СТРОИТЕЛЬСТВО ФУНДАМЕНТОВ ЗИМОЙ

↑Внимание деталям

     Архитектор Растрелли в 1753 г. пояснял императрице Елизавете Петровне, что работы по возведению Зимнего дворца следует вести каждый год только со второй половины апреля до половины октября. Таким образом, строительный сезон в Петербургском регионе он определил в 180 дней. С тех пор немало воды утекло, наука и практика шагнули далеко вперед и кажется, что проблемы зимнего строительства уже не существует. В городах промышленное строительство ведется круглый год. При возведении же индивидуального дома ситуация несколько иная.

     В прошлом на Руси зимой, как правило, дома не строили, а вели только такие подготовительные работы, как завоз толстых бревен, камня и т.п. В теплое время года доставлять все это по раскисшим дорогам на телегах было очень сложно или вообще невозможно. Мороз«строитель" позволял подвозить материалы по зимникам*.
     С тех пор существенно изменились технологии строительных работ, появились новые материалы и средства их доставки к месту возведения зданий. Однако период выполнения строительных работ остался в силе из-за неблагоприятных климатических условий на большей части России.
     Вообще то деревянные дома можно возводить и зимой. Срубы получаются более качественными из бревен, заготовленных в морозы, поскольку такая древесина содержат минимальное количество влаги.
     Наибольшие же трудности при возведении зданий в зимний период возникают при устройстве фундаментов и особенно при разработке грунтов, бетонировании и выдержке бетона. Все это удорожает работу и может снизить качество фундаментов.
     Но некоторые трудности можно преодолеть, применяя современные технологии. Например, строительная фирма «Комплекс-Строй-Сервис» изготавливает фундаменты и в зимний период, применяя электропрогрев бетона.
     О возможности ведения фундаментных работ зимой в журнале «Кто построит дом?» (№ 12, 2003 г.) написано так: «Современные технологии позволяют возводить фундамент не только в теплое время года, но и в мороз без ущерба для физических и механических свойств строительных конструкций... Если же все-таки гдето возникнут неприятности (такие, как перекосы строительной конструкции), то их можно будет сразу же устранить не возвращаясь к переделке в будущем...». (Курсив мой — Л .Г.)
     Следует признать, что надежность такого строительства невысока. В подобном случае наверное стоит перенести изготовление фундаментов на следующий сезон, так как при ведении работ зимой всегда есть риск, что устранение выявленных по весне огрехов потребует еще больших затрат. В то же время в условиях инфляции, когда стоимость и работ, и материалов со временем возрастает, фундамент на следующий сезон тоже станет дороже. Для многих застройщиков этот фактор иногда имеет определяющее значение.
     Чтобы установить, какой вариант предпочтительнее, проанализируем, что может произойти с фундаментами при их возведении в зимний период и при каких условиях строительство будет надежным. Для этого вначале рассмотрим некоторые свойства промерзающих грунтов.
 

