В публикациях последнего времени и на сайтах интернета по вопросам строительства малоэтажных домов наряду с важной и полезной информацией встречается много неточностей, особенно по устройству фундаментов загородных домов.
Небольшие нагрузки и размеры фундаментов, а также специфика индивидуального строительства легких домов, очевидно, создают у некоторых авторов ошибочное представление, что надежность фундаментов можно обеспечить и без соблюдения требований строительных норм и квалифицированных расчетов, руководствуясь лишь примером соседних застройщиков и сомнительными рекомендациями.
Порой в публикациях авторы представляют физические процессы, происходящие в промерзающих грунтах, в искаженном виде, а сведения из нормативных документов трактуют вольно или в неточной форме.
Кроме того, неверные заключения нередко повторяются в более поздних публикациях, что еще сильнее запутывает ситуацию с устройством фундаментов легких зданий. Такая информация вводит в заблуждение не только людей, которые собираются строить свой дом и черпают первоначальные сведения из подобных публикаций, но и специалистов, впервые сталкивающихся с особенностями устройства фундаментов малоэтажных домов.
Все это может привести к серьезным ошибкам при возведении фундаментов с отрицательными последствия. Остановимся на наиболее важных ошибках и неточностях.
Промерзание грунтов. Начнем, казалось бы, со странного утверждения в одной из книг по строительству сельских домов о том, что « ...Песчаные грунты... незначительно промерзают». В дальнейшем, в нескольких публикациях это утверждение повторяется в более развернутом виде:«Крупно и среднепесчаные грунты ... незначительно промерзают, то есть относятся к непучинистым».
.jpg)
Конечно, глинистый грунт при промерзании пучится, а крупный и средней крупности песок не пучится. Но делать вывод, что такой песок не промерзает — просто заблуждение.
Для того, чтобы выяснить, как промерзают грунты на самом деле, обратимся к СНиП 2.02.0183*, «Основания зданий и сооружений», п. 2,27. Нормативную глубину промерзания dfn допускается определять по формуле:
dfn = d0VMt,
где: Mt — безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур за зиму в данном районе, принимаемых, например, по СНиП строительной климатологии и геофизики (СниП 2301);
d0 — коэффициент, принимаемый равным (в метрах) для: суглинков и глин — 0,23; супесей, песков мелких и пылеватых — 0,28; песков гравелистых, крупных и средней крупности — 0,30; крупнообломочных грунтов — 0,34.
Анализ величины d0 показывает, что глубина промерзания мелких и пылеватых песков больше, чем суглинков и глин, на 22%, а крупных и средней крупности песков — на 30%.
Результаты расчетов по приведенной формуле нормативной глубины промерзания для грунтов по Московской области представлены в табл. 1.
Расчетное сопротивление грунтов основания. Чтобы осадки домов не превышали допустимых величин, нагрузки от них не должны быть больше расчетного сопротивления грунтов оснований. В приложении 3 указанного СниПа для предварительного назначения размеров фундаментов строений II уровня ответственности и окончательного назначения размеров строений III уровня ответственности приведены значения расчетного сопротивления R0 различных грунтов, в том числе песчаных и глинистых (табл. 2,3).
.jpg)
Эти же данные с той или иной степенью точности воспроизводятся в ряде публикаций. Но ни один из авторов не указал на то, что приведенные значения относятся к фундаментам, имеющим ширину — 1,0 м и глубину заложения — 2,0 м. Для фундаментов с другими размерами значения допустимой нагрузки на грунты будут существенно отличаться и в СНиП имеются формулы для соответствующего расчета. Ни один автор не указывает на это обстоятельство и не учитывает его в своих дальнейших выкладках при определении размеров применяемых фундаментов.
Чтобы показать, какую ошибку может допустить введенный в заблуждение читатель, приведем пример изменения значения расчетного сопротивления полутвердых суглинков с изменением размеров подошвы и заглубления фундамента.
Значение R0 для суглинков полутвердой консистенции в СНиП и в публикациях указано равным 3 кгс/см2. Пользуясь указаниями СНиП, определим величину сопротивления R в суглинках для заглублений фундаментов от 0,5 до 2,5 м при ширине подошвы от 0,4 до 1,5 м. Результаты представлены в табл. 2.
Как видим, разброс величины R, определяемый отношением ее наибольшего значения 3,2 к наименьшему 1,8, составляет существенную величину — 1,8 раза. Если такую погрешность не учесть, то вряд ли удастся получить надежный фундамент. При устройстве мелкозаглубленных фундаментов расхождение результатов может оказаться еще больше.
