НЕКОТОРЫЕ  ВОПРОСЫ  ПРИМЕНЕНИЯ  МЕЛКОЗАГЛУБЛЕННЫХ  ФУНДАМЕНТОВ  В  ГЕОЛОГИЧЕСКИХ  УСЛОВИЯХ  ВЛАДИМИРСКОЙ  ОБЛАСТИ

Гандельсман  Артём  Игоревич

студент  Архитектурно-строительного  факультета

Федеральное  государственное  бюджетное  образовательное  учреждение  высшего  профессионального  образования  «Владимирский  государственный  университет  имени  Александра  Григорьевича  и  Николая  Григорьевича  Столетовых», 
РФ,  г.  Владимир

E-mail:  artem33.96@mail.ru

Акимов  Владимир  Борисович

канд.  техн.  наук,  доцент  кафедры  «Строительного  производства»

Федеральное  государственное  бюджетное  образовательное  учреждение  высшего  профессионального  образования  «Владимирский  государственный  университет  имени  Александра  Григорьевича  и  Николая  Григорьевича  Столетовых», 
РФ,  г.  Владимир

SOME  QUESTIONS  OF  APPLICATION  OF  THE  FINELY  DEEPENED  FOUNDATIONS  ARE  IN  THE  GEOLOGICAL  TERMS  OF  THE  VLADIMIR  AREA

Artem  Gandelsman

student  of  Architectural  and  Civil  Engineering  Faculty 
Federal  public  budgetary  educational  institution  of  higher  professional  education  the  "  Vladimir  state  university  named  after  Alexandr  and  Nikolay  Stoletovs  ", 
Russia,  Vladimir

Vladimir  Akimov

candidate  of  sciences,  associate  professor  of  department  of  the  "Building  production" 
Federal  public  budgetary  educational  institution  of  higher  professional  education  the  "Vladimir  state  university  named  after  Alexandr  and  Nikolay  Stoletovs", 
Russia,  Vladimir

АННОТАЦИЯ

Проведен  анализ  инженерно-геологических  условий  Владимирской  области,  конструктивных  особенностей  устройства  мелкозаглубленных  фундаментов,  выявлены  основные  проблемы  и  закономерности  работы  в  данных  грунтовых  условиях,  предложено  решение  для  устройства  мелкозаглубленных  фундаментов  в  условиях  Владимирской  области. 

ABSTRACT

The  analysis  of  engineer-geological  terms  of  the  Vladimir  area,  structural  features  of  device  of  the  finely  deepened  foundations  is  conducted,  basic  problems  and  conformities  to  law  of  work  are  educed  in  these  ground  terms,  solution  offers  for  the  device  of  the  finely  deepened  foundations  in  the  conditions  of  the  Vladimir  area. 

Ключевые  слова:  фундамент;  грунт;  пучения;  тиксотропия.

Keywords:  foundation;  soil,;  troubling;  thixotropy.

При  применении  фундаментов  малоэтажных  зданий  в  последнее  время  их  часто  устраивают  в  слое  сезонного  промерзания-оттаивания,  без  учета  влияния  сил  морозного  пучения,  что  приводит  к  деформированию  строительных  конструкций  зданий.  Как  известно,  в  зимний  период  вся  влага,  содержащаяся  в  земле,  замерзает.  Образовавшийся  лед  занимает  гораздо  больший  объем,  чем  вода,  что  и  приводит  к  пучению  грунта.  Зависимость  глубины  промерзания  во  Владимирской  области  от  вида  грунта  приведена  в  таблице  1. 

Таблица  1.