     СВОЙСТВА И ПАРАМЕТРЫ ПУЧИНИСТЫХ ГРУНТОВ Практически вся территория Российской Федерации находится в зоне сезонного промерзания грунтов. Мелкие и пылеватые пески, супеси, суглинки и глины при промерзании проявляют пучинистые свойства. Поверхность этих грунтов зимой приподнимается, а весной, оттаивая, приходит в исходное положение. Крупные и средней крупности пески считаются практически непучинистыми.
     Грунты в зависимости от величины деформации поверхности условно подразделяют следующим образом: при деформации менее 1,4 см — практически непучинистые; от 1,5 до 5,0 см — слабопучинистые; в пределах 5,1... 10 см — среднепучинистые; от 10,0 до 17,0 см и более — сильнопучинистые. Эти данные приведены для глубин промерзания в Московской области. В других регионах деформации поверхности при одинаковой степени пучинистости будут несколько отличаться (рис. 1).
     Деформации пучения промерзшей толщи грунта с глубиной уме ьшаются, а на границе промерзания они равны нулю. В сильнопучинистых грунтах уменьшение деформации пучения происходит в прямой пропорции с глубиной [рис. 2а) а в слабопучинистых грунтах — в степенной зависимости (рис. 26).
     Например, если в сильнопучинистых грунтах при промерзании на 1,4 м деформация поверхности составляет 16 см, то на половине этой глубины (0,7 м) — 8 см. В слабопучинистых грунтах деформацию с удовлетворительной точностью можно описать квадратной функцией Следовательно, для этих грунтов, если деформация поверхности составит 5,0 см (при том же промерзании в 1,4 м), то в соответствии с графиком (рис. 26) на половине глубины (0,7 м) она будет 1,25 см.
При устройстве фундаментов зимой промерзание грунта начинается не только от поверхности грунта но и от дна отрытых траншей и котлованов. В этом случае деформации пучения и последующих осадок дна выработок могут достигать тех же значений, что и на поверхности строительной площадки. Это следует учитывать.
     Фактическая скорость промерзания грунта зависит от температуры воздуха. Для московского региона при продолжительности периода с отрицательными температурами в 147 суток можно принять средне-зимнюю скорость промерзания грунтов равной 1 см/сут. Зная продолжительность работ по устройству фундаментов от начала разработки грунта до обратной засыпки, можно ориентировочно рассчитать глубину промерзания грунта под подошвой фундамента. Деформации пучения, как правило, по площади дома происходят неравномерно.
     Перед началом устройства фундаментов возможны два варианта температурного состояния грунтов. Первый — талое — при положительных температурах или при отрицательных температурах, когда грунт до начала строительства благодаря утеплению сохранялся от промерзания. Второй — мерзлое, когда никаких мер по сохранению грунта от промерзания не принимали.
     При устройстве фундаментов зимой на непучинистых талых или промороженных грунтах никаких неприятностей ожидать не следует. Однако остаются технологические трудности, связанные с разработкой грунта, укладкой бетона и сохранением его от промерзания в период набора прочности.
     Предположим, мы делаем на пучинистых грунтах ленточные или столбчатые фундаменты из сборных блоков в период положительных температур воздуха. Если не принять специальные меры по предохранению основания этих фундаментов от промерзания, то неизбежно произойдут деформации пучения. Из-за неравномерности пучения кладка блоков нарушится. Весной, при осадках, нарушения будут еще более серьезные.
     Предохранить грунты основания от промерзания можно, если устроить вокруг фундаментов временное покрытие из опилок, шлака, керамзита и других утеплителей. Сами утеплители должны быть защищены от намокания. В этом случае зимнее строительство вряд ли окажется дешевле, чем в следующем благоприятном для этих работ сезоне.
     Устройство фундаментов из блоков в зимний период на промороженных грунтах приведет к тому, что весной произойдут неравномерные осадки и кладка фундаментов также будет нарушена.
     Если сборный фундамент устроен зимой в утепленном грунте, но в процессе строительства допущено их промерзание, то произойдут деформации пучения, а весной — осадки, поэтому результат будет такой же плачевный, как и в случае с промороженным грунтом. Вывод — сборные фундаменты делать зимой в пучинистых грунтах не рекомендуется.
