Фундаменты малоэтажных домов на слабых грунтах
«На Машкином болоте нельзя было выстроить добрую избу — перекосит углы, нижние венцы уйдут в трясину, Не ради Чудотворной, во славу божию, всем миром наносили песку, земли, камней, вымостили болото, срець ляжин и трясин сделали остров».
В. Тендргков, повесть «Чудотворная».
В технической литературе можно встретить совет начинающим застройщикам, что под строительство дома следует выбирать участок с прочными и непучинистыми грунтами. Однако на практике это часто неосуществимо.
Так, большое количество дачных участков в 90-е годы прошлого века выделялось на неблагоприятных заболоченных территориях, сложенных илом и биогенными грунтами. С появлением же рынка недвижимости участки приобретают исходя из условий подходящей цены, расстояния от места проживания, близости подъездных дорог, размеров участка, окружающего ландшафта и др. Иногда покупают участки с неблагоприятными грунтовыми условиями, когда в понравившемся месте других участков просто не осталось.
В некоторых случаях только в процоссе выполнения инженерно-геологических изысканий выясняется, что строительная площадка, на первый ззгляд ничем не отличающаяся от других, находится на месте, например, бывшего болота или засыпанного пруда.
Один застройщик приобретал участок, когда уже выпал первый снег Устраивали цена, окружающая природа и другие условия. Весной же обнаружилось, что участок находится на застарелом болоте, а основание сложено водонасыщенным илом на глубину 12 м.
Но строить можно нa любых грунтах, надо только правильно это делать.
Практика показывает, что чаще всепо проблемы с построенными дозами возникают именно на неблагоприятных площадках, особенно когда они возведены на столбчатых или сборных ленточных фундаментах.
Есть примеры, когда в стремлении сэкономить средств застройщики пренебрегали этапами инженерно-геологических изысканий и проектирования. Они изготавливали фундаменты сами или обращались к тем строителям, которые и без изысканий «знали», что нужно делать. Некоторым застройщикам везло. В ряде же случаев после такого строительства начиналась работа по усилению или переделке фундаментов. При этом начальная экономия оборачивалась расходами, сопоставимыми с устройством ещё одних фундаментов и даже большими.
Характеристики слабых грунтов и заболоченных участков. К неблагоприятным относят строительные площадки, сложенные слабыми грунтами, или заболоченные в результате хозяйственной деятельности человека.
К слабым относят сильносжимаемые грунты, рыхлые пески, водонасыщенные текучепластичной и текучей консистенции супеси — при пористости больше 41%, суглинки — при пористости больше 50% и глины — при пористости больше 52%, биогенные грунты и илы.
К биогенным относят заторфованные песчаные и глинистые грунты, торфы и сапропели. Все эти грунты содержат значительное количество органических веществ.
К торфам относят грунты содержащие 50% и более органических веществ. При меньшем содержании грунты относят к заторфованным.
Ил — это водонасыщенный высокопористый осадок водоёмов, образовавшийся в результате протекания микробиологических процессов. Содержание порой может достигать 60%.
Сапропели — это водонасыщенные илы. содержащие более 10% органических веществ и имеющие пористость до 75%.
Признаками сильносжимаемых грунтов является высокая степень влажности — 80% и более и незначительный модуль деформации (Е) — меньше 5 МПа (50 кгс/см2). Как и глинистые грунты текучей и текучепластичной консистенции, они имеют низкое расчетное сопротивление. Например, расчётное сопротивление суглинистых илов меняется в пределах 0 4. 0,6 кгс/см2. заторфованных песчаных грунтов — в пределах 0,4. 2,5 кгс/см2.
Процесс осадок под действием веса дома в таких грунтах происходит очень медленно — годами. По мере выдавливания всё большую часть нагрузки начинает воспринимать скелет грунта, минеральные частицы переупаковываются и грунт уплотняется. При этом происходят большая осадка основания и всего дома.
Такие площадки чаще всего заболочены. Заболоченность может иметь природное или искусственное происхождение.
