ФУНДАМЕНТ ДЛЯ МАЛОЭТАЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА НА СЛАБЫХ ГРУНТАХ

2
Полезная модель относится к строительству фундаментов малоэтажных зданий на слабых грунтах, которые характеризуются с одной стороны небольшим весом малоэтажного здания, а с другой стороны - слабыми несущими свойствами основания (менее 1 кг/м).
В традиционных решениях согласно строительным правилам (СП-50-101-2004 п.8.3 указывается, что «в сложных инженерно-геологических условиях (специфические грунты, высокий уровень подземных вод и др.) могут быть использованы типы фундаментов, указанные в п.8.2 б и в», т.е. «фундаменты на локально уплотненных основаниях (в вытрамбованных или выштампованных котлованах, забивные блоки и др.), короткие сваи». В п.8.9 этого же СП указано «сборно-монолитные и монолитные фундаменты всех стен должны быть жестко связаны между собой и объединены в систему перекрестных лент». К специфическим грунтам относятся также насыпные, обводненные, заторфованные и др.
Известны заглубленные ленточные фундаменты, у которых подошва располагается на глубине промерзания или ниже (Яковлев Р.Н. Универсальный фундамент. Технология ТИСЭ, 2006 г.).
Известны столбчато-ленточные фундаменты, включающие столбы, заложенные на глубину промерзания, и ленту-ростверк, соединяющую верхние оголовки столбов в единую конструкцию. Отличительная особенность такого фундамента - наличие воздушного зазора 10…15 см под лентой. Снаружи зазор закрыт отмосткой, не связанной с лентой-ростверком. При устройстве фундамента на пучинистых грунтах воздушный зазор компенсирует расширение пучинистого грунта, а на непучинистых - обеспечивает «мягкое» опирание дома на основание. (Яковлев Р.Н. Универсальный фундамент. Технология ТИСЭ, 2006 г.)
Известен мелкозаглубленный фундамент, который представляет собой бетонный или железобетонный элемент, уложенный, как правило, на подушку или подсыпку из непучинистого материала, которые уменьшают перемещения фундамента как в период промерзания грунта, так и при его оттаивании. В качестве материала для устройства подушки (подсыпки) может быть использован песок гравелистый, крупный или средней крупности, мелкий щебень, котельный шлак, а также непучинистые грунты. (ВСН 29-85. Проектирование мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах. Москва 1985 г. Пункт 3.2-3.4, рис.2).
Известен мелкозаглубленный ленточный железобетонный фундамент со сплошным поперечным сечением, установленный на подсыпку из песка, уложенного в траншею. (Яковлев Р.Н. «Новые методы строительства» - Технология ТИСЭ ООО «Аделант», 2006. - 480 с. Рис.4.14. с 84).
Недостатками известных аналогов фундаментов являются недостаточная надежность для строительства на слабых, просадочных, пучинистых грунтах и в сейсмических зонах по причине чувствительности к неравномерным деформациям грунта, существенные теплопотери через фундамент, повышенная материалоемкость и высокие трудозатраты, связанные с упрочнением основания и использованием специализированной техники.
Известен незаглубленный фундамент, взятый за прототип, уложенный на локально уплотненном основании, выполненный в виде железобетонного и бетонного элемента, размещенного на подушке из непучинистого материала - песка крупного и средней крупности, мелкого щебня и т.п. Этим материалом заполняют (с послойным уплотнением, как при устройстве подушки) и пазухи траншеи. Элементы фундамента, соединены между собой сваркой или скрутками через выпуски арматуры, заполнены бетоном и образуют сборно-монолитную горизонтальную раму, перераспределяющую неравномерные деформации грунта. (Боданов Ю.Ф. Фундамент от А до Я. Москва, 2005 г. рис.39 стр.75, прототип).