     Устроенные в период положительных температур монолитные ленточные железобетонные фундаменты, заглубленные ниже уровня промерзания, естественно, подвергнутся зимой деформации пучения. Если они к этому времени окажутся ненагруженными, то касательные силы пучения переместят их вверх. Вследствие этого под подошвой фундаментов появится полость и возникнут условия для образования остаточных деформаций.
     Весной же, при оттаивании грунтов, произойдут обратные неполные осадочные деформации. В то же время есть большая вероятность, что армированные фундаменты останутся целыми, но неравномерность осадки может вызвать крен всего фундамента. Весной работу придется начинать с проверки и выравнивания верхнего обреза фундаментов. На фото показана величина перепада отметок верхнего обреза цоколя, который своевременно не был устранен строительной фирмой.
     Особенно большие деформации и крены наблюдаются в монолитных щелевых ленточных и столбчатых фундаментах, бетонируемых «в распор» грунта, когда траншеи или котлованы откапывают в ширину по размеру фундамента и бетон укладывают непосредственно в грунт.
     Если бетонную смесь только уложили, а грунт начинает промерзать и вспучиваться, го в не набравшем прочности бетоне могут возникнуть трещины. Избежать их можно, сохраняя грунт от промерзания во время и после изготовления фундаментов фактически до конца периода с отрицательными температурами. Сделать это в процессе производства работ достаточно сложно, так как требуется высокая культура производства. Впрочем, при устройстве щелевых фундаментов утепление осуществить проще. Но во всех случаях дополнительные затраты неизбежны.
     При устройстве заглубленных монолитных фундаментов зимой на промороженном основании возможно дальнейшее промерзание грунта ниже подошвы фундаментов в процессе производства работ и в период выдержки бетона. В бетоне, не набравшем необходимой прочности, и в этом случае могут образоваться трещины, а осадки (при достаточной прочности бетона и пространственной жесткости фундамента) вызовут крен постройки. Во всяком случае, весной надо будет проверять и выравнивать верхний обрез фундаментов.
     Как видим, устройство рассмотренных фундаментов зимой как на талых, так и на промороженных грунтах связано с риском получить брак и удорожание строительства. Поэтому устраивать заглубленные фундаменты зимой на промерзших пучинистых грунтах не рекомендуется.
     Мелкозаглубленные монолитные ленточные фундаменты, изготовленные на пучинистых грунтах в осеннее время, когда железобетонные конструкции успевают до начала морозов набрать необходимую прочность, сохраняются целыми, а при пучении не происходит образования остаточных деформаций, если принять меры по их консервации на зиму. Мелкозаглубленные фундаменты проектируют приспособленными к деформациям пучения. Поэтому на таких фундаментах возможно возведение деревянных домов зимой.
      Но и в мелкозаглубленных фундаментах, изготавливаемых зимой, если допускается промораживание грунта со дна траншей (котлованов), в слабом бетоне возможно образование трещин. При устройстве таких фундаментов на промороженном основании произойдут неравномерные осадки весной. В лучшем случае придется выравнивать верхний обрез ленты. Поэтому и такие фундаменты на промороженных грунтах устраивать не рекомендуется.
     При устройстве буровых опор с их уширением ниже глубины промерзания в талом и промороженном грунтах в весенний период никаких неприятностей не ожидается. Но при бетонировании зимой и последующем промерзании грунта по боковым поверхностям опор возникнут большие касательные силы пучения.   При слабом бетоне потребуется усиленное армирование ствола опор.
     При применении цилиндрических буровых опор в пучинистых грунтах имеют место все те же проблемы, что и при щелевых фундаментах.
     Напомним, что допустимые абсолютные деформации пучения для деревянных домов составляют 5,0 см, для домов с кирпичными и мелкоблочными стенами — 2,5 см.
     Таким образом, надежное устройство любых фундаментов в зимний период по грунтовым условиям возможно на промороженных и талых площадках, сложенных непучинистыми крупными и средней крупности песками.
     В пучинистых грунтах на промороженных площадках устройство фундаментов не рекомендуется. На пучинистых не промороженных грунтах зимой возможно надежное устройство мелкозаглубленных фундаментов при принятии мер по обеспечению их устойчивости. На таких фундаментах можно продолжать строительство деревянных домов зимой, кирпичных домов — только в теплое время года.
 

