Особенности устройства фундаментов старых зданий. Критерии необходимости усиления
На современном этапе вопросы реконструкции и модернизации существующих зданий и сооружений становятся важнейшими. В первую очередь реконструируются старые здания, включая постройки XIX и начала XXв. Перестраиваются и переоснащаются производства, размещаемые в разнообразных по конструкциях зданиях и сооружениях.
Основная часть больших городов России застроена 3-6-этажными зданиями. В Москве и Петербурге число таких домов составляет 55-75%. До 1917г здания этих крупнейших городов России дважды надстраивались, причем без специальных работ по усилению оснований и фундаментов.
Вопросы использования резервов фундаментов и грунтов в их основании и сейчас актуальны, так как имеется реальная возможность реконструкции старинных зданий и сооружений, зданий массовой застройки при ее уплотнении в процессе реконструкции городов. В настоящее время строительство городов распространяется на земли, неблагоприятные для хозяйственной деятельности, на которых почти вдвое выше затраты на устройство оснований и фундаментов. В отдельных случаях в зону развития городов попадают морские территории, дно которых сложено значительной толщей слабых грунтов (Токио, Кобе в Японии, прибрежные города Западной Европы, Америки). При этом одной из важнейших задач является сохранение имеющихся в этой зоне старинных построек на берегу или островах заливов.
Реконструкция старых производств сдерживается рядом факторов, в том числе плохим техническим состоянием конструкций зданий, получивших серьезные деформации при неравномерных осадках фундаментов в период эксплуатации. Интересен пример реконструкции лондонских мастерских при доках и набережных. В конструкциях их фундаментов обнаружены деревянные сваи IVв, забитые еще римскими легионерами и успешно функционирующие на протяжении 16 веков. Да и само слово свая в интернациональной транскрипции [раil] обозначает «копье легионера». Еще в период Римской Империи в начале летоисчисления существовали военные
инструкции по устройству фундаментов и, в частности, по забивке деревянных свай. В своих книгах по архитектуре всемирно известный Витрувий уделяет много внимания подготовке свай к забивке. Рекомендованные им специальные пропитки и обжиг обеспечили многовековую сохранность свай. Уникальным примером долговечности и надежности деревянных свай являются фундаменты кафедрального собора в г. Страсбург (Франция). Большая часть фундаментов возведена здесь на сваях IVв. Находясь длительное время в воде, они сохранили свою прочность (рис. 2.1). Недавние обследования были связаны с понижением уровня подземных вод и опасениями, что в деревянных сваях может развиться процесс гниения.
 |
Обследования культурных построек Х-ХIIвв. в Старой Ладоге (северо-запад России) свидетельствуют о достаточной прочности бутовой кладки фундаментов.
Неравномерные осадки старых зданий связаны либо с расструктуриванием грунтов основания, либо с гниением деревянных лежней, характерных для устройства старых фундаментов в толще слабых грунтов.
| Рис. 2.1. Фундамент собора в Страсбурге (Франция) с использованием древнеримских свай: 1 — римский фундамент; 2 — фундамент XIX в.; 3 — глина; 4 — щебень, песок, гумус; 5 — щебень; 6 — подземная вода |
Основными нормативными документами дореволюционной России можно считать Строительное уложение Петра Великого (1710), Новое строительное уложение (1820) и Урочное положение Рошефора (1889). Последнее переиздавалось до 1930г..
Согласно первым двум документам при устройстве бутовых фундаментов на слабых грунтах рекомендовалось использовать деревянные бревна, укладываемые ниже горизонта подземных вод. По этим бревнам выполнялась бутовая кладка на известковом (гидравлическом) растворе. Устраивались также фундаменты с укладкой бута прямо в открытые траншеи. Причем такая технология допускала укладку больших гранитных глыб диаметром до 800мм. При обследовании таких фундаментов опасна даже традиционная откопка шурфов.
Так, при шурфовании в процессе обследования фундаментов гостевого флигеля в усадьбе Рябово Всеволожского района Ленинградской области вывалилась гранитная незакрепленная глыба диаметром 700мм, что сразу же вызвало аварийную деформацию угла здания. Проблематично и усиление таких фундаментов с помощью традиционных технологических приемов.
Для кладки фундаментов капитальных зданий использовались в основном песчаник, известняк и реже — гранит, диабаз. Прочность таких бутовых камней вполне достаточна и до сих пор.
В качестве примера можно привести высокую прочность фундаментов под мосты и водоводы, возводимые в Европе, на Ближнем Востоке по проектам древнеримских архитекторов. Лабиринты фундаментов можно наблюдать в одном из древнейших городов мира — Иерихоне (Палестина). Исчезли надземные строения, а фундаменты сохранились и могут быть использованы и нести определенную нагрузку. Интересны строения на медедобывающих предприятиях, работавших за два тысячелетия до нашей эры в Египте. Все фундаменты из прочных горных пород, тщательно подогнанных по размеру, сохранились до наших дней, чему в немалой степени способствовали климатические условия. Отсутствие знакопеременных сезонных температурных воздействий и соответственно явлений промерзания и оттаивания оснований благоприятствовало длительной консервации фундаментов в грунте. Глубокое сезонное промерзание грунтов приводит, как правило, к разрушению фундаментов. Крупные камни от древних строений ежегодно поднимаются силами морозного пучения и за счет накопления остаточного выпучивания с годами оказываются на поверхности. Такие явления можно наблюдать в Швеции, Норвегии, Дании, Финляндии и на севере России, где даже легкие деревянные и достаточно гибкие подземные конструкции разрушаются из-за значительных неравномерных поднятий фундаментов силами морозного пучения.
