Фундамент при оттаивании грунта

Строительство по методу III — с допущением оттаивания вечномерзлых грунтов основания в процессе строительства и эксплуатации

Возведение сооружений по методу III имеет широкое применение в Магаданской области. Этот метод может быть применен на строительных площадках, сложенных крупноскелетными и другими грунтами, не подвергающимися большим осадкам при протаивании.
Фундаменты зданий и сооружений, построенные по методу III, с допущением оттаивания вечномерзлых грунтов основания на мерзлых просадочных грунтах во многих случаях дают неравномерную осадку. Тепловая осадка сооружений начинается обычно только с момента сдачи их в эксплуатацию и в первые 1-2 года протекает очень интенсивно.
В первые годы эксплуатации зданий или сооружений, построенных на просадочных грунтах в основании, их конструкции подвергаются растягивающим, сжимающим и скалывающим усилиям, возникающим от неравномерной осадки грунтов.
Осадка зданий и сооружений вследствие уплотнения грунтов в основании является обычным явлением для всех районов страны, где производится строительство. Осадки эти невелики и исчисляются несколькими сантиметрами. В условиях же вечномерзлых грунтов при неравномерном оттаивании льдонасыщенных грунтов осадки достигают десятков сантиметров.
Неравномерное оттаивание и просадка грунтов в основании приводят к образованию трещин в фундаментах и стенах, постепенно эти трещины увеличиваются и иногда осадка бывает настолько велика, что здание разрушается. Многочисленные наблюдения за деформациями отапливаемых зданий в процессе их эксплуатации позволяют установить закономерность работы конструкций сооружения при его неравномерной осадке.
При деформации зданий трещины бывают двух видов: первый вид — трещины имеют сильное развитие у карниза и распространяются вниз в направлении к подошве фундамента, ближе к углу; второй вид — трещины, получившие большое развитие у подошвы фундамента и распространяющиеся в направлении к карнизу, в этом случае протаивание грунта было в центральной части здания, что встречается значительно реже.
Данные о направлении и развитии трещин показывают, что фундаменты вместе со стеной работают на изгиб. При просадке грунта в средней части здания фундамент со стеной работают как балка на двух опорах. При значительном протаивании и просадке грунта в торцах здания фундамент и стена работают как консоль.
Промышленные и другие отапливаемые сооружения, имея положительную температуру внутри помещения, выделяют тепло в подполье. Это тепло воздействует на мерзлые грунты в основании фундаментов сооружения. Оттаивание грунтов в зависимости от распределения льдистых частиц в грунте идет неравномерно. Такое оттаивание в свою очередь вызывает неравномерные осадки фундаментов. При неравномерной осадке фундаментов в сооружении появляются трещины, в процессе дальнейшего оттаивания грунтов трещины увеличиваются, и сооружение деформируется.
Кроме этого, на сооружения, построенные на мерзлых грунтах, большое воздействие оказывает пучение грунтов деятельного слоя. Для уменьшения пучения грунтов при их промерзании целесообразно проводить осушение грунтов, что достигается устройством общего дренажа, отводом поверхностных вод и т. д.
Засыпка крупноскелетных грунтов вокруг столбчатых фундаментов может быть осуществлена с применением ящиков без дна. Размеры ящика должны быть больше размеров по сечению фундамента в плане на 50 см.
Засыпка производится одновременно местным грунтом котлована и крупноскелетным грунтом ящика. Засыпка должна вестись слоями в 20-30 см, затем ящик приподнимают и трамбуют отсыпаемый слой грунта.
