Исследование вариантов фундаментов в малоэтажном строительстве на пучинистых грунтах

В настоящее время в Республике Хакасия предлагают молодым семьям
участки под строительство малоэтажных зданий. В связи с этим началась
застройка участков коттеджами, садовыми домами, гаражами, торговыми
павильонами и другими малоэтажными зданиями. Наибольшие затраты от
общей стоимости строительства малоэтажных зданий составляют устройство
фундаментов. В среднем нагрузки на 1 погонный метр ленточных фундаментов
в таких зданиях (в зависимости от материалов стен и перекрытий) составляют
20 кН/м, в зданиях с выше трех этажей – не превышают 150 кН/м. В связи с
этим небольшие нагрузки на тело фундаментов обуславливают повышенную
чувствительность таких зданий к силам морозного пучения.
Республика Хакасия примерно на 70% состоит из морозоопасных
(пучинистых) грунтов. К ним можно отнести такие виды как суглинки, супеси,
глины, пески пылеватые и в некоторой степени мелкие. Самым ближайшим
районом к городу Абакану с пучинистыми грунтами является поселок Чапаево
и в связи с этим разрабатывать варианты фундаментов следует с привязкой к
этой местности. Глубина промерзания в Республике Хакасия составляет около 3
метров. В таких условиях при определенной влажности эти грунты, промерзая в
зимний период, увеличиваются в объеме, что приводит к подъему слоев грунта
в пределах глубины промерзания почвы.
Находясь в таких грунтах фундаменты подвергаются выпучиванию, если
действующие на них нагрузки ниже силы морозного пучения. В основном
деформации от выпучивания грунта происходят неравномерно. Далее
возникает неравномерный подъем фундаментов, который со временем
накапливается, в результате чего основные несущие конструкции малоэтажных
зданий испытывают недопустимые деформации и разрушаются. Очень часто
одним из основных мероприятий по предотвращению морозного пучения
является заложение фундаментов ниже расчетной глубины промерзания,
однако это решение как правило, не обеспечивает устойчивость малоэтажных
зданий, так как такие фундаменты имеют развитую боковую поверхность, по
которой действуют большие по величине касательные силы пучения. В этом
случае решение проблемы осуществляется применением фундаментов,
закладываемых в зоне сезонного промерзания слоя грунта (мелкозаглубленные
фундаменты) или устраиваемых на поверхности грунта (незаглубленные
фундаменты).
Основные варианты мелкозаглубленных фундаментов малоэтажных
зданий предложены в главе 8 СП 22.13330.2016 “Основания зданий и
сооружений”. Все они должны быть приспособлены к работе в условиях
неравномерных деформаций оснований, вызванных морозным пучением
грунта.
Таким образом конструктивные мероприятия устраиваются не на
преодоление сил пучения, а на восприятие деформаций. Другими словами, все
решение свидится к рассмотрению задачи совместной работы фундаментов с
несущими конструкциями и сооружение фундаментов с деформирующимся
грунтом в случае морозного пучения.
В настоящее время методы расчета не учитывают совместную работу
фундаментов всех стен здания. Также при расчете глубины заложения согласно
действующих норм приходится заглубляться намного ниже в следствии учета
возможного капиллярного поднятия и последующего морозного пучения, а это
не совсем верное решение, особенно если учесть, что содержание влаги в
грунтовом основании может находиться на низком уровне. Однако если
рассмотреть совокупность всех фундаментов как единую систему, то это
позволит снизить расчетные усилия в ее элементах и в конечном итоге сможет
оптимизировать глубину заложения. Решению этой же задачи служит
сравнение результатов моделирования и натурные наблюдения за
существующими ленточными фундаментами.
Актуальность работы заключается в обосновании глубины заложения
фундаментов с обеспечением их надежности в условиях использования в
качестве основания сезоннопромерзающие грунты, подверженные морозному
пучению в Республике Хакасия.
Цель работы состоит в формировании основных принципов
взаимодействия фундаментов под строительства зданий в грунтах
подверженных морозному пучению и уточнению глубины заложения
фундаментов для песчаных грунтов Республики Хакасия.
Для достижения цели были представлены следующие задачи:
1. Произвести анализ влияния морозного пучения на устойчивость
малоэтажных зданий на конкретных примерах объектов, расположенных в
Республике Хакасия;
2. Рассмотреть основные процессы миграции влаги в грунтах,
подверженных морозному пучению;
3. Выполнить анализ основных методов проектирования фундаментов
зданий на грунтах, подверженных морозному пучению, а также дать оценку
мероприятиям, учитывающим влияние пучинистости в расчетах по геотехнике;
4. Провести мониторинг за динамикой грунтовых вод и ее влияния на
морозное пучение;
5. Разработать модель взаимодействия фундаментов с
сезоннопромерзающими пучинистыми грунтами на основании проведенных
инженерно – геологических изысканий и расчетной модели фундаментов;
6. Провести анализ полученных результатов и установить закономерности
изменения напряженно – деформированного состояния модели с условиями
«грунт поддверженный морозному пучению – исследуемый фундамент» в
зависимости от глубины сезонного промерзания, влияния глубины грунтовых
вод и интенсивности появления деформаций в условиях сезоннопромерзающих
грунтов в Республике Хакасия;
7. Обосновать целесообразность выбора глубины заложения фундаментов в
условиях промерзания грунтового основания в Республике Хакасия;
Научная новизна заключается:
– Установлено влияние сил морозного пучения с помощью 2D модели,
которые в последующем могут оказать влияние на устойчивость и надежность
фундаментов зданий в условиях сезоннопромерзающих грунтов в Республике
Хакасия;
– Впервые была определена новая зависимость d w от d f в песчаных
грунтах Республики Хакасия с использованием 2D модели и мониторинга за
состоянием конструкций фундаментов;
Практическая значимость работы заключается в обоснованном принятии
глубины заложения фундаментов выше глубины промерзания в песчаных
грунтовых основаниях в условиях пучинистых грунтов, что позволит
объективно принять конструктивное и технологическое решение фундаментов
в республике Хакасия.
Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы
докладывались и обсуждались на международных конференциях студентов и
молодых ученых.