Типичные ошибки, при укладке фундамента.

Пучинистые грунты распространены по всей территории средней полосы России. Они отличаются тем, что в процессе сезонного промерзания увеличиваются в объеме. Внешне это проявляется в подъеме грунта. В процесс вовлекаются стоящие на нем или заглубленные в него различные строения, в том числе малоэтажные дома. При этом деформации пучения отдельных частей дома могут сильно отличаться.



Зимой мы ходим по вспученному грунту и не замечаем этого. Но когда вынуждены открывать входную дверь усадебного дома, дачи с помощью топора или монтировки, когда замечаем трещины в фундаменте, цокольной кладке или в кирпичной стене, то начинаем понимать, что при строительстве были допущены ошибки. И чаще всего они связаны с устройством фундамента именно на пучи-нистых грунтах.

Строительные нормы предусматривают в пучинистых грунтах заглубление подошвы фундаментов ниже расчетной глубины промерзания. При этом должна обеспечиваться устойчивость (неподвижность) зданий.

При выполнении этих требований нормальные силы пучения на подошву фундаментов, достигающие 20...60 тс/м2 и более, исключаются. Касательные силы пучения, которые действуют по боковой поверхности фундаментов при смерзании с грунтом, в 5...10 раз меньше нормальных и могут уравновешиваться весом зданий (рис. 1). Это правило строители успешно использовали в течение ряда десятилетий, пока в 70-х годах не началось массовое централизованное строительство усадебных домов для тружеников села. Что же произошло? Попробуем дать анализ произошедших перемен.



Вспомним послевоенное время. Тогда, в период восстановления народного хозяйства, основной социальный заказ состоял в разработке строительных правил, обеспечивающих надежность возводимых объектов тяжелой индустрии (цехов заводов, элеваторов, линий электропередач и т.п.), а в городах — многоэтажного жилищного строительства, культурно-спортивных комплексов, магазинов с техническим этажом и пр.

При больших нагрузках необходимо заглубиться в грунт до того слоя, несущая способность которого позволяет (при определенных размерах фундаментов) обеспечить допустимые осадки дома. Если несущий слой располагается выше расчетной глубины промерзания пучи-нистого грунта, подошву фундаментов все равно надо закладывать ниже глубины промерзания, чтобы исключить проблемы с пучением.

Конечно, как исключение, имели место небольшие объемы централизованного строительства малоэтажных зданий, когда условие уравновешивания касательных сил пучения весом здания не выполнялось. В этих случаях нормы предусматривали определенные мероприятия. Это замена пучинистого грунта на непучинистый (песок и др.), покрытие поверхности фундаментов в пределах слоя промерзающего грунта консистентной смазкой, полимерной пленкой, засоление грунтов веществами, не вызывающими коррозии бетона и арматуры, и др. Как видим, ненадежные, дорогостоящие и даже вредные для окружающей среды рекомендации. Об экологии еще не задумывались.

Кто думал тогда, как правильно построить усадебный или дачный дом? Считалось, что можно строить малоэтажные здания по тем же правилам, что и многоэтажные тяжелые здания, а раз нагрузки меньше, то и фундаменты должны быть меньших размеров.

При массовом строительстве усадебных домов исключение стало правилом — веса здания в средне- и сильно-пучинистых грунтах не хватало для уравновешивания касательных сил пучения. А ведь такие грунты, например, в Московской области составляют 70-80%.

В строительстве многоэтажных жилых домов наиболее употребительными фундаментами на естественном основании являются ленточные из блоков типа ФБС и плит типа ФЛ, укладываемых рядами с заглублением подошвы ниже глубины промерзания. Поэтому и под усадебные дома чаще всего делали такие же фундаменты. Они и сейчас рекламируются в проспектах строительных фирм, специализирующихся на возведении дач, одно-двухэтажных жилых домов и коттеджей.

