ПРОТИВОПУЧИННЫЙ ФУНДАМЕНТ ЗДАНИЯ С ПОДВАЛОМ
ANTI-HEAVING FOUNDATION OF BUILDING WITH BASEMENT

Изобретение относится к области строительства, в частности к строительству малоэтажных зданий с подвалом, возводимых на пучинистых грунтах в районах с глубоким сезонным промерзанием, где глубина промерзания может достигать 4 м и более.
Известны типовые конструкции сборных и монолитных фундаментов малоэтажных сельских зданий с подвалом, утвержденные Государственным комитетом по гражданскому строительству и архитектуре при Госстрое СССР (Серия 2.210-1. Детали цоколя и стен подвала общественных зданий. Выпуск 6. Фундаменты и стены подвалов малоэтажных сельских зданий, 1972).
Недостатком этих конструкций является то, что они не рассчитаны для строительства на пучинистых грунтовых основаниях в районах с глубоким сезонным промерзанием. В соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-83* подошву таких фундаментов необходимо закладывать ниже глубины промерзания, а для защиты их боковой поверхности от сил пучения следует заменить значительную часть окружающего грунта непучинистым материалом, что приведет к существенному удорожанию строительства.
Известен фундамент здания с подвалом, включающий сборные несущие железобетонные стены, расположенные под ними и уложенные на грунт сборные бетонные блоки и железобетонные плиты пола, установленные на эти блоки. В пространство, образованное сборными блоками и железобетонными плитами, осуществляется подача теплого воздуха (патент SE №466804, E02D 27/01, 1990).
Основным недостатком этого решения является значительное расходование тепла при искусственном обогреве основания. Кроме того, при прекращении обогрева помещения подвала в зимний период данная конструкция оказывается незащищенной от действия касательных и горизонтальных нормальных сил морозного пучения, действующих на боковую поверхность фундамента.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является подземная конструкция, служащая в качестве фундамента частного жилого дома, включающая заглубленную часть, консольную фундаментную плиту и фундаментные балки, установленные на нее (патент JP №2002180477, E02D 27/00, E02D 27/01, E02D 29/00, Е04Н 1/02, 2002).
Недостатком этой конструкции является то, что она не рассчитана для строительства на пучинистых грунтовых основаниях, так как отсутствует защита консольной фундаментной плиты от воздействия нормальных сил морозного пучения. Кроме того, при прекращении обогрева помещения подвала в зимний период указанная конструкция оказывается незащищенной от действия касательных и горизонтальных нормальных сил морозного пучения, действующих на боковую поверхность фундамента.
Задачей настоящего изобретения является разработка экономически целесообразной конструкции фундамента малоэтажного здания с подвалом, пригодной для строительства на пучинистых грунтах в районах с глубоким сезонным промерзанием.
Сущность изобретения заключается в том, что стены подвала отнесены на некоторое расстояние от внешних границ здания к центру, а наружные стены надземной части установлены на консоли надподвального железобетонного перекрытия. Конструкции подвала могут быть выполнены как из монолитного железобетона, так и из сборных железобетонных элементов с бетонной конструкцией пола подвала по грунту. Сопряжение стен подвала с перекрытием может быть как жестким, так и шарнирным, так как при данном техническом решении исключается возможность возникновения горизонтальных сил пучения, действующих на боковую поверхность фундамента. Нагрузка от стен надземной части полностью передается через консоли на конструкции подвала, передача давления на грунт под консолями не предусмотрена. Толщина и длина консоли зависят от действующих на нее нагрузок и определяются по расчету.
Под консолями надподвального перекрытия и наружной отмосткой для недопущения возникновения значительных вертикальных нормальных сил морозного пучения расположена подушка-компенсатор из непучинистого материала, выполняющая роль компенсатора вертикальных деформаций морозного пучения и оттаивания и снижающая давление промерзающего грунта на перекрытие. В качестве материала, способного упруго деформироваться под нагрузкой, применяется совокупность гранул термо-морозо-кислото-щелочестойкой резины размером 5-25 мм, промежутки между которыми заполнены крупным песком. Толщина подушки определяется прогнозируемой величиной подъема поверхности грунта в результате морозного пучения и устанавливается расчетом из условия необходимой степени компенсации деформаций промерзающего основания. Избыточная вода из подушки-компенсатора отводится в дренажную систему.
