Введение
В связи с реализацией программы малоэтажного и коттеджного строительства Администрация Московской области проводит комплекс мероприятий, направленных на снижение стоимости строительства, в том числе применение облегченных конструкций, новых строительных материалов и прогрессивных технологий.
Большой удельный вес в общей стоимости строительства малоэтажных зданий составляют затраты на устройство фундаментов.
Нагрузки на 1пог. м ленточных фундаментов в одно-, двухэтажных зданиях в основном составляют 40. 120кН и только в отдельных случаях — 150. 180кН.
Небольшие нагрузки на фундаменты обуславливают повышенную чувствительность к силам морозного пучения.
Территория Московской области более чем на 80% сложена пучинистыми грунтами. К ним относятся глины, суглинки, супеси, пески пылеватые и мелкие. При определенной влажности эти грунты, промерзая в зимний период, увеличиваются в объеме, что приводит к подъему слоев грунта в пределах глубины его промерзания. Находящиеся в таких грунтах фундаменты подвергаются выпучиванию, если действующие на них нагрузки не уравновешивают силы пучения. Поскольку деформации пучения грунта неравномерны, происходит неравномерный подъем фундаментов, который со временем накапливается, в результате чего конструкции зданий претерпевают недопустимые деформации и разрушаются.
Применяемое в практике строительства мероприятие против выпучивания путем заложения фундаментов на глубину промерзания не обеспечивает устойчивость легких зданий, так как такие фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по которой действуют большие по значению касательные силы пучения.
Таким образом, повсеместно применяемые материалоемкие и дорогостоящие фундаменты не обеспечивают надежную эксплуатацию малоэтажных зданий, построенных на пучинистых грунтах.
Одним из путей решения проблемы строительства на пучинистых грунтах малоэтажных зданий является применение мелкозаглубленных фундаментов, закладываемых в сезоннопромерзающем слое грунта.
В соответствии с главой СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» глубину заложения фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если «специальными исследованиями и расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения».
Основной принцип конструирования мелкозаглубленных фундаментов зданий с несущими стенами на пучинистых грунтах заключается в том, что ленточные фундаменты всех стен здания объединяются в единую систему и образуют достаточно жесткую горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации основания. При мелкозаглубленных столбчатых фундаментах рама формируется из фундаментных балок, которые жестко соединяются между собой на опорах.
Применение мелкозаглубленных фундаментов базируется на принципиально новом подходе к их проектированию, в основу которого заложен расчет оснований по деформациям пучения. При этом допускаются деформации основания (подъем, в том числе неравномерный), однако они должны быть меньше предельных, которые зависят от конструктивных особенностей здания.
При расчете оснований по деформациям пучения учитываются пучинистые свойства грунта, передаваемое на него давление, жесткость фундамента и надфундаментных конструкций на изгиб. Надфундаментные конструкции рассматриваются не только как источник нагрузок на фундаменты, но и как активный элемент, участвующий в совместной работе фундамента с основанием. Чем больше жесткость конструкций на изгиб, тем меньше относительные деформации основания.
Одной из мер по уменьшению или полной ликвидации пучинистых свойств грунта, является повышение его плотности и создание глинистого водозащитного экрана, который существенно уменьшает подсос воды в зону промерзания из нижележащих слоев грунта и проникновение поверхностных вод в зону контакта фундамента с грунтом. Это достигается, если при устройстве фундаментов применять способы вытрамбовывания и выштамповывания, сочетающие в себе устройство полости под будущий фундамент и уплотненного грунтового ядра. Тем самым повышаются механические характеристики грунта, что является предпосылкой для увеличения несущей способности фундаментов. Вместе с тем уплотнение грунта снижает его пучинистые свойства: уменьшаются интенсивность и силы пучения.
Указанный эффект достигается и при погружении в грунт забивных блоков.
Для малоэтажных зданий такие фундаменты могут устраиваться в сезоннопромерзающем слое грунта, т.е. они также являются мелкозаглубленными.
Из фундаментов на локально уплотненных основаниях для зданий с несущими стенами наиболее приемлемыми являются ленточные в вытрамбованных или выштампованных траншеях.
