Фундамент

Среди наиболее распространенных вопросов, тесно связанных с экономичностью и надежностью устройства фундаментов, самым актуальным является вопрос о необходимой и достаточной глубине их заложения. Речь идет о наиболее массовых в строительстве бесподвальных жилых домах, возводимых на сезоннопромерзающих грунтах и, в первую очередь, пучинистых, имеющих повсеместное распространение по всей территории России. Некоторые строительные фирмы, предлагающие свои услуги по возведению загородных домов, основываясь на опыте промышленного, гражданского и многоэтажного жилищного строительства, предполагают, что надежное устройство фундаментов возможно только при заложении их ниже расчетной глубины промерзания, в том числе и для легких домов. Для неотапливаемых домов Московской области это заглубление составляет 1,6 м, а, например, для Новосибирской или Читинской областей — 2,4 и 2,7 м соответственно. Если исходить из необходимости заложения подошвы фундаментов ниже расчетной глубины промерзания, получается, что чем глубже сезонное промерзание грунтов, тем больше должна быть высота фундаментов одноэтажного бесподвального дома (в Сибири она соизмерима с высотой этажа самого дома). При этом фундаменты многоэтажного дома и небольшого коттеджа получаются одинаковой высоты. Во втором случае явно усматривается нелогичность инженерного решения. Ставить ли фундаменты на поверхности основания, заглублять их на 20-80 см или все-таки следует устраивать на глубине 1,6-2,5 м — с экономической точки зрения вопрос для Заказчика принципиальный и требует подробного рассмотрения, в первую очередь, с позиции требований Строительных Норм. Какие есть на то указания В строительстве различают два вида воздействия сил пучения на фундаменты. Нормальные силы пучения, действующие на подошву незаглубленных фундаментов, могут достигать в сильнопучинистых грунтах значений 50-80 тс/м2, а касательные силы пучения, действующие по боковой поверхности фундаментов — 1 1 тс/м2 (Пособие к СНиП 2.02.01-83, табл.41). При заглублении фундаментов ниже расчетной глубины промерзания нормальные силы пучения исключаются, а касательные силы пучения могут уравновешиваться весом дома. Если это условие выполняется, то тогда заглублением подошвы фундаментов ниже расчетной глубины промерзания решается вопрос их надежного устройства. В этом случае можно применять и фундаментные блоки, укладываемые в несколько рядов на цементном растворе. Однако укоренившееся в практике строительства неотапливаемых бесподвальных домов Московской области заглубление фундаментов на 1 ,6 м и более от дневной поверхности грунтов во многих случаях не соответствует требованиям действующих норм (СНиП 2.02.01-83*, табл. А). Из таблицы, приведенной в СНиП, следует, что в практически непучинистых грунтах глубина заложения фун-даментов не зависит от расчетной глубины промерзания, в слабопучинистых грунтах заложение достаточно на глубину не менее 0.5 от расчетной промерзания, в сильнопучинистых грунтах — не менее расчетной глубины промерзания. Посчитаем в соответствии с указаниями табл. А СНиПа требуемую глубину заложения фундаментов бесподвальных домов для природно-климатических условий Московской области (табл. А). Из полученной таблицы следует, что глубина заложения фундаментов зависит как от степени пучинистости грунтов, так и от теплового режима дома и может изменяться от 0,6 до 1,6 м. Таким образом, на практике во многих случаях фундаменты закладывают в 2-2,5 раза глубже, чем требуется по Нормам. Еще раз стоит обратить внимание читателей, что Строительные Нормы указывают на необходимость заглубления фундаментов ниже расчетной глубины промерзания, как на надежное противопучинное мероприятие при условии обеспечения устойчивости дома -вес дома должен быть больше сил пучения, воздействующих на него. Что имеем в итоге? В промышленном, гражданском и многоэтажном жилищном строительстве условие устойчивости, как правило, выполняется. Такие сооружения имеют Еще раз стоит