При проектировании и строительстве необходимо предусматривать мероприятия, обеспечивающие медленное и равномерное оттаивание грунтов под зданиями и сооружениями в процессе строительства и эксплуатации. Одновременно с этим предусматриваются мероприятия по сохранению прочности конструкций и сооружения в целом.
В зависимости от размеров, назначения и теплового режима здания, а также от климатических и местных мерзлотных условий предусматриваются необходимые мероприятия.
Для создания условий равномерных осадок фундаментов под зданиями в процессе оттаивания под ними грунтов основания проводятся следующие мероприятия:
1) в грунтах непучинистых фундаменты закладываются в деятельном слое на небольшую глубину;
2) в грунтах пучинистых целесообразно удалять их на глубину ниже закладываемого фундамента и на всю глубину деятельного слоя с заменой его непучинистыми грунтами. Под легкие одноэтажные деревянные здания производят подсыпку из крупно-скелетных грунтов, шлака и подобных материалов без предварительного удаления деятельного слоя;
3) в крупнообломочных просадочных грунтах, которые при оттаивании приходят в рыхлое состояние, верхний слой грунтов ниже фундамента надлежит предварительно оттаивать с дальнейшим его уплотнением.
В процессе строительства оттаивший слой необходимо предохранять от промерзания.
Здания и сооружения сложного очертания в плане или большой протяженности, а также здания, имеющие отдельные участки, отличающиеся по высоте или нагрузке, должны разделяться осадочными швами в соответствии с общими требованиями, а также с указаниями СН 91-60, п. 46. Температурные швы совмещаются с осадочными и должны конструироваться как осадочные.
При возведении зданий и сооружений на постепенно оттаивающих грунтах основания имеет большое значение прочность стеновых материалов и качество кладки.
Для обеспечения совместной работы отдельных элементов здания и перераспределения усилий, возникших при неравномерной осадке, все сопряжения стен (углы и пересечения) следует армировать. Сборные железобетонные перекрытия должны быть замоноличеиы и надежно скреплены анкерными болтами со стенами или поясами.
Опыт строительства по методу III показывает необходимость более широкого использования несущих конструкций промышленных сооружений в виде железобетонных рам. В ряде случаев целесообразно использование железобетонных рамных фундаментов, применяемых у нас еще с начала XX века.
При строительстве зданий из крупных панелей необходимо применять элементы, воспринимающие растягивающие усилия, в виде армированных поясов, укладываемых на уровне горизонтальных стыков панелей или стальные выпуски из панелей, свариваемые в местах соединений. Выпуски из панелей должны быть по прочности эквивалентны сечению армированного пояса.
Здания и сооружения, построенные таким способом в Магаданской области, в местах, где отсутствуют линзы и пропластки льда, на грунтах малопросадочных, не деформировались. Однако следует отметить, что многие здания, у которых в основании фундаментов были сильно просадочные грунты, значительно деформировались и некоторые разрушались.
Деформации зданий были различны: имелись незначительные трещины в стенах, отклонения конструктивных элементов от вертикали, выход балок из гнезда, разрушение стен и т. д.
На ремонт и восстановление этих зданий расходуются огромные средства.
Метод III (с допущением оттаивания вечномерзлых грунтов основания в процессе строительства и эксплуатации) часто требует проведения очень сложных и дорогостоящих мероприятий. В этом случае следует сделать сравнение с методами II, IV и принять окончательное решение по выбору метода строительства.

