При строительстве легких загородных домов надежными и экономичными являются мелкозаглубленные фундаменты, устраиваемые на противопучинных подушках. Подошвы в этих случаях закладываются выше расчетной глубины промерзания.
Обратимся к основному нормативному документу СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» (п.2.29), где сказано, что глубину заложения фундаментов можно назначать независимо от расчетной глубины промерзания в случае, если грунты непучинистые или в пучинистых грунтах, когда соответствующими расчетами конструкций фундаментов и основания может быть обеспечена их эксплуатационная надежность.
В п.14.6 сказано: «При заложении фундаментов выше расчетной глубины промерзания (малозаглубленные фундаменты) необходимо производить расчет деформаций морозного пучения грунтов основания с учетом касательных и нормальных сил морозного пучения».
Мы вынуждены так подробно остановиться на этих пунктах СНиПа в связи с тем, что для применения мелкозаглубленных фундаментов все же имеется одно препятствие — психологический барьер. Дело в том, что учебная программа строительных вузов всегда была направлена на обучение устройству фундаментов сложных и тяжелых промышленных объектов (стройки «пятилеток») и многоэтажных жилых домов. Для этих сооружений необходимое основание, на которое можно опереть фундаменты, находится на глубине, иногда значительной. При заложении подошвы фундаментов таких объектов ниже расчетной глубины промерзания проблемы с пучинистыми грунтами на этом заканчивались. Именно поэтому выглубление фундаментов выше расчетной глубины промерзания специалистами в области промышленного и многоэтажного фундаментостроения поначалу воспринимается с трудом. Переходя к проектированию фундаментов легких домов, они чаще всего применяют сборные фундаменты с заложением их подошвы ниже расчетной глубины промерзания, а часто, не принимая во внимание тепловой режим дома и степень пучинистости грунтов, закладывают фундаменты на максимально возможную глубину промерзания, например по Московской области — на 1,6 м.
Но, как известно, путь познания включает три этапа: «этого не может быть», «в этом что-то есть», «так надо делать».
Исследования показали, что при превышении сил пучения над действующими нагрузками от веса домов меняется характер совместной работы системы «основание-фундамент-надфундаментная конструкция». Приоритетным становится расчет по деформациям пучения. Меняются требования к конструкциям фундаментов и оснований, меняется технология устройства оснований. Имеет место проявление закона перехода количества в качество.
При применении мелкозаглубленных фундаментов суть строительного приема схематично заключается в следующем. При выглублении фундаментов боковая поверхность, смерзаемая с грунтом, уменьшается. Уменьшаются также суммарные касательные силы пучения. Фундамент выглубляется до тех пор, пока касательные силы пучения не уравновесятся нагрузкой от дома. В этом случае отрыва фундамента от основания происходить не будет — фундамент устойчив и нет условий для образования и накопления остаточных деформаций пучения. Фундамент надежный, но не в полной мере, так как при выглублении на подошву фундаментов начинают действовать значительные нормальные силы пучения.
Так как у мелкозаглубленных фундаментов отрыва подошвы фундаментов от основания не происходит, становится возможным допущение ограниченных деформаций пучения под действием нормальных сил. Допустимые деформации были указаны в статье, напечатанной в предыдущем номере.
Если по расчетам деформации пучения превышают допустимые значения, часть пучинистого грунта заменяется на непучинистый настолько, чтобы оставшийся слой пучинистого грунта давал деформации, не превышающие допустимые значения. Под фундаментами устраивается так называемая противопучинная подушка.
Таким образом, фундамент, взаимодействуя с пучинистым основанием, зимой поднимается на регулируемую высоту, а весной всегда приходит в исходное положение. Нет условий для образования остаточных деформаций. И с этой стороны обеспечивается надежность мелкозаглубленных фундаментов.
Для домов, особенно с кирпичной кладкой стен, наибольшую опасность представляют неравномерные деформации пучения в различных частях дома. За зимний период с одной стороны дома может намести снега больше, чем с другой. Там, где снега больше, промерзание и пучение меньше. У крыльца, у гаража и между ними, если в доме проживают, снег по дорожкам убирается регулярно, а если не проживают — периодически. В этих местах промерзание грунта может быть наибольшее. В отапливаемых домах с цокольным этажом внизу могут находиться топочная, сауна. В местах их расположения примыкающий грунт вообще может не промерзать. Грунт, примыкающий к помещениям, например для хранения сельхозпродукции, с температурой +1 — +30°С будет промерзать на значительную глубину. Под внутренними фундаментами неотапливаемых домов грунт может промерзать на большую глубину, чем под наружными фундаментами при наличии снега. Под внутренними фундаментами в отапливаемых домах грунт может совсем не промерзать. Если в отапливаемых домах имеются примыкающие веранда, терраса и гараж, то промерзание под ними значительно больше, чем под наружными фундаментами отапливаемой части дома.
В дополнение следует отметить, что нагрузки на основание в разных частях дома могут существенно различаться. Поэтому в легких домах повышаются требования к пространственной жесткости фундаментов. Чем выше степень пучинистости грунтов, тем большие требования предъявляются к пространственной жесткости и прочности фундаментов. Здесь фундаменты из сборных блоков, имеющие низкие жесткостные характеристики, непригодны для применения.
В средне- и сильнопучинистых грунтах необходимо устройство сборно-монолитных или монолитных железобетонных ленточных фундаментов в виде единой пространственной, жесткой рамы с включением в нее всех фундаментов, в том числе внутренних. Такая рама совместно с противопучинной подушкой нивелирует неравномерность деформаций пучения.
При расчетах относительных деформаций пучения мелкозаглубленных фундаментов учитывается жесткость системы «фундамент-цоколь-стена». Если при принятых размерах фундаментов и цоколя жесткость системы недостаточна для обеспечения допустимых относительных деформаций, то дополнительно могут вводиться пояс жесткости в уровне цокольного или межэтажных перекрытий, армированная кладка стен над перемычками или по верху стен, вместо кирпичной кладки цоколя — монолитный железобетонный цоколь. Могут быть изменены размеры фундаментов и противопучинной подушки.
Таким образом, мелкозаглубленный фундамент полностью приспособлен для восприятия сил пучения и отвечает требованиям надежности.