Старые здания имели простейшие формы фундаментов:
прямоугольные, пирамидальные, уступчатые. Преимущественно устраивались ленточные фундаменты, реже — столбчатые. Основанием зданий старой постройки служили естественные грунты. В старых городах (Москва, Новгород, Псков) многие строения возводились на насыпных грунтах, достигающих в отдельных местах 7-9м.
На слабых грунтах при высоком уровне подземных вод применялись короткие либо относительно длинные деревянные сваи. Короткие сваи использовались еще в древнем Риме для уплотнения грунтов, а также в средневековой России (фундаменты Звонницы Московского Кремля, Успенского собора в г. Дмитрове, крепостных стен в Пскове и Новгороде). В Петербурге, как правило, применялись относительно длинные сваи — до 8м. По сваям обычно устраивали деревянный ростверк, на котором возводили бутовую кладку фундамента. Характерным примером является фундамент Невской ограды Летнего сада (рис. 2.2). Эффективность работы таких фундаментов связана с положением зеркала подземных вод. Повсеместное понижение этого уровня в больших городах приводит к гниению древесины и разрушению ростверков. Так, в Архангельске почти все исторически ценные здания имеют аварийные деформации из-за гниения голов свай. Аналогичные деформации отмечены в зданиях Петербурга, особенно в его центральной части.
Обследования большого количества зданий в различных регионах России, в Прибалтике и Финляндии, проведенные автором этой главы, а также анализ данных массового обследования зданий Петербурга (Ленинграда), выполненного специализированными фирмами, свидетельствуют о следующем:
• разрушение фундаментов как конструкций происходит в основном из-за снижения прочности раствора кладки либо его выноса с водой;
• грунты под подошвой фундаментов за длительный период времени, как правило, спрессовались, однако, имеются локальные нарушения (причины рассмотрены ниже);
• нарушена противокапиллярная изоляция стен над обрезом фундамента в результате поднятия культурного слоя грунта;
• кладка непосредственно над обрезом фундамента разрушена (расструктурена) вследствие промерзания и оттаивания в увлажненном состоянии;
 |
• нарушена старая глиняная изоляция стен подвала, как правило, на участках ввода в подвал инженерных сетей;
• нарушена изоляция пола подвала.
Все перечисленные нарушения типичного бутового фундамента систематизированы на рис. 2.3; в табл. 2.1 указаны причины возникновения дефектов.
| Рис. 2.2. Фрагмент Невской ограды Летнего сада |
Поверочные расчеты показали, что фактические давления на грунты на уровне подошвы фундаментов в условиях Петербурга, как правило, выше значений расчетного сопротивления, принимаемых согласно российским нормам — СНиП2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» (рис. 2.4). Наиболее нагруженными оказались внутренние продольные стены. Отметим, прежде всего, что этот СНиП предназначен преимущественно для нового строительства. Во всех имеющихся нормативных документах мира и методических разработках не учитываются длительное уплотнение грунтов в основании и изменение их свойств за счет многочисленных факторов, рассмотренных ниже. Анализ данных расчетов, выполненных С.Н. Сотниковым для зданий Петербурга, показал, что абсолютные величины осадок фундаментов на характерных слабых грунтах связаны с высотой старых зданий. Осадки колеблются в пределах 3-20см (при высоте зданий от 3 до 6 этажей). Эти величины можно считать приемлемыми, так как в ряде случаев многоэтажные новые здания имеют аналогичные или большие осадки. Результаты расчетов подтверждают существующие представления о значительных осадках зданий на слабых водонасыщенных грунтах Петербурга (Ленинграда). Об 
этом свидетельствуют и данные длительных геодезических наблюдений (на отдельных зданиях имеются геодезические знаки 1872г).
Рис. 2.3. Традиционные конструкции фундаментов старых зданий с характерными дефектами (/- VIII, (см. табл. 2.10):
а- бутовый фундамент на естественном основании; б- фундамент на сваях;
1 — кирпичная кладка стены; 2 — надподвальное перекрытие;
3 — труба, пропущенная через фундамент; 4 — бутовая кладка на растворе; 5 — пол подвала;
6 — гидроизоляция пола; 7 — деревянные лежни; 8 — каменная забутовка;
9 —гидроизоляция фундамента; 10 — горизонт подземных вод на момент реконструкции;
11 — то же на момент строительства; 12- старая планировочная отметка;
13- новая планировочная отметка с поднятием культурного слоя;
14- старая противокапиллярная гидроизоляция; 15 — деревянные сваи;
16 — деревянный ростверк
деревянные сваи; 16 — деревянный ростверк
 |
Значения абсолютных осадок S, как правило, близки или превышают величины предельно допустимой осадки Su для зданий данного типа. Соотношение S/Su для 23 характерных зданий приведено на рис. 2.5.
Рис. 2.4. Сопоставление фактических
давлений по подошве фундаментов
реконструируемых зданий Р с расчетным
сопротивлением грунта основания R
Наряду с примерами удачных надстроек в конце XIX — начале XXв. имеются случаи, когда надстройки старых зданий приводили к аварийным обрушениям конструкций.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Из истории фундаментостроения. Часть 1
Один из самых крупных авторитетов в истории архитектуры итальянский зодчий эпохи Возрождения Андреа Палладио утверждал, что из всех ошибок, происходящих на стройке, наиболее пагубны те, которые касаются фундамента, так как они влекут за собой гибель всего здания и исправляются с величайшим трудом. Именно поэтому обычно сдержанный Палладио требовал, чтобы архитектор посвятил «этому предмету все свое внимание»!
Мудрый Рудаки, понимая значение фундамента, также советовал:
«Закладывай крепко основы для зданий:
Основа для зданья подобна охране».