обратить внимание читателей, что Строительные Нормы указывают на необходимость заглубления фундаментов ниже расчетной глубины промерзания, как на надежное противопучинное мероприятие при условии обеспечения устойчивости дома -вес дома должен быть больше сил пучения, воздействующих на него. Что имеем в итоге? В промышленном, гражданском и многоэтажном жилищном строительстве условие устойчивости, как правило, выполняется. Такие сооружения имеют обычно технический этаж и большие нагрузки, так что несущий слой грунта, на который можно опереть фундаменты, может находиться на глубине, значительно превышающей расчетную глубину промерзания. Рассмотрим опять же на примере Московской области, при каких нагрузках от бесподвальных домов усло-вие устойчивости может быть выполнено. Параметры домов взяты те же, что в примечании к табл. А. (Табл. А) Результаты расчетов касательных сил пучения представлены в табл. Б, а примеры нагрузок на основание некоторых строящихся в настоящее время в Подмосковье домов — в табл. В. Большое количество загородных индивидуальных домов строятся с отложенным периодом регулярного отопления и поэтому их следует рассчитывать как неотапливаемые. В практике строительства бесподвальных неотапливаемых домов максимальные нагрузки на основание, как правило, не превышают 15 тс/м2. Из приведенных примеров следует, что условие устойчивости строящихся домов Подмосковья при заглублении подошвы фундаментов ниже расчетной глубины промерзания может быть обеспечено для большого количества отапливаемых и двухэтажных кирпичных неотапливаемых домов в слабопучинистых грунтах. В средне- и сильнопучинистых грунтах это условие для одно- двухэтажных домов, независимо от их теплового режима, не выполняется. Простое заглубление подошвы фундаментов легких* домов ниже расчетной глубины промерзания в средне- и сильнопучинистых грунтах не решает проблемы надежности устройства фундаментов. (Табл. Б и В) Расчеты показывают, что в средне- и сильнопучинистых грунтах при заглублении фундаментов ниже расчетной глубины промерзания необходимые нагрузки на основание могут быть обеспечены в трех- четырехэтажных кирпичных или панельных домах. При устройстве стен из пенобетонных блоков с облицовкой в полкирпича в бревенчатых и брусовых домах этажность должна быть значительно выше. В легких домах при заглубленных фундаментах в зимний период будут происходить деформации пучения. Сами по себе деформации пучения, как и деформации осадок, в определенных пределах допустимы и эти пределы известны. Например, относительные деформации кирпичных стен (прогиб, выгиб) не должны превышать 0,0005. Это означает, что при длине стены 10 м ее прогиб (выгиб) не должен превышать 5 мм. Но при заглубленных фундаментах деформации пучения накапливаются с годами и быстро наступает период, когда они превышают допустимые пределы. Образуются трещины в фундаментах и в кладке стен, заклиниваются двери и окна, горбятся полы и т.д. Если устойчивость дома при заглубленных фундаментах не обеспечивается, то Строительными Нормами предусмотрен ряд конструктивных и мелиоративных противопучинных мероприятий: «устройство защиты сезоннопромерзающего грунта вблизи фундамента от избыточного увлажнения, покрытие поверхности фундамента в пределах слоя промерзающего грунта консистентной смазкой, полимерной пленкой, засоление грунтов веществами, не вызывающими коррозии бетона и арматуры, и др.». Трудно комментировать эти рекомендации: неопределенность, недостаточная и непроверенная долговечность смазок, вредность засоления грунтов. Когда писались рекомендации, вопрос об экологии как видно не стоял, а главное — эти рецепты весьма дорогостоящи в индивидуальном строительстве. Однако добавим еще сюда: полная или частичная замена пучинистого грунта на непучинистый; устройство отсыпки из непучинистого грунта и тем самым уменьшение глубины промерзания пучинистого грунта; устройство утепленной отмостки вокруг отапливаемых домов, переход на другое конструктивное