Яковлев - Технология ТИСЭ. Универсальный фундамент

В этой книге приведена обзорная информация о грунтах, основаниях и фундаментах, возводимых в условиях индивидуального строительства. Анализ наиболее  распространенных типовых фундаментов дается в простой и доступной форме, понятной застройщикам, не имеющим специального образования.

В книге представлено подробное описание технологии ТИСЭ: возведения заглубленного фундамента повышенной несущей способности. Простота технологии,  незначительные затраты труда и средств, высокие эксплуатационные  характеристики возведенного фундамента позволяют  рассматривать его в качестве перспективного направления  развития в этой области строительства.

Задача книги — помочь начинающим застройщикам  разобраться в выборе оптимального фундамента, научить его самостоятельно принимать правильные решения в этом  вопросе с учетом современного уровня развития  строительных технологий.

Книга будет полезна не только новичкам в строительстве и профессионалам, но также архитекторам и  проектировщикам индивидуального жилья, работающим по иным  строительным технологиям.

 

ВВЕДЕНИЕ

Индивидуальное строительство в России за последние два десятилетия  приобрело особый размах. Но, к сожалению, построить для себя жилой дом или дачу для сезонного проживания могут далеко не все. Основные сложности в этом связаны с большой стоимостью жилья. Высокие цены на строительные материалы и на само строительство не дают обзавестись жильем семьям с ограниченным достатком. Имея достаточно средств, можно прибегнуть к услугам специалистов, которые создадут проект дома, построят "коробку", оснастят её инженерным оборудованием и выполнят отделку "под Европу". При ограниченных средствах застройщик сможет существенно сократить затраты на строительство, создавая проект "под себя",  находя дешевые строительные технологии, принимая участие в самом строительстве. Для этого будущий застройщик должен научиться разбираться во всем, что  касается строительства, да и во многом другом, что связано с отделкой и обустройством жилья. Такой подход может удешевить строительство более чем в два раза. В процессе изучения информации вместе с ответами у начинающего застройщика возникнет множество вопросов, и некоторые из них будут связаны с выбором фундамента. Вникая в суть устройства фундаментов, знакомясь с ними по книгам и рекламным проспектам, изучая опыт своих соседей, многие застройщики еще  более запутываются от обилия вариантов и предложений. Преимущества и  недостатки, свойственные тому или иному виду традиционного фундамента, вместе со сложностью в оценке несущей способности грунта ведут к затруднению в выборе  правильного решения, а именно:

— незаглубленные плитные фундаменты (рис. 1, а) требуют квалифицированного подхода к выполнению проекта; связаны с минимальными объемами земляных работ, но отличаются большой материалоемкостью железобетонной плиты, значительными затратами труда и средств, связанными с армированием и бетонированием;

— мелкозаглубленный фундамент (рис. 1, б) потребует выполнения сложного расчета, привязанного к конструкции дома и к свойствам грунта; он чувствителен к просадочным и пучинистым процессам, проходящим в грунте; связан с  выполнением значительного объема работ по удалению грунта, по устройству опалубки и по бетонированию;

— заглубленный ленточный фундамент (рис. 1, в) потребует проведения большого объема работ, связанных с выемкой грунта, с устройством опалубки, бетонированием или монтажом фундаментных блоков с привлечением к работе тяжелых подъемно-транспортных средств; в большей степени это подходит для  многоэтажного дома;

— столбчатый заглубленный фундамент (рис. 1, г) ограничен по своему  применению, т. к. для строительства тяжелых домов площадь пятки опор оказывается слишком малой (низкая несущая способность), а при возведении легких строений слишком большой может оказаться площадь боковой поверхности опор (возможен подъем опор мерзлым грунтом);

— столбчатый фундамент с расширенной нижней частью (рис. 1, д) имеет  высокие эксплуатационные характеристики, но связан с выполнением значительного объема земляных работ, с созданием опор по технологически сложной схеме;

— свайный фундамент (рис. 1, е) повлечет большие затраты на приобретение свай, их доставку и внедрение в грунт с применением специальных механизированных средств.