В домах, построенных на таких фундаментах, при промерзании сильнопу-чинистых грунтов всего на 0,6 м (высоту верхнего ряда блоков) происходили деформации пучения. Обратная засыпка попадала между фундаментными блоками (рис. 2). Весной блоки не приходили в исходное проектное положение. Деформации с годами накапливались. В панельных домах возникали зазоры в стыках стеновых панелей. Жильцы жаловались, что не хватает дров, чтобы натопить дома. Особенно большим деформациям подвергались примыкающие легкие и холодные деревянные веранды, гаражи (рис. 3). В стенах кирпичных домов возникали трещины.



Беда сельских тружеников состоит в том, что малоэтажные дома для них проектировали специалисты с опытом городского многоэтажного строительства, где проблем с пучением практически не возникало. Интересно отметить, что некоторые специалисты, разрабатывая в проектной организации фундаменты в соответствии со СНиП (строительные нормы и правила), у себя на дачном участке изготавливали фундаменты более надежно и экономично по правилам, более согласованным со здравым смыслом.

Проведенные исследования и наблюдения за возведенными в разное время постройками показали, что взаимодействие фундамента легкого дома с пучи-нистым грунтом существенно отличается от взаимодействия фундамента тяжелого дома с тем же грунтом (рис. 4). Так, например, в тяжелых домах наблюдаются только осадки. В легких же осадки могут быть, но они обычно не существенны. Чаще наблюдаются деформации пучения, которые во много раз могут превышать величину осадок, направлены вверх и повторяются ежегодно.

Также различаются методы расчета фундаментов и требования, которые должны предъявляться к конструкциям и технологии устройства фундаментов и оснований. Для наглядности эти различия сведены в таблицу.

К концу 90-х годов под руководством доктора технических наук B.C. Сажина была разработана методика расчета фундаментов легких зданий в пучинис-тых грунтах и выработаны правила их устройства.

Первый основной урок, усвоенный за прошедшие годы, состоит в том, что бороться с природными силами пучения, достигающими больших величин, при строительстве легких домов (дач, усадебных домов и коттеджей) неэкономично и непродуктивно — достаточно их ограничивать. Конструкции оснований, фундаментов и надфундаментной части домов необходимо приспосабливать к деформациям пучения.

Второй урок. Эксплуатационная надежность домов сохраняется не только при допустимых осадках, но и при допустимых деформациях пучения.

Третий урок. Заложение подошвы ленточных и столбчатых фундаментов легких домов ниже расчетной глубины промерзания может сопровождаться остаточными деформациями, что приводит к бесполезному расходованию финансов, материалов и труда.

Нагрузки от легких бесподвальных зданий позволяют в большинстве случаев закладывать подошвы фундаментов выше глубины промерзания, а часто — в уровне планировочной отметки на уплотненной песчано-гравийной подушке (фундамент-цоколь). В практически не-пучинистых и слабопучинистых грунтах можно применять столбчатые или ленточные фундаменты из свободно уложенных фундаментных блоков. К фундаментам в средне- и сильнопучинистых грунтах предъявляются повышенные требования — требуется обеспечить их пространственную жесткость. В этом случае следует применять сборно-монолитные или монолитные ленточные фундаменты на противопучинных подушках из крупного и средней крупности песка, а еще лучше — из смеси песка с щебнем. Высота подушки зависит от степени пучинистости грунтов, веса дома и допустимых для надфундаментной части дома деформаций.

Для деревянных домов допустимые деформации в два раза больше, чем для кирпичных. Особенно чувствительна кирпичная кладка домов к неравномерным деформациям различных частей построек. В необходимых случаях в уровне цокольного или межэтажного перекрытия применяют пояса жесткости — железобетонные ленты высотой 10-15 см и шириной, равной ширине кирпичной кладки, или армированную кладку над проемами.

Таким образом, в средне- и сильнопучинистых грунтах вместо ненадежных 2-4 рядов фундаментных блоков, уложенных на цементном растворе ниже глубины промерзания, применяют железобетонный фундамент высотой в один ряд блоков, соединенный с внутренними фундаментами в единую пространственную раму. Его устраивают на песчаной или песчано-гравийной подушке, высота которой значительно меньше расчетной глубины промерзания (рис. 5). Так называемые мелкозаглубленные фундаменты для бесподвальных домов являются наиболее надежными и экономичными при строительстве легких зданий.

