Как предотвратить разрушение дома

Необычная зима

Однажды я выезжал на объекты семь раз за сезон. Оно и неудивительно: после первых морозов в конце ноября и начале декабря наступила оттепель, в течение которой поверхностный слой грунта оставался в талом состоянии. Холода установились лишь во второй половине января. Они сопровождались обильными снегопадами и сильными ветрами.

При этом кое-где снег выдуло так, что к концу первой декады февраля из-под тонкого снежного покрова всё ещё была видна почва. При умеренных морозах за 10 дней земля промёрзла на глубину 0,6–0,8 м, а к концу зимнего периода — до 1,5 м. В других же местах снега намело столько, что до середины марта грунт так и оставался в талом состоянии. До конца зимы глубина промерзания там составляла не более нескольких десятков сантиметров.

На строительных площадках с пучинистыми грунтами создались условия особенно неравномерных деформаций пучения, как для возводимых домов, так и для ранее построенных. Иногда эта ситуация приводила к повреждению конструкций. Известны случаи, когда лёгкие строения сдвигались со своих опор. Например, сруб бани благополучно простоял 18 лет на столбчатых незаглублённых фундаментах из мелких блоков. Но в эту зиму произошли такие неравномерные деформации пучения, что баня при отсутствии связей фундаментов с нижней обвязкой сдвинулась с опор (рис. 1).



Рис. 1. Схема образования неравномерных деформаций пучения: 1 — поверхность талого грунта; 2 — поверхность вспученного грунта; 3 — граница промерзания; 4 — снег; df — глубина промерзания; hf — величина пучения поверхности грунта


Сруб бани при больших деформациях пучения сместился с опор

Причины повреждения домов

Обследования построек показали, что фундаменты не соответствовали грунтовым условиям строительных площадок и особенностям конструкции домов или были устроены вообще без каких-либо расчётов: по подобию, «на глазок». Например, ряд строительных фирм всё ещё изготавливают один и тот же фундамент под разные дома в различных грунтовых условиях;

Кроме того, во время возведения опорных конструкций строители допускали отступления от требований СНиП в части качества материалов и соблюдения технологии работ: применяли бетон низкой марки или с нарушенным водоцементным отношением, а его укладку вели некачественно. Допускали промораживание пучинистого основания под фундаментными плитами и со стороны стен цокольного этажа при возведённой коробке дома.

Плитные и столбчатые фундаменты

Считается, что эти виды оснований — самые надёжные, хотя и самые дорогие. Если к зиме построен только цокольный этаж (при этом нагрузки на плиту от конструкций остаются небольшими) или во время строительства и эксплуатации дома приняты меры по предотвращению промерзания пучинистого основания под плитой, то фундамент останется целым.



Ну, а если коробка дома уже возведена, на плиту сверху действуют большие нагрузки. Если не принять меры по предотвращению промерзания пучинистого основания под плитой, под действием сил пучения в ней образуются трещины (рис. 2). Стены цоколя, изготовленные из фундаментных блоков, наименее стойки к деформациям пучения. При повреждённой плите трещины образуются как в блочной кладке цокольного этажа, так и в кирпичной кладке надфундаментной части дома.

Рис. 2. Схема разрушения фундаментной плиты под действием сил пучения: 1 — фундаментная плита; 2 — стены цокольного этажа из фундаментных блоков ФБС; 3 — плита цокольного перекрытия; 4 — трещина; 5 — стрела прогиба; df — глубина промерзания грунта; dф — глубина заложения фундаментной плиты; Рд — нагрузка от дома на плиту; sf — давление пучения на плиту

Однако известны случаи, при которых трещины появлялись даже несмотря на то, что стены цокольного этажа были выполнены из монолитного железобетона. А причина проста: железобетонные ограждающие конструкции строители жёстко связали армированием с треснувшей плитой.

Я встречал примеры повреждения монолитных плит цокольного перекрытия, изготовленных на песчаной отсыпке, когда пучинистый грунт основания промерзал в процессе строительства или эксплуатации дома. Но были разрушения домов при устройстве и столбчатых фундаментов из буровых опор с ростверком в пучинистых грунтах.