Источник

SGround.ru

Сайт о фундаментах, их основаниях и морозном пучении грунтов

Незаглубленные и малозаглубленные фундаменты

Основные особенности и тонкости поверхностных фундаментов

Оглавление

1. Основные положения

Хотя нормы проектирования фундаментов гласят что глубина заложения фундамента в пучинистых грунтах должна быть больше глубины промерзания такое решение устраняет только лобовые силы морозного пучения, но не устраняет касательные силы пучения на боковой поверхности, которые так же очень велики и нагрузка от легкого малоэтажного здания не может им противостоять. А в северных регионах РФ нормативная глубина промерзания меняется в пределах от 1,5 до 3,0 м. и более. В такой ситуации следует рассмотреть вариант поверхностного фундамента.

Малозаглубленный или поверхностный фундамент является одним из наиболее простых и экономичных вариантов для легких зданий и сооружений – это минимальные затраты на материалы и почти полное отсутствие земляных работ. Но при своей кажущейся простоте этот тип фундаментов имеет особенности, которые необходимо учитывать, как на этапе проектирования, так и на этапе строительства.

К малозаглубленным фундаментам относят все типы фундаментов если глубина заложения их подошвы не превышает нормативной глубины промерзания пучинистого грунта основания, то есть фундаменты полностью расположены в зоне сезонного промерзания/оттаивания грунтов

В данной статье рассматриваются только поверхностные и практически незаглубленные фундаменты (глубина не более 20 см), т.к. если фундаменты заглублены, но менее глубины промерзания то они будут накапливать деформации пучения год за годом не полностью возвращаясь в исходное положение после оттаивания грунта, и их применение абсолютно не обоснованно. Если же фундамент все таки имеет некоторое заглубление то необходимо выполнять засыпку пазух котлована достаточной ширины непучинистым материалом (песок средний и крупный, ПГС. Ширина пазухи должна быть не менее глубины заложения фундамента) и предусматривать мероприятия, обеспечивающие проскальзывание фундамента относительно грунта по боковой поверхности чтобы обеспечить свободное оседание фундамента после подъема морозным пучением.

Поверхностные и малозаглубленные фундаменты имеет смысл использовать при строительстве малоэтажных сооружений, дач, гаражей, хозяйственных построек, бань и т.д. Их можно использовать при возведении срубов из бревен или стен из ячеистых бетонов, при возведении каркасно-щитовых домов. Естественно применение ограничено зданиями без подвала.

Не рекомендуется применение малозаглубленных и поверхностных фундаментов под кирпичные дома т.к. стены из кирпича и других каменных материалов очень чувствительны к деформациям фундамента и при малейшем смещении дают трещины (армированная кладка более устойчива, но все равно очень хрупка). Так же не следует применять их для двух- и более этажных построек из-за большой нагрузки на основание и фундамент, а несущая способность их часто сильно ограничена.

Согласно примечанию к п. 6.8.10 СП 22.13330.2016 Малозаглубленные фундаменты допускается применять для сооружения пониженного уровня ответственности и малоэтажных зданий при нормативной глубине промерзания не более 1,7 м. А, например, в Руководстве п.4.22 говорится что глубина промерзания под подошвой малозаглубленного фундамента должна быть не более 1,0 метра, а под подошвой заглубленного не более 0,5 м.

Нормативные требования к малозаглубленным фундаментам приведены в разделе 8 СП 22.13330.2016 «Особенности проектирования оснований и фундаментов малоэтажных зданий» который можно скачать в разделе НОРМАТИВЫ по этой ссылке. Данный раздел обязателен к прочтению если вы планируете применять такие фундаменты.

Согласно п. 8.6 СП 22.13330.2016 при проектировании малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах обязательно выполнение проверочных расчетов на деформации пучения (на подъем фундаментов).

2. Типы поверхностных фундаментов

Малозаглубленные и поверхностные фундаменты могут быть следующих типов:

• Ленточные;
• Столбчатые (к ним так же относятся и «сваи» малой глубины погружения (менее глубины промерзания грунта). На самом деле это не сваи, а отдельные столбчатые фундаменты т.к. настоящая свая по определению имеет глубину погружения не менее 4,0 метра);
• Плитные;

Любой из этих типов фундаментов будет относиться к малозаглубленным если его подошва залегает выше нормативной глубины промерзания пучинистого грунта основания. Если же грунт основания не пучинистый то данная классификация не имеет особого значения.

Для определения характеристик грунтов основания следует обратиться в специализированные изыскательские организации или на крайний случай воспользоваться указаниями этой статьи.

Максимальная несущая способность, естественно, будет присуща плитному варианту из-за большой площади опирания на грунт, как и максимальная стоимость и трудоемкость.

Достаточной несущей способностью обладают ленточные фундаменты (при правильном проектировании). Имеются ввиду монолитные непрерывные ленты из армированного железобетона, или ленты из крупных блоков с монолитным армированным поясом по верху и монолитной подошвенной плитой. Ленты из блоков ФБС без дополнительных мероприятий не обеспечивают необходимой прочности и жесткости.

