Пучинистый грунт – как делать фундамент?
Надёжным является фундамент, деформации которого (осадки, пучение) в течение всего срока эксплуатации не превышают значений, допустимых для конструкций дома.
Важнейшим 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 или больше касательных сил пучения, возникающих по боковым граням заглублённых в грунт фундаментов (рис. 1).
|
| Рис. 1. Условие надёжного устройства фундаментов в пучинистых грунтах: а - надежно устроенный фундамент; б - ненадёжно устроенный фундамент; gd - нагрузка от дома; τf - касательные силы пучения; df - расчётная глубина промерзания; hfr -величина пучения грунта; hfф - величина деформации пучения фундамента; 1 - фундамент; 2 - зазор (полость). |
В действующих Строительных Нормах по проектированию оснований зданий и сооружений принято правило, по которому глубина заложения фундаментов в непучинистых грунтах назначается конструктивно независимо от глубины промерзания, в средне- и сильнопучинистых грунтах - должна быть не менее расчётной глубины промерзания, а в слабопучинистых грунтах глубина заложения фундаментов должна составлять не менее половины расчётной глубины промерзания (табл. 2, СНиП 2.02.01-83*).
При таком заглублении большие нормальные силы пучения, которые могли бы действовать на подошву фундаментов, в средне- и сильнопучинистых грунтах исключаются, а в слабопучинистых грунтах снижаются до незначительных величин. Касательные же силы пучения, действующие по боковой поверхности заглубленных фундаментов, должны быть задавлены весом сооружения. Это условие, как правило, выполнимо для тяжёлых объектов в промышленном, гражданском и многоэтажном жилищном строительстве. В малоэтажном же строительстве это условие не выполняется. Как показывает практика, нагрузки от малоэтажного дома в большинстве случаев значительно меньше касательных сил пучения.
Требование заложения фундаментов ниже расчётной глубины промерзания было введено в практику строительства в период, когда объёмы малоэтажного строительства с небольшими нагрузками на фундаменты были незначительными и не входили в номенклатуру важнейших объектов пятилеток. Поэтому для таких сооружений (без изменения общего правила заглубления) Нормами предусмотрен комплекс мероприятий, позволяющих обеспечить в пучинистых грунтах требования расчёта по устойчивости малонагруженных фундаментов. "Кроме возможности изменения глубины заложения фундаментов, следует рассмотреть необходимость применения мероприятий, уменьшающих силы и деформации морозного пучения, а также глубину промерзания" (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 строительных свойств грунтов: уплотнение, полная или частичная замена грунтов с неудовлетворительными свойствами подушками из песка, гравия, щебня и т.п.;
- устройство насыпей;
- закрепление грунтов;
- введение в грунт специальных добавок (засоление, пропитка нефтепродуктами).
Все мероприятия по снижению или исключению деформаций, сил морозного пучения и глубины промерзания можно разделить на конструктивные, инженерно-мелиоративные, физико-химические и теплозащитные. Остановимся подробнее на важнейших из них.
Конструктивные мероприятия
1. При устройстве заглублённых фундаментов под сооружения с большими нагрузками, превышающими суммарные касательные силы пучения, возможно применение как сборных, так и монолитных конструкций.
При устройстве заглублённых фундаментов под малоэтажные дома с нагрузками, меньшими касательных сил пучения, при применении сборных фундаментов по мере промерзания грунта возможен последовательный отрыв верхних блоков от нижних. В пространство между блоками может попадать грунт обратной засыпки (рис. 2), что приводит к образованию и накоплению остаточных деформаций пучения. В этом случае необходим переход на вариант монолитных железобетонных фундаментов.
|
| Рис. 2. Возможные деформации в пучинистых грунтах сборных фундаментов: gd - нагрузка от дома; τf - касательные силы пучения на границе "грунт - обратная засыпка"; τfр - касательные силы пучения на границе "обратная засыпка - фундамент"; df - расчётная глубина промерзания; dfi - текущая глубина промерзания; 1- фундаментный блок; 2 - зазор (полость); 3 - грунт обратной засыпки. |
2. Под тяжёлыми объектами засыпка пазух траншей и котлованов после изготовления фундаментов возможна местным пучинистым грунтом. Под малоэтажными домами засыпка пазух непучинистым крупным или средней крупности песком позволяет снизить величину касательных сил пучения (рис. За).
