Ежегодно в зимне-весенний период приходится обследовать загородные малоэтажные дома по причине образования трещин в стенах или подтопления цокольного этажа. Особенно много подобных повреждений произошло в 2005 г. Автору пришлось побывать на семи строительных площадках, где произошли нарушения строительных конструкций. Конечно же, поврежденных домов в эту зиму по Московской области было гораздо больше.
Зима 2004-2005 гг. была особенной. После первых морозов в конце ноября и начале декабря наступила оттепель, в течение которой поверхностный слой грунта оставался в талом состоянии. Морозы установились лишь во второй половине января. Они сопровождались обильными снегопадами и сильными ветрами.
Во многих местах снег выдуло так, что к концу первой декады февраля из под тонкого снежного покрова все еще был виден грунт. При умеренных морозах за 10 дней в этих местах грунт промерз на глубину 0,6...0,8 м, а к концу зимнего периода — до 1,5 м. В других же местах снега намело столько, что до середины марта грунт так и оставался в талом состоянии. До конца зимы в этих местах промерзание было не более нескольких десятков сантиметров.
На строительных площадках с пучинистыми грунтами создались условия особенно неравномерных деформаций пучения, как для строящихся домов, так и для ранее построенных. В ряде случаев эта ситуация привела к повреждению построек. Известны случаи, когда легкие строения сдвигались со своих опор. Например, сруб бани благополучно простоял 18 лет на столбчатых незаглубленных фундаментах из мелких блоков. Зимой 2005 г. произошли такие неравномерные деформации пучения, что строение потеряло устойчивость, и при отсутствии связей фундаментов с нижней обвязкой сруб сдвинулся с опор (рис. 1). На фото 1 показано положение бани весной.
.jpg)
Повреждения обследованных домов были вызваны следующими причинами:
- фундаменты не соответствовали грунтовым условиям строительных площадок и особенностям конструкции домов или были устроены вообще без каких-либо расчетов: по подобию, «на глазок» (сегодня ряд строительных фирм все еще изготавливают один и тот же фундамент под разные дома в различных грунтовых условиях);
- во время изготовления фундаментов допускались многочисленные отступления от требований Строительных Норм в части качества материалов и соблюдения технологии работ. Например, применялся бетон низкой марки или с нарушенным водоцементным отношением, его укладка велась некачественно, допускалось промораживание пучинистого основания под фундаментными плитами и со стороны стен цокольного этажа при возведенной коробке дома и др.
Зимой 2005 г. получили повреждения многие коттеджи с цокольными этажами, возведенные на плитных фундаментах (фото 2).
.jpg)
Считается, что плитные фундаменты — самые надежные из всех фундаментов на естественном основании, хотя и самые дорогие. Если к зиме построен только цокольный этаж (при этом нагрузки на плиту от конструкций остаются небольшими) или во время строительства и эксплуатации дома приняты меры по предотвращению промерзания пучинистого основания под плитой, то фундамент останется целым. Ну, а если коробка дома уже возведена, на плиту сверху действуют большие нагрузки. Если не принять меры по предотвращению промерзания пучинистого основания под плитой, под действием сил пучения в ней образуются трещины (рис. 2). Стены цокольного этажа, изготовленные из фундаментных блоков, наименее стойки к деформациям пучения. При поврежденной плите трещины образуются как в блочной кладке цокольного этажа, так и в кирпичной кладке надфундаментной части дома.
Однако известны случаи образования трещин даже тогда, когда стены цокольного этажа выполняли из монолитного железобетона. Причина заключалась в том, что железобетонные стены армированием были жестко связаны в единую конструкцию с треснувшей плитой.
Есть примеры повреждения монолитных плит цокольного перекрытия, изготовленных на песчаной отсыпке, когда промерзал в процессе строительства или эксплуатации сезонно отапливаемого дома пучинистый грунт основания.
Имеются примеры разрушений конструкций домов при устройстве в пучинистых грунтах столбчатых фундаментов из буровых опор с ростверком.
Остановимся более подробно на конкретных примерах.
Пример 1. Обследуемый 10 марта 2005 г. двухэтажный кирпичный коттедж с утепленной мансардой и цокольным этажом находился в аварийном состоянии. Раскрытие трещин в верхней части стен достигло 10 см. Цокольный этаж со стенами из фундаментных блоков заглублен в грунт на 2,4 м и опирается на фундаментную плиту толщиной 0,35 м. Под плитой изготовлена подбетонка толщиной 0,1 м.
