерно пучинистых грунтах — армированные монолитные фундаменты с применением при необходимости армированных или железобетонных поясов над проёмами верхнего этажа и в уровне перекрытий.
Конструктивные решения фундаментов:
а — незаглублённый фундамент на выравнивающей подсыпке;
б — незаглублённый фундамент на подушке из непучинистого материала;
в — незаглублённый фундамент на подсыпке из непучинистого материала;
г — мелкозаглублённый фундамент на выравнивающей подсыпке;
д — мелкозаглублённый фундамент на подушке из непучинистого материала;
1 — фундаментный блок, 2 — выравнивающая, подсыпка из песка, 3 — подушка из непучинистого материала, 4 — засыпка из непучинистого материала, 5 — подсыпка из непучинистого материала, 6 — отмостка, 7 — гидроизоляция, 8- стена здания
Независимо от степени пучинистости грунта при f > 0,05 ленточные фундаменты всех стен здания должны быть жёстко связаны между собой, объединены в единую рамную конструкцию. Ленточные мелкозаглублённые (незаглублённые) фундаменты зданий из деревянных конструкций следует устраивать:
- на практически непучинистых и слабопучинистых грунтах — из сборных бетонных (керамзитобетонных) блоков, укладываемых свободно, без соединения между собой;
- на среднепучинистых грунтах — из армированных блоков сечением 0,25х0,2 м и длиной не менее 2 м, укладываемых в два ряда с перевязкой швов;
- на сильно- и чрезмерно пучинистых грунтах из сборных армированных блоков, жёстко соединённых между собой, или монолитного железобетона.
Столбчатые мелкозаглублённые фундаменты на средне- и сильнопучинистых грунтах должны быть жёстко связаны между собой фундаментными балками, объединёнными в единую рамочную систему. На практически непучинистых и слабопучинистых грунтах фундаментные балки соединять между собой не требуется. Это требование распространяется также на среднепучинистые грунты, подвергшиеся локальному уплотнению при устройстве фундаментов в вытрамбованных котлованах и фундаментов из забивных блоков.
При устройстве столбчатых фундаментов необходимо предусматривать зазор между фундаментными балками и планировочной поверхностью грунта. Зазор должен быть не менее расчётной деформации пучения ненагруженного грунта.
Сборные железобетонные элементы при устройстве на сильно- и чрезмерно пучинистых грунтах мелкозаглублённых фундаментов в виде сплошных плит следует жёстко соединять между собой.
Протяжённые здания следует разрезать по всей высоте на отдельные отсеки, длина которых принимается: для слабопучинистых грунтов до 30 м, среднепучинистых — до 25 и, сильнопучинистых — до 20 м, чрезмерно пучинистых — до 15 м. Секции зданий, имеющие равную высоту, следует устраивать на раздельных фундаментах.
Применение мелкозаглублённых фундаментов
Как правило, под фундаментами устраиваются подушки толщиной 20–30 см из непучинистых материалов (песок гравелистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак и др.).
Применением подушки достигается не только частичная замена пучинистого грунта на непучинистый, но и уменьшение неравномерных деформаций основания. Толщина подушек и глубина заложения фундаментов определяется расчётом.
Основной принцип конструирования мелкозаглублённых фундаментов зданий с несущими стенами на пучинистых грунтах заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания объединяются в единую систему и образуют достаточно жёсткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. При мелкозаглублённых столбчатых фундаментах рама формируется из фундаментных балок, которые жёстко соединяются между собой на опорах.
Для обеспечения совместной работы фундаментных элементов последние жёстко соединяются между собой.
Указанные конструктивные мероприятия выполняются при строительстве на среднепучинистых (при интенсивности пучения, большей 0,05) сильно — и чрезмернопучинистых грунтах. В остальных случаях, фундаментные элементы укладываются свободно, не соединяются между собой. Количественным показателем пучинистости грунта является интенсивность пучения, характеризующая пучение элементарного слоя грунта.
Применение мелкозаглублённых фундаментов базируется на принципиально новом подходе к их проектированию, в основу которого заложен расчёт оснований по деформациям пучения. При этом допускаются деформации основания (подъём, в том числе неравномерный), однако они должны быть меньше предельных, которые зависят от конструктивных особенностей зданий.
При расчёте оснований по деформациям пучения учитываются пучинистые свойства грунта, передаваемое на него давление, жёсткость 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 жёсткость конструкций на изгиб, тем меньше относительные деформации основания.
Передаваемое на грунт давление значительно (иногда в несколько раз) снижает подъём основания при пучении грунта. При подъёме мелкозаглублённых фундаментов действующие по их подошвам нормальные силы пучения резко уменьшаются.
Все конструкций мелкозаглублённых фундаментов и положения по их расчёту, приведённые в настоящем документе, прошли проверку при проектировании и строительстве малоэтажных зданий различного назначения — домов усадебного типа, хозяйственных построек, производственных сельскохозяйственных зданий вспомогательного назначения, трансформаторных подстанций и др.