При расчете перекрытия над подвалом следует учесть воздействие вертикальных нормальных сил морозного пучения грунта на консоли снизу, допустимая величина которых регулируется параметрами подушки-компенсатора.
Для сокращения теплопотерь здания стены подвала и консоли снаружи утеплены слоем экструдированного пенополистирола. Несмотря на это, в том случае, когда в помещениях в течение зимнего периода поддерживается положительная температура порядка +16°С и выше и прекращение отопления на долгий срок невозможно, заявленная конструкция фундамента может применяться без устройства дополнительной теплоизоляции поверхности грунта, уменьшающей глубину промерзания. В результате теплотехнических расчетов авторы установили, что в этом случае нулевая изотерма за зиму не достигает стен подвала при вылете консоли порядка 0.8 м, тем самым исключается возможность возникновения дополнительного механического воздействия на подземную часть здания со стороны промерзающего грунта.
В общем случае, когда здание в течение зимнего периода постоянно не эксплуатируется или существует вероятность длительного прекращения обогрева помещений, глубина промерзания грунта в основании здания уменьшается за счет устройства дополнительной теплоизоляции из экструдированного пенополистирола. Полоса теплоизоляции размещается вдоль наружной стены под отмосткой на поверхности подушки из непучинистого материала. Ее ширина, толщина и теплофизические параметры подбираются по теплотехническому расчету из условия недопущения промерзания грунта у конструкций подвала.
Отличительной положительной особенностью предлагаемого фундамента является использование в качестве его основания, за исключением верхнего слоя непосредственно под консолями перекрытия, местного пучинистого грунта, как под подошвой фундамента, так и для обратной засыпки пазух котлована, так как в данном решении исключается возможность его промерзания. Стены подвала могут быть изготовлены и по технологии «стена в грунте», т.е. без предварительной откопки котлована. Указанное обстоятельство увеличивает экономическую целесообразность применения такой конструкции.
При анализе уровня техники не выявлен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого решения, т.е. оно отвечает требованиям новизны.
Не выявлены также признаки, являющиеся отличительными в заявляемом решении, т.е. оно отвечает требованию изобретательского уровня.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображен общий вид фундамента малоэтажного здания с подвалом, выполненного из монолитного железобетона; на фиг.2 - то же при изготовлении стен подвала из сборных железобетонных элементов и бетонной конструкции пола подвала по грунту; на фиг.3 - фрагмент опорного сечения монолитного фундамента.
Противопучинный фундамент здания с подвалом включает заглубленную часть, отнесенную на некоторое расстояние от внешних границ здания к центру и выполненную в виде монолитных железобетонных стен 1 и фундаментной плиты 2 (фиг.1) или сборных железобетонных стен 1а и бетонной конструкции пола по грунту 2а (фиг.2). Наружные стены надземной части 3 установлены на консоли надподвального железобетонного перекрытия 4, которое полностью передает приходящую нагрузку на стены подвала 1 (1a). Узел сопряжения стен подвала с перекрытием может быть как жестким, так и шарнирным. Под консолями надподвального перекрытия 4 и наружной отмосткой 5 для недопущения возникновения значительных вертикальных нормальных сил морозного пучения выполнена подушка-компенсатор 6 из непучинистого материала, обладающего значительными упругими свойствами, предназначенная для уменьшения давления морозного пучения на консоли перекрытия. Отвод воды из этого слоя осуществляется по пластмассовой дренажной трубе 7. Для сокращения теплопотерь здания стены подвала и консоли снаружи утеплены слоем экструдированного пенополистирола 8. При необходимости вдоль наружной стены под отмосткой на поверхности подушки из непучинистого материала размещается полоса дополнительной теплоизоляции из экструдированного пенополистирола 9.
При промерзании пучинистого грунта основания 10 предлагаемая конструкция противопучинного фундамента препятствует проникновению фронта промерзания 11 к конструкциям подвала за счет отнесения заглубленной части на некоторое расстояние от внешних границ здания к центру, а также за счет устройства дополнительной теплоизоляции поверхности грунта 9, если она необходима. Тем самым не допускается дополнительное механическое воздействие на конструкции подвала. Вертикальные деформации пучения грунта под консолями надподвального перекрытия 4 воспринимаются деформирующейся подушкой-компенсатором 6, благодаря чему вертикальные нормальные силы морозного пучения, действующие на консоли, значительно снижаются, не оказывая влияния на устойчивость и эксплуатационные характеристики элементов конструкции здания.