Пример 1. Двухэтажный кирпичный коттедж с утеплённой мансардой и цокольным этажом на плите

Дом находился в аварийном состоянии. Раскрытие трещин в верхней части стен достигло 10 см. Цокольный этаж со стенами из фундаментных блоков заглублён в грунт на 2,4 м и опирается на фундаментную плиту толщиной 0,35 м. Под плитой изготовлена подбетонка толщиной 0,1 м. 

Все проёмы дома были раскрыты, и в цокольном этаже была такая же отрицательная температура, как и на улице. Характер трещин в стенах указывал, что разрушение плитного фундамента произошло под действием сил пучения. Трещину в плите обнаружили после очистки её от строительного мусора и льда.


Разрушение коттеджа при промораживании пучинистого основания

Изучение проектной документации показало, что инженерно-геологические изыскания на площадке строительства не проводили. За основание фундамента были приняты пески пылеватые, средней плотности, маловлажные при отсутствии грунтовых вод, то есть непучинистые грунты. 

Посл проведённых впоследствии рядом с коттеджем всех необходимых исследований удалось выяснить, что площадка строительства сложена глинами: на поверхности — полутвёрдой и тугопластичной консистенции, а ниже нормативной глубины промерзания (1,4 м) — мягкопластичной консистенции.

По степени морозоопасности первые характеризуются как слабопучинистые, а вторые — под подошвой фундамента — как сильнопучинистые. Армирование плиты не было рассчитано на совместное действие сил пучения снизу и нагрузок от надфундаментной части дома сверху (рис. 2). После образования трещины геометрия поперечного сечения плиты изменилась: её деформации намного превысили величину, допустимую для кирпичной кладки стен.

Марка уложенного бетона при этом не соответствовала проектной. Требовалось уложить бетон марки В12,5 (М 150), а применили в итоге такой же, как и для подбетонки — В10 (М 100), а может, и меньше. 

Кроме того, обратную засыпку пазух котлована выполнили местным пучинистым грунтом. Ничего не было сделано для предотвращения попадания осенних осадков в котлован.

Пример 2. Фундамент из буровых опор

Характерный пример повреждений, возникших вследствие неквалифицированного проектирования фундаментов, представляет дом, застройщик которого уже в течение нескольких лет не мог закончить строительство из-за многочисленных трещин в цоколе и стенах, появившихся уже после первого зимнего сезона.

Стены одноэтажного с мансардой, бесподвального дома выполнены из пенобетонных блоков с облицовкой в полкирпича. Столбчатый фундамент сделан из 32-х железобетонных буровых опор Ø 0,2 м и длиной 1,5 м, заглублённых в грунт на 1,6 м (рис. 3). Шаг опор в разных частях дома переменный — от 1,4 до 1,8 м.


В местах оконных и дверных проёмов недостроенного дома появились трещины

По верху опор проектом предусмотрен ростверк высотой 0,6 м и шириной 0,4 м. Ростверк заглублён в грунт на 0,1 м и одновременно может служить цоколем. Однако верхняя часть ростверка находится над поверхностью грунта только на 0,3 м, что явно недостаточно для климатических условий Московской области.

Ростверк устроен на песчаной подушке толщиной 0,1 м. Фундамент изготовлен во второй половине апреля 2002 г. Инженерно-геологические изыскания на площадке строительства не проводились и принятые конструктивные решения по фундаменту ничем не обоснованы.

К концу апреля дом находился в стадии незавершённого строительства: изготовлен фундамент, коробка дома, крыша, установлены окна и входная дверь. Вокруг фундамента засыпка пазух траншей выполнена местным пучинистым грунтом, планировка и отмостка отсутствуют. Уровень грунтовых вод (верховодка) находился всего на 15 см ниже поверхности грунта. Внутри дома вода стояла слоем 5 см.

На ростверке-цоколе с внешней стороны во многих местах наблюдались трещины, которые продолжались в кирпичной кладке. Раскрытие трещин в верхней части стен доходило до 3 мм и более. Внутри дома, в кладке пенобетонных блоков, также образовались трещины, в основном в местах оконных и дверных проемов. 

