Текст книги "Универсальный фундамент Технология ТИСЭ"

Автор книги: Р. Яковлев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 17 страниц)

Эту силу можно уменьшить в 4…6 раз, сгладив поверхность скважины толевой рубашкой, вложенной в скважину до заполнения её бетонной смесью.

Заглубленный ленточный фундамент может подняться таким же образом, если он не имеет гладкую боковую поверхность и не загружен сверху тяжелым домом или бетонными перекрытиями (рис. 4).

Основное правило для заглубленных ленточных и столбчатых фундаментов (без расширения внизу): возведение фундамента и загрузку его весом дома следует выполнить в один сезон.

Фундаментный столб, выполненный по технологии ТИСЭ (рис. 28, б), не поднимается силами сцепления пучинистого мерзлого грунта благодаря нижнему расширению столба. Однако если не предполагается в этот же сезон загрузить его домом, то такой столб должен иметь надежное армирование (4 прутка диаметром 10…12 мм), исключающее отрыв расширенной части столба от цилиндрической. Несомненные преимущества опоры ТИСЭ – высокая несущая способность и то, что его можно оставить на зиму без загрузки сверху. Никакие силы морозного пучения его не поднимут.

Боковые силы сцепления могут сыграть невеселую шутку с застройщиками, делающими столбчатый фундамент с большим запасом по несущей способности. Лишние фундаментные столбы действительно могут оказаться лишними.

Из практики

Деревянный дом с большой застекленной верандой установили на фундаментные столбы. Глина и высокий уровень грунтовых вод требовали заложения фундамента ниже глубины промерзания. Пол широкой веранды потребовал промежуточной опоры. Почти всё было выполнено правильно. Однако за зиму пол подняло почти на 10 см (рис.29).

Рис. 29. Разрушение перекрытия веранды силами сцепления мерзлого грунта с опорой

Причина такого разрушения понятна. Если стены дома и веранды смогли своим весом компенсировать силы сцепления фундаментных столбов с мерзлым грунтом, то легким балкам перекрытия это было не под силу.

Что же надо было сделать?

Существенно уменьшить либо количество центральных фундаментных столбов, либо их диаметр. Силы сцепления можно было бы уменьшить, обернув фундаментные столбы несколькими слоями гидроизоляции (толь, рубероид) или создав прослойку из крупнозернистого песка вокруг столба. Избежать разрушения можно было бы и через создание массивной ленты–ростверка, соединяющей эти опоры. Другой способ уменьшить подъем таких опор – заменить их на мелкозаглубленный столбчатый фундамент.

Выдавливание — наиболее ощутимая причина деформации и разрушения фундамента, заложенного выше глубины промерзания.

Чем его можно объяснить?

Выдавливание обязано суточному прохождению границы промерзания мимо нижней опорной плоскости фундамента, которое совершается значительно чаще, чем подъем опор от боковых сил сцепления, имеющих сезонный характер.

Чтобы лучше понять природу этих сил, мерзлый грунт представим в виде плиты. Дом или любое другое строение зимой оказывается надежно вмороженным в эту камнеподобную плиту.

Основные проявления этого процесса видны весной. У стороны дома, обращенной на юг, днем достаточно тепло (в безветрие можно даже загорать). Снеговой покров стаял, а грунт увлажнился весенней капелью. Темный грунт хорошо поглощает солнечные лучи и прогревается.

В звездную ночь ранней весной особенно холодно (рис. 30). Грунт под свесом крыши сильно промерзает. У плиты мерзлого грунта снизу вырастает выступ, который мощью самой плиты сильно уплотняет грунт под собой за счет того, что влажный грунт при замерзании расширяется. Силы подобного уплотнения грунта огромны.

Плита мерзлого грунта толщиной 1,5 м размерами 10x10 м будет весить более 200 т. Примерно с таким усилием и будет уплотняться грунт под выступом. После подобного воздействия глина под выступом "плиты" становится очень плотной и практически водонепроницаемой.

