Глубина заложения и воздействия на фундамент

Фундамент – основание здания, и чем оно прочнее, тем долговечнее строение.

Стоимость фундамента составляет около 15-20% от стоимости здания. Исправление неправильно выполненного фундамента трудно выполнимо и затраты на эти работы могут достичь 50% от стоимости здания, если самому зданию не нанесен значительный ущерб. Поэтому к выбору, проектирования и выполнению фундамента нужно подходить очень ответственно.

Перекошенные крыльцо, веранда, плохо открывающиеся двери и окна в деревянных домах, а также трещины в стенах кирпичных домов или щели в стыках в панельном домостроении… – все это результат неправильно выбранных или выполненных фундаментов.

Под воздействием на фундамент вертикальных нагрузок, равномерно сжимающих грунты основания, происходят перемещения зданий и сооружений, называемые осадкой. При действии на фундамент неравномерных сжимающих нагрузок наблюдаются наклоны, именуемые кренами. Воздействие больших горизонтальных нагрузок иногда приводит к смещениям, называемым сдвигом. (См. рис.8). Кроме этого возможно оседание фундаментов вследствие деформации земной поверхности, вызываемой разработкой полезных ископаемых (подрабатываемые территории), понижением уровня подземных вод, изменением гидрогеологических условий, оползнями.

Рис. 8 Деформации фундаментов

Для предотвращения возможности появления недопустимых осадок, кренов и сдвигов (исходя из условия обеспечения их нормальной эксплуатации в соответствии со СНиП) фундаменты закладывают на некоторой глубине (глубина заложения фундамента) от дневной поверхности, чтобы передать расчетные нагрузки на более прочные грунты. К сожалению, против оседания (провалов) фундаментов в карстовые воронки на сегодняшний день нет эффективных мероприятий. Увеличение ширины отмостки здания или сооружения до 2 и более метров не дает ощутимого эффекта.

Главная же причина неустойчивости, деформации и разрушения фундамента – действие сил морозного пучения (неравномерного поднятия, «вздутия») некоторых видов грунтов в период зимнего промерзания. Такое поведение грунтов тесно связано с глубиной подземных грунтовых вод.

Общеизвестно, что в природе, в общем, вода бывает в трех состояниях — парообразном, жидком, кристаллическом. Известно, что любой грунт содержит некоторое количество влаги. При этом вся вода, содержащаяся в грунте, делится на три категории:

• поверхностная вода: в том числе выпадающие осадки и верховодка;

• основной горизонт – их уровень колеблется в течение сезона в определенных природой пределах. Уровень подземных, грунтовых вод оказывает существенное влияние на поведение многих грунтов особенно глинистых (гидрофобных). Поэтому для таких грунтов определение УГВ обязательно;

• глубинные слои или водоносный пласт расположенные, как правило, не выше 25м являющиеся чистой питьевой водой. Уровень водоносного слоя постоянен.

Вода в зимний период замерзает, что приводит к увеличению объема и выталкиванию всего, что находится в ней, в летний период времени вода оттаивает и уменьшается в объеме. Именно такие сезонные колебания (процессы) и называются морозным пучением грунта.

Более хорошими условиями для будущего фундамента будут служить условия, при которых глубина промерзания меньше глубины грунтовых вод. И, наоборот, тяжелыми условиями считаются условия, когда глубина промерзания больше глубины грунтовых вод. В последнем случае по мере усиления морозов будет увеличиваться и глубина промерзания грунта. Когда глубина промерзания достигнет уровня подземных грунтовых вод, начнется их превращение в лед, а вместе с этим и вспучивание, «вздутие» грунта. Это неприятное явление омрачается еще и тем, что это вспучивание практически никогда не бывает равномерным, и, следовательно, в разных местах фундамента подъем грунта будет неравномерным. Следствие этого – перекос фундамента, перераспределение нагрузок в нем и во всем строении, возможность появления трещин, как в самом фундаменте, так и в стенах здания. Если бы процесс шел равномерно, то проблеме вспучивания грунта не следовало бы уделять столько внимания – зимой здание равномерно приподнялось, а весной равномерно опустилось. К сожалению, это не достижимо и по ряду других причин.

Следует иметь в виду – сила пучения настолько велика, что в состоянии приподнять практически любое строение. По данным некоторых исследований эта сила достигает 10-15 т/м². При площади фундамента всего в 10см² сила пучения составляет 100-150т. Укротить эти поистине фантастические силы невозможно, поэтому есть только один выход – грамотное исполнение фундамента. А это значит, что если уровень грунтовых вод высок и их захватывает глубина промерзания, то необходимо либо:

• учесть этот фактор при выборе надежного варианта фундамента, не считаясь с увеличением сметы на строительство;
• провести работы, если это возможно, для гарантированного понижения уровня грунтовых вод (осушение, прокладка дренажа и т.д.).

Верхние слои грунта, как правило, не соответствуют требованиям, предъявляемым к грунтам основания, так как они обладают большой сжимаемостью и малой несущей способностью. А также периодически изменяют объем и прочность под влиянием метеорологических факторов, в результате деятельности растительного и животного мира.

В связи с этим при выборе типа и глубины заложения фундамента необходимо решить вопрос о несущем слое грунта, который совместно с подстилающими слоями обеспечивал бы при деформации грунтов развитие неравномерности осадки в пределах допустимых значений. Решая этот вопрос, учитывают три основных фактора:

1. инженерно-геологические и гидрогеологические условия площадки строительства;

2. климатические воздействия на верхние слои грунта;

3. особенности возводимых и соседних сооружений.

Кроме этого глубина заложения фундамента зависит от объемно-планировочных особенностей здания — наличия подвала, цокольного этажа или технического подполья.