Нормативная  глубина  промерзания  грунтов,  м

Влияние  касательных  сил  морозного  пучения  весьма  значимо  и  доходит  до  5–7  т  на  квадратный  метр.  Этого  достаточно,  чтобы  поднять  из  грунта  заглубленный  фундамент,  на  котором  построено  легкое  малоэтажное  здание,  собственный  вес  которого  не  способен  уравновесить  действие  сил  морозного  пучения.  Следует  отметить,  что  заглубление  фундамента  на  глубину  больше  глубины  сезонного  промерзания  совершенно  не  гарантирует  его  устойчивость  к  пучению.  Выполнение  нормативных  требований  по  глубине  заложения  фундаментов  (1,4…1,9  м  для  Владимирской  области  в  зависимости  от  вида  грунта)  приводит  к  дополнительным  затратам.  Нормативная  глубина  промерзания  грунта-  это  максимальная  глубина.  Глубину  промерзания  грунта  можно  разделить  на  фактическую  и  реальную.  Фактические  или  реальная  глубина  промерзания  грунта  может  отличаться  от  нормативных,  так  нормативы  составлены  для  самых  худших  вариантов,  то  есть  без  снежного  покрова.  Снег  –  хороший  теплоизолятор,  то  есть  снежный  покров  уменьшает  глубину  промерзания.  Промерзание  грунта  также  зависит  от  теплового  режима  здания  и  конструктивных  особенностей  «нулевого  цикла». 

Расчетная  глубина  промерзания  грунта  для  условий  Владимирской  области  для  здания  без  подвала  с  полами,  устраиваемыми  по  грунту  приведены  в  таблице  2.

Таблица  2.

Расчетная  глубина  промерзания  грунта  в  зависимости  от  конструктивных  особенностей  зданий

Расчетная  глубина  промерзания  грунта  для  здания  без  подвала  с  полами,  устраиваемыми  по  утепленному  цокольному  перекрытию  приведена  в  таблице  3.

Таблица  3.

Расчетная  глубина  промерзания  грунта  в  зависимости  от  конструктивных  особенностей  зданий

Расчетная  глубина  промерзания  грунта  для  здания  с  подвалом  или  техническим  подпольем.

Таблица  4.

Расчетная  глубина  промерзания  грунта  в  зависимости  от  конструктивных  особенностей  зданий

В  качестве  альтернативного  решения  предлагается  замена  грунта  на  непучинистый,  понижение  уровня  подземных  вод  и  ряд  др.  дорогостоящих  мероприятий.  В  итоге  все  это  приводит  к  неэффективным  затратным  решениям  и  увеличению  сметной  стоимости  строительства. 

Кроме  того,  малоэтажное  строительство  весьма  часто  ведется  собственными  силами,  следовательно,  применяемые  решения  должны  быть  просты  и  надежны,  а  также,  легко  выполнимы  по  принципу  «дом  своими  руками».  Для  тех,  кто  решил  самостоятельно  заложить  надежный  фундамент  дома,  вопрос  о  том,  как  это  сделать  на  пучинистых  грунтовых  основаниях,  остается  актуальным  всегда. 

В  связи  с  вышесказанным  возникает  необходимость  районирования  территории  Владимирской  области  для  типизации  инженерно-геологических  условий  и  определения  принципов  заложения  фундаментов  в  том  или  ином  районе  региона. 

При  применении  мелкозаглубленных  фундаментов  во  Владимирской  области  чаще  всего  встречаются  современные  четвертичные  отложения.  Среди  них  встречены  проблемные:  гляциальные  суглинки,  флювиогляциальные  суглинки  мягкопластичной  и  текучепластичной  консистенции,  рыхлые  пески,  насыпные  грунты  различного  происхождения. 

Они  или  имеют  недостаточную  несущую  способность,  или  могут  изменять  прочностные  характеристики  в  процессе  эксплуатации  зданий,  что  может  привести  к  деформированию  возведенных  строительных  конструкций.  В  западных,  юго-западных  и  северо-западных  районах  области  наибольшее  распространение  получили  песчаные  грунты,  в  центральных,  восточных  и  юго-восточных-  пылевато-глинистые.  Встречаются  лёссовые  грунты  I  типа  просадочности. 

С  позиций  физико-химической  механики  слабый  глинистый  грунт  представляет  собой  систему  дисперсных  частиц,  каждую  из  которых  окружают  оболочки  связанной  с  ними  воды.  Эти  частицы  с  оболочками  образуют  структурный  каркас  с  водно-коллоидным  типом  связей.  При  сохранении  структурных  связей  грунт  работает  как  твердое  тело,  при  нарушении  –  превращается  в  вязкую  жидкость.  Численное  значение  предела  прочности  этих  грунтов  при  испытаниях  в  условиях  одноосного  сжатия  (в  компрессионном  приборе)  при  дренировании  варьируется  в  интервале  5…20  кПа. 