Возведение фундамента — для застройщиков это не только сложности с  выбором удачной схемы, но и большие затраты, связанные с его устройством. В  некоторых случаях до 30% стоимости дома уходит на фундамент. Среди некоторых застройщиков бытует ошибочное мнение, что создание  надежного фундамента связано со значительными материальными затратами; что  большие расходы на фундамент — это абсолютная гарантия его прочности. Опираясь на подобную позицию, состоятельные застройщики делают  фундамент мощный, заглубленный по всему периметру на глубину промерзания, не жалея на это ни труда, ни средств, даже если дом относительно легкий, из бруса (рис. 2, а). Другая крайность — суперэкономия, когда тяжелый дом опирают на фундамент с низкой несущей способностью (рис. 2, б).

Сразу отметим, что затратный подход к выбору фундамента, который будет  уместен для многоэтажного дома, в индивидуальном строительстве, как правило, не  всегда оправдан. Более того, если сам дом легкий (брусовой или щитовой), то выбор  такого фундамента может оказаться ошибочным: в первую же зиму пучин истый грунт его неравномерно поднимет. Экономный подход к фундаменту также может иметь свои отрицательные  стороны. Желание снизить затраты, используя подручные материалы, оправдано не во всех случаях.

Из дачной жизни

На одном из соседних участков я увидел, как сгружали мощные железобетонные столбы-опоры с железной дороги, которые использовались для навески контактных проводов и отслужили свой срок. Другие соседи поведали, что хозяин будет из них  делать опоры под фундамент, разделывая на две части, Я прикинул, что даже если они и достались ему даром, затраты на их доставку, погрузку-разгрузку, разделку опор с мощным армированием, бурение скважин, монтаж половинок — это весьма  неслабые расходы. Их несущая способность относительно невысока, т.к. они будут  воспринимать нагрузку только нижним срезом, а не как забивные или набивные сваи —  парением о грунт по боковым поверхностям. Хозяин этих свай — не богатый застройщик; но, похоже, бесплатный стройматериал оказался сильнее здравого смысла.

Раз речь зашла о стройматериалах, приобретенных даром, то можно привести и еще один достаточно распространенный случай неудачного их использования. Часто при бетонировании фундамента в качестве арматуры застройщики используют мощные стальные профили, трубы или прутки арматуры большого сечения (что достали). Не вдаваясь в подробные объяснения, заметим, что таким образом вместо прочного железобетона, в котором бетон работает совместно с металлом, отливается обычный бетон, плохо работающий на разрыв и изгиб. Стальные же элементы, имея большую площадь поперечного сечения и не имея относительно хорошего сцепления с бетоном, не могут работать с ним вместе, как не могут работать вместе гвоздь с резиной. Армирование бетона — это не свалка металла. Это — правильный выбор сечения арматуры и организованное его распределение в бетонном массиве. Да что говорить о застройщиках. Не все строители-профессионалы четко  разбираются в фундаментах, даже имея некоторый практический опыт. Дело в том, что фундамент — это неповторимая область строительства, в которой каждый раз при строительстве нового дома возникает иная ситуация, не похожая на предыдущую. Так как же возвести надежный фундамент с существенным сокращением  затрат?

В 1996 г. автором был разработан ручной фундаментный бур ТИСЭ-Ф весом около 7 кг, с которым создавать опоры с расширенной нижней частью стало  значительно иро1це (рис. 3, а). В том же году фундаментный бур ТИСЭ-Ф был отмечен "Золотой медалью ВВЦ". Столбчато-ленточный фундамент, возводимый по технологии ТИСЭ (рис. 3, б), вобрал в себя достоинства и исключил недостатки, свойственные вышеназванным типовым фундаментам. Простота оборудования ТИСЭ и самой технологии, незначительный объем земляных работ, оптимально низкий расход строительных  материалов, большая надежность фундамента на пучинистых грунтах сделали его  доступным и полезным для большинства застройщиков.

Почти десятилетний опыт внедрения данного бура на всей территории России и за рубежом дали основание считать такой фундамент весьма надежным (не было ни одного отрицательного отзыва о работе фундамента) и универсальным,  применимым для большинства строений, возводимых в условиях индивидуального строительства.

Многие строительные фирмы, специализирующиеся на возведении брусовых или щитовых домов, ориентированные на строительство домов из пеноблоков или пенополистирольных блоков несъемной опалубки, возводящие стены с применением модуля ТИСЭ-2 или ТИСЭ-3, успешно используют фундаментный бур ТИСЭ- Ф, обеспечивая тем самым существенное сокращение затрат и высокую надежность возводимого жилья.