Рис. 30. Плита мерзлого грунта ночью: 1 – плита мерзлого грунта; 2 – граница промерзания; 3 — направление уплотнения грунта

Наступил день. Темный грунт у дома особенно сильно прогревается солнцем (рис. 31). С повышением влажности увеличивается и его теплопроводность. Граница промерзания поднимается (под выступом это происходит особенно быстро). С оттаиванием грунта уменьшается и его объем, грунт под опорой разрыхляется и по мере оттаивания падает под собственным весом пластами. Образуется множество щелей в грунте, которые заполняются сверху водой и взвесью глинистых частиц. Дом при этом удерживается силами сцепления фундамента с плитой мерзлого грунта и опорой по остальному периметру.

Рис. 31. Плита мерзлого грунта днем: 1 — плита мерзлого грунта; 2 – граница промерзания (ночь); 3 — граница промерзания (день); 4 – полость оттаивания

С наступлением ночи полости, заполненные водой, замерзают, увеличиваясь в объеме и превращаясь в так называемые «ледяные линзы». При амплитуде поднятия и опускания границы промерзания за одни сутки в 30 – 40 см толщина полости увеличится на 3 – 4 см. Вместе с увеличением объема линзы будет подниматься и наша опора. За несколько таких дней и ночей опора, если она не сильно загружена, поднимается порой на 10 – 15 см, как домкратом, опираясь на весьма сильно уплотненный грунт под плитой.

Возвращаясь к нашей плите, заметим, что ленточный фундамент нарушает целостность самой плиты. По боковой поверхности фундамента она разрезана, т. к. битумная обмазка, которой она покрывается, не создает хорошего сцепления фундамента с мерзлым грунтом. Плита мерзлого грунта, создавая своим выступом давление на грунт, сама начинает подниматься, а зона разлома плиты – раскрываться, заполняться влагой и частицами глины. Если лента заглублена ниже глубины промерзания, то плита поднимается, не беспокоя сам дом. Если же глубина заложения фундамента выше глубины промерзания, то давление мерзлого грунта поднимает фундамент, и тогда его разрушение неизбежно (рис. 32).

Рис. 32. Плита мерзлого грунта с разломом по ленте фундамента: 1 – плита; 2 – разлом

Интересно представить плиту мерзлого грунта, перевернутую вверх дном. Это относительно ровная поверхность, на которой ночью в некоторых местах (где нет снега) вырастают холмы, которые днем превращаются в озера. Если же теперь вернуть плиту в исходное положение, то как раз там, где были холмы, и создаются в грунте ледяные линзы. В этих местах грунт ниже глубины промерзания сильно уплотнен, а выше, наоборот, разрыхлен. Это явление происходит не только на площадях застройки, но и в любом другом месте, где присутствует неравномерность в прогреве грунта и в толщине снегового покрова. Именно по такой схеме в глинистых грунтах возникают ледяные линзы, хорошо известные специалистам. Природа возникновения глинистых линз в песчаных грунтах такая же, но протекают эти процессы существенно дольше.

Подъем мелкозаглубленного фундаментного столба

Подъем фундаментного столба мерзлым грунтом осуществляется при ежесуточном прохождении границы промерзания мимо его подошвы. Вот как этот процесс происходит.

До того момента, пока граница промерзания грунта не опустилась ниже опорной поверхности столба, сама опора неподвижна (рис. 33, а). Как только граница промерзания опускается ниже подошвы фундамента, «домкрат» пучинистых процессов сразу включается в работу. Пласт мерзлого грунта, находящегося под опорой, увеличившись в объеме, поднимает её (рис. 33, б). Силы морозного пучения в водо–насыщенных грунтах весьма высоки и достигают 10… 15 т/м². С очередным прогревом пласт мерзлого грунта под опорой оттаивает и уменьшается в объеме на 10%. Сама опора удерживается в поднятом положении силами своего сцепления с плитой мерзлого грунта. В образовавшийся зазор под подошвой опоры просачивается вода с частицами грунта (рис. 33, в). Со следующим понижением границы промерзания вода в полости замерзает, а пласт мерзлого грунта под опорой, увеличиваясь в объеме, продолжает подъем фундаментного столба (рис. 33, г).

Рис. 33. Подъем фундаментного столба пучинистым грунтом: А, В – верхний уровень границы промерзания; Б, Г – нижний уровень границы промерзания; 1 – лента–ростверк; 2 – фундаментный столб; 3 – мерзлый грунт; 4 – верхнее положение границы промерзания; 5 – нижнее положение границы промерзания; 6 – смесь воды и глины; 7 – смесь льда и глины

Следует обратить внимание на то, что этот процесс подъема опор фундамента имеет ежесуточный (многократный) характер, а выдавливание опор силами сцепления с мерзлым грунтом – сезонный (один раз за сезон).