К  пучинистым  грунтам  относятся  глины,  суглинки,  супеси  и  часть  песчаных  грунтов.  Основные  трудности,  связанные  с  фундаментом,  выстроенном  на  пучинистом  грунте,  возникают  в  период  оттаивания  льда.  Здание  в  этот  период  времени  неравномерно  оседает  и  в  дальнейшем  разрушается. 

Нормативные  документы  рекомендуют  закладывать  фундаменты  на  границе  промерзания  или  глубже,  но  это  не  предотвращает  воздействие  морозного  пучения  на  боковые  стороны  фундамента.  На  основание  мелкозаглубленного  фундамента  нормальные  силы  морозного  пучения  действуют  в  полном  объеме,  но  зато  касательные  силы  влияют  на  боковые  стены  минимально. 

На  характер  пучения  грунтов  влияет  степень  их  охлаждения.  Степень  охлаждения  (как  и  ее  производные  –  скорость  и  глубина  промерзания  грунта)  зависит  от  температурного  режима  охлаждающей  среды,  продолжительности  периода  промерзания,  водных  и  теплофизических  свойств  грунта,  а  также  теплоизоляции  на  его  поверхности.  Возрастание  плотности  грунта  влечет  снижение  влагосодержания  и  удельного  потока  воды,  и,  как  следствие,  уменьшается  и  интенсивность  пучения  грунта.

Слабые  глинистые  грунты  обладают  свойством  тиксотропии.  Твердообразное  состояние  характеризуется  наличием  пространственного  структурного  каркаса,  жидкообразное  –  его  отсутствием.  Наличие  или  отсутствие  единого  пространственного  каркаса  определяет  макроскопические  свойства  среды,  в  том  числе,  ее  механические  свойства.  Твердообразному  состоянию  свойственна  наибольшая  вязкость,  жидкообразному  –  наименьшая. 

Приложение  динамических  нагрузок  к  тонкодисперсным  водонасыщенным  глинистым  системам  приводит  при  определенных  условиях  к  их  быстрому  разжижению  и  резкой  потери  структурной  связности.  При  прекращении  динамических  воздействий  такая  система  восстанавливает  свою  прежнюю  прочность.  В  результате  ряда  воздействий  –  встряхивания,  перемятия,  вибрации  и  т.  п.  –  возникают  два  следующих  друг  за  другом  процесса  –  разупрочнение  и  упрочнение.  Процессы  разупрочнения  являются  следствием  механических  воздействий,  протекают  весьма  быстро.  По  прекращении  внешнего  воздействия  немедленно  начинается  обратный  процесс  –  упрочнение  грунта.  Упрочнение  –  процесс  более  медленный  и  протекает  с  неодинаковой  скоростью.  В  первое  время  восстановление  идет  сравнительно  быстро,  а  затем  замедляется.  Установлено,  что  тиксотропия  проявляется  в  грунтах,  у  которых  содержание  глинистых  частиц  превышает  2  %.  Потенциально  тиксотропными  являются  все  глинистые  грунты,  но  для  конкретного  проявления  тиксотропии  необходимы  определенные  условия  и,  в  первую  очередь,  достаточно  интенсивные  внешние  воздействия.  При  большом  количестве  глинистых  частиц  образуется  жесткий  каркас,  который  уже  труднее  поддается  разрушению,  хотя  потенциальные  возможности  для  этого  и  возрастают.

