УДК 624.131.524.2
ПРИМЕНЕНИЕ УТЕПЛЕННЫХ ОТМОСТОК ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ПУЧЕНИЯ МАЛОЗАГЛУБЛЕННЫХ ФУНДАМЕНТОВ В УСЛОВИЯХ СИБИРИ
Бедова М.Н., Громов П.А.
научный руководитель канд. техн. наук Холодов С.П.
Инженерно-строительный институт
В связи с большим распространением пучинистых грунтов, в климатических условиях Сибири принято принимать глубину заложения фундаментов ниже глубины промерзания df. Однако для малоэтажных зданий ( 1-3 этажа ) такие фундаменты являются не экономичными. При строительстве легких зданий несущая способность глубокого фундамента используется не более, чем на 10 - 20 %. То есть, 80 - 90 % вкладываемых материалов и средств, используемых при строительстве фундамента, расходуются впустую. Это увеличивает общую стоимость строительства на
20 - 50 %.
Вместе с тем существуют конструкции мелкозаглубленных фундаментов ( МЗФ ) подошва которых закладывается в сезонно - промерзающий грунт на глубину 30 – 60 см. Конструкция фундамента, представляет собой жесткую раму, которая в зимне-весенний период перемещается вместе с относительно легким домом, что не сказывается негативно на его эксплуатации. В качестве такой рамы выступает монолитный железобетонный ленточный фундамент, уложенный на подушку из непучинистого материала, уменьшающего величину и неравномерность перемещений фундамента. При таком конструктивном решении расход бетона сокращается на 50 - 80 % по сравнению с заглубленным фундаментом, а трудозатраты на 40 - 70 %. Для Подмосковья даже разработаны "Территориальные строительные нормы ТСН МФ-97 МО" на проектирование, расчет и устройство таких фундаментов [ 1 ].
Определим наибольшую глубину промерзания при которой могут использоваться МЗФ для усредненные условия пучения. Для этого используем методику [ 1 ].
Для расчета выберем среднепучинистый грунт с εfh = 0,05, кирпичное здание, ленточный фундамент с глубиной заложения d= 0,6 м и толщиной песчаной подушки hп=0,2 м. Величина предельно-допустимых деформаций основания для данных условий по таблице 3.1 [ 1 ] равна Su =2,5 см.
Подставим эти величины в расчетные формулы и решим систему уравнений относительно df.. Глубина промерзания найденная таким способом составляет 1,65 м . Это означает ,что при большей df условие hfр ≤ Su для наиболее распространенных грунтовых и конструктивных условий не выполняется, применение МЗФ невозможно.
Однако на территории России существуют районы с более суровыми климатическими условиями. Эта область расположена между изолинией глубины промерзания dfn = 1,65 м и границей многолетнемерзлых грунтов. Сюда входят: северо-восток Европейской части России ( республика Коми, Пермский край ), Урал
( Свердловская и Челябинская области ), средняя часть и юг западной Сибири
( Курганская, Омская, Томская, Новосибирская, Кемеровская области, часть Тюменской области и Красноярского края ), юг Дальнего Востока ( часть Хабаровского и Приморского края ).
На эту область приходится 20 % территории России (включая основные районы нефтедобычи) и 23% ее населения. Условно будем называть эту область регионом с большой глубиной промерзания.
Для средней части и юга западной Сибири глубина промерзания dfn ˃ 1,65 м. Поэтому для зданий с неотапливаемым и переменным режимом эксплуатации МЗФ неприменимы df = dfn·n ˃ 1,65 м ( n = 1,0 ).
В условиях Сибири для снижения деформаций пучения грунта целесообразно применение утепленных отмосток . Одним из последних документов, определяющих порядок расчета таких конструкций является Стандарт организации ФГУП « НИЦ « Строительство » ООО Пеноплэкс «Применение теплоизоляции из плит полистирольных вспененных экструзионных Пеноплекс при проектировании и устройстве малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах» СТО 36554501-012-2008 [ 2 ], который использует опыт Западной Европы и США.
Однако использование утепленных отмосток с полным исключением промерзания грунта под фундаментом ( зарубежный опыт ) для Сибирских условий нецелесообразно. При существующих ценах на материалы, такие конструкции получаются более дорогими чем традиционные и не решают вопроса об экономичном фундаменте.