|
| Рис. 3. Засыпка пазух траншей и котлованов песком: а - ширина пазух, принятая из технологических условий производства работ; б - расчётная ширина пазух, принятая из условия устойчивости фундаментов; gd - нагрузка от дома; τf - касательные силы пучения на границе "грунт - обратная засыпка"; τfp - касательные силы пучения на границе "обратная засыпка - фундамент"; df - расчётная глубина промерзания; 1 - фундамент; 2 - пазуха, заполняемая песком. |
Если ширина траншей или размеры котлованов, принятые из технологических соображений, недостаточны при засыпке пазух песком для обеспечения устойчивости фундаментов, можно увеличить их размеры в плане. Чем шире пазухи обратной засыпки непучинистым грунтом, тем меньше касательные силы пучения, действующие на границе с фундаментами (рис. 3б).
При некоторой ширине траншей остающиеся между фундаментами целики неразработанного грунта могут быть настолько малы, что становится целесообразной разработка котлована под всем домом с заменой пучинистого грунта на непучинистый.
3. При значительных объёмах земляных работ более рациональным может оказаться решение об изменении глубины заложения фундаментов. Например, заложение фундаментов на такую глубину, при которой силы трения непромерзающего грунта совместно с нагрузкой от дома превышают касательные силы пучения (рис. 4а). Правда, при таком варианте существенно возрастает расход железобетона.
|
| Рис. 4. Варианты заглубления фундаментов: а - значительно ниже глубины промерзания; б - выше глубины промерзания; gd -нагрузка от дома; τf~ касательные силы пучения на границе "грунт - обратная засыпка"; τfр - касательные силы пучения на границе "обратная засыпка - фундамент"; τr - касательные силы трения талого грунта; df - расчётная глубина промерзания; 1 - фундамент; 2 - пазуха, заполняемая песком; 3 - пазуха, засыпаемая местным грунтом или песком; 4 - противопучинная песчаная подушка. |
Значительно меньший расход железобетона достигается при заложении подошвы фундаментов выше расчётной глубины промерзания - при устройстве мелкозаглублённых фундаментов. В этом случае принимают такое заглубление, при котором касательные силы пучения не превышают нагрузок от дома (рис. 4б).
4. Более экономичное решение, чем заглубление фундаментов в талый грунт, может быть получено при увеличении поперечного сечения в нижней части фундамента (рис. 5а,б), размещаемого ниже глубины промерзания. В этом случае уширенная часть работает как анкер, препятствующий перемещению фундамента под действием касательных сил пучения.
|
| Рис. 5. Анкерное устройство фундаментов: а - ленточный или столбчатый фундамент; б - буровая опора; df - расчётная глубина промерзания; dfmax- максимальная глубина промерзания, зафиксированная за время наблюдений; τf - касательные силы пучения на границе "грунт - обратная засыпка" или "грунт - буровая опора"; τfp - касательные силы пучения на границе "обратная засыпка - фундамент"; σ - реактивное давление промерзающего пучинистого грунта; 1 - столбчатый или ленточный фундамент; 2 - буровая опора. |
Реактивное давление пучинистого грунта на анкер способствует устойчивости фундамента. При таком решении, также как и при заглублении в талый грунт, необходимо усиленное армирование фундаментов на разрыв, так как бетон имеет низкое сопротивление растягивающим усилиям.
Для обеспечения надёжного устройства таких фундаментов на весь срок эксплуатации дома заглубление анкерной части рекомендуется выполнять ниже максимально зафиксированной глубины промерзания в регионе строительства.
5. В процессе расчёта фундаментов на устойчивость может возникнуть необходимость перехода на другие типы фундаментов: вместо ленточных заглублённых использовать столбчатые заглублённые; вместо столбчатых заглублённых - мелкозаглублённые ленточные или столбчатые; взамен буровых опор - столбчатые в котлованах; вместо буровых цилиндрических опор - буровые с уширением и др.
6. Для снижения неравномерных деформаций пучения при применении мелкозаглублённых столбчатых фундаментов могут быть предусмотрены мероприятия по повышению прочности и пространственной жёсткости надфундаментных конструкций. Это может быть устройство железобетонных поясов жёсткости в уровне перекрытий, армирование кладки (кирпичной и из других штучных материалов) стен, устройство монолитных перекрытий. При применении ленточных мелкозаглублённых фундаментов возможно устройство монолитных железобетонных цоколей в единой конструкции с фундаментами.