Столбчатые фундаменты на таких основаниях целесообразно применять преимущественно при безростверковом опирании стен. Это относится и к коротким забивным (пирамидальным и призматическим) и буронабивным сваям.
Однако в слабых грунтах столбчатые фундаменты и сваи могут применяться и при строительстве малоэтажных зданий.
Начиная с 1987 года во многих субъектах Российской Федерации, в том числе в Московской области, на мелкозаглубленных фундаментах построены тысячи малоэтажных зданий со стенами из разных материалов — кирпича, блоков, панелей, деревянных щитов. Применение их позволило сократить расход бетона на 50-80%, трудозатраты — на 40-70%.
Длительный срок эксплуатации зданий на мелкозаглубленных фундаментах свидетельствует об их надежности.
В настоящих нормах содержатся требования по конструированию и расчету мелкозаглубленных фундаментов в грунтовых условиях Московской области.
Положения норм обоснованы результатами многолетних комплексных экспериментальных исследований, выполненных институтами-разработчиками настоящих норм, опытом проектирования, строительства и эксплуатации зданий.
1. Общие положения
1.1. Настоящие нормы распространяются на проектирование и устройство мелкозаглубленных фундаментов жилых зданий до 3-х этажей включительно в Московской области.
Примечание . Нормы могут быть использованы для зданий культурно-бытового назначения, садовых домов, гаражей.
1.2. Нормы являются дополнением и развитием СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» (М., Стройиздат, 1995).
1.3. Нормы предусматривают использование слоя сезоннопромерзающего грунта в качестве основания фундамента, при этом мелкозаглубленный фундамент может быть устроен как на естественном основании, так и на локально уплотненном.
1.4. Тип и конструкция мелкозаглубленного фундамента, способ подготовки его основания зависят от свойств грунта площадки строительства, и прежде всего, от степени его пучинистости.
1.5. При проектировании мелкозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах обязательным является расчет оснований по деформациям пучения грунта.
1.6. При выборе площадки строительства предпочтение следует отдавать участкам с непучинистыми или с наименее пучинистыми грунтами, однородными по составу, как в плане, так и по глубине той части сезоннопромерзающего грунта, которая проектируется в качестве основания мелкозаглубленного фундамента.
1.7. При проектировании фундаментов на пучинистых грунтах необходимо предусматривать мероприятия, направленные на снижение, как деформаций пучения грунта, так и их влияния на конструкции фундаментов и надземной части зданий, в том числе:
— водозащитные, обеспечивающие уменьшение влажности грунта, понижение уровня подземных вод, отвод поверхностных вод от здания посредством устройства вертикальной планировки, дренажных сооружений, водосборных канав, лотков, траншей, дренажных прослоев и т.п.
2. Оценка морозной пучинистости основания
2.1. К пучинистым относятся глинистые грунты, пески пылеватые и мелкие, а также крупнообломочные грунты с содержанием глинистого заполнителя более 15% общей массы, имеющие к началу промерзания влажность, которая превышает уровни, определяемые в соответствии с п. 2.8.
Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средние, не содержащие глинистых фракций, считаются непучинистыми грунтами при любом уровне безнапорных подземных вод.
2.2. Количественным показателем пучинистости грунта является относительная деформация морозного пучения e fh , равная отношению подъема ненагруженной поверхности грунта к толщине промерзающего слоя.
2.3. По относительной деформации морозного пучения е fh грунты подразделяются согласно табл. 2.1.
Относительная деформация морозного пучения грунта e fh , доли ед.
Сильнопучинистый и чрезмерно пучинистый
2.4. Относительная деформаций морозного пучения e fh , как правило, должна устанавливаться на основе опытных данных. При отсутствии опытных данных допускается определять e fh по физическим характеристикам грунтов.
2.5. При проведении инженерно-геологических изысканий на площадке планируемого строительства отбор проб грунта для лабораторных испытаний должен производиться через каждые 25 см по глубине выработок в слое сезонного промерзания dfh . Выработки закладываются в наиболее характерных точках площадки (на повышенных и пониженных участках) в пределах контура проектируемого здания.
Примечание . Для всех разновидностей пучинистых грунтов нормативная глубина сезонного промерзания в Московской области может быть принята равной 1,5 м.