Встречаются площадки сложенные «обычными» грунтами, но заболоченные в результате хозяйственной деятельности. Поднятие уровня строящихся подъездных дорог и общего уровня грунта на соседних участках приводит к тому, что нарушаются естественные стоки, а ливневые и паводковые воды скапливаются на более низких участках.
Иногда заболоченность образуется на участке уже после постройки дома, когда вовремя не выполнен верхний дренаж (планировка, отмостка и ливнестоковые лотки), а по границе участка устраивают забор на сплошном ленточном фундаменте, не имеющем с подгорной стороны перепускных каналов. За несколько лет такой участок становится заболоченным.
К характерным особенностям рассматриваемых грунтов следует отнести также их способность при промерзании проявлять пучинистые свойства.
Мероприятия по обеспечению надёжности фундаментов. Основная проблема домов, построенных на слабых фундаментах — это большие неравномерные осадки при неправильно выбранной конструкции фундаментов.
Но даже если дом построен на достаточно жёстком фундаменте при недостаточных мерах по улучшению строительных свойств грунтов с годами может проявляться эффект «тонущего» дома.
Расчёт оснований малоэтажных домов направлен на ограничение деформаций осадок. При строительстве на слабых грунтах применяют конструктивные мероприятия, позволяющие уменьшить осадки дома или его чувствительность к неравномерным осадкам, и мероприятия по улучшению строительных свойств грунтов. Часто применяют комбинацию мероприятий.
К конструктивным мероприятиям следует отнести:
— увеличение площади опорной части при применении плитных фундаментов, фундаментов из перекрестных лент;
— увеличение пространственной жесткости и жесткости поперечного сечения путём устройства монолитных железобетонных фундаментов и цоколей, т.е. единой конструкции;
— устройство монолитного железобетонного цокольного перекрытия армированием жёстко связанного с цоколями-фундаментами в единую конструкцию;
— устройство железобетонных поясов жесткости в уровне перекрытия этажей;
— увеличение пространственной жёсткости надфундаментной части дома армированием кладки кирпичных и мелкоблочных стен.
На слабых грунтах заглублённые столбчатые и сборные ленточные фундаменты не пригодны для применения по условию их недостаточной пространственной и в поперечном сечении жёсткости. В этом случае рекомендуются к применению мелкозаглублённые и незаглублённые монолитные ленточные и плитные фундаменты. Под более тяжёлыми кирпичными двух- и трёхэтажными домами могут применяться фундаменты из забивных свай.
«Опирание фундаментов непосредственно на поверхность сильнозаторфованных грунтов, торфов, слабоминеральных сапропелей и илов не допускается» (п. 5.4. СНиП 2.02.01 -83*). Это же требование относится к глинистым грунтам текучей и текучепластичной консистенции.
К мероприятиям по улучшению строительных свойств основания относятся:
— устройство искусственных оснований путем полной или частичной замены слабых грунтов подушками из песка, гравия, щебня и т.п.;
— уплотнение грунтов основания;
— устройство насыпей.
При отличающихся грунтовых условиях под разными домами задачи устройства оснований и фундаментов решают по-разному. Если грунты основания — пучинистые, то подушки и насыпи следует выполнять из непучинистого грунта (крупным или средней крупности песком).
Для конкретного рассмотрения возможных и необходимых мероприятий при устройстве фундаментов малозтажных домов из всего многообразия неблагопоиятных грунтовых условий строительных площадок выделим 3 характерных случая:
— площадки, сложенные водочасыщенными биогенными гружами, илом и глинистыми грунтами текучей или текуче-пластичной консистенции на глубину 10 м и опирающиеся на малосжимаемье грунты;
— площадки, сложенные слабыми грунтами в верхней части основания на глубину около 1 м;
— участки, сложенные глинистыми грунтами от твердой до мягкопластичной консистенции, но заболоченные в результате хозяйственной деятельности.
