Введение
Обеспечение эксплуатационной надежности при одновременном снижении материальных затрат и экономии трудовых ресурсов при строительстве является важной частью программы малоэтажного и коттеджного строительства. Применение новых строительных технологий и материалов при строительстве различных сооружений позволяет добиться значительной экономии ресурсов, снизить трудоемкость и продолжительность строительства.
Сложные грунтовые условия широко распространены в Российской Федерации. При возведении малоэтажных зданий строителям приходится сталкиваться с решением вопросов, обусловленных наличием пучинистых грунтов в основании фундаментов. Значительную долю общей стоимости зданий составляют затраты на устройство фундаментов.
Стандарт разработан в развитие пункта 12.2.5 СП 50-101-2004, допускающего назначать глубину заложения наружных фундаментов независимо от расчетной глубины промерзания, если «предусмотрены специальные теплотехнические мероприятия, исключающие промерзание грунтов».
При устройстве фундаментов на пучинистых грунтах с целью уменьшения глубины промерзания грунта в территориальных строительных нормах ТСН МФ-97 МО при проектировании и устройстве мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных зданий в Московской области рекомендуется «применение утеплителей, укладываемых под отмостку» с обязательной защитой их гидроизоляцией.
С освоением промышленного выпуска экструдированного пенополистирола в Скандинавских странах, Канаде и США разработаны стандарты для проектирования и строительства фундаментов мелкого заложения с использованием экструдированного пенополистирола в качестве теплоизолирующего слоя, уменьшающего глубину сезонного промерзания грунта в основании зданий.
Настоящий стандарт разработан с учетом опыта использования теплоизолированных фундаментов мелкого заложения (ТФМЗ) в Америке и Европе, а также особенностей инженерно-геологических, гидрогеологических, климатических условий и опыта строительства малоэтажных зданий в Российской Федерации.
Рецензент — канд. техн. наук Н.Б. Кутвицкая (ФГУП «Фундаментпроект»).
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ИЗ ПЛИТ ПОЛИСТИРОЛЬНЫХ
ВСПЕНЕННЫХ ЭКСТРУЗИОННЫХ ПЕНОПЛЭКС® ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
И УСТРОЙСТВЕ МАЛОЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ
НА ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТАХ
Design and construction of the frost-protected shallow
foundations on the frost-susceptible soils
with xps boards «penoplex»
Дата введения 2008-04-09
1 Область применения
Данный стандарт предназначен для проектирования и строительства теплоизолированных фундаментов мелкого заложения на естественном основании, использующих теплоизоляцию из плит полистирольных вспененных экструзионных ПЕНОПЛЭКС® для предотвращения пучения фундаментов при сооружении их на сезонно-промерзающих грунтах. Стандарт применяется к отапливаемым и неотапливаемым одно- и двухэтажным жилым, коммерческим, сельскохозяйственным зданиям и отдельно стоящим опорам с условием, что конструктивные требования, не касающиеся вопросов защиты от пучения, соответствуют строительным нормам и правилам или принятым методам проектирования.
Размещение подошвы фундаментов на малой глубине (0,3 — 0,4 м) от дневной поверхности значительно сокращает трудоемкость и стоимость работ по возведению малоэтажных зданий и отдельно стоящих опор.
Стандарт не распространяется на проектирование и строительство зданий и опор на вечномерзлых грунтах и в районах со средней годовой температурой наружного воздуха (СГТВ) ниже 0 °С или с величиной индекса мороза (ИМ) более 90000 градусо-часов.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте приведены ссылки на следующие нормативные и рекомендательные документы:
СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия
СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений
СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии
СНиП 3.02.01-87 Земляные сооружения, основания и фундаменты
СНиП 3.04.01-87 Изоляционные и отделочные покрытия
СНиП 31-02-2001 Дома жилые одноквартирные
СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения
СП 11-102-97 Инженерно-экологические изыскания для строительства
СП 11-105-97 Инженерно-геологические изыскания для строительства (ч. I — III )
СП 31-105-2002 Проектирование и строительство энергоэффективных одноквартирных жилых домов с деревянным каркасом
СП 50-101-2004 Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений
Рекомендации по учету и предупреждению деформаций и сил морозного пучения грунтов. — М.: Стройиздат, 1986
Рекомендации по проектированию и расчету малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах. — М.: НИИОСП, 1985
Пособие по проектированию основания зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). — М.: Стройиздат, 1986
ТСН МФ-97 МО Проектирование и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области. — М., 1998
ТУ 5767-006-56925804-2007 Плиты полистирольные вспененные экструзионные ПЕНОПЛЭКС®
SEI/ASCE 32-01 Design and Construction of Frost-Protected Shallow Foundations
RIL 193-1992 Routavauriot ja routasuojaus
Canadian Foundation Engineering Manual? 3rd edition, 1992
ISO 13793:2001 Thermal performance of buildings. Thermal design of foundations to avoid frost heave.