     Технология работ
     Выполнение фундаментных работ в зимних условиях имеет свою специфику. При рассмотрении предъявляемых требований выделим следующие пять технологических операций: разработка грунта; устройство выравнивающей или противопучинной подушки; бетонирование; уход за бетоном в процессе набора прочности; устройство обратной засыпки.
      Разработка грунта. При плановом устройстве фундаментов в зимний период следует заранее позаботиться о предохранении основания от промерзания. Для этого могут быть использованы различные утеплители, указанные выше.
     В случае допущенного промерзания грунтов перед разработкой их надо отогревать. Во всех случаях расходы на разработку грунта в зимний период увеличиваются.
     Устройство песчаной подушки. При изготовлении заглубленных фундаментов под их подошвой в глинистых грунтах, как правило, делают выравнивающую песчаную уплотненную подушку небольшой толщины (0,1...0,15 м). При устройстве мелкозаглубленных фундаментов толщину песчаной или песчаногравийной (щебеночной) подушки определяют расчетным путем и отсыпка может быть гораздо большей высоты (0,2...0,5 м).
     Песок, завезенный для устройства подушки, не должен быть смерзшимся и иметь включений льда и снега. Попав в подушку, они растают весной и образуют полости, что вызовет дополнительные осадки грунта. Песок и щебень завозят заранее и укрывают от дождей и снега. Перед их использованием до снятия укрытия площадку и бровки траншей и котлованов расчищают от снега так, чтобы он не попал с отсыпкой в выемки.
     На рис. 3 показана ориентировочная зависимость времени смерзания грунта от температуры воздуха. Увеличить продолжительность смерзания уплотняемого песка можно путем увлажнения его подсоленной водой. Увлажняют песок из лейки небольшим количеством горячей воды и только в местах непосредственного уплотнения. Уплотнять песок следует небольшими слоями (при ручной трамбовке — 5...7 см). Правильно поступят те, кто вначале опробуют технологию работ на небольшом участке. Толщину уплотняемых слоев, необходимость смачивания и потребное количество воды на единицу площади, количество ударов по одному месту в конкретных условиях лучше уточнить экспериментально. Готовую подушку укрывают от снегопадов.
     Бетонные работы. При устройстве опалубки и монтаже арматуры снег и лед не должны попасть на отсыпанное основание.
     Чтобы при укладке и выдержке бетон при отрицательных температурах не промерз, необходимо принять следующие меры: перевозить бетон в машинах, оборудованных подогревом; применять бетон с противоморозными добавками, снижающими температуру его замерзания; использовать электропрогрев уложенного бетона; укрывать бетон утеплителями.
     Интересный рецепт противоморозной добавки применил архитектор Монферран при устройстве фундамента Александрийской колонны на Дворцовой площади в Петербурге. Бетонные работы проводились при отрицательных температурах воздуха. Он смешал цемент с водкой и добавил десятую часть мыла. В настоящее время имеется множество эффективных противоморозных добавок, в том числе добавки СЗМ15, формиата натрия, нитрита натрия и др.
     Следует иметь в виду, что при низких положительных температурах скорость набирания прочности бетоном уменьшается в 2 и более раз по сравнению с летним периодом, а при отрицательных температурах — до 5 раз.
     Марка бетона по морозостойкости и водонепроницаемости не должна быть ниже F50 и W2 соответственно.
     Абсолютно недопустимо при зимнем бетонировании применение жидкого бетона с нарушенным водоцементным отношением. Необходимое количество воды вступает в реакцию с цементом. Лишняя же вода, остающаяся в бетоне, при замерзании может стать причиной разрушения фундамента или понижения его прочности.
     Для обеспечения качественной укладки жесткого бетона обычно добавляют пластификаторы, например, Суперпластификатор С3. Для электро прогрева бетона требуется специальное оборудование и квалифицированные рабочие, которых подавляющее большинство строительных фирм не имеют.
     Обратная засыпка. При обратной засыпке зимой к технологии работ предъявляются те же требования, что и при устройстве подушки, в том числе, снега и льда в ней не должно быть.
     Таким образом, изготовление фундаментов в зимний период существенно усложняется, а стоимость работ возрастает.
 

     Выводы

• Устройство фундаментов загородных домов на пучинистых грунтах рекомендуется выполнять в теплое время года. Только в этом случае могут быть обеспечены качество и экономичность строительства и надежность фундаментов.
• При изготовлении заглубленных фундаментов на пучинистых грунтах зимой возможны деформации, что приводит к нарушению целостности самих фундаментов. Надежность изготовления таких фундаментов низкая.
• Допустимо устройство под деревянные дома заглубленных фундаментов зимой на непучинистых грунтах, а также на слабопучинистых грунтах при соблюдении всех требований технологии ведения работ.
• Независимо от степени пучинистости грунтов допустимо возведение деревянных домов в зимний период на мелкозаглубленных фундаментах, изготовленных до сезона с отрицательными температурами.
• Изготовление фундаментов зимой существенно удорожает строительство.