Все проемы дома оказались раскрыты, и в цокольном этаже была такая же отрицательная температура, как и на улице. Характер трещин в с.jpg)
тенах указывал, что разрушение плитного фундамента произошло под действием сил пучения. В скором времени, после расчистки плиты от строительного мусора и льда, трещину в плите обнаружили.
Изучение проектной документации показало, что инженерногеологические изыскания на площадке строительства не проводились. За основание фундамента приняты пески пылеватые, средней плотности, маловлажные при отсутствии грунтовых вод, то есть непучинистые грунты.
Проведенные в непосредственной близости от коттеджа инженерногеологические изыскания показали, что площадка строительства сложена глинами с поверхности — полутвердой и тугопластичной консистенции, а ниже нормативной глубины промерзания (1,4 м) — мягкопластичной консистенции. По степени морозоопасности с поверхности грунты характеризуются как слабопучинистые, под подошвой фундамента — как сильнопучинистые,
Армирование плиты не было расчитано на совместное действие сил пучения снизу и нагрузок от надфундаментной части дома сверху (см. рис. 2). После образования трещины геометрия поперечного сечения плиты изменилась так, что ее деформации намного превысили допустимые для кирпичной кладки стен величины.
Было установлено также, что марка уложенного бетона не соответствует проектной. Требовалось уложить бетон марки В12,5 (М 150), а был применен такой же бетон, как и для подбетонки — В10 (М 100), может даже и меньше.
Кроме того, обратная засыпка пазух котлована выполнена местным пучинистым грунтом. Ничего не было сделано для предотвращения попадания осенних осадков в котлован.
Для защиты дома от дальнейшего разрушения были предприняты следующие срочные меры:
- для прекращения выхолаживания цокольного этажа все проемы были перекрыты целлофановой пленкой;
- начали обогрев всех помещений для поддержания в них положительной температуры до окончания морозов;
- для наблюдения за состоянием трещин в процессе оттаивания основания на них установили алебастровые маяки.
Проект усиления и восстановления конструкций здания был разработан после оттаивания грунтов и стабилизации деформаций,
В летний сезон 2005 г. необходимо было откопать вокруг дома пазуху котлована шириной 0,6 м и засыпать ее непучинистым грунтом, выполнить вертикальную планировку, устроить отмостку и в дальнейшем зимой не допускать промораживания основания под плитой и со стороны стен цокольного этажа.
Пример 2. Характерным примером повреждений, возникших вследствие неквалифицированного проектирования фундаментов из буровых опор, представляет дом, застройщик которого уже в течение нескольких лет не мог закончить строительство из-за многочисленных трещин в цоколе и стенах. Трещины появились уже после первого зимнего сезона в 2003 г
Стены одноэтажного с мансардой, бесподвального дома выполнены из пенобетонных блоков с облицовкой в полкирпича..jpg)
Столбчатый фундамент выполнен из 32х железобетонных буровых опор 00,2 м и длиной 1,5 м, заглубленных в грунт на 1,6 м (рис. 3). Шаг опор в разных частях дома переменный — от 1,4 до 1,8 м. По верху опор проектом предусмотрен ростверк высотой 0,6 м и шириной 0,4 м. Ростверк заглублен в грунт на 0,1 м и одновременно может служить цоколем. Однако верхняя часть ростверка находится над поверхностью грунта только на 0,3 м, что явно недостаточно для климатических условий Московской области. Ростверк устроен на песчаной подушке толщиной 0,1 м.
Фундаменты изготовлены во второй половине апреля 2002г Инженерно-геологические изыскания на площадке строительства не проводились. Принятые конструктивные решения по фундаментам ничем не обоснованы.
На период обследования (20 апреля 2005 г) дом находился в незавершенной стадии строительства. Изготовлены фундаменты, коробка дома, крыша, установлены окна и входная дверь. Вокруг фундамента засыпка пазух траншей выполнена местным пучинистым грунтом, планировка и отмостка отсутствуют.
При обследовании уровень грунтовых вод (верховодка) находился всего на 15 см ниже поверхности грунта. Внутри дома вода стояла слоем 5 см.
На ростверке-цоколе с внешней стороны во многих местах наблюдались трещины, которые продолжались в кирпичной кладке. Раскрытие трещин в верхней части стен доходило до З мм и более. Внутри дома, в кладке пенобетонных блоков, также образовались трещины, в основном в местах оконных и дверных проемов (фото 3).
Для определения причин образования трещин (осадки или деформации пучения) были рассчитаны нагрузки от надфундаментной части дома на опоры. Расчеты показали, что в разных частях дома нагрузки на опоры существенно различаются от 1,35 до 6,4 тс.