Другая  актуальная  проблема-  разжижение  песчаных  грунтов.  Среди  важнейших  факторов,  определяющих  это  явление,  следует  отметить  его  структурные  особенности  и  состояния:  степень  плотности,  литогенетическое  структурное  сцепление,  дисперсность,  степень  однородности,  форма  и  характер  окатанности  зерен,  напряженное  состояние  в  условии  деформирования  в  природных  условиях.  Еще  в  XIX  веке  русскими  строителями  при  характеристике  грунтов  способных  к  внезапному  разжижению  используется  термин  «плывун».  Основной  причиной  проявления  породами  плывунных  свойств  является  гидродинамическое  давление  поровой  воды,  которое  создается  в  результате  перепада  градиента  давления  подземных  вод  при  вскрытии  котлована.  Переход  в  плывунное  состояние  происходит  под  действием  высокого  гидродинамического  давления  потока  подземных  вод.  Коэффициент  фильтрации  достигает  1–2  м  в  сутки  и  более.  Частицы  породы  находятся  во  взвешенном  состоянии.  Трение  между  ними  равно  нулю.  Пески  этого  вида  очень  легко  оплывают.  Разжижение  плывунов  происходит  при  влажности  меньшей  полной  влагоемкости. 

Анализируя  вышеуказанные  условия  строительства  и  риски  для  малоэтажного  зданий  Владимирской  области  предлагается  устройство  мелкозаглубленных  фундаментов,  выполненных  в  виде  перекрестных  монолитных  лент.  Предлагаемое  решение  представляет  собой  многофакторное  проектирование,  учитывающее  все  выше  перечисленные  факторы  и  дающее  унифицированное  решение  для  конкретных  грунтовых  условий  строительных  площадок  во  Владимирской  области.  При  проектировании  и  строительстве  выполняется  комплекс  мероприятий,  учитывающих  влияние  сил  морозного  пучения,  реологические  процессы,  протекающие  в  грунтах,  выполнение  энергоэффективных  мероприятий  при  строительстве  и  эксплуатации  здания.  Расчет  устойчивости  фундамента  на  действие  сил  морозного  пучения  производится  на  действие  касательных  сил  пучения.  Для  снижения  теплопотерь  здания  под  полами  здания  или  надподвальным  перекрытием  укладывается  слой  пенополистирола,  толщина  которого  определяется  расчетом.  Также  утепляется  цоколь  здания  и  выполняется  теплоизоляционная  отмостка.  При  необходимости,  производится  замена  грунта  обратной  засыпки  на  непучинистый  грунт  и  выполняются  мероприятия  по  водопонижению,  применяются  обмазки  боковой  поверхности  фундаментов  вязкими  несмерзающимися  материалами  (консистентные  смазки),  а  также  гидрофобизирующими  пропитками  (смолы,  мазут,  деготь,  нефть,  битумные  мастики,  высокомолекулярные  эпоксидные  компаунды,  кремнийорганические  соединения  и  пластичные  смазки). 

Предлагаемое  решение  позволяет  в  кратчайшие  сроки  возвести  эффективную  конструкцию  фундаментов  из  местных  строительных  материалов  «своими  руками»  с  минимальными  затратами.  Предлагаемые  энергоэффективные  малозаглубленные  фундаменты  позволяют  снизить  по  сравнению  с  традиционными  заглубленными:  расход  бетона  на  50–80  %,  трудозатраты  на  40–70  %,  стоимость  на  50  %  и  более.

Список  литературы:

1. А.И.  Бек  Булатов  «Морозозащищенные  фундаменты  мелкого  заложения»  -ООО  «Пеноплэкс  СПб»,  СПб.
2. ВСН  29-85  «Проектирование  мелкозаглубленных  фундаментов  малоэтажных  сельских  зданий  на  пучинистых  грунтах».  –Минсельстрой,  М.  1985. 
3. ОСН  АПК  2.10.01.001-04  «Проектирование  мелкозаглубленных  фундаментов  малоэтажных  сельских  зданий  на  пучинистых  грунтах».  –  Министерство  сельского  хозяйства  Российской  Федерации,  М.  2004
4. «Рекомендации  по  учету  и  предупреждению  деформаций  и  сил  морозного  пучения  грунтов»  –  ПНИИИС  Госстроя  СССР,  М.  1986.
5. «Руководство  по  проектированию  оснований  и  фундаментов  на  пучинистых  грунтах».  –  НИИОСП  им.  Н.М.  Герсеванова,  М,  1979.
6. ТСН  МФ-97  МО  «Проектирование,  расчет  и  устройство  мелкозаглубленных  фундаментов  малоэтажных  жилых  зданий  в  Московской  области».  –  Министерство  строительства  администрации  Московской  области,  М.  1998.