А злые языки современников приписывают «падение» знаменитой наклонной башни в Пизе тому обстоятельству, что незадачливый зодчий Банануус попросту сэкономил на фундаменте, стремясь увеличить свой доход.
Фундаментом, как повествует древний трактат, называется основание постройки, т.е. та часть, которая находится в земле и несет на себе тяжесть всего здания, видимого над землей. В одних местах фундаменты даются самой природой, в других приходится прибегать к искусству.
Самые древние египетские храмы, несмотря на свою массивность, строились так, что их внутренние стены вообще не имели фундаментов. Со временем отношение к фундаментам изменилось. Уже в IV в. до н.э. не только наружные стены помещений покоились на солидном основании двух- или трехслойной кладки, уходящей в землю почти на 1,4 м. Фундамент начали устраивать по всей площади строения. Знаменитые храмы Рамсеса IV в Дар-Эль-Бахри и Нектанеба II в Эль-Кабе стоят на восьмислойном основании, образующем массивную платформу. В Древней Греции фундаменты обычно возводились не сплошными, а только под стенами и отдельными опорами.
Многообразны виды фундаментов. Вот, к примеру, хижины из дерева, веток и листьев в селениях Малонезии на Тробианских островах в Океании покоятся на мощных каменных плитах либо на сваях, возвышаются над уровнем земли на 2 м. Лишь в Новой Зеландии они слегка углублены в землю. Сегодня 18 тыс. малонезиййцев живут в домах на сваях, забитых в дно залива.
Иногда жилища располагали на плотах, иногда на особых помостах, поддерживаемых сваями, на насыпях или дамбах среди воды. Такой тип жилища существует в разных уголках земного шара и в наши дни у народов, занимающихся рыболовством. Исследователи выяснили, что подобные и более примитивные жилища европейцы строили более 16 тысячелетий назад.
Ученые предполагают, что свайные постройки — это элементарная защита от зверей, людей, приливов воды. А полуоседлые охотники использовали в качестве фундамента живые деревья, устраивая на них свои прочные жилища, наподобие птичьих гнезд. Здесь, пожалуй, действительно преобладала забота о безопасности.
На длинных сосновых и дубовых сваях, соединенных сложной решетчатой системой, выстроены дома в Венеции. Под основание только одной церкви Санта Мария делла Салютэ, построенной в XVII в., использовали 110 тыс. свай. При перестройке Петропавловской крепости в каменную, начатой в 1706г. и продлившейся с перерывом более 30 лет, было забито около 40 тыс. свай. В XVI в. в Голландии, для возведения фундамента амстердамской ратуши, понадобилось вбить в насыщенную водой почву свыше 13 тыс. свай.
Дело это было весьма непростым, ведь только в XIX в. сваи в землю стали забивать паровым копром (за 1 ч 10-15 свай в зависимости от грунта), а до этого их забивали только вручную.
Свайные постройки в Европе свидетельствуют не только о строительных приемах, но и о прочности первобытнообщинных порядков. Для того чтобы вырубить и заострить каменным топором сотни,
А иногда и тысячи свай, доставить их к берегу озера и вбить в топкую почву, требовалось огромное количество рабочих рук. Должен был существовать хорошо организованный коллектив и умелый «прораб». В те далекие времена подобным коллективам могла быть только родовая община, спаянная не только кровными узами, но и коллективным производством.
Их постройки найдены в Северной Италии, Южной Германии, в Северной Европе — от Ирландии до Швеции, их остатки –в Вологодской области и на Урале.
В позднем неолите начали сооружать капитальные фундаменты: пространство между наружными стенами фундамента засыпали камнем и утрамбовывали глиной.
Строительство на сваях, известное с древнейших времен, применяется в самых смелых проектах будущего, например, в проектах городов, сооружаемых среди моря.
На Руси срубы жилых и общественных зданий еще в XVIIв. Чаще ставились на землю без фундаментов, в связи, с чем нижние венцы рубились из кондовой сосны или лиственницы и опирались в углах на опоры-валуны. Возводились и массивные фундаменты из колотого песчаника или известняка на растворе на глубину 90-120 см и другие, более сложные фундаменты. Один из таких фундаментов возведен под стены уникальной церкви Покрова на Нерли близ Владимира. Фундамент из булыжного камня заложен на глубину 1,6 м, и его подошва упиралась на слой тугопластичной глины. Старые мастера показали хорошее знание строительной геологии. Под фундаментом возводили в два приема основание стен высотой 3,7 м из тесаного камня. Снаружи и внутри эти стены обсыпали глинистым супесчаным грунтом, затем грунт плотно утрамбовывали. Таким образом, основание храма оказалось на глубине 5,3 м внутри искусственного холма.
В строительстве Успенского собора в Москве в 1475г. Фьораванте «по своей хитрости» впервые применил глубокое заложение фундамента (свыше 4м), под который предварительно были забиты дубовые сваи. Спустя 500 лет в Москве соорудили огромную Останкинскую башню высотой 536 м. Башня, вес которой вместе с фундаментом составлял 51 400 т, была возведена на монолитном железобетонном кольцевом фундаменте шириной 9,5 м, высотой 3 м и диаметром (описанной окружности) 74 м. Фундамент заложен в грунт всего на глубину 4,65 м.
По распоряжению Петра I составлялись письменные указания, как класть фундамент. Известны многие старинные сметы на строительство, в которых описываются фундаменты.
В России первое руководство по выбору оснований и устройству фундаментов появилось в первой четверти XVIII в.
Для строительства крупных железнодорожных мостов, развернувшегося в конце первой половины XIX в., потребовалось разработать научно обоснованные приемы устройства оснований и фундаментов.
