Уроки одного строительного сезона

Почти каждой весной мне приходится обследовать загородные малоэтажные дома из-за образования трещин в стенах или подтопления цокольного этажа. Весной 2005 года я выезжал на объекты семь раз, но проблемных домов было гораздо больше. Каковы же причины разрушений конструкций?

После первых морозов в конце ноября и начале декабря наступила оттепель, в течение которой поверхностный слой грунта оставался в талом состоянии. Мо­розы установились лишь во второй поло­вине января. Они сопровождались обиль­ными снегопадами и сильными ветрами.

Во многих местах снег выдуло так, что к концу первой декады февраля из-под тонкого снежного покрова всё ещё был виден грунт. При умеренных морозах за 10 дней в этих местах грунт промёрз на глубину 0,6-0,8 м, а к концу зимнего периода - до 1,5 м. В других же местах снега намело столько, что до середины марта грунт так и оставался в талом со­стоянии. До конца зимы в этих местах промерзание было на глубину не более нескольких десятков сантиметров.

На строительных площадках с пучинистыми грунтами создались условия особенно неравномерных деформаций пу­чения, как для возводимых домов, так и для ранее построенных. Иногда эта си­туация приводила к повреждению кон­струкций. Известны случаи, когда лёгкие строения сдвигались со своих опор. На­пример, сруб бани благополучно просто­ял 18 лет на столбчатых незаглублённых фундаментах из мелких блоков. В эту же зиму произошли такие неравномерные деформации пучения, что баня при от сутствии связей фундаментов с нижней обвязкой сдвинулась с опор (рис. 1).

Рис. 1. Схема образования неравномерных деформаций пучения: 1 — поверхность талого грунта; 2 — поверхность вспученного грунта; 3 — граница промерзания; 4 — снег; d, — глубина промерзания; h, — величина пучения поверхности грунта.

• фундаменты не соответствова­ли грунтовым условиям строительных площадок и особенностям конструкции домов или были устроены вообще без каких-либо расчётов: по подобию, «на глазок». Например, ряд строительных фирм всё ещё изготавливают один и тот же фундамент под разные дома в раз­личных грунтовых условиях;
  

• во время изготовления фундамен­тов допускали отступления от требова­ний СНиП в части качества материалов и соблюдения технологии работ: при­меняли бетон низкой марки или с нару­шенным водоцементным отношением, его укладку вели некачественно, допу­скали промораживание пучинистого ос­нования под фундаментными плитами и со стороны стен цокольного этажа при возведённой коробке дома и др.
  

Считается, что плитные фундаменты - самые надёжные из всех фундаментов на естественном основании, хотя и самые дорогие. Если к зиме построен только цокольный этаж (при этом нагрузки на пли­ту от конструкций остаются небольшими) или во время строительства и эксплуата­ции дома приняты меры по предотвраще­нию промерзания пучинистого основа­ния под плитой, то фундамент останется целым.

Рис. 2. Схема разрушения фундаментной плиты под действием сил пучения: 1 — фундаментная плита; 2 — стены цокольного этажа из фундаментных блоков ФБС; 3 — плита цокольного перекрытия; 4 — трещина; 5 — стрела прогиба; d, — глубина промерзания грунта; dф, — глубина заложения фундаментной плиты; Рд — нагрузка от дома на плиту; Qf — давление пучения на плиту.

Ну а если коробка дома уже воз­ведена, на плиту сверху действуют боль­шие нагрузки. Если не принять меры по предотвращению промерзания пучини­стого основания под плитой, под действи­ем сил пучения в ней образуются тре­щины (рис. 2). Стены цокольного этажа, изготовленные из фундаментных блоков, наименее стойки к деформациям пуче­ния. При повреждённой плите трещины образуются как в блочной кладке цоколь­ного этажа, так и в кирпичной кладке над- фундаментной части дома.

Однако известны случаи образования трещин даже тогда, когда стены цоколь­ного этажа выполняли из монолитного железобетона. Причина заключалась в том, что железобетонные стены арми­рованием были жёстко связаны в еди­ную конструкцию с треснувшей плитой.

Я встречал примеры повреждения монолитных плит цокольного перекры­тия, изготовленных на песчаной отсып­ке, когда пучинистый грунт основания промерзал в процессе строительства или эксплуатации дома. Но были разру­шения домов и при устройстве столбча­тых фундаментов из буровых опор с ро­стверком в пучинистых грунтах. ­

1  Повреждения конструкций дома чаще всего происходят в тех случаях, когда фундаменты применяются без учёта инже­нерно-геологических условий строитель­ных площадок.

2  Расчёт фундаментов и оснований ма­лоэтажных домов в пучинистых грун­тах - одна из сложных и специфичных задач в строительстве. Багажа знаний про­мышленного и многоэтажного жилищного строительства здесь недостаточно. При­менение же «похожих» фундаментов при­водит, как правило, к повреждению кон­струкций дома.

