МЕХАНИЗАЦИЯ ФУНДАМЕНТНЫХ РАБОТ
Технология ТИСЭ возведения фундамента постоянно развивается и совершенствуется. Практический опыт и стремление к улучшению вносят в неё свои конструктивные изменения. Но наступает такой момент, когда надо менять что‑то по существу.
Технология ТИСЭ, которая изначально рассчитывалась на индивидуальных застройщиков с умеренным достатком, вызвала деловой интерес и у профессиональных строителей. Большие и малые бригады и организации, которые специализируются на возведении домов по своим технологиям, весьма активно применяют столбчато–ленточный фундамент по ТИСЭ. Существенная экономия и высокая надежность фундамента оцениваются ими в полной мере. В то же время профессионалы предъявляют к технологии свои требования. Они готовы приобретать оборудование, но желают, чтобы оно было существенно производительней и обладало более высоким ресурсом, т. е. чтобы оно было профессиональным.
"…Наша архитектурно–проектировочная фирма "Архпроект "хотела бы применить вашу технологию свайных буро–набивных фундаментов при проектровании коттеджного поселка. В связи с этим к вам вопрос: насколько данная технология может быть механизирована для строительства в достаточно значительных объемах. Возможен ли вариант полной механизации процесса?"
Определенный интерес к механизации сооружения фундамента по ТИСЭ высказывают организации, напрямую не связанные со строительством. Это железнодорожные службы, возводящие ограждения вдоль железнодорожного полотна; энергетики, прокладывающие линию электропередач в труднодоступных местах. При прокладке газопроводов возникает необходимость в создании фундамента под специальные агрегаты обслуживания и их ограждения.
Технология ТИСЭ предусматривает механизацию отдельных, наиболее трудоемких операций. Предложенные технические решения могут быть реализованы не только профессиональными застройщиками, но и теми, кто посчитает их применимыми на своей строительной площадке.
Механизация фундаментных работ может осуществляться на разных этапах:
— бурение цилиндрической скважины;
— расширение скважины внизу;
— бетонирование ростверка;
— общее бетонирование фундамента.
Теперь о путях механизации этих технологических операций.
Каким образом механизируются эти технологические операции?
Бурение скважины может выполняться с помощью мотобура (рис. 168, а). Средняя мощность — 1,5 кВт (2 л. с), число оборотов вала — около 150…200 об/мин, диаметр шнека — 24…26 см, вес — около 10 кг. Подобные буры со шнеками разного диаметра находятся в свободной продаже. Фирмы предлагают их с разнообразной комплектацией, полезной строителям–профессионалам.
Расширение скважины внизу выполняют или с применением ручного фундаментного бура ТИСЭ–Ф, или с использованием специального разбуривающего устройства ТИСЭ–ФМ, которым может быть дополнен мотобур серийного производства (рис. 168, б). Эта разработка ТИСЭ существенно расширяет возможности мотобура, позволяет создавать заглубленный фундамент при массовом строительстве индивидуального жилья с существенным сокращением труда и средств.
Рис. 168. Бурение скважины мотобуром: А — вертикальная скважина; Б — расширение внизу; 1 — привод мотобура; 2 — вставка; 3 — шнек; 4 — разбуривающее устройство ТИСЭ–ФМ
Бетонирование ростверка может несколько упроститься, если для этого использовать готовый привозной бетон. Для транспортировки его от бетоносмесительного узла (бетонного завода) используют автобетоносмеситель, смонтированный на шасси грузового автомобиля (рис. 169). Объем готового замеса — от 2,5 до 6 м3, в зависимости от типа грузовика и объема бетоносмесительного агрегата.
Рис. 169. Автобетоносмеситель
На строительной площадке необходима четкая организация работ. Привезенный бетон следует сгрузить на заранее огороженный участок с гидроизолированным дном. Путь доставки бетона в зону непосредственного бетонирования должен быть свободным, т. к. готовый бетонный раствор следует использовать быстро, до начала его схватывания. Средства доставки (тележки, ведра…) должны быть исправны. Состав задействованных в бетонировании должен быть полностью укомплектован и проинструктирован.
Можно ограничиться применением готовой смеси только для бетонирования ростверка. Опоры, имеющие небольшой объем (0,12 м3), могут быть выполнены заранее из бетонного раствора, приготовленного непосредственно на строительной площадке. Такой подход особенно целесообразен при высоком уровне грунтовых вод, если скважину надо заполнять сразу после бурения, пока она не заполнилась водой.
Готовый бетон может доставляться на строительную площадку грузовиками с откидным кузовом (самосвалами). Но в условиях индивидуального строительства это не лучший вариант, так как он используется только при близком расположении бетоносмесительного узла (БСУ), да и если дорога до места разгрузки бетона будет ровная. Последнее бывает крайне редко.