Одним из основоположников науки об основаниях и фундаментах в России был инженер М.С. Волков, который в работах «Об исследовании грунтов земли, производимом в строительном искусстве»(1835) и «Об основаниях каменных зданий»(1840) дал стройную теорию оснований и фундаментов, схема и основная часть которой сохранились до настоящего времени.
Первый систематический курс по основаниям и фундаментам, составленный проф. В.М.Карловичем, был издан в 1869 г.
Определение минимальной глубины заложения фундамента из условий прочности основания впервые было дано в 60-х годах прошлого столетия проф. Г.Е.Паукером. Этот вопрос экспериментально исследовал проф. В.И. Курдюмов, который установил, что при вдавливании жесткого фундамента в сыпучий грунт в последнем образуются криволинейные поверхности скольжения. Опыты Курдюмова описаны в его труде «О сопротивлении естественных оснований», изданном в 1889 г.
Важной задачей в XX столетии являлось создание теории расчета оснований и фундаментов.
В 1914 г. проф. П.А.Минаев на основе экспериментальных работ показал возможность применения теории упругих тел для определения напряжений и деформаций в сыпучих телах. Это позволило использовать теорию упругости в качестве теоретической базы механики грунтов. Этому также способствовала работа проф. К. Терцаги «Строительная механика грунтов на физической основе».
В Советском Союзе механика грунтов получила большое развитие в связи с огромными задачами, поставленными перед строителями планами народного хозяйства. Для их выполнения потребовалось решить многие сложные проблемы фундаментостроения.
Фундаментом называют нижнюю (подземную или подводную) конструкцию здания или сооружения, которая предназначена для передачи нагрузки от здания или сооружения на основание. Фундаменты должны быть прочными, долговечными и устойчивыми, морозостойкими, способными сопротивляться действию грунтовых агрессивных вод, а также экономичными.
По конструкции фундаменты бывают ленточные, свайные, столбчатые и плитные сплошные. Свайные фундаменты применяют при необходимости передачи на слабый грунт значительных нагрузок.
По материалу сваи могут быть деревянными, стальными, бетонными, железобетонными и комбинированными. Наибольшее распространение получили железобетонные сваи квадратного и круглого сечений, сплошные и пустотелые. В зависимости от размеров различают сваи короткие(3-6 м) и длинные(6-20). В зависимости от передачи нагрузки на грунт различают сваи-стойки и висячие сваи. Первые проходят через слабые грунты и опираются на прочный грунт, передавая на него нагрузку; висячие сваи уплотняют рыхлый грунт при забивке, и передают нагрузку на него за счет сил трения, возникающих между боковыми поверхностями свай и слоем рыхлого грунта.
По способу изготовления и погружения в грунт сваи бывают забивные и набивные. Забивные изготовляют заранее и погружают в грунт с помощью молота, вдавливанием или вибрацией. Набивные сваи устраивают на месте путем заполнения скважин в грунте бетоном или железобетоном. Поверху сваи соединяют балкой или железобетонной плитой, называемой ростверком. На ростверк опирают несущие конструкции здания (сооружения), и он обеспечивает равномерную передачу нагрузок на сваи. Ростверк делают монолитным или сборным (из железобетонных элементов-оголовников).
По расположению ростверка фундаменты бывают с низким и высоким ростверком. В первом случае головки свай заглублены ниже поверхности грунта, во втором-головки свай располагают выше поверхности грунта.Свайные фундаменты не требуют больших объемов земляных работ, при их устройстве отпадает необходимость в водоотливе; они экономичны по расходу бетона, индустриальны и значительно снижают трудозатраты и стоимость строительства.
Глубина заложения фундамента- это расстояние от его подошвы до спланированной поверхности грунта, определяемое по нормам. По глубине заложения фундаменты бывают мелкого заложения- до 4-5 м и глубокого заложения более 5 м.
По виду материала ленточные фундаменты бывают железобетонные, бетонные (сборные и монолитные), бутобетонные, бутовые.
Ленточные фундаменты являются наиболее распространенными, так как они применяются при строительстве зданий с несущими стенами различной этажности. Для зданий жилищно-гражданского и культурно-бытового назначения применяют, как правило, сборные ленточные фундаменты из железобетонных плит-подушек (ФЛ) (ГОСТ 13580-85) и фундаментных стеновых блоков (ФБС) (ГОСТ 13579-78). Плиты-подушки ленточных фундаментов –это элементы подошвы с относительно небольшой длиной консолей, поперечное сечение которых определяется величиной поперечной силы. В этих элементах высокие прочностные свойства и преимущества сборного железобетона реализованы недостаточно эффективно, что негативно отражается на стоимости фундаментов.
Стоимость сборных ленточных фундаментов малоэтажных зданий в зависимости от инженерно- геологических и климатических условий составляет 25-45% общих затрат на здание. Высокая стоимость ленточных фундаментов объясняется тем, что фундаментные бетонные блоки (ФБС) неэкономичны по расходу бетона, так как их несущая способность используется примерно на 10%. Фундаментные блоки способны выдержать нагрузку от веса здания в 14 этажей и более, тогда как в настоящее время в небольших городах строятся в основном 5-9-этажные здания, а в пригородах и сельских районах доминирует малоэтажное строительство — коттеджи и дома усадебного типа.
Столбчатые фундаменты одноэтажных и малоэтажных зданий выполняются из типовых бетонных блоков ФБС 9,5 или ФБС 9,4, устанавливаемых на железобетонные плиты (ФЛ) длиной 1,2 м. Для опирания стен используются типовые несущие перемычки или фундаментные балки. Шаг столбов для малоэтажных зданий принимается 2,4-3,6, а для одноэтажных производственных зданий- 6,0 или 3,0 м.