Фундаменты легких домов, устроенные с заглублением подошвы ниже расчетной глубины промерзания, в пучинис-тых грунтах в зимне-весенний период перемещаются вверх, а при оттаивании грунтов могут не возвращаться в исходное положение. Причиной этого может быть недостаточность веса дома для преодоления трения талого грунта по боковой поверхности фундаментов, попадание обратной засыпки между перемещавшимися в разное время фундаментными блоками, попадание грунта в образовавшуюся полость забоя буровых опор и т.п. При этом происходит постепенное и неравномерное выпирание с годами конструкций фундаментов из пу-чинистых грунтов.

При использовании мелкозаглублен-ных фундаментов деформации не накапливаются. В зимне-весенний период происходят заранее рассчитанные деформации вверх, а после оттаивания грунтов фундаменты приходят в исходное положение. В этом принципиальное отличие взаимодействия с пучинистыми грунтами мелкозаглубленных и заглубленных фундаментов.
Некоторые организации, предлагающие свои услуги в области строительства дач, усадебных домов и коттеджей, перешли на технологию устройства мелкозаглубленных фундаментов. Однако в ряде случаев при устройстве фундаментов мы сталкиваемся с неточным подходом к решению задачи, встречаются и просто ошибки. Перечислим основные из них.

1. Легкие деревянные щитовые дома возводят на столбчатых фундаментах: дешевый дом — дешевый фундамент; брусовые дома возводят на ленточных фундаментах: дороже дом — дороже фундамент. Такой чисто коммерческий подход не имеет никакого отношения к строительному искусству. Жесткий сруб позволяет в ряде случаев в пучинистых грунтах применить экономичные столбчатые фундаменты, а более податливая конструкция щитовых домов требует использования пространственно жесткого ленточного фундамента.

2. Фундаменты легких домов закладывают ниже глубины промерзания. В Сибири, где нормативная глубина промерзания меняется от 2,2 м (Новосибирск, Омск и др.) до 2,5 м (Чита), получается парадоксальный результат, когда высота фундаментов бесподвального одноэтажного дома соизмерима с высотой жилой части. При этом фундамент ненадежен, так как образуются остаточные деформации пучения, накапливающиеся с годами.

3. Основную жилую часть дома ставят на ленточных фундаментах, а примыкающие к ней строения (веранда, галерея, крыльцо) — на столбчатых. В этом случае деформации примыкающих частей дома будут значительно больше деформаций основной его части. В средне- и сильнопучинистых грунтах фундаменты всех составляющих дома должны быть одинаковой конструкции, но не обязательно одинаковых размеров.

4. Фундаменты под внутренние перегородки устраивают не связанными с наружными фундаментами. В отапливаемых домах наружные фундаменты подвергаются некоторым деформациям пучения, внутренние — сохраняют устойчивость. Автору пришлось беседовать с жильцами таких домов. Между потолком и внутренними перегородками зимой образуется зазор в несколько сантиметров. Жильцы рассказывали, что зимой они переговариваются, не выходя из комнат. Летом щели исчезают. Значит, деформации пучения все же не накапливались. В средне- и сильнопучинистых грунтах фундаменты всех частей дома должны быть связаны в единую пространственно жесткую раму.

5. Во многих индивидуальных проектах под одной крышей с жилой частью отапливаемого дома устраивают гаражи, веранды. Более холодные и менее нагруженные, они могут подвергаться деформациям пучения большим, чем жилая часть дома при одних и тех же фундаментах. Увеличение расчетной высоты противопучинной подушки под этими частями дома позволяет выравнивать деформации. Все поддается расчету.

6. На слабопучинистых грунтах столбчатые фундаменты устанавливают свободно, без связи с нижней обвязкой дома. В результате наблюдается потеря устойчивости таких фундаментов; они наклоняются, сдвигаются, иногда падают. С южной стороны неотапливаемых дачных домов наклон столбчатых фундаментов наблюдается, как правило, на юг.

7. Под лаги пола для большей надежности подводят отдельные столбчатые фундаменты. В дачных неотапливаемых домах деформации пола под действием сил пучения настолько значительны, что в дальнейшем эти столбики приходитсясрубать. Хорошо, если их выкладывают из кирпича. Срубать легче.

