Все необходимое для строительства вашего загородного дома   Дача Срубы Бани Забор Лестницы Беседка Отопление дачи Кровля Водосток Мансардные окна Сайдинг Гидроизоляция Утеплитель Фундаменты Геология грунтов Ленточные фундаменты мелкого заложения Мелкозаглубленные фундаменты на пучинистых грунтах Конструктивные особенности фундаментов Проблемы, связанные с проектированием и возведением легких зданий Столбчатые фундаменты Фундаменты для малонагруженных сооружений Цоколь Отмостка Кирпичная облицовка

Проблемы легких зданий

Прежде чем переходить к выбору конструкции и строительству фундаментов, нужно разобраться, что происходит с малонагруженным фундаментом в пучинистых грунтах. Фундамент является инородным телом для окружающих его грунтов. Между поверхностью фундамента и промерзающим грунтом всегда существуют контактные связи. Поэтому, под воздействием отдельных составляющих сил морозного пучения (рис. 7) или при различном их сочетании подземные конструкции сооружений, в зависимости от типа фундамента, могут получать деформации: неравномерно перемещаться вверх, отклоняться от вертикали и т.п. Пучащийся грунт при промерзании стремится вывести фундамент из состояния неподвижности, а фундамент при этом оказывает сопротивление перемещению мерзлого грунта. В этот момент возникает сложное напряженное состояние и, соответственно, деформации.
Морозное пучение грунта — это результат объемного расширения воды, находящейся в нем до промерзания.

Глубина промерзания грунта у стен здания может существенно меняться в зависимости от ориентации здания по сторонам света. Чем континентальнее климат района строительства, тем это различие существеннее. Указанное явление может приводить к неодинаковому перемещению наружных и внутренних стен при промерзании — оттаивании и возникновению трещин и перекосов, особенно в местах примыкания наружных и внутренних, продольных и поперечных стен.
Увеличение объема грунта может значительно повышаться за счет воды, мигрирующей в зону промерзания из нижележащих немерзлых горизонтов, прежде всего при небольшой глубине залегания подземных вод. Во все время промерзания грунтов, особенно при температуре от 0 до - 5°, может происходить перераспределение воды, содержащейся в грунте.
Обычно в песках мелких и пылеватых, в пылевато-глинистых грунтах наблюдается подтягивание ее снизу вверх к фронту охлаждения и промерзания. Необходимо помнить, что чем ближе уровень подземных вод к границе промерзания, тем большей степенью пучинистости обладают эти грунты при прочих равных условиях.

И наоборот, в крупноскелетных промерзающих грунтах (крупнообломочные грунты с песчаным заполнением, пески крупные и средние) миграция практически отсутствует при любом положении уровня подземных вод, что объясняется наличием фильтрационных свойств. При промерзании таких грунтов происходит отжатие ("поршневой эффект") воды из промерзающего слоя силами, развивающимися вследствие увеличения объема воды при замерзании, и незамерзшая еще вода перемещается от фронта промерзания (отжимается).

На величину морозного пучения грунтов большое влияние оказывает плотность их сложения. Так, если грунты очень плотные , то при их промерзании наблюдается незначительное пучение, хотя все поры заполнены водой, поскольку такие грунты имеют малое количество воды и в них затруднена возможность ее передвижения при промерзании. В очень рыхлых грунтах много пор и пустот, которые обычно свободны от воды, за счет этих пустот могут гаситься деформации пучения. Грунты средней плотности с полным заполнением всех пор водой при промерзании сильно увеличиваются в объеме. Таким образом, решающим фактором пу-чинистости грунта является его влажность перед промерзанием. На незастроенной территории действует прямой водообмен: подземные воды — зона аэрации — атмосфера. Застройка территории приводит к накоплению влаги в зоне аэрации и в зоне подземных вод, и влажность грунтов в основании фундаментов повышается. Более интенсивно она увеличивается в первые 20 лет, увеличение влажности составляет от 5 до 40 %, причем оно практически не зависит от давления, передаваемого фундаментами на грунты основания.
К типичным пучинистым грунтам относятся озерно-ледниковые отложения (ленточные глинистые грунты-супеси, суглинки, глины), мелкие и пылеватые пески, послеледниковые морские отложения (иольдиевые глины), супесчаные и суглинистые разновидности водонасыщенных грунтов со слабыми структурными связями моренных отложений и др. При влажности больше критической эти грунты, замерзая в зимний период, значительно увеличиваются в объеме (пучатся) до 20 см и более. Интенсивность пучения грунтов возрастает в следующей очередности: твердые глины, супеси, суглинки, пылеватые грунты, вязкие глины.
Итак, при взаимодействии грунта, подверженного морозному пучению, с заглубленными фундаментами возникают значительные касательные и нормальные силы морозного пучения, способные неравномерно выталкивать фундаменты вместе с легким зданием вверх или оторвать верхнюю часть фундамента от нижней, если эти силы больше передаваемых на фундаменты вертикальных нагрузок (легкие здания). Причем неравномерность деформации со временем становится больше, а деформации зданий знакопеременными, так как при промерзании грунтов происходит подъем (выпучивание) отдельных частей сооружения (особенно с различными температурными режимами в помещениях — отапливаемые и неотапливаемые), а при оттаивании — опускание (осадка-просадка). Кроме того, возникают большие неравномерные перемещения за счет накапливания остаточных деформаций, так как ежегодно при оттаивании грунта малонагруженный фундамент не дает осадку, равную величине выпучивания.
В соответствии с требованиями норм проектирования оснований и фундаментов (СНиП 2.02.01-83*) действующие на фундамент касательные и нормальные силы морозного пучения должны уравновешиваться пе­редаваемой на фундамент нагрузкой, - весом здания.
Для исключения действия нормальных сил морозного пучения, нормы проектирования требуют произво­дить заложения фундаментов в пучинистых грунтах ниже расчетной глубины сезонного промерзания грунта. Эта мера хорошо работает для тяжелых зданий, но для малонагруженных (легких) зданий она не обеспечивает устойчивость, так как неравномерные деформации могут происходить за счет воздействия касательных сил морозного пучения. Возникновение и распределение по боковой поверхности фундаментов касательных сил морозного пучения явление сложное. Прочность смерзания, следовательно, и касательные силы пучения грунта с различными материалами фундамента зависят от многих характеристик: коэффициента сцепления, по­ристости, влажности грунта, материала фундамента и угла наклона его стен, и многих других факторов.
Нормативные удельные касательные силы пучения (СНиП II-18-76) принимаются равными: для слабопучинистых грунтов 0,7 кг/см2, для среднепучинистых грунтов 0,9 кг/см2 , для сильно- и чрезмерно пучинистых грунтов 1,1 кг/см2. Следовательно, заложение фундаментов для малонагруженных сооружений и зданий ниже глубины промерзания (без принятия специальных мер) в пучинистых грунтах не является эффективным, а в ряде случаев даже недопустимо. Поэтому при проектировании заглубленных фундаментов в пучинистых грунтах всегда возникает проблема, как исключить или уменьшить величину действующих на фундамент сил, особенно для малонагруженных зданий и сооружений, и необходимо ли закладывать фундаменты на большую глубину? Так как при глубине заложения фундамента ниже расчетной глубины промерзания грунта мы избавляемся от нормальных сил морозного пучения и приобретаем значительное увеличение суммарных касательных сил. Что при незначительном весе сооружения приводит к деформации здания. Другими словами, вкладывая деньги в глубокий фундамент и ожидая его надежной работы, получаем прямо противоположный эффект. Так какой же фундамент делать в пучинистых грунтах под незначительное по массе сооружение?