3  Независимо от теплового режима дома нельзя допускать промораживания пу­чинистого основания под фундаментами и со стороны стен цокольного этажа в процес­се строительства и эксплуатации. Если уте­пление не предусмотрено проектом, в про­цессе стройки зимой конструкции должны быть временно утеплены или в цокольных помещениях обогревом должна быть обе­спечена температура воздуха не ниже 0°С.

4 Для обеспечения надёжности при воз­ведении коттеджей на пучинистых грунтах необходим правильный выбор кон­струкции стен цокольного этажа. Их устрой­ство из фундаментных блоков оправдано в практически непучинистых грунтах, а также в слабо- и среднепучинистых, если нагруз­ки от дома превышают касательные силы пучения, действующие по боковой поверх­ности заглублённых конструкций.

5  При строительстве коттеджей на сред­не- и сильнопучинистых грунтах более надёжными являются стены цокольного этажа (наружные и внутренние), выполнен­ные из монолитного железобетона в виде единой рамной конструкции, не связан­ной армированием с фундаментной пли­той. При этом расчёт стен на устойчивость обязателен.

6 Применение столбчатых фундамен­тов из цилиндрических буровых опор с ростверком на грунте (в средне- и силь­нопучинистых грунтах) под коттеджами с кирпичными или блочными стенами не рекомендуется из-за возникновения боль­ших деформаций пучения, которые могут превысить допустимую величину.

Двухэтажный кирпичный коттедж с утеплённой мансардой и цокольным этажом на плите

Дом находился в аварийном со­стоянии. Раскрытие трещин в верхней части стен достигло 10 см. Цокольный этаж со стенами из фундаментных блоков заглублён в грунт на 2,4 м и опирается на фун­даментную плиту толщиной 0,35 м. Под плитой изготовлена подбетон- ка толщиной 0,1 м. Все проёмы дома были раскрыты, и в цокольном этаже была такая же отрицательная температура, как и на улице. Характер трещин в стенах указывал, что разрушение плит­ного фундамента произошло под действием сил пучения. Трещину в плите обнаружили после очистки её от строительного мусора и льда. Изучение проектной документа­ции показало, что инженерно-гео­логические изыскания на площад­ке строительства не проводили. За основание фундамента были при­няты пески пылеватые, средней плотности, маловлажные при от­сутствии грунтовых вод, то есть не- пучинистые грунты. Проведённые впоследствии рядом с коттеджем инженерно-геологиче­ские изыскания показали, что пло­щадка строительства сложена глина­ми: на поверхности — полутвёрдой и тугопластичной консистенции, а ни­же нормативной глубины промер­зания (1,4 м) — мягкопластичной консистенции. По степени морозо- опасности первые характеризуются как слабопучинистые, а вторые — под подошвой фундамента — как сильнопучинистые грунты. Армирование плиты не было рас­считано на совместное действие сил пучения снизу и нагрузок от надфундаментной части дома сверху (см. рис. 2). После образова­ния трещины геометрия попереч­ного сечения плиты изменилась: её деформации намного превысили ве­личину, допустимую для кирпичной кладки стен. Было установлено также, что марка уложенного бетона не соответствует проектной. Требовалось уложить бе­тон марки В12,5 (М 150), а был приме­нён такой же бетон, как и для подбе- тонки — В10 (М 100), может, и меньше. Кроме того, обратная засыпка па­зух котлована была выполнена мест­ным пучинистым грунтом. Ничего не было сделано для предотвраще­ния попадания осенних осадков в котлован. Как защитить дом от дальнейшего разрушения Были предприняты следующие срочные меры: для прекращения выхолажи­вания цокольного этажа все про­ёмы были закрыты целлофановой плёнкой; начали обогрев всех помеще­ний для поддержания в них поло­жительной температуры до оконча­ния морозов; для наблюдения за состоянием трещин в процессе оттаивания ос­нования на них установили алеба­стровые маяки. Проект усиления и восстановле­ния конструкций здания был разра­ботан после оттаивания грунтов и стабилизации деформаций. Летом предстояло откопать во­круг дома пазуху котлована ши­риной 0,6 м и засыпать её непу- чинистым грунтом, выполнить вертикальную планировку, устро­ить отмостку и в дальнейшем зи­мой не допускать промораживания основания под плитой и со стороны стен цокольного этажа.