При большой вертикальной нагрузке, приходящейся на столб, грунт под опорой, сильно уплотненный давлением сверху, становится слабопучинистым, да и вода из‑под самой опоры в процессе оттаивания мерзлого грунта выжимается сквозь тонкую его структуру. Поднятия опоры в этом случае практически не происходит.

ГЛАВА 2.
ТИПОВЫЕ ФУНДАМЕНТЫ

2.1. СХЕМЫ ФУНДАМЕНТОВ

После изучения свойств грунта и оценки гидрогеологических условий на участке определяются с конструкцией фундамента и с глубиной его заложения. Оба эти параметра назначают одновременно.

Если говорить о конструкции, то в малоэтажном индивидуальном строительстве применяют столбчатые, столбчато–ленточные, ленточные, сплошные и свайные фундаменты (рис. 34).

Столбчатые фундаменты устраивают в тех случаях, когда применение ленточных фундаментов нецелесообразно. Столбы могут быть деревянные, каменные, кирпичные, бетонные, бутобетонные, железобетонные и металлические. Глубина заложения таких столбов может быть как минимальная (рис. 34, а), так и заложенная на глубину промерзания.

Столбчато–ленточные фундаменты(рис. 34, б) включают столбы, заложенные на глубину промерзания и ленту–ростверк, соединяющую верхние оголовки столбов в единую конструкцию. Отличительная особенность такого фундамента – наличие воздушного зазора в 10… 15 см под лентой. Снаружи зазор закрывается отмосткой, не связанной с лентой–ростверком. При устройстве фундамента на пучинистых грунтах воздушный зазор компенсирует расширение пучинистого грунта, а на непучинистых – обеспечивает «мягкое» опирание дома на основание.

Рис. 34. Разновидности фундаментов: А – столбчатый; Б – столбчато–ленточный; В – ленточный; Г – сплошной; Д – свайный; Е – подвал

Ленточные фундаменты(рис. 34, в) представляют собой монолитную или сборную ленту, равномерно загруженную конструкцией дома. Существуют монолитные ленточные фундаменты, которые изготавливают непосредственно на строительной площадке из бетона или бутобетона, и сборные фундаменты, возводимые с применением готовых железобетонных блоков.

Сплошной фундамент(рис. 34, г) в виде монолитной железобетонной плиты или решетки позволяет существенно снизить удельные нагрузки на основание. Он часто применяется на слабых водонасыщенных или просадочных грунтах, при строительстве на насыпных грунтах.

Свайный фундамент(рис. 34, д) применяется на слабых грунтах, а также при поверхностных слабых грунтах, когда достижение естественного основания таким образом считается более целесообразным. Сваи могут быть забивными, выполненными из готовых железобетонных свай, забиваемых в грунт ударными механизмами; и набивными, изготавливаемыми непосредственно в грунте, с заполнением скважины бетоном. По своей работе в грунте, по тому, как передается нагрузка на основание, сваи делятся на висячие, которые передают основную часть нагрузки за счет трения по боковым поверхностям сваи; и на сваи–стойки, передающие основную нагрузку нижней своей частью, опираясь на прочные слои грунта. Эта категория фундаментов сооружается с использованием специальных механизированных средств, недоступных рядовому индивидуальному застройщику, поэтому в данной книге свайные фундаменты не рассматриваются.

Подвал, выполненный по всему периметру дома, можно считать элементом фундамента, передающего вес дома на основание. Стены подвала могут опираться как на плиту (рис. 34, е), так и на ленту.

По глубине заложения фундаменты разделяются на:

заглубленные – у которых подошва располагается на глубине промерзания или ниже (рис. 35, а);

мелкозаглубленные – у которой подошва располагается выше глубины промерзания (рис. 35, б);

незаглубленные – у которых подошва располагается на поверхности грунта или выше (рис. 35, в).

Рис. 35. Виды фундаментов по заглублению: А – заглубленный; Б – мелкозаглубленный; В – незаглубленный

Выбирая ту или иную схему фундамента, застройщику следует учитывать, что устройство фундамента под крыльцо, террасу или гараж должно быть увязано с фундаментом дома, с которым они сопряжены.

