В связи с широким
распространением в условиях Северо-запада России, пучинистых грунтов (более 90
%) проблема строительства на такой поверхности является весьма актуальной
применительно к легким (малонагруженным) зданиям и сооружениям, к числу которых
относится большинство индивидуальных домов, коттеджей, дач, объектов
агропромышленного комплекса, лесной промышленности.
К типичным пучинистым грунтам относятся озерно-ледниковые отложения (ленточные,
глинистые грунты-супеси, суглинки, глины), мелкие и пылеватые пески,
послеледниковые морские отложения, супесчаные и суглинистые разновидности
водонасыщенных отложений и др. При влажности больше критической эти грунты, замерзая в зимний
период, значительно увеличиваются в объеме. В результате они пучатся не менее
чем на 20 см в пределах глубины их промерзания, которая в условиях
Северо-запада России достигает 1,5-2,0 м и более.
Получается, что при
взаимодействии грунта с традиционными заглубленными фундаментами возникают
значительные касательные и нормальные силы морозного пучения, способные
неравномерно перемещать (выталкивать) фундаменты вместе с построенным зданием
вверх или вовсе оторвать верхнюю часть от нижней, когда эти силы больше тех,
которые передаются на фундаменты от вертикальных нагрузок (легкие здания).
Причем неравномерность деформации со временем становится больше, а деформации постройки
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).
Действующие на
фундамент касательные и нормальные силы морозного пучения должны
уравновешиваться передаваемой на фундамент нагрузкой. Для исключения действия этих
сил нормы проектирования требуют производить заложения фундаментов в пучинистых
грунтах ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунта, т.е. на глубину
1,5-2,0 м. Но для малонагруженных (легких) зданий эта мера не гарантирует
устойчивость их на такой поверхности, так как неравномерные деформации зданий
могут происходить за счет воздействия касательных сил морозного пучения. При
глубоком заложении (ниже глубины промерзания) 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. 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, поскольку стоимость фундаментов таких
зданий достигает до 45% от общих затрат на строительство. Для снижения
стоимости строительства легких построек 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 домов,
сократить продолжительность строительства.
Итак, 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.
Учет закономерностей
взаимодействия влияющих факторов на практике осложняется неопределенностью ряда
исходных величин, входящих в расчет воздействия сил пучения. 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. Пучение грунта по глубине и в плане происходит
крайне неравномерно, изменяется из года в год, достигая значительных колебаний.
Наибольшие подъемы грунта на 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. 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.
Следует иметь ввиду, что заглубленный фундамент является инородным телом для окружающих его грунтов. Между поверхностью фундамента и промерзающим грунтом всегда существуют контактные связи. Поэтому пучащийся грунт при промерзании стремится вывести фундамент из состояния неподвижности и переместить вверх, при этом фундамент оказывает сопротивление перемещению мерзлого грунта. В этот момент возникает сложное напряженное состояние и, соответственно, деформации фундамента. В последние годы сформировалось и успешно развивается направление устройство фундаментов без нарушения грунта - фундаменты на вытрамбованных площадках. Особенность их состоит в том, что в процессе устройства фундаментов под подошвой и вокруг их боковых граней создается уплотненный грунт пониженной влажности, но повышенной прочности и несущей способности. При этом типе фундамента не проявляются касательные силы морозного пучения и, следовательно, исключается возможность накопления остаточных неравномерных деформаций при промерзании - оттаивании грунтов.
В состав подготовительных работ входят:
а) вырубка кустарника, корчевка пней, удаление растительного слоя;
б) планировка
площадки со срезкой отдельных неровностей, выравнивание поверхности;
в) срезка и удаление непригодных для строительных целей грунтов (торфа, свалок
и т.п.) с последующей засыпкой и уплотнением;
г) осушение площадки
путем устройства водоотводных и нагорных канав, кюветов, водоотводных лотков и
т.д. с отводом воды в пониженные места;
д) строительство сетей водопровода, канализации, теплофикации до колодцев ввода
в здания, заглубленных конструктивных элементов (выгребов, лифт-клозетов,
приямков для ввода инженерных коммуникаций и т.д.).
Материалы, применяемые для устройства подсыпок, должны удовлетворять следующим требованиям:
·
не изменять своих свойств при
увлажнении, замерзании-оттаивании,
·
в уплотненном состоянии должны
дренировать воду,
·
быть непучинистыми (содержание
пылеватолинистых частиц не более 10 % по весу),
·
не содержать растительных остатков и
горючих примесей. Материалом подсыпки могут служить: гравий (в том числе
керамзитовый и шунгизитовый), щебень, дресва, пески гравелистые, средние и
крупные, гравийная, щебеночная и песчаная смеси, отходы производства и др.
Материал подсыпки укладывается горизонтальными слоями толщиной не более 30 см с уплотнением. Заложение откосов подсыпки не круче 1:1,5. Откосы должны быть укреплены (одерновкой, посевом трав, каменной отмосткой, декоративной плиткой). Откосы можно ограничивать устройством небольших подпорных стенок, которые делаются также около заглубленных конструктивных элементов, чтобы избежать местных просадок подсыпки. Размеры верха подсыпки принимаются по наружным габаритам здания плюс не менее 1,5 м. Поверхность подсыпки должна иметь уклон не менее 0,03 (3 %) от центра здания к наружному периметру (рис. 4.1).
Рис. 4.1 - Малозагубленный фундамент на дренирующей подушке
В основании подсыпки рекомендуется устраивать водоотводные лотки поперек здания через 2-3 м сечением 300х200 мм с уклоном по рельефу 0,01 (1 %), заполненные песко-гравием. Такие лотки работают по принципу "пластового дренажа", устраняется образование верховодки
Источник: В.Г.Смагин «Эффективные фундаменты легких зданий
на пучинистых грунтах», Петрозаводск 1997 г.,