В публикациях встречаются и очень небольшие значения расчетного сопротивления R0 для различных грунтов. Неизвестно, какими источниками пользовались авторы, но показатели эти явно занижены по сравнению с аналогичными данными СНиП.
Например, приводится значение расчетного сопротивления «плотной глины» — 1,0...1,1 кгс/см2. В строительных нормах понятия «плотной глины» нет, но можно попытаться найти ее аналог в табл. 3 приложения 3 СНиП. При наименьшем значении коэффициента пористости — 0,5 («плотная глина») и показателе текучести, равном единице, грунт имеет минимальное расчетное сопротивление R0 = 4,0 кгс/см2 (при ширине подошвы фундамента — 1,0 м и глубине заложения — 2,0 м). Наименьшее значение R получается, если фундамент не заглублен и имеет минимальную ширину. Примем в нашем примере ширину фундамента — 0,4 м. В этом случае расчетом по формуле СНиП получаем R = 1,96 = 2,0 кгс/см2.
Из расчетов следует, что требуемая ширина фундаментов может быть в 2 раза меньше, чем рекомендует автор. Следуя его советам, получим завышенные расходы на устройство фундаментов. Пользоваться такими советами накладно.
Заглубление фундаментов. _Проверка на устойчивость. Глубина заложения фундаментов зависит от характеристики грунтов и глубины залегания подземных вод. Из табл.2 СНиПа следует, что в средне и сильнопучинистых грунтах фундаменты следует заглублять ниже расчетной глубины промерзания, а в слабопучинистых грунтах величина заглубления должна быть не менее половины глубины промерзания.
Эти правила СНиП вырабатывались, когда объемы малоэтажного загородного строительства были ничтожны. Поэтому указания СНиП ориентированы на промышленные и гражданские сооружения, а также жилые многоэтажные дома. Если заглянуть в таблицу приложения 4, где приводятся объекты строительства, то можно убедиться, что легких загородных домов там нет.
Не учитывая это важное обстоятельство, большинство авторов публикаций предлагают заглублять фундаменты легких домов ниже глубины промерзания точно так же, как СНиП это рекомендует для тяжелых объектов. При этом ни один из них не указывает читателям (проектировщикам, строителям, застройщикам), что по требованию СНиП фундаменты необходимо проверять на устойчивость.
Само заглубление фундаментов в пучинистые грунты ниже глубины промерзания еще не гарантирует их устойчивость и следовательно — надежность.
В «тяжелых» домах нагрузки на основание превышают касательные силы пучения, действующие по боковой поверхности заглубленных фундаментов, чем обеспечивается их устойчивость. В загородном строительстве 90...95% малоэтажных домов относятся к «легким» и это условие при заглубленных фундаментах у них не выполняется или выполняется при больших материальных затратах, которые никак не окупаются. Куда правильнее применить мелкозаглубленные фундаменты, для которых разработана методика расчета и конструкции, предназначенные для пучинистых грунтов. Такие фундаменты в 1,52,0 раза экономичнее заглубленных и при грамотном проектировании абсолютно надежны. Чем больше глубина промерзания, тем больше эффективность их применения.
Нормативную базу для применения мелкозаглубленных фундаментов можно найти и в СНиП 2.02.0183*. В п. 2.29 указывается, что «глубину заложения наружных фундаментов допускается назначать независимо от расчетной глубины промерзания, если: ...расчетами установлено, что деформации грунтов основания при их промерзании и оттаивании не нарушают эксплуатационную пригодность сооружения».
Некоторые авторы считают, что под легкими малоэтажными домами в пучинистых грунтах можно применять заглубленные, а можно — мелкозаглубленные фундаменты. Действительно, применением дорогих (но не всегда надежных мероприятий) можно в конце концов обеспечить устойчивость и заглубленных фундаментов. Но при одинаковой надежности преимущество по стоимости всегда будет за мелкозаглубленными фундаментами, при их устройстве нет необходимости следовать указаниям табл. 2 СНиПа.
В публикациях встречаются и совершенно абсурдные рекомендации. Например, один автор дает ссылку на необходимость устройства заглубленных фундаментов, а приводит иллюстрации и описание мелкозаглубленных. Иногда, чтобы совместить несовместимое, вводятся новые понятия, ранее неизвестные в фундаментостроении: «фундаменты в мелкопромерзающих грунтах» и «фундаменты в глубокопромерзающих грунтах», но во всех случаях имеется в виду заглубление ниже глубины промерзания. Демонстрируемые этим автором фундаменты в «мелкопромерзающих грунтах» имеют высоту 0,81,0 м, что должно соответствовать глубине промерзания грунтов не более 0,70,8 м. Если взглянуть на карту с данными о нормативной глубине промерзания, то это окажется незначительная территория России в районе Ставропольского и Краснодарского краев. Вот такая чепуха получается.
