Ленточный щелевой фундамент и его преимущества

При строительстве жилых и гражданских зданий в основном применяются ленточные сборные фундаменты, возводимые в отрытых котлованах. Эти фундаменты из-за высокой стоимости, значительного объема земляных работ, включая обратную засыпку, не всегда рентабельны. Кроме того, в работе таких фундаментов не участвует боковая поверхность, что уменьшает их несущую способность. Опыт показал, что все эти недостатки исключаются при устройстве ленточных щелевых фундаментов.

1 - поверхность грунта; 2 - распределительная плита; 3 - надземная стена; 4 - бетонные пластины; 5 - перекрытие; 6 - пол подвала

ВНИИОСП им. Н. М. Герсеванова предложены ленточные щелевые фундаменты неглубокого заложения, которые применяются в связных неводонасыщенных грунтах. Процесс их устройства включает разработку узких одной или нескольких параллельных щелей с последующим заполнением дешевым товарным бетоном и объединением ростверковой железобетонной плитой в единую конструкцию. Поскольку технология устройства щелевых фундаментов исключает обратную засыпку бетонных стенок, то в работе участвует и их боковая поверхность. Проходка щелей может осуществляться баровыми землеройными машинами, цепными траншейными экскаваторами, машинами с дискофрезерными рабочими манипуляторами. Ширина щели, отрываемой такими механизмами, составляет 0,12-0,3 м, глубина - 1,2-2,5 м.

Результаты исследований, проведенных ВНИИОСП и НПО Союзспецфундаментстрой, позволили выявить особенности работы щелевых фундаментов, которые заключаются в следующем. Нагрузка на основание передается боковыми плоскостями, торцами стенок и подошвой плиты ростверка. В работу включается также заключенный между стенками массив грунта, за счет чего нагрузка передается в плоскости на уровне торцов стенок.

Оптимальное расстояние между стенками, соответствующее максимальной несущей способности фундамента, составляет 0,6 - 1,3 м. Таким образом, заключенное между стенками грунтовое ядро и грунт за пределами стенок можно рассматривать как часть бетонно-грунтового фундамента на естественном основании с глубиной заложения, равной высоте стенок. При этом, в отличие от традиционного ленточного фундамента, в щелевом фундаменте следует учитывать силы сопротивления, действующие по боковым поверхностям стенок.

Для определения фактической несущей способности щелевых фундаментов в юго-восточном районе Караганды на двух опытных площадках проведены испытания фрагментов. Первая площадка - со слоем твердой карбонатизированной супеси мощностью 1,7 м, подстилаемой 10-метровым слоем гравелистого суглинка. Три щели глубиной 1,35 м, шириной 0,13 м под однощелевой и двухщелевой фрагменты нарезались баром в слое супеси. Визуальный осмотр показал, что они хорошего качества с устойчивыми стенками.

Участки щелей длиной 1 м заделаны с обеих сторон вертикальными досками шириной 12,5 см. При бетонировании использовался бетон класса В15. В однощелевом фрагменте фундамента по верху бетонной стенки выполнен железобетонный ростверк размером в плане 1,0х0,3 м. В двухщелевом (расстояние между стенками в свету 0,6 м) стенки объединены ростверком размером 1,0х1,0 м. В обоих случаях ростверки опираются на грунт.

Нагружение фрагментов щелевых фундаментов осуществлялось с помощью гидродомкратов и анкерноупорной металлической балки. Реактивные усилия от домкрата через балку и арматурные тяжи воспринимались четырьмя анкерными сваями. Ступенчато возрастающие статические нагрузки прикладывались в геометрических центрах фрагментов. Испытания показали, что при максимальной нагрузке 600 кН на фрагмент однощелевого фундамента осадка его составляет 11 мм, двухщелевого при 900 кН - 10 мм.

Вторая площадка сложена сверху твердой супесью мощностью 2,0 м 1 типа по просадочности, подстилаемой слоем песка средней крупности мощностью до 5 м. Грунтовые воды залегают на глубине 5 м. Здесь испытывались фрагменты двухщелевых фундаментов с высоким ростверком и расстоянием между стенками 60 см - ФДЩФ-60 и 80 см - ФДЩФ-80 (рисунок 1). Испытания проводились в котловане глубиной 0,8 м, стенки расположены в слое просадочной супеси и опираются на пески.

Основание замачивалось через нарезанные баром дренажные, замкнутые между собой щели, устроенные по периметру испытуемых фрагментов фундаментов на расстоянии 1,0 м и через незабетонированные участки щелей.

Дренажные щели засыпаны щебнем. Заполнение котлована водой началось за 6 суток до испытания и продолжалось во время испытаний.

Программой испытаний предусматривалось определение несущей способности стенок с ростверком и без него. Первоначально нагрузка переда­валась до момента, когда подошва ростверка достигала грунта. Далее прикладывалась еще одна ступень нагрузки для плотного контакта подошвы ростверка с грунтом и затем производилась разгрузка домкрата до нуля с последующим испытанием фрагментов щелевых фундаментов с низким ростверком.