Недостатками прототипа являются: во-первых, высокие трудозатраты из-за необходимости предварительного локального усиления основания с помощью специальной техники различными специальными средствами вплоть до замены слабых и пучинистых грунтов, при этом пренебрегают естественными несущими свойствами слабых грунтов, что приводит к нарушению экологии и нарушению естественной природной структуры грунтов и сложившегося гидрологического режима подземных вод; во-вторых, недостаточная жесткость рамы для обеспечения малой чувствительности к неравномерным деформациям грунта из из-за сплошного прямоугольного поперечного сечения железобетонного элемента, в-третьих, низкие теплозащитные свойства, не предотвращающие возможность морозного пучения, и повышенный расход бетона на увеличение высоты железобетонного элемента для обеспечения достаточной жесткости. В целом устройство таких фундаментов не экономично, трудоемко и малоэффективно в эксплуатации, а для обеспечения требуемой жесткости делает их тяжелыми (т.е. нагрузка от веса фундамента по отношению к верхнему строению составляет значительную часть полезной нагрузки, порядка 20% и более), что не выгодно для слабых грунтов.
Задачей полезной модели является снижение трудозатрат при строительстве фундамента, повышение жесткости, надежности эксплуатации, улучшение теплозащитных свойств и снижение расхода бетона и железобетона.
Для решения поставленной задачи в фундаменте для малоэтажного строительства на слабых грунтах, включающем ленточный железобетонный фундамент под всеми несущими стенами здания, из связанных между собой и объединенных в систему перекрестных лент, согласно полезной модели, фундамент для малоэтажного строительства в монолитном или сборно-монолитном исполнении выполнен в виде плитно-рамного фундамента под всеми несущими стенами здания, уложен на выровненное основание без его усиления специальными средствами на гидроизоляционном слое в виде пленки под все здание, включая отмостку, поперечное сечение элементов плитно-рамного фундамента имеет замкнутую коробчатую форму, состоящую из верхней и нижней железобетонных плит, объединенных с крайними боковыми и средним утолщенным ребрами, между которыми уложен плитный утеплитель, выступающая часть плитно-рамного фундамента за плоскости наружных стен выполняет роль цоколя и состыкована с отмостками, уложенными на утепленное основание в случае пучинистых грунтов, пространство между элементами рамы заложено земляной массой и слоем утеплителя поверху, образующим несущую конструкцию пола первого этажа.
Согласно полезной модели, в сборно-монолитном исполнении элементы плитно-рамного фундамента выполнены в заводском исполнении как сборные с выпусками арматуры для стыковки с арматурой соседних элементов с замоноличиванием узла.
На фиг.1 схематично изображен фундамент для малоэтажного строительства на слабых грунтах в монолитном исполнении, аксонометрия; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - узел Б на фиг.2; на фиг.4 - фундамент для малоэтажного строительства на слабых грунтах в сборно-монолитном исполнении, аксонометрия; на фиг.5 - элемент плитно-рамного фундамента с выпусками арматуры заводской готовности для сборно-монолитного возведения.
Фундамент для малоэтажного строительства на слабых грунтах, изображенный на фиг.1, выполнен в виде плитно-рамного фундамента 1 в монолитном исполнении из элементов 2 и расположен под несущими стенами здания (условно не показано). Плитно-рамный фундамент уложен на выровненное основание 3 без его усиления специальными средствами с укладкой на нем гидроизоляционного слоя 4 в виде пленки под все здание. Поперечное сечение элементов 2 плитно-рамного фундамента 1 имеет замкнутую коробчатую форму (фиг.2), состоящую из верхней 5 и нижней 6 железобетонных плит, объединенных с крайними боковыми 7 и средним утолщенным 8 армированными ребрами (фиг.3). Между ребрами 7, 8 уложен плитный утеплитель 9, являющийся несъемной опалубкой боковых ребер 7. Выступающая часть плитно-рамного фундамента за плоскости наружных стен выполняет роль цоколя и состыкована с отмостками 10, уложенными на покрытое гидроизоляционным слоем 4 основание, снабженное утеплителем 11 в случае пучинистых грунтов. Пространство между элементами 2 плитно-рамного фундамента заложено земляной массой 12 и слоем утеплителя 13 поверху, образующим несущую конструкцию пола первого этажа.
Фундамент для малоэтажного строительства на слабых грунтах, изображенный на фиг.4, выполнен в сборно-монолитном исполнении и содержит элементы плитно-рамной системы 14, изготовленные на заводе по требуемым размерам с выпусками арматуры 15 по торцам (фиг.5). При сборке выпуски арматуры связываются, а узлы замоноличиваются. Кроме того, стыки могут выполняться с помощью сварки закладных деталей, установленных в элементах плитно-рамной системы 14 (условно не показано).