Следует обратить внимание на особенность такого типа фундаментов —  наличие воздушного зазора под ростверком, позволяющего компенсировать пучинистые явления. Благодаря этому зазору у фундамента значительно снижены тепловые  потери, исключено увлажнение дома высоко расположенными грунтовыми водами. Повышенные виброизолирующие свойства дают такому фундаменту  определенные преимущества при строительстве вблизи оживленных автомагистралей и железнодорожных полотен.

Использование разработанного фундамента в качестве сейсмоизолирующей  системы открывает для него широкие перспективы при строительстве в сейсмоактивных регионах. Значительное увеличение надежности построек через сейсмоизоляцию — один из наиболее эффективных способов сейсмостойкого строительства — может осуществляться простыми средствами с минимальными затратами труда и средств. В этом аспекте подобный фундамент может иметь определенную  значимость для мирового строительного опыта.

Таким образом, на сегодня в обойме строительных технологий, связанных с  устройством фундамента, закрепилась еще одна разработка, претендующая на свое  место. Возведение фундамента по технологии ТИСЭ при своих очевидных  преимуществах требует от застройщика определенной смелости и уверенности в правильном выборе технологии. Знания об особенностях работы фундаментов разных типов в различных условиях помогут читателю обрести эту уверенность. Для этого автор решил предоставить подробную информацию не только о технологии ТИСЭ, но и о других фундаментах, применяемых в строительстве.

Из опыта

Строил я у себя на участке дом на столбчато-ленточном фундаменте по  технологии ТИСЭ. Постоянно общаясь с соседями, убеждал, что это и дешево, и надежно.

В этот же сезон наше садовое товарищество решило построить брусовой дом для сторожа. Фундамент — траншея глубиной 1,2 м, залитая бетоном — внушал  застройщикам гарантированную уверенность в его надежности. Деревянный домик  стоит у дороги на глинистой почве, снеговой покров вокруг него весьма неоднородный.  Если мой фундамент после возведения стен двухэтажного каменного дома просел всего на 6...8 мм, то дом сторожа в первую же зиму приподняло со стороны дороги больше чем на 5 см. С каждым годом крен дома будет увеличиваться (рис. 4). Застройщику обязательно следует разбираться во всем, что касается  строительства, и чем подробнее, тем лучше. Это особенно полезно сейчас, при обилии информации о разных технологиях, когда предлагают свои услуги строительные бригады или отдельные строители разного уровня подготовки, когда рынки и магазины  завалены пестрым разнообразием всего...

Что общего межу медициной и строительством?

В настоящее время в нашей медицине бывает такое: человек заболел, пошел к врачу, заплатил за лечение большие деньги. Врач оказался далеко не отличником,  пациента не вылечил и даже не извинился; а деньги ушли на запись к специалисту,  покупку ненужных таблеток и на оплату нового этапа лечения. Так что "на врача надейся, но и сам не плошай...".

Так и в строительстве. На каждом его этапе на Вас хотят подзаработать  чиновники, архитекторы, проектировщики, строители... Более того, предполагая  получать свой процент от Ваших затрат, многие из них стараются сделать  строительство как можно более дорогим. Так что, уважаемые застройщики, не идите на поводу у тех, кто необоснованно предлагает дорогие технологии; постарайтесь во всём сами разобраться. Тогда  строители-неотличники не допустят "дорогих" ошибок, не завысят стоимость  строительства (рис. 5) и не схалтурят. Не стесняйтесь расспрашивать их о том, что они  собираются сделать, почему и почём. Советуем также спросить у них о том, где и что они строили раньше.

 

ЧАСТЬ I.

ФУНДАМЕНТЫ И БЕТОНИРОВАНИЕ. ОБЗОР

ГЛАВА 1.

ГРУНТЫ И ОСНОВАНИЯ

При проектировании фундамента застройщик сталкивается с решением двух задач: первая — выбор типа фундамента и определение его параметров (глубина заложения и размеры подошвы); вторая — подбор и расчет сечений  конструктивных элементов фундамента. Для решения первой задачи следует разбираться в особенностях различных типов грунта, в разнообразных климатических и  гидрогеологических условиях, в устройстве разных видов фундамента. Вторая задача связана с определением напряжений в конструкции и с оценкой деформаций от этих напряжений.