В индустриальном строительстве широко применяются автобетононасосы, которые дают возможность подавать раствор через гибкие рукава непосредственно в зону бетонирования. Автобетононасосы могут быть устроены как на своем шасси и работать в паре с автобетоносмесителем, так бывают и на рис. 170. Автобетононасос с бетоносмесителем одном шасси с бетоносмесителем. Применение автобетононасоса–бетоносмесителя (рис. 170) упрощает процесс бетонирования, повышает качество, снижает объем отходов.
Рис. 170. Автобетононасос с бетоносмесителем
Обшее бетонирование фундамента предполагает одновременное бетонирование опор и ростверка. Такой подход осуществляется при использовании готового бетона, но только в том случае, если грунтовые воды не заполняют объем скважин под опоры.
При таком способе бетонирования определенная сложность возникает с укладкой в полость скважины толевой рубашки. Традиционным образом её сложно зафиксировать на заданной высоте. Технологией ТИСЭ предлагается один из вариантов выполнения этой задачи.
Изготовление толевой рубашки можно несколько упростить. Предварительно надо изготовить шаблон раскроя под габарит развертки рубашки (рис. 171, а). Для этого подойдет тонкая фанера или оргалит. Шаблон можно сделать и в виде рамы из досок. Ширина его будет соответствовать ширине рулона толи (около 1 м), из которого будут "шиться" рубашки. Длина его меньше глубины заложения фундамента на 20 см. В шаблоне сверлят шесть отверстий диаметром 5…7 мм.
Для изготовления рубашек толь наматывают на шаблон (рис. 171, б). После этого шаблон извлекают, толь разрезают по складкам на заготовки, укладывают в стопку и засверливают через шаблон (рис. 171, в). Затем заготовку сворачивают, но не как она была в рулоне, а поперек (размер 800 мм между отверстиями будет соответствовать длине окружности диаметром 255 мм). Вложив в отверстия по два прутка арматуры 6 мм, рулон фиксируют в свернутом положении (рис. 171, г) и скрепляют скобками обычного канцелярского стиплера. Зафиксировать свернутую рубашку можно и липкой лентой.
Рис. 171. Изготовление и установка толевой рубашки (размеры в мм): А — шаблон раскроя: Б — намотка толи на шаблон; В — выполнение отверстий в толи через шаблон; Г — фиксация толевой рубашки в свернутом виде; Д — положение толевой рубашки в скважине; 1 — толь в развертке; 2 — шаблон раскроя; 3 — заготовки рубашки; 4 — прутки арматуры; 5 — скважина; 6 — песчаная подсыпка; 7 — опалубка ростверка
Перед закладкой толевой рубашки в скважину нижний пруток арматуры удаляется. Концы второго прутка опирают на грунт, фиксируя рубашку в опущенном положении (рис. 171, д). После этого приступают к монтажу опалубки. Второй пруток удаляют после заполнения скважины бетоном, до момента схватывания. Если же этого сделать не успели, то для удаления законцовок арматуры используют отрезной инструмент.
Применяя привозной цемент для полного бетонирования фундамента, сначала следует заполнить скважины опор, а потом уже приступить к армированию ростверка. Такая последовательность операций предлагается исходя из того, что требования к бетону опор значительно выше, чем к бетону для ростверка, особенно по подвижности и морозостойкости. Если скважины заполнять бетоном, который уже схватился, то хорошо уплотнить его будет сложно, отчего морозостойкость опор будет невысокой.
ГЛАВА 9.ОСОБЫЕ СЛУЧАИ ВОЗВЕДЕНИЯ ФУНДАМЕНТА
Создавать фундамент приходится в самых разнообразных условиях. Климат и сейсмичность региона, гидрогеология и уклон участка застройки, наличие и характер соседних строений — все это оказывает влияние на фундамент, даже если он выполнен по одной схеме (например, столбчато–ленточный по технологии ТИСЭ).
Выясним, как влияют эти условия на фундамент и что надо сделать, чтобы он выполнял свои функции в полном объеме, без негативных последствий и при любых обстоятельствах.
9.1. СТРОИТЕЛЬСТВО НА СКЛОНЕ
Строительство на склонах — достаточно распространенное исходное условие для индивидуальных застройщиков. Это горы, берега рек, озер и морей, неудобья в зоне оврагов или моренных гряд, склоны сопок или небольших пригорков.
На что следует обратить внимание при строительстве на склонах или около откосов?
Для начала следует разобраться в механизмах обрушения грунта на склонах и в мероприятиях, предотвращающих эти процессы.