Фундамент из буровых опор

Характерный пример поврежде­ний, возникших вследствие неква­лифицированного проектирования фундаментов, представляет дом, за­стройщик которого уже в течение не­скольких лет не мог закончить стро­ительство из-за многочисленных трещин в цоколе и стенах, появив­шихся уже после первого зимнего сезона в 2003 г. Стены одноэтажного с мансардой бесподвального дома выполнены из пенобетонных блоков с облицов­кой в полкирпича. Столбчатый фун­дамент сделан из 32-х железобетон­ных буровых опор 0 0,2 м и длиной 1,5 м, заглублённых в грунт на 1,6 м (рис. 3). Шаг опор в разных частях дома переменный — от 1,4 до 1,8 м. По верху опор проектом предусмо­трен ростверк высотой 0,6 м и шири­ной 0,4 м. Ростверк заглублён в грунт на 0,1 ми одновременно может слу­жить цоколем. Однако верхняя часть ростверка находится над поверхно­стью грунта только на 0,3 м, что явно недостаточно для климатических ус­ловий Московской области. Ростверк устроен на песчаной подушке толщи­ной 0,1 м. Фундамент изготовлен во второй половине апреля 2002 г. Рис. 3. Конструкция столбчатого фундамента под домом, повреждённым пучением. Инженерно-геологические изы­скания на площадке строительства не проводились и принятые кон­структивные решения по фундамен­ту ничем не обоснованы. К 20 апреля 2005 г. дом находился в стадии незавершённого строитель­ства. Изготовлены фундамент, короб­ка дома, крыша, установлены окна и входная дверь. Вокруг фундамента за­сыпка пазух траншей выполнена мест­ным пучинистым грунтом, планировка и отмостка отсутствуют. Уровень грун­товых вод (верховодка) находился все­го на 15 см ниже поверхности грунта. Внутри дома вода стояла слоем 5 см. На ростверке-цоколе с внешней стороны во многих местах наблюда­лись трещины, которые продолжа­лись в кирпичной кладке. Раскрытие трещин в верхней части стен доходи­ло до 3 мм и более. Внутри дома, в кладке пенобетонных блоков, также образовались трещины, в основном в местах оконных и дверных проёмов. Для определения причин образова­ния трещин были рассчитаны нагруз­ки от надфундаментной части дома на опоры. Расчёты показали, что в раз­ных частях дома нагрузки на опоры существенно различаются в пределах от 1,35 до 6,4 тонно-сил (тс).        Расчёт максимально и минимально возможных нагрузок на опоры при высоком уровне грунтовых вод показал, что в лучшем случае допустимая нагрузка на одну опору не превышает 1,7 тс. Оказалось, что только 3 опоры из 32-х были способны воспринять проектную нагрузку. Был проверен вариант, когда в результате осадки буровых опор монолитный железобетонный ростверк-цоколь может быть включён в работу конструкции как ленточный фундамент. При наиболее благо­приятных грунтовых условиях ро­стверк вместе с опорами способен нести проектные нагрузки, но при неблагоприятных условиях 20% опор останутся перегруженными. Расчётная величина касательных сил пучения, которая может дей­ствовать по боковой поверхности опоры (в предположении, что по степени морозоопасности грун­ты относятся к среднепучинистым грунтам (tH = 9 тс/м2 - не самый худший случай), составляет 8,1 тс и превышает максимальные на­грузки от дома. Таким образом, все опоры фундамента обследуемого дома не устойчивы против сил мо­розного пучения. Если учесть, что нормальные си­лы морозного пучения действу­ют ещё на подошву ростверка, то неустойчивость опор существен­но возрастает. Из-за разных на­грузок на опоры их перемещения под действием сил пучения будут неравномерными. Жёсткость поперечного сечения ростверка-цоколя оказалась недо­статочной для нивелирования не­равномерных деформаций пучения, а его армирование недостаточно для воспринятия растягивающих напряжений в бетоне, возникаю­щих при пучении. Что было предложено сделать Для исключения вредного влия­ния сил пучения на постройку бы­ли предложены наиболее простые и экономичные конструктивные и мелиоративные мероприятия: в процессе достройки следую­щей зимой обеспечить внутри до­ма тепловой режим, при котором в уровне грунта температура воз­духа не опускалась бы ниже 0°С. Этот режим следует поддерживать и при дальнейшей эксплуатации дома; до зимы нужно откопать во­круг дома траншеи на глубину за­ложения ростверка шириной 0,4 м и засыпать их непучинистым грун­том (крупным или средней крупно­сти песком); заложить вокруг дома в уров­не поверхности грунта утепли­тель марки «Пеноплэкс» толщиной 50 мм и шириной 1,2 м; для отвода ливневых и павод­ковых вод от дома следует устро­ить по утеплителю планировку и отмостку высотой не менее чем 100 мм и с уклоном 5%, а плани­ровку за пределами отмостки — с уклоном 2-3%; для тех же целей по грани­це участка или призмы планиров­ки необходимо устроить ливнесто­ковые лотки с уклоном в сторону естественного понижения участка.