Использование различных грунтов в качестве основания. Можно ли понять авторов, если в одной статье рекомендуется устраивать фундаменты малоэтажных домов на супесях, суглинках и глинах текучей консистенции и, конечно, ниже глубины промерзания, а в другой — утверждается, что на мягкопластичных глинах строить нельзя?
Поясняем: «Не рекомендуется использование в качестве основания илов, торфов, рыхлых песчаных и текучепластичных глинистых грунтов» («Справочник проектировщика. Основания, фундаменты и подземные сооружения», п. 3.6), а на текучих грунтах устройство фундаментов просто запрещается. На мягкопластичных же грунтах строить можно.
Устройство фундаментов при высоком уровне грунтовых вод. В ряде публикаций встречаются сомнительные рекомендации, одну из которых приведем дословно: «В том случае, если уровень грунтовых вод выше расчетной глубины промерзания грунтов, бетонный фундамент необходимо опустить ниже этой глубины». Правда, можно заняться устройством водопонижения и водоотлива. Но даже в строительных Нормах, ориентированных в первую очередь на большие промышленные объекты и многоэтажные дома при заглубленных фундаментах, таких рекомендаций нет и предлагается «закладывать фундаменты выше уровня подземных вод для исключения необходимости применения водопонижения при производстве работ». Это — дорогое мероприятие, при котором успех не всегда гарантирован. Проще повысить уровень строительной площадки путем отсыпки грунта, применить мелкозаглубленные фундаменты или то и другое вместе.
Впрочем, один из авторов таких рекомендаций в той же публикации приходит к правильному выводу: «Копать глубоко не советую, ограничьтесь глубиной 0,60,7 м». К этому совету следует прислушаться.
.jpg)
В одном из обзоров приводятся две схемы взаимодействия фундамента с пучинистым грунтом (рис. 1а,б) и указывается, что в первом случае фундамент заглублен неверно, так как на его подошву действуют нормальные силы пучения, а во втором — фундамент устроен правильно — нормальные силы пучения отсутствуют.
Это совсем не так. Действительно, устройство фундамента по рис. 1а выполнено неправильно. Но стоит пучинистый грунт под подошвой фундамента заменить на непучинистый (рис. 1в) и нормальные силы пучения уже не будут действовать на подошву фундамента, как и в случае, показанном на рис. 16. Но если касательные силы пучения по боковой поверхности фундамента больше нагрузки от дома, то все фундаменты, показанные на рис.1 устроены неверно. Для «легких» домов необходимо принять меры по снижению касательных сил пучения.
Самый экономичный способ — это выглубление (рис. 26,б"), которым достигается уменьшение величины касательных сил. В этом случае вертикальное перемещение фундамента на первом этапе промерзания основания до глубины заложения отсутствует (рис. 2а), а с увеличением глубины промерзания перемещения под действием нормальных сил пучения происходит без образования остаточных деформаций.
Но отрывать траншеи или котлованы на всю глубину промерзания грунта дорого и необязательно. Фундамент устраивают по принципу мелкозаглубленного (рис. 2в). Достаточно выбрать пучинистый грунт настолько, чтобы морозное пучение оставшегося грунта не превысило величины, допустимой для надфундаментной части дома.
.jpg)
Ответ автору, который утверждает: «Если фундамент (лента или столбы) был заложен выше глубины промерзания, то мокрый грунт под опорой, замерзая, расширяется и выталкивает конструкцию» — может быть один. Действительно такое явление может иметь место, если дом — легкий, а фундамент спроектирован и устроен неправильно. Мелкозаглубленный фундамент, если он спроектирован квалифицированно, не может «выталкиваться», но может «дышать» в допустимых пределах вместе с грунтом.
Одна строительная фирма решила перейти к устройству прогрессивных мелкозаглубленных фундаментов. Под все проекты, имеющиеся в ее распоряжении, независимо от материала стен домов, различных нагрузок и грунтовых условий был «запроектирован» один типоразмер фундамента. Его отличие от ранее применявшегося заглубленного фундамента заключается только в том, что подошва закладывается выше глубины промерзания. А.И. Солженицин в этом случае сказал бы, что вместо заглубленной «тухты» получили мелкозаглубленную «тухту».