Испытания показали, что несущая способность ФДЩФ-60 и ФДЩФ-80 с высоким ростверком составила соответственно 475 и 620 кН. Различие в несущей способности одинаковых пар бетонных стенок в равных условиях указывает на их взаимное влияние. С увеличением расстояния между стенами на 20 см их несущая способность возрастёт на 120—150 кН при разных ступенях нагрузки. При максимальной нагрузке 900 кН на ФДЩФ-60 с низким ростверком, его осадка составляет 10 мм; при максимальной нагрузке 1050 кН на ФДЩФ-80 с низким ростверком осадка составляет 16 мм. Несущая способность бетонных стенок при их равных осадках составляет 18-42 % от общей несущей способности фрагментов фундаментов с низким ростверком.

Испытания показали высокую несущую способность двухщелевых фундаментов. Их результаты позволили приступить к внедрению таких фундаментов в производство. Щелевые фундаменты применены при строительстве сочлененного пяти- и семиэтажного (в двух уровнях) жилого 48-квартирного панельного дома в микрорайоне Степной-IV(Караганда). Дом серии 97 имеет размер в плане 52,0 х 12,0 м. Щелевой фундамент запроектирован из двух параллельных бетонных неармированных стенок толщиной 0,13 м, высотой 1,3 м, объединенных лентой железобетонного ростверка высотой 0,45 м. Расстояние между стенками фундамента под пятиэтажную часть здания составляет 60 см в свету (нагрузка до 300 кН/м), семиэтажную - 80 см (нагрузка до 400 кН/м). Грунтовые условия такие же, как на второй опытной площадке.

Проект фундаментов выполнен НПО Союзспецфундаментстрой совместно с ВНИИОСП им. Н. М. Герсеванова, строительно-монтажные работы - ПСО Карагандажилстрой.

Устройство фундаментов осуществляется после отрывки котлована и разбивочных работ. При этом оси щелей отмечаются деревянными колышками, забитыми в грунт. Принята следующая последовательность технологических операций при устройстве бетонных стенок.

Сначала осуществляется наводка рабочего органа баровой установки на ось щели. Время наводки составляет в среднем 3 мин, а сам процесс нарезки щели производится со средней скоро­стью движения установки 1 м/мин. Разработанный грунт (шлам) удаляется от кромок щели вручную. Вызвано это тем, что серийно выпускаемые баровые установки предназначены для нарезки мерзлого грунта на блоки и у них нет приспособления для удаления грунта в стороны.

При нарезке щелей под фундамент дома используется однобаровая установка на базе колесного трактора МТЗ-50 «Беларусь». В связи с тем, что при нарезке параллельных щелей колеса трактора, двигаясь по готовой щели, разрушают ее кромки, к нарезке второй щели приступают только после бетонирования предыдущей и набором бетоном 25 %-ной прочности.

Слой грунта, разрыхленный зубьями рабочего органа на дне щели, достигает высоты 35 см. Он уплотняется ручной трамбовкой массой 20 кг, представляющей собой трубу длиной 3,0 м с приваренным к ее нижнему торцу отрезком металлического уголка. По одному следу производится до 3 ударов.

Готовая щель может сохраняться без осыпания стенок несколько суток. Однако ее необходимо накрывать щитами. Проектные размеры щели принимаются по ее дну без учета участков заглубления и выхода рабочего органа из грунта.

Процесс бетонирования щели включает транспортирование бетонной смеси на строительную площадку, подачу ее к нарезанной щели, укладку и уплотнение бетона, уход за ним. Из автобетоновозов бетонная смесь литой консистенции укладывается в щель через плоские воронки, расположенные над ней с шагом 2,0 м. Щель бетонируется без перерывов до полного изготовления стенки.

Первоначально нарезаются и бетонируются все щели по продольным осям, затем - по поперечным рядам. При нарезке щелей в местах пересечений с готовыми бетонными стенками по­следние разрезаются баром без особых затруднений. Легче разрезаются бетонные стенки, выдержанные в течение двух-трех дней.

Одной из важных операций при бетонировании щелей является уплотнение бетонной смеси, поскольку от ее качества зависит прочность стенки. Бетонная смесь в щели уплотняется электромеханическим вибратором ИВ-113 с вибронаконечником.

Работающий вибронаконечник опускается на дно щели и оставляется в этом положении в течение 8-10 с. Затем его медленно извлекают, бетонная смесь заполняет освобождаемое им пространство. За одну проходку вибронаконечника уплотняется 0,5 м длины стенки. Оголовок стенки выводится на проектную отметку, затем производится уход за бетоном.

Работы по изготовлению бетонных стенок выполняет звено из 5 чел. За одну смену оно изготовляет до 100 м стенки. По окончании изготовления стенок устраиваются железобетонные ростверки, объединяющие щели в одну общую конструкцию - ленточный двухщелевой фундамент.