Варианты домов, для которых рассчитывались глубины сжимаемой толщи, прогнозируемые осадки и необходимые мероприятия по улучшению строительных свойств основания, представлены в таблице 1.
 |
| Таблица 1. |
Площадки, сложенные слабыми грунтами большой толщи. В «обычных» грунтах сжимаемая толща определяется глубиной, на которой дополнительное давление от дома не превышает 20°/с от бытового давления (давления от грунта). Бытовое давление определяется весом вышележащего грунта. Например, в однородном грунте с удельным весом 1,8 тс/м3 на глубине 2,0 м бытовое давление составит 3,6 тс/м2.
Если на этой глубине давление от дома не превышает 0,7 тс/ м2 (0,07 кгс/см2), то ниже оно не оказывает влияния на природное состояние грунта и поэтому осадки там не происходят.
В слабых грунтах сжимаемая толща определяется глубиной, на которой дополнительное давление от дома не превышает 0,3 тс/м2 (0,03 кгс/см2).
Сжимаемая толща грунта и осадки зависят от нагрузок от дома, размеров опорной части фундаментов и модуля деформации грунтов. В «обычных» грунтах модуль деформации изменяется от 500 (в плотных песках) до 100 ..70 кгс/см2 (в мягкопластичных глинах). В слабых грунтах он гораздо меньше (табл. 2.)
В расчетах рассматривался водонасыщениый ил с модулем деформации Е = 10 кгс/см2. Принято, что уровень грунтовых вод находится на глубине 0,4 м, а в основании толщи слабого грунта залегает грунт с модулем деформации, равным 200 кгс/см2.
 |
| Таблица 2. |
Так как непосредственное опирание фундаментов на слабый грунт не допускается, во всех вариантах предусмотрено предпостроечное удаление плодородного верхнего слоя толщиной 0,3 м и замена его уплотнённой песчаной подушкой. Результаты определения сжимаемой толщи и прогнозируемых осадок приведены в графах 2 и 3 таблицы 3.
 |
| Таблица 3. |
Фундаменты устраивают в уровне поверхности грунта (рис. 1, 2) или на насыпи (рис. 3, 4).
В графе 4 таблицы 3 приведены толщины насыпей из уплотнённого грунта, необходимых для обеспечения осадок в опустимых пределах.
Для более тяжёлых кирпичных домов дополнительная отсыпка применена с одновременным увеличением площади плитных фундаментов под одноэтажным домом — до 11,0×11,0 м, под двухэтажным — до 12,5×12,5 м.
Из расчётов следует, что под деревянными домами замена верхнего слоя слабого грунта на песчаную уплотнённую подушку достаточна для обеспечения допустимых осадок. Дополнительная планировочная отсыпка грунта может выполняться после изготовления фундаментов из условия вертикальных планировочных решений. На конечные осадки она никакого влияния не оказывает.
 |
| Рис. 1. Устройство основания и ленточных фундаментов под щитовым домом: 1 — толща слабого грунта; 2 — песчано-гравийная (щебёночная) подушка; 3 — ленточный фундамент; 4 — планировочная отсыпка; 5 — отмостка; 6 — гидроизоляция; 7 — уровень грунтовых вод. |
Под более тяжёлыми домами со стенами из кладочных материалов для снижения осадок до допустимых величин требуется ещё устройство насыпи, а под кирпичными домами, при принятых величинах отсыпок, требуется ещё увеличение площади фундаментов.
Можно, не увеличивая размеров плитных фундаментов, рассчитать необходимую величину насыпи. Или, не меняя вертикальных планировочных решений, увеличить высоту отсыпки за счёт большей выемки слабого грунта. Однако в водонасыщенных грунтах при высоком уровне грунтовых вод устроить уплотнённое основание достаточно проблематично. Можно, например, выемку заполнить крупнообломочным материалом: щебнем, битым кирпичом, бутовым камнем и т.п. Но в каждом конкретном случае следует находить своё решение.