Столбчатые малозаглубленные фундаменты на пучинистых грунтах следует применять только в сочетании с монолитной сплошной рамой (как правило железобетонной системой перекрестных балок), объединяющей их в единое целое, или же под совсем неответственные сооружения без общей жесткой рамы (сараи, кладовки, веранды, беседки и др. сооружения III уровня ответственности). В целом их применение очень ограничено и не рекомендуется под более-менее ответственные сооружения.

Подробно все типы фундаментов и их особенности разобраны в этой статье.

3. Особенности и возможные проблемы малозаглубленных фундаментов

1. Основная особенность малозаглубленных и поверхностных фундаментов заключается в том, что на них действуют лобовые силы морозного пучения. А учитывая, что такие фундаменты как правило используются под легкие сооружения нагрузка на грунт под ними мала и никак не может противостоять огромным силам поднятия вспучивающегося грунта, можно смело утверждать что при промерзании грунта фундамент будет двигаться, смещаться по вертикали – то есть «гулять». Этот негативный эффект можно снизить за счет утепления грунта, но полностью устранить очень сложно.

Но огромным плюсом поверхностных и практически незаглубленных фундаментов является то что они после оттаивания грунтов возвращаются в исходное положение, не накапливая деформаций пучения.

1. Следующая особенность проистекает из первой – т.к. фундамент, а вместе с ним и здание смещаются по вертикали от морозного пучения то примыкающие к нему снаружи лестницы, крыльца, пристройки должны быть приспособлены к таким смещениям.

1. В летний период (то есть в не замерзшем состоянии) слои грунта, близкие к поверхности, имеют намного более низкую несущую способность чем залегающие на глубине (это явление объясняется в статье в подразделе «4. Зависимость глубины заложения фундамента от прочности грунтов основания и нагрузки на фундамент»), поэтому следует тщательно проверять расчетами несущую способность основания и, при необходимости, увеличивать его площадь, глубину заложения или другие мероприятия.
2. Как правило фундамент имеет достаточно большую высоту над уровнем планировки грунта. Связано это с тем что ему необходимо придать достаточно большую жесткость и прочность, для этого нужна

4. Поведение малозаглубленных фундаментов при воздействии морозного пучения

Практически всегда промерзающий грунт поднимается неравномерно (причины описаны в статье физика процесса пучения). Неравномерное пучение воздействует на малозаглубленный фундамент вызывая:

1. Если фундамент сплошной и достаточно прочный для восприятия нагрузок от здания после неравномерного подъема промерзающего грунта, то он поднимается и испытывает крены, но остается практически неизменным по форме, т.е. верхняя плоскость фундамента остается плоской, хотя и наклоняется или смещается по вертикали (конечно фактически поверхность ограниченно изгибается в зависимости от жесткости фундамента). Весной, после полного оттаивания грунта фундамент вернется в исходное положение восстановив свою изначальную форму.
2. Если прочности фундамента недостаточно, то фундамент разрушается – появляются широкие трещины и сколы бетона. После оттаивания грунта форма фундамента не будет восстановлена полностью.

5. Что следует учитывать при проектировании и строительстве малозаглубленных фундаментов

Для начала следует изучить документы:

Учтите при проектировании следующие основные моменты:

1. Чтобы перемещения фундамента от морозного пучения не вызывали повреждений надземной части здания (трещины в стенах, лопнувшие стекла) и вообще не вызывали никаких проблем в дальнейшем (заклинившие двери, перекошенные крыльца и др.) фундамент должен быть сплошным, непрерывным под все здание, а лучше и под крыльца, и иметь достаточную жесткость и прочность чтобы сохранить свою первоначальную форму и не сломаться при неравномерном поднятии промерзающего грунта. Для обеспечения необходимой прочности и жесткости необходимо выполнять расчеты фундамента и армирования с учетом неравномерного смещения основания. Расчеты лучше выполнять на разные варианты неравномерного смещения основания в конечно-элементной программе (например SCAD или др.), вручную расчёты выполнять будет значительно сложнее (особенно для плитных и сложных по форме ленточных фундаментов).