 

1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГРУНТАХ

Без изучения грунта-основания, на котором будет стоять будущий дом, никак не обойтись. Объективная оценка свойств грунта в различных сезонных условиях —  основа для принятия правильного решения. Для исследования грунта и для оценки гидрогеологических условий, в  которых он находится, необходимо провести пробное бурение на глубину ниже  границы промерзания на 0,5...0,7 м. Хотя слово "исследование" для индивидуального застройщика звучит пугающе-серьезно, особых затруднений здесь никогда не  возникает.

Основная цель такого исследования — оценка несущей способности грунта,  степени его пучинистости и определение уровня грунтовых вод. Дополнительным  источником информации для оценки состояния грунта может быть опыт возведения фундамента у соседей. Если строительство начинается с устройства колодца или с бурения скважины, не пропустите этот интересный момент. Возьмите пробы грунта на глубине 1... 1,5...2...2,5 м и проанализируйте их. Обращаем внимание застройщиков на то, что залегание пластов грунта даже на небольшой площадке может быть неравномерным. Плывун или насыпной грунт,  выходы скального грунта или остатки старого фундамента могут иметь неравномерный аномальный характер. Если при рытье колодца на глубине 2,5 м попался плывун, то шурфы на исследование структуры грунта обязательно следует выполнить и на самой строительной площадке. Наличие прослойки плывуна сильно скажется на выборе фундамента.

Какие же существуют грунты?

Скалистые грунты — массивные горные породы с жесткими связями между частицами грунта, залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива. Такие грунты имеют значительную прочность на сжатие и не промерзают. Фундамент на них можно закладывать по поверхности. Небоскребы в Нью-Йорке стоят именно на таких грунтах.

Крупнообломочные (хрящеватые) грунты — состоят из валунов, обломков камней, крупных фракций щебня и гравия в объеме более 50%, не сцементированных между собой. Они практически не сжимаются и являются надежными основаниями. При наличии в крупнообломочном грунте более 40% песчаного заполнителя или более 30% пылевато-глинистого заполнителя от общей массы сухого грунта в наименовании грунта учитывается только мелкая составляющая грунта, т.к.  именно она будет определять несущую способность грунта. Подобный грунт будет пучинистым, если мелкая составляющая — глина или мелкий пылеватый песок. Песчаные грунты — сыпучая смесь зерен кварца и других минералов  (образовавшихся в результате выветривания горных пород), содержащая глины менее 3%.

Песок по своему зерновому составу, по размеру фракций классифицируется на  следующие виды:

— гравелистые пески — если преобладают частицы размером 0,25... 5 мм;

— крупный песок — если преобладают частицы размером 0,25...2 мм;

- песок средней крупности — если преобладают частицы размером 0,1...1 мм;

— мелкие пески — если преобладающие размеры частиц меньше 1...0,1 мм

— пылеватые пески — если в основной массе частицы крупностью 0,05...0,005 мм (табл. 1).

Чем крупнее фракции песка, тем большую нагрузку он может воспринимать. Гравелистые, крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают. Фундамент можно закладывать ленточный на глубину 0,4...0,7 м или столбчато-ленточный. Песок мелкий и пылеватый имеет невысокую прочность, хорошо задерживает влагу, основание из такого песка может испытывать просадку, продолжающуюся многие годы. При высоком уровне грунтовых вод фундамент закладывают на  глубину промерзания.

Глинистые грунты состоят из очень мелких частиц — меньше 0,005 мм,  имеющих обычно чешуйчатую форму. В отличие от песчаных грунтов, глины имеют большую поверхность частиц, вбирающих влагу. Глинистые грунты способны сжиматься, размываться, а замерзая — вспучиваться, увеличиваясь в объеме. Степень пучения сильно зависит от влажности фунта, а следовательно, от степени её пористости. Толщина слоя неуплотненной влажной глины при промерзании может увеличиваться на 10...15%. Уплотненная глина — слабопучинистая.