Очевидно, что вероятность обрушения грунта на склоне (нарушение устойчивости откосов) тем больше, чем круче уклон. При уклонах до 10% грунт не теряет свою устойчивость, и все мероприятия сводятся к устройству ростверка переменного поперечного сечения (рис. 155, 156). При больших уклонах вероятность перемещений грунта от веса дома увеличивается.
Существует несколько видов нарушения устойчивости откосов:
оползни вращения — когда массы грунта сползают по криволинейным поверхностям скольжения (рис. 172, а);
оползни скольжения — когда массы грунта сползают по подстилающей породе (рис. 172, б);
оползни разжижения — когда в результате повышения влажности происходит разжижение грунта;
оползни медленного течения — когда грунт как очень вязкое тело постепенно сползает по склону, при этом поверхностные слои перемещаются быстрее нижерасположенных (рис. 172, в);
оползни обрушения — когда разрушается основание откоса (выдавливание, суффозия…) и часть массива грунта откалывается, а иногда даже опрокидывается (рис. 172, г).
Рис. 172. Основные виды оползней: А — оползень вращения; Б — оползень скольжения; В — оползень медленного течения; Г — оползень обрушения
Причины потери устойчивости откосов:
— увеличение внешней нагрузки;
— устранение боковой опоры грунта в результате разработки траншей и котлованов;
— большая крутизна откоса;
— повышение влажности грунта (приводит к увеличению веса и к снижению сил сцепления и трения в грунте).
В ряде случаев потеря устойчивости грунта происходит одновременно по нескольким причинам.
Обследования большинства оползней показали, что в однородных грунтах потеря устойчивости происходит по круглоцилиндрической поверхности скольжения (рис. 172, а).
Основная мера по увеличению устойчивости откосов — снижение влажности грунта. С этой целью регулируют сток поверхностных вод, проводят дренирование подземных вод (глубокие дрены, туннели, колодцы).
Радикальные меры повышения устойчивости откоса: снижение крутизны, устранение размыва основания в нижней части, максимально возможное удаление строения от склона. При разработке траншеи около строения ее стенки закрепляют прочными и жесткими распорками (рис. 173, а). При небольшой глубине вдоль откоса располагают набивные сваи, устраивают подпорные стенки, шпунтовые ограждения (рис. 173, б) или укладывают пригрузы на склоны откосов (рис. 173, в).
Рис. 173. Закрепление откосов: А — распорками; Б — шпунтовым ограждением; В — пригрузом, уложенным на склон
На склоне строительную площадку готовят с перераспределением грунта. Такая площадка может быть одноуровневая (рис. 174) или двухуровневая. В последнем варианте фундамент, помимо опор и ростверка, включает внутреннюю подпорную стенку, которая является стеной цокольного этажа (рис. 175.). При двухуровневой строительной площадке объем перераспределяемого грунта почти в два раза меньше, чем в одноуровневой. Кроме того, архитектурные решения с обустройством цокольного этажа могут оказаться более привлекательными.
Рис. 174. Устройство строительной площадки на склоне: 1 — насыпной грунт; 2 — подпорная стенка; 3 — строение; 4 — опоры фундамента
Рис. 175. Устройство двухуровневой строительной площадки на склоне: 1 — насыпной грунт; 2 — подпорная стенка; 3 — строение; 4 — опоры фундамента; 5 — замок: 6 — внутренняя подпорная стенка
Обращаем внимание на то, что под ростверком и внутренней подпорной стенкой воздушный зазор должен быть сохранен.
При уклоне строительной площадки больше 10% саму опору следует ввести в тело ростверка на 4…6 см, а арматуру опор фундамента — не менее чем на 20 см (рис. 157). Для армирования опор желательно применить прутки диаметром не менее 10 мм. Жесткое соединение опор с ростверком уменьшит вероятность потери устойчивости основания как оползня медленного течения (рис. 172, в).
Житель Истринского района Подмосковья (в прошлом работал ведущим специалистом по проектированию сложных авиационных систем) освоил участок с относительно большим уклоном (рис. 176). Три яруса фундаментных плит толщиной около 15 см были отлиты на песчаной подготовке толщиной около 30 см. Перед началом бетонирования железобетонных плит на песок укладывалась рулонная теплоизоляция (пенополиэтилен) толщиной около 10 мм. Бетонирование ярусов выполнялось снизу, по мере возведения стен. Сверху плиты усиливались слоем керамзитобетона с арматурной сеткой (толщина слоя — около 10 см). Внешние стены первого этажа возводились с ТИСЭ-2 в два слоя с утеплителем посередине и в пустотах; остальные внешине стены возводились с ТИСЭ-3 (без мостков холода); внутренние — с ТИСЭ-3 по классическому варианту. Обустройство участка было связано с возведением трех подпорных стен (внизу участка, по линии стены в три этажа, по верхнему ограждению). Два боковых ограждения участка по линии склона создавались с использованием опалубки ТИСЭ-2. Участок оборудован эффективной дренажной системой, исключающей переувлажнение грунта (см. фотоприложение).