3 Термины и определения
Теплоизолированный фундамент мелкого заложения (ТФМЗ) — фундамент на естественном основании (столбчатый, ленточный, фундаментная плита), подошва которого находится в слое сезонного промерзания, а сам фундамент защищен от выпучивания с помощью плит ПЕНОПЛЭКС® и устройства в его основании подушки из непучинистого грунта, которым также засыпаются пазухи котлованов.
ПЕНОПЛЭКС® — теплоизоляционные плиты из вспененного экструзионного пенополистирола, отвечающие требованиям ТУ 5767-006-56925804-2007.
Неотапливаемые здания — здания с температурой воздуха в помещениях зимой, равной или ниже 5 °С.
Пучинистые грунты — грунты, которые изменяют свой объем и свойства при промерзании — оттаивании. К ним относятся глины, суглинки, супеси, пылеватые и мелкие пески, а также крупнообломочные грунты с включением выше перечисленных грунтов более 35 % объема. При замерзании грунта развиваются силы нормального и касательного пучения, которые, воздействуя на фундамент, могут вызвать его перемещение и деформации надфундаментных конструкций. Практически непучинистыми грунтами могут быть: мелкие и пылеватые пески и глинистые грунты твердой консистенции при глубоком залегании уровня грунтовых вод, а именно мелкие пески при z > 0,5 м, пылеватые пески при z > 1,0 м, супеси при z > 1,5 м, суглинки при z > 2,5 м и глины при z > 3,0 м ( z — глубина залегания уровня грунтовых вод, считая от подошвы слоя сезонного промерзания).
Непучинистые грунты — грунты, которые не изменяют свой объем и свойства при промерзании-оттаивании. К ним относятся галька, гравий, щебень, крупно- и среднезернистые пески, а также их смеси. Кроме того, к непучинистым грунтам относятся промышленные шлаки, не подверженные химическому разложению, и горелые породы шахтных терриконов.
Сезонно-мерзлые грунты — грунты, находящиеся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона.
Вертикальная теплоизоляция — плиты ПЕНОПЛЭКС®, размещенные вертикально по внешнему периметру поверхности фундамента и цоколя отапливаемого здания.
Горизонтальная теплоизоляция — плиты ПЕНОПЛЭКС®, размещенные горизонтально в отапливаемых зданиях по их наружному периметру на уровне заложения подошвы фундаментов, в неотапливаемых зданиях и отдельно стоящих колоннах — под подошвой фундаментов, выходя за периметр здания или отдельно стоящего фундамента.
Теплоизоляционная юбка — для неотапливаемых зданий и отдельно стоящих опор — часть горизонтальной изоляции, выходящая за контур здания или контур фундамента опоры. Для отапливаемого здания — горизонтальная теплоизоляция за контуром здания, расположенная на глубине заложения подошвы фундамента и граничащая с вертикальной изоляцией.
Отдельно стоящая опора — элемент конструкции, воспринимающий вертикальную осевую нагрузку.
«Мостики холода» — разрывы в теплоизоляции, которые создают термически проводимые пути и увеличивают возможность выпучивания фундаментов.
Среднегодовая температура воздуха (СГТВ) — сумма отрицательных и положительных градусо-часов наружного воздуха за год, деленная на продолжительность года. Обеспеченность СГТВ принимается 50 %. Определяется по СНиП 23-01.
