Глава 1. ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПРОЕКТИРОВАНИЕМ И ВОЗВЕДЕНИЕМ ЛЕГКИХ ЗДАНИЙ НА ПУЧИНИСГЫХ ГРУНТАХ

В связи с широким распространением в условиях Северо-Запада России (более 80 %), и особенно Карелии, пучинистых грунтов (более 90 %) проблема строительства на таких грунтах является весьма актуальной применительно к легким (малонагруженным) зданиям и сооружениям, к числу которых относится большинство индивидуальных домов, коттеджей, дач, объектов агропромышленного комплекса, лесной промышленности, транспорта и др.
К типичным пучинистым грунтам относятся озерно-ледниковые отложения (ленточные глинистые грунты-супеси, суглинки, глины), мелкие и пылеватые пески, послеледниковые морские отложения (иольдиевые глины), супесчаные и суглинистые разновидности водонасыщенных со слабыми структурными связями моренных отложений и др. При влажности больше критической (w>wcr) эти грунты, замерзая в зимний период, значительно увеличиваются в объеме (пучатся) на 20 см и более в пределах глубины его промерзания, которая в условиях Северо-запада России достигает 1,5-2,0 м и более.
При взаимодействии грунта, подверженного морозному пучению, с традиционными заглубленными фундаментами возникают значительные касательные (tfh) и нормальные (Pf) силы морозного пучения, способные неравномерно перемещать (выталкивать) фундаменты вместе с легким зданием вверх или оторвать верхнюю часть от нижней, если эти силы больше передаваемых на фундаменты вертикальных нагрузок (легкие здания). Причем неравномерность деформации со временем становится больше, а деформации зданий знакопеременными, так как при промерзании грунтов происходит подъем (выпучивание) отдельных частей сооружения (особенно с различными температурными режимами в помещениях - отапливаемые и неотапливаемые), а при оттаивании - опускание (осадка-просадка).
Если ремонт здания проводится без устранения причин, порождающих неравномерные деформации несущих конструкций, то он не решает проблему эксплуатации здания в дальнейшем. В соответствии с требованиями норм проектирования оснований и фундаментов (СНиП 2.02.01-83*)) действующие на фундамент касательные и нормальные силы морозного пучения должны уравновешиваться передаваемой на фундамент нагрузкой. Для исключения действия нормальных сил морозного пучения нормы проектирования требуют производить заложения фундаментов в пучинистых грунтах ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунта (df), т.е. на глубину 1,5-2,0 м. Но для малонагруженных (легких) зданий эта мера еще далеко не обеспечивает устойчивость их в пучинистых грунтах, так как неравномерные деформации зданий могут происходить за счет воздействия касательных сил морозного пучения. При глубоком заложении (ниже глубины промерзания d>df) традиционных малонагруженных фундаментов возникают большие неравномерные перемещения за счет накапливания остаточных деформаций, так как ежегодно при оттаивании грунта малонагруженный фундамент не дает осадку, равную величине выпучивания (см. рис. 17 б, кривая I).
В результате повреждений подземных конструкций зданий, вызванных морозным пучением грунта, ежегодно наносится огромный ущерб народному хозяйству, исчисляемый миллиардами рублей. Следовательно, заложение фундаментов для малонагруженных сооружений и зданий ниже глубины промерзания (без принятия специальных мер) не является эффективным, а в ряде случаев даже недопустимым.
Уменьшение глубины заложения фундаментов (малозаглубленные) особенно актуально для малоэтажных (легких) зданий и сооружений (III класса)1, рекомендуемое СНиП 2.02.01-83*),, поскольку стоимость фундаментов таких зданий достигает до 45% от общих затрат на строительство. Для снижения стоимости строительства малоэтажных зданий в пучинистых грунтах и увеличения их эксплуатационной пригодности в ряде случаев целесообразно использовать малозаглубленные фундаменты. Применение их вместо традиционных заглубленных позволяет снизить стоимость фундаментов в 1,5-3 раза, повысить надежность легких зданий, сократить продолжительность строительства и одновременно резко повысить культуру производства работ, так как после устройства малозаглубленного или незаглубленного фундамента практически оказывается законченной и качественная подготовка для устройства конструкции чистого пола.
Устойчивость здания в пучинистых грунтах в значительной степени определяется инженерно-геологическими условиями (свойствами грунтов), типом и конструкцией фундамента, надземных конструкций (наружных и внутренних стен), гидрологическими и климатическими условиями площадки строительства, условиями эксплуатации. Одни из них незначительно меняются во времени. другие - сильно изменяются (рис. 1).
Учет закономерностей взаимодействия влияющих факторов (рис. 1, а, б, в, г, д) на практике осложняется неопределенностью ряда исходных величин, входящих в расчет воздействия сил пучения. Так, погрешность вычислений только за счет неопределенности основных входных данных, незначительно меняющихся во времени параметров (см. рис. 1). по данным А.Т. Беккера составляет до 30 %. Зависимость деформаций пучения грунта от факторов, меняющихся во времени (температура воздуха и грунта, влажность грунта, уровень подземных вод, глубина и скорость промерзания и др.) носит случайный вероятностный характер. Поэтому зависимость деформации конструкций и действующих на них сил морозного пучения во времени имеют скачкообразную форму (B.C. Сатин). Пучение грунта по глубине и в плане происходит крайне неравномерно, изменяется из года в год, достигая значительных колебаний. Наибольшие подъемы грунта но глубине наблюдаются в случае, когда интенсивность пучения увеличивается с ростом глубины промерзания и при этом возникают наибольшие силы и деформации пучения-оттаивания фундаментов легких зданий. Поэтому выбор при расчете параметров морозного пучения, обеспечивающий максимальное пучение грунта, является наиболее целесообразным.
При проектировании малозаглубленных фундаментов для легких зданий необходимо предусмотреть мероприятия, направленные не на преодоление сил морозного пучения, а на снижение вызванных ими деформаций до предельно допустимых величин для конкретного здания или сооружения. Такой подход при решении практических вопросов и рассматривается в данной работе[2, 4, 5. 7, 10].
Однако при решении вопросов, связанных с проектированием и строительством легких зданий и сооружений на малозаглубленных и незаглубленных фундаментах на нучинистых грунтах, возникает ряд сложных задач (рис. 2), подробно рассматриваемых в данном пособии.

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

СЛЕДУЮЩАЯ ГЛАВА