Столбы устанавливаются под углами зданий, в местах пересечения стен и под несущими простенками. Применение столбчатых фундаментов для малоэтажных зданий экономически целесообразно в том случае, если прочные грунты залегают на глубине 2,4-3,0 м.
Нагрузка, передаваемая фундаментом, вызывает в основании напряженное состояние и деформирует его. Глубина и ширина напряженной зоны значительно превосходят ширину подошвы фундаментов. По мере углубления ниже подошвы фундамента область распространения напряжений расширяется, но до известного предела, а их абсолютное значение уменьшается. Например, если напряжение под подошвой фундамента принять за единицу, оно уменьшается до 0,34 для фундамента квадратного в плане и до 0,55- для ленточного фундамента.
Деформации основания, происходящие, главным образом, вследствие уплотнения грунтов, вызывают осадку здания. Осадка бывает равномерная, когда все элементы здания опускаются одинаково на всей его площади и в конструкциях здания не возникает дополнительных напряжений, и неравномерная, когда отдельные элементы здания опускаются на различную относительно друг друга глубину. В этом случае в конструкциях здания могут возникнуть дополнительные напряжения. В зависимости от неравномерности осадки дополнительные напряжения либо могут быть безопасно восприняты зданием, либо могут вызывать трещины, деформации и даже разрушение здания.
Таким образом, главную опасность для сохранности здания и предохранения его от появления недопустимых для нормальной эксплуатации конструкций трещин и повреждений представляет не столько осадка основания, сколько ее неравномерность.
Сплошные фундаменты устраивают в виде массивной монолитной плиты под всем зданием. Такие фундаменты обеспечивают равномерную осадку всего здания, защищают подвалы от подпора грунтовых вод. Их возводят на слабых или неоднородных грунтах при значительных нагрузках. Монолитную железобетонную плиту устраивают чаще всего сплошной и реже –ребристой.
Фундаменты здания могут исполнять роль стен подвального этажа. Техническое подполье –это помещение, которое используют для размещения инженерного оборудования и прокладки коммуникаций. Фундаменты, стены и полы подвалов необходимо изолировать от просачивающихся через грунт поверхностных вод, а также от капиллярной поднимающейся вверх грунтовой влаги.
Изоляция от грунтовой сырости и грунтовых вод подземных конструкций зданий и сооружений достигается применением плотного монолитного бетона с пластифицирующими или водоотталкивающими добавками или устройством гидроизоляции. При использовании обычного бетона или кладки из других материалов (кирпича, бутового камня и др.) гидроизоляцию делают цементно-песчаной, асфальтовой, обмазочной (горячим битумом, холодной полимер битумной мастикой-эластимом), оклеечной в несколько слоев (рубероидом, толем, гидроизолом, металлоизолом, борулином).При защите от грунтовой сырости и при небольших напорах грунтовых вод применяют оклеечную, или обмазочную гидроизоляцию, которая не всегда выполняется качественно.
При расположении уровня грунтовых вод ниже уровня пола подвала устраивают горизонтальную и вертикальную гидроизоляцию. Горизонтальная гидроизоляция создается путем устройства бетонной подготовки и водонепроницаемого пола подвала, например асфальтового, прокладкой в двух уровнях в наружных и внутренних стенах оклеечной непрерывной ленты из рулонных материалов. Первый оклеечный слой укладывают на уровне пола подвала, второй- ниже перекрытия подвального этажа. Вертикальную гидроизоляцию стен подвала производят обмазкой их наружных поверхностей горячим битумом, спецмастикой.
При расположении уровня грунтовых вод выше пола подвала для гидроизоляции необходимо создавать своеобразную «оболочку», способную сопротивляться напору грунтовых вод. При больших напорах грунтовых вод гидроизоляцию устраивают по внутренней поверхности стен подвала, а поверх гидроизоляции пола укладывают железобетонную плиту.
В борьбе с грунтовыми водами весьма эффективно устройство дренажа. Дренаж осуществляют так: вокруг здания на расстоянии 2-3 м от фундамента роют канавы с уклоном 0,002-0,006 в сторону сборной отводящей канавы. Для стока воды по дну канавы прокладывают трубы с отверстиями. Канавы с трубами засыпают гравием, крупным песком, затем грунтом. Вода по тренажным трубам стекает в реку или в определенное пониженное место, например в овраг.
При строительстве на пучинистых грунтах до последнего времени основным мероприятием являлось заложение фундаментов ниже расчетной глубины сезонного промерзания. Однако для малонагруженных фундаментов малоэтажных зданий это приводит к их удорожанию на 25-50%. При увеличении глубины заложения действие нормальных сил на подошву прекращается. Но касательные силы пучения по боковым поверхностям фундамента значительно возрастают.
В малоэтажных зданиях эти силы обычно превосходят нагрузку, действующую на фундаменты, вследствие чего последние подвергаются пучению, т. е. Деформируются. В конечном итоге это приводит стены здания в аварийное состояние. Поэтому в настоящее время при строительстве малоэтажных зданий целесообразно применять мало загубленные фундаменты, обеспечивающие:
Снижение стоимости за счет сокращения трудоемкости, расхода бетона и сроков производства работ нулевого цикла;
Достаточно полное использование несущей способности грунтов и материалов фундаментов;
Сокращение объема опалубочных, арматурных и земляных работ;
Возможность выполнения фундаментов с практически одинаковой эффективностью в различных погодных и грунтовых условиях.