— гранулометрический состав грунта, классифицирующий его вид;
— плотность грунта в сухом состоянии, r d
— плотность твердых частиц грунта, r s
— пластичность грунта: влажность на границах раскатывания 
и текучести 
, число пластичности 
— расчетную предзимнюю влажность W в слое сезонного промерзания грунта;
— глубину сезонного промерзания грунта d fh
2.7. Относительная деформация морозного пучения грунта определяется по графикам (рис. 2.1) с использованием параметра Rf вычисляемого по формуле
(2.1)
Здесь 
— критическая влажность, доли ед., ниже значения которой в промерзающем пучинистом грунте прекращается перераспределение влаги, вызывающей морозное пучение; определяется по графикам (рис. 2.2); r W — плотность воды, т/м 3 ; М0 — абсолютное значение средней многолетней температуры воздуха за зимний период, для Московской области М0 = 7°С; 
— полная влагоемкость грунта, доли ед., определяемая по формуле
(2.2)
Рис. 2.1. Зависимость относительной деформации пучения e fh от параметра 
а) практически непучинистый; б) слабопучинистый;
в) среднепучинистый; г) сильнопучинистый;
1, 2 — соответственно супеси и супеси пылеватые (0,02 J p £ 0,07);
3 — суглинки (0,07 Jp £ 0, 17);
4 — суглинки пылеватые (0,07 Jp £ 0,13);
5 — суглинки пылеватые (0,13 Jp £ 0,17);
Рис. 2.2. Зависимость критической влажности W cr числа пластичности J p и предела текучести грунта W L
Остальные обозначения те же, что в п. 2.6.
(2.3)
(2.4)
где W pr — влажность, характеризующая степень заполнения пор грунта льдом, определяется по формуле
(2.5)
2.9. Расчетная предзимняя влажность грунта принимается равной средневзвешенному значению влажности грунта в слое нормативной глубины промерзания, полученной при изысканиях на площадке строительства в летне-осенний период. При этом допускается, что поверхностный сток осадков, выпавших перед изысканиями, одинаков со стоком в предзимний период.
Примечание . В расчеты по формулам (2.1, 2.3, 2.4) вводится значение средневзвешенной влажности грунта на наиболее увлажненном участке площадки.
2.10. При глубоком залегании подземных вод расчетную предзимнюю влажность грунта следует определять в соответствии с Приложением 1.
Глубокое залегание подземных вод характеризуется условием,
(2.6)
в котором 
— расстояние от планировочной отметки до уровня подземных вод, м; 
— нормативная глубина промерзания грунта, м; 
— минимальное расстояние между границей сезонного промерзания грунта и уровнем подземных вод, при котором эти воды не оказывают влияния на увлажнение промерзающего грунта, определяемое по табл. 2.2.
Глины с монтмориллонитовой и иллитовой основой
Глины с каолинитовой основой, суглинки, в том числе пылеватые
Супеси, в том числе пылеватые
Пески мелкие и пылеватые
2.11. Пески пылеватые и мелкие при степени влажности 0,6 Sr £ 0,8 , крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым песком пылеватым и мелким) от 10 до 30% по массе относятся к слабопучинистым грунтам, для которых принимается e fh = 0,035 . Пески пылеватые и мелкие (при 0,8 Sr £ 0,95 ), крупнообломочные грунты с тем же заполнителем более 30% по массе относятся к среднепучинистым грунтам ( e fh = 0,07) . Пески пылеватые и мелкие при Sr > 0,95 относятся к сильнопучинистым грунтам ( e fh = 0,10) .
2.12. Степень пучинистости грунтов следует учитывать при выборе типа фундамента и способа подготовки основания в соответствии с Приложением 2.
3. Конструирование и расчет мелкозаглубленных фундаментов
3.1. Требования к конструкциям мелкозаглубленных фундаментов
3.1.1. При строительстве на практически непучинистых грунтах мелкозаглубленные фундаменты устраиваются на выравнивающей подсыпке из песка, на пучинистых грунтах — на подушке из непучинистого материала (песок гравелистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак и др.), которая может быть как врезной, так и устраиваемой на поверхности грунта.