Полученные осадки (графы 3 и 6 в таблице 3) определены из условия, что устроенная отсыпка выдержана во времени, так что к началу строительства дома осадка под действием веса отсыпки уже произошла.
 |
| Рис. 2. Устройство основания и плитного фундамента под бревенчатым домом: 1 — толща слабого грунта; 2 — песчано-гравийная (щебёночная) подушка; 3 — плитный фундамент; 4 — цоколь; 5 — планировочная отсыпка; 6 — гидроизоляция; 7 — отмостка; 8 — уровень грунтовых вод. |
 |
| Рис. 3. Вариант устройства основания под двухэтажным кирпичным домом при высокой насыпи: 1 — толща слабого грунта; 2 — песчано-щебёночно-валунная подушка; 3 — насыпь; 4 — планировочная отсыпка; 5 — фундаментная плита; 6 — цоколь; 7 — гидроизоляция; 8 — отмостка. |
Ошибка, часто встречающаяся на практике, состоит в том, что строительство дома на слабых грунтах большой толщи начинают сразу после завершения отсыпки. В этом случае осадки основания и дома, за счёт веса отсыпанного грунта, могут быть больше, чем полученные в таблице 3.
Ниже будет показано, что отсыпанный грунт можно не выдерживать при небольших толщах слабых грунтов.
По формулам механики грунтов можно рассчитать время, необходимое для полной стабилизации осадок под весом заранее отсыпанного грунта, или рассчитать степень стабилизации за определённое время — полгода, год и т. д.
Для грунта, принятого в расчётах, время полной стабилизации составляет 3,8 года. В других грунтах время может быть больше или меньше в зависимости от мощности слоя слабого грунта и величины модуля деформации. Например, при Е=20 кгс/см2 и мощности слоя ила — 10 м время стабилизации сокращается до 2-х лет.
 |
| Таблица 4. |
В таблице 4 приведены результаты расчётов стабилизированной осадки при разной толщине отсыпаемого грунта и модуле деформации слабого грунта 10 кгс/см2, а также осадки за первые полгода и два года.
Поверхность строительных площадок, сложенных биогенными грунтами и илами, а также на подтопленных участках, как правило, ниже окружающей территории.
При большой толщине снегового покрова и частых дождях, характерных для России, вокруг домов необходимо создавать условия для оттока ливневых и паводковых вод к границам участков и за их пределы. Это обеспечивается устройством на пучинистых грунтах насыпи из крупного или средней крупности песка, которая помогает решить обе задачи — предпостроечное уплотнение слабого грунта и вертикальную планировку.
 |
| Рис. 4. Вариант устройства основания под двухэтажным кирпичным домом при высокой насыпи: 1 — толща слабого грунта; 2 — песчано-щебёночно-валунная подушка; 3 — насыпь; 4 — планировочная отсыпка; 5 — фундаментная плита; 6 — цоколь; 7 — гидроизоляция; 8 — отмостка. |
Если песчаная отсыпка производится без уплотнения, то ориентировочный период, необходимый для её самоуплотнения, составляет 0,5. 2,0 года, если отсыпка производится глинистым грунтом — 2,0.. .5,0 лет. Так как большую часть застройщиков такие сроки выдержки не устраивают, насыпь следует возводить с послойным уплотнением.
Под лёгкими дачными домами на таких отсыпках можно применить железобетонные мелкозаглублённые или незаглублённые ленточные фундаменты. Все внутренние фундаменты в этом случае должны быть соединены с наружными в единую пространственно жёсткую раму. Под более тяжёлыми домами, со стенами из кладочных материалов, рекомендуется применять незаглублённые железобетонные плитные фундаменты.
Если расчётами установлено, что для снижения осадок до допустимых пределов требуется высокая насыпь, а увеличение площади плитных фундаментов экономически нецелесообразно, можно перейти на вариант фундаментов из забивных свай. Это в первую очередь относится к двухэтажным и более высоким кирпичным домам.