Индекс мороза (ИМ) — абсолютное значение отрицательных градусо-часов наружного воздуха с обеспеченностью 1 % или наступлением события с вероятностью один раз в 100 лет. Индекс мороза с такой обеспеченностью не применяется в строительной практике на территории РФ. Необходимые значения ИМ получаются путем специальных вычислений. Такая обеспеченность обусловлена высокими требованиями к долговечности фундаментов. При пониженных требованиях к долговечности фундамента можно принимать значение обеспеченности ИМ 2 % (наступление события с вероятностью один раз в 50 лет).
Для ориентировочных расчетов величина ИМ может быть принята по схематической карте, приведенной в приложении А.
4 Общие положения по проектированию
4.1 Теплоизолированные фундаменты мелкого заложения должны проектироваться на основе нормативных документов и с учетом:
результатов инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий для площадки строительства;
прогноза изменения инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки в период строительства и эксплуатации;
климатических условий района строительства;
данных, характеризующих назначение, конструктивные и технологические особенности здания и условия его эксплуатации;
нагрузок, действующих на фундаменты;
наличия существующей застройки и влияния на нее нового строительства;
технико-экономического сравнения возможных вариантов проектных решений.
4.2 При проектировании должны быть предусмотрены решения, обеспечивающие надежность, долговечность и экономичность сооружений на всех стадиях строительства и эксплуатации.
4.3 Используемые при устройстве ТФМЗ грунты, материалы, изделия и конструкции должны удовлетворять требованиям проектов, соответствующих стандартов и технических условий. Замена предусмотренных проектом грунтов, материалов, изделий и конструкций, входящих в состав возводимого здания или его основания, допускается только по согласованию с проектной организацией и заказчиком.
4.4 При проектировании и возведении ТФМЗ из монолитного и сборного бетона или железобетона следует руководствоваться СНиП 52-01, СНиП 2.03.11 и СНиП 3.04.01, а также соблюдать требования нормативных документов по организации строительного производства, технике безопасности и охране окружающей среды, правил пожарной безопасности при производстве строительно-монтажных работ.
При производстве земляных работ следует выполнять приемочный контроль, руководствуясь СНиП 12-01 и СНиП 3.02.01. Приемку ТФМЗ следует выполнять с составлением актов на скрытые работы. При необходимости в проекте допускается указывать другие элементы, подлежащие промежуточной приемке, с составлением актов на скрытые работы.
4.5 При проектировании должна быть предусмотрена срезка экологически чистого плодородного слоя почвы для последующего использования его в целях восстановления (рекультивации) нарушенных или малопродуктивных сельскохозяйственных земель, озеленения района застройки и т.п.
5 Конструирование фундаментов с применением плит ПЕНОПЛЭКС®
5.1 В качестве ТФМЗ используются фундаменты на грунтовой подушке (столбчатые, ленточные или фундаментные плиты), подошва которых закладывается на глубину 0,4 м в отапливаемых зданиях и на глубину 0,3 м в неотапливаемых зданиях и под отдельно стоящие опоры. Размеры фундамента определяют расчетом согласно СНиП 2.02.01.
5.2 Во избежание выпучивания фундаментов при сезонном промерзании грунта ТФМЗ включают в себя специальным образом уложенную теплоизоляцию из плит ПЕНОПЛЭКС®, позволяющую уменьшить глубину сезонного промерзания под подошвой фундамента и удержать границу промерзания в слое непучинистого грунта (грунтовой подушке), устраиваемого в отапливаемых зданиях непосредственно под подошвой фундаментов толщиной Н, в неотапливаемых зданиях и отдельно стоящих опорах — под слоем теплоизоляции, на который опирается сам фундамент.
5.3 Во избежание деформаций фундамента от действия касательных сил пучения пазухи котлованов засыпаются непучинистым грунтом.
5.4 В качестве материала для устройства подушки может быть использован песок гравелистый, крупный и средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак. В случае необходимости увеличения несущей способности основания целесообразно применять песчано-щебеночную подушку, состоящую из смеси песка крупного, средней крупности (40 %), щебня или гравия (60 %).