Фундаментостроение относится к категории работ повышенной ответственности, где отступление от требований нормативных документов чревато самыми серьезными последствиями. Имеется большое число примеров, когда нарушение правил проектирования и производства работ приводило к деформациям строений, а, следовательно, к большим материальным издержкам.
Рекомендации по устройству фундаментов зданий.
Чтобы выбрать рациональный фундамент здания, соответствующий геологическим условиям участка застройки, и избежать ошибок при строительстве с их возможными последствиями, необходимо знать основные правила и принципы, которыми следует руководствоваться при решении этого вопроса. Каждому строителю-специалисту и индивидуальному застройщику полезно знать:
Фундамент — весьма ответственная подземная конструкция здания, от которой зависят прочность, долговечность и устойчивость.
Основанием фундаментов должны служить материковые (не нарушенные) грунты, желательно плотные. На насыпных и просадочных грунтах без их предварительного уплотнения строить дом не рекомендуется.
Приступая к проектированию фундаментов. Необходимо иметь точные данные о грунтах основания (песчаные или глинистые, пучинистые или непучинистые, набухающие или просадочные), чтобы принять конструктивные меры, обеспечивающие надежность конструкции, допустимые равномерные осадки и прочность здания в целом.
В глубокой древности зодчие придавали важное значение изучению свойств грунтов основания здания, так как хорошо понимали, что небрежность в таком деле может привести к деформации строения и даже к аварии. Недооценивать физико-механические свойства грунтов и гидрогеологические условия района застройки весьма опасно. Серьезные аварии, участившиеся за последние 35 лет в отечественной практике строительства, убедительное тому доказательство.
Еще в I веке до н. э., 2000 лет назад, римский архитектор Витрувий в своих трудах особое внимание обращал на то, что ошибки и упущения, приводят к тяжелым катастрофическим последствиям для сооружений.
Архитектор Леон Баттиста Альберти (XV в.) сказал: «Рой на благо и на счастье, пока не дойдешь до твердого, и если в чем другом допущена ошибка, она менее вредит, легче исправляется и более терпима, нежели в основаниях, где нельзя допустить никакого извинения в ошибке»».
Выдающийся итальянский архитектор и строитель А. Палладио в трактате, написанном в 1570 г., придавая особое значение вопросам устройства фундаментов на прочном основании, писал: «Из всех ошибок, происходящих на стройке, наиболее пагубны те, которые касаются фундаментов, так как они влекут за собой гибель всего здания и исправляются только с величайшим трудом».
ПетрI в «Уложении по строительству» отмечал: «На устройство подошвы (основания) и поддела (фундамента) ни трудов, ни иждивения жалеть не надо». Однако при проектировании необходимо использовать наиболее рациональные конструкции фундаментов, позволяющие сократить построечную трудоемкость, расход материалов, сроки и стоимость производства работ.
Старинным правилом «на фундаментах не экономят» руководствоваться не следует. Расход материалов на фундаменты определяется расчетом и конст руктивными требованиями для каждого конкретного случая. Излишнее количество материалов –это дополнительные затраты овеществленного и живого труда, а следовательно, неоправданные материальные затраты.
Придавая важное значение проблемам ресурсосбережения и сокращения затрат живого труда, ученые и инженеры в настоящее время уделяют серьезное внимание совершенствованию конструкций фундаментов для малоэтажных зданий и технологии производства работ нулевого цикла.
Сокращение расхода материалов, трудоемкости и стоимости нулевого цикла одно-, двухэтажных зданий достигается за счет уплотнения естественного основания с целью увеличения несущей способности грунта, а также за счет применения эффективных конструкций фундаментов.
Задачей инженера, проектирующего фундаменты, является нахождение эффективного решения. Это возможно только при правильной оценке инженерно- экологических условий стройплощадки и работы грунтов основания совместно с фундаментами и надземными конструкциями, а также при выборе способа устройства фундамента, гарантирующего сохранность природной структуры грунтов основания.
За качество проектов в старину спрашивали строго. Указ Петра I гласил: «Всем чинам, на службе состоящим, а также мануфактур-советникам и прочим разных промысловых заведений персонам помнить надлежит –все прожекты зело, исправны, быть должны, дабы казну зряшно не разорять и отечеству ущерба не чинить. А кто прожекты станет абы ляпать, – того чина лишу и кнутом драть велю». Поэтому и стоят незыблемо добротные, красивые здания, построенные более 250 лет назад зодчими М.Казаковым, В.Баженовым, А.Воронихиным, А.Захаровым, С.Чеваскинским, Д.Трезини, К.И.Росси, Ф.Б.Растрелли, А.Ринальди, Монферраном, Кваренги, Камероном и др.
Совсем иная картина складывается в настоящее время при массовой застройке районов жилыми малоэтажными зданиями.
Как выявила проверка застройки нескольких коттеджных поселков Подмосковья, проектные работы, как правило, выполнялись в этих случаях неспециализированными организациями и без предварительных инженерно –геологических изысканий.
В результате этого фундаменты выполнялись без учета специфики грунтов, их свойств и действующих нагрузок, как от несущих конструкций дома, так и от действия сил морозного пучения (нормальные и касательные силы).
Не имея профессиональных знаний о грунтах и их свойствах, выбрать рациональную и устойчивую конструкцию фундаментов и избежать непредвиденных последствий просто невозможно.
Многочисленные примеры показывают, что деформации несущих и ограждающих конструкций (стен) домов происходят из-за ошибок, допущенных при устройстве фундаментов и вследствие морозного пучения глинистых грунтов.
Морозное пучение выражается, как правило, в неравномерном поднятии слоя промерзшего грунта, причем напряжения, возникающие в грунте при пучении, оказывают существенное воздействие на фундаменты и наземные конструкции здания. Особенно страдают от этого дома с подвалом, стены которого сложены из сборных блоков.