решение фундаментов, например — сваи, или применение мелкозаглубленных фундаментов, закладываемых выше расчетной глубины промерзания. Стоп! Здесь надо остановиться. А как же требования Строительных Норм? спросит пытливый читатель. Посмотрим, что сказано в СНиП по поводу заложения фундаментов выше расчетной глубины промерзания (п. 2.29). Атам написано, что глубину заложения фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если грунты основания не обладают пучинистыми свойствами, для внутренних фундаментов отапливаемых домов и когда расчетами при промерзании и оттаивании пучинистых грунтов может быть обеспечена эксплуатационная пригодность дома. Далее в п.14.6: «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.» Таким образом, для легких домов проблема применения надежных и экономичных фундаментов в пучинистых грунтах сводится к необходимости рассчитывать такие фундаменты. Методика таких расчетов известна. Но ведь рассчитывать необходимо любые фундаменты. В большинстве случаев небольшие нагрузки от бесподвальных домов позволяют закладывать фундаменты значительно выше расчетной глубины промерзания. В необходимых случаях это может быть обеспечено путем улучшения строительных свойств грунтов, например, устройством уплотненной песчаной или песчано-гравийной (щебеночной) подушки. В таком случае при обеспечении надежности фундаментов достигается сокращение расхода бетона и объема земляных работ в 2-3 раза, снижение себестоимости работ — в 1,5-2 раза. Ранее, в публикациях журнала «Дом» №9, 10 за 2001 г., №4 за 2002 г., журнала «Советы профессионалов» №1 за 2001 г. были даны пояснения по принципам и технологии устройства мелкозаглубленных фундаментов. При возведении загородных домов сложилась практика, когда строительные фирмы сами определяют конструкцию фундаментов и оснований. Наработав определенные навыки в изготовлении тех или иных конструкций, они предлагают их заказчику без всякой связи с особенностями конструкций дома, его тепловым режимом, нагрузками, спецификой грунтовых условий площадки строительства, без расчетов и проектных разработок. Реклама гласит: «фундаменты любой сложности» (на выбор? — авт.) или — «Монолитные фундаменты с глубиной заложения 0,8 м» и т.п. Заказчик, как правило, в таких вопросах тоже некомпетентен. Отметим, что сложные фундаменты нам не встречались, но зато попадались правильно и неправильно устроенные. Давайте сравним Рассмотрим пример технико-экономических показателей двух вариантов фундамента под кирпичный двухэтажный бесподвальный дом в пос. Озеро Круглое Лобненского района — мелкозаглубленный и заглубленный ниже расчетной глубины промерзания. Дом размерами в осях 9,8x9,8 м включает жилую часть 9,8x6,2 м и гараж (рис. 1). Высота дома от планировочной отметки составляет 8,7 м. Наружные стены дома — из полуторного щелевого кирпича с облицовкой в полкирича, ширина кладки — 380 мм, внутренние стены — из щелевого кирпича шириной 250 мм. Внутри дома стены отделываются штукатуркой. Цокольное перекрытие — пустотными панелями, перекрытие 1-го и 2-го этажей — по деревянным балкам. Инженерно-геологическими изысканиями установлено, что с поверхности на глубину 2,1 м залегают туго-пластичные суглинки, ниже — пластичная супесь. Грунтовые воды встречены на глубине 2,9 м. Прогнозируемый уровень грунтовых вод в осенне-предзимний период может быть равным 2,0 м. По степени морозоопасности грунты в расчетах приняты как сильнопучинистые. Предельные допустимые деформации пучения для кирпичной кладки стен приняты равными: абсолютные -2,5 см, относительные — 0,0005. Дом в зимний период отапливается нерегулярно, поэтому в расчетах принят как неотапливаемый. Ширина цоколей по условию размещения надфундаментных конструкций принята равной 0,4 м. Дом рассчитывался как сооружение II степени ответственности. Нагрузки на основание в разных частях дома составили 8,4-2,2 тс/м. Общий вес дома (Од) определен равным 392тс, общая длина фундамента — 63 м. При расчетной глубине промерзания 