Из жизни

Как‑то зимой решили с друзьями покататься на лыжах, благо хороший дом этим летом построили. Пришли. Крыльцо поднялось мерзлым грунтом почти на 10 см. Дверь открыть было невозможно. Причина – разная глубина заложения фундамента дома и крыльца (рис. 36). Пришлось залезать через окно.

Рис. 36. Крыльцо и дом с разной глубиной заложения фундамента – причина недоразумения

2.2. СВЯЗЬ КОНСТРУКЦИИ ФУНДАМЕНТА С ГРУНТОВЫМИ УСЛОВИЯМИ

Очевидно, что на конструкцию фундамента оказывают влияние инженерно–геологические и гидрогеологические условия, выбранная глубина заложения фундамента, наличие смежных строений.

Рассмотрим, как и в какой степени проявляются эти влияния.

2.2.1. Инженерно–геологические и гидрогеологические условия

Они характеризуются типом грунта, расположением пластов и уровнем грунтовых вод. Пласты грунта могут располагаться по трем основным схемам.

Схема 1

Грунт сложен одним или несколькими слоями надежных грунтов, которые способны нести большую нагрузку (рис. 37, а). Эту схему можно считать наиболее распространенной. Глубина заложения фундамента принимается минимальной, рассчитанной из условия промерзания грунта и конструктивных особенностей сооружения.

Рис. 37. Схемы расположения пластов грунта: А – схема 1; Б – схема 2; В – схема 3; 1 – надежный грунт; 2 – слабый грунт

– На скалистых и крупнообломочных грунтах фундамент можно не заглублять: достаточно выровнять поверхность, удалить фрагменты плодородного слоя и выветренные слабые фракции грунта.

– На гравелистых и крупнозернистых песках глубина заложения фундамента может быть около 0,3 м.

– На песке средней крупности глубина заложения фундамента – около 0,3…0,5 м.

– На пылеватых и мелких песках, на супеси, суглинке и глине глубина заложения фундамента зависит от влажности грунта и глубины его промерзания.

При уровне грунтовых вод ниже 2 м глубины промерзания глубина заложения фундамента – не менее 0,5 м.

При уровне грунтовых вод ниже глубины промерзания не более чем на 2 м глубина заложения фундамента – не менее 0,7 м.

При уровне грунтовых вод меньше глубины промерзания глубина заложения фундамента – не менее глубины промерзания.

Схема 2

Сверху расположен грунт со слабой несущей способностью, а снизу – грунт с высокой несущей способностью (рис. 37, б). Глубина заложения фундамента и его конструкция зависят от мощности и толщины слоя слабых грунтов, а также – от веса конструкции здания и схемы выбранного фундамента:

– с опорой на надежный грунт (рис. 38, а);

– с опорой на слабый грунт при снижении действующего на него давления (рис. 38, б, в);

– свайный фундамент (рис. 38, г);

– замена слабого грунта на песчаную (гравийную) подушку (рис. 32, д);

– закрепление слабого грунта (рис. 38, е).

Рис. 38. Варианты устройства фундаментов при расположении пластов грунта по схеме 2: 1 – сильный грунт; 2 – слабый грунт

Схема 3

Слабонесущий грунт располагается между прочными грунтами (рис. 37, в). Предлагается следующие конструкции фундамента:

Рис. 39. Варианты устройства фундаментов при расположении пластов грунта по схеме 3: 1 – сильный грунт; 2 – слабый грунт

– с опорой на верхний прочный слой при развитой подошве фундамента (рис. 39, а);

– свайный фундамент (рис. 39, б);

– с опорой на щебеночную подсыпку (рис. 39, в);

– замена слабого грунта на песчаную подушку (рис. 39, г);

– закрепление слабого грунта (рис. 39, д).

–

Схема 4

Один из вариантов создания фундамента, где под торфяным грунтом (толщина слоя – до 1,2 м) находится слабонесущий слой плывуна большой толщины. Если забивка свай до несущего грунта невозможна, то фундамент с увеличенной площадью подошвы опирают на сам плывун (рис. 40). Вес строения желательно ограничить. Здесь учитывают свойство плывуна снижать свою подвижность в замкнутом ограниченном объеме.