Фундаменты, заложенные выше глубины промерзания, могут считаться мелкозаглубленными, если при проектировании и устройстве конструктивными мерами обеспечена их устойчивость и деформации при пучении грунта не превышают допустимые для надфундаментной части дома. В противном случае фундаменты относятся к неверно (безграмотно) устроенным и никакого отношения к мелкозаглубленным не имеют. К сожалению, такие фундаменты встречаются часто.
Конструкции фундаментов. Один из авторов в своей статье пишет: «Сильное и чрезмерное пучение грунта ограничивает выбор материала стен деревом. Да и то брус возможен лишь при использовании забивных блоков с монолитной платформой, а без нее — лишь обшиваемый деревянный каркас». Никаких радужных перспектив для постройки кирпичного дома автор застройщику не оставляет. Ну хоть совсем не строй кирпичные дома.
Но огорчаться рано. С поставленными задачами в сильно и чрезмернопучинистых грунтах успешно справляются фундаменты на естественном основании — монолитные ленточные железобетонные и «монолитные платформы» — плитные фундаменты. Плитные фундаменты — самые дорогие, но и самые надежные. На них можно строить дома из любых материалов.
В индивидуальном загородном строительстве забивные блоки последнее десятилетие практически не применяют из-за отсутствия в строительных фирмах соответствующих механизмов. Это, во-первых. А во-вторых, в использовании таких фундаментов нет необходимости. Под легкими домами фундаментные блоки могут выдавливаться под действием сил пучения с образованием остаточных деформаций.
Плитные фундаменты в бесподвальных домах зимой перемещаются (плавают) вместе с пучинистым грунтом, а весной приходят в исходное положение без образования остаточных деформаций, так как они не заглублены. Величину перемещений этих фундаментов ограничивают замещением под ними части пучинистого грунта на непучинистый. В климатических условиях Московской области часто бывает достаточно отсыпать под плитой песчаную подушку толщиной 0,2—0,4 м как раз на глубину залегания плодородного слоя грунта, который при устройстве фундаментов и так удаляют.
Встречаются и такие рекомендации: «...Выбор материала для мелкозаглубленного ленточного фундамента тоже зависит от пучения грунта. При чрезмерном пучении пригоден лишь монолитный железобетон. При сильном — монолитный железобетон или железобетонные блоки, жестко соединенные между собой. При среднем — монолитный бетон или бетонные блоки, уложенные в перевязке на растворе. И наконец, при слабом — монолитный бетон или бетонные (керамзитобетонные) блоки, уложенные свободно, без соединения друг с другом, а также бутобетон, цементогрунт или бут».
При разработке конструкций мелкозаглубленных фундаментов исследователи пришли к выводу, что требования к фундаментам в сильно и среднепучинистых грунтах должны быть практически одинаковыми (особенно для кирпичных домов) — надо применять монолитный или сборномонолитный железобетон. В среднепучинистых грунтах — неармированный бетон. И фундаментные блоки на растворе применять не следует. Многолетние наблюдения показывают, что даже на слабопучинистых грунтах в неармированном бетоне под легкими домами с годами могут появляться трещины, а при сборных фундаментах трещины образуются по заполненным цементным раствором швам между блоками.
Возможно применение сборных фундаментов в слабопучинистых грунтах под деревянными домами, но ни в коем случае не из керамзитобетонных блоков. Строительные Нормы запрещают устройство фундаментов из пористых материалов.
Неармированные бутобетонные, цементогрунтовые фундаменты недостаточно прочны для слабопучинистых грунтов и под легкими домами могут оказаться ненадежными, поэтому их применение возможно только в практически непучинистых грунтах.
Примеры необоснованных и ошибочных рекомендаций можно было бы продолжить. Их столько, что для описания не хватит и журнала.
Заключение
Кадры решают все. Надежные фундаменты могут проектировать только квалифицированные кадры. Когда говорят, что при больших объемах строительства малоэтажных домов качество устройства фундаментов страдает из-за наплыва непрофессиональных строителей, было бы заблуждением думать, что в области информации по фундаментостроению дела обстоят иначе. Практика показывает, что знания правил устройства фундаментов крупных промышленных сооружений и жилых многоэтажных домов совершенно недостаточно для квалифицированного проектирования и устройства надежных фундаментов малоэтажных домов.
Остается надеяться, что приведенные в этой статье дополнения и пояснения позволят избежать грубых просчетов при проектировании и устройстве фундаментов легких загородных домов.