Согласно [19] определяется порядок назначения глубины заложения фундаментов отапливаемых зданий по условиям недопущения возникновения сил морозного пучения грунтов под подошвой фундаментов в зависимости от вида грунтов и соотношения уровней грунтовых вод и глубины промерзания.

В непучинистых грунтах (скальных, крупнообломочных, крупных и средних гравелистых песках) глубина заложения фундамента не зависит от глубины промерзания, для остальных грунтов глубина заложения должна быть, как правило, не менее расчетной глубины промерзания грунта. Для пучинистых грунтов (суглинистых, глинистых) это правило должно соблюдаться жестко. Для мелких и пылеватых песков, супесей при условии, что разница между УГВ и уровнем промерзания составляет более 2м и с учетом опираемых на фундамент конструкций, также можно не принимать во внимание расчетную глубину промерзания грунта.

Глубина заложения фундаментов для отапливаемых зданий под внутренние стены не зависит от глубины промерзания и должна быть не менее 0,5м от уровня земли или от пола подвала, для наружных стен — не менее 0,7м.

Расчетная глубина промерзания грунта рассчитывается по формулам [19] в зависимости от нормативного значения глубины промерзания для конкретной местности:

• п. 2.28. Расчетная глубина сезонного промерзания грунта  , м, определяется по формуле

где  — нормативная сезонного глубина промерзания, определяемая по пп. 2.26. и 2.27 […] или по схематической карте [30];

 — коэффициент, учитывающий влияние теплового режима сооружения, принимаемый: для наружных фундаментов отапливаемых сооружений — по табл.1; для наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений — =1,1, кроме районов с отрицательной среднегодовой температурой.

Табл. 1 Таблица для определения коэффициента, учитывающего

влияние теплового режима сооружения

Особенности сооружения	Коэффициент при расчетной среднесуточной температуре воздуха в помещении, примыкающем к наружным фундаментам, С
	0	5	10	15	20 и более
Без подвала с полами, устраиваемыми: по грунту	0,9	0,8	0,7	0,6	0,5
на лагах по грунту	1,0	0,9	0,8	0,7	0,6
по утепленному цокольному перекрытию	1,0	1,0	0,9	0,8	0,7
С подвалом или техническим подпольем	0,8	0,7	0,6	0,5	0,4
Примечания: 1. Приведенные в табл.1 значения коэффициента относятся к фундаментам, у которых расстояние от внешней грани стены до края фундамента   0,5 м; если  1,5 м, значения коэффициента повышаются на 0,1, но не более чем до значения = 1; при промежуточном размере значения определяются по интерполяции. 2. К помещениям, примыкающим к наружным фундаментам, относятся подвалы и технические подполья, а при их отсутствии — помещения первого этажа. 3. При промежуточных значениях температуры воздуха коэффициент принимается с округлением до ближайшего меньшего значения, указанного в табл. 1.

• п. 2.29. Глубина заложения фундаментов отапливаемых сооружений по условиям недопущения морозного пучения грунтов основания должна назначаться:

а) для наружных фундаментов (от уровня планировки) по табл. 2;

б) для внутренних фундаментов — независимо от расчетной глубины промерзания грунтов.

Табл. 2 Таблица для определения глубины заложения фундаментов

отапливаемых сооружений для наружных фундаментов

Грунты под подошвой фундамента	Глубина заложения фундаментов в зависимости от глубины расположения уровня подземных вод  , м, при
	 + 2	 + 2
Скальные, крупнообломочные с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средней крупности	Не зависит от	Не зависит от
Пески мелкие и пылеватые	Не менее	Не зависит от
Супеси с показателем текучести   0	Не менее	Не зависит от
Супеси с показателем текучести  0	Не менее	Не менее
Cуглинки, глины, а также крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем при показателе текучести грунта  0,25	Не менее	Не менее
Cуглинки, глины, а также крупнообломочные грунты с пылевато-глинистым заполнителем при показателе текучести грунта  0,25	Не менее	Не менее 0,5
Примечания. 1. В случаях, когда глубина заложения фундаментов не зависит от расчетной глубины промерзания , соответствующие грунты, указанные в настоящей таблице, должны залегать до глубины не менее нормативной глубины промерзания . 2. Положение уровня подземных вод должно приниматься с учетом указаний пп. 2.17-2.21 […].

Глубина заложения наружных и внутренних фундаментов неотапливаемых сооружений должна назначаться по табл. 2, при этом глубина исчисляется: при отсутствии подвала или технического подполья — от уровня планировки, а при наличии — от пола подвала или технического подполья.

Заглубление фундаментов под неответственные конструкции (например, крыльцо, фундамент под летний туалет и пр.) в несущий слой грунта должно быть не менее 10-15 см.

Глубину заложения фундамента в некоторых случаях допускается назначать вне зависимости от глубины промерзания грунта, если на основе специальных исследований и расчетов установлено, что деформации пучения не приводят к нарушению эксплуатационной пригодности здания.

При проектировании мелкозаглубленных и незаглубленных фундаментов предусматриваются мероприятия, направленные на снижение, вызванных силами пучения, деформаций оснований до предельно допустимых величин. См. рис. 9.

Глубину заложения фундаментов при переходах подвальной части здания к бесподвальной или в местах примыкания фундаментов внутренних стен к наружным изменяют ступенчато. Длина ступени должна быть в 2 раза больше разницы в отметках подошв фундаментов, а высота ступени — не более 600мм. Т.е размеры уступов должны быть такими, чтобы в теле фундамента не возникали растягивающие усилия.

Рис.9 Один из возможных вариантов снижения воздействия

на фундамент сил пучения

Воздействия на фундамент