1. Следует учитывать наличие почвенно-растительного слоя – если фундамент опереть на органический плодородный грунт, то в результате разложения органики гарантированы большие осадки фундамента, растянутые во времени. Кроме того, почвенно-растительный слой обладает очень низкой несущей способностью и не может служить несущим основанием. Данный слабый слой необходимо полностью заменять, как правило, на песчаную подушку.
2. Следует учитывать низкую несущую способность верхних слоев грунта. Слои грунта, близкие к поверхности, имеют намного более низкую несущую способность чем залегающие на глубине, поэтому следует тщательно проверять расчетами несущую способность основания и, при необходимости, увеличивать его площадь, глубину заложения или другие мероприятия.
3. Крыльца, наружные лестницы и другие части здания, опертые на отдельные фундаменты, должны иметь подвижные крепления к основному сооружению, позволяющие взаимные перемещения до 10 см и более (зависит от степени пучинистости грунта и глубины промерзания) или вообще быть независимыми от основного здания.
4. Следует предусмотреть мероприятия для снижения воздействия морозного пучения на фундаменты. Например утепление отмостки, боковых поверхностей фундамента, грунта под зданием (для отапливаемых зданий применять минимальное утепление чтобы тепло могло частично проникать в грунт). Это позволит уменьшить глубину промерзания грунта под подошвой фундамента и вблизи него, особенно эффективно для отапливаемых зданий.

6. Снижение воздействия морозного пучения на поверхностные фундаменты

Для снижения воздействия пучения на поверхностные фундаменты применяют следующие мероприятия:

• Замена части пучинистого грунта под фундаментом на непучинистый (песок крупный или средней крупности, щебень, гравий, ПГС, и др.);
• Устройство фундаментов на локально уплотненном основании (в вытрамбованных/выштампованных котлованах, траншеях, фундаменты из забивных блоков) — см. ТСН МФ-97 МО «Проектирование, расчет и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области»
• Применение утепленной отмостки по периметру здания. Более подходит для отапливаемых зданий с полами по грунту;
• Устройство дренажа по периметру здания, общее водопонижение на участке;
• Введение в грунт противопучинистых компонентов.

Дополнительно о мерах борьбы с морозным пучением см. эту статью.

7. Примеры конструктивных решений мелкозаглубленных фундаментов

Еще раз повторюсь — хотя здесь и говорится о малозаглубленных фундаментах под кирпичные здания, применение таких решений очень опасно, а последствия неравномерных деформаций грунта устранить без демонтажа стен невозможно.

8. Заключение

Поверхностные (малозаглубленные) фундаменты имеют свою достаточно узкую область применения. Основной их недостаток — это подверженность морозному пучению и смещениям по высоте в зимний период. Основным их достоинством помимо простоты и низкой стоимости является то что о наличии деформаций пучения известно заранее и эти деформации точно будут обратимыми, а не накапливаться год от года.

При проектировании и строительстве таких фундаментов следует учитывать многие их особенности, выполнять детальные расчеты, продумывать множество деталей, связанных с подвижностью фундамента, а значит и всего здания/сооружения.

9. Связанные статьи

• Выбор глубины заложения фундаментов
• Инженерно-геологические изыскания – обязательно или нет?
• Что такое пучинистые грунты
• Как определить по визуальным признакам тип грунта
• Меры борьбы с морозным пучением
• Раздел Нормативы

Один комментарий к публикации “Незаглубленные и малозаглубленные фундаменты”

Одним из путей решения проблемы строительства на пучинистых грунтах малоэтажных зданий является использование мелкозаглубленных фундаментов. Такие фундаменты закладываются на глубине 0,2-0,5 м от поверхности грунта или непосредственно на поверхности (незаглубленные фундаменты). К таким образом, на мелкозаглубленные фундаменты действует незначительные касательные силы пучения, а при незаглубленных фундаментах они равны нулю.

Источник