Для предварительной оценки эффективности предлагаемого приема целесообразно определять величину снижения деформаций пучения с помощью имеющихся аналитических решений. Для определения глубины промерзания грунта под слоем теплоизоляции dfi используем выражение (134 ) [ 3 ].
dfi=df0 – (bi/df0)·(df0 –(df02+Sc2)0,5+Sc), где Sc= λf ·(1/αc+δi/λi) ( 1 )
здесь Sc – толщина эквивалентного слоя, м; df0 – расчетная глубина промерзания грунта у фундамента при оголенной поверхности, м; bi – ширина слоя теплоизоляции, м; δi – толщина теплоизоляции, м; αc – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2 · °С); λf - коэффициент теплопроводности мерзлого грунта, Вт/(м · °С); λi - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, Вт/(м · °С).
Определим глубину промерзания под внешней гранью фундамента в нашем случае при наличии горизонтальной теплоизоляции ( df0 = 2,5; bi = 1,0; δi = 0,11; αc = 23; λf = 1,07; λi = 0,05 ). Формула ( 1 ) дает значение dfi = 1,91 м.
За счет утепленной отмостки глубина промерзания под фундаментом будет уменьшаться на величину Z, равную под внешней гранью фундамента
Z = df0 - dfi = 2,5 - 1,91 = 0,59 м.
Для оценки величины hfi в этом случае используем формулы [ 1 ] с добавлением в числитель Z м.
hfi =  1,5 = 0,015 м 
Расчеты показывают высокую эффективность утепленной отмостки в случае сохранения большей части мерзлого грунта под фундаментом. Пройдя планируемый натурный эксперимент, и накопление опыта эксплуатации таких фундаментов эта конструкция может существенно расширить область применения экономичных МЗФ.
В таблице показана величина снижения деформаций пучения грунта для различных размеров утепленной отмостки нашего случая.
Таблица
Влияние ширины отмостки B на деформации пучения 
-
Ширина отмостки B , м
|
Уменьшение
 Z , м
|
Деформация пучения , м
|
Процент снижения
|
0,0
0,2
0,4 0,6
0,8
1,0
|
0,00
0,12
0,24
0,35
0,47
0,59
|
0,052
0,043
0,036
0,029
0,022
0,015
|
0
17
31
44
58
71
|
Анализ материалов таблицы позволяет сделать следующие выводы :
- в пределах региона России с большой глубиной промерзания ( при dfn > 1,65 м ) традиционные фундаменты на пучинистых грунтах ( имеющие d ≥ df ) с давлением под подошвой меньше 1,4 кг/см2 ( кирпичные и деревянные здания высотой 1 – 3 этажа ) неэкономичны;
- для этих условий также невозможно применение малозаглубленных фундаментов без дополнительных приемов снижения пучинистых свойств основания. Для снижения деформаций пучения МЗФ возможно использование утепленной отмостки;
- использование утепленной отмостки с полным оттаиванием основания под малозаглубленным фундаментом в условиях региона с большой глубиной промерзания нецелесообразно. Даже для условий Европейской части России такие конструкции увеличивают стоимость фундаментов по сравнению с традиционными до четырех раз;
- целесообразно использование утепленной отмостки меньших размеров с целью уменьшения глубины промерзания грунта df и доведения величины подъема малозаглубленного фундамента hfi до Su. Однако инженерная методика расчета таких конструкций недостаточно проработана. В данной работе рассматриваются только деформации пучения;
- использование утепленной отмостки предложенным способом позволит снизить деформации пучения малозаглубленных фундаментов в 2,5 - 3,5 раза, до допустимых, и сделает возможным применение этих экономичных конструкций условиях региона с большой глубиной промерзания.
Литература :
1.-ТСН МФ-97 МО .Территориальные строительные нормы. «Проектирование, расчет и устройство мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных жилых зданий в Московской области». – М.: НИИОСП Госстроя РФ, ЦНИИЭПсельстрй, Мосгипронисельстрой, НИИ Мосстрой, 1998.
2.- СТО 36554501-012-2008 - «Применение теплоизоляции из плит полистирольных вспененных экструзионных Пеноплекс при проектировании и устройстве малозаглубленных фундаментов на пучинистых грунтах». – М.: НИИОСП Госстроя РФ, ФГУП НИЦ Строительство , ООО Пеноплэкс СПб , 2008.
3.- Рекомендации по учету и предупреждению деформаций и сил морозного пучения грунтов / ПНИИИС. – М.: Стройиздат, 1986.
|