Площадки, сложенные слабыми грунтами небольшой толщи. В расчётах толща слабого грунта принята равной 1,0 м. Характеристики слабого грунта и подстилающего слоя приняты такими же, как в первом случае. Характеристики домов, фундаментов и величины нагрузок представлены в таблице 1.
Фундаменты устраивают на песчаной подушке в уровне поверхности грунта.
Стабилизированная осадка слабого грунта под действием веса песчаной подушки толщиной 0,3 м составляет 0,3 см. Осадка эта — незначительная, поэтому выдерживать подушку во времени нет необходимости. Однако подушку следует изготавливать с послойным уплотнением.
Результаты расчётов сжимаемой толщи слабого и подстилающего грунтов и прогнозируемых осадок приведены в таблице 5.
Так как в большинстве случаев на заболоченных участках требуется поднять общий уровень строительной площадки, в расчётах принята высота отсыпки 0,5 м. Стабилизированная осадка от такой насыпи составляет всего 0,6 см и поэтому выдерживать её ro времени нет необходимости. В графах 4 и 5 таблицы 5 приведены значения конечных и допустимых осадок.
Как следует из расчётов, принятые решения (подушка — 0.3 м, насыпь — 0,5 м) позволяют обеспечить осадки в рамках допустимых, кроме случая с двухэтажным кирпичным домом. Для обеспечения допустимых осадок в последнем случае песчаная подушка устроена толщиной 0,6 м.
 |
| Таблица 5. |
Под деревянными одноэтажными домами можно применять монолитные ленточные железобетонные фундаменты в виде пространственно-жёсткой рамы или плитные фундаменты. Под домами со стенами из кладочных материалов рекомендуются плитные фундаменты.
При применении в пучинистых грунтах ленточных фундаментов вертикальная отсыпка выше природной поверхности в пределах габаритов траншей производится непучинистым грунтом, а за пределами выемок — любым грунтом, в том числе ранее извлеченным. При применении плитных фундаментов непучинистый грунт отсыпают под всей площадью. Грунт укладывают с послойным уплотнением.
Как правило, грунтовые воды (верх находится в толще залегания слабого грунта. Известно, что песчаный грунт в водонасыщенном состоянии не уплотняется. Поэтому. если приходился вынимать слабый грунт ниже уровня воды, следует до её уровня траншеи и котлованы с трамбованием заполнить крупнооблмочным материалом: щебнем, битым кирпичом, кусками бетона, непригодными для иного употребления остатками строительных конструкций.
Участки, заболоченные в результате хозяйственной деятельности. На таких участках вода, как правило, находится выше поверхности грунта или в её уровне.
На период устройства основания воду следует отвести. Для этого иногда достаточно прорыть временную канаву в месте ранее существовавшего естественного стока Если такой возможности нет, надо в пределах траншей или котлована устроить временный колодец шурф, яму, для откачки воды насосом.
Далее нужно снять растительный слой в пределах траншей или котлована и складировать его отдельно для последующего использования при создании плодородной поверхности за пределами отмостки дома.
 |
| Устройство плитного фундамента под кирпичный дом на слабых грунтах. |
Путем отсыпки грунта с послойным уплотнением следует поднять общий уровень строительной площадки лучше всего — до уровня соседних участков. По границе участка необходимо устроить ливнестоковые лотки, лучше всего в сторону подъездной дороги, которая при правильном устройстве имеет кюветы с уклоном в сторону естественного понижения местности.
Если в основании после удаления растительного слоя и понижения уровня воды грунт находится в текучепластичном состоянии на небольшую глубину (0 1 . 0,2 м), его лучше удалить. Если толща слабого грунта значительно больше, следует втрамбовать в него слой крупного щебня и выполнить отсыпку из непучинистого грунта.
Под деревянными домами можно применить мелкозаглублённые железобетонные ленточные фундаменты, под кирпичными — плитные фундаменты.
Л. Гинзбург кандидат технических наук. Журнал «Дом» 2009.
Источник