В зависимости от количества песка глинистые грунты делятся на глину,  суглинок и супесь (табл. 2).Чтобы определить процентное соотношение между глиной и песком в грунте, достаточно его образец поместить в банку с водой и тщательно взболтать до той  степени, когда все частицы глины окажутся во взвешенном состоянии. После отстоя взвеси в течение некоторого времени вы увидите её расслоение (рис. 6). Песок  окажется внизу, а частицы глины осядут сверху. Процентное соотношение между  песком и глиной несложно оценить замером толщины слоев простой линейкой. Оценить тип глинистого грунта можно также на ощупь, растирая в ладони, скатывая П1нур или сдавливая пальцами скатанный шарик (рис. 7) или по табл. 3. Кроме состава глинистых грунтов следует оценить их пористость и влажность, оказывающих влияние на несущую способность глины. Пористый увлажненный грунт ~ пластичный, с низкой несущей способностью. Плотный же грунт, в объеме которого влаги мало, способен воспринимать достаточно большие нагрузки. Этот фактор может быть использован при оценке несущей способности основания под столбчатым фундаментом, под подошвой которого грунт сильно уплотняется. Пластичность глинистых грунтов можно оценить при разработке грунта  лопатой. Если при сбросе грунт рассыпается на мелкие куски, то он твердый; если  липнет к лопате, то он мягко- или текучепластичной консистенции. Пылевато-глинистые грунты способны испытывать деформации, продолжающиеся многие годы. В этом классе фунтов следует особо выделить наносные,  осадочные, илистые, просадочные и набухающие. Наносные и осадочные грунты образовались там, где в далеком прошлом  были реки, озера или моря. Этот тип грунтов, кроме грунтов лёссовых (илистых),  может быть использован в качестве основания.

Илистые грунты, возникшие как осадок микробиологических процессов и иных наслоений, весьма непредсказуемы, и их использование в качестве оснований под фундамент требует специального рассмотрения из-за невысокой прочности.

Просадочные грунты — под действием внешних нагрузок или собственного  веса дают значительную осадку (просадку). Этим свойством обладают лёссы и лёссовидные грунты. Такие грунты содержат более 50% пылевидных частиц и  незначительное количество глинистых и известковых частиц. В необводненном состоянии имеют высокую пористость (до 40%) и прочность, обусловленную сильными структурными связями. При увлажнении структурные связи ослабевают, происходит значительная просадка с уменьшением пористости и изменением структуры грунта.

На лёсс вообще нельзя ставить фундамент, т.к. при попадании влаги он размокает и превращается в жижу, полностью теряя прочность. Набухающие грунты (пористая глина) впитывают в себя влагу и  разбухают, а при замерзании еще более увеличиваются в объеме. При снижении  влажности их объем уменьшается. Примерами подобных грунтов могут служить такыры — фрагменты поверхности пустыни, придающие ей изрезанную трещинами структуру. Основания, сложенные такими грунтами, рассчитывают по  специальной методике, а сами фундаменты выполняются с определенными  конструктивными особенностями.

Торфянистые грунты и пылеватые пески во влажном состоянии превращаются в плывун. Для создания основания под фундамент используют различные приемы. Например, грунт вынимают на глубину пористого слоя и закладывают дренирующие подушки из крупного песка, гравия высотой 0,5 ....1 м, а на них уже опирают фундамент. Иногда применяют сваи, погружая их в твердый подстилающий слой грунта. Существуют и иные методы создания основания на подобных грунтах. Насыпные грунты возникают в результате перемещения почвы или на месте бывших построек. Слежавшиеся в течение более 3-х лет грунты, особенно пески,  перемешанные со щебнем, гравием и другими включениями (кроме древесных отходов и бытового мусора) могут служить основанием под фундамент без специальной  подготовки. Грунты, насыпанные менее чем 3 года назад, следует пролить водой,  уплотнить, втрамбовывая в них камень или щебень. Насыпные грунты имеют большую степень неоднородности. Наличие в грунте различных органических и  неорганических материалов существенно усложняет использование насыпного грунта в  качестве основания. Это следует учитывать и при подготовке основания и при выборе той или иной конструкции фундамента.

Вечномерзлые грунты занимают большие площади северных территорий  России. Вечномерзлые грунты характеризуются наличием в порах воды, которая  находится в замерзшем состоянии. Прогрев почвы вызывает его оттаивание, приводящие к разупрочнению и осадку грунта. Фундамент на них сооружают, как на лёссовых и торфяных грунтах, например, в виде набивных свай, с защитой грунта от его  прогрева и оттаивания. Подобные сваи, вмороженные в грунт, способны выдерживать большие нагрузки. Засоленные грунты включают солевые фракции. При длительной фильтрации воды в результате выщелачивания солевые фракции уходят, уменьшая объем грунта и вызывая его просадку. Кроме того, возникшая химически агрессивная среда может оказать вредное влияние на подземные конструкции, сооружения, вызвать  химическое разрушение бетонных конструкций.

...