Строительство на песчаных грунтах исключает подобные последствия, так как пески относятся к несвязным грунтам, фильтрующим влагу. Поэтому строить проще и дешевле на песках.
На участках с глинистыми грунтами надежным основанием фундаментов являются песчаные подушки, отсыпаемые с послойным уплотнением.
Во всех случаях, прежде чем строить собственный дом, нужно знать геологические условия участка застройки, на какой глубине залегают прочные грунты и грунтовые воды.
Многие застройщики и сейчас расплачиваются за эти ошибки: у недостроенных еще загородных домов поднимаются и деформируются фундаменты из-за морозного пучения глинистых (пучинистых) грунтов, вследствие чего появляются трещины в стенах, грунтовые воды заливают подвальное помещение, стены которого сложены, как правило, из сборных блоков, и т. п.
Всему этому одна причина – фундаменты выполнены безграмотно – без учета специфики грунтов, без соблюдения норм проектирования. А это очень важно, так как стоимость фундаментов составляет примерно 1/3 расходов на возведение коробки здания.
Фундаменты малоэтажных зданий.
Экономичные фундаменты малоэтажных зданий и усадебных домов.
Причина высокой стоимости фундаментов малоэтажных и одноэтажных домов, строящихся сейчас повсеместно, заключается в том, что они выполняются из тех же типовых сборных блоков, которые применяются для фундаментов многоэтажных зданий в 9-12 этажей и более.
Несущая способность бетонных блоков при этом используется примерно на 10%, вследствие чего неоправданно возрастает расход бетона, стоимость фундаментов и 1 кв. м жилой площади.
К этому необходимо добавить рассредоточенность и малообъемность работ, а также удаленность объектов от баз строительной индустрии и низкий уровень механизации строительно-монтажных работ.
Сокращение расхода бетона и стоимости фундаментов малоэтажных зданий является весьма актуальной проблемой в настоящее время, так как только в Московской области до 2000 г. было построено 145 200 коттеджей общей площадью 16 млн.кв.м.
Ленточные фундаменты жилых и общественных зданий с подвалом, а также производственных зданий без подвала, являющихся наиболее распространенными в практике проектирования и строительства, выполняются, как правило, сборными вне зависимости от этажности. Однако при этом не учитывается, что сборные фундаменты имеют существенные недостатки, весьма негативно влияющие на качество конструкции фундамента в целом. На это никогда не обращали внимания проектировщики, ни строители. Сборочные ленточные фундаменты массивны и не экономичны, так как по существу – это монолитные фундаменты, разрезанные на мелкие элементы –блоки, но только дороже и хуже качеством ввиду большого количества швов и местных заделок, выполняемых вручную. Вследствие этого значительно возрастают трудозатраты на устройство фундаментов, а, следовательно, –сроки выполнения нулевого цикла в целом. При ленточных фундаментах устройство подвала или подполья в усадебных домах оправдано не только конструктивно, но и экономически, так как дополнительные затраты, связанные в этом случае с выполнением цокольного утепленного перекрытия, в 3-5 раз меньше тех затрат, которые требуются, чтобы получить такую же полезную площадь в специально построенном для этой цели помещении. Высота подвала в этом случае принимается минимальной –1,8-2,0 м.
По традиционно принятой у нас технологии работ нулевого цикла сначала возводятся ленточные фундаменты, а потом – бетонная подготовка под полы подвала по насыпному грунту, так как уровень пола располагается выше подошвы фундаментов на 75-90 см и более (в зависимости от толщины плит, подушек и глубины заложения ). Такая конструкция фундамента и традиционная технология выполнения работ увеличивают трудоемкость нулевого цикла, так как это связано с дополнительными трудозатратами на устройство обратной засыпки котлована с ее уплотнением во избежание полов подвала в период эксплуатации.
Кроме того, что такая технология увеличивает трудоемкость производства работ, она не обеспечивает и эксплуатационную надежность полов подвала ввиду неизбежности просадок насыпных грунтов, уплотняемых без применения трамбовок. На наших стройках их нет, и это пагубно отражается на качестве работ по уплотнению грунтов. Деформируемые вследствие этого полы подвала по насыпному грунту зачастую приходится ремонтировать или выполнять заново, что связано с дополнительными материальными затратами в период эксплуатации здания и с определенными трудностями. По этой же причине деформируются и отмостки вокруг здания, и ливневые стоки замачивают основания фундаментов.
Во всех цивилизованных странах пневматические трамбовки применяются в строительстве уже более 75 лет. Избежать этих недостатков и сократить трудоемкость и стоимость нулевого цикла можно лишь в случае устройства фундаментов в виде сплошной железобетонной плиты, выполняющей одновременно функции фундамента и пола подвала, как это принято для зданий повышенной этажности.
Для деревянных и кирпичных малоэтажных зданий и усадебных домов стены подвалов целесообразно выполнять бутобетонными переменного сечения, глубина заложения которых для центральных районов принимается в 1,30-1,45 м при расположении пола на 0,90 или 1,05 м выше уровня планировочных отметок и 1,60-1,75 м при разнице между полом и землей 0,75-0,60 м .
Стены подвала, во избежание их промерзания и теплопотерь, необходимо изнутри укрепить листами пенопласта толщиной 20 м на битумной мастике с последующим оштукатуриванием по сетке — рабице. Такие фундаменты на 20-25% экономичнее традиционных ленточных по расходу бетона и трудозатратам. Это особенно важно для индивидуальных застройщиков в современных условиях высокой стоимости стройматериалов.