Рис. 176. Участок на склоне: 1 — линия склона первоначальная; 2 — подпорная стенка; 3 — насыпной грунт; 4 — плиты фундамента
9.2. КОМБИНИРОВАННЫЙ ФУНДАМЕНТ
У некоторых индивидуальных застройщиков возникает желание построить дом с комбинированным фундаментом, когда одна часть выполнена по одной схеме, а другая — по другой. Сходная ситуация может возникнуть, если к ранее построенному дому делается пристройка или если отдельные части одного дома возводятся не сразу.
В этих случаях возникают следующие проблемы.
1. Одна часть дома опирается на ленту или на плиту, а другая — на столбы по ТИСЭ. Устройство гаража или полуподвала на ленте или плите в одной части здания и опирание на столбы остальной части строения — один из вариантов такого дома. Подобный фундамент обладает определенными недостатками.
Если одна часть дома опирается на плиту и основание под ней испытывает совсем небольшие напряжения и практически не проседает, то остальная часть фундамента на столбах ТИСЭ с небольшой площадью подошвы продавливает грунт и вызывает появление трещин над стыком фундаментов (рис. 177, а).
Если же одна часть дома опирается на ленту, а другая — на столбы ТИСЭ, то это реализуется только при узкой ширине ленты и с усиленным горизонтальным армированием стены в зоне соединения фундаментов (рис. 177, б). Следует заметить, что такой вариант соответствует архитектуре строения (на ленту опираются два этажа, а на столбы — один), где давление на грунт в обоих фундаментах близко по величине.
Рис. 177. Комбинированный фундамент: А — плита и столбы; Б — лента и столбы; 1 — плита; 2 — ростверк; 3 — опора; 4 — трещина в стене; 5 — лента; 6 — горизонтальное армирование стен
2. Ранее построенный дом стоит на мелкозаглубленном фундаменте, а пристройку к нему решено делать на столбчато–ленточном.
Если грунт пучинистый, то фундамент и стены обоих строений не должны иметь жесткого соединения. Если же грунт непучинистый, то соединение и фундамента, и стен может быть жестким. Бетонирование стыка двух строений следует выполнить только по окончании возведения пристройки и максимального проседания ее фундамента. Для этого грунт следует обильно увлажнить или дождаться весны.
3. Построенный дом возведен на заглубленном фундаменте (плита, лента, опоры), а пристройка — на столбчато–ленточном по ТИСЭ.
Жесткое соединение и фундамента и стен можно выполнить на любых грунтах, но не раньше, чем через год после завершения строительства.
9.3. ФУНДАМЕНТ ОКОЛОСМЕЖНОГО СТРОЕНИЯ
Если столбчато–ленточный фундамент требуется возвести около смежного, ранее построенного строения, то это обстоятельство надо учитывать. Если смежное строение стоит на опорах столбчатого фундамента, то опоры, выполненные по технологии ТИСЭ, следует с ними разнести, чтобы они не оказались слишком близкими (рис. 178).
Рис. 178. Опоры ТИСЭ около смежного строения на столбчатом фундаменте: А — сечение; Б — плановая проекция; 1 — опора ТИСЭ; 2 — опора смежного строения
9.4. ФУНДАМЕНТ В УСЛОВИЯХ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ
"… У нас через метр–полтора — вечная мерзлота. Как, на Ваш взгляд, сие обстоятельство может повлиять на строительство? Мы с мужем решили опробовать Вашу технологию ТИСЭ на постройке бани и амбара. Если понравится, то замахнемся и на жилой дом…". Якутия, с. Верхневилюйск, Ульянова А. С.
Достаточно обширные территории Сибири и Дальнего Востока пребывают в условиях вечной мерзлоты. Около 50% территории России занимают вечномерзлые грунты.
Способов сооружения фундаментов в этих условиях достаточно много, но для индивидуального строительства они достаточно трудоемки.
Относительно легко возвести фундамент на вечномерзлых грунтах можно с помощью бура ТИСЭ — Ф.
Принцип создания фундамента в условиях вечной мерзлоты определяется балансом холода, поступающего из недр земли, и тепла, идущего сверху при плюсовой температуре воздуха. Если поток холода снизу практически ни от чего не зависит, то поток тепла тем больше, чем лучше пригревает солнце, чем хуже теплоизолирующие характеристики грунта, снегового покрова и выше влажность (есть что‑то общее с пучинистыми грунтами, только наоборот).
Слабая теплоизоляция нижнего перекрытия дома также прогревает грунт, понижает границу оттаивания под домом.