Вариантный расчет максимально и минимально допустимых нагрузок на опоры при высоком уровне грунтовых вод показал, что в лучшем случае допустимая нагрузка на одну опору не превышает 1,7 тс. Оказалось, что только 3 опоры из 32х были способны воспринять проектную нагрузку.
Расчетом же был проверен вариант, когда в результате осадки буровых опор монолитный железобетонный ростверк-цоколь может быть включен в работу как ленточный фундамент. При наиболее благоприятных грунтовых условиях ростверк вместе с опорами способен нести проектные нагрузки, но при неблагоприятных условиях 20% опор останутся перегруженными.
Расчетная величина касательных сил пучения, которая может действовать по боковой поверхности опоры (в предположении, что по степени морозоопасности грунты относятся к среднепучинистым грунтам, тн = 9 тс/м2 не самый худший случай), составляет 8,1 тс и превышает максимальные нагрузки от дома. Таким образом, все опоры фундамента обследуемого дома не устойчивы против сил морозного пучения.
Если же учесть, что нормальные силы морозного пучения действуют еще на подошву ростверка, то неустойчивость опор существенно возрастает. Из-за разных нагрузок на опоры их перемещения под действием сил пучения будут неравномерными.
Как показали расчеты, жесткость поперечного сечения ростверка-цоколя оказалась недостаточной для нивелирования неравномерных деформаций пучения, а его армирование недостаточно для воспринятия растягивающих напряжений в бетоне, возникающих при пучении.
Для исключения вредного влияния сил пучения на целостность строительных конструкций были предложены, как представляется, .jpg)
наиболее простые и экономичные конструктивные и мелиоративные мероприятия:
- необходимо в процессе достройки в последующий зимний сезон обеспечить внутри дома тепловой режим, чтобы в уровне грунта температура воздуха не опускалась ниже 0°С. Этот режим в зимний период следует поддерживать и в течение всего срока дальнейшей эксплуатации дома;
- до зимы нужно откопать вокруг дома траншеи на глубину заложения ростверка шириной 0,4 м и засыпать их непучинистым грунтом (крупным или средней крупности песком);
- заложить вокруг дома в уровне поверхности грунта утеплитель марки «Пеноплэкс» толщиной 50 мм и шириной 1,2 м;
для отвода ливневых и паводковых вод от дома на периферию участка следует устроить по утеплителю планировку и каждую высотой не менее чем по 100 мм; отмостку — с уклоном 5%, а планировку за пределами отмостки — с уклоном 2...3%; - для тех же целей по границе участка или призмы планировки необходимо устроить ливнестоковые лотки с уклоном в сторону естественного понижения участка,
Заключение
Из приведенных примеров следуют некоторые важные выводы.
- Повреждения конструкций дома чаще всего происходят в тех случаях, когда фундаменты применяются без учета инженерно-геологических условий строительных площадок.
- Расчет фундаментов и оснований малоэтажных домов в пучинистых грунтах — одна из сложных и специфичных задач в строительстве. Багажа знаний промышленного и многоэтажного жилищного строительства здесь недостаточно. Применение же «похожих» фундаментов приводит, как правило, к повреждению конструкций дома,
- Независимо от теплового режима дома промораживание пучинистого основания под фундаментами и со стороны стен цокольного этажа в процессе строительства и в процессе эксплуатации допускать нельзя. Если утепление не предусмотрено проектом, в процессе строительства в зимний период конструкции должны быть утеплены временно или в цокольных помещениях обогревом должна быть обеспечена температура воздуха не ниже 0°С.
- Для надежного возведения коттеджей на пучинистых грунтах большое значение имеет правильный выбор конструкции стен цокольного этажа. Устройство стен из фундаментных блоков оправдано в практически непучинистых грунтах, а также в слабо и среднепучинистых, если расчетами на устойчивость стен установлено, что нагрузки от дома превышают касательные силы пучения, действующие по боковой поверхности заглубленных конструкций, или если требуемое условие обеспечено конструктивными мероприятиями. Это может быть засыпка пазух котлована непучинистым грунтом, обеспечение зимой положительной температуры воздуха в цокольном этаже, закладка утеплителя под отмосткой и др.
- При строительстве коттеджей на средне и сильнопучинистых грунтах более надежными являются стены цокольного этажа (наружные и внутренние), выполненные из монолитного железобетона в виде единой рамной конструкции, не связанной армированием с фундаментной плитой. При этом расчет стен на устойчивость обязателен.
- Применение столбчатых фундаментов из цилиндрических буровых опор с ростверком на грунте (в условиях средне и сильнопучинистых грунтов) под коттеджами с кирпичными или блочными стенами не рекомендуется из-за возникновения больших деформаций пучения, которые могут превысить допустимую величину.