5.5 Устройство подушек и засыпку пазух и траншей следует выполнять с послойным трамбованием или уплотнением площадочными вибраторами. При применении щебеночных подушек для сохранения плит ПЕНОПЛЭКС® от продавливания следует применять выравнивающий слой песка, превышающий по толщине фракцию щебня в два раза.
5.6 Для защиты грунтов основания от обводнения поверхностными и грунтовыми водами на дневной поверхности по периметру здания по песчаной подготовке толщиной 5 см на ширину теплоизоляционной юбки устраивается асфальтовая или бетонная отмостка толщиной 2 — 3 см. Отмостке придается уклон от здания 3 %. Кроме того, в грунтовой подушке вблизи ее подошвы по всему периметру теплоизоляционной юбки устраивается трубчатый дренаж с выпуском в ливневую канализацию или в пониженные места за пределами здания.
5.7. В отапливаемых зданиях плиты ПЕНОПЛЭКС® толщиной δ v укладываются вертикально по внешней поверхности фундамента и цоколя здания на высоту не менее 1,0 м (рис. 1) от подошвы фундамента и горизонтально за контуром здания на глубине заложения подошвы фундамента на ширину Dh , с образованием теплоизоляционной юбки толщиной δ h по всему наружному периметру фундамента (кроме углов) и толщиной δ c на углах и длиной участков Lc по углам здания.
Схема укладки и параметры теплоизоляционного слоя в фундаментах отапливаемых зданий с теплоизоляцией пола и без показаны соответственно на рис. 1 и 1 а.
Рис. 1. Схема укладки и параметры теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС® в фундаментах
отапливаемых зданий с теплоизоляцией пола
1 — фундамент; 2 — стена здания; 3 — пол здания; 4 — горизонтальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС®; 5 — вертикальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС®; 6 — защитное
покрытие; 7 — песчаная подготовка под отмостку; 8 — асфальтовая или бетонная отмостка; 9 — непучинистый грунт; 10 — дренаж; 11 — теплоизоляция пола
Рис. 1 а. Схема укладки и параметры теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® в фундаментах
отапливаемых зданий без теплоизоляции пола
1 — фундамент; 2 — стена здания; 3 — пол здания; 4 — горизонтальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС®; 5 — вертикальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС®;
6 — защитное покрытие; 7 — песчаная подготовка под отмостку; 8 — асфальтовая или бетонная отмостка; 9 — непучинистый грунт; 10 — дренаж
5.8 В неотапливаемых зданиях ПЕНОПЛЭКС® укладывается только горизонтально под подошвой фундамента в пределах всего здания и изоляционной юбки, которая выступает за контур здания на ширину Dh . Толщина слоя ПЕНОПЛЭКС® принимается постоянной и равной δ h (рис. 2, 3 и 3 а).
Рис. 2. Схема укладки и параметры теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® в фундаментах неотапливаемых здании
1 — фундамент; 2 — стена здания; 3 — пол здания; 4 — горизонтальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС®; 5 — асфальтовая или бетонная отмостка;
6 — песчаная подготовка под отмостку; 7 — непучинистый грунт; 8 — дренаж
Рис. 3. Схема укладки и параметры теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® в фундаментах зданий с переменным режимом эксплуатации (отапливаемое — неотапливаемое)
1 — фундамент; 2 — стена здания; 3 — пол здания; 4 — горизонтальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС®; 5 — вертикальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС®;
6 — защитный слой; 7 — песчаная подготовка под отмостку; 8 — асфальтовая или бетонная отмостка; 9 — непучинистый грунт; 10 — дренаж
Рис. 3 а. Схема укладки и параметры теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® в фундаментах зданий с невентилируемым подпольем и переменным режимом эксплуатации (отапливаемое — неотапливаемое)
1 — фундамент; 2 — стена здания; 3 — пол здания; 4 — невентилируемое подполье; 5 — вертикальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС®; 6 — защитный слой; 7 — песчаная подготовка под отмостку; 8 — асфальтовая или бетонная отмостка; 9 — горизонтальная теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС®; 10 — дренаж; 11 — непучинистый грунт; 12 — парозащитный слой
5.9 Под отдельно стоящей или ленточной опорой ПЕНОПЛЭКС® укладывается горизонтально непосредственно под подошвой фундамента, выступая за его контуры на ширину Dh, и имеет толщину δ h (рис. 4 и 4 а).