Для определения причин образования трещин были рассчитаны нагрузки от надфундаментной части дома на опоры. Расчёты показали, что в разных частях дома нагрузки на опоры существенно различаются в пределах от 1,35 до 6,4 тонно-сил (тс). 

Расчёт максимально и минимально допустимых нагрузок на опоры при высоком уровне грунтовых вод показал, что в лучшем случае допустимая нагрузка на одну опору не превышает 1,7 тс. Оказалось, что только 3 опоры из 32-х были способны воспринять проектную нагрузку.

Был проверен вариант, когда в результате осадки буровых опор монолитный железобетонный ростверк-цоколь может быть включён в работу конструкции как ленточный фундамент. При наиболее благоприятных грунтовых условиях ростверк вместе с опорами способен нести проектные нагрузки, но при неблагоприятных условиях 20% опор останутся перегруженными.


Рис. 3. Конструкция столбчатого фундамента под домом, повреждённым пучением

Расчётная величина касательных сил пучения, которая может действовать по боковой поверхности опоры (в предположении, что по степени морозоопасности грунты относятся к среднепучинистым грунтам (tн = 9 тс/м2 – не самый худший случай), составляет 8,1 тс и превышает максимальные нагрузки от дома. Таким образом, все опоры фундамента обследуемого дома неустойчивы против сил морозного пучения. 

Если учесть, что нормальные силы морозного пучения действуют ещё на подошву ростверка, то неустойчивость опор существенно возрастает. Из-за разных нагрузок их перемещения под действием сил пучения будут неравномерными.

Жёсткость поперечного сечения ростверка-цоколя оказалась недостаточной для нивелирования неравномерных деформаций пучения, а его армирование недостаточно для воспринятия растягивающих напряжений в бетоне, возникающих при пучении.

Важные выводы

1. Повреждения конструкций дома чаще всего происходят в тех случаях, когда фундаменты применяются без учёта инженерно-геологических условий строительных площадок.

2. Расчёт фундаментов и оснований малоэтажных домов в пучинистых грунтах — одна из сложных и специфичных задач в строительстве. Багажа знаний промышленного и многоэтажного жилищного строительства здесь недостаточно. Применение же «похожих» фундаментов приводит, как правило, к повреждению конструкций дома.

3. Независимо от теплового режима дома нельзя допускать промораживания пучинистого основания под фундаментами и со стороны стен цокольного этажа в процессе строительства и эксплуатации. Если утепление не предусмотрено проектом, в процессе стройки зимой конструкции должны быть временно утеплены или в цокольных помещениях обогревом должна быть обеспечена температура воздуха не ниже 0 С°.

4. Для обеспечения надёжности при возведении коттеджей на пучинистых грунтах необходим правильный выбор конструкции стен цокольного этажа. Их устройство из фундаментных блоков оправдано в практически непучинистых грунтах, а также в слабо- и среднепучинистых, если нагрузки от дома превышают касательные силы пучения, действующие по боковой поверхности заглублённых конструкций.

5. При строительстве коттеджей на средне- и сильнопучинистых грунтах более надёжными являются стены цокольного этажа (наружные и внутренние), выполненные из монолитного железобетона в виде единой рамной конструкции, не связанной армированием с фундаментной плитой. При этом расчёт стен на устойчивость обязателен.

6. Применение столбчатых фундаментов из цилиндрических буровых опор с ростверком на грунте (в средне– и сильнопучинистых грунтах) под коттеджами с кирпичными или блочными стенами не рекомендуется из-за возникновения больших деформаций пучения, которые могут превысить допустимую величину.

Текст: Л. Гинзбург, кандидат технических наук
Фото и рисунки: архив «ИД «Бурда»

Другие материалы о повреждениях в конструкциях дома:

• Почему стены дома могут треснуть, и как с этим бороться;
• Что делать, если в стенах кирпичного дома появляются трещины;
• Как укрепить фундамент, если пошла трещина в стене?