В настоящее время во многих областях Европейской части РФ, в районах с глубиной промерзания до 1,7 и, на мелкозаглублённых и незаглублённых фундаментах построено свыше 1500 одно- и двухэтажных зданий из разных материалов — кирпича, блоков, панелей, деревянных щитов.
Систематические инструментальные наблюдения за зданиям в течение 3–6 лет свидетельствуют о надёжной работе мелкозаглублённых фундаментов. Применение таких фундаментов вместо традиционных, закладываемых ниже глубины промерзания грунтов позволило сократить: расход бетона на 50-80%, трудозатраты — на 40-70%.
В настоящих нормах содержатся требования по конструированию, проектированию и устройству мелкозаглублённых фундаментов на пучинистых грунтах. Не случайно поэтому область применения таких фундаментов определена именно для пучинистых грунтов.
Мелкозаглублённые фундаменты на пучинистых грунтах рекомендуется применять в массовом порядке при глубине промерзания до 1,7 м. При большей глубине промерзания пучинистых грунтов мелкозаглублённые фундаменты рекомендуется только для экспериментального строительства.
Накопление опыта строительства объектов с мелкозаглублёнными фундаментами в районах с большой глубиной промерзания позволит в дальнейшей расширить область применения их на пучинистых грунтах.
Хотя область применения мелкозаглублённых фундаментов в иных грунтовых условиях формально выходит за рамки настоящих норм, представляется целесообразным дать некоторые рекомендации по использованию таких фундаментов при строительстве малоэтажных зданий на наиболее распространённых на территории нашей страны грунтах.
В соответствии с главой СНиП 2.02.01-83 глубина заложения фундаментов на непучинистых грунтах не зависит от глубины их промерзания. Поэтому при строительстве малоэтажных зданий на непучинистых грунтах мелкозаглублённые фундаменты рекомендуются к массовому применению.
На основаниях, сложенных вечномерзлыми грунтами, мелкозаглублённые фундаменты могут быть использованы для экспериментального строительства. При этом должны быть предусмотрены мероприятия, направленные на предотвращение недопустимых деформаций оснований, вызванных оттаиванием вечномерзлых грунтов.
Применение мелкозаглублённых фундаментов на естественном основании в грунтовых условиях I типа по просадочности рекомендуется лишь в том случае, если передаваемое на грунт давление меньше начального просадочного давления. В остальных случаях применения таких фундаментов возможно лишь для экспериментального строительства при условии, что суммарные деформации оснований, вызванные просадкой и осадкой грунта, не превосходят предельных деформаций.
В грунтовых условиях П типа по просадочности применение мелкозаглублённых фундаментов на естественном основании не допускается.
Защита грунта от водонасыщения
Необходимо подчеркнуть, что поскольку основной причиной пучения грунтов является наличие в них воды, способной при промерзании переходить в лёд, следует строго соблюдать требование о недопустимости водонасыщения грунта в основании мелкозаглублённых фундаментов в процессе строительства и при эксплуатации зданий.
Следует предусматривать надёжный отвод с площадки строительства атмосферных и производственных вод путем вертикальной планировки застраиваемой территории, устройства водоотводов и дренажа.
При рытье траншей для фундаментов и инженерных коммуникаций земляные работы следует производить с минимальным объёмом нарушения грунтов природного сложения. Не допускается скопление воды от повреждения временного трубопровода на площадке строительства. Вокруг зданий следует устраивать водонепроницаемые отмостки шириной не менее 1 м и уклоном не менее 0,03. Следует избегать устройства вводов трубопроводов канализации и водоснабжения с нагорной стороны здания.
При эксплуатации зданий не допускается изменять условия, применительно к которым запроектированы мелкозаглублённые фундаменты.
Ошибки при устройстве мелкозаглублённого фундамента
Типичные ошибки и дефекты
- При изыскании:
- неправильная оценка условий увлажнения площадки по виду рельефа (УПВ);
- недостоверная оценка грунта по степени морозной пучинистости;
- недооценка свойств насыпных грунтов;
- недоучет наличия слабых грунтов в основании (линз и прослоек торфа, в/н глин, илов и т.д.).
- При проектировании:
- вертикальная планировка без достаточного учета стока поверхностных вод;
- нарушение естественного режима УПВ (засыпка канав, оврагов, изменение направления стока и др.);
- проектирование выгребных ям с верховой стороны здания;
- неорганизованный отвод воды с кровли;
- отсутствие дренажа, водосборных канавок в основании подсыпки.
- При строительстве:
- недостаточная плотность отсыпки;
- несоблюдение вертикальных планировочных отметок (наличие уклона к зданию и т.п.);
- нарушение ПНР нулевого цикла, особенно в зимнее время;
- несоответствие вида грунта в качестве материала подсыпки;
- некачественное выполнение или невыполнение конструктивных мероприятий.
- При эксплуатации:
- нарушение проектного режима работы дренажа, канав, коммуникаций;
- несоблюдение принятого проектного температурного режима в помещениях здания;
- чрезмерный полив посадок вблизи фундаментов;
- нарушение состояния отмосток, теплозащиты фундаментов.
Комментарии