ФУНДАМЕНТЫ МАЛОЭТАЖНЫХ ЗДАНИЙ

НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ

© А.Е.Сутягин, 2010

Ввиду возросшего в последние годы строительства малоэтажных загородных домов, гаражей, сельхозпостроек стала актуальной проблема экономичных, но при этом, надежных фундаментов. Согласно классическим нормативным требованиям для одно-двух этажного здания требуется устройство фундамента на высоту еще одного этажа (в средней полосе России). Но даже для возведения Останкинской телебашни высотой 540м (инженер Н.В. Никитиным 1963-67г ) потребовался фундамент глубиной всего 4,6м т.е. менее 1% надземной части. Требование по устройству глубоких фундаментов (ниже глубины сезонного промерзания) обусловлено свойством грунтов, залегающих на большей части территории средней полосы - пучинистостью.

Пучинистость - свойство грунта увеличиваться в объеме (пучиться) при их промерзании (сезонном). Силы пучения делятся на нормальные - действующие на подошву фундамента и касательные - действующую на боковую поверхность (поверхности) фундамента. Последние, как раз и влияют на заглубленные фундаменты, при неправильном проектирование которых также возможны деформации здания, даже и при заложении фундамента ниже глубины промерзания.

Далее рассмотрим способы учета пучинистости грунта, а также расчётные и конструктивные факторы позволяющее уменьшить или устранить отрицательные факторы пучинистости на фундаменты и на все здание (сооружение) в целом.

В статье использованы материалы работ [1] и [2], а так же собственный опыт автора в данной области. Согласно [2] малозаглубленные фундаменты позволяют снизить: - расход бетона на 50-80% - трудозатраты на 40-70% - стоимость на 50% и более по сравнению с традиционными заглубленными фундаментами.

2. Факторы пучинистости


C точки зрения физико-механического строения - грунт представляет собой трех компонентную среду состоящую из минеральных частиц, воды (w) и пузырьков воздуха. При замораживании грунт переходит в более сложную, четырехкомпонентную, систему состоящую минеральных частиц, воды, пузырьков воздуха и льда, который в пылевато-глинистых грунтах может занимать до 50% объема грунта. С одной стороны, лед в мерзлом грунте служит "цементом” между отдельными минеральными частицами. С другой стороны, лед является заполнителем пор грунта и его разрыхлителем при промерзании (пучении).

Морозное пучение - это результат объемного расширения (примерно на 9%) воды, находящийся в нем до промерзания и дополнительной воды поступающей (мигрирующей) к границе промерзания в процессе перехода воды в лед. Таким образом на величину пучения наряду с собственно физико-механическими свойствами грунта влияет (в значительной степени) собственная влажность грунта, а также наличие свободной воды в нижележащих слоях, а также поверхностных вод. При возможности мигрирования свободной воды из нижележащих незамерших горизонтов увеличение объема грунта может значительно превышать 9% (до 20% и более). Это возможно при небольшой глубине уровня залегания подземных вод (УГВ).

Объем промерзающего грунта увеличивается если его влажность (w) превосходит расчетную критическую влажность (wcr), ниже значения которой прекращается перераспределение влаги в промерзающем грунте.

Далее наступает миграция влаги к фронту промерзания. Наиболее интенсивно это проявляется в грунтах с высоким содержанием пылеватых фракций (размер частиц d=0,05-0,005 мм). Это объясняется тем, что грунты содержащие в своем составе преобладающее количество (более 50%) пылеватых фракций, в природных условиях характеризуются высоким капиллярным поднятием (z) и, следовательно, легкой отдачей воды и быстрым ее поглощением. Наличие в глинистых грунтах большого количества коллоидных частиц сильно затрудняет передвижение воды по капиллярам, что резко ограничивает возможность большого накопления льда, образующегося за счет подтягивания воды по капиллярам из нижних слоев грунта к фронту промерзания. Кроме того, мелкодисперстные глинистые грунты обладают большей удельной поверхностью частиц и за счет поверхностной энергии притягивают к себе воду: таким образом эти грунты (d 0,1мм) миграция практически отсутствуют ввиду малой удельной величиной поверхности, а также наличием фильтрационных свойств. При промерзании таких грунтов происходит отжатие ("поршневой эффект”) воды из промерзающего слоя гидростатическими силами. (При увеличении объема воды при замерзании незамершая вода "отжимается” от фронта промерзания.

В крупноскелетных грунтах при d 120 мм) и с утеплением (для ликвидации промерзания); для внутренних стен ширина принимается по ширине стены. Пояса (ленты) устраиваются по расчету, шириной не менее 250 мм, высотой не менее 150 мм. Бетон - класса B15, Армирование двойное (сверху и снизу). Продольное армирование из 4 - 8 стержней диаметром 10 - 20мм. Хомуты из гладкой арматуры диаметром 8 мм с шагом не реже 3/4 высоты пояса и не реже 200 мм. (Минимальное армирование см. табл. ниже)

Армокаменные пояса устраиваются высотой не менее 300 мм на ширину кладки в количестве 4 - 10 стержней диаметром 12 мм в каждом шве кладки (армопояса). Марка раствора не ниже М75. Толщина швов кладки должна превышать диаметр арматуры не менее, чем на 4 мм. Минимальная площадь сечения продольной арматуры приведена в таблице.

Табл.8. Минимальная площадь сечения продольной арматуры

Ввиду того, что на практике учесть все факторы деформирования грунта при морозном пучении бывает достаточно сложно, то, по опыту проектирования расчет, поясов (лент) следует производить по следующей расчетной схеме. Принимается произвольная зона фундамента диаметром 6 м. где лента (система лент) может при морозном пучении (осадки) грунта оказаться в "висячем” состоянии, где расчет ведется как свободно-лежащей балки (системы балок) от нагрузки надфундаментонй части (с учетом веса фундамента). По углам здания такая область принимается как консольно-заделанная балка (система балок) вылетом 3 м. При устройстве малозаглубленной фундаментной плиты принимается аналогичная схема расчета.

На фото ниже показан процесс возведения малозаглубленного фундамента в условиях Московской области для одноэтажного производственного здания пролетом 24 м (без промежуточных опор).

По материалам сайта: http://epsilon-cad.ru