Рис. 40. Устройство фундамента на торфе с плывуном: А – установка опалубки; Б – создание опоры; В – опора с лентой–ростверком; 1 – торф; 2 – плывун; 3 – опалубка; 4 – бетон; 5 – арматура; 6 – асбоцементная труба; 7 – лента–ростверк; 8 – опора

Заглубленный фундамент создается с применением погружной несъемной щитовой опалубки, исключающей заполнение скважины плывуном. Вариант создания опоры на плывуне предусматривает использование асбоцементной или щитовой трубы, образующей вертикальную часть опоры.

После создания опоры выполняется обратная засыпка существующим грунтом.

2.2.2. Особенности возводимого и смежного сооружений

Определенную роль в выборе фундамента оказывает наличие около будущего здания ранее возведенного смежного сооружения. Главное в этом – не дать грунту–основанию под существующим домом просесть. Это обеспечивается следующими способами.

– Подошву нового фундамента располагают выше, чем у существующего сооружения (рис. 41, а).

– Подошвы фундаментов обеих строений располагают на одном уровне и на некотором расстоянии друг от друга (рис. 41, б).

– Подошва нового фундамента располагается ниже подошвы существующего строения (рис. 41, в). Уклон линии, соединяющей подошвы смежных фундаментов, не должен быть больше 1: 2 или не должен превышать 30°.

– При близком расположении фундаментов грунт закрепляют внедрением в него разделительных шпунтов (рис. 41, г).

Рис. 41. Схемы устройства фундаментов смежных строений: А – подошва выше чем у смежного строения; Б – подошва обоих фундаментов на одном уровне; В – подошва ниже чем у смежного строения; Г – подошва – вблизи и на одном уровне со смежным строением; 1 – существующий фундамент; 2 – новый фундамент; 3 – разделительный шпунт

Если не учитывать фундамент существующего строения, то близко расположенный котлован для фундамента нового строения может стать причиной разрушения (рис. 42).

Рис. 42. Котлован вблизи дома – причина разрушения фундамента

Из городской жизни.

Строительство домов около существующих строений – достаточно распространенное явление в жизни крупных мегаполисов. Высокая себестоимость жилья в обжитых районах – веская причина такого внедрения крупных застройщиков. В отдельных случаях в стенах некоторых домов, наиболее близких к строительной площадке, возникают трещины закритических размеров, отваливается штукатурка, разрушаются магистрали водоснабжения, отопления и канализации. Ослабление несущей способности грунта и вибрации от строительных машин и механизмов приводят существующие строения в аварийное состояние.

Если предполагается возводить сооружение около уникального строения, то этот факт может сказаться не только на выборе фундамента и глубины его заложения, но и, возможно, поставит под вопрос реальность выполнения строительства в такой близости от архитектурного шедевра.

– При устройстве ленточного фундамента на склоне высоту уступов делают около 0,5…0,6 м, а длину уступов – не менее 1…1,2 м (рис. 43). Ступени подошвы фундамента можно выполнить и более крупными. Если же они будут слишком «мелкими», то грунт может сгладить их, и строение соскользнет вниз.

Рис. 43. Ступенчатая подошва под ленточным фундаментом на склоне

– Если предполагается соединить фундамент и стены основного и смежного с ним строений, то это можно выполнить только после возведения стен, и лучше – после весны, после того, как в грунте пройдет состояние наименьшей несущей способности (рис. 44).

Рис. 44. Соединение смежных строений по этапам: А – выпуск арматуры из основного строения; Б – создание фундамента смежного строения; В – возведение стен смежного строения; Г – бетонирование соединения строений; 1 – фундамент основного строения; 2 – арматура; 3 – фундамент смежного строения; 4 – стены смежного строения; 5 – бетон

2.2.3. Способ производства работ при рытье котлована и возведении фундамента

Если технологией возведения фундамента предусмотрено рытье котлована, то фундамент желательно закладывать выше уровня грунтовых вод. Это позволит сохранить структуру фунта под основание и избежать лишних хлопот, связанных с организацией водоотвода. Этим можно существенно сократить сроки строительства. Если же по проекту дно котлована находится ниже уровня грунтовых вод, то без устройства дренажа здесь не обойтись.