Основная задача возведения фундамента на вечномерзлом грунте — сохранение мерзлого состояния грунта, при котором он обладает высокой несущей способностью.
При излишне высоком уровне теплового потока, поступающего сверху, граница оттаивания опускается, основание под фундаментом резко снижает свою прочность. Дом начинает "проваливаться", и первый этаж дома может превратиться в цокольный этаж, а затем — и в подвал (рис. 179).
Рис. 179. Дом на вечной мерзлоте может провалиться при плохой теплоизоляции пола
Последовательность возведения фундамента следующая.
Для начала необходимо как можно ниже опустить границу оттаивания. Для этого по весне, как только оттает верхний слой грунта, со строительной площадки снимается плодородный слой (0,3 — 0,5 м), который довольно рыхлый и поэтому является одеялом, укрывающим грунт от тепла, поступающего сверху (рис. 180, а).
Выдерживают грунт в этом состоянии до наибольшей степени прогрева солнцем (двое — трое суток). При этом граница оттаивания в пределах расчищенной строительной площадки опустится ниже чем на остальном участке более чем на 1 м.
Для создания набив–ной сваи по технологии ТИСЭ бурят скважины с расширением внизу. Сразу же заводят в них арматуру и заливают бетоном. Толевую рубашку делают в несколько слоев или же заменяют более жестким рулонным материалом (рубероид, линолеум…, т. к. верхний срез этой рубашки должен быть на 30 — 40 см выше уровня снятого грунта). При заполнении скважины в бетон следует ввести противоморозные добавки, т. к. в нижней части скважины температура грунта близка к нулю (рис. 180, б). Можно также рекомендовать прогрев бетонной массы электрическим током, пропускаемым по тонкому специальному кабелю высокого электрического сопротивления, внедренного в массив созревающего бетона.
Рис. 180. Создание фундамента в условиях вечной мерзлоты: А — снятие плодородного слоя; Б — создание опор фундамента; В — дом на вечной мерзлоте; 1 — граница оттаивания; 2 — опора фундамента; 3 — ростверк; 4 — слой утеплителя; 5 — песчаная подушка
Только после набора бетоном прочности, близкой к расчетной, (через 10—15 суток), сверху на грунт по всей расчищенной площади, расположенной под предполагаемым домом, насыпают слой крупнозернистого песка. После этого насыпают или укладывают теплоизолирующий слой (плиты пенополистирола, шлак, керамзит или их смесь с крупнозернистым песком). Если нет песка, то подойдет любой другой крупнозернистый насыпной материал (щебень, строительные отходы), не позволяющий влаге подняться до утепляющего слоя.
Сразу же после такого "утепления" грунта холод из недр земли резко поднимет границу оттаивания, и нижняя часть опор окажется вмороженной в мерзлый грунт — прочное и надежное образование (рис. 180, в). Одна созданная опора сможет выдержать больше 20 — 30 тонн нагрузки. Исходя из этого, шаг столбов может быть около 2 — 2,5 м. С этого момента такое состояние грунта должно сохраняться в течение всего времени эксплуатации сооружения.
Теперь пора приступить к отливке ленты ростверка, как указано в технологии ТИСЭ. Зазор под лентой в 10 — 15 см необходимо сохранить для компенсации пучинистых явлений, а также для того, чтобы тепло от стен через ленту фундамента не прогревало грунт.
Прочность такого фундамента достаточно высока. При возведении дома в 2 — 3 этажа он обладает почти трехкратным запасом прочности, что можно считать вполне достаточным для индивидуального строительства.
Для снижения теплового потока от дома нижнее перекрытие необходимо тщательно утеплить.
Подпольное пространство дома должно вентилироваться, но не очень интенсивно. Летом теплый воздух с улицы не должен прогревать его. Зимой проблема с перегревом подпола, естественно, не стоит.
Подвод к дому инженерных коммуникаций (подача теплой и холодной воды, канализация…) в условиях вечной мерзлоты — достаточно сложная техническая задача. Коммуникации, проходящие в грунте, надежно утепляют, а при необходимости вдоль них прокладывают прогревающие кабели. На обогрев качественно выполненной теплоизоляции много электроэнергии не потребуется. Но наиболее распространенный и простой вариант подвода коммуникаций — воздушный, хорошо проработанный для эксплуатации в условиях Крайнего Севера.
9.5. ПОВЫШЕННАЯ СЕЙСМИЧНОСТЬ РЕГИОНА
"…Особенно остро проблемы, связанные с надежностью домов, возникают при строительстве в районах с повышенной сейсмической активностью. Для России — это Дальний Восток и Северный Кавказ. Для многих стран СНГ сейсмические районы — это вся их территория или существенная её часть.