1,54 м силы пучения (Of), которые могут действовать по боковой поверхности заглубленных фундаментов неотапливаемого дома, способны достигнуть 2134 тс»0д = 392 тс, то есть силы пучения многократно превышают вес дома. Поэтому принято решение о применении мелкозаглубленных монолитных ленточных фундаментов. Расчетами установлено, что оптимальные размеры фундаментов достигаются при их заглублении на 0,5 м от поверхности грунта. Определились 3 типоразмера частей фундамента с шириной подошвы 0,8; 0,6 и 0,4м. Расчетами по допустимым деформациям пучения при минимальных нагрузках от дома определены необходимые размеры траншей: глубина — 0,8 м, ширина по дну — 1,4 м. Высота противопучинной подушки равна 0,3 м (рис. 2). При этих параметрах гарантированно обеспечивается надежность фундамента. Для сравнения показателей произведем расчет фундамента для этого же дома, но заглубленного на 1,6 м. Такую конструкцию применяют многие строительные организации. Надежность такого фундамента может быть обеспечена при ширине обратной засыпки непучинистым грунтом, равной 0,6 м. Необходимая ширина подошвы такого фундамента определена равной 0,4 м. Ширина траншей по дну из этого условия должна быть равной 1,6 м. Отметим, что щелевые фундаменты при бетонировании в распор грунта в сильнопучинистых грунтах неприменимы из-за ненадежности фундаментов (Qf»Qfl). При перемещении фундаментов вверх под подошвой образуется полость, в которую может попасть грунт со стен траншей при посадке фундаментов весной — начнется процесс накопления деформаций. Результаты расчетов представлены в табл. Г. Вместо эпилога Один симпатичный руководитель строительной фирмы поделился: «А нам неудобно признаться перед Заказчиком, что мы не умеем рассчитывать такие фундаменты». Странное неудобство — строительные фирмы и не обязаны уметь рассчитывать фундаменты. Придет, например, товарищ с больным сердцем к хирургу, а тому неудобно признаться, что он не умеет делать операции на сердце и... На самом деле хирург направит его к специалисту, умеющему делать такие операции. Почему по-другому часто поступают некоторые строительные фирмы? Ради справедливости надо отметить, что упомянутый руководитель сегодня знает, как определить необходимую конструкцию фундаментов, их размеры и конструкцию основания в пучинистых грунтах под легкие дома. Другой руководитель фирмы говорит: «В два раза поглубже, в два раза пошире — заказчик платит и гарантия 1 год его устраивает». Делая фундаменты «на глазок» (ведь фундаменты — это так просто!), многие фирмы дают гарантию на 1...3 года. Что это означает, одному Богу известно. Неужели дом без ремонта больше не простоит? Представляется, что гарантия по фундаментам должна быть на весь срок эксплуатации дома. Продолжая образное сравнение, следует сказать, что фундамент в строительстве — это сердце дома. Как себя чувствует фундамент, таково состояние дома. Больной фундамент — больной дом. Ему присущи некоторые болезни и травмы, созвучные с человеческими, -перелом, водянка. Он и дышит с периодичностью в один год, он и горбится под тяжестью нагрузок. Если дом рожден с пороком фундамента, быстро наступает время, когда их обоих надо лечить - - ремонтировать. Может понадобиться и хирургическое вмешательство — укрепление,усиление,переделка. (Табл. Г) Строительные фирмы не обязаны уметь рассчитывать фундаменты, но имеют возможность и обязаны привлекать к решению этой проблемы соответствующих специалистов, организации. Также может поступать и Заказчик. Но часто именно на этом этапе идет борьба за экономию «своих» расходов. Какие средства при этом теряются, Заказчик даже не подозревает. Как сказал великий артист -«бешеные деньги!» Вначале проект дома должен быть привязан к конкретным грунтовым условиям, площадки строительства. Если заказчик приходит в строительную фирму с таким проектом, последняя в этом случае несет ответственность только за качественное выполнение и за соблюдение технологии работ, на что и должна давать гарантию.