8. При строительстве на слабых, заболоченных, заторфованных сильно- и чрезмернопучинистых грунтах иногда применяют плитный фундамент под всем домом. Особенно это целесообразно в кирпичных домах, чувствительных к неравномерным дефорациям. Чтобы повысить надежность такого фундамента, плиту стремятся установить на буронабивных опорах высотой 1,5-2,0 м. Во многих случаях при этом можно получить эффект, обратный ожидаемому. Упускается из виду, что на заболоченных грунтах скважины заполнены водой и качественное бетонирование вряд ли возможно. Последнее можно осуществить с помощью бетонолитных труб, но для этого требуется специальное оборудование и механизмы, а также соответствующая квалификация исполнителей.

Если же плиту жестко связывать с опорами, которые при пучении могут играть роль анкеров, то потребуется мощное армирование плиты и опор, чтобы предотвратить их разрушение силами пучения. При недостаточном анкерующем эффекте опор могут накапливаться деформации пучения.

В то же время расчеты показывают, что даже при наличии слабых грунтов на плитах можно возводить кирпичные дома до 2-х этажей. Но эту уверенность необходимо подкреплять расчетом, а также соответствующей технологией работ. При этом зимой под действием сил пучения могут происходить ограниченные деформации пучения, летом плита приходит в исходное положение. Такой фундамент в популярной литературе назвали «плавающим»: он как плот на волнах поднимается и опускается.

9. Под легкие дома применяют монолитные ленточные фундаменты, изготавливаемые щелевым методом. В связанных грунтах прорывают тем или иным способом траншею заданной ширины и глубины, армируют и заполняют ее бетоном. Такие фундаменты экономичны, так как не требуется опалубка, обратная засыпка и производится минимум земляных работ.
Однако в пучинистых грунтах воздействие сил пучения на фундамент проявляется в полной мере. Велика вероятность накопления остаточных деформаций пучения.

Возможность применения таких фундаментов нужно проверять расчетом, учитывая нагрузки, степень пучинистости грунтов и допустимые для материала стен деформации. Однако до последнего времени такие расчеты не производились. При обычном способе изготовления фундаментов (с использованием опалубки и обратной засыпки из непучинистого грунта, например, песка) деформации пучения уменьшаются на 30...50% — в зависимости от ширины засыпки.

10. Некоторые строительные организации возводят дачные дома без определения грунтовых и гидрологических условий на строительной площадке. Но без знания пучинистых свойств грунтов и глубины залегания уровня подземных вод трудно выбрать надежный и экономичный фундамент и устроить соответствующее основание. Некоторые строители принимают в таких случаях конструкцию оснований и фундаментов как для сильнопучи-нистых грунтов. Такой подход позволяет обеспечить надежное возведение стен во всех грунтовых условиях, но в ряде случаев сильно удорожается строительство.
На рис. 6 представлен частный случай устройства основания для одного и того же дома в грунтах с различной степенью пучинистости. В слабо- и среднепучинис-тых грунтах глубина траншеи под ленточный фундамент может оказаться в 2-5 раз меньше, чем в сильнопучинистых.

В то же время узнать о напластованиях грунта в пределах промерзаемой толщи (для Московской области 1,4-1,6 м) и уровне грунтовых вод можно, сделав несколько скважин с помощью удлиненного садового бура.

Подведем итоги.

Кто предупрежден—тот вооружен! Знание возможных ошибок позволяет и заказчикам, и строителям избежать их повторения при возведении коттеджей, легких дачных и усадебных домов. Следует отметить, что специфика механики грунтов и фундаментостроения легких зданий требует дальнейшего повышения квалификации проектировщиков и строителей.
Один начинающий руководитель небольшой строительной фирмы лет семь назад сказал: «Подумаешь, дачный домик! Перекосится столбчатый фундамент — можно поддомкратить и поставить на место. Я сам в прошлом годе проделал такую операцию на своей даче». А мне и сегодня как-то обидно за тот маленький дачный домик. Тот строитель не знал, что в типовом проекте столбчатый фундамент предназначен для непу-чинистых грунтов.
Дата размещения: 5-12-2010, 02:47