Взять под квалифицированный контроль всё индивидуальное строительство, конечно, невозможно. Другой путь — создание весьма привлекательных строительных технологий, позволяющих в любых условиях обеспечить высокий запас надежности возводимых зданий с комфортным проживанием в них… К такой технологии можно отнести ТИСЭ…."
Нас интересует природа землетрясений, их физические параметры и степень влияния на сооружения.
Основными причинами землетрясений являются перемещения блоков и плит земной коры. По сути, кора Земли — это плиты, плавающие на поверхности жидкой магматической сферы. Приливные явления, обусловленные притяжением Луны и Солнца, беспокоят эти плиты, отчего по линиям их стыка накапливаются высокие напряжения. Достигая критической величины, эти напряжения сбрасываются в виде землетрясений. Если очаг землетрясения находится на материке, то в эпицентре и вокруг него возникают сильные разрушения, если же эпицентр находится в океане, то перемещения коры вызывают цунами. В зоне больших глубин это еле заметная волна. У берега её высота может достичь десятков метров!
Нередко причиной колебаний грунта могут быть местные оползни, сели, провалы техногенного характера, вызванные созданием полостей (горные выработки, забор воды из артезианских скважин…).
В России принята 12–балльная шкала оценки силы землетрясения. Главным признаком здесь является степень повреждения зданий и сооруж<ений. Районирование территории России по балльному принципу приводится в строительных нормах (СНиП II -7-81).
Почти 20% территории нашей страны находится в сейсмически опасных зонах с интенсивностью землетрясений 6 — 9 баллов и 50% подвержены 7 — 9 -балльным землетрясениям.
С учетом того, что технологией ТИСЭ интересуются не только в России, но и в странах СНГ, приводим карту районирования России и соседних стран, находящихся в сейсмически активных зонах (рис. 181).
Рис. 181. Карта сейсмического районирования России и соседних стран
На территории нашей страны выделяют следующие сейсмически опасные зоны: Кавказ, Саяны, Алтай, Прибайкалье, Верхоянск, Сахалин и Приморье, Чукотка и Корякское нагорье.
Строительство в сейсмически опасных зонах требует применения конструкций увеличенной прочности, жесткости и устойчивости, что вызывает удорожание строительства в 7–балльной зоне на 5%, в 8–балльной — на 8% и в 9–балльной — на 10%.
Некоторые особенности сейсмических нагружений элементов здания:
— при землетрясении здание подвергается воздействию волн нескольких типов: продольных, поперечных и поверхностных;
— наибольшие разрушения вызывают горизонтальные колебания земли, при них разрушающие нагрузки носят инерционный характер;
— наиболее характерные периоды колебаний почвы лежат в диапазоне 0,1 — 1,5 сек;
— максимальные ускорения составляют 0,05 — 0,4 g, причем наибольшие ускорения приходятся на периоды 0,1 — 0,5 сек, чему соответствуют минимальные амплитуды колебаний (около 1 см) и максимальные разрушения зданий;
— большому периоду колебаний соответствуют минимальные ускорения и максимальные амплитуды колебаний почвы;
— снижение массы конструкции ведет к снижению инерционных нагрузок;
— вертикальное армирование стен здания целесообразно при наличии горизонтальных несущих слоев в виде, например, железобетонных перекрытий;
— сейсмоизоляция зданий — наиболее перспективный способ повышения их сейсмоустойчивости.
Идея сейсмоизоляции зданий и сооружений возникла в далекой древности. При археологических раскопках в Средней Азии были обнаружены под стенами зданий Хека камышитовые маты. Аналогичные конструкции применялись в Индии. Известно, что землетрясение 1897 г. в районе Шиллонга разрушило почти все каменные здания, кроме тех, которые были построены на сейсмоамортизаторах, хотя и примитивной конструкции.
Строительство зданий и сооружений в сейсмоактивных регионах требует выполнения сложных инженерных расчетов. Сейсмостойкие строения, возводимые индустриальными методами, проходят глубокие и всесторонние проработки и сложные расчеты с привлечением большого числа специалистов. Индивидуальному застройщику, решившему построить свой домик, такие дорогостоящие методы недоступны.
Технология ТИСЭ предлагает повышение сейсмоустойчивости зданий, возводимых в условиях индивидуального строительства, сразу по трем направлениям: снижение инерционных нагрузок, повышение жесткости и прочности стен, а также введение механизма сейсмоизоляции.
Высокая степень пустотности стен позволяет значительно снизить инерционные нагрузки на здание, а наличие сквозных вертикальных пустот дает возможность вводить вертикальное армирование, органично вписанное в конструкцию самих стен. По иным технологиям индивидуального строительства это выполнить довольно сложно.
Механизмом сейсмоизоляции является столбчато–ленточный фундамент, возведенный по технологии ТИСЭ.