3.1.2. Мелкозаглубленные ленточные фундаменты следует устраивать:
— на практически непучинистых и слабопучинистых грунтах — из бетонных (керамзитобетонных) блоков, уложенных свободно, без соединения между собой, из монолитного бетона, бутобетона, цементогрунта, бута или глиняного кирпича;
— на среднепучинистых грунтах (при e fh £ 0,05 ) — из бетонных (керамзитобетонных) блоков, уложенных свободно, без соединения между собой или из монолитного бетона;
— на среднепучинистых (при e fh > 0,05 ) и сильнопучинистых грунтах (при e fh ) — из сборных железобетонных блоков, жестко соединенных между собой, или из монолитного железобетона;
— на чрезмерно пучинистых грунтах (при e fh ³ 0,12 ) — из монолитного железобетона.
Примеры конструктивных решений мелкозаглубленных ленточных фундаментов приведены в Приложении 3.
3.1.3. При e fh >0,05 ленточные фундаменты всех стен здания должны быть жестко соединены между собой и объединены в единую конструкцию — систему перекрестных лент.
3.1.4. При недостаточной жесткости стен зданий, строящихся на сильнопучинистых и чрезмерно пучинистых грунтах, следует производить их усиление путем устройства армированных или железобетонных поясов в уровне перекрытий.
3.1.5. Мелкозаглубленные столбчатые фундаменты на среднепучинистых ( e fh >0,05 ), сильнопучинистых и чрезмерно пучинистых грунтах должны быть жестко соединены между собой фундаментными балками, объединенными в единую систему.
3.1.6. При устройстве столбчатых фундаментов необходимо предусматривать зазор между нижними гранями фундаментных балок и планировочной поверхностью грунта не менее расчетной деформации (подъема) ненагруженного основания.
3.1.7. Секции зданий, имеющие разную высоту, следует устраивать на раздельных фундаментах.
3.1.8. Примыкающие к зданиям веранды на сильнопучинистых и чрезмерно пучинистых грунтах следует возводить на фундаментах, не связанных с фундаментами зданий.
3.1.9. Протяженные здания, строящиеся на грунтах с e fh ³ 0,05 , необходимо разрезать по всей высоте на отдельные отсеки, длина которых принимается: для среднепучинистых грунтов — до 30м, сильнопучинистых (при e fh ³ 0, 12) — до 24 м, чрезмерно пучинистых (при e fh > 0,12 ) — до 18м,
3.1.10. Мелкозаглубленные фундаменты на сильнопучинистых и чрезмерно пучинистых грунтах следует изготавливать из тяжелого бетона В15. Рабочую продольную арматуру во всех случаях необходимо принимать из стали класса A I II по ГОСТ 5781-82*, поперечную — из стали 04 класса Вр-1 по ГОСТ 6727-80.
3.1.11. При изготовлении мелкозаглубленных фундаментов из железобетона марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости не должны быть ниже F 50 и W 2.
3.2. Расчет мелкозаглубленных фундаментов
3.2.1. Расчет мелкозаглубленных фундаментов производится в следующей последовательности:
а) на основе материалов изысканий определяется степень пучинистости грунта основания, и в зависимости от нее выбираются тип фундамента и конструкция фундамента в соответствии с Приложением 2 и разделом 3.1;
б) задаются предварительные размеры подошвы фундамента, глубина его заложения, толщина песчаной (песчано-гравийной) подушки;
в) в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83* « Основания зданий и сооружений » производится расчет основания по деформациям; в случае, когда под подошвой подушки залегает грунт меньшей прочности, чем прочность материала подушки, необходимо выполнить проверку этого грунта согласно СНиП 2.02.01-83*;
г) выполняется расчет основания мелкозаглубленного фундамента по деформациям морозного пучения грунта.
(3.1)
(3.2)
где 
— расчетное значение подъема основания от пучения грунта под фундаментом с учетом давления под его подошвой;
— расчетная относительная деформация пучения грунта основания под фундаментом;
— соответственно предельные значения подъема и относительной деформации основания, принимаемые по табл. 3.1.
3.2.3. Расчет подъема и относительной деформации пучения основания под фундаментом производится в соответствии с Приложением 4.
Значения предельных деформаций основания
Предельные деформации оснований фундаментов
Источник