Наличие гидроизоляционного слоя в виде пленки под все здание, изолирующей фундаментное строение от основания и выполняющей роль скользящего слоя, способствует уменьшению передачи горизонтальных сейсмических воздействий на фундамент и все строение.
Производство работ по устройству фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах в монолитном исполнении осуществляется следующим образом.
На выровненное основание 3 укладывается несколько слоев гидроизоляционной пленки 4 с низким коэффициентом трения под всю площадь здания, включая отмостку 10. На нее устанавливается опалубка для формования плитно-рамного фундамента 1 под несущие стены. В опалубку укладывается и сваривается арматура нижней плиты 6 с выпусками арматуры для боковых 7 и утолщенных 8 ребер (условно не показано). Бетонируется нижняя плита 6. На нее устанавливается плитный утеплитель 9, который служит несъемной опалубкой боковых ребер 7 и утолщенного ребра 8. Далее устанавливается арматура верхней плиты 5 и осуществляется совместное бетонирование ребер 7, 8 и верхней плиты 5. Пространство между формованными элементами 2 заполняется земляной массой 12, на поверхность которой укладывается слой утеплителя 6, например керамзит или плитный. Выступающая часть плитно-рамного фундамента за плоскости наружных стен, выполняющая роль цоколя, стыкуется с отмостками 10, которые укладывают на покрытое гидроизоляционным слоем 4 основание, утепленное в случае пучинистых грунтов. При этом на гидроизоляционную пленку 4 по периметру фундамента укладывается теплоизоляция 11 с последующим бетонированием отмостки 10.
Производство работ по устройству фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах в сборно-монолитном исполнении осуществляется следующим образом.
На выровненное основание 3 укладывается несколько слоев гидроизоляционной пленки 4 с низким коэффициентом трения под всю площадь здания, включая отмостку 12. На нее под несущие стены укладываются элементы 2 плитно-рамной системы 14 с выпусками арматуры 15, изготовленные на заводе. В стыкуемых местах выпуски арматуры 15 связываются либо свариваются. Далее места сопряжения элементов замоноличиваются. Пространство между элементами 2 заполняется слоем грунта 12, на поверхность которого укладывается утеплитель 13 (керамзит или плитный и др.). На гидроизоляционную пленку 4 по периметру фундамента укладывается теплоизоляция 11 с последующим бетонированием отмостки 10.
При необходимости для хозяйственных и эксплуатационных нужд в промежутке между рамными элементами может быть устроено подземное помещение (техническая полость), имеющая независимые конструктивные решения от плитно-рамного фундамента. Это очень важно для слабых грунтов, так как помещение фактически находится в выгодных утепленных условиях и используется для хозяйственных нужд.
Технико-экономическое преимущество:
Применение фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах в монолитном или сборно-монолитном исполнениях позволяет строить в сложных грунтовых условиях (на весьма слабых, просадочных, пучинистых грунтах и др.) без предварительного упрочнения грунта, используя естественные свойства грунтов, совмещающие конструктивные и функциональные свойства и обеспечивающие прочность, жесткость, позволяет использовать любой утеплитель. За счет пространственного рационального формообразования повышается изгибная жесткость, благодаря этому конструкция становится малочувствительной к неравномерным деформациям основания, тем самым повышается надежность эксплуатации без предварительных значительных земляных работ и устройства подушки.
Данная конструкция способствует сокращению трудозатрат и снижению себестоимости строительства за счет сокращения объема земляных работ, которые сведены к минимуму, не требуется устройство земляной подушки и использование специализированной техники, а также не требуется дополнительное утепление цоколя.
Данная конструкция обеспечивает жесткость, благодаря пространственному формообразованию элементов плитно-рамного фундамента.
Данная конструкция способствует улучшению теплозащитных свойств за счет снижения теплопотерь через пол и фундамент на 10-15%. Утеплитель защищен от влаги и разрушения, т.е. обеспечена его долговечность, а, значит, надежная защита грунта от морозного пучения. Кроме того, утепленная масса грунта образует несущую конструкцию фундамента пола.
Скользящий слой в виде нескольких слоев пленки под фундаментной системой выполняет гидроизоляционные функции, создает возможность проскальзывания мощной сейсмической волны под фундаментом.
Таким образом, данная конструкция фундамента для малоэтажного строительства на слабых грунтах в монолитном или сборно-монолитном исполнениях обладает надежностью, долговечностью, экономичностью.