В качестве вертикальной арматуры фундаментного столба используется пруток диаметром 20 мм из углеродистой стали, который проходит через ростверк. Пруток имеет гладкую поверхность, покрытую гудроном. Снизу он снабжен законцовкой, заделанной в тело столба, а сверху — законцовкой, выступающей из ростверка и снабженной резьбой М20 под гайку (патент РФ № 2221112 от 2002 г.). Сама опора входит в массив ростверка на 4…6 см (рис. 182, а).
Рис. 182. Сейсмоизолирующий фундамент с центральным прутком: А — нейтральное положение опоры фундамента; Б — отклоненное положение опоры фундамента; 1 — опора; 2 — пруток; 3 — законцовка нижняя; 4 — гайки; 5 — ростверк; 6 — полость с песком; 7 — отмостка; 8 — направления колебаний грунта
После бетонирования вокруг каждой из опор тем же фундаментным буром делают три–четыре полости глубиной 0,6…0,8 м и заполняют их или песком, или смесью песка с керамзитом, или шлаком. В песчаном грунте такие полости можно не выполнять.
По окончании строительства гайки прутков затягиваются тарированным ключом. Так в зоне стыка столба с ростверком создается "упругий" шарнир.
При горизонтальных колебаниях почвы столбы отклоняются относительно упругого шарнира, пруток растягивается, при этом ростверк со зданием по инерции остаются неподвижными (рис. 182, б). Упругость почвы и прутков возвращает столбы в исходное вертикальное положение. В течение всего срока эксплуатации здания к узлам натяжения арматуры столбов должен быть обеспечен свободный подход как по внешнему периметру дома, так и под внутренними силовыми стенами. После завершения строительства и после значительных сейсмических колебаний затяжку всех гаек восстанавливают тарированным ключом (М = 40 — 70 кг/м). Такой вариант сейсмо–изолирующего фундамента можно считать в какой‑то степени индустриальным, так как он включает прутки и гайки, которые проще изготовить на производстве.
Технологией ТИСЭ предусмотрено выполнение сейсмоизолирующих опор и более демократичным способом, доступным застройщикам с ограниченными производственными возможностями. В качестве армирующего упругого элемента используют две скобы из прутка арматуры диаметром 12 мм с загнутыми законцовками (рис. 183). Средняя часть ветвей арматуры на длине около 1 м смазывается гудроном или битумом (в равном удалении от краев), чтобы исключить сцепление арматуры с бетоном. При сейсмических колебаниях почвы прутки арматуры в средней своей части растягиваются. При горизонтальных смещениях почвы в 5 см арматура растягивается на 3…4 мм. При длине зоны растяжения 1 м в арматуре возникают напряжения 60…80 кг/мм2, что лежит в зоне упругих деформаций материала арматуры.
Рис. 183. Сейсмоизолирующий фундамент с арматурными скобами: 1 — опора; 2 — скоба; 3 — ростверк; 4 — полость с песком
При строительстве дома в сейсмоактивных зонах гидроизоляцию по соединению ростверка со стенами не делают (для исключения их относительного смещения). По технологии ТИСЭ гидроизоляцию выполняют по стыку ростверка с фундаментными столбами (два слоя рубероида на битумной мастике).
При строительстве смежных сооружений, крыльца, элементов отмостки и т. п. следует постоянно обращать внимание на то, чтобы лента фундамента не касалась их своей боковой поверхностью. Зазор между ними должен быть не менее 4 — 6 см. При необходимости допускается подобный контакт (с крыльцом, каркасом легких щитовых пристроек, веранды) из соображения, что после разрушения землетрясением они будут восстановлены.
При строительстве в сейсмоакивных районах применение кровли из глиняной или пескобетонной черепицы должно быть обоснованным.
Многие японские дома индивидуальной постройки, имеющие легкий каркас, покрыты добротной глиняной черепицей. В условиях плотной японской застройки такие дома хорошо переносят тайфуны. Однако при землетрясении под тяжестью черепичной крыши дом рушится, погребая жителей под своей непомерной тяжестью.
В настоящее время на строительном рынке появилось много "легких" кровельных материалов, хорошо имитирующих черепицу. Легкая кровля — это минимальные инерционные нагрузки для соединения крыши со стенами и исключение обрушения кровли от излишнего ее веса.
9.6. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФУНДАМЕНТА ПОД СУЩЕСТВУЮЩИМ ДОМОМ
Иногда возникает необходимость в создании нового фундамента под существующим домом, возведенном на пучинистых грунтах. Предлагается вариант замены столбчатых опор под деревянным или щитовым домом, венец которого расположен над землей. Фундамент, возведенный по технологии ТИСЭ, может быть усилен таким же образом.
