Глава 5. Эффективность применения малозаглубленных фундаментов для легких зданий в пучинистых грунтах
При проектировании и строительстве малоэтажных (легких) зданий на пучинистых грунтах еще нередко по аналогии с многоэтажными применяют традиционные заглубленные фундаменты (d >= df), т.е. больше или равной расчетной глубине промерзания грунта (df), хотя СНиП 2.02.01-83 для зданий III класса допускает применять малозаглубленные фундаменты (d « df).
Учитывая небольшие нагрузки от легких зданий, приходящиеся на основание, стремясь уменьшить боковую поверхность смерзания фундамента с грунтом (Tf), его объем и стоимость, сегодня обычно применяются отдельно стоящие (столбчатые, свайные) фундаменты, ленточные, а в ряде случаев и сплошные (плитные).
Тем не менее суммарная касательная сила морозного пучения (Tf) в большинстве случаев преодолевает сравнительно небольшой вес здания (Следует иметь в виду, что общая тенденция экономики строительства сегодня заключается в снижении материалоемкости, т.е. уменьшении массы зданий. ) (см. табл. 19), что приводит, как правило, к значительным деформациям малоэтажных (малонагруженных) зданий.
Как показывает опыт строительства и исследования морозного пучения грунтов, а иногда и заполнение водой подвалов зданий, построенных на первоначально сухих пылеватоглинистых грунтах даже с глубоким залеганием УПВ, является следствием нарушения природного сложения структуры грунтов. Грунты с нарушенной структурой (некачественно выполненные обратные засыпки пазух траншей и котлованов при традиционном заложении фундаментов (d >= df), отмостки), окружающие сплошной оболочкой фундаменты и подвалы зданий и сооружений и создающие неоднородность зоны аэрации, в послестроительный период приобретают высокую влажность (w » wcr). Осенью в период выпадения обильных атмосферных осадков, что характерно для климата Карелии (см. рис. 3 б), в обратных засыпках нередко формируется "верховодка", затопляющая подвалы, а в период промерзания интенсивное пучение грунтов, т.к. в этом случае процесс миграции влаги значительно усиливается.
Характерным примером в этом отношении может служить Государственный заповедник "Кивач" в Карелии. В 1978-1979 годах были сданы в эксплуатацию несколько жилых одно-двухэтажных кирпичных домов, построенных на традиционных фундаментах (столбчатых и ленточных заглубленных d >= df) на суглинистых грунтах. На момент изыскания суглинки были оценены как непучинистые грунты. Однако в период строительства (продолжительного) и в первый же год эксплуатации грунты в обратных засыпках фундаментов сильно увлажнились и перешли в категорию сильнопучинистых.
При промерзании грунта в наружных кирпичных стенах зданий появились многочисленные сквозные трещины на всю высоту с раскрытием до 40 мм. В последующие годы трещины проявляли себя уже при сравнительно небольшой глубине промерзания (30-50 см). Несмотря на принятие мер (прокладка пристенного дренажа, обшивка стен вагонкой, восстановление отмостки и др.) деформации зданий продолжают развиваться, что ухудшает условия проживания жильцов в этих домах.
Естественно возникает вопрос, какова же в таком случае цель устройства традиционных заглубленных фундаментов у легких зданий? Ведь незначительная нагрузка от малонагруженного здания может быть воспринята и верхними слоями грунта или подсыпкой из непучинистых материалов.
В целях борьбы с морозным выпучиванием фундаментов легких зданий в последние годы были разработаны и осуществлены проекты на малозаглубленных (МЗ) и незаглубленных (НЗ) фундаментах для однои двухэтажных зданий и сооружений различного назначения [4, 5, 10]. Конструкции МЗ фундаментов таких зданий при расположении подошвы фундамента в слое сезонного промерзания (d « df) подвергаются действию нормальных (Pf, Pfr) и касательных (Tfh) сил морозного пучения (рис.18 в).
На незаглубленные же фундаменты действуют только нормальные силы морозного пучения, а на малозаглубленные фундаменты на подсыпках из непучинистого грунта воздействуют также только нормальные силы морозного пучения (рис. 18 а, б).
Наличие подсыпки (распределительной подушки) из непучинистого грунта между подошвой малозаглубленного или незаглубленного фундамента и промерзающим пучинистым грунтом позволяет:
Из рис. 24 а следует, что наибольшее пучение грунта у отапливаемых зданий происходит под углами здания, так как именно здесь меньше всего сказывается влияние тепла, выделяемого зданием, а у неотапливаемого, как правило, в середине здания (рис. 24 б). Поэтому здание в целом должно обладать достаточной жестокостью [EI], чтобы не деформироваться под влиянием возможного неравномерного подъема пучащегося грунта (Ahfp) и последующей осадки (просадки) при оттаивании (ASf).
Очевидно, что придание жесткости коробке здания потребует некоторого усложнения ее конструкции и связанного с этим увеличения стоимости. Однако это удорожание компенсируется отказом от традиционных заглубленных фундаментов и земляных работ (см. табл. 21). Чем меньше размеры здания, тем меньше расходы, связанные с приданием жесткости его коробке, и тем больше экономия, вызванная отказом от устройства заглубленных фундаментов.
Из данных, приведенных в табл. 21 следует, что внедрение 1 м3 эффективных фундаментов (малозаглубленных и не заглубленных) взамен традиционных (ленточных и столбчатых) с глубиной заложения 1,5-2,0 м. позволяет сэкономить порядка:
Трудоемкость всех работ нулевого цикла по подсыпке почти вдвое меньше, чем при возведении типовых заглубленных фундаментов и составляет около 0,12 чел.-дней на 1 м3 здания. Удельный вес стоимости эффективных фундаментов к общей стоимости здания составляет 5-8%, а на традиционных заглубленных фундаментах 25-45%.
Особенно эффективным может оказаться строительство на незаглубленных фундаментах зданий в зимнее время, так как почти половину года грунты в Северо-Западных районах (в том числе и в Карелии) находятся в мерзлом состоянии, а простых и дешевых способов их разработки в малых объемах еще не имеется.
Пункт 5.1 ЭФФЕКТИВНЫЕ ТИПЫ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ
ЛЕГКИХ ЗДАНИЙ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ
Пункт 5.2 ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТОВ ДЛЯ ЛЕГКИХ ЗДАНИЙ
И СООРУЖЕНИЙ НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ
Пункт 5.3 НЕЗАГЛУБЛЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ (НЗ)
Пункт 5.4 МАЛОЗАГЛУБЛЕННЫЕ ФУНДАМЕНТЫ (МЗ)
Пункт 5.5 ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПУЧИНИСТЫМ ГРУНТОМ
ФУНДАМЕНТОВ В ВЫТРАМБОВАННЫХ КОТЛОВАНАХ (ФВК)