Усложнение формы цоколя здания в данном случае оправдывается сокращением расхода материала (бетона) и стоимости, а также улучшением внешнего вида здания.
Глубина заложения фундамента принимается в зависимости от глубины сезонного промерзания грунта и уровня грунтовых вод. Глубина заложения подошвы фундаментов, м, принимается: для Астрахани, Минска, Киева и Вильнюса –1,0;для Курска, Харькова и Волгограда –1,2;для Москов.обл., Воронежа, Санкт-Петербурга и Новгорода –1,4; Вологды, Саратова и Пензы –1,5; для Ульяновска, Самары, Казани и Котласа –1,7; для Актюбинска, Уфы и Перми –1,8; для Кустаная, Кургана и Ухты –2,0.
Фундаменты предлагаемой конструкции необходимо выполнять с устройства железобетонной плиты – пола подвала. В этом случае конструкция пола выполняет еще и функцию несущей плиты фундамента, на которую опираются стены подвала. Толщина стен подвала в этом случае принимается в зависимости от климатических районов, но не тоньше 30 см. Стены подвала лучше всего делать монолитными, так как они почти водонепроницаемы и почти вдвое дешевле сборных. Бетонирование стен необходимо выполнять с помощью добротной строганой опалубки, чтобы после распалубки не выравнивать поверхности стен штукатуркой или затиркой.
Вертикальная гидроизоляция выполняется битумной мастикой, которой обмазываются наружные поверхности стен в два приема. Защитить подвал от попадания влаги (когда это неизбежно) можно при помощи глиняного замка из мягкой глины. Этот способ оправдал себя на протяжении многих столетий и успешно применяется в настоящее время.
Плита –фундамент принимается толщиной 20-25 см и армируется сеткой с ячейкой 15х15 см или 10х10 см из арматуры 10АIII или 8АIII.
Бетонирование плиты производится по бетонной подготовке (100 мм) или гидроизоляции из двух слоев толя или рубероида, которая препятствует поднятию капиллярной влаги и сохраняет цементное молоко бетонной смеси при бетонировании. В условиях песчаных или супесчаных грунтов устройству гидроизоляции предшествует уплотнение грунтов основания щебенкой, политой битумной мастикой. Бетон плиты в этом случае не обезвоживается и сохраняет свои свойства – прочность и плотность, что очень важно для конструкции фундаментов.
Такое конструктивное решение и рекомендуемая технология возведения фундаментов малоэтажных домов с подвалом дают возможность сократить расход бетона на 25% по сравнению с традиционным решением. Сокращается при этом на 20-25% и объем земляных работ за счет исключения уширенной части фундамента. В результате значительно снижаются трудоемкость и стоимость нулевого цикла, что весьма важно для индивидуальных застройщиков.
В отдельных случаях, когда это необходимо, гидроизоляция стен подвала может быть и оклеечной с прижимной кирпичной стенкой. В этом случае сначала выкладываются кирпичные стенки толщиной в полкирпича, которые изнутри обклеиваются 2-3 слоями рубероида. В дальнейшем выполняются монолитные стены подвала с применением только внутренней опалубки, а в качестве внешней используются кирпичные стенки, оклеенные рубероидом. Такая технология гарантирует надежность и высокое качество гидроизоляции.
Сокращение расхода материалов и трудозатрат нулевого цикла малоэтажных зданий и домов усадебного типа достигается при выполнении стен подвала сборно – монолитными из блоков толщиной 30 см. Для опирания стен толщиной 51 и 64 см предусматривается монолитный пояс (ростверк) сечением 30х50 или 30х65 см. Для стен толщиной 38 см монолитный пояс армировать не требуется. Устройство таких фундаментов упрощается, так как при этом исключается перевязка швов и местные заделки бетоном и кирпичом в местах отверстий и проемов, оставляемых для ввода коммуникаций. Для ввода трубопроводов в монолитных участках закладываются входные патрубки. Расход бетона в этом случае сокращается на 33%, а стоимость –в 1,5 раза ниже по сравнению с вариантом из блоков толщиной 50 см, так как более половины сборных блоков заменяется монолитным бетоном, который значительно дешевле сборного. Водопроницаемость стен подвалов при обмазке их битумной мастикой в этом случае почти исключается.
Утоненные сборно-монолитные фундаменты выполняются по сплошной железобетонной плите, которая несет функцию фундамента и пола подвала. Совмещение функций конструкции пола подвала и плиты-фундамента экономически целесообразно, так как при этом не требуется уширение подошвы при минимальной толщине стены подвала.
Утоненные сборно-монолитные фундаменты технологичны и эффективны и для 5- и 9-этажных зданий, но по стоимости все же уступают монолитным. При высокой цене материалов такое решение будет способствовать сокращению их расхода и снижению стоимости и сроков нулевого цикла при улучшении качества.
Широкое внедрение ресурсосберегающих технологий и конструкций при массовом строительстве малоэтажных зданий обеспечит выполнение поставленных задач.
Применение ленточных фундаментов целесообразно и для зданий без подвала, строящихся на сухих не пучинистых(песчаных) грунтах. Глубина заложения фундамента в этом случае, вне зависимости от климатических условий, принимается менее 1 м. На глинистых или пучинистых грунтах (при глубине заложения более 1м) ленточный фундамент проще и дешевле выполнить по песчаной подушке.
Ленточные фундаменты мелкого заложения на песчаной подушке в последние годы применяются все чаще при строительстве домов усадебного типа и садовых домиков на пучинистых грунтах и при высоком уровне грунтовых вод. Они отличаются простотой, незначительным расходом материалов и не требуют больших материальных затрат.
Источник