Если нижний венец дома хорошо сохранился и не требуется его замена, то сразу можно наметить положение новых опор, которые останутся под домом. Они не обязательно должны располагаться на месте прежних: можно и рядом, не по углам дома и не по стыку внешних стен с внутренними.
Следует также обратить внимание на опоры, расположенные не по периметру дома, а под внутренними стенами. Эти опоры можно не заменять, так как они находятся в более благоприятных условиях слабопучинистого грунта (там тепло и меньше влажность).
Для создания новых фундаментных столбов по технологии ТИСЭ сначала необходимо приготовить опалубки в виде труб. Конструкция их определяется возможностями застройщика, его средствами или фантазией. Главное — они должны иметь постоянное сечение размером от 20 до 25 см (квадратное, прямоугольное или круглое).
По длине трубы должны быть выполнены из расчета заглубления на 30 см выше глубины промерзания, а сверху они не должны доходить до венца дома на 3 — 5 см. В качестве примера приведем варианты опалубок, изготовленных из дерева, из асбоцементной трубы и из стального листа. В верхней части все они снабжаются опорной перекладиной, расположенной на уровне грунта (рис. 184).
Рис. 184. Трубы–опалубки для восстановления столбчатого фундамента: А — из досок; Б — из асбоцементной трубы; В — из листовой стали
Перед началом бурения наклонной скважины под домом желательно сначала прорисовать в уменьшенном масштабе сечение строения. Обратите внимание на то, чтобы дно скважины, пробуренной ниже глубины промерзания, пришлось под середину стены и в тоже время рукоятка бура не упиралась в стену. Для удобства можно сделать шаблон, отмечающий расстояние от стены до точки бурения и угол наклона скважины (рис. 185, а). Наметив точку бурения, приступают к работе. После того, как наклонная скважина будет пробурена на глубину промерзания, приступают к её расширению под размещение вертикальной части фундаментного столба — опалубки. Для этого в скважину заводят бур, лопатой подрубают грунт и периодически, по мере наполнения грунтом накопителя бура, поднимают его на поверхность и опорожняют (рис. 185, б).
Процесс расширения скважины проводят до тех пор, пока труба–опалубка не будет свободно размещаться в ней в наклонном и вертикальном положении.
Установив плуг на фундаментный бур, приступают к расширению нижней части скважины (рис. 185, в). Сначала работают при полностью раздвинутой штанге бура, при этом дно расширенной части оказывается наклонным. Выравнивание дна скважины можно проводить при вертикальном положении бура, для чего штангу придется немного сложить, т. к. рукоятка располагается под стеной.
Рис. 185. Создание опоры под домом: А — бурение наклонной скважины; Б — верхнее расширение скважины; В — нижнее расширение скважины; Г — установка трубы–опалубки, закладка арматуры и заполнение опалубки бетоном; Д — засыпка и уплотнение грунта; Е — выравнивание уровня опоры
Заполнение скважины арматурой и бетоном производят через опалубку, расположенную в наклонном положении и опертую своей перекладиной на две доски, уложенные около скважины. Одновременно в скважину заводят и рычаг — отрезок трубы длиной в 2 м (рис. 186 и рис. 185, г).
Рычаг может быть установлен после заполнения скважины бетоном.
По мере укладки бетон необходимо уплотнять штыкованием, постукиванием по боковой стенке опалубки. Сразу после заполнения бетоном верхнюю ее часть сдвигают рычагом, приводя опалубку в вертикальное положение. Больших усилий для этого не требуется.
Затем доуплотняют бетон постукиванием по боковой стенке. Бетонирование одной скважины необходимо проводить непрерывно в течение 30 — 40 минут, до момента схватывания бетона. Боковые зазоры вокруг фундаментного столба заполняют грунтом (рис. 185, д). Его укладывают слоями по 10 — 15 см, уплотняя трамбовкой и слегка увлажняя.
Загрузить опоры можно не раньше чем через неделю. Установить дом на созданные опоры следует при помощи домкрата, подкладывая кирпичи или деревянные прокладки с дегтебитумными пропитками (рис. 185, е). Верх старых опор желательно разобрать.
Верхнюю часть опор можно выполнить и иначе. Сначала создают фундаментные опоры, выступающие из грунта на 10…15 см. После этого другую коробчатую опалубку заводят под венец, непосредственно на опору, и заполняют бетоном. Снимать опалубку можно через день. Щиты опалубки, соединенные "саморезами", быстро разбирают и собирают на новом месте, над следующей опорой. Загружать опоры следует не раньше чем через неделю после их изготовления (рис. 186).
Рис. 186. Создание опоры под домом в два этапа: А — создание нижней части опоры; Б — создание верхней части опоры; 1 — нижняя часть опоры; 2 — венец дома; 3 — песчаная подсыпка; 4 — верхняя часть опоры; 5 — опалубка