Рис. 4. Схема укладки и параметры теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® в фундаментах отдельно стоящих опор
1 — опора; 2 — фундамент; 3 — теплоизоляционный слой ПЕНОПЛЭКС®; 4 — песчано-гравийная смесь; 5 — водоупорный слой
Рис. 4 а. Схема укладки и параметры теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® при устройстве ленточной опоры
1 — ленточная опора; 2 — фундамент; 3 — теплоизоляционный слой ПЕНОПЛЭКС®; 4 — песчано-гравийная смесь; 5 — отмостка; 6 — песчаная подготовка под отмостку
5.10 Если у отапливаемых зданий имеются холодные пристройки, например, террасы, крыльца, то теплоизоляционной юбке придается форма, показанная на рис. 5, а ширина юбки увеличивается на ширину пристройки. При этом ее параметры Dh и δ h принимаются как для неотапливаемого здания.
Рис. 5. Сопряжение отапливаемого здания с холодной пристройкой
1 — фундамент существующего здания; 2 — фундамент пристройки; 3 — стена существующего отапливаемого здания;
4 — теплоизоляционные плиты ПЕНОПЛЭКС®; 5 — дренаж; 6 — песчано-гравийная смесь; 7 — стена пристройки; 8 — отмостка
5.11 Для защиты вертикальной изоляции, расположенной на внешней поверхности фундамента и цоколя здания, от механических повреждений, атмосферных воздействий, ультрафиолетового излучения и обеспечения долговечности конструкции необходимо предусмотреть светонепроницаемое и стойкое к атмосферным воздействиям защитное покрытие, которое совместимо с материалом изоляции. Защитное покрытие заглубляется в грунт на 15 см (рис. 1).
5.12 Для защиты горизонтальной теплоизоляционной юбки от механических повреждений, возникающих в результате воздействия колесной или точечной нагрузки на асфальтовое покрытие или тротуарную плитку в процессе эксплуатации, должна быть предусмотрена защита теплоизоляционных плит ПЕНОПЛЭКС® листовым материалом. Защитный листовой материал может быть изготовлен на основе цементно-волокнистых плит либо другого материала и предназначен для использования в грунте. Защитный слой располагается на верхней поверхности теплоизоляционных плит ПЕНОПЛЭКС®.
6. Расчеты теплоизоляции фундаментов и оснований
6.1 Расчеты ТФМЗ заключаются в определении:
толщины грунтовой подушки Н.
6.2 Размеры теплоизоляции и толщина грунтовой подушки определены методом математического моделирования теплового взаимодействия здания или отдельно стоящей опоры с грунтами основания. Результаты моделирования помещены в табл. 1 — 4. Входными параметрами в таблицы являются средняя годовая температура наружного воздуха (СГТВ), определяется согласно СНиП 23-01, и индекс мороза (ИМ). Если расчетные значения СГТВ и ИМ не совпадают с табличными, то принимается ближайшее табличное значение СГТВ в меньшую сторону, а ИМ — в большую сторону.
6.3 Параметры теплоизоляции отапливаемых зданий с теплоизоляцией пола (рис. 1) приведены в табл. 1.
6.4 Параметры теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® отапливаемых зданий без теплоизоляции пола (рис. 1 а) приведены в табл. 2.
Толщина теплоизоляции принимается по ближайшему типоразмеру в большую сторону.
6.5 Параметры теплоизоляции неотапливаемых зданий (рис. 2) приведены в табл. 3. Для жилого здания с переменным режимом эксплуатации (отапливаемое — неотапливаемое) рекомендуется конструкция, которая имеет общие элементы, присущие отапливаемому и неотапливаемому зданию (рис. 3 и 3 а) с дополнительным утеплением стен здания.
6.6 Параметры теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС® под отдельно стоящими опорами (рис. 4) приведены в табл. 4.
Источник